《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件 機(jī)械設(shè)計(jì)概述

§2.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求§2.2機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟§2.3機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則§2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化第2章機(jī)械設(shè)計(jì)概述1.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求

機(jī)械設(shè)計(jì)包括以下兩種設(shè)計(jì):應(yīng)用新技術(shù)、新方法開(kāi)發(fā)創(chuàng)造新機(jī)械；在原有機(jī)械的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)或進(jìn)行局部改造。1.1.1設(shè)計(jì)機(jī)械零件的要求使用要求(達(dá)到預(yù)期的目的)經(jīng)濟(jì)性要求(獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益、少用貴重金屬材料、采用新工藝減少生產(chǎn)周期)社會(huì)要求(包括人機(jī)工程學(xué)、安全運(yùn)行、環(huán)保)寶馬730i3.可靠性要求(指機(jī)器在規(guī)定的使用壽命和工況條件下機(jī)器完成規(guī)定功能的能力)4.其他的特殊要求(如機(jī)床要求保持較高的精度)

1.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求

1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法：常規(guī)設(shè)計(jì)方法：優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。

機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程通?？煞譃橐韵聨讉€(gè)階段：（1）可行性研究階段（2）方案設(shè)計(jì)（3）技術(shù)設(shè)計(jì)（4）制造及試驗(yàn)產(chǎn)品規(guī)劃的主要工作是提出設(shè)計(jì)任務(wù)和明確設(shè)計(jì)要求。由設(shè)計(jì)人員構(gòu)思出多種可行方案進(jìn)行分析比較，從中優(yōu)選出一種方案。設(shè)計(jì)結(jié)果以工程圖及計(jì)算書(shū)的形式表達(dá)出來(lái)。經(jīng)過(guò)加工、安裝及調(diào)試制造出樣機(jī)，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行試運(yùn)行或在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用。(5)投入銷售1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟設(shè)計(jì)機(jī)械零件的一般步驟如下：（1）根據(jù)機(jī)器的具體運(yùn)轉(zhuǎn)情況和簡(jiǎn)化的計(jì)算方案確定零件的載荷。（2）根據(jù)零件工作情況的分析，判定零件的失效形式，從而確定其計(jì)算準(zhǔn)則。（3）進(jìn)行主要參數(shù)選擇，選定材料，根據(jù)計(jì)算準(zhǔn)則求出零件的主要尺寸，考慮熱處理及結(jié)構(gòu)工藝性要求等。（4）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（5）繪制零件工作圖，制訂技術(shù)要求，編寫(xiě)計(jì)算說(shuō)明書(shū)及有關(guān)技術(shù)文件。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，這些步驟又是相互交錯(cuò)、反復(fù)進(jìn)行的。1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)往往是將較復(fù)雜的實(shí)際工作情況進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，這些計(jì)算或多或少帶有一定的條件性或假定性。條件性計(jì)算：1.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化

通用化：在不同規(guī)格的同類產(chǎn)品或不同類產(chǎn)品中采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零件、部件。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，國(guó)際上則推行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)化：有不少零件，由于應(yīng)用范圍廣、用量大，已經(jīng)高度標(biāo)準(zhǔn)化形成標(biāo)準(zhǔn)件。

