机械设计基础教学课件第七章绪论.ppt

第七章 机器的组成和机械设计简介 7.1机器及其组成 机器：人类生产和生活的重要工具。 产生：是人类为了提高劳动生产率而创造出来的主要工具。 标志：使用机器进行生产的水平是衡量一个国家的技术水平和现代 化程度的重要标志之一。 发展：大量的新机器也从传统的纯机械系统，演变成机电一体化的 机械设备。机器的设计、制造进入了智能化的新阶段。机器 的设计制造周期越来越短，对机器的性能、质量的要求也越 来越高，个性化要求越来越多，机械产品向着高速、精密、 重载、智能等方面发展。 学习目的：机械的种类繁多，性能、用途各异，但是他们有共同的 特征，我们从它的特征出发，剖析其结构，研究其组成 原理，以达到掌握、运用的目的。,下图中，民工要把钢材、木料、水泥运到楼上通 常用的滑轮，升国旗使用的滑轮，是否是机器？,？,机器的组成及其特征,一、举例说明,单缸内燃机,颚式破碎机,1：气缸 2：活塞 3：连杆 4：曲轴 5：齿轮 6：齿轮 7：凸轮 8：排气阀,二、基本概念,1、机器：用来传递运动和变换运动形式，具有以下三种特征的实物组合： （1）都是人为的实物组合； （2）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动； （3）能实现能量转换或完成有用的机械功。,2、机构：具有特定结构形状和运动特征的构件组合 （1）都是人为的实物组合； （2）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动； 注意：机构与机器联系与区别,3、零件：组成机器的最小制造单元，是机器的基本组成要素 通用零件：各种机器中都能用到的零件。eg:齿轮、螺栓、 零件 带、带轮等 专用零件：在特定类型的机器中才有的零件。eg：曲轴、 吊钩、叶片、叶轮等。,零件 构件 机器,4.机械：机器与机构的总称 5.构件：机器或机构中最小的运动单元。（各零件间没有相对运动） 6.零件：机器或机构中最小的制造单元 7.部件：一组协同工作的零件组成的独立制造装配的组合。 （用以完成特定的工作，往往独立加工装配。如：变速器，离合器，制动器等） 注意：构件与零件联系与区别,关系：,6、机器的其他内容：,动力部分：指原动机及其相应的配套装置，其作用是将非 机械能转换为机械能并给机器提供动力,常用动力机：电动机、液压马达、气动马达、内燃机,直流电动机（分为有刷和无刷两种） 1.调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。 2.起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。,交流同步电动机（低速） 同步电动机是由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩， 以同步转速旋转的交流电动机。（转子转速与定子旋转磁场的转速相同） 特点： 1.同步电动机的转速完全决定于电源频率。频率一定时，电动机的转速也就一定，它不随负载而变。 2.过载能力比相应的异步电动机大。 3.电网电压突然下降时，同步电动机的转矩却下降不多。 多机同步传动系统和精密调速稳速系统中应用比较多。,交流异步电动机 交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后，产生旋转磁场并切割转子，获得转矩。三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点，被广泛应用于各个领域。,检测变换元件,比较器,给定值发生器,基本部件,驱动和执行机构,它输出与被控量目标值相应的信号,把被控参数的实际值和给定值比较，产生误差型号送给驱动器,它把误差信号放大，变成能驱动执行机构的物理量， 参与被控量的调节,对被控参数的实际值进行测量，并把测得的物理量转 换成点信号,7.2 机械设计的基本要求及一般过程,一、机械设计的基本要求,1、满足社会需求 机械产品的设计总是以社会需求为前提 必需正确选择机器的工作原理、机构类型和机械传动方案,2、安全可靠性要求:指产品在规定调节下和会顶时间内完成规定功 能的能力，机器正常工作的必要条件。 “规定条件”是指对产品进行可靠性考核时所规定的使用条件和环境条件，包 括载荷情况、工作制度、应力、强度、湿度、粉尘及腐蚀等包括 操作规程、维修方法等。 “规定时间”是指对产品可靠性考核时所规定的时间，如运行时间、应力循环 次数、行驶的里程等。 “规定功能”是指对产品考核的具体功能，产品规定功能的丧失称为失效，可 修复产品的失效称为故障。,3、经济性要求:成本低，效率高，维护方便等 提高设计和制造的经济性。 途 径 提高使用和维修的经济性,4、安全性要求： 机器执行预期功能的安全性 人机环境系统的安全性,5、推行标准化要求：标准化，系列化，通用化,6、体现工艺造型美观要求,二、机械设计的一般程序,1、提出和制定产品设计任务书 市场调查-可行性分析制定设计任务书（产品用途，技术经济指标，使用条件，设计承担着，设计周期）,2、总体方案设计 设计任务书调查研究工作原理总体设计方案论证可行性绘制机构简图,3、技术设计：将功能原理方案得以具体化，使机器及零件的结构合理。 总体方案确定结构尺寸（结构设计，工作能力计算）-画图 零件设计步骤： 确定类型结构受力分析失效分析选材尺寸设计结构设计绘图,4、施工设计,5、改进设计,7.3 机械零件设计的基本要求及一般方法 一、机械零件设计的基本要求 1.机械零件设计的一般步骤 （1）根据机器的总体方案，针对零件的工作情况进行载荷分析， 建立力学模型，考虑影响载荷的各项因素，确定零件的计 算载荷。 （2）分析零件在工作时可能出现的失效形式，确定零件工作能 力的计算准则。 （3）很据零件的工作条件和对零件的特殊要求选择合适的材料， 并确定必要的热处理和其他处理。 （4）分析零件的应变和变形，根据工作能力计算准则建立或选 定相应的计算公式，计算出零件的主要尺寸，并加以标准 化或圆整。 （5）根据计算得出主要尺寸并结合结构上和工艺上的要求绘制零件工作图。 并写出零件的计算说明书,二、机械零件设计的基本要求： 1.工作能力要求。 具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、振动稳定性及精度等， 设计的零件应在预定的使用寿命周期内按规定的工作条件 可靠地工作 2.工艺性要求。 加工、装配具有良好的工艺性及维修方便。 3.经济性要求。 （1）在满足强度条件时，合理选择材料。 （2）合理确定精度等级 （3）赋予零件良好的工艺性，降低装配费用。 （4）尽可能采用标准化的部件。 4.还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护和安全要求等。,三、机械零件设计的一般方法： 1.常规设计方法 （1）理论设计 （2）经验设计 （3）模型试验设计,在同一个机械的设计过程中可以 存在多种设计方法，由不同零件 的功能，尺寸，材料，工艺及设 计者本身的习惯的相关因素决定,2.现代设计方法 （1）计算机辅助设计（CAD） （2）优化设计 （3）可靠性设计 （4）模块化设计 （5）机械系统设计 （6）价值分析 （7）专家系统 （8）机械动态设计 （9）并行设计,二、机械零件的设计计算准则 概念：根据不同失效原因建立起来的工作能力判定条件 1.强度准则 2.刚度准则 3.耐磨性准则 4.振动稳定性准则 5.散热性准则 6.可靠性准则 不同的准则除了和零件本身性质有关，还和其在机器中的运动性质和重要性有关，需要综合考虑各方面因素。,7.5机械零件的常用材料及选用,一、选材需要考虑的因素 1.给予对具体零件的工作条件和失效形式的分析，以及对同类零件的调研，再结合力学计算或者试验确定零件应具有的力学性能指标和理化性能指标。,2.对若干备选材料的性能指标和制造工艺进行综合分析和筛选，初步选定材料的牌号，规格及制造工艺。 3.进行实验室试验以选用材料是否达到各项性能要求，并进行小批量试生产以检验材料制造过程的工艺性要求。,二、机械零件常用的材料种类,黑色金属，有色金属，非金属材料，复合材料。,非金属材料：塑料（轻，易加工成型，减摩性好，强度低）、 陶瓷（电热性好，硬度高）、橡胶（弹性，绝缘性好）,复合材料：具有抗疲劳性能好，减振性好，耐高温，强度较 高等优点。,三、机械零件材料的使用条件及要求,零件的使用要求：（1）零件承受工作载荷的能力主要从 载荷的特点、强度及强度等方面考虑。 （2）零件的工作条件及工作环境。 （3）耐磨性、寿命、可靠性等要求。 （4）零件尺寸和重量的要求。,零件的工艺性要求：铸造工艺性、焊接工艺性、热处理工艺性等。,零件的经济性要求：（1）材料的相对价格。 （2）考虑不同材料的加工成本 （3）采用局部品质的原则 （4）材料利用率 （5）考虑材料的供应状况及储运成本。,7.6 机械危险主要形式、原因及预防措施,主要形式 挤、剪、割或切断、缠绕、刺或扎、擦或磨、流体喷射等。