第1章机械设计总论.pptx

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第1章机械设计总论,1.1设计机器的一般程序1.2对机器的主要要求1.3机械零件的主要失效形式1.4设计机械零件时应满足的基本要求1.5机械零件的设计准则1.6机械零件的设计方法1.7机械零件设计的一般步骤1.8机械零件材料的选用原则1.9机械零件设计中的标准化,1.1设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。

作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据；,市场/竞争对手调研报告专利调查报告可行性评估报告产品规划书,1.1设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,又称为概念设计。

对产品的功能原理进行设计。

是整个产品设计的关键；,需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。

作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据；,产品方案设计报告产品设计草图,1.1设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,功能原理设计针对产品的主要功能提出一些原理性的构思。

例如：

设计一种点钞机构思将钞票逐张分离的工作原理,推括,摩擦,离心力,重力,1.1设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,又称为概念设计。

对产品的功能原理进行设计。

是整个产品设计的关键；,需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。

作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据；,将产品的功能原理具体化为机器产品及其零部件的具体结构，它又可进一步细分为总体设计、结构设计、商品化设计、模型试验等过程；,理论分析及设计计算资料产品装配图,1.1设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,例题：

硬币计数包卷机,1.1设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,又称为概念设计。

对产品的功能原理进行设计。

是整个产品设计的关键；,需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。

作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据；,将产品的功能原理具体化为机器产品及其零部件的具体结构，它又可进一步细分为总体设计、结构设计、商品化设计、模型试验等过程；,主要指零件、部件工程图绘制，工艺文件的编写，设计说明书和使用说明书的编写等工作；,1.2对机器的主要要求,使用功能要求,经济性要求,劳动保护和环境保护要求,寿命与可靠性要求,对机器的主要要求,其它专用要求,1.2对机器的主要要求,使用功能要求,经济性要求,劳动保护和环境保护要求,寿命与可靠性要求,对机器的主要要求,其它专用要求,提高使用经济指标的主要途径：

1）合理提高机械化、自动化水平，提高机器的生产效率。

2）选用高效传动系统，减少中间环节，降低能源消耗。

3）适当采用防护和润滑，延长机器的使用寿命。

4）采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。

提高设计和制造经济指标的主要途径：

1）采用现代设计方法，优化设计，保证可靠性。

2）提高“标准化、系列化、通用化”的程度。

3）采用新技术、新工艺、新结构、新材料。

4）合理组织设计和制造过程。

5）改善零件结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。

1.2对机器的主要要求,使用功能要求,经济性要求,劳动保护和环境保护要求,寿命与可靠性要求,对机器的主要要求,其它专用要求,劳动保护有两层含义：

1）使机器的操作者方便和安全。

2）改善操作者及机器的环境。

1.2对机器的主要要求,使用功能要求,经济性要求,劳动保护和环境保护要求,寿命与可靠性要求,对机器的主要要求,其它专用要求,机器可靠度R：

在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件下，机器能够正常工作的概率。

机器失效的概率F为：

F=1-R机器出厂时已经存在的可靠性叫做机器的固有可靠性。

考虑到用户的人为因素，已出厂的机器正确地完成预定功能的概率，叫做机器的使用可靠性。

1.3机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,齿轮轮齿断裂,轴承内圈断裂,

（1）某一危险截面的应力超过零件的强度极限

（2）在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。

1.3机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,

（1）某一危险截面的应力超过零件的强度极限

（2）在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。

1.3机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,

（1）某一危险截面的应力超过零件的强度极限

（2）在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。

1.3机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残余变形。

齿轮齿面塑形变形,轴承外圈塑性变形,1.3机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,腐蚀：

金属表面的一种电化学或化学侵蚀现象。

磨损：

两个接触表面在作相对运动的过程中表面物质丧失或转移的现象。

接触疲劳：

受到接触变应力长期作用的表面产生裂纹或微粒剥落的现象。

轴瓦磨损,齿面接触疲劳,1.3机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,破坏正常工作条件引起的失效：

打滑、胶合、共振,1.3机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、腐蚀等因素引起！

1.4设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。

提高零件强度的措施有：

采用高强度的材料；,使零件具有足够的截面尺寸；,合理设计零件的截面形状；,提高零件的制造精度，以减少工作时的动载荷；,合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷。

