工具卡座夹加工工艺及钻M12螺纹孔夹具设计

洛阳理工学院PAGEPAGE1洛阳理工学院洛阳理工学院课程设计说明书课程名称机制工艺与夹具设计设计课程工艺及夹具设计专业机械设计与制造班级学号姓名201课程设计任务书机械工程系机械设计与制造专业学生姓名班级学号课程名称：机制工艺与夹具设计设计题目：钻孔夹具设计课程设计内容与要求：设计内容1.确定生产类型(一般为中批或大批生产)，画零件图；2.设计指定工序的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图；3.撰写设计说明书。：设计要求：1.零件图一张（画在说明书中）2.某一道工序的夹具总装图(A1一张)3.夹具主要零件图（一张）4.课程设计说明书设计（论文）开始日期2018年设计（论文）完成日期20182018

课程设计评语第页机械工程系机械设计与制造专业学生姓名班级学号课程名称：机制工艺与夹具设计设计题目：钻模夹具设计课程设计片篇幅：图纸共张说明书共页指导老师评语：2018年1月14洛阳理工学院目录绪论 11.机械设计制造的概述 12.设计目的 11.零件的分析 21.1零件的分析 21.2确定零件的生产类型 32.确定毛坯 32.1毛坯的选择 33.基准的选择及方案的确定 33.1基准的选择 33.1.1精基准的选择 33.1.2定位方案的比较分析与确定 43.2选择加工方法 44.夹紧机构的设计 44.1夹紧力的方向、作用点 44.2选择夹紧机构，确定夹紧方案 44.3计算夹紧力 54.4选择导向装置 74.5夹具体 105.误差分析 116.绘制夹具装配图 126.1制图比例1：1 126.2

夹紧、导向，夹具体 126.3

夹具装配图上标注的尺寸 136.4

夹具装配图上应标注的技术要求 137.方案设计论证 14致谢 15参考书籍 16洛阳理工学院PAGEPAGE27洛阳理工学院绪论1.机械设计制造的概述机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学（含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。本设计的内容为机床专用夹具设计。首先，通过对钻床的分析，了解支架在钻床加工中的作用。运用机械制造设计技术及相关课程的知识，解决支架在加工中的定位、加紧等方面的相关问题，确定相关的工艺尺寸及选择合适的机床和刀具，保证零件加工质量。其次，依据支架毛坯件和生产纲领的要求及各加工方案的比较，制定切实可行的支架加工的定位方案。最后，根据被加工零件的加工要求，参考机床夹具设计手册及有关方面的书籍，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计的方案，设计出省力、高效、经济合理并且能保证加工质量的夹具。由于是初学者能力所限，经验不足，设计中有许多不足之处，希望老师多加指导。2.设计目的（1）.培养学生运用机械制造工艺学及有关课程的知识，分析和解决工艺问题的能力，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。（2）.能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。（3）.培养学生熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。（4）.进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。1.零件的分析1.1零件的分析零件图如下：加工要求：加工直径10的孔,一次加工1件,装夹1件,设计钻孔的夹具设计。图1-1工件零件图由零件图可知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，其具有优良的铸造性能、耐磨性、消振性，较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能，并能承受较大载荷。对零件进行初步的工艺分析：1.先加工底面、顶面。2.再加工Φ20的孔。3.然后加工M12的孔。1.2确定零件的生产类型企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。零件的年生产纲领公式如下：N=Qn(1+α%)(1+β%)式中N—零件的年生产纲领（件/年）Q—产品的年产量（台/年）n—每台产品中，该零件的数量（件/台）α%—备品率β%—废品率该零件为中批或大批量生产.2.确定毛坯2.1毛坯的选择该零件是一个结构较相对简单的零件，要求材料易成型，切削性能好，同时要求强度要高，重要表面的表面硬度也要高，故选用铸铁材料HT200，铸铁材料是最常见的材料，其优点是：容易成型，切削性能好，价格低廉，吸振性好。为了得到较好的强度和表面硬度，在加工过程中进行调质处理，淬火，同时为了消除内应力对工件的影响，可进行适当的人工时效处理。鉴于零件的结构，需要先根据零件图，做出铸模，进行铸造，结合零件和经济的考虑，最好用砂型铸造的方法。3.基准的选择及方案的确定3.1基准的选择3.1.1精基准的选择在选择精基准时应考虑如何时“基准重合”，这样可以避免基准不重合而引起的基准不重合误差。为了实现基准统一，先选择以下两种方式。3.1.2定位方案的比较分析与确定上图给出了定位原理方案，仔细分析本工序的工序内容及加工要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和元件，要拟定几种具体方案进行比较，选择或组合最佳方案。根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。方案一:以底平面限制3个自由度，Φ20的孔限制2个自由度，侧面限制一个自由度，属于完全定位。3.2选择加工方法由于生产类型为大批生产，故加工设备以立式钻床机床为主，其生产方式为专用夹具为，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的，根据所给零件图可知，本道工序的内容是钻M12的孔。4.夹紧机构的设计4.1夹紧力的方向、作用点夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形，导致工件报废。

夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置，确保工件定位准确、不变形。4.2选择夹紧机构，确定夹紧方案在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构，确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：

①夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，确保工件夹紧牢固。

②手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。

③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。

根据所给工件的形状、尺寸，选用螺旋杠杆式加紧机构来夹紧工件。

确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小，要选择和设计动力源。夹紧方案也需反复分析比较，并最终确定最佳设计方案。

由于工件大批量生产，宜用简单的手动装置。前侧面采用夹紧螺钉与后侧面的定位螺钉保证前后方向的定位稳定，然后在工件的筋板侧面上采用两个压板夹紧工件，属于单个螺旋夹紧机构。4.3计算夹紧力由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由《切削手册》得：钻削力式（5-2）钻削力矩式（5-3）式中：代入公式（5-2）和（5-3）得本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。4.4选择导向装置钻床的导向部分就是钻套钻套根据加工的孔的情况不同，又分为以下几种钻套固定钻套(JB/T8045.1-1999)可换钻套(JB/T8045.2-1999)快换钻套(JB/T8045.3-1999)特殊钻套特殊钻套又分为好几个类型根据孔的距离不同，因为我们加工的孔不够特殊，因此特殊钻套就不在介绍。钻套的尺寸公差及材料在选用标准结构的钻套时,钻套导引孔的尺寸与公差带须由设计者决定

可按下述原则来确定导引孔的尺寸与公差带

其余结构尺寸

①钻套导引孔直径的基本尺寸

②因为由钻套导引的刀具,应等于所导引刀具的最大极限尺寸都已标准化和规格化,都是钻头、扩孔钻、铰刀等定尺寸的刀具,所以钻套导引孔与刀具的配合.

③钻套导引孔与刀具之间,应按基轴制来选定，应保证有一定的配合间隙,

以防止两者发生卡住或咬死，一般根据所导引的刀具和加工精度要求来选取导引孔的公差选用97,精铰时选用96，钻孔和扩大时选用F7

④当采用标准铰刀铰H7或H9孔时,则可不必按刀具最大尺寸来计算。直接按孔的基本尺寸,分别选用F7或E7,作为导引孔的基本尺寸与公差。⑤由于标准钻头的最大尺寸都是所加工孔的基本尺寸，基本尺寸取公差带为F7即可，故钻头的导引孔就只须按孔的⑥如果钻套导引的不是刀具的切削部分,而是刀具的导柱部分°这时也可按基孔制的相应配合选取为:H7/f74H7/96，H6/95下面一一介绍下上面3种的标准的钻套及其使用地方固定钻套(JB/T8045.1-1999)固定钻套分为带肩钻套和不带肩的具体结构如下图固定钻套的特点如下钻套直接压入钻模板或夹具体上，其外圆与钻模板采用H7/n6或H7/r6配合。磨损后不易更换。适用于中、小批生产的钻模上或用来加工孔距甚小以及孔距精度要求较高的孔。为了防止切屑进入钻套孔内，钻套的上、下端应稍突出钻模板为宜，一般不能低于钻模板。因为我们是批量生产，因此在此场合固定钻套不使用可换钻套(JB/T8045.2-1999)可换钻套的结构如下图可换钻套的使用特点如下钻套1装在衬套2中，而衬套则是压配在夹具体或钻模板3中。钻套由螺钉4固定。以防止它转动。钻套与衬套间采用F7/m6或F7/k6配合，以便于钻套磨损后迅速更换。适于大批量生产快换钻套(JB/T8045.3-1999)快换钻套的结构如下图当要取出钻套时，只要将钻套朝逆时针方向转动使螺钉头部刚好对准钻套上的削边平面，即可取出钻套。适用于同一个孔需经多种工步加工的工序综上所述我们采用快换钻套，选择直径为12mm的快换钻套。4.5夹具体用来安装和固定定位元件，夹紧机构和钻模板的实体。具体大小根据整个机构的大小而调整，要保证机构的稳定，所以形位公差有较严格的要求。5.误差分析用调整法加工一批工件时，工件在定位过程中，由于工件的定位基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准面与夹具定位元件的定位表面存在制造误差，都会引起工件的工序基准偏离理想位置，而使工序尺寸产生加工误差，称为定位误差，常用表示。其数值大小为工件的工序基准沿工序尺寸方向上发生的最大偏移量。它由定位基准与工序基准不重合误差和定位副制造不准确引起工序基准的位移误差两部分组成，其大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数之和，即当工序基准位置与多个定位基准有关时，以上两个误差方向和工序尺寸方向便可能不一致，定位误差的计算则比较复杂，需要具体情况具体分析。一般按最不利的情况找出定位时一批工件中工序基准的两个极端位置，然后把工序基准的最大变动量折算到工序尺寸方向上，即可得到定位误差。使用夹具安装工件时，应尽量减少定位误差，在保证该工序加工要求的前提下，留给其他工艺系统误差的比例大一些，以便能较好地控制加工误差。根据加工误差计算不等式，定位误差应不超过零件公差的1/5-1/3。定位心轴垂直放置：=0.019+0.007+0.002=0.028式中——定位副间的最小配合间隙（mm）；——工件圆孔直径公差（mm）；——心轴外圆直径公差（mm）。EQ\R(2，3)EQ\R(,123)EQ\R

