机械设计-第一第二章

1、第一章 绪论第二章 机械及机械零件设计概要第三章 机械零件的强度计算第四章 摩擦学概述目 录第一篇一篇 总论总论第一节第一节机器的作用机器的作用第二节第二节机器的组成机器的组成第三节第三节课程内容课程内容第四节课程性质、任务及目的第四节课程性质、任务及目的篇 头第一章一章 绪论绪论1-1 机器的器的作用作用减轻体力劳动、改善劳动条件、提高减轻体力劳动、改善劳动条件、提高劳动生产率、改进产品质量。劳动生产率、改进产品质量。章 头1-2 机机器的组成器的组成一、从构成看一、从构成看 以内燃机为例以内燃机为例1.机械机械: 机器和机构的总称。 2.2.机构机构：由构件组成，且构件之间具有确定的运动。

2、例内燃机内燃机3.构件：构件：由零件组成，它是运动的单元体。例：轴部件组成4.零件：零件：加工的单元体。例：连杆组成(1)通用零件：在各类机器中都经常用到的零件。 例： 螺纹联接、键联接、联轴器等 (2)专用零件：在特定类型的机器上用到的零件。 例：曲轴等。 5.部件：部件：一组协同工作、独立制造或装配的零件所组成的组合体。 例：减速器、联轴器、滚动轴承等。二二 、从功能看、从功能看原动部分传动部分执行部分辅助部分章 头例：冲床 内燃机1-3课程内容程内容在简要介绍整部机器设计的基本知识基础上，重点讨论一般尺寸和参数的通用零件（巨型、微型、高温、高压、低温等工作条件下的零件除外）。 一.总论总

3、论 二.联接联接 三.机械传动机械传动 四.轴系轴系 五.其它零、部件其它零、部件 章 头机器及零件的设计基本准则、设计计算理论、选材、结构要求及摩擦、磨损及润滑。主要学习：螺纹、键、花键、销联接等例：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动等。例：轴、轴承、联轴器、离合器。例：弹簧、机座与机箱、减速器1-4课程性质、任务及目的课程性质、任务及目的一.性质性质 1.是一门以通用零件的设计为核心的设计性课程。 2.是培养具有一定机械设计能力的一门技术基础课。 二. 本课程任务及目的本课程任务及目的 1.掌握通用零件的设计方法。 2.具有设计简单机械的能力（运用标准、规范、手册、图册、 查资料

4、）。 3 .对机械的动手能力。 三.要求要求 1 .先修课： 2 .作业按时独立完成、 有问题及时答疑、 自觉课堂纪律。章 头 理论力学、材料力学、金属材料及热处理、机械制 图、机制工艺、公差与配合、机械原理等。第二章第二章 机械设计概论机械设计概论第一节 对机器的主要要求第二节 机器设计程序第三节 机械零件的主要失效形式第四节 设计零件时应满足的要求第五节 机械零件的设计准则第六节 机械零件的设计方法第七节 机械零件的设计步骤第八节 机械零件材料的选用原则第九节 机械零件设计中的标准化小结：小结：第二章机械设计概述第二章机械设计概述思考题思考题篇 头2-1对机器的主要要求机器的主要要求使用功

5、能要求：使用功能要求：例：对减速器的传动比、功率、转速等的要求； 对牛头刨床行程、速度变化系数等经济性要求：经济性要求：设计+制造+使用保养1 设计上a) 采用先进的设计手段（例：CAD） b) 采用三化零部件（系列化、通用化、标准化）2 制造上：a) 采用新工艺、新结构、新材料、新技术 b) 力求改善零件的结构工艺性-减少用料、易加工、装配3 使用保养：a)合理提高自动化水平和生产率。 b)降低能耗 c)适当延长机器寿命（润滑系统、表面保护）三三 劳动保护要求劳动保护要求1操作者方便与安全。2环境保护。四四 其它方面其它方面例：可靠性、重量（飞机）、精度（机床）、运输方便（大型机器），安装与

6、拆卸（流动使用机器：起重机）。章 头例：手柄：数量+高低+转向+驱动力 链条传动安全。安装防护罩。例：噪声（7080dB）、色彩协调、密封等。2-2机器设计程序器设计程序计划阶段计划阶段提出任务 分析对机器的要求（性能、成本、体积等）拟出开发计划任务书。总体方案设计阶段总体方案设计阶段 任务拟订出运动简图原动部分传动部分执行部分辅助部分(控制系统，润滑系统，照明系统，显示系统)N1N2N3N4则设计机器的总方案数为 N=N1*N2*N3*N4三三 技术设计阶段技术设计阶段 运动简图装配图、部件图、零件图、设计说明书。四四 试制阶段试制阶段 决定设计方案是否可行或最佳。五五 投产销售阶段投产销售

