第2章机械设计总论

兰惠清机械设计总论第二章

机械设计总论复习：机器的组成原动机传动系统执行系统辅助系统控制系统PrimemoveTransmissionsystemWorkingsystemControlsystemAssistantsystem兰惠清机械设计总论第二章

机械设计总论一、设计机器的一般程序二、对机器的主要要求三、机械零件的主要失效形式四、机械零件应满足的基本要求及计算准则五、机械零件设计的一般步骤六、机械零件常用材料及选用原则七、机械零件设计中的标准化兰惠清机械设计总论1、计划阶段明确机器的功能、约束条件；写出设计任务书。一、设计机器的一般程序2、方案设计阶段①

机器的功能分析

必须达到的要求；

最低要求；

希望达到的要求。机器的功能经济性估计制造的要求使用的要求完成期限分析的结果：确定出功能参数兰惠清机械设计总论②

提出解决的办法执行机构

有N3种执行机构方案；原动机不同工作原理就有不同的机器；同一工作原理有不同的结构

有N2种原动机方案；传动系统电机还是热机高速还是低速直流还是交流有N1种传动系统方案。共有N＝N1·N2·N3

个方案原动机不同，传动系统不同工作机不同，传动系统不同同一传动任务，多种传动机构技术方面和经济方面的综合评价最佳方案兰惠清机械设计总论③

最后决策确定原理图或机构运动简图；在借鉴的基础上创新。

3、技术设计阶段①

运动学设计确定原动机的参数确定各运动件的运动参数②

动力学设计计算各零件上所受的载荷大小和特性。功率转速等兰惠清机械设计总论③

零件的工作能力计算根据工作能力准则、失效形式、工作特性等进行零件的强度、刚度、振动稳定性、寿命等计算，并确定基本尺寸。④

装配图的设计通过装配草图的设计，对所有零件的外形及尺寸进行结构化设计，并注意结构工艺性。⑤

主要零件的校核对某些零件进行必要的校核。⑥

零件工作图及总装图的设计绘制零件加工图及装配图。兰惠清机械设计总论4、技术文件编制阶段编写计算说明书、使用说明书、标准件明细表、工艺文件等。二、对机器的主要要求1、使用功能的要求所设计的机器能完成用户提出的所有要求。2、经济性要求在实现使用功能的前提下，用最经济的手段设计和制造出来。①

设计制造经济性——成本低。②使用经济性——高生产率、高效率、低消耗、低维护费等。兰惠清机械设计总论3、劳动保护要求①

操作者方便和安全；②

改善操作者及机器的环境（噪声、有毒有害物、废水废气的治理等）。4、可靠性要求保证机器有足够的使用寿命。5、其它要求视不同的机器而定，如运输的可靠性、流动机器的装拆方便性等。兰惠清机械设计总论三、机械零件的主要失效形式1、断裂(fracture，breakage)

占总失效的5%

疲劳断裂（fatiguerupture）过载断裂（over-loadingfracture）变应力作用下，危险剖面的断裂2、塑性变形(plasticdeformation)

残余变形（remainderdeformation）瞬间大载荷导致的局部断裂3、过大的弹性变形(elasticdeflection)应力超过屈服极限所产生的变形兰惠清机械设计总论4、零件的表面破坏(surfacefailure)

占75%

疲劳点蚀(fatiguepitting)接触应力长期作用，产生裂纹直到剥落的现象磨损(wear)接触表面产生材质损失的现象腐蚀(corrode)化学或电化学的作用而使表面遭受破坏的现象5、摩擦传动的打滑(slip)传动带或摩擦轮在另一个轮上滑过的现象6、振动引起的失效共振(resonance)干扰频率与固有频率相等时发生的灾难性破坏7、热引起的破坏零件的变形润滑性能的降低兰惠清机械设计总论四、机械零件应满足的基本要求及计算准则1、强度的要求及计算准则断裂和塑性变形都是强度不足。为了提高强度，可以采取以下措施：①

采用高强度材料；②

采用合理的零件结构；③

通过热处理改善性能；④

提高零件的制造精度；⑤

合理布置各零件的相互位置(载荷的分布)。计算准则：保证零件有足够的强度。兰惠清机械设计总论2、刚度的要求及计算准则整体刚度——指整体的伸长、缩短、挠曲、扭转等弹性变形的程度。表面接触刚度——指两零件接触表面的微观凸峰在载荷作用下发生变形而导致零件相对位置变化的程度。措施：①

增大零件的剖面尺寸；②

缩短支承跨距；③

增大结合面，以降低应力。计算准则：零件在载荷作用下产生的弹性变形量小于等于机器工作性能所允许的极限值。挠度：y≤[y];转角：θ≤[θ]兰惠清机械设计总论3、寿命的要求及计算准则零件寿命——零件工作所持续的时间。影响零件寿命的主要因素有：磨损、腐蚀、疲劳破坏。计算准则：求出使用寿命时的疲劳极限作为计算的依据。4、振动稳定性要求及计算准则计算准则：零件的固有频率f错开干扰频率f

p，

f

p

＜0.85f或f

p＞1.15f兰惠清机械设计总论5、可靠性（reliability）要求及计算准则可靠性——在规定的使用寿命内，零件能正常地完成其功能的概率。零件的可靠度为：R＝N／N0时间t

到t+dt

的间隔中，零件破坏的比率λ(t)为：负号表示dN的增大使N减小，则兰惠清机械设计总论零件失效率

(t)与时间t的关系遵循浴盆曲线

(t)tⅠⅡⅢ①第Ⅰ阶段为早期失效阶段，初始缺陷造成高的失效率；②第Ⅱ阶段为正常使用阶段，偶然因素引起失效；③第Ⅲ阶段为损坏阶段，由于磨损、疲劳等引起失效。兰惠清机械设计总论6、结构工艺性（technology）要求在既定的生产条件下，能够方便而经济地生产出来，并便于装配的特性。影响结构工艺性的决定性因素是零件的结构设计。7、经济性（economy）要求在保证强度和刚度等要求下，生产成本低。8、质量小的要求①

节约原材料；②

运动件可以减少惯性力，改善动力性能；③

运输、安装方便。兰惠清机械设计总论五、机械零件设计的一般步骤①

根据零件的使用要求选择零件的类型和结构；②

根据机器的工作要求，计算作用于零件上的载荷；③

选择材料；④

分析失效形式，并确定计算准则，通过计算确定零件的基本尺寸或主要参数；⑤

进行结构设计；⑥

绘出零件的工作图，标出必要的技术条件，编写说明书。兰惠清机械设计总论六、机械零件常用材料及选用原则材料选用的原则：1、载荷的大小、性质和分布脆性材料只能用于静载荷；塑性材料可用于有冲击载荷、变应力下。2、零件的工作环境湿热环境下，选耐腐防锈材料；温差大的环境下，选机械性能随温度改变而比较稳定的材料，配对材料的膨胀系数不能相差过大；污染大的环境下，选耐磨材料或能提高表面硬度的材料。兰惠清机械设计总论3、材料的经济性及供应情况在满足使用要求的前提下，尽量选用廉价的材料，尽量选用大众化的材料。