(2024年)西北工业大学机械设计基础CH06

西北工业大学机械设计基础CH0612024/3/26CONTENTS机械设计基础概述机械零件的强度与刚度机械零件的摩擦、磨损与润滑机械零件的常用材料及其选择连接件的设计与选用轴系零部件的设计与选用22024/3/26机械设计基础概述0132024/3/26机械设计的主要目的是将需求和概念转化为具体的机械产品或系统，以满足特定的功能要求。通过优化机械结构、减少材料消耗、提高加工精度等方式，降低生产成本，提高生产效率。优秀的机械设计可以提高产品的性能、可靠性、安全性等，从而增强产品的市场竞争力。实现预期功能提高生产效率增强产品竞争力机械设计的目的和意义42024/3/26设计应满足产品或系统的功能要求。功能性设计应确保产品或系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。可靠性机械设计的基本要求和步骤52024/3/26设计应考虑成本效益，追求最佳性价比。设计应确保产品或系统在使用过程中不对人员和环境造成伤害或危害。机械设计的基本要求和步骤安全性经济性62024/3/26设计步骤明确设计任务和要求。进行市场调研和需求分析。机械设计的基本要求和步骤72024/3/26制定设计方案并进行初步设计。进行详细设计和优化。完成设计文档和图纸。机械设计的基本要求和步骤82024/3/26进行样机试制和试验验证。修改完善设计并进行最终评审。机械设计的基本要求和步骤92024/3/26借助人工智能、机器学习等技术，实现自动化、智能化的机械设计，提高设计效率和质量。智能化设计注重环保和可持续发展，采用环保材料、优化能源利用等方式，降低机械产品对环境的影响。绿色设计通过模块化的设计方式，实现机械产品的快速组合和配置，提高设计的灵活性和适应性。模块化设计利用数字孪生、虚拟现实等技术，实现机械产品的数字化建模和虚拟化仿真，为设计提供更准确的数据支持。数字化与虚拟化机械设计的发展趋势102024/3/26机械零件的强度与刚度02112024/3/26作用在机械零件上的外力，包括静载荷和动载荷。单位面积上的内力，由载荷引起并分布在零件内部。应力是载荷与零件承载面积的比值，当载荷增大时，应力也相应增大。载荷应力载荷与应力的关系载荷与应力的关系122024/3/26

静强度与疲劳强度静强度机械零件在静载荷作用下抵抗破坏的能力。疲劳强度机械零件在交变应力作用下抵抗疲劳破坏的能力。静强度与疲劳强度的关系静强度是疲劳强度的基础，疲劳强度通常低于静强度。132024/3/26机械零件在受力时抵抗变形的能力。机械零件在受力作用下产生的形状或尺寸的改变。刚度越大，零件在相同载荷作用下的变形越小；反之，刚度越小，变形越大。刚度变形刚度与变形的关系刚度与变形的关系142024/3/26选用高强度、高刚度的材料，如合金钢、钛合金等。通过改进零件的结构形状、减小应力集中、增加支撑等方式提高强度和刚度。采用淬火、回火等热处理工艺，提高材料的力学性能。如喷丸、滚压等表面处理技术，可以提高零件表面的强度和刚度。合理选择材料优化结构设计热处理强化表面强化处理提高零件强度与刚度的措施152024/3/26机械零件的摩擦、磨损与润滑03162024/3/26两个相互接触的物体在相对运动或有相对运动趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对运动的现象。摩擦定义摩擦过程中，材料从零件表面逐渐丧失的现象。磨损定义摩擦是磨损的原因，磨损是摩擦的结果。摩擦与磨损的关系摩擦与磨损概述172024/3/26润滑剂的种类润滑油、润滑脂、固体润滑剂、气体润滑剂等。选用原则根据机械零件的工作条件（如温度、压力、速度等）、摩擦副的性质（如材料、表面粗糙度等）以及润滑剂的性能（如粘度、油性、极压性等）来选用合适的润滑剂。润滑剂的种类及选用182024/3/26齿轮的润滑齿轮传动常用喷油润滑和浸油润滑两种方式，选择时主要考虑齿轮的圆周速度、齿面接触应力和工作环境等因素。轴承的润滑滚动轴承常用脂润滑和油润滑两种方式，选择时主要考虑轴承的工作温度、转速和载荷等因素。导轨的润滑导轨常用脂润滑和油润滑两种方式，选择时主要考虑导轨的精度、速度和载荷等因素。典型零件的润滑方式及选择192024/3/26合理选择摩擦副材料降低表面粗糙度采用表面处理技术控制工作条件减少摩擦与磨损的措施选择具有自润滑性能的材料或互溶性好的材料配对，以降低摩擦系数和减少磨损。如渗碳淬火、表面淬火、化学热处理等，以提高零件表面的硬度和耐磨性。提高零件表面的加工精度，降低表面粗糙度，以减小摩擦阻力和减少磨损。如控制温度、降低压力、减小相对运动速度等，以改善摩擦副的工作条件，减少磨损。202024/3/26机械零件的常用材料及其选择04212024/3/26具有良好的强度、塑性和韧性，易于加工和焊接，成本低廉，广泛应用于各种机械零件。