第0章 机械设计概论(授课).ppt

大 家 好,陈晓岑,欢迎联系与合作,正确的学习态度,课前预习；,课堂讲授；,课后作业；,大家共同探讨，共同提高,。,Eail,：,cen_xiao,上课方式、考核方法,授课课时安排：,50,课时讲课，,6,课时两次实验（课外）。,考核方法：,卷面考试（,70%,）与平时成绩（,30%,）相结合，,平时成绩包括,:,作业、出勤 、实验,。,参考资料：,机械原理,孙桓主编；高等教育出版社等；,机械设计,彭文生主编；高等教育出版社等,0-1,机械的组成,机械是机器与机构的总称。,机械,(machine),的种类繁多，其构造、性,能和用途等各不相同。但从机械的组成分析，,又有其共同点，它们都由一些典型的机构和零,件所组成。,一种由人为物体组成的具有确定机械运动,的装置，用来完成一定的工作过程，以代替人类,的劳动。,一、机器（,machine,）,一台发展完善的现代化机器可由四部分组成：,原动机、传动机构、执行机构和控制系统。,1,、机器的组成,(Composing of a Machine),：,机器组成：,原动机,传动装置,工作机,控制系统,辅助系统（如仪表、照明等）,轿车组成：,普通车床,加工机械，机器,FA-22,猛禽战斗攻击机,“,罗斯福”号舰母,“神舟五号”,发射时的情景。,发射塔,、,运载火箭,都是庞大的,机器,。,索杰纳火星车,它是美国国家航空航天局于格林威治时间,1997年,7,月,4,日,17,时,07,分发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆，该飞船携带了索杰纳火星车，这也是一种机器。,例：内 燃 机,2,、机器的特征,缸体,活塞,连杆,曲轴,齿轮机构,凸轮,推杆,曲柄滑块机构,凸轮机构,内燃机由,:,曲柄滑块机构、,齿轮机构、,凸轮机构,组成。,机器的特征,：,1,它们都是由零件人为装配组合而成,的实物体；,2,各构件之间具有确定的相对运动；,3,能完成有用的机械功或转换机械能。,机构,机器,机械,动力机器,工作机器,信息机器,机,器,是完成有用的机械功或者是搬运物品。,例金属切削机床、轧钢机、织布机、包,装机、汽车、飞机、起重机输送机等。,是用来获得和变换信息。,例如，复印机、,打印机、绘图机、传真机、照相机等。,是能量变换的装置，即可将某种形式,的能量变换成机械能，或者把机械能,变换成其他形式的能量。,例如，内燃,机、涡轮机、电动机、发电机等。,根据工作类型的不同，机器分为：,机器与其它装置的主要区别是：,零件,(part),：,制造单元体。,机器（,machine,）,：,一定要作机械运动，,并通过运动来实 现能量、物料和信息的变换。,机构,(mechanism),：,是用来传递运动和力,或改变运动形式的机械装置。,构件,(link),：,机器中每一个独立的运动单元体；,机器,零件,构件,机构,构件：,机器中每一个独立的运动单元体,。构件可,以是单一的整体，也可是由几个零件组成,的钢性结构。如内燃机的连杆。,构件,与,零件,的区别,二、机构,零件：最小的不可分割的制造单元。如：轴、连杆体、,连杆盖、轴瓦、螺栓、螺母等。,曲 轴,连杆体,连杆盖,轴瓦,螺栓,螺母,连杆,（构件）,机器是由机构组成的。,连杆机构,常用的机构,凸轮机构,齿轮机构,间歇运动机构,带传动和链传动机构,螺旋机构,组合机构,连杆机构,常用的机构,齿轮机构,凸 轮 机 构,常用的机构,凸轮机构,常用的机构,常用的机构,双爪,棘轮机构,槽轮机构,常用的机构,棘轮机构的应用,常用的机构,螺旋机构,常用的机构,内不完全齿轮机构,内槽轮机构,球面槽轮机构,组合机构,常用的机构,电影机构,组合机构：,锥齿轮,槽轮机构,组合机构：,螺旋齿轮,单十字万向机构,组合机构：,凸轮,五连杆机构,组合机构：,自卸货车翻转机构,0,-2,本课程的内容、性质和任务,机械设计基础是一门技术基础课，主要介绍：,一,.,本课程的主要内容,1,、机械设计的一般原则和程序；,2,、机械的组成；,3,、常用机械传动,(,如,v,带传动,、,链传动、齿轮传动、,蜗杆传动和连杆机构、凸轮机构等,),以及通用的,联接零件、轴系零件的工作原理、结构特点、,基本设计理论和计算方法或选用原则。,4,、机械系统的现代设计方法概述；,5,、,机械系统设计综述。,二、本课程的性质和任务,机械设计基础课程是一门培养学生具有一定的机械,设计能力的技术基础课程。,通过本课程的学习，应达到的基本要求是：,1,）,掌握机构的结构原理、运动特性和机械动力学的基本,知识，初步具有分析和设计基本机构的能力，并对机,械运动方案的确定有所了解。,2,）,掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计,计算的基本知识，并初步具有设计简单机械及常用,机械传动装置的能力。,3,）,具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料,的能力。,本课程需应用许多先修课程的知识，如机械制图、金,属工艺学、工程力学等，涉及的知识面广且偏重于应用。,学习时应重视理论联系实际、基本技能的训练；注意学习,分析和解决问题的方法，力求运用所学知识解决具体的机,构和一般简单机械及其零部件的设计问题。