7、阶段 2-2 2/2机器的设计程序框图提出任务分析要求拟订设计计划任务书总体方案设计阶段计划阶段拟订传动方案技术设计阶段总装图、部件图零件图说明书试制阶段投产销售章 头2-3 机械零件的失效形式机械零件的失效形式失效失效：丧失正常的工作能力常见失效形式常见失效形式零件表面失效零件表面失效过大的残余变形过大的残余变形 破坏正常的工作条件引起的失效破坏正常的工作条件引起的失效整体断裂整体断裂章 头失效破坏零件在拉压弯扭作用下，应力超过强度极限而发生的断裂或疲劳断裂。例：螺栓断裂.、齿轮轮齿根断裂 例: 机床主轴变形过大，机车精度降低 例：腐蚀、磨损、疲劳点蚀等。例：滑动轴承、带传动等2-4设计零件

8、时应满足的要求设计零件时应满足的要求避免在预定寿命内失效避免在预定寿命内失效1.强度要求强度要求提高强度措施： a. 降低集中载荷 c. 减小应力集中。 d. 适当热处理。例如：调质、高频淬火等。2 .刚度要求刚度要求提高刚度措施： a: 合理截面形状 b: 合理支承c: 加强筋二.工艺性工艺性 在既定的生产条件下，能够方便而经济地加工出来，并便于装配。这样的零件工艺性就好。改善工艺性措施：a: 制造方法与生产条件、批量大小等适应b: 造型要简单c: 加工、安装方便 b 合理截面形状例：齿轮直径d600mm时，由于锻压设备难于锻压，可用锻造方法；单件或小批量应用锻造，不宜用铸造。经济性经济性

9、措施 1)降低零件本身成本。例：a.选材 b.加工量和利用率。2)采用标准零部件。例：标准螺纹、标准齿轮等3)采用局部品质。例：蜗轮材料选择四 质量要求质量要求 减轻质量措施 a 加缓冲器。例：汽车板簧、摩托缓冲器等 b 加安全装置。例：安全销、安全离合器等 c 降低应力集中 d 采用强重比高的材料。例：铝合金代替黑色金属章 头2-5机械零件的设计准则机械零件的设计准则1 强度准则强度准则2. 2.刚度准则刚度准则3. 3.寿命准则寿命准则 LhLh 4. 4.振动稳定性准则振动稳定性准则章 头例：轴的拉伸，扭转强度计算例：轴的拉伸，扭转强度计算例：梁的弯曲例：梁的弯曲例：例： 转子系统的振动

10、转子系统的振动2-6机械零件的设计方法机械零件的设计方法现代设计方法现代设计方法优化设计优化设计CAD可靠性设计可靠性设计常规设计方法常规设计方法理论设计理论设计经验设计经验设计模型设计模型设计方法方法FF一、理论设计一、理论设计:以受拉杆为例以受拉杆为例强度准则：强度准则：s ss slim / ss s 1)设计计算：已知设计计算：已知F， 设计截面积设计截面积A 因因 s s=F/A 故故 A= =F/s sss sF/s slim2)校核计算：已知校核计算：已知F，A 校核强度校核强度 a)按应力校核按应力校核 s=s=F/As?s? b)按安全系数校核按安全系数校核 ss s=s s

11、lim/s ssss s? 二、经验设计，二、经验设计，例：例：齿轮结构设计齿轮结构设计 三、模型设计三、模型设计章 头2-7机械零件的设计步骤（理论设计）机械零件的设计步骤（理论设计）1)根据零件使用要求，选择零件类型。根据零件使用要求，选择零件类型。例：选择直齿轮或斜齿轮，带传动或链传动例：选择直齿轮或斜齿轮，带传动或链传动2)计算作用在零件上的载荷。计算作用在零件上的载荷。包括大小和方向包括大小和方向3)选择材料。选择材料。由工况确定由工况确定4)根据失效形式，确定设计准则，计算零件的主要尺寸。根据失效形式，确定设计准则，计算零件的主要尺寸。5)结构设计。结构设计。确定非主要尺寸确定非主

12、要尺寸,例：例：齿轮结构设计齿轮结构设计6)校核计算。如果不满足条件返回校核计算。如果不满足条件返回3)或或1)7)画零件工作图并写说明书。画零件工作图并写说明书。章 头2-8机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则1.选材原则选材原则2.常用材料常用材料3.常用材料的极限应力经验公式常用材料的极限应力经验公式章 头 选材原则选材原则1.应力的大小、性质。应力的大小、性质。例：静应力可用塑性、或脆性材料 冲击应力选塑性好的材料2.零件的工作环境。零件的工作环境。例：从耐磨性考虑：应选用硬度高的 材料或进行表面处理，合理选择配偶材料。 从耐腐性考虑：选铜合金或不锈钢。3.尺寸和质量。尺寸和质

13、量。例：要求尺寸小，选slim高材料。 要求质量轻，选slim/r高材料。4.零件的复杂程度和材料的加工可能性零件的复杂程度和材料的加工可能性 例：热处理性，焊接性。5. 经济性经济性. a)材料价格低。b)加工费用低。 c)利用率高。 d)采用局部品质。例 蜗轮结构6.供应状况供应状况. 减少机器上使用的材料品种和规格优点：1.易购 2.品种少，便于保管节 头 常用材料常用材料一、黑色金属：一、黑色金属：碳钢及其合金。例：灰铸铁、普通碳钢、碳钢及其合金。例：灰铸铁、普通碳钢、 优质碳钢、合金结构钢。优质碳钢、合金结构钢。常用机械性能常用机械性能1.强度：强度：s sB，s ss，s sr2.

