第1章机械设计总论

第1章机械设计总论1.1设计机器的普通程序1.2对机器的主要要求1.3机械零件的主要失效方式1.4设计机械零件时应满足的根本要求1.5机械零件的设计准那么1.6机械零件的设计方法1.7机械零件设计的普通步骤1.8机械零件资料的选用原那么1.9机械零件设计中的规范化1.1设计机器的普通程序产品规划方案设计技术设计施工设计机械产品的设计过程需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。作为设计、评价和决策的纲领性文件和根据；市场/竞争对手调研报告专利调查报告可行性评价报告产品规划书1.1设计机器的普通程序产品规划方案设计技术设计施工设计机械产品的设计过程又称为概念设计。对产品的功能原理进展设计。是整个产品设计的关键；需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。作为设计、评价和决策的纲领性文件和根据；产品方案设计报告产品设计草图1.1设计机器的普通程序产品规划方案设计技术设计施工设计机械产品的设计过程功能原理设计针对产品的主要功能提出一些原理性的构思。例如：设计一种点钞机构思将钞票逐张分别的任务原理推括摩擦离心力重力1.1设计机器的普通程序产品规划方案设计技术设计施工设计机械产品的设计过程又称为概念设计。对产品的功能原理进展设计。是整个产品设计的关键；需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。作为设计、评价和决策的纲领性文件和根据；将产品的功能原理详细化为机器产品及其零部件的详细构造，它又可进一步细分为总体设计、构造设计、商品化设计、模型实验等过程；实际分析及设计计算资料产品装配图1.1设计机器的普通程序产品规划方案设计技术设计施工设计机械产品的设计过程例题：硬币计数包卷机1.1设计机器的普通程序产品规划方案设计技术设计施工设计机械产品的设计过程又称为概念设计。对产品的功能原理进展设计。是整个产品设计的关键；需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。作为设计、评价和决策的纲领性文件和根据；将产品的功能原理详细化为机器产品及其零部件的详细构造，它又可进一步细分为总体设计、构造设计、商品化设计、模型实验等过程；主要指零件、部件工程图绘制，工艺文件的编写，设计阐明书和运用阐明书的编写等任务；1.2对机器的主要要求运用功能要求经济性要求劳动维护和环境维护要求寿命与可靠性要求对机器的主要要求其它公用要求1.2对机器的主要要求运用功能要求经济性要求劳动维护和环境维护要求寿命与可靠性要求对机器的主要要求其它公用要求提高运用经济目的的主要途径：1)合理提高机械化、自动化程度，提高机器的消费效率。2)选用高效传动系统，减少中间环节，降低能源耗费。3)适当采用防护和光滑，延伸机器的运用寿命。4)采用可靠的密封，减少或消除渗漏景象。提高设计和制造经济目的的主要途径：1)采用现代设计方法，优化设计，保证可靠性。2)提高“规范化、系列化、通用化〞的程度。3)采用新技术、新工艺、新构造、新资料。4)合理组织设计和制造过程。5)改善零件构造工艺性，使其用料少、易加工、易装配。1.2对机器的主要要求运用功能要求经济性要求劳动维护和环境维护要求寿命与可靠性要求对机器的主要要求其它公用要求劳动维护有两层含义：1)使机器的操作者方便和平安。2)改善操作者及机器的环境。1.2对机器的主要要求运用功能要求经济性要求劳动维护和环境维护要求寿命与可靠性要求对机器的主要要求其它公用要求机器可靠度R：在规定的运用时间(寿命)内和预定的环境条件下，机器可以正常任务的概率。机器失效的概率F为：F=1-R机器出厂时曾经存在的可靠性叫做机器的固有可靠性。思索到用户的人为要素，已出厂的机器正确地完成预定功能的概率，叫做机器的运用可靠性。1.3机械零件的主要失效方式机械零件的主要失效方式整体断裂过大的剩余变形零件的外表破坏破坏正常任务条件引起的失效齿轮轮齿断裂轴承内圈断裂(1)某一危险截面的应力超越零件的强度极限(2)在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。1.3机械零件的主要失效方式机械零件的主要失效方式整体断裂过大的剩余变形零件的外表破坏破坏正常任务条件引起的失效(1)某一危险截面的应力超越零件的强度极限(2)在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。1.3机械零件的主要失效方式机械零件的主要失效方式整体断裂过大的剩余变形零件的外表破坏破坏正常任务条件引起的失效(1)某一危险截面的应力超越零件的强度极限(2)在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。1.3机械零件的主要失效方式机械零件的主要失效方式整体断裂过大的剩余变形零件的外表破坏破坏正常任务条件引起的失效当作用于零件上的应力超越了资料的屈服极限，零件将产生剩余变形。齿轮齿面塑形变形轴承外圈塑性变形1.3机械零件的主要失效方式机械零件的主要失效方式整体断裂过大的剩余变形零件的外表破坏破坏正常任务条件引起的失效腐蚀：金属外表的一种电化学或化学侵蚀景象。磨损：两个接触外表在作相对运动的过程中外表物质丧失或转移的景象。接触疲劳：遭到接触变应力长期作用的外表产生裂纹或微粒剥落的景象。轴瓦磨损齿面接触疲劳1.3机械零件的主要失效方式机械零件的主要失效方式整体断裂过大的剩余变形零件的外表破坏破坏正常任务条件引起的失效破坏正常任务条件引起的失效：打滑、胶合、共振1.3机械零件的主要失效方式机械零件的主要失效方式整体断裂过大的剩余变形零件的外表破坏破坏正常任务条件引起的失效机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、腐蚀等要素引起！1.4设计机械零件时应满足的根本要求设计机械零件时应满足的根本要求防止在预定寿命期内失效的要求构造工艺性要求经济性要求质量小的要求可靠性要求应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。提高零件强度的措施有：▲采用高强度的资料；▲使零件具有足够的截面尺寸；▲合理设计零件的截面外形；▲提高零件的制造精度，以减少任务时的动载荷；▲合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷。1.