1.强度要求,1.4设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。

2.刚度要求,提高零件刚度的措施有：

增大零件的截面尺寸或增大惯性矩；,缩短支承的跨距或采用多点支承。

1.4设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。

3.寿命要求,影响零件寿命的主要因素有：

影响疲劳强度的因素有：

疲劳破坏,腐蚀,磨损,应力集中；零件的尺寸大小；零件表面质量及环境状况。

1.4设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。

3.寿命要求,影响零件寿命的主要因素有：

疲劳破坏,腐蚀,磨损,抗腐蚀的措施有：

表面发兰（发黑）；,表面镀层；,表面涂漆；,表面阳极化。

1.4设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,1.4设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,1.4设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,1.4设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,1.5机械零件的设计准则,机械零件的设计准则,强度准则,刚度准则,寿命准则,振动稳定性准则,可靠性准则,确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。

零件中的应力不得超过许用值。

即：

lim,lim-材料的极限应力,脆性材料：

lim=B（强度极限）,塑性材料：

lim=S（屈服极限）,为了安全起见，引入安全系数S，得：

lim/S,或,-许用应力,1.5机械零件的设计准则,机械零件的设计准则,强度准则,刚度准则,寿命准则,振动稳定性准则,可靠性准则,确保零件不发生过大的弹性变形。

零件在力作用下的弹性变形量不得超过许用值。

即：

yy,1.5机械零件的设计准则,机械零件的设计准则,强度准则,刚度准则,寿命准则,振动稳定性准则,可靠性准则,通常与零件的疲劳*、磨损、腐蚀相关。

1.5机械零件的设计准则,机械零件的设计准则,强度准则,刚度准则,寿命准则,振动稳定性准则,可靠性准则,高速运转机械的设计应注重此项准则。

保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频率错开。

即：

0.85ffp或1.15ffp,1.5机械零件的设计准则,机械零件的设计准则,强度准则,刚度准则,寿命准则,振动稳定性准则,可靠性准则,可靠度的定义：

对件数为N0的一批零件进行试验，经过时间t之后有N件仍能正常工作，则该零件在该试验环境条件下工作时间t的可靠度定义为：

R=N/N0,可靠度R是时间的函数。

tNR,根据许用可靠度R，计算预期寿命。

1.6机械零件的设计方法,机械零件的设计方法,理论设计,经验设计,模型实验设计,根据零件工作能力准则，确定零件的主要尺寸。

a）设计计算：

直接求出危险截面尺寸A。

b）校核计算：

其他方法初步设计验算。

1.6机械零件的设计方法,机械零件的设计方法,理论设计,经验设计,模型实验设计,根据经验关系式，用类比的方法所进行的设计。

如：

箱体、传动件各个结构要素等。

1.6机械零件的设计方法,机械零件的设计方法,理论设计,经验设计,模型实验设计,把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺寸样机进行实验。

如：

飞机、桥梁的风洞实验。

1.7机械零件设计的一般步骤,机械零件设计的一般步骤,选择零件类型、结构,1.8机械零件材料的选用原则p,一、常用材料,：

铝（LY12）、铜（ZCuSn10P1）.,：

塑料、橡胶、合成纤维,：

低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢（如：

08F45601Cr18）,：

灰铸铁、球墨铸铁（如：

TH300QT500-5）,：

强如钢、轻如铝、硬如金刚石,：

强度高、弹性模量大、质量轻,1.8机械零件材料的选用原则,二、选用原则,载荷及应力的大小和性质,零件的工作情况,零件的结构及材料加工性,材料的经济性及供应状况,零件的尺寸及重量,脆性材料-制造承受静载荷的零件；塑性材料-制造承受冲击载荷的零件。

可以通过热处理提高和改善金属材料的性能。

零件的工作情况是指零件所处的环境特点、工作温度、摩擦磨损的程度等。

选择适于进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢等品种。

与材料的品种及毛坯制取方法有关。

结构复杂的零件宜选用铸造毛坯，或用板材冲压出元件后再经焊接而成。

结构简单的零件可用锻造法制取毛坯。

了解铸造材料、锻造材料、焊接材料、材料的热处理、冷加工等的工艺性。

材料本身的相对价格、加工费用、利用率。

采用组合结构，节约稀有材料。

（减少材料品种和规格）,1.9机械零件设计中的标准化,机械零件设计中的标准化,零件标准化的含义,零件标准化的益处,与设计有关的标准,对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。

1.9机械零件设计中的标准化,机械零件设计中的标准化,零件标准化的含义,零件标准化的益处,与设计有关的标准,有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，降低生产成本。

1.9机械零件设计中的标准化,机械零件设计中的标准化,零件标准化的含义,零件标准化的益处,与设计有关的标准,国际标准国家标准行业标准企业标准等如：

ISOGBJB、HBQB,国标分为：

强制标准和推荐标准,强制性国家标准代号为GB（为标准序号）（为批准年代）强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。

推荐性国家标准代号为GBT，这类标准占整个国标中的绝大多数。

如无特殊理由和特殊需要，必须遵守。