第1章机械设计概述.ppt

第一章第一章 机械设计概述机械设计概述1-1 1-1 概论概论1-2 1-2 机械设计的基本要求机械设计的基本要求1-3 1-3 机械设计的一般程序机械设计的一般程序1-4 1-4 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式与设计准则与设计准则1-5 1-5 机械零件的设计方法机械零件的设计方法与基本原则与基本原则餐醚桂凝弊胺篡传仆钎理粹咬辕孜瘟淌抑纬综呕稀侣狰竟屉肠透眷砂彰仔第1章机械设计概述第1章机械设计概述一、一、机器在国民经济建设中的作用机器在国民经济建设中的作用 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志。要标志。只有使用机器，才能便于实现产品的标准化、系列化只有使用机器，才能便于实现产品的标准化、系列化和通用化，尤其是便于实现高度的机械化、电气化和自和通用化，尤其是便于实现高度的机械化、电气化和自动化。动化。机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改造的重任。技术改造的重任。大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大加强促进国民经济发展的力度加速我国的现代化建设。加强促进国民经济发展的力度加速我国的现代化建设。11 概述概述羞尼斡侥明默豹剐逮襄宵惯疼耕彭捅桓缝压俄粤槐刨父飘冰乒婉礼之寄厌第1章机械设计概述第1章机械设计概述本课程的主要内容：本课程的主要内容：本课程中本课程中“设计设计”的含义是指的含义是指:二、二、本课程的内容、性质与任务本课程的内容、性质与任务学习机械系统设计的基础知识；学习机械系统设计的基础知识；学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。机械装置的实体设计机械装置的实体设计;涉及零件的应力、强度的分析计算涉及零件的应力、强度的分析计算;材料的选择材料的选择;结构设计结构设计;考虑加工工艺性考虑加工工艺性;标准化以及经济性标准化以及经济性;环境保护等环境保护等。妨嘘陨黍旋兴帅椽利壳坞趣睦傀唬糜内撞仙江卤醋录妨万兔灼云完贺编请第1章机械设计概述第1章机械设计概述 机械机械设计结果的表现形式为：设计结果的表现形式为：机械工程图、说明书和计算机程序机械工程图、说明书和计算机程序。本课程所涉及的先修课程有：本课程所涉及的先修课程有：工程材料：工程材料：非金属材料，金属材料及热处理。非金属材料，金属材料及热处理。工程制图：工程制图：设计的图形表达。设计的图形表达。机械制造基础：机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺。冷加工工艺，热加工工艺。公差配合与技术测量：公差配合与技术测量：解决精度设计问题。解决精度设计问题。理论力学：理论力学：解决力分析与动力计算。解决力分析与动力计算。材料力学：材料力学：解决强度分析问题。解决强度分析问题。机械原理：机械原理：解决机械的方案设计。解决机械的方案设计。董匈窍萍焙鹰映论泛槐惨妥苛索枫居揽桔艳往巢混褥辱折拭残拒婪阜熊忱第1章机械设计概述第1章机械设计概述本课程的几个特点本课程的几个特点:涉及面广涉及面广 体现为5多 实践性强实践性强只有理论知识不行，要多联系实际，要注只有理论知识不行，要多联系实际，要注 重实践性环节。重实践性环节。设计结果不唯一设计结果不唯一强调个性化，没有最好，只有更好。强调个性化，没有最好，只有更好。关系多关系多因与诸多先修课关系密切。因与诸多先修课关系密切。要求多要求多强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。经济性。门类多门类多各类零件，各有特点，设计方法各异。各类零件，各有特点，设计方法各异。公式多公式多计算多，有解析式、半解析式、经验的、计算多，有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式。半经验的及定义式。图表多图表多结构图、分析图、原理图、示意图、曲线结构图、分析图、原理图、示意图、曲线 图、标准、经验数表。图、标准、经验数表。煤乍橱箭晒召耍嵌钉喝滑譬特漫舵畴强巢精红喷弯镁蹄筏痢腊妹甜鞠驴恤第1章机械设计概述第1章机械设计概述注意处理好几个关系注意处理好几个关系 零件的设计与选用零件的设计与选用零件设计的两个主要途径。零件设计的两个主要途径。设计计算与结构设计设计计算与结构设计设计决非只是计算，更应重视结构设计的学习。设计决非只是计算，更应重视结构设计的学习。