机械设计总论课件

1、机械设计总论课件机械设计总论课件一、设计机器应满足的要求1、具有预定功能的要求2、具有经济性要求3、安全性要求4、可靠性要求5、其他专用要求一、设计机器应满足的要求1、具有预定功能的要求1、具有预定功能的要求 为了解决生产、生活中存在的特定问题，需要设计机器 ，所以机器具有预定功能。例如： 某厂要生产一带式运输机，运输机滚筒转速为选用电动机为动力，电动机的额定转速为 ，为达到速度匹配的要求 减速装置1、具有预定功能的要求 为了解决生产、生活中存在的特定问2、具有经济性要求 保证经济性要求的措施： 设计、制造和使用机器的费用少 提高设计和制造经济性指标 提高使用经济性指标 设计制造的经济性表现为

2、机器的成本低。如采用先进的设计方法，最大限度地采用标准化、系列化、通用化的零（部）件，采用新技术、新材料、新工艺，合理组织设计和制造过程等。 使用经济性表现为高生产率，高效率，低能耗，以及低的管理和维护费用等。2、具有经济性要求 保证经济性要求的措施： 设计、制造和使用3、安全性要求： 机器中，必须按规范要求配备各种防护装置和措施，如防护罩，安全联轴器等，改善机器和操作者的环境条件 。对劳动保护和环境保护的要求。3、安全性要求： 机器中，必须按规范要求配备各种4、可靠性要求： 用可靠度来表示 （）可靠度（）零件可靠度的计算公式（）机器的可靠度（4） 提高机器可靠度的措施 4、可靠性要求： 用可

3、靠度来表示 （）可靠度（）可靠度 在规定的使用时间内和预定的环境条件下，机器能够正常地完成其功能的概率。 定义： 大量零件在规定使用寿命内和预定环境条件下，能连续工作件数占总件数的百分数。 （）可靠度 在规定的使用时间内和预定的环境条件（）零件可靠度的计算公式： NS R= NTNS 规定寿命内能连续工作的件数NT 总的零件数目 Nf F= NT由 NS+ Nf = NTF 零件失效度Nf 规定寿命内能失效的件数R+ F = 1例： 一批同型号轴承，转到10转时，有10的轴承失效，则这批轴承的可靠度为多少？F=10%R=1-F=90%（）零件可靠度的计算公式： NSNS （）、机器的可靠度机器

4、的可靠度取决于零件的可靠度。SABCN 、构件串联 、构件并联 ABCNFS失效度（）、机器的可靠度机器的可靠度取决于零件的可靠度。SAB（4）、提高机器可靠度的措施 、最好由等可靠的零件组成机器。 、减少系统的组成单元。 、提高耐磨性、疲劳强度。 、加安全、监视 、消振装置。 、科学的检测，避免早期和偶然失效。 、分成合理部件，合理安排检修期。 、根据可靠性要求，选择安全系数。 （4）、提高机器可靠度的措施 、最好由等可靠的零件组成机器二、设计机器的一般程序 1、计划阶段 2、方案设计阶段 3、技术设计阶段 4、技术文件编制阶段 一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好

5、坏的关键。二、设计机器的一般程序 1、计划阶段 一部机器 1、计划阶段：预备阶段提出任务确定任务书分析对机器的要求计 划阶 段给出设计任务书 1、计划阶段：预备阶段提出任务确定任务书分析对机器的要求计2、方案设计阶段：机器功能分析提出可能解决的办法组合多种方案工作原理选择：原动机部分N1执 行 部 分N2传 动 部 分N3可能的方案数： N=N1N2N32、方案设计阶段：机器功能分析提出可能解决的办法组合多种方案2、方案设计阶段：机器功能分析提出可能解决的办法组合多种方案评 价经济性评价：设计制造成本增大使用的经济性较好 结构方案复杂结构方案简单设计制造成本低使用经济性 降低总费用 设计制造

6、最优 使用 费用 0 复杂程度2、方案设计阶段：机器功能分析提出可能解决的办法组合多种方案2、方案设计阶段：选定方案机器功能分析提出可能解决的办法组合多种方案评 价方案设计阶段提出原理性的设计方案、原理图或机构运动简图2、方案设计阶段：选定方案机器功能分析提出可能解决的办法组合3、技术设计阶段明确构形要求结构化选定方案选材料、定尺寸评 价零件设计部件设计总体设计定结构形状及尺寸（1）、机器的运动学设计（2）、机器的动力学设计（3）、零件的工作能力设计（4）、部件装配图及总装图设计（5）、主要零件校核（6）、设计零件工作图技术设计阶段完成总装配图和部件装配图 3、技术设计阶段明确构形要求结构化选

