第一章 机械设计概述

机械设计第一章

机械设计概述

第一节机械设计的基本要求和一般程序

第二节载荷与应力分析

第三节机械零件的失效形式

第四节机械零件的计算准则

第五节机械零件的材料选择

第六节机械结构设计的基本要求

第七节机械零件的标准化返回章目录第一节机械设计的基本要求和一般程序功能要求一、设计机器应满足的基本要求经济性要求操作方便运行安全其它特殊要求能实现机器的预定功能，并在预定环境条件和工作期限内可靠地工作。要求设计、制造和使用机器的费用少，并且效率高。如巨型机器要便于安装、拆卸和运输；食品、纺织、造纸机器不得污染产品等。

要求设计的机器操作简便、省力；必要时可安装安全防护和保险装置；尽可能降低机器的噪声；美化机器的外观造型等，并应妥善处理人和机器间的各个联系环节。二、机械设计的一般程序确定设计任务拟定总体方案总体结构设计零部件设计鉴定和评价第二节载荷与应力分析1、载荷形式

一、载荷分析集中力F（N）转矩T（Nm）弯矩M（Nm）功率P（W）2、载荷分类

按载荷与时间的关系分类变载荷

静载荷

不随时间变化或变化缓慢的载荷随时间变化的载荷在设计计算中，零件上的载荷还分为：工作载荷机械正常工作时所受的实际载荷。名义载荷根据额定功率用力学公式计算出的作用在零件上的载荷。计算载荷考虑零部件工作过程中载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其他影响零件受载等因素，而对名义载荷进行修正而得到的近似载荷。常用载荷系数K（K=K1K2…）来考虑这些因素的综合影响。载荷系数K与名义载荷的乘积即为计算载荷。1、应力分类

二、应力分析循环变应力按应力与时间的关系分类变应力

静应力

不随时间变化或变化缓慢的应力随时间变化的应力随时间按一定规律变化的变应力

σ=常数σttσmaxσminσaσmσmaxσaσmσmaxσaσmin对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力静应力OσtOσOσtO最大应力最小应力应力幅最大应力平均应力应力幅应力幅最大应力最小应力平均应力循环特性系数：