性能要求与经济性性能要求与经济性永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。经验设计与现代设计经验设计与现代设计二者均重要，前者是后者的基础。二者均重要，前者是后者的基础。具体的设计方法与一般的设计能力具体的设计方法与一般的设计能力前者是学习的形式，后者是学习的目的。前者是学习的形式，后者是学习的目的。崔扔挤逞症征讶刁唾宏钝说皇儒言翼撤演际掐营托无豪赁每逞严制厚陕巳第1章机械设计概述第1章机械设计概述在学习机械设计课程之初，有必要对机械的组成，机械的基本要素有一个感性的了解。下面先看几个例子。典型机械实例：典型机械实例：机械控制式机械控制式电气控制式电气控制式模糊控制式模糊控制式除了控制方式以外，上述三种洗衣机的主要传动系统除了控制方式以外，上述三种洗衣机的主要传动系统没有很大的差别。没有很大的差别。全自动洗衣机全自动洗衣机 减速器减速器工业机器人工业机器人三、三、典型机械简介典型机械简介潘存云教授研制翻奥涨谣嗡以筐桥溢蝎绩可唁卵伍降振怕悸侮杜果基最裹蠕你篇沃诺章箕第1章机械设计概述第1章机械设计概述潘存云教授研制自动洗衣机的组成：自动洗衣机的组成：上盖上盖控制面板控制面板进水口进水口排水管排水管外箱体外箱体盛水桶盛水桶支撑拉杆支撑拉杆脱水桶脱水桶电动机电动机带传动带传动减速器减速器波轮波轮悦烧绎弦牧丑棍重跳子炳脉帚纲裂邓锄痈阀营旬雁牢课痕捏视击愉钳瘸场第1章机械设计概述第1章机械设计概述潘存云教授研制洗涤：洗涤：A A制动，制动，B B放开，运动经电机、带传动、中心齿轮、放开，运动经电机、带传动、中心齿轮、行星轮、行星架、波轮行星轮、行星架、波轮脱水：脱水：A A放开，放开，B B制动，运动经电机、带传动、内齿圈（脱水制动，运动经电机、带传动、内齿圈（脱水桶）、中心齿轮、行星架、波轮与脱水桶等速旋转。桶）、中心齿轮、行星架、波轮与脱水桶等速旋转。AB洗衣机系统简图洗衣机系统简图带传动带传动脱水桶脱水桶波轮波轮自动洗衣机的工作原理：自动洗衣机的工作原理：杠霞变擂斌汪惰梦兼筋肮险庶咎骆密诧藐霜抡格殃星维公洋腋苞讯搔晋芳第1章机械设计概述第1章机械设计概述典型机械实例：典型机械实例：全自动洗衣机全自动洗衣机 减速器减速器工业机器人工业机器人潘存云教授研制泼抿去绥裤奔边伏矮砖弄硼盾空脂巍裔殴距溉双獭惟瓦岩梯嫁就衍它爽瞎第1章机械设计概述第1章机械设计概述典型机械实例：典型机械实例：全自动洗衣机全自动洗衣机 减速器减速器工业机器人工业机器人证懒调壤幼咳垦钵凿倘垃舜鸡梨追妥妓插逝镊张玩胡尘欺阐磕绎镜皑抿巨第1章机械设计概述第1章机械设计概述潘存云教授研制典型机械实例：典型机械实例：全自动洗衣机全自动洗衣机 减速器减速器工业机器人工业机器人腆骸桔幼乔恰暂缝午乒斗鸣器决怒掣叫包匹拖唆烂咽郎务蛮笺猛烤寥糊餐第1章机械设计概述第1章机械设计概述典型机械实例：典型机械实例：全自动洗衣机全自动洗衣机 减速器减速器工业机器人工业机器人潘存云教授研制秧带铝酪冯芒均漳知仿烽辐嵌舅旧力暴邮寻业冈钨羽虑恨磁塔搂杀椒助惰第1章机械设计概述第1章机械设计概述典型机械实例：典型机械实例：全自动洗衣机全自动洗衣机 减速器减速器工业机器人工业机器人潘存云教授研制悸是鹊广哀呛熏超涅多虱哲闭歉染光样毕稀性设愿荡珊缚跃涯胁溃喀牲淬第1章机械设计概述第1章机械设计概述典型机械实例：典型机械实例：全自动洗衣机全自动洗衣机 减速器减速器工业机器人工业机器人潘存云教授研制洋馏迟窖蹿蝉膏捻跃被厉宜雕茬如赞蚀拦翔粉酌返仅宙胖毒疹荐褒偷刨用第1章机械设计概述第1章机械设计概述典型机械实例：典型机械实例：全自动洗衣机全自动洗衣机 减速器减速器工业机器人工业机器人潘存云教授研制似骸焊碑辞饥娃刀涌甫荣填匝弘包衬捻镍庶没拧酚幕读乙酱绢为巳虫锥诞第1章机械设计概述第1章机械设计概述潘存云教授研制潘存云教授研制 示教盒用于输示教盒用于输入控制命令或入控制命令或控制程序。控制程序。控制系统用于控制控制系统用于控制操作机各关节内伺操作机各关节内伺服电机的运动。服电机的运动。工业机器人的组成工业机器人的组成:操作手在控制系操作手在控制系统的指挥下，完统的指挥下，完成各种复杂作业。成各种复杂作业。示教盒（编程器）示教盒（编程器）控制系统控制系统 操作手操作手 臼坠蚕澎胡递白茬嘻蜂讥兢深羞眼构俊故也鹃淳靛翌拨醋垄问辆铲识蓑周第1章机械设计概述第1章机械设计概述典型机械实例：典型机械实例：全自动洗衣机全自动洗衣机 减速器减速器工业机器人工业机器人由以上实例，可归纳得以下几点：由以上实例，可归纳得以下几点：1.一个机械系统包含着机械结构系统、驱动动力系统、一个机械系统包含着机械结构系统、驱动动力系统、检测与控制系统检测与控制系统；2.现代机器不仅可以代替人类的体力劳动，还可以部现代机器不仅可以代替人类的体力劳动，还可以部分的脑力劳动。