,0-3,机械设计的基本要求,和一般程序,一、机械设计的基本要求,1,实现预定的功能，,满足运动和动力性能的要求。,功能：,用户提出的需要满足的使用上的特性和能力。,动力要求：,设计的机械应具有足够的功率，以保证机,械完成预定的功能。,运动要求：,设计的机械应保证实现规定的运动速度和,运动规律，满足工作平稳性、启动性、制,动性能等要求。,6,其他特殊要求：环保、噪音、外观等。,设计和制造周期短、成本低，产品生产效率高、能,耗低维护管理费用少,；,2,可靠性和安全性的要求。,可靠性：,机械在规定的使用条件下，在规定的时间内，,完成规定功能的能力,。,3,市场需要和经济性的要求。,4,机械零部件结构设计的要求。,5,工艺性及标准化、系列化、通用化的要求。,机械设计的一般程序：试验,-,研究,-,设计,-,制造,-,安装,-,使用,-,维护。,0,4,机械零件的工作能力和计算准则,一、机械零件的工作能力,零件的工作能力,：在一定的运动、载荷和环境情况下，,在预定的使用期限内，不发生失效的安全工作限度。,机械零件的主要失效形式：,1,、,断裂,2,、,变形,3,、,表面失效,衡量零件工作能力的指标称为零件的工作能力准则。,主要准则有：强度、刚度、耐磨性、振动稳定性和耐热性,。,对于具体的零件，应根据它们的主要失效形式，采用相应的计算准则。,二、机械零件的计算准则,强度,(strength),：,零件在一定载荷下抵抗破坏的能力,。,1,强度准则,（主要,针对零件断裂、塑性变形或表面疲劳损坏失效,。）,若零件的强度不够，就会出现整体断裂、表面接触,疲劳或塑性变形等失效而丧失工作能力。所以，设汁零,件时，必须满足强度要求，而强度的计算准则为,：,MPa,或,MPa,=,lim,/,S,极限应力,安全系数,当零件刚度不够时，则变形过大，加工精度下降。,刚度的计算准则为：,2,刚度准则,（,针对过大弹性变形）,刚度：零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。,y,、,和,分别为零件工作时的挠度、偏转角,和扭转角。,y y；,实践证明，能满足刚度要求的零件，一般说，其强,度总是足够的。,耐磨性：相对运动的零件的工作表面抵抗磨,损的能力。,3,耐磨性准则,（,针对过度磨损、胶合破坏）,pv,pv,MPa,m/s,。,防止胶合破坏,耐磨性是保证有相对运动的零件正常工作,的基本要求。其验算式为：,p,p,MPa,；,防止过度磨损,f,零件的固有振动频率，取决于零件的质量和刚度,4,振动和噪声准则,针对高速机械的振动失稳即共振）,当零件的固有振动频率,f,等于或趋近于零件的强迫振,动频率,f,p,时，将产生共振。这不仅影响机械正常工作，,甚至造成破坏性事故，而振动又是产生噪声的主要原因。,防止共振的条件为：,f,p,0,87 f,或,f,p,1,18 f,f,p,零件受激振源作用引起的强迫振动频率,0,5,机械设计中常用材料的选用原则,二、符合工艺要求,机械设计中常用的材料有钢、铸铁、有色合金,(,如铝合金、锅台金等,),和非金属材料,(,如尼龙、工程,塑料、橡胶等,),。,常用材料的选用原则：,一、满足使用要求,三、综合经济效益要求,0,6,许用应力和安全系数,在机械设计过程中主要零件的基本尺寸往往是通过,强度、刚度计算等确定的。而进行设计计算，应先确定该,零件工作时所承受的载荷和应力的性质。,一、载荷和应力,载荷：构件或零件工作时所承受的外力。,载荷,变载荷,大小或方向随时间变化的载荷。,静载荷,大小和方向均不随时间变化的载荷。,应力,静应力,大小和方向均不随时间变化,或变化极缓慢）的应力。,例如锅炉中的压力、拧紧螺栓引起的应力,等,，是静应力。,较典型的变应力有：非对称循,环变应力、对称循环变应力和脉动循环变应力。,变应力,大小和方向，或大小或方向随,时间变化的应力。,静应力,只能由,静载荷,产生，,变应力,可能由,变载荷,或,静载荷,产生。,二、变应力参数及典型变应力,1,）变应力参数：,最大应力：,max,应力循环特征：用来表示应力的,变化情况。,平均,应力：,应力幅：,max,m,min,a,a,t,=,min,/,max,最小,应力：,min,2,）,典型变应力及应力循环特征,a,）,静应力：,b,）,非对称循环变应力,max,m,min,a,a,t,t,=,常数,c,）,对称循环变应力：,max,t,a,min,d,）,脉动循环变应力：,t,a,a,max,m,=+1,在（,+1,-1,）间变化,=-1,=0,三、,零件的,极限应力,静应力作用下,过载断裂、塑性变形。,零件失,效形式,零件强度条件式：,=,lim,/,S,材料的极限应力,安全系数,1,）静应力下的极限应力,脆性材料制造的零件：,lim,=,b,塑性材料制造的零件：,lim,=,S,2,）,变应力作用下,的极,限应力,疲劳极限,变应力作用下,疲劳破坏约占零件损坏事故,的,80%,。,材料的强度极限,材料的屈服极限,lim,=,N,四、许用应力和,安全系数,安全系数,(,或许用应力,),的选择，对零件的,结,构,尺寸、,零件材料的质量、,载,荷计算的准确性等,方面,有很大的影响。若安全系数选得过大，则许,用应力过小，将使结构笨重，浪费材料；反之，,安全系数选得过小，则许用应力过大，零件将不,够安全。对于各种不同的机械零件，,设计时应根,据零件的重要性，合理选取,，,具体数值可参考设,计资料。,结束,