——表示应力变化的情况对称循环—

r=−1；脉动循环—

r=0；非对称循环—

r≠0且|r|≠1;静应力—

r=+1用σr表示循环特征为

r

的变应力。如

σ-1、σ0等平均应力：应力幅：对称循环:σm=0;σa=σmax脉动循环:σm=σa=σmax/22、变应力主要参数

注意：变载荷→变应力静载荷→静应力？或变应力静载荷产生变应力第三题节颂机蛋械零根件的潮失效程形式机械踢零件尤由于痕某些隐原因扭不能溜正常牢工作棒，称教为失效。一、悠断裂零件妹在外警载荷屿作用渡下，是由于睡某一指危险犁截面怨上的鄙应力抗超过挠零件抄的强沃度极维限时圾所发错生的罪断裂那或当负零件辫在循哀环变奔应力赤的作芳用下拨危险甘截面讽所发跪生的粪疲劳博断裂抽。如：螺栓笨的断毯裂齿轮轮齿断裂实例二、疫过大咸的变夏形机械袜零件涛在载抢荷作践用下托工作俭时，少可能买发生涂过大扁的弹特性变悄形或雾由于升零件岭上的花应力匆超过矿材料约的屈锡服极材限产涂生残绩余塑母性变季形。齿轮齿面塑形变形轴承外圈塑性变形三、淘表面休损伤表面第疲劳功（亦朴称点哥蚀）零件翼表面渣在接似触变鸣应力仅长期妻作用封下产乒生微军粒剥恒落的漂现象梯。磨损脂（主反要指黑磨粒喷磨损趟）两个蛾接触括零件全表面复在相对对运里动过巷程中梯表面及物质农丧失度或转首移的林现象泉。腐蚀金属掌表面圆与周练围的阳介质鲜发生查的电醒化学她或化配学侵含蚀的捕现象桂。齿轮齿面接触疲劳点蚀滚动轴承滚道的疲劳点蚀滚动轴承外圈滚道的磨损轴瓦的磨损四、破破坏饿正常趣工作雨条件团引起您的失为效例如义：V带传凡动当傻传递闯的有乌效圆厌周力游大于躁摩擦其力的筹极限挽值时雄将发鼓生打滑蜜失效；高速律转动屋的零身件当收其转挨速与双系统爬的固效有频界率相购一致引时会臭发生亦共振砖，以波致引月起断裂愤失效；液体景润滑亮的滑鄙动轴驶承当散润滑婚油膜森被破皂坏时盯将发联生胶合冒失效等。第四由节仇机涌械零混件的纷计算换准则机械舟零件皇不发援生失分效时阁的安拴全工趴作限掘度称熊为零轰件的工作饰能力。对建载荷愁而言虫零件北的工渴作能碗力也苏可称详为零塔件的承载骡能力。用计属算的租方法蛾来保椅证零津件有名足够申的工损作能吃力，挎从而母避免臂失效态，是完常用腾的机偷械设毫计方郑法。妇计算驴依据胜的条像件称冬为计算估准则。一、善强度荡准则强度是指朗零件仓在载收荷作捐用下奥抵抗柳断裂糕、塑缎性变竭形及诵某些毒表面普损伤购的能杆力。其表估达式狼为s——零件汉危险肚截面夺或工虎作表挡面上吩的工品作应钟力；[s]——许用具应力予；sli戴m——极限知应力幼，对笔受静般应力历的脆税性材游料，倒如铸乳铁受但拉伸悟取抗谨拉极法限；封对受肿静应筹力的姻塑性跑材料隙取屈狼服极灿限；认对受施变应庸力的枣零件肺取疲侵劳极槽限；S——安全阁系数绪，考碑虑各案种偶铅然或皇难以趋精确嚷分析妖的因迟素的指影响扁。另一沾表达庙方式S≥[S]一般碧来讲球各种给零件父都应肢满足孝一定絮的强纠度要篇求，银因而址强度模准则汪是零稳件设斩计最甲基本达的准鼓则。[S]——许用梨安全伙系数二、陶刚度韵准则刚度指零牲件在卸载荷执作用丝式下抵姨抗弹括性变夫形的口能力调。其表恶达式裁为y≤[y]y——弹性县变形妨量；[y]—厨—许用巡寿变形惹量。弹性侄变形矿量可翠用各已种求荣变形捏量的脊理论兽或实毯验方排法确步定，帅而许剖用变很形量箭则应娱随不余同的液使用丽场合凝，按凑理论亭或经歌验来朝确定欢其合是理的设数值省。耐磨语性是指酒零件置在载迟荷作阁用下辱抵抗嫌磨损考的能街力。目前笼尚无隶公认穗的能塘够进损行定康量计晓算的鬼方法造。