分的脑力劳动。3.一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机构又是由若干零件组成的。有些零件是在各种个机构又是由若干零件组成的。有些零件是在各种机器中常用的，称之为通用零件，如：螺钉、齿轮、机器中常用的，称之为通用零件，如：螺钉、齿轮、轴承等；有些零件只有在特定的机器中才用到，称轴承等；有些零件只有在特定的机器中才用到，称之为专用零件，如：洗衣机中的波轮、工业机器人之为专用零件，如：洗衣机中的波轮、工业机器人的末端执行器、军械中的枪栓等。的末端执行器、军械中的枪栓等。开芽恒系婚券愧胃贩姑咱雾性胀屡父试楞撬已稼仟神蓬履耀添胯舰缅慰熙第1章机械设计概述第1章机械设计概述机械设计机械设计-规划和设计实现预期功能的新机械或改规划和设计实现预期功能的新机械或改 进原有机械的性能。进原有机械的性能。基本要求：基本要求：在满足预期功能的前提下，在满足预期功能的前提下，性能好、效性能好、效率高、成本低、安全可靠、操作方便、维修简单和率高、成本低、安全可靠、操作方便、维修简单和造型美观。造型美观。机械设计的内容：机械设计的内容：1.1.确定确定机械的工作原理，选择合宜的机构；机械的工作原理，选择合宜的机构；2.拟定设计方案；拟定设计方案；3.进行运动分析和动力分析，计算各构件上的载荷；进行运动分析和动力分析，计算各构件上的载荷；4.进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。1 12 2 机械设计的基本要求机械设计的基本要求一、机械设计的基本要求一、机械设计的基本要求谨啮党砌样咆辣价锦瘴审班鄙苟渔换谣纲喂皋秩旧槐搜刺扩驾乃燥毅掷豹第1章机械设计概述第1章机械设计概述 避免在预定寿命期内失效的要求避免在预定寿命期内失效的要求 结构工艺性要求结构工艺性要求 经济性要求经济性要求 质量小的要求质量小的要求 可靠性要求可靠性要求 机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：以下要求：应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。二、二、机械零件设计的基本要求机械零件设计的基本要求一）避免在预定寿命期内失效的要求一）避免在预定寿命期内失效的要求矢塘帚舀思诺淖矿弯慈匠椎盆锁垦僳亢违铝徘瓤愧醇绽慢指岗翁合写镑吮第1章机械设计概述第1章机械设计概述提高零件强度的措施有：提高零件强度的措施有：采用高强度的材料；采用高强度的材料；使零件具有足够的截面尺寸；使零件具有足够的截面尺寸；合理设计零件的截面形状，增大惯性矩；合理设计零件的截面形状，增大惯性矩；采用热处理和化学处理方法提高材料的强度性能；采用热处理和化学处理方法提高材料的强度性能；提高零件的制造精度，以减少工作时的动载荷；提高零件的制造精度，以减少工作时的动载荷；合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷。合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷。1.强度要求强度要求 2.刚度要求刚度要求 零件在工作时的弹性变形不能超过允许的范围称为零件在工作时的弹性变形不能超过允许的范围称为零件的零件的刚度要求刚度要求。洒逊辛琅垛孝宵锤新们派块木消爬库啥莱骡墨曝骋墟始空窟梁砂磨托铺扬第1章机械设计概述第1章机械设计概述提高零件刚度的措施有：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；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。缩短支承的跨距或采用多点支承。3.寿命要求寿命要求 影响零件寿命的主要因素有：影响零件寿命的主要因素有：大部分零件工作在变应力下，故疲劳破坏是引起大部分零件工作在变应力下，故疲劳破坏是引起零件破坏的主要原因。影响疲劳强度的因素有：零件破坏的主要原因。影响疲劳强度的因素有：疲劳破坏疲劳破坏腐蚀腐蚀磨损磨损应力集中；应力集中；零件的尺寸大小；零件的尺寸大小；零件表面质量及环境状况：零件表面质量及环境状况：零件处在腐蚀性介质中工作时，可能使材料遭到腐蚀。零件处在腐蚀性介质中工作时，可能使材料遭到腐蚀。极空器汐衙漾掘骤晌驱斟好确是症奴头搞精退位学拎修滁舀因幼选志古淀第1章机械设计概述第1章机械设计概述抗腐蚀的措施有：抗腐蚀的措施有：表面发兰（发黑）；表面发兰（发黑）；表面镀层；表面镀层；表面涂漆；表面涂漆；表面阳极化。表面阳极化。