機(jī)械設(shè)計(jì)第2章機(jī)械設(shè)計(jì)總論教學(xué)講義

第二章機(jī)械設(shè)計(jì)總論

§2—1機(jī)器組成再論輔助系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)

控制系統(tǒng)

圖2-1機(jī)器的組成計(jì)劃市場(chǎng)調(diào)研可行性研究§2—2機(jī)器設(shè)計(jì)的一般程序

提出任務(wù)確定設(shè)計(jì)任務(wù)需求分析設(shè)計(jì)結(jié)果（表現(xiàn)形式）設(shè)計(jì)任務(wù)書方案設(shè)計(jì)加工機(jī)理工藝原理功能分析解（方案）對(duì)比、評(píng)價(jià)可能解設(shè)計(jì)結(jié)果原理方案原理圖運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖決策（確定方案）編制技術(shù)文件設(shè)計(jì)階段結(jié)束設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)結(jié)果各種技術(shù)文件設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表等安裝運(yùn)輸說(shuō)明書使用說(shuō)明書其它技術(shù)文件制造階段設(shè)計(jì)是一項(xiàng)發(fā)明創(chuàng)造活動(dòng)；在前人設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，要勇于創(chuàng)新；上述程序不是一成不變的；要具體情況具體對(duì)待；理論聯(lián)系實(shí)際?！?—3對(duì)機(jī)器的主要要求

一、使用功能1)基本功能與輔助功能2)多功能問(wèn)題二、經(jīng)濟(jì)性1)機(jī)器制造成本（措施）2)機(jī)器的使用成本（措施）

三、勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)1)機(jī)器對(duì)外界2)外界對(duì)機(jī)器3）符合法令

四、壽命與可靠性五、其他專用（特殊）要求

設(shè)計(jì)時(shí)如何處理?1、盡可能完善完美（滿足所有要求）；2、抓主要，兼顧次要?！?—4機(jī)械零件的主要失效形式一、整體斷裂——機(jī)械零件在受到外載荷（力）作用時(shí)，由于某一截面上的應(yīng)力超過(guò)零件的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。常應(yīng)力超過(guò)零件的強(qiáng)度極限（斷裂）；變應(yīng)力作用下發(fā)生的疲勞斷裂；二、過(guò)大的殘余變形——當(dāng)作用于零件上的應(yīng)力超過(guò)了制作零件的材料的屈服極限時(shí)，零件產(chǎn)生殘余變形。零件失去工作要求的結(jié)構(gòu)形狀。三、表面破壞腐蝕（化學(xué)或電化學(xué)浸蝕）——銹蝕；交變應(yīng)力下的腐蝕疲勞；磨損（兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)中）——尺寸變?。唤佑|疲勞（接觸變應(yīng)力長(zhǎng)期作用）——裂紋、微粒剝落；四、破壞正常工作條件引起的失效一、避免零件在預(yù)定壽命期內(nèi)失效1、強(qiáng)度——零件在工作中發(fā)生斷裂或不允許的殘余變形均屬?gòu)?qiáng)度不足。提高機(jī)械零件強(qiáng)度的措施：1）高強(qiáng)度材料；2）足夠的截面尺寸；3）熱處理方法；4）合理設(shè)計(jì)零件截面形狀，以增加慣性矩；5）提高制造精度（降低運(yùn)動(dòng)件的動(dòng)載荷）；6）合理配置零件在機(jī)器中的相互位置，以降低零件上的載荷。§2—5設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求2、剛度零件在工作時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形不超過(guò)允許的限度。