通茂常为俗了保碎证零纹件具聪有良蝴好的鸦耐磨括性，碎应运很用摩重擦学剂原理虾设计运零件极的结威构，较选定希摩擦顿副的臣材料殃和热箩处理旅、表兼面状夏态、愚油品钟等。百同时僵，给海予合渡理而弦充分盈的润跳滑，撤以延税长零锈件的寒使用谨寿命肠。影响巧零件付寿命梅的主症要失飘效形构式是渠磨损芽、疲司劳和继腐蚀纵，它餐们的范产生嫩机理馅、发扇展规挠律及防对零蝴件寿嘉命的举影响局是完涉全不润同的雷，应铲分别砖加以打考虑皱。三、滨寿命册准则对于疲劳央寿命，通塘常是球求出栗零件韵在预此定使玩用寿榜命时送的疲岂劳极撑限作衔为计搏算的筑依据亡。疲假劳寿差命的作计算烫准则剪常采姓用哄的宝形式项。四、括振动呈稳定知性准映则计算培准则柔为fp＜0.罢85f或fp＞1.厨15fS≥[S]迄今赞为止触，还陕未能敲提出辱实用捐有效池的腐蚀连寿命计算翼方法穷，因浮而也秆无法建列出办腐蚀语的计谊算准疾则。振动遥稳定芒性是指村高速玩机器印抵抗俭失稳柏的能演力。fp——周期股性载灶荷的或作用虎频率返；f——机械遣系统抚的固五有频捆率。五、艺散热免性准抛则当两初个零商件表巷面之垃间发闭生相俩对运世动时态，会巡寿由于温摩擦浸产生排热量滔。如味果生岁热过血高或点散热畅不良歌，就停可能摧使零举件温炼度过细度升陷高，习破坏鼓正常拦的润奔滑条忽件，事甚至木导致喇两个挖金属丝式表面黄粘着贤发生锹胶合谷。要糖满足瞎散热舞性准义则，违应对雅发热摄较大写的零败件（港如蜗但杆传鸟动、衣滑动气轴承景等）京进行热平岂衡计帐算。六、咽可靠摸性准伴则我们塌称F=Nf/N0为零件摩的失贫效概哪率（即不可香靠度），腰它与启可靠吩度的订和为1。零件闻的可哭靠度是指缴一批利完全扫相同岔的零解件（凑如有N0个）睁，在股一定忠的工陈作条叹件下屡进行带实验送，如舒在经欧过时号间t后，括还有Ns个正冻常工浙作，愁有Nf个损女坏了握，则宫这批马零件滤在该耳工作袖条件缺下能番正常熊工作径达到菌时间t的可作靠度R为按可者靠性况理论夺，机叛械是猪零件预的串功联、暮并联汤或混测联系众统。系统情的可肠靠度抛取决黎于零暑件的住可靠细度。若各层个零塌件是丽统计偷独立崖的，水串联担系统粉的可糊靠度埋是各侧个零忌件可前靠度扎的乘州积，德即式中薄，RS是系仆统的毁可靠来度；Ri是各携个零休件的默可靠跑度。盗可靠则度是德小于1的数拾，故串联惕系统击的可电靠度汗小于猎任一身零件滑的可像靠度唯，且堆零件际越多胆，可掀靠度胖越低谁。并联疼系统疯的失算效概节率为魄各个握零件哭失效滔概率棍的乘域积，肤可靠最度为式中沾，Fi为各球个零油件的管失效凡概率伟。可房诚见，并联燥系统逆失效六概率岔低于鞭任一矛零件煎的失钳效概惹率，诱因此额，其识可靠絮度高烫于任猪一零绞件的域可靠中度。为了刷提高骗系统鼠可靠兄度，顽在设句计时长可采仇取下鸽列措咱施：在满渴足机吩器性暖能要案求的葬前提味下，森力求冰结构授简单曲，零吓件数珠目少爹；尽可李能采楼用有直可靠县度保轨证的捐标准暗件；安全章系数然要留塞有余夜地；增加贩重要柏环节谜的备挑用系垦统；合理李规定次维修祥期等傅。第五藏节套机字械零费件的粪材料耗选择材料沾选择撕是机秀械设遗计中猛的重看要环居节。叠机械虽零件叙的材辰料对河其性赖能、单加工透方法很、经膜济性宇等都文有很纽奉大的咬影响暮。随常着工贴程实伏际对失现代躺机器桑和零支件要游求的聋不断赢提高吃，以毛及各降种新倾材料嫌的不失断出眉现，尿合理煮选择侄零件删材料预已成世为提质高零规件质嘉量、德降低访成本唱的重鸟要手孩段。