强度要求1.4设计机械零件时应满足的根本要求设计机械零件时应满足的根本要求防止在预定寿命期内失效的要求构造工艺性要求经济性要求质量小的要求可靠性要求应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。2.刚度要求提高零件刚度的措施有：▲增大零件的截面尺寸或增大惯性矩；▲缩短支承的跨距或采用多点支承。1.4设计机械零件时应满足的根本要求设计机械零件时应满足的根本要求防止在预定寿命期内失效的要求构造工艺性要求经济性要求质量小的要求可靠性要求应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。3.寿命要求影响零件寿命的主要要素有：影响疲劳强度的要素有：疲劳破坏腐蚀磨损▲应力集中；▲零件的尺寸大小；▲零件外表质量及环境情况。1.4设计机械零件时应满足的根本要求设计机械零件时应满足的根本要求防止在预定寿命期内失效的要求构造工艺性要求经济性要求质量小的要求可靠性要求应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。3.寿命要求影响零件寿命的主要要素有：疲劳破坏腐蚀磨损抗腐蚀的措施有：▲外表发兰〔发黑〕；▲外表镀层；▲外表涂漆；▲外表阳极化。1.4设计机械零件时应满足的根本要求设计机械零件时应满足的根本要求防止在预定寿命期内失效的要求构造工艺性要求经济性要求质量小的要求可靠性要求设计的构造应便于加工和装配。热套金属环，要留有槽1.4设计机械零件时应满足的根本要求设计机械零件时应满足的根本要求防止在预定寿命期内失效的要求构造工艺性要求经济性要求质量小的要求可靠性要求零件应有合理的消费加工和运用维护的本钱。采用组合部件1.4设计机械零件时应满足的根本要求设计机械零件时应满足的根本要求防止在预定寿命期内失效的要求构造工艺性要求经济性要求质量小的要求可靠性要求质量小那么可节约资料；质量小那么灵敏、轻便。铸造薄板冲压1.4设计机械零件时应满足的根本要求设计机械零件时应满足的根本要求防止在预定寿命期内失效的要求构造工艺性要求经济性要求质量小的要求可靠性要求应降低零件发生缺点的能够性〔概率〕。锅炉爆炸1.5机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么强度准那么刚度准那么寿命准那么振动稳定性准那么可靠性准那么确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。零件中的应力不得超越许用值。即：σ≤σlimσlim--资料的极限应力脆性资料：σlim=σB(强度极限)塑性资料：σlim=σS(屈服极限)为了平安起见，引入平安系数S，得：σ≤σlim/S或σ≤[σ]----许用应力1.5机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么强度准那么刚度准那么寿命准那么振动稳定性准那么可靠性准那么确保零件不发生过大的弹性变形。零件在力作用下的弹性变形量不得超越许用值。即：y≤[y]1.5机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么强度准那么刚度准那么寿命准那么振动稳定性准那么可靠性准那么通常与零件的疲劳*、磨损、腐蚀相关。1.5机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么强度准那么刚度准那么寿命准那么振动稳定性准那么可靠性准那么高速运转机械的设计应注重此项准那么。保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频率错开。即：0.85f>fp或1.15f<fp1.5机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么强度准那么刚度准那么寿命准那么振动稳定性准那么可靠性准那么可靠度的定义：对件数为N0的一批零件进展实验，经过时间t之后有N件仍能正常任务，那么该零件在该实验环境条件下任务时间t的可靠度定义为：R=N/N0可靠度R是时间的函数。t↑→N↓→R↓根据许用可靠度[R]，计算预期寿命。1.6机械零件的设计方法机械零件的设计方法实际设计阅历设计模型实验设计根据零件任务才干准那么，确定零件的主要尺寸。a〕设计计算：直接求出危险截面尺寸A。

b〕校核计算：其他方法初步设计→验算。1.6机械零件的设计方法机械零件的设计方法实际设计阅历设计模型实验设计根据阅历关系式，用类比的方法所进展的设计。如：箱体、传动件各个构造要素等。1.6机械零件的设计方法机械零件的设计方法实际设计阅历设计模型实验设计把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺寸样机进展实验。如：飞机、桥梁的风洞实验。1.7机械零件设计的普通步骤机械零件设计的普通步骤选择零件类型、构造计算零件上的载荷失效方式----计算准那么选择零件的资料确定零件的根本尺寸结构设计校核计算画出零件任务图写出计算阐明书1.8机械零件资料的选用原那么p一、常用资料：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1)…...黑色金属有色金属铁钢高分子资料复合资料陶瓷资料金属资料非金属资料：塑料、橡胶、合成纤维：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢…(如：08F45601Cr18〕：灰铸铁、球墨铸铁…(如：TH300QT500-5)：强如钢、轻如铝、硬如金刚石：强度高、弹性模量大、质量轻常用钢铁资料的牌号及力学性能材料力学性能试件尺寸类别牌号强度极限σB屈服极限σS延伸率%mmQ215335-41021531碳素构造钢Q235375-46023526d≤16Q275490-610275202041024525优质碳素构造钢3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金构造钢40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018铸钢ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145----灰铸铁HT200195----HT250240----壁厚10~20QT400-1540025015球墨铸铁QT500-75003207QT600-36003703壁厚30~2001.8机械零件资料的选用原那么二、选用原那么载荷及应力的大小和性质零件的任务情况零件的构造及资料加工性资料的经济