机械设计课件：1绪论、设计总论

1、机械设计本讲内容机器的组成机械设计的基本要求及设计程序机械零件的主要失效形式和设计计算准则 机械零件的材料及选用原则机械零件设计中的标准化问题现代设计方法简介原动机部分 整台机器的动力源 通常一部机器只有一个动力源，复杂的机器也可能有好几个动力源。人力和畜力水力和风力蒸气机和内燃机电动机。现代机器中绝大部分采用电动机和热力机。原动机部分辅助系统，例如润滑、显示、照明等控制系统传动部分执行部分1.机器的组成执行部分(或工作部分) 完成机器预定功能的组成部分 根据实际使用场合，机器的预定功能是多种多样的，有简单的一个执行部分，如压路机的压辊、塔式起重机的吊钩。也有把机器的功能分解成好几个执行部分，

2、例如普通的车床有工件的回转、纵向走刀、横向走刀等。自动生产线上有更多的执行生产部位。传动部分 完成从原动机到执行部分的运动和动力的传递 机器的传动部分多数用机械传动系统，例如带传动、齿轮传动、链传动）。除了机械传动以外，现代机械上也广泛应用液压传动和气传动，例如磨床的工作台运动广泛应用液压传动，各种生产自动线、包装机、自动切削加工机床广泛应用气传动。控制系统 包括对原动机部分、传动部分、执行部分的运动和动力的控制，可分为手动控制和自动控制，或者是两者的结合。随着机械自动化程度的提高，各种高新技术（如气、液、光、电子、计算机等）被广泛应用与控制系统中，控制系统的水平一定程度上反映了整台机械的水平

3、，越来越引起广大设计者的重视。辅助系统 例如润滑、显示、照明等辅助系统。机器的加工制造单元-机械零件 通用零件和专用零件 基本内容：一般尺寸和常规使用条件下、通用零件的设计理论和方法，整机和部件设计的基本知识。 总论、联结件、传动件、轴系零件、其他零件。 课程性质：技术基础课即承前启后，设计性、综合性和实践性都较强。本课程的内容、性质与任务 基本任务：1）树立正确的设计思想2）掌握通用机械零部件的设计原理、方法和一般规律。3）掌握一定的设计技能（查阅资料，运用标准、规范。）4）掌握典型机械零件的实验方法，获得基本的实验技能。5）了解机械设计的最新动态。 学习方法： 1）注意理论联系实际，将机械

4、零件的设计放到整个机械系统中加以考虑。2）注意掌握零部件的共性3）掌握机械零部件设计的一般思路 本课程的内容、性质与任务 2.机械设计的基本要求及设计程序 2.1机械设计的基本要求 1、对机器的设计要求 a) 设计的机器要满足使用功能方面的要求 b) 设计的机器要经济实用，绿色环保2、对机械零件设计的基本要求避免在预定寿命内失效的要求（强度、刚度、寿命）可靠性高的要求结构工艺要求，便于加工质量轻的要求，节能环保1.2.机械设计的一般程序 机器设计的一般程序 市场调研可行性研究原理方案设计技术设计试制试验小批生产试销投产设计任务书确定最佳方案样机评价改进考核工艺性、收集用户意见产品销售装配图、零

5、件图、技术文件必要性可行性技术要求、功能要求见教材第2页表2-1 3.机械零件的主要失效形式和设计计算准则 3.1机械零件的失效形式 失效：零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能失效形式：强度失效（整体断裂）、刚度失效（过大的残余变形）、零件表面破坏（磨损、腐蚀、接触疲劳）、振动、噪声失效、精度失效、3.2机械零件的设计准则 工作能力 零件不发生失效时的安全工作限度 设计准则 以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件工作能力计算依据的基本原则1、强度准则 零件中的应力不超过许用极限应力2、刚度准则 零件的弹性变形不超过许用极限值 代表公式：y y y 可以是挠度、偏转角或扭转角 3、寿命准