6.绘制夹具装配图6.1制图比例1：1

把工件视为透明体，用双点划线画出零件轮廓，作出定位面、夹紧面和加工的孔，无关的定位表面可以省略。6.2

夹紧、导向，夹具体画出定位元件和导向元件，按夹紧状态画出夹紧元件或夹紧机构，画出夹具体，其他元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体，标注必要的尺寸，配合和技术条件。对零件编号，填写标题栏和零部件明细表。其中还要在定位，导向完成后进行定位精度的定性分析。（1）总装配图应按国家标准尽可能按比例1：1绘制，这样图样有良好的直观性。主视图应按操作实际位置布置，三视图要能完整清楚表示出夹具的工作原理和结构；

（2）视工件为透明体，用双点画线画出主要部分（如轮廓，定位以及夹紧面和加工孔）。画出定位元件、夹紧机构、导向装置和各支撑的位置；

（3）按照夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构；（4）画出夹具体及其他联接用的元件（联接体、螺钉、螺母等），将夹具各组成元件组合成一体；

（5）标注必要的尺寸、配合、公差等。

①

夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸；

②

夹具与钻头的联系尺寸，如钻模套对钻头的引导所需要的配合尺寸要求。

③

夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。

④

各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。

（6）标注技术条件。

①

定位元件的定位面间相互位置精度。

②

定位元件的定位表面与夹具安装底面的位置精度。

③

定位表面与导向元件间的位置精度。

④

导向元件工作面间的位置精度。

（7）对零件编号，填写标题栏和零件明细表。

每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动中，生产部件按零件编号生产、查找工作。

完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。

完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填写在明细表的上方。注意：不能遗漏加工工件和标准件、配套件等。第二章

配图上应标注的尺寸和技术条件

夹具装配图上应标注必要的尺寸和技术要求，主要目的是为了检验本工序零件加工表面的形状，位置和尺寸精度在夹具中是否可以达到，为了设计夹具零件图，也为了夹具装配和装配精度的检测。

6.3

夹具装配图上标注的尺寸（1）夹具外形轮廓尺寸，如长、宽、高。

（2）夹具与机床工作台或主轴的配合尺寸，以及固定夹具的尺寸等。

（3）夹具与钻头的联系尺寸，如钻模套对钻头引导所需要的距离。

（4）各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间装配后的位置尺寸及公差应满足要求。

上述联系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相应公差的1/3~1/5大小。

6.4

夹具装配图上应标注的技术要求

应标注的技术要求包括：相关元件表面间的位置精度，主要表面的形状精度，保证装配精度和检测的特殊要求，以及调整、操作等必要的说明。通常有以下几方面：

（1）定位元件的定位表面间相互位置精度。

（2）定位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基面间的相互位置精度。

（3）定位表面与导向元件工作面间的相互位置精度。

（4）各导向元件的工作面间的相互位置精度。

（5）夹具上有检测基准面的话，还应标注定位表面，导向工作面与该基准面间的位置精度。

对于不同的机床夹具，对于夹具的具体结构和使用要求，应进行具体分析，订出该夹具的具体的技术要求。设计中可以参考机床夹具设计手册以及同类夹具的图样资料等。7.方案设计论证（1）首先根据已知工件的需要，选择加工机床，应选用立式钻床加工比较合理。

