第二章-机械设计概述

第二章机械设计的一般理论，第一节机械设计的基本要求和一般程序，第二节机械零件的失效形式，第三节机械零件的计算标准，第四节机械零件设计的一般程序，第五节机械零件的材料选择，第六节机械结构设计的基本要求，第七节机械零件的标准化，第八节现代机械设计方法，回到第一章目录，第一部分机械设计的一般程序，确定设计任务， 制定总体规划、总体结构设计、部件设计、鉴定和评估、第一节机械设计的一般程序和基本要求、功能要求、第二节机械设计的基本要求、经济要求、操作方便和安全操作等特殊要求，以实现机械的预定功能，并在预定的环境条件和工作周期内可靠地工作。 在设计、制造和使用机器时，它需要更低的成本和更高的效率。如巨型机器便于安装、拆卸和运输；食品、纺织和造纸机械不得污染产品等。要求所设计的机器操作简单、省力。必要时可安装安全保护和安全装置；尽可能降低机器的噪音；美化机器的外观等。并且应该正确处理人和机器之间的所有链接。第二部分中机械零件的失效模式称为失效，因为机械零件由于某些原因不能正常工作。a、断裂，零件在外部载荷的作用下，由于某一危险截面上的应力超过零件断裂的强度极限或当零件在循环变应力作用下发生危险截面疲劳断裂。例如，螺栓断裂和齿轮齿断裂就是例子。2.过度变形。当机械零件在负载下工作时，由于零件上的应力超过材料的屈服极限，可能会发生过度的弹性变形或残余塑性变形。齿轮齿面的成形变形、轴承外圈的塑性变形、表面损伤、表面疲劳(也称为点蚀)长期接触变应力下零件表面的颗粒剥落现象。磨损(主要指磨粒磨损)两个接触部件表面相对运动过程中表面物质的损失或转移。发生在金属和周围介质表面的电化学或化学腐蚀现象。齿轮齿面的接触疲劳点蚀、滚动轴承滚道的疲劳点蚀、滚动轴承外圈滚道的磨损、轴瓦的磨损、正常工作条件失效引起的失效，如当三角皮带传动传递的有效周向力大于摩擦力的极限值时会发生打滑失效；高速旋转的零件在它们的旋转速度与系统的固有频率一致时会产生共振，从而导致断裂故障。当润滑油膜损坏时，液体润滑的滑动轴承会发生胶合故障等。在机械零件计算标准的第三部分中，机械零件不发生故障时的安全工作极限称为零件的工作能力。对于载荷，零件的工作能力也可以称为零件的承载能力。用计算方法保证零件有足够的工作能力以避免失效是一种常见的机械设计方法。计算所基于的条件称为计算标准。强度标准强度是指零件在载荷下抵抗断裂、塑性变形和某些表面损伤的能力。表达式是s零件危险部分或工作表面上的工作应力。容许应力；Slim极限应力，拉伸极限适用于静态应力下的脆性材料，如拉伸状态下的铸铁；考虑静态应力下塑性材料的屈服极限；承受可变应力的零件的疲劳极限；S安全系数，考虑各种偶然或难以准确分析的因素的影响。另一个表达式，SS，一般来说各种零件都要满足一定的强度要求，所以强度准则是零件设计最基本的准则。容许安全系数，二。刚度标准。刚度是指零件在负载下抵抗弹性变形的能力。表达式为，yy，y弹性变形目前，还没有公认的定量计算方法。通常，为了保证零件良好的耐磨性，应该应用摩擦学原理来设计零件的结构、材料、热处理、表面状态、油品等。应该选择摩擦副的。同时，给予合理充分的润滑，延长零件的使用寿命。影响零件使用寿命的主要失效模式是磨损、疲劳和腐蚀。它们的产生机理、发展规律和对零件使用寿命的影响是完全不同的，应分别考虑。对于疲劳寿命，通常以零件在预设使用寿命下的疲劳极限作为计算基础。疲劳寿命的计算标准通常采用以下形式。4。振动稳定性标准。计算标准为FP 1.15f，s s。到目前为止，还没有提出实用有效的腐蚀寿命计算方法，因此腐蚀的计算标准不能列出。振动稳定性是指高速机器抵抗不稳定性的能力。fp周期性负载频率；f机械系统的固有频率。散热标准当两个零件的表面发生相对运动时，摩擦会产生热量。如果生热过高或散热不好，零件的温度可能会过度升高，正常的润滑条件可能会受损，甚至可能会发生两个金属表面的粘附。为了满足散热标准，需要对发热高的零件(如蜗杆传动、滑动轴承等)进行热平衡计算。)。可靠性标准我们称之为F=Nf/N0零件的故障概率(即不可靠性)，它与可靠性之和为1。零件的可靠性是指在一定工作条件下测试的一组相同的零件(如N0)。如果经过时间T后，仍有Ns个正常零件和Nf个损坏零件，那么这些零件在达到时间T的工作条件下能正常工作的可靠性R是、根据可靠性理论，机械是一个串联、并联或混合系统的零件。系统的可靠性取决于零件的可靠性。如果每个部件在统计上是独立的，则串联系统的可靠性是每个部件的可靠性的乘积，即，其中，RS是系统的可靠性；Ri是每个部分的可靠性。可靠性小于1，因此串联系统的可靠性小于任何部件的可靠性，部件越多，可靠性越低。