第1章机械设计总论

1、安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院授课教师：易勇授课教师：易勇课堂讲授内容课堂讲授内容第一章第一章 机械设计总论机械设计总论第五章第五章 螺纹连接螺纹连接第六章第六章 键、花键、无键键、花键、无键连接和销连接连接和销连接第八章第八章 带传动带传动第九章第九章 链传动链传动第十章第十章 齿轮传动齿轮传动第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动第十三章第十三章 滚动轴承滚动轴承第十章第十章 轴轴第十四章第十四章 联轴器和离合器联轴器和离合器如何学习机械设计课如何学习机械设计课 学习机械设计，是机械类各专业的学生今后从事各项技术工作的重要基础。学习机械设计，是机械类各专业的学生今

2、后从事各项技术工作的重要基础。通过本课程的学习，学生应该具备运用本课程的基本理论与基本设计方法，独通过本课程的学习，学生应该具备运用本课程的基本理论与基本设计方法，独立完成简单传动装置和简单机械的设计能力。立完成简单传动装置和简单机械的设计能力。 机械设计课程主要研究常用、通用机械零部件的设计机械设计课程主要研究常用、通用机械零部件的设计。这些零部件都是独。这些零部件都是独立的，学生开始学习此课时会感到零碎而难以入门。立的，学生开始学习此课时会感到零碎而难以入门。 学好这门课要贯串学好这门课要贯串失效形式失效形式-受力分析受力分析-强度计算强度计算-结构设计结构设计这一主线。这一主线。无论学习

3、哪种零部件的设计，若以此主线为纲，就便于入门、便于掌握。无论学习哪种零部件的设计，若以此主线为纲，就便于入门、便于掌握。 零件的失效形式是零件设计的根据，零件的受力分析是零件设计的基础，零件的失效形式是零件设计的根据，零件的受力分析是零件设计的基础，强度计算是零件的设计方法，结构设计是零件设计的结果。用这样的总体思想强度计算是零件的设计方法，结构设计是零件设计的结果。用这样的总体思想去学习机械设计，是学好、掌握、运用机械设计的最佳指导思想。去学习机械设计，是学好、掌握、运用机械设计的最佳指导思想。 机械设计是实践性很强的课程，所以要求学生在学习时勤于实践机械设计是实践性很强的课程，所以要求学生

4、在学习时勤于实践。对初学者。对初学者而言，首先要认真完成习题与设计作业。在此基础上，在机械设计的课程设计而言，首先要认真完成习题与设计作业。在此基础上，在机械设计的课程设计中最后要综合完成一个简单的机械设计。中最后要综合完成一个简单的机械设计。 学生通过机械设计课的学习，要不断进行设计思维能力的锻炼，要逐步培养学生通过机械设计课的学习，要不断进行设计思维能力的锻炼，要逐步培养自己观察、发现、提出、捕捉新问题和新动向的能力，为使自己早日成为一个自己观察、发现、提出、捕捉新问题和新动向的能力，为使自己早日成为一个优秀的设计人材而努力。优秀的设计人材而努力。第一章第一章 机械设计总论机械设计总论1-

5、3 本课程的内容、性质与特点本课程的内容、性质与特点1-2 机器的基本组成要素机器的基本组成要素1-5 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式1-4 设计机器的基本要求与一般程序设计机器的基本要求与一般程序1-7 机械零件的设计准则机械零件的设计准则1-6 设计零件时应满足的基本要求设计零件时应满足的基本要求1-1 机械工业在国民经济中的地位机械工业在国民经济中的地位1-8 机械零件的设计方法机械零件的设计方法1-1 机械工业在国民经济中的地位机械工业在国民经济中的地位l 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志，机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志，肩负着为

6、国民经济各个部门提供装备和促进技术改造的重任。肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改造的重任。l 大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大促进国民大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大促进国民经济发展的力度，加速我国的现代化建设。经济发展的力度，加速我国的现代化建设。l 人类社会的进步源于不断地人类社会的进步源于不断地创新创新，产品的创新首先是从，产品的创新首先是从设计设计工工作开始的。作开始的。l 设计设计是生产产品的是生产产品的第一道工序第一道工序，要想生产出，要想生产出好的产品好的产品，首先要，首先要有有好的设计好的设计。l 机械设计是机械工程的机械设计是机械工程的“