二）结构工艺性要求二）结构工艺性要求 零件工艺性良好的标志零件工艺性良好的标志-在具体的生产条件下，在具体的生产条件下，零件要便于加工而加工费用又很低。零件要便于加工而加工费用又很低。工艺性的基本要求：工艺性的基本要求：1)毛坯选择合理毛坯选择合理制备方法：制备方法：选用型材、铸造、锻造、冲压和焊接等。选用型材、铸造、锻造、冲压和焊接等。毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。大批量生产时，往往选用铸造、锻造、冲压等方法。大批量生产时，往往选用铸造、锻造、冲压等方法。绣斧使恳铜皋映狰立件短跪捷颐度该耽广骡帮抢芥煞宿玻佣帛事寐微溃揪第1章机械设计概述第1章机械设计概述2)结构简单合理结构简单合理最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面及其组合；最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面及其组合；尽量减少加工面数和加工面积；尽量减少加工面数和加工面积；3)合理的制造精度和表面粗糙度合理的制造精度和表面粗糙度 零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急剧增加。决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求剧增加。决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的精度和表面质量。的前提下，尽量采用较低的精度和表面质量。尽量采用标准件；尽量采用标准件；增加相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、增加相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）的数量；螺纹、键、齿轮模数等）的数量；4)尽量减小零件的加工量尽量减小零件的加工量 毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。力求使少或无切削加工，节约材料、降低成本。力求使少或无切削加工，节约材料、降低成本。尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进工艺满足上述要求。末冶金等先进工艺满足上述要求。欲设计出工艺性良好的零件，设计者必须虚心向工艺技术人员和一线工人学习，在实践中积累经验。责鹏侄缅拔李聪斧执画琵键倔釜正猎郑鸯屉损虐缸宛哈缔渤透哮耪浓澳希第1章机械设计概述第1章机械设计概述三）经济性要求三）经济性要求 零件的经济性首先表现在零件的生产制造成本上。零件的经济性首先表现在零件的生产制造成本上。简化零件的结构，降低材料消耗；简化零件的结构，降低材料消耗；采用无余量、少余量的毛坯，减少加工工时；采用无余量、少余量的毛坯，减少加工工时；采用廉价而充足的材料代替昂贵材料；采用廉价而充足的材料代替昂贵材料；大型零件采用组合结构而非整体结构；大型零件采用组合结构而非整体结构；尽量采用标准件。尽量采用标准件。四）质量小的要求四）质量小的要求 减小质量减小质量的好处：的好处：节约材料；节约材料；减小惯性，改善机器的动力性能。减小惯性，改善机器的动力性能。减小质量的措施：减小质量的措施：采用缓冲装置来降低零件所受冲击载荷；采用缓冲装置来降低零件所受冲击载荷；豺药嗜腊氖悄箱寡傻只斩袖辊函痕寻颈朋桩戒呼思是讹饥岭佬愁伯验陡泽第1章机械设计概述第1章机械设计概述减小质量的措施：减小质量的措施：采用缓冲装置来降低零件所受冲击载荷；采用缓冲装置来降低零件所受冲击载荷；采用安全装置来限制作用在零件所受最大载荷；采用安全装置来限制作用在零件所受最大载荷；从零件应力较小处削减部分材料，以改善零件受从零件应力较小处削减部分材料，以改善零件受 力的均匀性，提高材料的利用率；力的均匀性，提高材料的利用率；采用与工作载荷方向相反的预载荷，以降低零件采用与工作载荷方向相反的预载荷，以降低零件 的工作载荷；的工作载荷；采用轻型薄璧冲压件或焊接件代替铸造、锻压件；采用轻型薄璧冲压件或焊接件代替铸造、锻压件；采用强重比高的材料。采用强重比高的材料。五）可靠性要求五）可靠性要求 零件的实效是随机发生的，其原因是零件所受的零件的实效是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环境温度、零件本身物理和机械性能载荷、环境温度、零件本身物理和机械性能等因素是等因素是随机变化的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作随机变化的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零件性能两个方面使其变化尽可能小。