章-机械设计概论

1第六章机械零件设计和计算概论6-1、机械零件的工作能力准则6-2、机械零件常用材料及其选择选用原则6-3、许用应力和安全系数6-4、机械零件设计的工艺性和标准化通过本章学习：

了解机器设计和机械零件设计的要求、方法、过程。2第六章机械设计总论6-1、机械零件的工作能力准则一、总论作用——机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。例1：机器人——加工例2：机器人——去毛刺机器——是一种代替人们体力和部分脑力劳动的工具。3本书的重点研究内容之一机器的组成：动力系统传动系统→执行系统→控制系统

辅助系统

辅助系统

控制系统

传动系统执行系统

动力系统1、从功能上划分第六章机械设计总论4第六章机械设计总论动力系统传动系统→执行系统→控制系统

辅助系统2、从组成上划分机械部分电气部分液压部分润滑部分冷却部分

（机器的主体部分）机构零件（制造的最小单元体）5第六章机械设计总论通用零件专用零件传动件联接件支承件其它—齿轮、蜗杆、带、链—螺栓、键、花键—轴、轴承—联轴器、弹簧、机架—水轮机叶片、活塞、曲轴本课程重点讨论通用零件的设计。零件的分类：一台机器，为何要分解成零件来制造，然后再来装配？6第六章机械设计总论制造的可能装配的可能便于降低成本采用不同材料7第六章机械设计总论二、机械零件的设计准则强度准则耐磨性准则刚度准则振动稳定性准则耐热性---确保零件不发生断裂、过大的塑性变形。（最基本的准则）---零件抗磨损的能力。---零件抵抗弹性变形的能力。---确保不发生共振。（高速机械须注重此准则）---零件具有一定的抗蠕变的能力。8第六章机械设计总论三、设计机器的一般程序（一）计划阶段（二）方案设计阶段（三）技术设计阶段（四）技术文件编制阶段

机械设计是一个创造性的工作过程，同时也是一个基于成功实践经验的工作。

虽然没有一个在任何情况下都有效的设计程序，但根据人们长期的经验，一台机器的设计过程基本如下：（五）试制阶段（六）投产销售阶段9第六章机械设计总论（一）计划阶段提出任务分析对机器的要求确定任务要求由分管产品研发的副总提出，这时对要设计的机器仅有一个模糊概念由市场部进行市场调查，以明确机器的功能、产品的市场定位以设计任务书的形式明确地写出设计任务的全部要求及细节10第六章机械设计总论（二）方案设计阶段

方案设计，又称概念设计，是机器设计最重要的环节之一。

因为在本阶段确定的方案，不仅决定了设计的成败，也确定了机器的成本高低。这种成本，是无法通过详细设计阶段加以纠正的。潘存云教授研制洗衣机方案设计模拟人工手法模拟翻腾水流超声波、臭氧方案设计阶段流程11第六章机械设计总论提出可能的解决办法组合几种可能的方案选定最佳方案评价机器功能分析满意明确必须达到的、尽量达到的及没有必要的功能列出实现功能的若干方案切片上下往复切刀动作传动类型原动机回转运动带传动链传动直流电机交流电机对各种方案进行组合技术经济环保方面综合评价12第六章机械设计总论（三）技术设计阶段运动学设计结构化设计确定各构件的运动参数动力学设计确定各构件的结构形式确定各构件的名义载荷零部件工作能力设计确定各构件的基本尺寸装配草图设计基本尺寸→装配草图→零件外形及尺寸主要零部件工作能力精确校核不满足零件工作图绘制进一步确定各零件的结构细节（须考虑加工装配工艺性等因素）装配图绘制最后检验零件图中的尺寸、结构错误（纸上虚拟装配）13第六章机械设计总论（四）技术文件编制技术文件设计说明书使用说明书零件明细表标准件汇总表产品验收条件

…………

技术文件是用来说明产品性能、设计、制造、操作使用、维护、或其它所有与产品相关的文档资料。14第六章机械设计总论

机械零件由于某种原因不能正常工作称为失效。——带传动的打滑、共振、螺纹的松弛四、机械零件的主要失效形式整体断裂——过载、疲劳过大的残余变形——应力超过屈服极限零件的表面破坏——腐蚀、磨损、点蚀破坏正常的工作条件而引起的失效零件的失效形式：断裂占4.79%;腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。15第六章机械设计总论黑色金属有色金属铸铁钢金属材料（一）常用材料普通碳素钢优质碳碳钢碳素合金钢

……灰铸铁球墨铸铁

……6-2机械零件的材料及选用原则铝合金铜合金

……：金属、非金属特点：●良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件;●较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）;●成本低廉。特点：●与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性;●可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。特点：●具有良好的塑性和液态流动性;●青铜合金还具有良好的减摩性和抗腐蚀性。高分子材料复合材料陶瓷非金属——塑料、橡胶、合成纤维等——碳化硅、三氧化二铝等——颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料特点：能吸收冲击能量●常用作联轴器或减震器的弹性元件、传动皮带；●硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。

特点：●比重小，易于在模具中成型；●耐蚀、绝热、绝缘；●减摩、摩擦系数大等。16第六章机械设计总论●载荷及应力的大小和性质●零件的工作情况●零件的结构复杂程度及工艺性●材料的经济性●零件的尺寸及重量（二）机械零件材料的选用原则选材的一般原则●静载下：脆性材料●冲击载荷：塑性材料：应充分利用热处理手段来发挥材料的潜力。●在湿热环境下，材料应具有良好防腐蚀能力；●两配合零件的线性膨胀系数不能相差过大，以免产生过大热应力或配合松动；●有磨损的表面，应提高其表面硬度●选强重比大的材料，可减小零件的尺寸和质量；●铸造毛坯，一般不受尺寸大小的限制；●锻造毛坯，须注意锻压设备的生产能力。●结构复杂性——

复杂：铸件毛坯、冲压加焊接；简单：锻件毛坯。●工艺性——

铸造材料：液态流动性、收缩率等；焊接材料：可焊性、焊缝裂纹倾向等；热处理：可淬性、淬火变形倾向等；冷加工：易切削性、切削后表面质量等；●材料本身的相对价格;●材料的加工费用;●材料的利用率;●是否采用组合结构●材料的供应状况●当地材料供应是否充足；●小批量零件，减少材料品种。17第三章机械零件的强度应力的种类静应力变应力脉动循环对称循环一般循环σtσtσtσtσmaxσmin平均应力应力幅σaσm应力比6-3、许用应力及安全系数r=-1r=0在变应