碳钢通过添加合金元素改善钢的性能，如提高强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，用于制造高性能的机械零件。合金钢具有优良的铸造性能、减震性能和耐磨性，成本低廉，常用于制造机座、箱体等结构件。铸铁如铜、铝、锌等，具有优良的导电性、导热性和耐腐蚀性，用于制造特殊要求的机械零件。有色金属常用金属材料及其性能222024/3/26复合材料由两种或两种以上不同性质的材料组成，具有优异的综合性能，如碳纤维复合材料具有高强度、高模量和低密度等特点，用于制造高性能的机械零件。工程塑料具有优良的耐腐蚀性、绝缘性、减震性和耐磨性，易于加工成型，用于制造轴承、齿轮等耐磨零件。橡胶具有优良的弹性、耐磨性和耐油性，用于制造密封件、减震件等。陶瓷具有优良的耐高温性、耐腐蚀性和高硬度，用于制造高温轴承、刀具等。常用非金属材料及其性能232024/3/26根据零件的加工工艺选择材料，如铸造性能、锻造性能、切削加工性能等。01020304根据零件的使用要求选择材料，如强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。在满足使用性能和工艺性能的前提下，尽量选择价格低廉的材料以降低制造成本。考虑零件所处的工作环境和使用条件，选择相适应的材料以保证零件的可靠性和稳定性。使用性能原则经济性原则工艺性能原则环境因素原则材料的选择原则与方法242024/3/26新材料在机械设计中的应用高性能合金如高温合金、耐蚀合金等，用于制造高温、高压和强腐蚀环境下的机械零件。纳米材料具有优异的力学性能和物理性能，如高强度、高硬度、高热稳定性和良好的耐磨性，用于制造高精度、高稳定性的机械零件。生物可降解材料可在自然环境中被微生物分解为无害物质，用于制造环保型的机械零件和结构件。3D打印材料通过3D打印技术制造复杂形状和结构的机械零件，具有快速成型、个性化定制等优点。252024/3/26连接件的设计与选用05262024/3/26包括螺栓、螺钉、螺柱等，根据使用场景和连接要求选择合适的类型。螺纹连接件的类型根据连接的厚度和孔径选择合适的螺纹尺寸，确保连接的紧固性和稳定性。螺纹连接件的尺寸根据连接件所承受的载荷和应力要求，选择合适的材料和强度等级。螺纹连接件的强度采用锁紧装置、增加摩擦力等措施，防止连接件在振动或冲击下松动。螺纹连接件的防松措施螺纹连接件的设计与选用272024/3/26包括平键、半圆键、楔键等，根据轴的形状和连接要求选择合适的类型。键连接件的类型键连接件的尺寸键连接件的强度键连接件的安装与拆卸根据轴的直径和键槽的深度、宽度等参数，选择合适的键的尺寸。根据传递的扭矩和应力要求，选择合适的材料和强度等级。考虑键连接件的安装和拆卸方便性，选择合适的紧固件和工具。键连接件的设计与选用282024/3/26花键连接件的类型包括矩形花键、渐开线花键等，根据使用场景和连接要求选择合适的类型。花键连接件的尺寸根据轴的直径和花键槽的深度、宽度等参数，选择合适的花键的尺寸。花键连接件的强度根据传递的扭矩和应力要求，选择合适的材料和热处理方式。花键连接件的定心方式采用合适的定心方式，如大径定心、小径定心等，确保连接的同心度和稳定性。花键连接件的设计与选用292024/3/26包括圆柱面过盈连接、圆锥面过盈连接等，根据使用场景和连接要求选择合适的类型。过盈连接件的类型考虑过盈连接件的安装和拆卸方便性，选择合适的紧固件和工具，同时采取必要的防护措施，避免对连接件造成损坏。过盈连接件的安装与拆卸根据连接的尺寸、材料、温度等因素，确定合适的过盈量，确保连接的紧固性和稳定性。过盈量的确定根据传递的载荷和应力要求，选择合适的材料和强度等级。过盈连接件的强度过盈连接件的设计与选用302024/3/26轴系零部件的设计与选用06312024/3/26根据轴的受力情况，进行轴的强度、刚度、稳定性等方面的设计计算，确定轴的基本尺寸和形状。轴的设计计算采用许用应力法、安全系数法等方法对轴进行校核，确保轴的安全可靠。轴的校核方法轴的设计计算及校核方法322024/3/26包括滚动轴承和滑动轴承两大类，滚动轴承有球轴承、滚子轴承等，滑动轴承有整体式滑动轴承、剖分式滑动轴承等。轴承类型滚动轴承具有摩擦系数小、启动灵活、效率高、维护方便等优点；滑动轴承具有承载能力强、运转平稳、抗冲击能力强等优点。轴承特点根据轴的转速、载荷、工作环境等因素，选择合适的轴承类型、尺寸和精度等级。选用方法轴承的类型、特点及选用方法332024/3/26联轴器类型包括刚性联轴器、弹性联轴器、液力联轴器等，刚性联轴器适用于两轴对中精度高的场合，弹性联轴器适用于两轴对中精度稍差的场合，液力联轴器适用于传递大功率且需调速的场合。离合器类型包括牙嵌离合器、摩擦离合器等，牙嵌离合器适用于低速重载的场合，摩擦离合器适用于高速轻载的场合。选用方法根据传递的扭矩、转速、工作环境等因素，选择合适的联轴器或离合器类型、尺寸和精度等级。联轴器和离合器的类型、特点及选用方法342024/3/26