机械设计第一章

1、一、机器1.1.定义定义执行机械运动，用来变换或传递能量、物料与信息执行机械运动，用来变换或传递能量、物料与信息2.2.典型特征典型特征 人造的实物组合人造的实物组合 执行确定的机械运动执行确定的机械运动 能实现能量转换或完成有用的机械功能实现能量转换或完成有用的机械功1箱体 2活塞 3连杆 4曲轴 5、6齿轮 7凸轮 8推杆内燃机内燃机箱体+活塞、连杆、曲轴齿轮凸轮、推杆连杆机构齿轮机构凸轮机构连杆机构齿轮机构凸轮机构内燃机内燃机辅助系统辅助系统，例如润滑、显示、照明等，例如润滑、显示、照明等原动机部分原动机部分传动部分传动部分执行部分执行部分控制系统控制系统3.3.机器的组成机器的组成发动

2、机发动机离合器、变速箱、传动离合器、变速箱、传动轴、差速器轴、差速器车轮、悬挂系统、底盘车轮、悬挂系统、底盘（包括车身）（包括车身）转向盘、转向系统、排挡杆、刹转向盘、转向系统、排挡杆、刹车及其踏板、离合器踏板及油门车及其踏板、离合器踏板及油门油量表、速度表、里程表、润滑油油量表、速度表、里程表、润滑油温度表、蓄电瓶电流表、电压表温度表、蓄电瓶电流表、电压表后视镜、车门锁、刮雨器、安全后视镜、车门锁、刮雨器、安全 装置等装置等前后灯、仪表盘灯前后灯、仪表盘灯转向信号灯、车尾红灯转向信号灯、车尾红灯电动机齿轮机构连杆机构螺旋机构 具有确定相对运动具有确定相对运动 的组合体，是机器的组合体，是机器

3、 的主要组成部分。的主要组成部分。 （传递运动和力或 改变运动形式）二、机构三、机械所有机器、机构统称所有机器、机构统称机械！机械！ 本课程的主要任务是培养学生：本课程的主要任务是培养学生： 掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，具有设计一般机械的能力；具有设计一般机械的能力；初步具有一定机械系统方案优化及决策的能力与素质；初步具有一定机械系统方案优化及决策的能力与素质；树立创新意识和正确的设计思想；树立创新意识和正确的设计思想；具有运用标准、规范、手册、图册等技术资料的能力；具有运用标准、规范、手册、图册等技术资料的能力；

4、掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；了解国家当前的有关技术经济政策及机械设计的新发展动向。了解国家当前的有关技术经济政策及机械设计的新发展动向。11n功能性要求功能性要求n可靠性要求可靠性要求n经济性要求经济性要求n安全性要求安全性要求 11 设计的基本要求设计的基本要求121功能性要求功能性要求机械产品必须完成规定的功能。机械产品必须完成规定的功能。机械的功能可表达为一个或几个功能指标。机械的功能可表达为一个或几个功能指标。例：例：电池自动分拣机电池自动分拣机图18 电池自动分拣机电池托盘z向进给机构输送装置机械手主要功能指

5、标：主要功能指标：每分钟分拣电池的个数。每分钟分拣电池的个数。13 主要功能指标：主要功能指标：（1 1）被加工工件的尺寸范围；）被加工工件的尺寸范围；（2 2）滑枕应具有若干种不同的往）滑枕应具有若干种不同的往复运动速度，以满足不同切削工复运动速度，以满足不同切削工艺的要求；艺的要求；（3 3）工作台沿横向应能实现若干）工作台沿横向应能实现若干种不同的进给量；种不同的进给量；（4 4）应能供给并传递足够的功率，）应能供给并传递足够的功率，以克服切削力；以克服切削力；（5 5）应能保证一定的加工精度。）应能保证一定的加工精度。 例：例：牛头刨床牛头刨床14机械功能指标的确定：机械功能指标的确定

6、：由用户提出由设计者与用户协商确定由用户提出由设计者与用户协商确定机械的功能指标是机械设计最基本的出发点。机械的功能指标是机械设计最基本的出发点。152 2可靠性要求可靠性要求机械零件的内部和表机械零件的内部和表面产生应力和变形面产生应力和变形磨损磨损 曲轴折断曲轴折断 潘存云教授研制齿轮损坏齿轮损坏 机械要传递机械要传递力和力矩力和力矩有可能导致有可能导致零件的失效零件的失效16 机械应能保证在规定的使用寿命期限内，零件不发生各种型式的失效。 为此要进行强度、刚度和寿命的计算，这些计算在整个设计工作量中占了很大的比例。173经济性要求经济性要求 制造成本制造成本 使用成本使用成本 简化结构简