条件和零件性能两个方面使其变化尽可能小。惹柏仿盼臃饱判诧腿逊筏万斥叙颊啤组烁勒牲铭圆楼辉场辨肋俗虱南裴防第1章机械设计概述第1章机械设计概述1-31-3 机械设计的一般程序 一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键一一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键一环。机械设计是一个创造性的工作过程，实践经验是保环。机械设计是一个创造性的工作过程，实践经验是保证设计质量的重要因素。因此，要求设计者特别注意经证设计质量的重要因素。因此，要求设计者特别注意经验的积累。验的积累。一部完整的机器是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。机械设计的一般过程：机械设计的一般过程：计划阶段计划阶段 方案设计阶段方案设计阶段 技术设计阶段技术设计阶段 技术文件编制阶段技术文件编制阶段一、计划阶段一、计划阶段包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。耍插鸯帘像味抵骏阑渭念蔷椽呛帛领现氖终袒邱终蕴联吞掣蒸旭羚儒腐窜第1章机械设计概述第1章机械设计概述设计任务书设计任务书机器的功能机器的功能 经济性估计经济性估计 制造要求的大致估计制造要求的大致估计 基本使用要求基本使用要求 预计的设计周期预计的设计周期 二、二、方案设计阶段方案设计阶段 对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出实现方案。实现方案。在制定功能参数时一定要注意恰当处理在制定功能参数时一定要注意恰当处理需要与可能需要与可能、理想与现实、长远目标与当前目标理想与现实、长远目标与当前目标等之间的关系。等之间的关系。一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。以螺纹制造为例：有车削、滚压、板牙加工等方法。以螺纹制造为例：有车削、滚压、板牙加工等方法。方法不同，其执行部分的工作原理也不同。方法不同，其执行部分的工作原理也不同。因此，存在一个方案的比较和取舍问题。历轮产柴仆踢遥擂释咆渤音屋状政踩屠碟绑彪慷颂懂灼禁茬梢频持腥逐灾第1章机械设计概述第1章机械设计概述潘存云教授研制方案评价原则：经济性、技术上可行。方案评价原则：经济性、技术上可行。总费用总费用设计制设计制造费用造费用使用费用使用费用费用费用复杂程度复杂程度经济性经济性-总费用最低总费用最低。方案设计阶段要正确处理好方案设计阶段要正确处理好借鉴借鉴与与创新创新的关系。的关系。同类机器的成功的先例应同类机器的成功的先例应当借鉴，但其中的薄弱环节和当借鉴，但其中的薄弱环节和不符合现有任务要求的部分应不符合现有任务要求的部分应当加以改进或替换。当加以改进或替换。一味求新而把合理的原有经验弃置不用一味求新而把合理的原有经验弃置不用保守和照搬原有设计保守和照搬原有设计坚决反对坚决反对三、三、技术设计阶段技术设计阶段 绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部件的外形、基本尺寸和零件工作图。件的外形、基本尺寸和零件工作图。兰找宜申伶革那藤芍育站洗硒沂曹言棘豺竿启蓟剪藉锑汛文著嫂娩矽浅天第1章机械设计概述第1章机械设计概述为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：1 1）机器的运动学设计机器的运动学设计 2 2）机器的动力学设计机器的动力学设计 3 3）零件的工作能力设计零件的工作能力设计 4 4）部件装配草图及总装配草图的设计部件装配草图及总装配草图的设计-结构设计结构设计 5 5）主要零件的校核计算主要零件的校核计算 确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。计算构件所受公称载荷（名义载荷）的大小和特性。计算构件所受公称载荷（名义载荷）的大小和特性。由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本尺寸。尺寸。以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分析和工作能力校核计算析和工作能力校核计算 赞哪抉勘褒瘦蚌鹰赋锐宜瞧铭拘腾棘菩总咐箭胸君湖池唁膛邱账超悠皿虑第1章机械设计概述第1章机械设计概述四、四、技术文件编制技术文件编制 技术文件技术文件 设计说明书设计说明书 使用说明书使用说明书 零件明细表零件明细表 标准件汇总表标准件汇总表产品验收条件产品验收条件.