系列化：有很多零件適用范圍極為廣泛，但在具體設(shè)計(jì)時(shí)隨著工作條件的不同，在材料、尺寸、結(jié)構(gòu)等方面的選擇也各不相同，這種情況則可對(duì)其某些基本參數(shù)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的系列化數(shù)列。1.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化標(biāo)準(zhǔn)件：按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的零件。好處：（1）由專門(mén)化工廠大量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，能保證質(zhì)量、節(jié)約材料、降低成本；（2）選用標(biāo)準(zhǔn)件可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期；（3）選用參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的零件，在機(jī)械制造過(guò)程中可以減少刀具和量具的規(guī)格；（4）具有互換性，從而簡(jiǎn)化機(jī)器的安裝和維修。1.3機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件喪失預(yù)定功能或預(yù)定功能指標(biāo)降低到許用值以下的現(xiàn)象機(jī)械零件的失效：進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)零件的失效形式分析失效的原因，提出防止或減輕失效的措施，根據(jù)不同的失效形式提出不同的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。1.3.1失效形式機(jī)械零件常見(jiàn)的失效形式有如下幾種：1.斷裂2.過(guò)量變形3.表面失效4.破壞正常工作條件引起的失效1.3機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則1.3.2失效形式同一零件對(duì)于不同失效形式的承載能力也各不相同。根據(jù)不同的失效原因建立起來(lái)的工作能力判斷條件，稱為設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。主要包括以下幾種：1.強(qiáng)度準(zhǔn)則（整體強(qiáng)度和表面強(qiáng)度）整體強(qiáng)度的判斷準(zhǔn)則表示為：或表面接觸強(qiáng)度的判斷準(zhǔn)則表示為：應(yīng)力表示法：安全系數(shù)表示法：接觸應(yīng)力表示法：擠壓應(yīng)力表示法：1.3機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則2.剛度準(zhǔn)則零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量應(yīng)小于或等于機(jī)器工作性能允許的極限值。3.耐磨性準(zhǔn)則4.散熱性準(zhǔn)則§6.1摩擦與磨損§6.2潤(rùn)滑§6.3密封裝置第6節(jié)摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述6.1摩擦與磨損摩擦是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可避免的物理現(xiàn)象。世界上1/3~1/2的能源消耗在摩擦上，各種機(jī)械零件因磨損失效的也占全部失效零件的一半以上。磨損是摩擦的結(jié)果，潤(rùn)滑則是減少摩擦和磨損的有力措施。6.1.1摩擦及其分類兩物體接觸區(qū)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)并消耗能量的現(xiàn)象，稱為摩擦。有些情況下卻要利用摩擦工作，如帶傳動(dòng)，摩擦制動(dòng)器等。6.1摩擦與磨損1.干摩擦兩物體的滑動(dòng)表面為無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純金屬。2.液體摩擦兩摩擦表面不直接接觸，被油膜隔開(kāi)。根據(jù)摩擦副表面間的潤(rùn)滑狀態(tài)將摩擦狀態(tài)分為四種：6.1摩擦與磨損2.1.2磨損及其過(guò)程運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦將導(dǎo)致零件表面材料的逐漸損失，這種現(xiàn)象稱為磨損。單位時(shí)間內(nèi)材料的磨損量稱為磨損率。工程上常利用磨損的原理來(lái)減小零件表面的粗糙度，如磨削、研磨、拋光、跑合等。3.邊界摩擦兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)。4.混合摩擦處于摩擦、液體摩擦與邊界摩擦的混合狀態(tài)。6.1摩擦與磨損磨損過(guò)程大致可分為以下三個(gè)階段：1.跑合（磨合）磨損階段2.穩(wěn)定磨損階段3.劇烈磨損階段此階段的特征是磨損速度及磨損率都急劇增大。在跑合階段結(jié)束后應(yīng)清洗零件，更換潤(rùn)滑油。6.1摩擦與磨損1.磨粒磨損由于摩擦表面上的硬質(zhì)突出物或從外部進(jìn)入摩擦表面的硬質(zhì)顆粒，對(duì)摩擦表面起到切削或刮擦作用，從而引起表層材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。減輕磨粒磨損：滿足潤(rùn)滑條件，合理地選擇摩擦副的材料、降低表面粗糙度值以及加裝防護(hù)密封裝置等。6.1.3磨損分類按照磨損的機(jī)理以及零件表面磨損狀態(tài)的不同把磨損分為：2.粘著磨損磨擦副作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),由于剪切作用,一個(gè)表面的材料粘附到另一個(gè)金屬表面.(如蝸輪齒圈上的銅粘附到蝸桿的齒面上)