7、灵魂灵魂”。l 2009年年11月，温家宝月，温家宝让科技引领中国可持续发展让科技引领中国可持续发展：抢占未：抢占未来发展制高点，不能总是模仿别人。来发展制高点，不能总是模仿别人。 一台完整机器的组成如下：一台完整机器的组成如下：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润滑、显示、照明等辅助系统润滑、显示、照明等辅助系统控制系统控制系统1-2 机器的基本组成要素机器的基本组成要素组成：组成：1、原动机部分、原动机部分 2、执行部分、执行部分 3、传动部分、传动部分轿车组成：轿车组成：机器的主体机器的主体零件零件构件构件机构机构机器机器部件部件刚刚从运动学角度从运动学角度从制造角度从

8、制造角度机器的基本组成要素是机械零件机器的基本组成要素是机械零件是它的机械系统是它的机械系统活活机械原理课程机械原理课程机械设计课程机械设计课程部件：部件：为完成为完成同一使命同一使命而协同工作的许多而协同工作的许多零件的组合零件的组合。零件：零件：组成机器的组成机器的不可拆的基本单元不可拆的基本单元（即（即制造制造的基本单元）。的基本单元）。如：滚动轴承如：滚动轴承、联轴器。、联轴器。用途用途专用零部件专用零部件 ：只在特定类型机器中使用的零件，如飞机螺旋桨、飞机螺旋桨、内燃机曲轴、汽轮机叶片、枪栓内燃机曲轴、汽轮机叶片、枪栓。通用零部件通用零部件：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。

9、标准件：制定了国家标准，并由专门工厂生产的零部件。如：滚动轴承、螺栓等。1-3 本课程的内容、性质与特点本课程的内容、性质与特点 一般尺寸和常用工作参数下的一般尺寸和常用工作参数下的通用零件的设计通用零件的设计v 基本设计理论和方法基本设计理论和方法v 技术资料、标准的应用技术资料、标准的应用 二、性质：二、性质： 是一门是一门论述机械零件设计理论、研究机械零件设计方法论述机械零件设计理论、研究机械零件设计方法的设计性的设计性技术基础课技术基础课。是多学科知识的综合运用。具有。是多学科知识的综合运用。具有综合综合性、设计性性、设计性。一、内容：一、内容： 涉及面广、实践性强、无重点又都是重点、

10、设计问题无统涉及面广、实践性强、无重点又都是重点、设计问题无统一答案。一答案。三、特点：三、特点： 涉及面广涉及面广 关系多关系多因与诸多先修课关系密切。因与诸多先修课关系密切。 要求多要求多强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。 门类多门类多各类零件，各有特点，设计方法各异。各类零件，各有特点，设计方法各异。 公式多公式多计算多，有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式。计算多，有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式。 图表多图表多结构图、分析图、原理图、示意图、曲线图、标准、经验数表。结构图、分析图、原理图、示意图、曲线图、标准、

11、经验数表。 实践性强实践性强 不仅读懂书就行，要多联系实际，要注重实践性环节。不仅读懂书就行，要多联系实际，要注重实践性环节。 重点重点 又都是重点，设计工作必须详尽，细小的疏忽也会导致严重事故又都是重点，设计工作必须详尽，细小的疏忽也会导致严重事故。 设计问题无统一答案设计问题无统一答案 更多地谈论谁设计得更好，要注意发展求异思维。更多地谈论谁设计得更好，要注意发展求异思维。本课程的特点：本课程的特点：1-4 设计机器的基本要求与一般程序设计机器的基本要求与一般程序1、使用功能要求、使用功能要求 实现预定功能，工作可靠。实现预定功能，工作可靠。2、经济性要求、经济性要求 三方面：生产成本低、