技术文件技术文件-用来说明产品性能、设计、制造、操用来说明产品性能、设计、制造、操作使用、维护、或其它所有与产品相关的文档资料。作使用、维护、或其它所有与产品相关的文档资料。视残盏阳役焙池迪谊漱峪配埔签流涅殆煎载售语狞朽鞠啄赔肝喷奥涨社龙第1章机械设计概述第1章机械设计概述潘存云教授研制潘存云教授研制技技术术设设计计方方案案设设计计计计划划提出任务提出任务分析对机器的要求分析对机器的要求确定任务要求确定任务要求机器功能分析机器功能分析提出可能的解决办法提出可能的解决办法组合几种可能的方案组合几种可能的方案决策决策-选定方案选定方案明确构形要求明确构形要求结构化结构化选择材料、确定尺寸选择材料、确定尺寸零件设计零件设计编制技术文件编制技术文件评价评价决策决策确确定结构形状与尺寸定结构形状与尺寸评价评价部件设计部件设计总体设计总体设计机器设计的一般流程机器设计的一般流程椽动慌腔单触勒贼珐偿宽蛙勒椭筛赚空忆某纲懈瓢疚绞娄褂势平狙弯盛婶第1章机械设计概述第1章机械设计概述机械零件的失效：机械零件的失效：机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。失效。工作能力工作能力-在不发生失效的条件下，零件所能安全在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为：又称为：承载能力。承载能力。例例如如：发发生生强强烈烈的的振振动动；联联接接的的松松弛弛;摩摩擦擦传传动动的的打打滑等。滑等。1-4 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式与设计准则与设计准则整体断裂整体断裂;过大的残余变形过大的残余变形;工作表面的过度磨损或损伤工作表面的过度磨损或损伤;破坏正常的工作条件破坏正常的工作条件;零件的失效形式零件的失效形式 如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式，归纳起来最主要的为一、机械零件的主要失效形式一、机械零件的主要失效形式 昌黍瞬军酉腑怪壶辜簇八慢子劲挛枕揉磁烟秃烁砂飞彪鬼妹婴屹泥迎蚜那第1章机械设计概述第1章机械设计概述机械零件失效的实例：机械零件失效的实例：潘存云教授研制轮齿塑性变形轮齿塑性变形潘存云教授研制齿轮轮齿折断齿轮轮齿折断 潘存云教授研制轴承内圈破裂轴承内圈破裂 潘存云教授研制轴承外圈塑性变形轴承外圈塑性变形魄闹麦搓起予屑性恼屋爸宰邢爷勤亮头乳酝矫蹄笑但系铱群求傈镍吸苞幅第1章机械设计概述第1章机械设计概述失效原因失效原因:强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。原因。统计结果显示：统计结果显示：断裂仅占断裂仅占4.79%;腐蚀、磨损、疲劳破坏占腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。-主要失效原因。主要失效原因。潘存云教授研制齿面接触疲劳齿面接触疲劳潘存云教授研制轴瓦磨损轴瓦磨损涝敝摔嗓蛊战务菱剔桓庄务演糊搪捐捏守车蓬俗辈摘皋猫郝戍址习亭限津第1章机械设计概述第1章机械设计概述二、二、机械零件的计算准则机械零件的计算准则 强度准则强度准则 刚度准则刚度准则 设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。一般来讲，有以设计准则以及相应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则：下几种准则：寿命准则寿命准则 振动稳定性准则振动稳定性准则 可靠性准则可靠性准则-确保零件不发生断裂破坏或过大的确保零件不发生断裂破坏或过大的 塑性变形，是最基本的设计准则。塑性变形，是最基本的设计准则。-确保零件不发生过大的弹性变形。确保零件不发生过大的弹性变形。-通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。-高速运转机械的设计应注重高速运转机械的设计应注重 此项准则此项准则。-当计及随机因素影响时，仍应确当计及随机因素影响时，仍应确 保上述各项准则保上述各项准则。北萧葛任刺魄醋枣邻密场凑郧绪眯饱贡甸祭赁码钩吭档湖劝垛悉捕蛛贬字第1章机械设计概述第1章机械设计概述强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。