整體變形剛度——在載荷作用下發(fā)生的伸長(zhǎng)、縮短、撓曲、扭轉(zhuǎn)等彈性變形的程度；

表面接觸剛度——在外載荷作用下，兩表面接觸后變形而導(dǎo)致兩零件相對(duì)位置變化的程度。提高零件剛度的措施：1）增大零件截面尺寸或截面的慣性矩（整體）；2）縮短支承跨距或多點(diǎn)支承（整體）；3）增大貼合面積、提高加工精度。引起零件疲勞（疲勞強(qiáng)度下降）的因素：1）應(yīng)力集中；2）零件主要受力處尺寸?。ń孛妫?；3）零件表面品質(zhì)及工作環(huán)境差。二、結(jié)構(gòu)工藝性（制造的難易程度）三、經(jīng)濟(jì)性四、質(zhì)量?。ㄖ亓枯p）五、可靠性3、壽命影響零件壽命的因素：材料的疲勞；腐蝕；磨損工作能力——零件不發(fā)生失效時(shí)的安全工作限度。計(jì)算準(zhǔn)則——為防止產(chǎn)生各種可能失效，而擬定的零件工作能力計(jì)算依據(jù)的基本原則。§2—6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度——零件在載荷作用下抵抗破壞的能力。強(qiáng)度準(zhǔn)則——零件中的應(yīng)力不得超過(guò)允許的限度。對(duì)一次斷裂，應(yīng)力不超過(guò)材料的強(qiáng)度極限；對(duì)疲勞，應(yīng)力不超過(guò)零件的疲勞極限；對(duì)殘余變形，應(yīng)力不超過(guò)材料的屈服極限。

二、剛度準(zhǔn)則剛度——零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。剛度準(zhǔn)則——零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量不得超過(guò)允許的限度。y——可以是撓度、偏轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)角。強(qiáng)度計(jì)算公式S—設(shè)計(jì)安全系數(shù)（安全系數(shù)）三、壽命準(zhǔn)則（疲勞、腐蝕、磨損）四、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則五、可靠性準(zhǔn)則各零件的固有頻率(f)與激振頻率(fp)錯(cuò)開——防止共振§2—7機(jī)械零件設(shè)計(jì)方法一、理論設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算：校核計(jì)算：這里----安全系數(shù)計(jì)算值，計(jì)算安全系數(shù)。二、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)三、模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1）按照使用要求，選類型與結(jié)構(gòu)；2）受力分析、建立受力模型，確定計(jì)算載荷；3）分析判斷可能的失效形式，確定計(jì)算準(zhǔn)則；4）選擇制作零件的材料；5）分析與計(jì)算，確定零件基本結(jié)構(gòu)尺寸；6）尺寸圓整、標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；7）相關(guān)校核、審查、評(píng)價(jià)；8）繪制零件工作圖，編寫計(jì)算說(shuō)明書?！?—8機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟上述設(shè)計(jì)步驟不是一成不變的，針對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象，具體情況具體對(duì)待。§2—9機(jī)械零件材料及其選擇

一、機(jī)械零件常用材料1、金屬材料（無(wú)機(jī)材料）鑄鐵鑄鋼碳鋼合金鋼有色金屬鋁合金銅合金黑色金屬2、高分子材料（有機(jī)材料）塑料橡膠合成纖維3、陶瓷材料（無(wú)機(jī)材料）4、復(fù)合材料二、機(jī)械零件材料選用原則1、使用要求（載荷、應(yīng)力狀況）；2、工作條件（特別是極端工況下）；3、零件結(jié)構(gòu)狀況（尺寸、質(zhì)量）；4、制造及加工工藝性；5、經(jīng)濟(jì)性（價(jià)格、加工費(fèi)用、利用率等）；6、供應(yīng)狀況。三、材料處理方法（熱處理）§2—10機(jī)械設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化“三化”規(guī)格系列化零部件通用化零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料、檢驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)方法、制圖等，按照統(tǒng)一的要求（標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行設(shè)計(jì)——零部件通用化。簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，提高設(shè)計(jì)效率；便于制造，保證工質(zhì)量，降低制造成本；方便使用，維修等；ＩＳＯ、ＧＢ、部標(biāo)（行標(biāo)）、企標(biāo)。一、發(fā)展1、設(shè)計(jì)理論不斷完善與發(fā)展；2、設(shè)計(jì)手段和方法的不斷更新；3、綜合化，學(xué)科交叉——機(jī)電一體化；4、實(shí)驗(yàn)技術(shù)，實(shí)驗(yàn)與理論相互促進(jìn)。

§2—11機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

二、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法特點(diǎn)1、動(dòng)代靜2、量代性3、變代常4、優(yōu)化設(shè)計(jì)取代可行性設(shè)計(jì)