现代机械设计理论知识讲义(ppt 65页).ppt

第二章机械设计总论 2 1机器的组成 一台完整的机器的组成大致可包括 一 机器的组成 原动机部分 普通车床 一 机器的组成 数控车床 计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来 使其组成 面貌和功能发生了革命性的变化 一 机器的组成 原动机 1 原动机形式人力或畜力水力机风力机蒸汽机内燃机电动机热力机2 输出运动和动力旋转运动转矩直线运动推力或拉力 执行部分 执行部分 完成机器预定功能的组成部分 功用 压碎物料 执行部分 执行部分 完成机器预定功能的组成部分 执行部分 执行部分 完成机器预定功能的组成部分 执行部分 执行部分 完成机器预定功能的组成部分 塔式起重机 半自动多轴钻床 传动部分 原动机 执行部分 运动形式运动参数动力参数 运动形式运动参数动力参数 传动部分 转换 转动 直动 高转速 低转速 小转矩 大转矩 传动部分 机械传动液压传动系统电力传动系统 2 2设计机器的一般程序 一部机器的质量基本上决定于 它是一个创造性的工作过程 同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作 作为一部完整的机器 它是一个复杂的系统 要提高设计质量 必须有一个科学的设计程序 设计机器的一般程序 计划阶段方案设计阶段技术设计阶段技术文件编制阶段 机器的设计阶段 是决定机器好坏的关键 设计质量 一 计划阶段 提出任务 分析对机器的需求 确定任务要求 机器的功能经济性估计制造要求的估计基本使用要求完成设计任务的预计期限等 机器的功能环境 经济 加工以及时限等约束条件 二 方案设计阶段 提出可能的解决方案 评价 机器功能分析 组合几种可能的方案 决策 选定方案 对设计任务书提出的机器必须达到的要求 最低要求及希望达到的要求进行综合分析 多功能间有无矛盾 相互间能否替代等 原动机 执行机和传动机构方案的选择与确定 费用 复杂性 设计制造费用 使用费用 总费用 三 技术设计阶段 明确构形要求 结构化 选择材料 决定尺寸 决策 确定结构形状及尺寸 评价 零件设计 部件设计 总体设计 主要工作运动学设计动力学设计工作能力设计部件及总装图设计主要零件校核 四 技术文件的编制 编制技术文件 五 计算机在机械设计中的应用 1 辅助设计类 CAD ProeSolidworks 2 计算分析类MATLAB Adams Ansys 2 3对机器的主要要求 设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下 根据生产及生活的需要提出的 不管机器的类型如何 一般说来 对机器都要提出以下要求 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其他专用要求 一 使用功能要求 1 正确地选择机器的工作原理2 正确地设计或选用能够全面实现功能要求的执行机构 传动机构和原动机3 合理地配置必要的辅助系统 两高三低 低成本 二 经济性要求 机器的经济性体现在设计 制造和使用的全过程中 设计机器时就要全面综合地进行考虑 经济性 设计制造经济性 使用经济性 现代设计方法 优化设计参数 标准化 系列化 通用化零部件 新技术 新工艺 新结构 新材料 合理组织设计制造过程 改善结构工艺性 合理提高机器的机械化和自动化水平 选择高效率的传动系统 减少中间环节 适当采用防护及润滑 延长使用寿命 采用可靠密封 减小或消除渗漏 高生产率 高效率低能耗 低管理 低维护 三 劳动保护和环境保护要求 四 寿命与可靠性的要求 1 机器可靠性的高低使用可靠度来衡量的 2 可靠度指在规定的使用时间内和预定的环境条件下机器能正常工作的概率 五 其他专用要求 2 4机械零件的主要失效形式 一 整体断裂 整体断裂是指零件在载荷作用下 其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂 或在变应力作用下 危险截面发生的疲劳断裂 齿轮轮齿断裂 轴承内圈断裂 齿轮轴断裂 失效 二 过大的残余变形 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 三 零件的表面破坏 零件的表面破坏主要是腐蚀 磨损和接触疲劳 点蚀 齿面接触疲劳 轴瓦磨损 73 88 磨损腐蚀疲劳破坏引起的失效 四 破坏正常工作条件引起的失效 有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作 如 液体摩擦的滑动轴承 润滑油膜完整 带传动 传递的有效圆周力小于临界摩擦力 高速转动的零件 转速与转动件系统的固有频率避开 零件在工作时会发生哪一种失效 这与零件的工作环境 载荷性质等很多因素有关 有统计结果表明 一般机械零件的失效主要是由于疲劳 磨损 腐蚀等因素引起 4 79 断裂 21 33 其他 2 