精密機(jī)械設(shè)計(jì)前言緒論第一章

精細(xì)機(jī)械設(shè)計(jì)緒論一、課程性質(zhì)、目的、義務(wù)及預(yù)備知識(shí)1、性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)根底課2、目的：3、義務(wù)：〔１〕掌握零、部件、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法〔２〕掌握零、部件、機(jī)構(gòu)的任務(wù)原理、特點(diǎn)４.預(yù)備知識(shí)：工程力學(xué)、機(jī)械制圖、大學(xué)物理二、根本名詞１、機(jī)械：機(jī)器和機(jī)構(gòu)總稱(chēng)

２、機(jī)構(gòu)：按一定方式聯(lián)接的構(gòu)件組合

３、機(jī)器：轉(zhuǎn)換或傳送能量、信息、物料、能執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的安裝４、機(jī)構(gòu)作用：傳送運(yùn)動(dòng)和力的可動(dòng)安裝常見(jiàn)的機(jī)構(gòu)：連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)等第一章

精細(xì)機(jī)械設(shè)計(jì)的根本知識(shí)第一節(jié)概述一、設(shè)計(jì)精細(xì)機(jī)械時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的根本要求

1．功能要求2．可靠性要求3．精度要求4．經(jīng)濟(jì)性要求5．外觀(guān)要求二、精細(xì)機(jī)械設(shè)計(jì)的普通步驟新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，從提出義務(wù)到投放市場(chǎng)的全部程序要經(jīng)過(guò)下述四個(gè)階段〔圖示〕

1．調(diào)查決策階段2．研討設(shè)計(jì)階段3．試制階段4．投產(chǎn)銷(xiāo)售階段圖1-1新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)程序第二節(jié)零件的任務(wù)才干及其計(jì)算

一、強(qiáng)度：零件抵抗外載荷作用的才干〔一〕載荷和應(yīng)力1．靜載荷和靜應(yīng)力不隨時(shí)間變化或變化緩慢的載荷和應(yīng)力2．變載荷和變應(yīng)力隨時(shí)間作周期性變化的載荷和應(yīng)力圖1-2靜應(yīng)力圖1-3變應(yīng)力〔1〕平均應(yīng)力σm、最大應(yīng)力σmax和最小應(yīng)力σmin關(guān)系:

σmax+σminσm=-------------------

2〔2〕應(yīng)力幅度σa、最大應(yīng)力σmax和最小應(yīng)力σmin關(guān)系:σmax–σmin

σa=-------------------

2

〔3〕循環(huán)特性r、最大應(yīng)力σmax和最小應(yīng)力σmin關(guān)系:

σmin當(dāng)r＝－l時(shí)，稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)循環(huán)；

r=-----------

σmax當(dāng)r＝0，稱(chēng)為脈動(dòng)循環(huán)。

〔二〕零件的整體強(qiáng)度第一種是把零件在載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力([σ]、[τ]與許用應(yīng)力([σ]、[τ])相比較，其強(qiáng)度條件為σ≤[σ]或τ≤[τ]

σlim

[σ]=----------

[Sσ]

τlim

[τ]=----------

[Sτ]

式中σlim、τlim——零件資料的極限應(yīng)力；

[Sσ]、[Sτ]——許用平安系數(shù)。

第二種:把零件在載荷作用下的實(shí)踐平安系數(shù)與許用平安系數(shù)進(jìn)展比較，其強(qiáng)度條件為：σlimτlimSσ=----------≥[Sσ]或Sτ=----------≥[Sτ]στ1．靜應(yīng)力下的強(qiáng)度：靜應(yīng)力下零件的整體強(qiáng)度，可以運(yùn)用上述兩種判別方法中的任何一種。2．變應(yīng)力下的強(qiáng)度：在變應(yīng)力作用下，零件的一種失效方式將是疲勞斷裂，這種失效方式不僅與變應(yīng)力的大小有關(guān)，也與應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)有關(guān)。疲勞極限σrn:當(dāng)循環(huán)特性r—定時(shí)，應(yīng)力循環(huán)N次后，資料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力

應(yīng)力疲勞曲線(xiàn):表示應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限σrn間關(guān)系的曲線(xiàn)〔兩種類(lèi)型〕