7、定方案选材料、定尺寸评 4、技术文件编制阶段：编制技术文件 设计计算说明书 使用说明书 方案选择、技术设计等全部内容与结论机器性能参数范围 使用操作方法 保养及简单维修方法 备用件目录等 4、技术文件编制阶段：编制技术文件 设计计算说明书 使三、机械零件的主要失效形式： 1、失效的定义： 2、失效的分类： （1）断裂 （2）过大残余变形 （3）零件的表面破坏 （4）破坏正常工作条件而引起的失效 零件丧失应有的功能，称之为失效。 三、机械零件的主要失效形式： 1、失效的定义： 2、失效的分（1）、断裂： 、定义： 在机械载荷或应力作用下(有时还兼有各种热、腐蚀等因素作用)，使物体分成几个部分的现

8、象，通常定义为固体完全断裂，简称断裂。占所有失效4.79%，但损失占90%以上。 、分类： 韧性断裂 脆性断裂轴承内圈断裂齿轮轮齿断裂（1）、断裂： 、定义： 在机械载荷或应力作用下（2）、过大残余变形： 、定义： 由于作用零件上的应力超过了材料的屈服极限 ，使零件本身发生的变形。 、分类： 扭曲 胀大超限 拉长 弹性元件永久变形 高温低温下的蠕变 齿面塑性变形轴承外圈塑性变形（2）、过大残余变形： 、定义： 由于作用零件上（3）、零件的表面破坏： 腐 蚀 磨 损 接触疲劳（点蚀） 、主要形式： 、产生原因 ：轴瓦磨损齿面接触疲劳 表面层几何形状 表面层的应力状态 表面结构与金属本体的差别 金

9、属腐蚀 表面破坏的发展过程表明，表面破坏与表面层内状态发生变化有密切的联系，主要有以下几个方面。（3）、零件的表面破坏： 腐 蚀 、主要形式： （4）破坏正常工作条件引起的失效有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，条件被破坏，就不能正常工作。 现象：带传动打滑，液体润滑失效，共振现象等。 原因：带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作，超过最大摩擦力就会打滑。液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作，失去油压，或转速过低，就不能正常工作，会造成“干磨”。零件固有频率和机器的工作频率相同，就会产生共振。 后果：不同的工作条件，造成的后果不同。有的恢复条件

10、后即可正常工作，如带传动打滑。有的也会造成严重损坏，如内燃机主轴承一旦失油，很容易造成“烧瓦”）。 设计准则：针对不同情况，有不同的设计条件，设计时要满足条件。（4）破坏正常工作条件引起的失效有些零件只有在一定的工作四、设计机械零件应满足的基本要求：1、避免在预定寿命期限内失效的要求2、提高总体效益要求实质 ： 避免失效 提高总体效益 四、设计机械零件应满足的基本要求：1、避免在预定寿命期限内失1、避免在预定寿命期限内失效的要求：（1）、强度要求（2）、刚度要求（3）、寿命要求 防止零件断裂和不允许的残余变形 零件工作时产生的弹性变形不超过允许限度 零件寿命零件正常工作连续的时间 1、避免在预

11、定寿命期限内失效的要求：（1）、强度要求（2）、2、提高总体效益要求：（1）、结构工艺性要求 （2）、经济性要求（3）、质量小要求（4）、可靠性要求2、提高总体效益要求：（1）、结构工艺性要求 （1）、结构工艺性要求 在既定的生产条件下，能够方便而经济的生产出来，并便于装配成机器的特性。 提高工艺性措施： 、结构适应生产条件和规模。 、合理的毛坯种类和形状。 、机械构造和零件形状尽量简单和便于加工。 、结构便于装配和拆卸。 、熟悉当前的生产水平，改善零件的工艺性。 （1）、结构工艺性要求 在既定的生产条件下，能（2）、经济性要求提高经济性的措施： 、采用先进设计理论和方法，运用先进工具。 、合