7、化结构选用适当的材料选用适当的材料确定合理的加工精度确定合理的加工精度标准化、系列化和通用化标准化、系列化和通用化降低机械的能量损失降低机械的能量损失考虑到维修的方便性和经济性考虑到维修的方便性和经济性成本成本 设计阶段的工作如何，就基本上决定了一设计阶段的工作如何，就基本上决定了一个产品成本的高低。个产品成本的高低。 184社会性要求社会性要求 所设计的产品不应对人、环境和社会造成所设计的产品不应对人、环境和社会造成消极影响。消极影响。n 操作者的安全性和舒适性操作者的安全性和舒适性n 机械的造型和色彩美观、大方、宜人机械的造型和色彩美观、大方、宜人n 符合国家在环境保护方面的法规符合国家在

8、环境保护方面的法规数控加工中心机械是否满足社会性要求，完全取决于设计。2 2 机械零件的失效形式及设计准则机械零件的失效形式及设计准则 机械零件由于某些原因不能正常工 作，称为失效。一、断裂一、断裂 零件在外载荷作用下，由于某一危险截面上的应力超过零件的强度极限时所发生的断裂或当零件在循环变应力的作用下危险截面所发生的疲劳断裂。齿轮轮齿断裂实例齿轮轮齿断裂实例二、过大的变形二、过大的变形 机械零件在载荷作用下工作时，可能发生过大的弹性变形或由于零件上的应力超过材料的屈服极限产生残余塑性变形。 齿轮齿面塑形变形齿轮齿面塑形变形轴承外圈塑性变形轴承外圈塑性变形三、表面损伤三、表面损伤表面疲劳（亦称

9、点蚀）表面疲劳（亦称点蚀） 零件表面在接触变应力长期作用下产生微粒剥落的现零件表面在接触变应力长期作用下产生微粒剥落的现象。象。磨损（主要指磨粒磨损）磨损（主要指磨粒磨损） 两个接触零件表面在相对运动过程中表面物质丧失两个接触零件表面在相对运动过程中表面物质丧失或转移的现象。或转移的现象。腐蚀腐蚀 金属表面与周围的介质发生的电化学或化学侵蚀的现象。金属表面与周围的介质发生的电化学或化学侵蚀的现象。齿轮齿面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四、破坏正常工作条件引起的失效四、破坏正常工作条件引起的失效 例如：例如：V V带传动当传递的有效圆周力大于摩擦力的极限值时将

10、发生打滑失效；带传动当传递的有效圆周力大于摩擦力的极限值时将发生打滑失效；高速转动的零件当其转速与系统的固有频率相一致时会发生共振，以致引高速转动的零件当其转速与系统的固有频率相一致时会发生共振，以致引起断裂失效；起断裂失效；液体润滑的滑动轴承当润滑油膜被破坏时将发生胶合失效等。液体润滑的滑动轴承当润滑油膜被破坏时将发生胶合失效等。 机械零件不发生失效时的安全工作限度称为零件的工作能力。对载荷而言零件的工作能力也可称为零件的承载能力。 用计算的方法来保证零件有足够的工作能力，从而避免失效，是常用的机械设计方法。计算依据的条件称为计算准则。 一、强度准则一、强度准则 强度是指零件在载荷作用下抵抗

11、断裂、塑性变形及某些表面损伤的能力。强度是指零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及某些表面损伤的能力。 33 机械设计计算准则机械设计计算准则其表达式为Slims零件危险截面或工作表面上的工作应力；s许用应力；slim极限应力，对受静应力的脆性材料，如铸铁受拉伸取抗拉极限；对受静应力的塑性材料取屈服极限；对受变应力的零件取疲劳极限 ；S安全系数，考虑各种偶然或难以精确分析的因素的影响。 一般来讲各种零件都应满足一定的强度要求，因而强度准则是零件设计最基本的准则。 二、刚度准则二、刚度准则刚度指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。其表达式为yy y弹性变形量；y许用变形量。 弹性变形量可用各种求变形量的理论或实验方法确定，而许用变形量则应随不同的使用场合，按理论或经验来确定其合理的数值。 耐磨性是指零件在载荷作用下抵抗磨损的能力。 目前尚无公认的能够进行定量计算的方法。通常为了保证零件具有良好的耐磨性，应运用摩擦学原理设计零件的结构，选定摩擦副的材料和热处理、表面状态、油品等。同时，给予合理而充分的润滑，以延长零件的使用寿命。 影响零件寿命的主要失效形式是磨损、疲劳和腐蚀，它们的产生机理、发展规律及对零件寿命的影响是完全不同的，应分别加以考虑。三、寿命准则三、寿命准则四、振动稳定性准则四、振动稳定性准则计算准则为 fp0.85 f