（2）其次工件主要定位部分为:以底平面限制3个自由度，Φ20个自由度，侧面限制一个自由度，即完全定位。故此工件就采用这种方法进行定位。

（3）芯轴把工件定位后，用开口垫圈，螺母组成的压紧机构加紧。这样工件的定位加紧就完成了。最后调整对刀装置，对位麻花钻，保证加工尺寸。致谢这次设计让我收益匪浅，做这个设计过程中，我获得的心得和体会，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。通过这次毕业设计，我学会了遇到问题，通过自己查阅资料，请教老师，请教同学快速解决问题的能力，让我深深的明白了，天下并没有难的事情，只要敢于攀登和克服就没有解决不了的问题。所谓天下事会者不难，难者不会也。同时他也更深刻的让我明白，系统的知识对解决问题的重要性，知识不系统看问题就容易一点带面，以偏概全，以小盖大，通过对这些知识系统的学习和掌握，让我了解到做任何事情都要多查资料，多读书，系统的掌握相关的知识，然后才能做出正确的判断和选择，这些心得和体会也必将以后带到我今后的工作和人生当中，同时也让我明白，做任何事情要有一定的理论去支撑，要让理论和实践很好的结合起来，不能坐而论道，纸上谈兵，要把理论落地，充分的和实践结合，然后通过实践再很好的完善理论，同时也不能盲目的去干，要一定的理论和系统的知识作为依据，然后才可以做出非常可靠可行的决定，才能触类旁通，举一反三。总之通过我不懈的努力，和老师的辛勤知道，最终我完成了这次毕业设计，这次设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在这里，我非常感谢我的指导老师，每次我问他问题的时候，他都放下他的休息时间和手头的工作，耐心地帮助我解决我遇到的技术上的一些难题，他的精益求精的工作态度，严谨的治学精神，作为老师的责任担当，深深地感染和激励着我，让我终身难忘从前期课题的选择到最后项目的完成，他都始终给予我这个学生悉心的指导和讲解。几个月的时间，他不仅在这套毕业设计中遇到的问题给与很好的指导，同时还在思想、给与我很好的方向，通过这个设计，我更加敬佩指导老师的专业水平，同时他治学严谨和科学研究的精神也是心中的标杆，他的举动必将影响我今后的学习和生活。在此我再次感谢我的指导老师，感谢他对于我无私的帮助和指导。参考书籍1.李洪.机械加工工艺手册北京：北京出版社1999.122.赵雪松.机械制造装备设计华中科技大学出版社2006.13.徐圣群.简明机械加工工艺手册上海：上海科学技术出版社1991.24.孟少农.机械加工工艺手册北京：机械工业出版社1998.35.周世权.机械制造工艺基础武汉：华中科技大学出版社2005.106.王先逵.机械制造工艺学北京：机械工业出版社2006.17.张进生.机械制造工艺与夹具设计指导8.张龙勋.机械制造工艺学课程设计指导书北京：机械工业出版社1999.119.机床夹具设计手册第二版东北重型机械学院附录英文翻译KinematicsanddynamicsofmachineryOneprincpleaimofkinemaricsistocreatthedesignedmotionsofthesubjectmechanicalpartsandthenmathematicallycomputethepositions,velocities,andaccelerations,whichthosemotionswillcreatontheparts.Since,formostearthboundmechanicalsystems,themassremainsessentiallyconstantwithtime,definingtheaccelerationsasafunctionoftimethenalsodefinesthedynamicforcesasafunctionoftime.Stress,inturn,willbeafunctionofbothappliedandinerialsforces.sinceengineeringdesignischargedwithcreatingsystemswhichwillnotfailduringtheirexpectedservicelife,thegoalistokeepstresseswithinacceptablelimitsforthematerialschosenandtheenvironmentalconditionsencountered.Thisobviselyrequiesthatallsystemforcesbedefinedandkeptwithindesiredlimits.Inmechinery,thelargestforcesencounteredareoftenthoseduetothedynamicsofthemachineitself.Thesedynamicforcesareproportionaltoacceletation,whichbringsusbacktokinematics,thefoundationofmechanicaldesign.Verybasicandearlydecisionsinthedesignprocessinvovlingkinematicswiiprovetroublesomeandperformbadly.Anymechanicalsystemcanbeclassifiedaccordingtothenumberofdegreeoffreedomwhichitpossesses.thesystemsDOFisequaltothenumberofindependentparameterswhichareneededtouniquelydefineitsposioninspaceatanyinstantoftime.Arigidbodyfreetomovewithinareferenceframewill,inthegeneralcase,havecomplexmotoin,whichissimultaneouscombinationofrotationandtranslation.Inthree-dimensionalspace,theremayberotationaboutanyaxisandalsosimultaneoustranslationwhichcanberesoledintocomponentionalongthreeaxes,inaplane,ortwo-dimentionalspace,complexmotionbecomesacombinationofsimultaneousalongtwoaxesintheplane.Forsimplicity,wewilllimitourpresentdiscusstionstothecaseofplanarmotion:Purerotationthebodypessessesonepoint(centerofrotation)whichhasnomotionwithrespecttothestationaryframeofreference.Allotherpointsonthebodydescribearcsaboutthatcenter.Areferencelinedrawnonthebodythroughthecenterchangesonlyitsangulaiorientation.Puretranslationallpointsonthebodydescribeparallelpaths.Areferencelinedrawnonthebodychangesitslinearposionbutdoesnotchangeitsangularoriention.Complexmotionasimulaneouscombinationofrotionandtranslationm.anyreferencelinedrawnonthebodywillchangebothitslinearpisitionanditsangularorientation.Pointsonthebodywilltravelnon-parallelpaths,andtherewillbe,ateveryinstant,acenterofrotation,whichwillcontinuouslychangelocation.Linkagesarethebacisbuildingblocksofallmechanisms.Allcommonformsofmechanisms(cams,gears,belts,chains)areinfactvariationsoflinkages.Linkagesaremadeupoflinksandkinematicpairs.Alinkisan(assumed)rigidbodywhichpossessesatleasttwoormorelinks(attheirnodes),whichconnectionallowssomemotion,orpotentialmotion,betweentheconnectedlinks.Thetermlowerpairisusedtidescribejiontswithsurfacecontact,aswithapinsurroundedbyahole.Thetermhigherpairisusedtodescribejiontswithpointorlinecontact,butifthereisanyclerancebetweenpinandhole(astheremustbeformotion),so-calledsurfacecontactinthepinjiontactuallybecomeslinecontact,asthepincontactsactuallyhascontactonlyatdiscretepoints,whicharethetopsofthesurfaces’asperities.Themainpracticaladvantageoflowerpairsoverhigherpairsistheirbetterabilitytotraplubricantbetweentheirenvlopingsurface.Thisieespeciallytruefortherotatingpinjoint.Thelubricantismoreeasilysqueezedoutofahigherpair.assresult,thepinjointispreferredforlowwearandlonglife.Whendesigningmachinery,wemustfirstdoacompletekinematicanalysisofourdesign,inordertoobtaininformationabouttheaccelerationofthemovingparts.wenextwantteusenewton’ssecondlawtocaculatethedynamicforces,buttodosoweneedtoknowthemassesofallthemovingpartswhichhavetheseknownacceletations.Thesepartsdonotexityet!aswithanydesigninordertomakeafirstpassatthecaculation.wewillthenhavetoitneratetobetteranbettersolutionsaswegeneratemoreinformation.Afirstestimateofyourparts’massescanbeobtainedbyassumingsomereasonableshapesandsizeforallthepartsandchoosingapproriatematerials.Thencaculatethevolumeofeachpartandmultipyitsvolumebymaterial’smassdensity(notweightdensity)toobtainafirstapproximationofitsmass.thesemassvaluescanthenbeusedinNewton’sequation.Howwillweknowwhetherourchosensizesandshapesoflinksareevenacceptable,letaloneoptimal?unfortunately,wewillnotknowuntillwehavecarriedthecomputationsallthewaythroughacompletestressanddeflectionanalysisoftheparts.Ititoftenthecase,especiallywithlong,thinelementssuchasshaftsorslenderlinks,thatthedeflectionsoftheparts,redesignthem,andrepeattheforce,stress,anddeflectionanalysis.designis,unavoidably,aniterativeprocess.Itisalsoworthnothingthat,unlikeastaticforcesituationinwhichafaileddesignmightbefixedbyaddingmoremasstotheparttostrenthenit,todosoinadynamicforcesituationcanhaveadeleteriouseffect.moremasswiththesameaccelerationwillgenerateevenhigherforcesandthushigherstresses!themachinedesigeroftenneedtoremovemass(intherightplaces)formpartsinordertoreducethestessesanddeflectionsduetoF=ma,thusthedesignerneedstohaveagoodunderstandingofbothmaterialpropertiesandstessanddeflectionanalysistoproperlyshapeandsizepartsforminimummasswhilemaximzingthestrengthandstiffnessneededtowithstandthedynamicforces.Oneoftheprimaryconsiderationsindesigninganymachineorstrucreisthatthestrengthmustbesufficientlygreaterthanthestresstoassurebothsafetyandreliability.Toassurethatmechanicalpartsdonotfailinservice,itisnecessarytolearnwhytheysometimesdofail.Thenweshallbeabletorelatethestresseswiththestrenthstoachievesafety.Ideally,indesigninganymachineelement,theengineershouldhaveathisdisposalshouldhavebeenmadeonspecimentshavingthesameheattreatment,surfaceroughness,andsizeastheelementheprossestodesign;andthetestsshouldbemadeunderexactlythesameloadingconditionsasthepartwillexperienceinservice.thismeansthat,ifthepartistoexperienceabendingandtorsion,itshouldbetestedundercombinedbendingandtorsion.Suchtestswillprovideveryusefulandpreciseinformation.theytelltheengineerwhatfactorofsafetytouseandwhatthereliabilityisforagivenservicelife.wheneversuchdataareavailablefordesignpurposes,theengineercanbeassurethatheisdoingthebestjustifiediffailureofthepartmayendangerhumanlife,orifthepartismanufacturedinsufficientlylargequantities.Automobilesandrefrigrerators,forexample,haveverygoodreliabilitiesbecausethepartsaremadeinsuchlargequantitiesthattheycanbethoroughlytestedinadvanceofmanufacture,thecostofmakingtheseisverylowwhenitisdividedbythetotalnumberofpartsmanufactrued.Youcannowappreciatethefollowingfourdesigncategories:(1)failureofthepartwouldendangerhumanlife,orthepartismadeinextremelylargequantities;consequently,anelaboratetestingprogramisjustifiedduringdesign.(2)thepartismadeinlargeenoughquantitiessothatamoderateseruesoftestsisfeasible.(3)Thepartismadeinsuchsmallquantitiesthattestingisnotjustifiedatall;orthedesignmustbecompletedsorapidllythatthereisnotenoughtimefortesting.(4)Theparthasalreadybeendesigned,manufactured,andtestedandfoundtobeunsatisfactory.Analysisisrequiredtounderstandwhythepartisunsatisfactoryandwhattodotoimproveit.Itiswiththelastthreecategoriesthatweshallbemostlyconcerned.thismeansthatthedesignerwillusuallyhaveonlypublishedvaluesofyieldstrenth,ultimatestrength,andpercentageelongation.withthismeagerinformationtheengieerisexpectedtodesignagainststaticanddynamicloads,biaxialandtriaxialstressstates,highandlowtemperatures,andlargeandsmallparts!Thedatausuallyavailablefordesignhavebeenobtainedfromthesimpletensiontest,wheretheloadwasappliedgraduallyandthestraingiventimetodevelop.Yetthesesamedatamustbeusedindesigningpartswithcomplicateddynamicloadsappliedthousandsoftimesperminute.nowondermachinepartssometimesfail.Tosumup,thefundamentalproblemofthedesigneristousethesimpletensiontestdataandrelatethemtothestrengthofthepart,regardlessofthestressortheloadingsituation.Itispossiblefortwometaltohaveexactlythesamestrengthandhardness,yetoneofthesemetalsmayhaveasupeiorabilitytoaborboverloads,becauseofthepropertycalledductility.Dutilityismeasuredbythepercentageelongationwhichoccursinthematerialatfrature.Theusualdivdinglinebetweenductilityandbrittlenessis5percentelongation.Amaterialhavinglessthan5percentelongationatfractureissaidtobebrittle,whileonehavingmoreissaidtobeductile.Theelongationofamaterialisusuallumeasuredover50mmgaugelength.siecethisidnotameasureoftheactualstrain,anothermethodofdeterminingductilityissometimesused.afterthespecimanhasbeenfractured,measurementsaremadeoftheareaofthecrosssectionatthefracture.Ductilitycanthenbeexpressedasthepercentagereductionincrosssectionalarea.Thecharacteristicofaductilematerialwhichpermitsittoaborblargeoverloadsisanadditionalsafetyfactotindesign.Ductilityisalsoimportantbecauseitisameasureofthatpropertyofamaterialwhichpermitsittobecold-worked.suchoperationsasbendinganddrawingaremetal-processingoperationswhichrequireductilematerials.Whenamateralsistobeselectedtoresistwear,erosion,orplasticdeformaton,hardnessisgenerallythemostimportantproperty.Severalmethodsofhardnesstestingareavailable,dependinguponwhichparticularpropertyismostdesired.ThefourhardnessnumbersingreatestussearetheBrinell,Rockwell,Vickers,andKnoop.Mosthardness-testingsystemsemployastandardloadwhichisappliedtoaballorpyramidincontactwiththematerialtobetested.Thehardnessisaneasypropertytomeasure,becausethetestisnondestructiveandtestspecimensarenotrequired.usuallythetestcanbeconducteddirectlyonactualmachineelement.Virtuallyallmachinescontainshafts.Themostcommonshapeforshaftsiscircularandthecrosssectioncanbeeithersolidorhollow(hollowshaftscanresultinweightsavings).Rectangularshaftsaresometimesused,asinscrewdriverbladers,socketwrenchesandcontrolknobstem.Ashaftmusthaveadequatetorsionalstrengthtotransmittorqueandnotbeoverstressed.Ifmustalsobetorsionallystiffenoughsothatonemountedcomponentdoesnotdeviateexcessivelyfromitsoriginalangularpositionrelativetoasecondcomponentmountedonthesameshaft.Generallyspeaking,theangleoftwistshouldnotexceedonedegreeinashaftlengthequalto20diameters.Shaftsaremountedinbearingandtransmitpowerthroughsuchdeviceasgears,pulleys,camsandclutches.Thesedevicesintroduceforceswhichattempttobendtheshaft;hence,thashaftmustberigidenoughtopreventoverloadingofthesupportingbearings,ingeneral,thebendingdeflectionofashaftshouldnotexceed0.01inperftoflengthbetweenbearingsupports.Inaddition.theshaftmustbeabletosustainacombinationofbendingandtorsionalloads.Thusanequivalentloadmustbeconsideredwhichtakesintoaccountbothtorsionandbending.also,theallowablestressmustcontainafactorofsafetywhichincludesfatigue,sincetorsionalandbendingstressreversalsoccur.Forfiameterslessthan3in,theusualshaftmaterialiscold-rolledsteelcontainingabout0.4percentcarbon.Shaftsateeithercold-rolledorforgedinsizesfrom3in.to5in.forsizesabove5in.shaftsareforgedandmachinedtosize.plasticshaftsarewidelyusedforlightloadapplications.oneadvantageofusingplasticissaftyinelectricalapplications,sinceplasticisapoorconfuctorofelectricity.Componentssuchasgearsandpulleysaremountedonshaftsbymeansofkey.Thedesignofthekeyandthecorrespondingkeywayintheshaftmustbeproperlyevaluated.Forexample,stressconcentrationsoccurinshaftsduetokeyways,andthematerialremovedtoformthekeywayfurtherweakenstheshaft.Ifshaftsarerunatcriticalspeeds,severevibrationscanoccurwhichcanseriouslydamageamachine.itisimportanttoknowthemagnitudeofthesecriticalspeedssothattheycanbeavoided.Asageneralruleofthumb,thedifferencebetweemtheoperatingspeedandthecriticalspeedshouldbeatleast20percent.Manyshaftsaresupportedbythreeormorebearings,whichmeansthattheproblemisstaticallyindeterminate.textonstrenthofmaterialsgivemethodsofsovingsuchproblems.Thedesigneffortshouldbeinkeepingwiththeeconomicsofagivensituation,forexample,ifonelineshaftsupportedbythreeormorebearingsidneeded,itprobablywouldbecheapertomakeconservativeassumptionsastomomentsanddesignitasthoughitweredeterminate.theextracostofanoversizeshaftmaybelessthantheextracostofanelaboratedesignanalysis.Anotherimportantaspectofshaftdesignisthemethodofdirectlyconnectingoneshafttoanother,thisisaccomplishedbydevicessuchasrigidandflexiablecouplings.Acouplingisadeviceforconnectingtheendsofadjacentshafts.Inmachineconstruction,couplingsareusedtoeffectasemipermanentconnectionbetweenadjacentrotatingshafts,theconnectionispermanentinthesensethatitisnotmeanttobebrokenduringtheusefullifeofthemachinem,butitcanbebrokenandrestoredinanemergencyorwhenwornpartsarereplaced.Thereareseveraltypesofshaftcouplings,theircharacteristicsdependonthepurposeforwhichtheyareused,ifanexceptionallylongshaftisrequiredinamanufacturingplantorapropellershaftonaship,itismadeinsectionsthatarecoupledtogetherwithrigidcouplings.Acommontypeofrigidcouplingconsistsoftwomatingradialflangesthatareattachedbykeydrivenhubstotheendsofadjacentshaftsectionsandboltedtogetherthroughtheflangestoformarigidconnection.Alignmentoftheconnectedshaftsinusuallyeffectedbymeansofarabbetjointonthefaceoftheflanges.Inconnectingshaftsbelongingtoseparatedevice(suchasanelectricmotorandagearbox),precisealigningoftheshaftsisdifficultandafkexiblecouplingisused.thiscouplingconnectstheshaftsinsuchawayastominimizetheharmfuleffectsofshaftsmisalignmentofloadsandtomovefreely(float)intheaxialdiectionwithoutinterferingwithoneanother.flexiablecouplingscanalsoservetoreducetheintensityofshockloadsandvibrationstransmittedfromoneshafttoanother.中文翻译机械运动和动力学运动学的基本目的是去设计一个机械零件的理想运动,然后再用数学的方法去描绘该零件的位置,速度和加速度,再运用这些参数来设计零件.因为,对于大部分固着在地球上的机械系统来说,与之联系最密切的是时间,将加速度和动态力定义成时间作用的结果.相应地,应力是作用在物体上的外力和惯性力的作用结果.所以机械设计的内容是要建立一种在该机器的使用寿命内保证其安全的系统,目的是要在一定的工况要求下,对材料进行选择,使材料的应力在许用极限应力之内.这一点很明显要求所有的系统要在理想的限制内工作.在机械设计中,零件受到的最大力是取决于材料本身的动态性能.这些动态力引起了零件的加速度,加速度又要回到运动学中去计算,这是机械设计的基础.运动分析是最基本的也是最早出现在设计的过程中的,它对与任何一个零件的成功设计够起着至关重要的作用.在设计过程中很差的运动学分析会带来麻烦和错误。根据机构所具有的自由度,任何机械系统都可以被分类.系统的自由度是在任何时候限制它的位置独立的参数数目。在通常情况下,刚体在相关的平面内能实现复杂的自由运动,这个运动同时包括转动和平移.在三纬空间内,在可以饶任何轴转动的同时可以沿着三个坐标平移.在一个平面或是一个二维的空间内,复杂运动变成了饶一个(垂直与这个平面的)轴线的转动和同时发生的可以被分解为沿在这个平面内的两个坐标轴的平移分量.为了简化,我们将当前的讨论限制在二维的运动系统中.接下来将要介绍相关的术语:纯转动物体围绕着在相对于一个静止的坐标系静止的一点(回转中心)转动.其他所有物体上的点都可以用相对中心的弧来描述.在物体上的参考线通过中心,只有在角度方向上有变化..纯平动所有在物体上的点在平行的路径上平移.物体上的参考线在线性位置上有变化,而在角度方向上没有发生变化.复杂运动同时包含转动和平动的运动.在物体上的参考线在沿线性点平动的同时又在角度方向上有变化.物体上的点不会在沿着平行的路径移动,他们在饶中心转动的同时也不停着改变着位置.铰链是联接所有机构的基本的构件.所有一般形式的机械,(齿轮,带,链)实际上都是不同类型的铰链,铰链组成了联接和运动部件.联接是一个刚体和另外的连接件至少有两个结点.运动部件(也称接头)是在两个连接件的结合部分,这个结合允许相对的运动,允许连接件之间潜在的运动.术语低副是用来描绘接头间的面接触.,如针和孔的结合面.高副是用来描绘接头间的点和线接触.但是如果在针和孔之间有间隙存在(当它们之间用于有相对运动时)当针和孔只有一面接触时,在针间的面联接实际上已经变成了线接触.类似的,微观上看,在平面滑动的杆件实际上只存在一些相关点的接触,那是表面凹凸不平的突点,低副相对于高副的优点是有利于接触表面之间的润滑,这一点对于旋转接头来说是确实存在的.在高副中润滑易被挤出来.结果铰接接头能够减少摩擦,延长寿命.当我们设计机械时,为了取得