6、则 影响寿命的主要因素有腐蚀、磨损和疲劳。 本课程只讨论用规定的使用寿命下的疲劳极限作为寿命准则。设计准则4、振动稳定性准则 机器在周期外力的作用下，当周期外力的 变化频率接近于机器的固有频率时，将产生共振，设计时应避免共振区的影响。 0.85f fp , 1.25f fp5、可靠性准则 产品在规定条件下和规定时间内、完成规定功能的概率，即可靠度，定义为：R=N/N0浴盆曲线2.3机械零件的设计方法1.理论设计根据设计计算理论和实验数据，用计算方法决定零件的主要结构尺寸、材料、工艺等。例如由简单拉、压零件的强度条件： lim /S 或F/A lim /S 1、设计计算： A SF/ lim 2

7、、校核计算： =F/A 或 F lim A/S ，或 Sca= lim / S2. 经验设计类比设计3. 模型实验设计模型、模拟设计、计算机仿真设计 1）建立零件的受力模型，确定零件的计算载荷 2）选择零件的类型与结构 3）选择零件的材料 4）按可能的失效形式确定零件的设计准则，并确定零件的基本尺寸，并进行标准化和圆整 5）设计零件的结构 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书 机械零件设计的一般步骤4.1机械零件的常用材料 1、黑色金属 铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁铸钢铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好, 强度比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差碳钢与合金钢应用最广泛2、有色金属a) 铝合金重量

8、轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近b) 铜合金黄铜：Cu与Zn合金 青铜：Cu与Sn的合金 无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金。4.机械零件的材料及选用原则 3、非金属材料 塑料轻、易加工成形、减摩性好，强度低，可作为普通机械零件、绝缘体 陶瓷电热性好，硬度高 橡胶弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和密封元件、减震元件4、复合材料4.2 机械零件的常用材料 由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的多相材料。在性能上互相取长补短，产生协同效应，既保持组成材料各自的最佳特性，又具有组合后的新特性，使复合材料的综合性能优

9、于原组成材料而满足各种不同的要求从古至今沿用的稻草或麦秸增强粘土和已使用上百年的均由两种材料复合而成轻质高强复合材料/纤维增强复合材料4.2 机械零件的常用材料 （1）比强度大、比模量大（2）耐疲劳性能好（3）力学性能具有可设计的特点（4）减震性好（5）容伤性能好（6）耐高温/低温，热稳定性好（7）成型工艺性能好（8）生物相容性好（9）其他特殊性能 注：材料的强度与其密度之比图1-3 A380 所用材料的百分比 图1-2 波音787所有材料的重量百分比图1-7宝马碳纤车身及其材料构成（总重量：151Kg）4.3表示材料基本特性的方法1、材料的强度 强度特性： 强度极限 屈服极限 疲劳极限2、材

10、料的塑性： 延伸率、断面收缩率3、材料的韧性材料在塑性变形范围内吸收能量的能力。用冲击实验的冲击值 K表示。4、材料的硬度影响材料表面耐磨损和抗点蚀的能力。常用的硬度表示方法： 布氏硬度HBS用于正火、调质热处理 C级洛氏硬度HRC用于淬火处理 维氏硬度HV用于表面氮化处理1、使用要求载荷、应力的大小和性质 脆性材料只适用与静载荷 热处理可改变材料的性能零件的工作状况环境情况、工作温度、摩擦磨损零件的尺寸与质量2、工艺要求零件结构复杂程度加工工艺性 3、经济性4.4材料选用原则5.机械零件设计中的标准化问题所谓零件的标准化是对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、制图要求制定大家共同遵守的标准。其优越性表现在：（1）标准零件可专业生产，提高质量、降低成本。（2）提高零件的互换性，缩短维修周期。（3）简化设计工作，提高设计质量,提高零件的可靠性。常用标准：国际标准（ISO）、国家标准（GB）、行业标准（如JB）、企业标准，设计时应严格执行标准。系列化6.现代设计方法简介 现代应用数学、应用力学、微电子技术、信息科学在机械设计中的应用，形成多种现代设计方法。动态设计把系统或设备看成是一个内部情况不明的“黑箱”，通过建立“黑箱模型”、求解