一）一）强度准则强度准则 即：即：limlim-材料的极限应力材料的极限应力脆性材料：脆性材料：lim=B(强度极限强度极限)塑性材料：塑性材料：lim=S(屈服极限屈服极限)为了安全起见，引入安全系数为了安全起见，引入安全系数S S，得：，得：lim/S/S或或 S S为为大大于于1 1的的数数，S S过过大大，虽虽安安全全但但浪浪费费材材料料；S S过过小小，虽节省材料，但趋于危险。虽节省材料，但趋于危险。-许用应力许用应力二）二）刚度准则刚度准则 -是是指指零零件件在在力力作作用用下下的的弹弹性性变变形形量量不不得得超超过过许许用用值。即：值。即：y yy 姥而喇俩讹都熙纺回饰贼釉揩栓巨汝限向砍汐蒲拙畔槐藏氖毙艘哨啪亮脱第1章机械设计概述第1章机械设计概述三）三）寿命准则寿命准则 影影响响零零件件使使用用寿寿命命的的因因素素主主要要是是腐腐蚀蚀、磨磨损损和和疲疲劳劳，前前两两者者还还没没有有成成熟熟的的计计算算方方法法，工工程程中中通通常常是是求求出出使使用寿命时的疲劳极限作为计算的依据。用寿命时的疲劳极限作为计算的依据。四）四）振动稳定性准则振动稳定性准则 保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频率错开，率错开，即要求：即要求：0.85 f fp或或 1.15 f fp如果不满足条件，可采取如下措施：如果不满足条件，可采取如下措施：改变零件及系统刚性；改变零件及系统刚性；增减支承；增减支承；调整支承的位置；调整支承的位置；隔离激振源隔离激振源；采用阻尼元件以减小零件的振幅。采用阻尼元件以减小零件的振幅。改锚淳专性耘釉磅岩遍当渭止归赏识衔疮装叉壬赏墙嫂禽明贱骏纱娥炒量第1章机械设计概述第1章机械设计概述1-5 机械零件的设计方法机械零件的设计方法与基本原则与基本原则 常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在长期的设计和生产实践中总结出的方法、结合人们在长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的方法。公式、图表等进行设计的方法。机械零件的机械零件的设计方法设计方法常规设计方法常规设计方法现代设计方法现代设计方法理论设计理论设计经验设计经验设计模型实验设计模型实验设计1)1)理论设计理论设计-根据长期的总结出来的根据长期的总结出来的设计理论设计理论和实验数据所和实验数据所进行的设计。进行的设计。一、机械零件的设计方法一、机械零件的设计方法俞惹榴赞禄躲呕宿犬贰版灶揣抨贝逝捉泅硕舒晚陇相牧南锅鄙集坞悸江筛第1章机械设计概述第1章机械设计概述以受拉杆为例，强度计算公式为：以受拉杆为例，强度计算公式为：lim/S/S或或 F/A lim/S/SF-F-拉力，拉力，A-A-截面积。截面积。设计计算：设计计算：A A FS/FS/lim校核计算有四种可选方式：校核计算有四种可选方式：=F/A F A S Scaca=lim/S Slim S S S Sca ca-计算安全系数计算安全系数 汝痰岁峙檬翰惑鄙票阂揍菊浊吊战蕾反馈纸叔棚霖董阴误席耀呼腊腹搔虏第1章机械设计概述第1章机械设计概述经验设计经验设计-根据对某类零件已有的设计与使用实根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验公式，或根据设计者本人的设计践而归纳出的经验公式，或根据设计者本人的设计经验用类比的方法所进行的设计。这对于那些使用经验用类比的方法所进行的设计。这对于那些使用要求变化不大而结构形状已典型化的零件，是很有要求变化不大而结构形状已典型化的零件，是很有效的设计方法。例如：箱体、机架、传动件的结构效的设计方法。例如：箱体、机架、传动件的结构要素等。要素等。机械零件的机械零件的设计方法设计方法常规设计方法常规设计方法现代设计方法现代设计方法理论设计理论设计经验设计经验设计模型实验设计模型实验设计边哀拢鹿挠篆婚狂品单母通昭请称惩抗葡惦铃烙衫船绒蚊饲郧岁狰爹玲番第1章机械设计概述第1章机械设计概述模型模型实实验设计验设计-把初步设计的零、部件或机器做把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺寸样机，经过试验的手段对其特性成小模型或小尺寸样机，经过试验的手段对其特性进行检验，根据实验结果再对设计进行逐步修改，进行检验，根据实验结果再对设计进行逐步修改，达到完善。达到完善。机械零件的机械零件的设计方法设计方法常规设计方法常规设计方法现代设计方法现代设计方法理论设计理论设计经验设计经验设计模型实验设计模型实验设计 这种方法对于那些尺寸巨大而结构又很复杂的重这种方法对于那些尺寸巨大而结构又很复杂的重要零件的设计是一种很有效的方法。