机械设计孙恒课件

机械设计孙恒课件欢迎来到机械设计课程！本课程旨在为您提供全面的机械设计知识体系，从基本原理到高级技术，再到实际应用，让您具备独立完成机械设计任务的能力。我们将一起探索机械设计的奥秘，为您的职业发展奠定坚实的基础。本课程的目标和内容课程目标本课程旨在培养学生对机械设计的基本概念和方法的理解，使学生能够运用所学知识进行简单机械零件和部件的设计计算，并初步具备创新设计的能力。通过本课程的学习，学生将掌握机械设计的基本技能，为后续的专业课程和工程实践打下坚实基础。课程内容课程内容涵盖机械设计的基本原理、零件设计、传动设计、连接设计、材料选择、表面处理、公差配合、工艺性、装配性、可靠性、维修性、制造性、经济性、设计文件编制、设计流程组织、数字化设计技术、计算机辅助设计、有限元分析技术、三维建模技术、参数化设计技术、产品数据管理技术、案例分析、概率论应用、人机工程学应用、伦理法律问题、未来发展趋势等方面。机械设计的基本原理强度机械零件在工作过程中必须具有足够的强度，以承受工作载荷而不发生断裂或塑性变形。刚度机械零件在工作过程中应具有足够的刚度，以保证其在载荷作用下产生的变形不超过允许范围，从而保证机器的正常工作。耐磨性对于有相对运动的机械零件，如轴和轴承，齿轮等，应具有良好的耐磨性，以减少磨损，延长使用寿命。稳定性一些承受压力的零件，如细长杆、薄壁筒等，应具有良好的稳定性，以防止在载荷作用下发生失稳现象。力的分析1静力分析静力分析是研究处于静止状态或匀速运动状态的物体所受力及其平衡关系的分析方法。在机械设计中，静力分析用于确定零件所受的静载荷，为强度计算提供依据。2动力分析动力分析是研究运动物体所受力及其运动规律的分析方法。在机械设计中，动力分析用于确定零件所受的动载荷，为强度计算和运动设计提供依据。3冲击载荷分析冲击载荷分析是研究物体在瞬间受到巨大冲击力作用下的受力情况的分析方法。在机械设计中，冲击载荷分析用于确定零件所受的冲击载荷，为强度计算和缓冲设计提供依据。应力分析正应力正应力是垂直作用于物体表面上的力引起的应力，分为拉应力和压应力。拉应力使物体伸长，压应力使物体缩短。剪应力剪应力是平行于物体表面上的力引起的应力，使物体发生剪切变形。例如，螺栓连接中的螺栓承受剪应力。弯曲应力弯曲应力是由于弯矩作用在物体上引起的应力，物体表面上的应力分布不均匀，有拉应力和压应力。扭转应力扭转应力是由于扭矩作用在物体上引起的应力，物体截面上的应力分布与到圆心的距离成正比。许用应力定义许用应力是指零件在工作时允许承受的最大应力值。它是根据材料的强度极限、屈服极限和安全系数确定的。确定方法许用应力通常由材料的强度极限或屈服极限除以安全系数得到。安全系数的选择取决于零件的重要性、载荷性质、工作条件等因素。影响因素许用应力的大小受到材料的种类、工作温度、载荷性质、零件尺寸、表面状态等多种因素的影响。在设计中应综合考虑这些因素，选择合适的许用应力。接触应力1定义接触应力是指两个或多个物体在接触面处产生的应力。接触应力通常发生在滚动轴承、齿轮、凸轮等零件中。2影响因素接触应力的大小受到接触面的形状、载荷的大小、材料的弹性模量、泊松比等因素的影响。接触面越小，载荷越大，材料的弹性模量越高，接触应力越大。3计算方法接触应力的计算方法比较复杂，通常需要使用赫兹公式或有限元分析方法进行计算。在设计中应根据实际情况选择合适的计算方法。安全系数定义安全系数是指零件的强度极限或屈服极限与工作应力之比。安全系数越大，零件的安全性越高。选择原则安全系数的选择取决于零件的重要性、载荷性质、工作条件等因素。对于重要的零件，或承受冲击载荷的零件，或工作条件恶劣的零件，应选择较大的安全系数。常用取值安全系数的常用取值范围为1.2～4。在设计中应根据实际情况选择合适的安全系数。设计中的因素分析功能零件必须满足预定的功能要求，这是设计的基础。1强度零件必须具有足够的强度，以承受工作载荷。2寿命零件必须具有足够的使用寿命，以保证机器的正常工作。