12、耗能小、维护费用低。三方面：生产成本低、耗能小、维护费用低。3、外观造型要求、外观造型要求 颜色、造型颜色、造型4、环保要求、环保要求 噪音、废气、废液。如：噪音、废气、废液。如：CNG汽车。汽车。一、设计机器应满足的基本要求一、设计机器应满足的基本要求二、二、设计机器的一般程序设计机器的一般程序1、传统的物理样机设计流程、传统的物理样机设计流程2、虚拟样机技术设计流程、虚拟样机技术设计流程主要失效形式主要失效形式4.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、共振、胶合打滑、共振、胶合1.整体断裂整体断裂2.过大的残余变形：过大的残余变形：塑性变形塑性变形3.零件表面的破坏零

13、件表面的破坏：接触疲劳、磨损、腐蚀接触疲劳、磨损、腐蚀 零件在规定的使用期限内丧失工作能力或达不到设计零件在规定的使用期限内丧失工作能力或达不到设计要求的性能。要求的性能。 失效失效注意：注意： 1、失效并不单纯指零件的破坏，如带传动打滑、螺纹连接松动、轴弹性变形过大、滚动轴承产生初始疲劳点蚀等，虽然零件没有破坏，但也属于失效。 2、同一种机械零件可能的失效形式往往有数种。 1-5 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式齿轮轮齿断裂轴承内圈断裂齿轮齿面塑形变形轴瓦磨损轴承内圈接触疲劳失效举例失效举例1-6 设计零件时应满足的基本要求设计零件时应满足的基本要求q 避免在预定寿命期内失效的要

14、求避免在预定寿命期内失效的要求q 结构工艺性要求结构工艺性要求q 经济性要求经济性要求q 质量小的要求质量小的要求q 可靠性要求可靠性要求 机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。设计的结构应便于加工和装配。设计的结构应便于加工和装配。 零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。 质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。质量小则可节

15、约材料，质量小则灵活、轻便。应降低零件发生故障的可能性（概率）。应降低零件发生故障的可能性（概率）。1-7 机械零件的设计准则机械零件的设计准则 在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是所谓的足的条件，这样的条件就是所谓的机械零件设计准则机械零件设计准则。设计准则：设计准则：它是设计机械零件的理论依据。它是设计机械零件的理论依据。主要设计准则有主要设计准则有强度、刚度、寿命、振动稳定性、耐热性强度、刚度、

16、寿命、振动稳定性、耐热性和可靠性准则等和可靠性准则等。 设计零件时，首先应根据零件的设计零件时，首先应根据零件的失效形式失效形式确定其确定其设计设计准则准则以及以及相应的设计计算方法相应的设计计算方法。1-8 机械零件的设计方法机械零件的设计方法必须采用先进的设计方法和手段！必须采用先进的设计方法和手段！激烈的竞争传统的手段手工绘图常规的计算 方法简单的计算 工具碰撞CAD1、理论设计（半经验设计）、理论设计（半经验设计）a）设计计算：直接求出危险截面尺寸A。 FA1）设计计算）设计计算先分析零件的可能失效形式，根据该失效形先分析零件的可能失效形式，根据该失效形式的计算准则通过计算确定零件的结

17、构尺寸。式的计算准则通过计算确定零件的结构尺寸。2）校核计算）校核计算先根据经验确定零件的结构尺寸，然后再验先根据经验确定零件的结构尺寸，然后再验算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。 b）校核计算：其他方法初步设计 验算。 ?FA 传统设计方法传统设计方法2、经验设计、经验设计 根据经验关系式或设计者的经验，用类比的方法所进行的设计。如：箱体、传动零件个各结构要素等3、模型实验设计、模型实验设计 把初步设计的零、部件或机器作成把初步设计的零、部件或机器作成小模型小模型或或小尺寸样机小尺寸样机进行实验。进行实验。如：飞机、桥梁的风洞实验。如：飞机、桥梁的风洞实验。二十世纪六十年代以来，机械产品设计领域相继出现了一系二十世纪六十年代以来，机械产品设计领域相继出现了一系列新兴的理论与方法。为区别于过去的传统的方法，把这些列新兴的理论与