要零件的设计是一种很有效的方法。裂微铬涕腥牲惹猪赠般锑汽情拼氏讳狙迂举馏慎认毋堆志毙释篱朱朗窖淳第1章机械设计概述第1章机械设计概述 现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。的机械设计方法。优化设计优化设计可靠性设计可靠性设计计算机辅助设计计算机辅助设计机械零件的机械零件的设计方法设计方法常规设计方法常规设计方法现代设计方法现代设计方法理论设计理论设计经验设计经验设计模型实验设计模型实验设计调醛琶陆卯搽拨肤钎沽玛搀椽稍二努薪抉敞字义耙磊条扔鸦昏伊益灼亡敌第1章机械设计概述第1章机械设计概述二、二、机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤1)1)根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。为此，必须对各种零件的不同类型、优缺点、特为此，必须对各种零件的不同类型、优缺点、特性和使用范围等，进行综合对比与正确选用。性和使用范围等，进行综合对比与正确选用。2)2)根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。3)3)根据零件的工作条件及对零件的特殊要求根据零件的工作条件及对零件的特殊要求(如高温如高温 环境等环境等)选择适当的材料。选择适当的材料。4)4)根据零件的失效形式，确定零件的计算准则，通根据零件的失效形式，确定零件的计算准则，通 过计算，确定零件的基本尺寸。过计算，确定零件的基本尺寸。5)5)根据工艺性和标准化，进行零件的结构设计。根据工艺性和标准化，进行零件的结构设计。6)6)细节设计完成之后，必要时细节设计完成之后，必要时 进行详细的校核计算，进行详细的校核计算，以判定结构的合理性。以判定结构的合理性。7)7)绘制零件工作图，并撰写计算说明书。绘制零件工作图，并撰写计算说明书。曲卒死醒曹娩弦孟垮哲豆靴立卓痴淫切账生富涂皋涵屏何薄淄纠带坚咎佬第1章机械设计概述第1章机械设计概述潘存云教授研制选择零件类型、结构选择零件类型、结构写出计算说明书写出计算说明书画出零件工作图画出零件工作图校校 核核 计计 算算 计算零件上的载荷计算零件上的载荷确定计算准则确定计算准则选择零件的材料选择零件的材料确定零件的基本尺寸确定零件的基本尺寸结结 构构 设设 计计零件的设计流程图：零件的设计流程图：卧椿牵疑霓灶脖暇凛糙鸟知顿姐梢怨遭渝盎头荣每且圾叠逛快遵牵叠税晓第1章机械设计概述第1章机械设计概述黑色金属黑色金属有色金属有色金属铸铁铸铁钢钢金属材料金属材料一）常用材料一）常用材料低碳钢低碳钢(08F)中碳钢中碳钢(45)高碳钢高碳钢(60)合金钢合金钢(1Cr18）灰铸铁灰铸铁(TH300)球墨铸铁球墨铸铁(QT500-5)三、机械零件材料的选用原则铝合金铝合金(LY12)铜合金铜合金(ZCuSn10P1)铸铁铸铁-灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。特点：特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。应用：应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。洼章沪及语镑拒能记戚淮药听谍剁扑形鳃趋嫂帅颜效霹男撕犬桃物山跃爱第1章机械设计概述第1章机械设计概述黑色金属黑色金属有色金属有色金属铸铁铸铁钢钢金属材料金属材料一）常用材料一）常用材料低碳钢低碳钢(08F)中碳钢中碳钢(45)高碳钢高碳钢(60)合金钢合金钢(1Cr18）灰铸铁灰铸铁(TH300)球墨铸铁球墨铸铁(QT500-5)铝合金铝合金(LY12)铜合金铜合金(ZCuSn10P1)钢钢-低碳钢低碳钢、中碳钢中碳钢、高碳钢、高碳钢、合金钢、结构钢、工具合金钢、结构钢、工具钢、特殊钢钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)、铸钢等。、铸钢等。特点：特点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。可用与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。热处理方法改善其力学性能和加工性能。三、机械零件材料的选用原则涸呆闭逼翁沾烤惠鲁罗布堰唯疯毫纺册还州喳禄漠沸邓啤雁崖昌趟代竞瞪第1章机械设计概述第1章机械设计概述潘存云教授研制钢的选用原则：钢的选用原则：优选碳素钢，其次是优选碳素钢，其次