3成本零件的成本应尽可能低，以提高产品的竞争力。4零件设计1确定零件的几何形状2选择合适的材料3进行强度计算4进行刚度计算5进行耐磨性计算轴的设计1确定轴的结构形式2选择轴的材料3进行强度计算4进行刚度计算键和销的设计键的设计键是用于连接轴和轮毂的零件，传递扭矩。键的设计包括选择键的类型、确定键的尺寸、进行强度计算等。常用的键有平键、花键、楔键等。销的设计销是用于连接两个或多个零件的零件，主要用于定位和固定。销的设计包括选择销的类型、确定销的尺寸、进行强度计算等。常用的销有圆柱销、圆锥销、开口销等。联轴器的设计刚性联轴器刚性联轴器用于连接两根轴，传递扭矩，并保持两根轴的相对位置不变。刚性联轴器不能补偿两根轴的相对位移。挠性联轴器挠性联轴器用于连接两根轴，传递扭矩，并允许两根轴之间存在一定的相对位移。挠性联轴器可以补偿两根轴的相对位移。万向联轴器万向联轴器用于连接两根轴，传递扭矩，并允许两根轴之间存在较大的角度偏差。万向联轴器可以补偿两根轴的角度偏差。轴承的设计滑动轴承滑动轴承是轴颈与轴承之间通过滑动摩擦来支撑轴的轴承。滑动轴承具有结构简单、成本低廉、承载能力强等优点，但摩擦阻力大、发热量高。滚动轴承滚动轴承是轴颈与轴承之间通过滚动摩擦来支撑轴的轴承。滚动轴承具有摩擦阻力小、发热量低、精度高等优点，但结构复杂、成本较高。选择原则轴承的选择应根据轴的转速、载荷大小、工作温度、润滑条件等因素进行综合考虑。在设计中应选择合适的轴承类型和尺寸。齿轮的设计1齿轮类型选择齿轮的设计首先需要根据传递功率、转速比、工作条件等因素选择合适的齿轮类型，例如直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、蜗轮蜗杆等。2齿轮参数确定确定齿轮的模数、齿数、压力角、齿宽等参数，这些参数直接影响齿轮的强度、精度和传动性能。3齿轮强度计算进行齿轮的弯曲强度计算和齿面接触强度计算，确保齿轮在工作载荷下具有足够的强度和寿命。带传动的设计带的选择根据传递功率、转速比、工作条件等因素选择合适的带的类型，例如V带、平带、同步带等。带轮设计带轮的设计包括确定带轮的直径、轮槽形状、轮槽角度等参数，这些参数直接影响带传动的传动效率和寿命。张紧力计算计算带的张紧力，确保带传动具有足够的摩擦力，防止打滑。链传动的设计1链的选择根据传递功率、转速比、工作条件等因素选择合适的链的类型，例如滚子链、套筒链、齿形链等。2链轮设计链轮的设计包括确定链轮的齿数、齿形、齿宽等参数，这些参数直接影响链传动的传动精度和寿命。3张紧装置设计张紧装置，确保链传动具有合适的张紧力，防止跳齿和脱链。螺旋传动的设计类型选择根据传递功率、转速比、工作条件等因素选择合适的螺旋传动类型，例如梯形螺纹、矩形螺纹、三角螺纹等。螺纹参数确定螺纹的螺距、螺纹升角、螺纹牙型等参数，这些参数直接影响螺旋传动的传动效率和自锁性能。强度计算进行螺纹的强度计算，确保螺纹在工作载荷下具有足够的强度。制动装置的设计类型选择根据制动要求、工作条件等因素选择合适的制动器类型，例如蹄式制动器、盘式制动器、带式制动器等。1制动参数确定制动器的制动摩擦力矩、制动时间、制动距离等参数，这些参数直接影响制动器的制动性能。2结构设计进行制动器的结构设计，确保制动器具有足够的强度和刚度，并能可靠地工作。3弹簧的设计1类型选择2参数确定3强度计算4稳定性分析5疲劳寿命焊接结构的设计1焊缝类型2焊接方法3焊接工艺4焊接检验铆接结构的设计铆钉选择铆钉的材质、规格、尺寸等选择，根据连接的强度要求、材料特性等因素确定。铆接工艺铆接工艺流程，包括冲孔、对齐、铆接等步骤，确保铆接质量和连接强度。强度计算对铆接结构的强度进行计算，验证其是否满足设计要求，包括抗拉强度、抗剪强度等。紧固件的设计螺栓螺栓的种类、规格、强度等级等选择，根据连接的强度要求、预紧力等因素确定。螺母螺母的种类、规格、强度等级等选择，与螺栓相匹配，确保连接的可靠性。垫圈垫圈的作用是增大接触面积、减少摩擦、防止松动等，根据连接的需要选择合适的垫圈。