《西安交通大学机械工程设计》课件

西安交通大学机械工程设计本课程将带领您深入了解机械工程设计，为您的专业学习奠定坚实基础。我们将从基础理论到实际应用，探索机械设计的多样化领域。课程简介课程目标培养学生掌握机械工程设计的基本理论、方法和技能，能够独立完成机械产品的初步设计。课程内容本课程涵盖了机械工程设计各个方面，从零件设计到机构设计，从传动系统到壳体设计，全面介绍了机械设计过程中的关键环节。主要内容1第一章机械工程设计概述2第二章零件设计3第三章机构设计4第四章传动系统设计5第五章壳体设计6第六章设计文件编制7第七章设计优化与创新第一章机械工程设计概述设计概念机械工程设计是将科学原理和工程实践相结合，创造出满足特定功能和性能要求的机械产品的过程。设计目标设计目标是明确机械产品的预期功能、性能、可靠性、成本、制造工艺等方面的要求。设计方法机械工程设计采用多种方法，包括传统的设计方法和现代的设计方法，如计算机辅助设计(CAD)和有限元分析(FEA)等。设计的基本任务功能分析分析机械产品的功能需求，明确其工作原理和工作过程。方案设计提出多种设计方案，并进行比较和评估，选择最佳方案。结构设计根据设计方案，确定机械产品的结构形式、尺寸和材料。性能分析对设计方案进行性能分析，包括强度、刚度、振动、噪声等方面的分析。设计的基本原则1可靠性机械产品应具有良好的可靠性，能够在规定的条件下正常工作。2安全性机械产品应确保操作人员和周围环境的安全。3经济性机械产品的设计应考虑成本，力求经济实用。4可制造性机械产品的设计应便于制造和维修，考虑工艺的可行性和成本。设计流程需求分析明确设计任务、目标和要求。方案设计提出多种设计方案，并进行比较和评估。结构设计根据方案，确定机械产品的结构形式、尺寸和材料。性能分析对设计方案进行性能分析，并进行优化。图纸绘制绘制机械产品的图纸，包括零件图和装配图。设计验证进行设计验证，包括样机试制和试验。设计改进根据验证结果，对设计方案进行改进和完善。设计文件零件图详细描述每个零件的形状、尺寸、材料等信息。装配图描述多个零件组成的部件或整机的装配关系和尺寸要求。技术规范对机械产品的性能、功能、尺寸等方面进行详细描述。设计说明书对设计方案进行说明，包括设计思路、计算方法、材料选择等。第二章零件设计轴用来支撑旋转部件，承受弯曲和扭转载荷。1齿轮用于传递旋转运动和扭矩，常见于传动系统。2螺栓用于连接和固定两个或多个零件。3弹簧用于存储和释放能量，常见于减震和缓冲装置。4常见零件类型轴用于支撑旋转部件，承受弯曲和扭转载荷。齿轮用于传递旋转运动和扭矩，常见于传动系统。螺栓用于连接和固定两个或多个零件。弹簧用于存储和释放能量，常见于减震和缓冲装置。零件设计要求强度零件应能承受工作载荷，确保其不会发生断裂或永久变形。刚度零件应具有足够的刚度，以保证其工作过程中的形状稳定。耐磨性零件应具有良好的耐磨性，以延长其使用寿命。疲劳强度零件应能承受反复载荷，避免发生疲劳断裂。材料及工艺选择材料选择根据零件的功能、工作环境和载荷选择合适的材料，考虑强度、硬度、耐腐蚀性等因素。工艺选择选择合适的制造工艺，如铸造、锻造、机械加工等，以满足零件的形状、尺寸和精度要求。公差与配合1公差允许尺寸偏差的范围。2配合两个零件之间尺寸关系的规定。3配合类型过盈配合、间隙配合、过渡配合。第三章机构设计机构分类机构按运动类型可分为平面机构和空间机构。机构分析分析机构的运动特性，包括运动轨迹、速度、加速度等。机构综合根据设计要求，确定机构的类型、尺寸和参数。机构分类及特点1铰链机构通过铰链连接的机构，具有灵活的运动特点。2凸轮机构通过凸轮和从动件之间的接触实现运动传递。3齿轮机构通过齿轮啮合实现运动传递和扭矩传递。4蜗轮蜗杆机构利用蜗杆和蜗轮之间的啮合实现大传动比的运动传递。机构设计流程1需求分析明确机构的功能、运动特性和工作要求。2方案设计提出多种机构方案，并进行比较和评估，选择最佳方案。3结构设计确定机构的类型、尺寸和参数，进行运动分析和力学分析。4性能分析对机构的运动特性、强度、刚度等方面进行分析，并进行优化。