12、理选用材料及毛坯、降低材料费用 。 、用组合结构代替整体结构。 、尽量采用价廉的标准件。 、尽量降低包装、运输费用。设计、制造和使用机器的费用少 （2）、经济性要求提高经济性的措施： 、采用先进设计理论（3）、质量小要求： 、用缓冲装置，减小冲击； 、用安全装置限制最大载荷； 、在应力较小处挖出部分材料，改善受力均匀； 、用与工作载荷相反的预载荷，降低工作载荷； 、用强重比（强度与单位体积重量比）高的材料； 、用轻薄冲压件或焊件代替铸件、锻件等。减轻质量的措施：（3）、质量小要求： 、用缓冲装置，减小冲击；减轻质量（4）、可靠性要求可靠性 在规定的适用时间和预定的环境条件 下，零件能正常完成其

13、功能的概率。 ， 指定时间t时，能连续工作的零件数 ， 指定时间t时，某零件的总件数 提高可靠性措施：使工作条件和零件性能的随机变化小加强维护和对工作条件的监测（4）、可靠性要求可靠性 在规定的适用时间和预定的环境五、机械零件的设计 1、设计步骤 2、设计方法 3、设计准则五、机械零件的设计 1、设计步骤1、设计步骤选用类型及结构计算零件上载荷选材料结构设计计 算校核计算写计算说明书绘制零件工作图1、设计步骤选用类型及结构计算零件上载荷选材料结构设计计 根据长期总结出的设计理论和试验数据进行设计的方法 。2、设计方法（1）常规设计方法有 理论设计 经验设计 模型设计 根据设计者的经验，用“类比

14、法”所进行的设计 。 对于尺寸特大，结构复杂又难以进行理论计算的重要零、部件，用建立试验模型进行设计的方法。 、可靠性设计： 、优化设计： 、计算机辅助设计CAD 、有限元法设计 、断裂力学法设计 、设计方法学 （2）现代设计方法： 根据长期总结出的设计理论和试验数据进行设计的方法3、设计准则（1）、强度准则 （2）、刚度准则（3）、寿命准则（4）、振动稳定性原则（5）、可靠性准则 3、设计准则（1）、强度准则 （2）、刚度准则（3）、寿命准（1）、强度准则： 脆性断裂 疲劳破坏 残余变形应力材料强度极限应力零件疲劳极限应力材料屈服极限 强度计算公式: 零件的应力不超过允许的限度 极限应力取值

15、（1）、强度准则： 脆性断裂 疲劳破坏 残余变形应力材（2）、刚度准则： 在载荷作用下，零件产生的弹性变形量，小于或等于机器工作性能所允许的极限值。刚度计算公式: （2）、刚度准则： 在载荷作用下，零件产生的弹性（4）、振动稳定性原则：周期性变化激振源 弹性轴的偏心振动 齿 轮 啮 合 滚动轴承的振动 振动稳定性 使两个频率错开。保证 :或 零件的固有频率 激振源频率 （4）、振动稳定性原则：周期性变化激振源 弹性轴的偏心振动 （5）、可靠性准则 ： 失效率： 若在 时段中，又有 件零件发生破 坏，则在时间间隔 dt 内的破坏比率：为失效率。（5）、可靠性准则 ： 失效率： 若在 （5）、可靠

16、性准则 ： 失效率： 0浴盆曲线 第阶段：早期失效阶段，主要是初始缺陷造成的失效。 第阶段：正常使用阶段，主要是偶发原因引起的失效。 第阶段：磨损阶段，长时间的使用而使零件发生磨损，疲劳裂纹扩展等原因，失效率急剧增加。 零部件失效率与时间t的关系曲线 （5）、可靠性准则 ： 失效率： 0浴盆曲线 第六、机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则1：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1).黑色金属有色金属铁钢高分子材料复合材料陶瓷金属材料非金属材料载荷及应力的大小和性质零件的工作情况零件的结构及加工性材料的经济性零件的尺寸及重量一、常用材料二、机械零件材料的选用原则：塑料、橡胶、合成纤维 ：

17、低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢(如：08F 45 60 1Cr18） ：灰铸铁、球墨铸铁(如：HT300 QT500-5)：强如钢、轻如铝、硬如金刚石：强度高、弹性模量大、质量轻六、机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则1：铝(L七、机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化1 标准化的好处： 与设计有关的标准:国际标准国家标准行业标准企业标准等如： ISOGB JB、HBQB 国标分为：强制标准和推荐标准 标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以降低生产成本。 强制性国家标准：代号为GB (为标准序号) (为批准年代)强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。推荐性国家标准：代号为GBT ，这类标准占整个国标中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。 标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。七、机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化1 标准化的八、机械现代设计