并联系统的失效概率是各部件失效概率的乘积，可靠性为，其中，Fi是各部件的失效概率。可以看出，并联系统的故障概率比任何部件的故障概率都低，所以它的可靠性比任何部件都高。为了提高系统的可靠性，在设计中可以采取以下措施：在满足机器性能要求的前提下，结构要简单，零件数量要少。尽可能使用可靠性有保证的标准零件；应该有安全系数的空间。为重要链接添加备份系统；合理的维护周期等。(1)理论设计，(1)根据使用要求，选择零件的类型和结构。2)根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。3)选择合适的材料。4)根据零件的工作能力准则，零件的主要尺寸由两种计算方法确定：a)设计计算：直接计算危险截面尺寸a1。常规设计方法，b)验算：其他方法初步设计验算。5)绘制零件图。第四节机械零件的设计方法和一般步骤，(2)经验设计，基于经验关系的类比设计。(三)模型实验设计，将初步设计的零部件或机器制作成小模型或小样机进行实验。例如，飞机和桥梁的风洞试验。第五节机械零件的材料选择材料选择是机械设计中的一个重要环节。机械零件的材料对其性能、加工方法和经济性有很大影响。随着工程实践中对现代机械和零件要求的不断提高以及各种新材料的出现，零件材料的合理选择已成为必然机械零件的常用材料：铝(LY12)、铜(zcsn 10p1)、塑料、橡胶、合成纤维、低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢(如08F45601Cr18Ni9)、灰铸铁、球墨铸铁(如TH300QT500-5)，比钢更强，比铝更轻，比金刚石更硬，强度高，弹性模量大，重量轻，其次，材料选择原则，1。满足机械零件的使用要求，有足够的承受工作负荷的能力。在工作环境中长时间工作后，保持可维修性的能力可以保持在原始形状、尺寸和精度。耐腐蚀性、高温、高湿度等。其他要求如重量轻、外形美观等。2、满足工艺性要求，在满足使用要求的前提下，考虑机械零件的毛坯制造(铸造、锻造、焊接、冷冲压等)。)，热处理、机械加工和修理方便，且易于回收利用等。选择零件的材料。还应注意，不同的复杂性、尺寸和加工批次对加工方法和材料的选择有很大影响。还必须考虑该单元的处理条件和其他单元之间合作的可能性。为了满足经济性的要求，在选择材料时不仅要考虑材料的价格，还要考虑材料的加工成本和废品率。我们还应该考虑供应问题，如是否能及时获得所需材料的规格和尺寸。第六节机械结构设计的基本要求结构设计是机械设计的基本内容之一，也是设计过程中涉及最多问题和工作量的环节。它在产品的形成中起着非常重要的作用。在机械结构设计过程中，应充分考虑以下基本要求。功能要求使用要求结构可制造性要求人机工程学要求功能要求机械零件的结构设计是将原理设计方案具体化，即构造一个能够满足功能要求的三维实体零件。一般来说，各部分的结构功能主要包括承载载荷、传递运动和动力，以及保证或保持相关部件之间的相对位置或运动轨迹关系。功能要求是结构设计的主要基础，必须满足。当有两个以上的功能需求时，应在优先考虑主要功能的前提下，优先考虑其他功能需求。使用要求为了保证零件在规定的使用寿命内正常实现受载功能，零件的结构设计应使零件的结构应力合理，减少应力，减少变形，从而提高零件的强度、刚度，延长使用寿命。结构可制造性要求机器及其部件可以最经济地制造和组装，并且应该具有良好的结构可制造性。机器的成本主要取决于制造成本，因此可制造性和经济性密切相关。一般来说，应该从以下几个方面考虑结构的可制造性。零件的形状应该简单合理。适应生产条件和规模。合理选择空白类型。它便于切割。易于组装和拆卸。易于维护和维修。人体力学要求在结构设计中必须考虑安全问题，并且应该优先考虑具有直接(自身)安全效果的结构方案。此外，结构应美观，操作舒适，有利于环境保护。第七节机械零件的标准化机械零件的标准化是对尺寸、结构元素、材料性能、检验方法、设计方法、图纸要求等制定各种标准。每个人都要遵循的部分。标准化工作实际上包括三个方面，即标准化、系列化和通用化。系列化是指在相同的基本结构下，定义几种不同规格和尺寸的产品，形成产品系列，以满足不同的使用条件。通用化是指在同一类型的机械系列产品中或在不同系列的产品之间采用相同结构和尺寸的零件，使相关零件，尤其是易损零件，能够集成在一起利用最先进的技术，建立专业工厂，大规模生产标准件，十分方便，有利于合理使用原材料，节约能源，降低成本，提高质量和可靠性，提高劳动生产率。提高互换性，便于维护。促进产品改进，增加产品种类。采用符合国际标准的国家标准有利于产品走向国