ch1机械设计概述.ppt

一、 设计的地位与作用,第一篇 机械设计总论,1.经济竞争归根结底是设计和制造能力竞争,工业化国家的财富6080%是制造业创造的,制造是将科技转化为财富的最后环节,各发达国家重新重视制造业,第一章 机械设计概述 第一节 机械设计的基本要求,中小批量、个性化、 柔性生产管理模式,2.机械制造业生产管理模式的转变,三个月内丰田公司汽车生产情况,大批量、单一化、流水 作业生产管理模式,3.制造业市场竞争围绕 TQCSF 展开,上市时间 Time 质量 Quality 产品成本 Cost 服务 Service 灵活性 Flexible,4.竞争的焦点之一是设计,成功的设计赢得了市场,设计是科技成果转化为生产力的纽带,设计是引进技术实现国产化的重要环节,没有现代化设计就没有现代化产品,5.设计在生产中的地位,设计是影响产品技术与经济指标的关键,设计占成本 5%,设计决定成本 75%,现代企业三部分,将核心工作放在本企业，两头在内，中间在外,开发设计,制造,市场销售,二、机械系统的组成,(1) 动力系统,提供动力、实施能量转换,如：水轮机,电动机,机械能,水能(自然界能源),电能(二次能源),(2) 传动系统,将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置,功能：,减速,变速,传递动力,改变运动规律,多驱动,(3) 执行系统,直接完成预定任务的装置,(4) 操纵及控制系统,使各部分协调动作,(5) 辅助装置,如冷却、润滑、记数、照明,机械能,动力系统,传动系统,执行系统,操纵及控制系统,辅助装置,冷却、润滑、记数、照明,以汽车为例 机械系统的组成,三、机械设计的基本要求,1、使用功能要求 2、经济性要求 提高设计和制造经济性指标的主要途径有： 1）采用先进的现代设计方法，使设计参数最优化，达到尽可能精确的计算结果，保证机器足够的可靠性； 2）最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零、部件； 3）尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料； 4）合理地组织设计和制造过程； 5）力求改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。 提高使用经济性指标的主要途径有： 1）合理地提高机器的机械化和自动化水平，以期提高机器的生产率； 2）选用高效率的传动系统，尽可能减少传动的中间环节，以期降低能源消耗； 3）适当地采用防护及润滑，以延长机器的使用寿命； 4）采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。,三、机械设计的基本要求(续）,3、劳动保护要求 1）要使机器的操作者方便和安全。 2）改善操作者及机器的环境。 4、可靠性要求 5、结构设计的要求 6、操作使用方便的要求 7、其它专用要求,四、机械零件的基本要求,（一）避免在预定寿命期内失效的要求 1、强度 采用强度高的材料； 使零件具有足够的截面尺寸； 合理地设计零件的截面形状，以增大截面的惯性矩； 采用热处理和化学热处理方法，以提高材料的机械强度特性； 提高运动零件的制造精度，以降低工作时的动载荷； 合理地配置机器中各零件的相互位置，以降低作用于零件上的载荷等。,四、机械零件的基本要求（续）,2、刚度 增大零件截面尺寸或增大截面的惯性矩； 缩短支撑跨距或采用多点结构，以减小挠曲变形等。 3、寿命 材料的疲劳； 材料的腐蚀； 相对运动零件接触表面的磨损； （二）结构工艺性要求 （三）经济性要求 （四）质量小的要求 采用缓冲装置来降低零件上所受到的冲击载荷； 采用安全装置来限制作用在主要零件上的最大载荷； 从零件上应力最小处削弱部分材料，以改善零件受力的均匀性，从而提高材料的利用率； 采用与工作载荷相反方向的预载荷，以降低零件上的工作载荷； 采用轻型薄壁的冲压件或焊接件来代替铸、锻零件，以及采用强重比高的材料等。 （五）可靠性要求,第二节 机械设计的一般程序 从市场需求出发，通过构思、计划和决策，确定机械产品的功能、原理方案、技术 参数和结构等，并把设想变为现实，这样一种技术实践活动的过程，就是机械设计。,原理方案图,结构设计草图,总装配图,CAD/CAM是先进的设计工具,概念设计,工程分析,详细设计,性能仿真,工艺设计,数控编程,加工仿真,数控机床,CAD,CAM,CAPP,产品建模,加工仿真,结构分析,运动仿真,CAD/CAM 系统,外形运动学,动力学结果,参数化设计,载荷,运动学建模,了解机械系统总体方案的设计过程,机器的组成,(从运动观点看)由机构组成,(从制造观点看)由零件组成,曲柄滑块机构,凸轮机构,齿轮机构,失效：零件失去正常工作的能力,第三节 机械零件的主要失效形式与设计准则,（一）整体断裂,（二）过大的残余变形 零件上的应力超 过了材料的屈服极限,危险截面的应力超过 零件的强度极限,一、主要失效形式,（三）零件的表面破坏,零件的表面破坏主要是 腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。,（四）破坏正常工作条件引起的失效,1）液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作。 2）带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作。 3）高速转动的零件，只有在转速与转动件系统的固有频率避开一个适当的间隔才能正常工作。,二、机械零件的设计准则,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。, = lim/S = lim/S,1、强度准则,安全系数S为大于1的数，S过大，虽安全但浪费材料；S过小，虽节省材料但趋于危险，故S的选取应适当。,2、刚度准则,3、寿命准则 4、耐磨性准则 pP vV pvPV,5、振动稳定性准则,6、可靠性准则,第四节 机械零件的设计方法与基本原则,机械零件的设计方法通常分为常规设计方法和现代设计方法两大类。 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、公式、图表等进行设计的方法。,一、常规设计方法,1、理论设计,1）设计计算,2）校核计算,2、经验设计,3、模型实验设计,二、现代设计方法,1、可靠性设计,2、优化设计,3、计算机辅助设计,三、机械零件设计步骤,设计计算法,校核计算法,四、机械零件设计的基本原则,1、机械零件材料的选用原则,1）载荷及应力的大小和性质极其分布状况 2）零件的尺寸及重量 3）材料的经济性 4）零件的工作情况 5）零件的结构及加工性 6）材料的