5图纸绘制绘制机构的零件图和装配图，并进行设计验证。常见机构类型运动参数分析位移分析分析机构中各部件的运动轨迹和位移变化。速度分析分析机构中各部件的运动速度和方向变化。加速度分析分析机构中各部件的运动加速度和方向变化。第四章传动系统设计1齿轮传动通过齿轮啮合实现运动传递和扭矩传递。2链传动利用链条和链轮实现运动传递和扭矩传递。3带传动利用带和带轮实现运动传递和扭矩传递。齿轮传动齿轮类型圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等。齿轮参数模数、齿数、齿形系数等。强度计算计算齿轮的弯曲强度和接触强度，确保其能承受工作载荷。联轴器设计刚性联轴器用于传递固定转速和扭矩。1弹性联轴器用于缓冲和吸收冲击载荷。2液力联轴器用于传递平稳的扭矩，并具有缓冲和减振的作用。3轴承选择轴承类型滚动轴承和滑动轴承。轴承参数内径、外径、宽度、额定载荷等。轴承选择根据轴承的载荷、转速、工作环境等因素选择合适的轴承。联接件设计螺栓连接利用螺栓和螺母连接两个或多个零件。键连接利用键连接轴和轮毂，传递扭矩。销连接利用销连接两个零件，实现定位和固定。第五章壳体设计1载荷分析分析壳体承受的载荷类型和大小，包括静态载荷和动态载荷。2强度计算计算壳体的强度和刚度，确保其能承受工作载荷。3结构设计根据载荷分析和强度计算，设计壳体的结构形式、尺寸和材料。4工艺设计考虑制造工艺，选择合适的加工方法和材料。载荷分析外载荷来自外部作用的载荷，如重力、压力、冲击等。内载荷来自壳体内部部件的载荷，如传动装置、轴承等。强度及刚度计算强度计算计算壳体材料的抗拉强度、抗压强度和抗剪强度。刚度计算计算壳体的刚度，确保其在载荷作用下不会发生过大的变形。安全系数选择合适的安全系数，保证壳体在实际工作中具有足够的强度和刚度。制造工艺铸造利用熔化的金属浇注成型，适用于形状复杂的壳体。锻造利用锤击或压力使金属材料塑性变形，适用于形状简单的壳体。机械加工利用刀具对金属材料进行切削加工，适用于尺寸精度要求较高的壳体。材料选择强度选择具有较高强度的材料，以承受工作载荷。刚度选择具有较高刚度的材料，以保证壳体形状稳定。耐腐蚀性选择具有良好耐腐蚀性的材料，以延长壳体使用寿命。第六章设计文件编制零件图详细描述每个零件的形状、尺寸、材料等信息。装配图描述多个零件组成的部件或整机的装配关系和尺寸要求。图纸标准1国家标准采用国家标准规范图纸的格式、尺寸标注、材料标注等。2行业标准根据行业特点制定相应的图纸标准，确保图纸的统一性和规范性。3企业标准企业可以根据自身情况制定企业标准，以确保图纸的准确性和一致性。尺寸标注尺寸标注方法采用尺寸线、尺寸数字、尺寸界线等符号进行标注。尺寸标注原则标注尺寸应清晰、准确、完整，避免出现错误或歧义。公差与配合1公差允许尺寸偏差的范围，以保证零件的尺寸精度。2配合两个零件之间尺寸关系的规定，以保证其相互配合的精度和功能。3配合类型过盈配合、间隙配合、过渡配合。装配图绘制1装配关系绘制零件之间的装配关系，包括连接方式、位置关系等。2尺寸标注标注装配尺寸，确保各个零件之间的配合精度。3视图选择选择合适的视图，以清晰地展示机构的装配关系。4标注说明添加必要的标注和说明，以帮助理解装配图。设计文件审查技术审查审查设计方案的合理性、可行性和安全性，确保符合设计要求。工艺审查审查设计方案的可制造性，确保零件能够顺利加工和装配。图纸审查审查图纸的准确性、完整性和规范性，确保图纸的质量。第七章设计优化与创新设计优化通过改进设计方案，提高机械产品的性能、可靠性和经济性。创新设计开发全新的设计理念和方法，创造出具有独特功能和性能的机械产品。设计优化方法1参数优化通过改变设计参数，例如尺寸、材料等，优化机械产品的性能。2拓扑优化通过改变机械产品的结构形状，优化其强度和刚度。3多目标优化同时考虑多个设计目标，例如性能、成本、可靠性等，进行综合优化。创新设计理念仿生设计模仿生物体的结构和功能，设计出具有优异性能的机械产品。模块化设计将