材料的选择强度材料的强度是零件承受载荷的能力，应选择具有足够强度的材料。刚度材料的刚度是零件抵抗变形的能力，应选择具有足够刚度的材料。耐磨性材料的耐磨性是零件抵抗磨损的能力，对于有相对运动的零件，应选择具有良好耐磨性的材料。零件表面处理1喷漆喷漆可以提高零件的耐腐蚀性、美观性。2电镀电镀可以提高零件的耐磨性、耐腐蚀性、导电性。3热处理热处理可以提高零件的强度、硬度、耐磨性。零件的公差和配合公差公差是指允许的尺寸变动量，合理的公差可以保证零件的互换性和装配精度。配合配合是指两个或多个零件之间的结合关系，合理的配合可以保证零件之间的正常工作。选择原则公差和配合的选择应根据零件的功能要求、加工精度、装配要求等因素进行综合考虑。工艺性的考虑1零件形状零件的形状应尽可能简单，便于加工和制造。2加工方法零件的加工方法应尽可能先进，以提高生产效率和加工精度。3加工设备零件的加工设备应尽可能通用，以降低生产成本。装配性的考虑零件数量零件的数量应尽可能少，以简化装配过程。装配方向零件的装配方向应尽可能一致，便于自动化装配。装配顺序零件的装配顺序应尽可能合理，以提高装配效率。可靠性的考虑失效模式分析分析零件可能出现的失效模式，例如断裂、磨损、腐蚀等。1可靠性设计采取措施提高零件的可靠性，例如选择合适的材料、提高加工精度、进行表面处理等。2可靠性试验进行可靠性试验，验证零件的可靠性是否满足设计要求。3可维修性的考虑1易损件更换2维修空间3通用工具4维修手册5模块化可制造性的考虑1零件设计2工艺选择3设备利用4成本控制经济性的考虑材料成本选择合适的材料，降低材料成本，同时满足设计要求。加工成本采用先进的加工工艺，提高生产效率，降低加工成本。装配成本简化装配过程，提高装配效率，降低装配成本。设计文件的编制零件图零件图是描述零件的几何形状、尺寸、技术要求等信息的技术文件。装配图装配图是描述机器或部件的结构、零件之间的连接关系等信息的技术文件。技术说明书技术说明书是描述机器或部件的功能、性能、使用方法等信息的技术文件。设计流程的组织需求分析明确设计目标和要求。方案设计提出多种设计方案，进行比较和选择。详细设计对选定的方案进行详细设计，包括零件设计、结构设计、计算等。数字化设计技术1计算机辅助设计利用计算机软件进行设计，提高设计效率和精度。2有限元分析利用有限元软件进行强度、刚度、振动等分析，优化设计方案。3三维建模利用三维建模软件进行零件和装配体的建模，直观地展现设计结果。计算机辅助设计CAD软件利用CAD软件进行二维绘图和三维建模，提高设计效率和精度。仿真分析利用CAD软件进行仿真分析，验证设计方案的合理性。自动化设计利用CAD软件进行自动化设计，提高设计效率和质量。有限元分析技术1模型建立建立零件或装配体的有限元模型。2网格划分将模型划分为有限个单元。3载荷施加在模型上施加载荷和约束。三维建模技术实体建模通过构建实体模型来描述零件的几何形状。曲面建模通过构建曲面模型来描述零件的复杂曲面。混合建模将实体建模和曲面建模结合起来，描述零件的复杂形状。参数化设计技术参数定义定义零件的几何参数和材料参数。1参数关系建立参数之间的关系，实现参数的联动。2模型更新通过修改参数值，自动更新模型。3产品数据管理技术1数据存储2版本控制3权限管理4流程管理5协同设计机械设计案例分析1案例选择2问题分析3方案设计4结果评估概率论在机械设计中的应用可靠性分析利用概率论进行可靠性分析，评估零件的失效概率。公差设计利用概率论进行公差设计，保证零件的互换性和装配精度。寿命预测利用概率论进行寿命预测，评估零件的使用寿命。人机工程学在机械设计中的应用人机工程学人机工程学是一门研究人与机器、环境之间相互作用的学科。操作舒适性在机械设计中，应考虑操作者的舒适性，例如操作高度、操作力度、操作空间等。安全性在机械设计中，应考虑操作者的安全性，例如防护装置、警示标志等。机械设计中的伦理和法律问题安全责任设计师有责任确保设计的机械产品安全可靠，保障用户的人身安全。知识产权设计师应尊重知识