疲勞曲線(xiàn)有兩種類(lèi)型：一種是當(dāng)循環(huán)次數(shù)N超越某一值此以后，疲勞極限不再降低，曲線(xiàn)趨向程度*N0稱(chēng)為循環(huán)基數(shù)?！矆D1－4a〕

一種疲勞曲線(xiàn)那么沒(méi)有程度部分有色金屬及某些高硬度合金鋼的疲勞曲線(xiàn)多屬于這一類(lèi)?！矆D1－4b〕有明顯程度部分的疲勞曲線(xiàn)可分為兩個(gè)區(qū)域：N≥*N0區(qū)為無(wú)限壽命區(qū)。在無(wú)限壽命區(qū)，疲勞極限是一個(gè)常數(shù)N≤*N0區(qū)為有限壽命區(qū)疲勞極限將隨循環(huán)次數(shù)N的減小而增大，其疲勞曲線(xiàn)方程為

式中KL——壽命系數(shù)σr——對(duì)應(yīng)于無(wú)限壽命區(qū)的疲勞極限

零件處于變力形狀下任務(wù)時(shí)，通常以資料的σr作為極限應(yīng)力σlim，然后用壽命系數(shù)KL來(lái)思索零件實(shí)踐應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的影響。

提高零件的疲勞強(qiáng)度措施：①運(yùn)用屈服極限高和細(xì)晶粒組織的資料②零件截面外形的變化應(yīng)平緩以減小應(yīng)力集中③改善零件的外表質(zhì)量④減少資料的冶金缺陷〔三〕零件的外表強(qiáng)度

1．外表接觸強(qiáng)度(圖1－5a，圖1-5b)線(xiàn)接觸點(diǎn)接觸疲勞點(diǎn)蝕提高外表接觸強(qiáng)度的措施圖1-5微小接觸面積和接觸應(yīng)力〔1〕線(xiàn)接觸赫茲公式式中σH——最大接觸應(yīng)力；

Fu——接觸線(xiàn)單位長(zhǎng)度上的載荷，F(xiàn)u=F/b

ρ——兩圓柱體在接觸處的綜合曲率半徑。1/ρ=1/ρ1±1/ρ2其中正號(hào)用于外接觸，負(fù)號(hào)用于內(nèi)接觸；

E1、E2——兩圓柱體資料的彈性模量；

μ1、μ2——兩圓柱體資料的泊松比。

當(dāng)μ1=μ2=μ時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為：式中E——兩圓柱體資料的綜合彈性模量，彈性模量，E=2E1E2/(E1+E2)〔2〕點(diǎn)接觸：〔圖1-5b〕最大接觸應(yīng)力σH為：〔3〕疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕：在循環(huán)接觸應(yīng)力作用下，接觸外表產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致表層小塊金屬剝落點(diǎn)蝕危害：使零件外表失去正確的外形，降低任務(wù)精度，引起附加動(dòng)載荷，產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，并降低零件的運(yùn)用壽命?！?〕提高外表接觸強(qiáng)度措施：①增大接觸處的綜合曲率半徑，以降低接觸應(yīng)力②提高接觸外表的硬度，以提高接觸疲勞極限③提高零件外表的加工質(zhì)量，以改善接觸情況④采用粘度較大的光滑油，以減緩疲勞裂紋的擴(kuò)展

2．外表磨損強(qiáng)度：〔1〕磨損〔2〕引起磨損的緣由〔3〕磨損的三個(gè)階段〔4〕減少磨損的方法〔5〕耐磨性的條件〔1〕磨損：零件的外表外形和尺寸在摩擦的條件下逐漸改動(dòng)的過(guò)程稱(chēng)為磨損，當(dāng)磨損量超越允許值時(shí)，即產(chǎn)生失效?！?〕引起磨損的緣由①由于硬質(zhì)微粒落人兩接觸外表間而引起的②兩接觸外表在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中相互刮削作用而引起的。