一、机械短零件遍的常街用材化料：疲铝(LY被12)、铜(ZC陪uS集n1梅0P堵1)…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：塑斧料、挣橡胶赛、合蛇成纤射维：低成碳钢催、中笼碳钢研、高涌碳钢齿、合可金钢…(如：08熊F45601C梅r1扎8N臂i9）：灰供铸铁源、球串墨铸断铁…(如：TH热30筛0涨QT均50字0-汁5)强如相钢、渠轻如梅铝、秧硬如雪金刚只石强度范高、蹲弹性籍模量届大、刘质量眠轻二、选择共材料惭的原桶则1、满撤足机律械零压件的谜使用蛙要求承受顺工作款载荷淡的能概力有足墓够的兼强度遣、刚倦度。保持愉使用税性能男的能翅力在工倡作环拆境下念长期秧工作氧，能基保持喷原来满的形此状、抢尺寸店、精押度；遇耐腐山蚀、厉高温宵、潮协湿等咐。其他狂要求如重较量轻垒、美具观等盾。2、满消足工午艺性衫要求在满难足使胸用要跪求的宫前提解下，施要考怜虑机邪械零臣件的丙毛坯戴制造塞（铸担造、四锻压违、焊凝接、筐冷冲代压等挽）、捆热处墙理、序机械乏加工岂和修爽理方杂便、村以及若便于饮回收型利用撇等，判选择口零件而的材粘料。协还应放注意盘到，堪不同刺的复页杂程碎度、秘尺寸嫂、加割工批芒量，傍对加陡工方衣法和核材料蹲的选佣择有惊很大轧的影鞭响。郊还要档考虑脸本单窜位具得有的宋加工叫条件楚和外菜单位件协作辅的可煌能性州。3、满对足经善济性陵要求在选涂择材夸料时辞，不牲仅要崇考虑赏材料乔的价谅格，缎而且昏要考供虑其悄加工轿成本钱，废渠品率言等。坛还要可考虑拦供应戏问题丘，如共所需角材料哗的规辱格、寒尺寸认是否授能够为及时弟得到舰。第六雾节永机竭械结胀构设保计的贫基本相要求结构涛设计态是机嘴械设冰计的凤基本司内容朝之一羽，也面是设岁计过蜻程中童涉及短问题倒最多窄、工析作量曲最大沾的环考节。淡它在百产品痕的形版成过洒程中辩起着孔十分咏重要爽的作仇用。在机暂械结林构设倍计过稍程中旗，要干充分撒考虑侨以下较各方迅面的屈基本委要求把。功能升要求使用涌要求结构脂工艺境性要榆求人机仆学要桂求功能因要求机械瓦零件船结构矮设计万就是监将原背理设咬计方要案具见体化浙，即伪构造捷一个宵能够积满足奥功能蒜要求殃的三饺维实守体零费部件翠。概眠括地隔讲，馒各种锋零件塑的结陵构功触能主忧要有纵承受惩载荷鸦、传雨递运重动和代动力伸以及晌保证按或保唐持有塔关零朗部件里之间辞的相胖对位置或运绣动轨吹迹关惕系等如。功铺能要要求是乒结构景设计忆的主途要依桌据和陶必须袋满足洲的要膝求。蚂当具企有两茧种以符上功识能要束求时精，应状分清咬主次氏，在碰优先交满足缺主要超功能豪的前甚提下剩，尽脂量满架足其宾他功竟能要膛求。使用摄要求对于笑承受趴载荷单的零揉件，颠为保标证零作件在熔规定特的使斗用期妈限内贫正常部地实矩现其仓功能既，在乞结构鞋设计倦中应日使零靠部件帐的结茅构受讽力合浊理，醋降低面应力筒，减酒少变玩形，各以利炉于提跪高零所件的碑强度淘、刚她度和伟延长咐使用是寿命竟。结构糠工艺嘉性要卧求机器唇及其券组成枝零件夫要能驾最经扶济地谊制造踩和装奇配，喝应具这有良岔好的热结构躲工艺熊性。作机器剖的成寺本主桶要取咐决于漏制造岗费用谊，因寸此工蛛艺性暮与经定济性掀是密神切相宵关的恒。通筛常应减从以糕下几券个方茫面考境虑结晃构工北艺性庙。应使幻玉零件偏形状桂简单金合理耗。适应毁生产稀条件兄和规族模。合理维选用宴毛坯骂类型雪。便于酷切削委加工膨。便于铲装配烘和拆例卸。易于房诚维护挂和修剪理。人机刷学要异求在结释构设画计中戒必须奴考虑安全蓄问题嫂，应张优先为采用冠具有较直接寺（本幼身）商安全野作用缸的结块构方姑案。乔此外塘应使帆结构束造型取美观石，操仍作舒敌适，躺有利米于环份境保裤护。第七象节