5设计机械零件时应满足的基本要求 一 避免在预定寿命期内失效的要求 1 强度 2 刚度 3 寿命 工作应力 许用应力 设计准则 可用措施 采用高强度材料 足够的截面尺寸 合理的截面形状 以增大惯性矩 采用热处理和化学热处理方法 提高材料的力学性能提高运动零件的制造精度 以降低动载荷 合理配置零件的位置 降低零件上的载荷 失效形式 设计准则 可用措施 过大的弹性变形 y y 增大截面尺寸或增大截面惯性矩 缩短支承跨距或采用多支点结构 增大贴合面降低压力 采用精加工降低表面不平度 定义 影响因素 零件正常工作延续的时间 材料疲劳材料腐蚀零件间的磨损 二 结构工艺性要求 1 良好的结构工艺性指在既定的生产条件下 能方便而经济地生产出来 并便于装配成机器 2 着眼点 毛坯制造 机械加工 装配等生产环节 三 经济性要求 降低材料消耗采用廉价而供应充足的材料代替贵重材料采用组合结构代替整体结构减少工时 采用少余量或无余量毛坯或简化零件降低加工和装配费用 工艺性尽可能采用标准化零 部件 四 质量小的要求 五 可靠性要求 1 失效的发生都是随机的2 使工作条件和零件的性能两方面使其随机变化尽可能小3 使用中加强维护和对工作条件进行监测 2 6机械零件的设计准则 一 强度准则 脆性断裂 塑性形变 疲劳破坏 强度极限 屈服极限 疲劳强度 二 刚度准则 失效形式 过大的弹性形变设计准则 y y 弹性变形y的表现形式 挠度扭转角 三 寿命准则 腐蚀 尚无有效的腐蚀寿命计算方法磨损 类型众多 机理不清 工程实际定量计算方法不定疲劳 以使用寿命的疲劳极限或额定动载荷为计算依据 四 振动稳定性准则 设计准则 避开共振区域 0 85f fp或1 15f fp改善方法 改变零件及系统的刚性 改变支承位置 增加或减少辅助支承激振源与零件隔离增加阻尼减小振幅 五 可靠性准则 可靠度 可靠度 正常工作数 总数浴盆曲线 早期失效阶段 正常使用阶段 损坏阶段 失效率 时间 2 7机械零件的设计方法 一 理论设计 定义 根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计设计方法 设计计算校核计算 直接求解杆件所必须的截面尺寸A 根据几何结构等要求设计出杆件截面尺寸 然后进行强度校核 F F 二 经验设计 适用条件 使用要求变动不大而结构形状已典型化的零件设计方法 根据某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式 根据设计者本人的工作经验用类比的方法进行设计 三 模型试验设计 适用条件 尺寸巨大结构又很复杂的特别重要的零件设计设计方法 将初步设计的零部件或机器制成小模型或小尺寸样机 实验手段对模型各方面特性进行检验 根据实验结果进行逐步修改 2 8机械零件的一般步骤 选择零件类型 结构 机械零件的设计一般要经过以下几个步骤 2 9机械零件的材料及其选用 灰铸铁 球墨铸铁 如 TH300QT500 5 一 机械零件常用材料 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 强如钢 轻如铝 硬如金刚石 强度高 弹性模量大 质量轻 二 机械零件材料的选择原则 1 载荷 应力的大小和性质脆性材料适用于静载荷下的零件塑性材料适用于冲击载荷及动载荷金属材料的性能可以通过热处理手段加以提高2 零件的工作情况考虑环境特点 工作温度 摩擦磨损程度3 零件的尺寸及质量4 零件结构的复杂程度及材料的加工可能性结构复杂零件宜选用铸造毛坯或焊接方法结构简单宜用锻造法制取毛坯5 材料的经济性材料本身的相对价格 材料的加工费用 材料的利用率 组合结构 节约稀有材料6 材料的供应状况同一部机器上材料品种和规格尽量少 7 钢的选用原则 优选碳素钢 其次是硅 锰 硼 钒类合金钢 二 机械零件材料的选择原则 2 10机械零件设计中的标准化 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 强制标准推荐标准 标准化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 以降低生产成本 GB 标准序号 批准年代 强制性国标必须严格遵照执行 否则就是违法 GB T 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 必须遵守这些国标 以期取得事半功倍的效果 标准化 通过对零件的尺寸 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 2 11机械设计现代方法简介 机械现代设计方法通常是相对传统的设计方法而言的 现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学 应用力学 微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下列转换 end 方案设计 执