14、硬度：硬度：HB、HRC、HV。影响零件的磨损、疲劳点蚀。影响零件的磨损、疲劳点蚀。二、有色金属：二、有色金属：铜合金铜合金-耐腐、耐磨、导电热性能好可做轴瓦，蜗轮耐腐、耐磨、导电热性能好可做轴瓦，蜗轮铝合金铝合金-强重比高、导电热性能好强重比高、导电热性能好轴承合金（巴氏合金）轴承合金（巴氏合金）-轴瓦内衬轴瓦内衬三、非金属材料：三、非金属材料：塑料、橡胶、尼龙做皮带、密封圈塑料、橡胶、尼龙做皮带、密封圈节 头 钢、灰铸铁和轻金属的极限应力经验计算式拉伸弯曲扭 剪材料s-1s0s-1bs0bssb-10s结构钢0.45sB1.3s-10.49sB.s-1b.ss0.35sB.-1.ss调质钢

15、0.41sB1.7s-10.44sB.s-1b.4ss0.30sB.-1.ss渗碳钢0.40sB1.6s-10.41sB.s-1b.4ss0.30sB.4-1.ss灰铸铁0.25sB1.6s-10.37sB-0.36sB.-1-轻金属0.30sB-0.40sB-0.25sB-节 头2-9机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化一一 标准化的意义标准化的意义1.提高质量、降低成本提高质量、降低成本2.缩短设计周期缩短设计周期3.便于维修便于维修二二 标准化分类：标准化分类：1.国家标准（国家标准（GB）2.部标准部标准(例：例：JB)3.企业标准企业标准章 头第二章机械设计概述小结第二章机械

16、设计概述小结1.机械设计概述机械设计概述2.零件设计概述零件设计概述3.标准化、系列化、通用化意义标准化、系列化、通用化意义要求：功能、经济性、劳保要求：功能、经济性、劳保程序程序: 计划计划总体总体技术技术试制试制生产生产失效形式：断裂、表面失效、失效形式：断裂、表面失效、 塑性变形、破坏正常工作条件塑性变形、破坏正常工作条件设计准则：强度、刚度、稳定性、寿命设计准则：强度、刚度、稳定性、寿命设计步骤：选择结构设计步骤：选择结构算力算力选材选材计算尺寸计算尺寸 结构设计结构设计校核计算校核计算工作图工作图章 头思考题1.对机器有哪些主要要求？对机器有哪些主要要求？章 头3.零件的失效形式有哪

17、几种？零件的失效形式有哪几种？4.零件的设计步骤？零件的设计步骤？5.系列化、通用化、标准化的意义是什么？系列化、通用化、标准化的意义是什么？2.机器的设计过程分哪些阶段？机器的设计过程分哪些阶段？6.本课程主要研究哪些内容？本课程主要研究哪些内容？7.从功能看，机器主要由哪几部分组成？从功能看，机器主要由哪几部分组成？牛头刨轴部件的构成轴齿轮键键 联轴器套筒轴承轴承曲轴曲轴减速器螺栓断裂FFFFFFFF磨粒磨损磨粒磨损v12磨损后齿厚变薄、强度降低、齿廓非渐开线，传动平稳性降低疲劳点蚀过程sHsH分布载荷代替集中载荷QQq合理截面形状qAAQ减小轴肩应力集中QL支承部分刚度要大、同心度高加强筋简单造型工艺性加工要方便孔加工不方便孔加工方便安装要方便打工艺孔安装不便安装方便局部品质齿圈用铜合金芯部用铸铁轮齿齿根断裂齿根断裂Fn螺栓联接弹簧垫片被联接件螺母弹簧垫片垫片螺母固定、螺杆转动移动螺母螺杆转动平键联接键轮毂轴花键联接外花键内花键刚性凸缘联轴器半联轴器半联轴器销联接锥销圆柱销离合器带传动链传动链轮链轮链条齿轮传动齿轮结构尺寸dSdaD1D2D0d0D0=0.5(D1+D2)d0=0.25(D2-D1)D2=da-10mnD1=1.6dSL=(1.21.5)dsbL蜗杆传动滑动轴承动轴承深沟球轴承名称：深沟球轴承类型代号：6(0)结构