〔3〕磨損的三個(gè)階段〔圖l－6〕跑合階段〔見(jiàn)圖1－6a曲線(xiàn)段1〕：初期磨損速度較快，跑合終了時(shí)，磨損速度隨之減緩并趨于穩(wěn)定穩(wěn)定磨損階段〔見(jiàn)圖1-6a曲線(xiàn)2段〕：在該階段中磨損速度較穩(wěn)定，是零件的正常任務(wù)階段。解體磨損階段〔見(jiàn)圖1-6a曲線(xiàn)段3〕磨損速度快圖1-6零件磨損階段〔4〕減少磨損的方法①充分光滑摩擦外表，使接觸外表部分或全部脫離接觸②定期清洗或改換光滑劑③采用適當(dāng)?shù)拿芊獍惭b④合理選擇摩擦外表資料⑤用熱處置、電鍍、熔鍍等方法提高接觸外表的耐磨性⑥合理減小摩擦外表的粗糙度，以改善摩擦面的接觸情況。

〔5〕耐磨性的條件滿(mǎn)足以下條件：式中v——接觸外表的相對(duì)滑動(dòng)速度(m/S)；

［P］——許用壓強(qiáng)(N/mm)

[pv]——許用pv值。

二、剛度：1、剛度2、影響剛度的要素3、資料的選擇4、提高零件剛度的措施1、剛度：是反映零件在載荷作用下抵抗彈性變形的才干靜剛度：靜載荷與變形關(guān)系所確定的剛度。金屬資料制造的零件,其靜剛度與動(dòng)剛度的數(shù)值根本上是一樣動(dòng)剛度：變載荷與變形關(guān)系所確定的剛度某些非金屬資料制造的零件，靜剛度與動(dòng)剛度是不同的例如橡膠零件在靜載荷F1作用下的變形量λ1，將大于在變載荷〔其載荷的最大值為F1〕作用下的變形量λ2〔圖1－7所示〕圖1-7橡膠零件——變形曲線(xiàn)2、影響剛度的要素零件剛度的大小與資料的彈性模量、零件的截面外形和幾何尺寸有關(guān)如圖1－8所示的片簧，其剛度為

式中L——片黃的任務(wù)長(zhǎng)度；——片簧的截面慣性矩，其中b為片簧的寬度；h——片簧的厚度；

E——片簧資料的彈性模量。圖1-8片簧的剛度計(jì)算簡(jiǎn)圖

3、資料的選擇：碳素鋼和高強(qiáng)度合金鋼兩者的彈性模量相差很小，僅有剛度要求時(shí)，應(yīng)選用價(jià)錢(qián)低廉的碳素鋼。4、提高零件剛度的措施：改動(dòng)零件的截面外形和尺寸縮短支承點(diǎn)間的間隔采用加強(qiáng)筋等構(gòu)造措施

三、振動(dòng)穩(wěn)定性：1、在變載荷作用下，零件將產(chǎn)活力械振動(dòng)，假設(shè)零件的固有頻率與載荷的頻率一樣，將發(fā)生共振。普通情況下，共振將使零件喪失任務(wù)才干失效。2、任何零件都具有一定的剛度，同時(shí)又有一定的質(zhì)量。因此，任何零件都有一定的固有頻率。圓柱形拉壓螺旋彈簧的固有頻率為

式中：F‘為螺旋彈簧的剛度；為彈簧的質(zhì)量；K為與螺旋彈簧兩端固定方法有關(guān)的系數(shù)。防止共振最根本的方法是：消除引起共振的載荷第三節(jié)零件與機(jī)構(gòu)的誤差估算和精度一、零件與機(jī)構(gòu)的誤差：1、零件的誤差：分為加工誤差和特性誤差〔1〕加工誤差：加工時(shí)零件的實(shí)踐尺寸或幾何外形與理想值之間的差別；〔2〕特性誤差：零件的實(shí)踐特性與給定特性之間的差別2、機(jī)構(gòu)的誤差:實(shí)踐機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度與理想機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度之間的偏向，常用機(jī)構(gòu)的位置誤差和位移誤差來(lái)表示。

機(jī)構(gòu)的位移誤差是指實(shí)踐機(jī)構(gòu)與理想機(jī)構(gòu)的自動(dòng)件位移一樣時(shí)，兩者從動(dòng)件位移量的偏向。3、理想機(jī)構(gòu):絕對(duì)準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的機(jī)構(gòu)二、誤差估算的根本方法：1、誤差的計(jì)算方法：采用全微分法計(jì)算其特性誤差。圖l－8所示之片簧其彈性特性為