合理地選擇配對(duì)材料，采用表面處理，限制摩擦表面的溫度，控制壓強(qiáng)及采用含有油性極壓添加劑的潤(rùn)滑劑等，都可減輕粘著磨損。2.1摩擦與磨損蝸輪蝸桿傳動(dòng)2.1摩擦與磨損3.疲勞磨損（點(diǎn)蝕）兩摩擦表面為點(diǎn)或線接觸時(shí)，由于局部的彈性變形形成了小的接觸區(qū)。這些小的接觸區(qū)形成的摩擦副如果受變化接觸應(yīng)力的作用，則在其反復(fù)作用下，表層將產(chǎn)生裂紋。合理地選擇材料及材料的硬度，選擇粘度高的潤(rùn)滑油，加入極壓添加劑或及減小摩擦面的粗糙度值等，可以提抗疲勞磨損的能力。4.腐蝕磨損在摩擦過(guò)程中，摩擦面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象，稱為腐蝕磨損。

實(shí)際上大多數(shù)磨損是以上述四種磨損形式的復(fù)合形式出現(xiàn)的。2.2潤(rùn)滑潤(rùn)滑的主要作用是:減小摩擦系數(shù),提高機(jī)械效率;減輕磨損,延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。還可起到冷卻、防塵以及吸振等作用。1.潤(rùn)滑油主要有礦物油、合成油、動(dòng)植物油等，其中應(yīng)用最廣泛的為礦物油。粘度的大小表示了液體流動(dòng)時(shí)其內(nèi)摩擦阻力的大小，粘度愈大，內(nèi)摩擦阻力就愈大，液體的流動(dòng)性就愈差。2.2潤(rùn)滑2.2潤(rùn)滑粘度隨溫度的升高而降低。粘度隨壓強(qiáng)的升高而加大，但當(dāng)壓強(qiáng)小于20MPa時(shí)，其影響甚小，可不予考慮。常用潤(rùn)滑油的性能和用途見(jiàn)表2.1。2.2潤(rùn)滑2.2潤(rùn)滑續(xù)表潤(rùn)滑油的主要性能指標(biāo):1、粘度:它反映潤(rùn)滑油流動(dòng)時(shí)內(nèi)部的摩擦力的大小2、粘度指數(shù):溫度是影響油粘度最重要的因素3、油性:反映潤(rùn)滑油濕潤(rùn)或吸附干摩擦表面的性能.4、極壓性:反映油中極性分子在金屬表面生產(chǎn)抗磨、耐高壓化學(xué)反應(yīng)膜的能力.5、閃點(diǎn):規(guī)定的條件下加熱并與火焰發(fā)生接觸瞬間閃火時(shí)的最低溫度.一般要求高于工作溫度(20-30℃)6、凝點(diǎn):規(guī)定的條件失去流動(dòng)性的最高溫度.7、傾點(diǎn):一般為油品在給定條件下喪失流動(dòng)性的溫度3℃以上的溫度.2.潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂是在潤(rùn)滑油中加入稠化劑(如鈣、鈉、鋰等金屬皂基）而形成的脂狀潤(rùn)滑劑，又稱為黃油或干油。潤(rùn)滑脂的流動(dòng)性小，不易流失，所以密封簡(jiǎn)單，不需經(jīng)常補(bǔ)充。潤(rùn)滑脂對(duì)載荷和速度變化不是很敏感，有較大的適應(yīng)范圍，但因其摩擦損耗較大，機(jī)械效率較低，故不宜用于高速傳動(dòng)的場(chǎng)合。2.2潤(rùn)滑(1)滴點(diǎn)是指潤(rùn)滑脂受熱后從標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量杯的孔口滴下第一滴油時(shí)的溫度。(2)針入度即潤(rùn)滑脂的稠度。(將標(biāo)準(zhǔn)針錐放入25℃的潤(rùn)滑脂中,經(jīng)5s后沉入的深度稱針入度)目前使用最多的是鈣基潤(rùn)滑脂，其耐水性強(qiáng)，但耐熱性差。3.潤(rùn)滑劑的選用

潤(rùn)滑油選用的基本原則是：在低