對(duì)上式全微分即可求得片簧特性的絕對(duì)誤差為*

寫(xiě)成增量方式，并略去高階無(wú)窮小，那么上式可寫(xiě)成：片簧制成后，其長(zhǎng)度、寬度、厚度和彈性模量產(chǎn)生的原始誤差ΔL、Δb、Δh和ΔE為知時(shí)，那么片簧的特性誤差可利用上式計(jì)算。

2、數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法設(shè)計(jì)時(shí)原始誤差是以公差的方式給出誤差的估算4、影響零件和機(jī)構(gòu)特性的原始誤差可歸納為以下三類(lèi)：〔1〕設(shè)計(jì)誤差〔2〕工藝誤差〔3〕運(yùn)用誤差：運(yùn)用過(guò)程中如溫度、載荷、磨損等引起的誤差第四節(jié)工藝性1、工藝性良好的構(gòu)造和零件該當(dāng)是：①制造和裝配的工時(shí)較少②需求復(fù)雜設(shè)備的數(shù)量較少③資料的耗費(fèi)較少④預(yù)備消費(fèi)的費(fèi)用較少2、通用的改善構(gòu)造工藝性的原那么：〔1〕整個(gè)構(gòu)造能很容易地分拆成假設(shè)干部件，各部件之間的聯(lián)絡(luò)和相互配置應(yīng)能保證易于裝配、維修和檢驗(yàn)；〔2〕在構(gòu)造中應(yīng)盡量采用曾經(jīng)掌握并消費(fèi)過(guò)的零件和部件，特別是盡量選用規(guī)范件。在同一個(gè)構(gòu)造中，盡量采用一樣零件；〔3〕應(yīng)使零件和部件具有互換性，在精度要求較高的情況下，可設(shè)計(jì)有調(diào)整環(huán)節(jié)，盡能夠不采用選擇裝配。

3、改善零件工藝性的普通原那么是：〔1〕合理選擇零件毛坯的種類(lèi)〔2〕零件的外形應(yīng)力求簡(jiǎn)單，盡能夠減少被加工外表的數(shù)量，以降低加工費(fèi)用?！?〕零件上的孔、槽等，應(yīng)盡能夠選用規(guī)范刀具來(lái)加工?！?〕在滿(mǎn)足任務(wù)要求的前提下，合理地確定加工精度、外表粗糙度和熱處置條件等。

第五節(jié)規(guī)范化、系列化、通用化

采用‘三化〞的重要意義是：減輕設(shè)計(jì)任務(wù)量便于安排專(zhuān)門(mén)工廠(chǎng)采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，大規(guī)模集中消費(fèi)規(guī)范零、部件增大互換性有利于添加產(chǎn)品種類(lèi)，擴(kuò)展產(chǎn)品批量，到達(dá)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低耗費(fèi)第六節(jié)零件的設(shè)計(jì)方法及其開(kāi)展一、零件設(shè)計(jì)方法〔一〕實(shí)際設(shè)計(jì)〔二〕閱歷設(shè)計(jì)〔三〕模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)〔一〕實(shí)際設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)載荷情況和給定的特性要求，由計(jì)算公式直接求出零件的某些主要幾何尺寸。2.校核計(jì)算先根據(jù)其它方法初步定出零件的尺寸和外形，然后用實(shí)際計(jì)算的方法，校核零件截面上的應(yīng)力或其特性。

〔二〕閱歷設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)某類(lèi)零件已有的設(shè)計(jì)和運(yùn)用實(shí)際而總結(jié)出來(lái)的閱歷關(guān)系式，或者根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)者的閱歷，采用類(lèi)比的方法進(jìn)展的設(shè)計(jì)稱(chēng)為閱歷設(shè)計(jì)〔三〕模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)于某些零件，先初步定出零件的尺寸和外形，做出模型，進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果再修正其尺寸，這種設(shè)計(jì)方法稱(chēng)為模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)借助實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了實(shí)際上的缺