《机械设计总论》PPT课件.ppt

机械设计,第二章 机械设计总论,2-1 机器的组成,机器根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。 如: 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。,机器的共有特征：,人造的实物组合体；,各部分有确定的相对运动；,代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换。 机器的作用,认识机器洗衣机,认识机器洗衣机,认识机器洗衣机,认识机器洗衣机,认识机器工业机器人,认识机器工业机器人,认识机器工业机器人,认识机器减速器变速器,认识机器减速器变速器,认识机器减速器变速器,认识机器减速器变速器,认识机器汽车防抱死系统,认识机器汽车防抱死系统,认识机器汽车防抱死系统,认识机器汽车防抱死系统,认识机器汽车防抱死系统,通过上述例子可以归纳以下几点： 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； 现代的机器不仅可以承担人类的体力劳动，还可以部分的脑力劳动。 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。,2-1 机器的组成,机器,原动机实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）种类有限,工作机完成有用功（如机床等） 种类繁多,工作机,原动部分是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内燃机。,工作部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。,传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。,原动机,传动,工作,控制,其关系如下：,22 设计机器的一般程序,一部机器的质量基本上决定于设计质量。制造过程对机器质量所起的作用，本质上就在于实现设计时所规定的质量。因此，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。 设计机器的一般程序为： 1、计划阶段 2、方案设计阶段 3、技术设计阶段 4、技术文件编制阶段,22 设计机器的一般程序,一、计划阶段 在根据生产或生活的需要提出所要设计的新机器后，计划阶段只是一个预备阶段。此时，对所要设计的机器仅有一个模糊的概念。 在计划阶段中，应对所设计的机器的需求情况作充分的调查研究和分析。通过分折，进一步明确机器所应具有的功能，并为以后的决策提出由环境、经济、加工以及时限等各方面所确定的约束条件。在此基础上，明确地写出设计任务的全面要求及细节，最后形成设计任务书，作为本阶段的总结。设计任务书大体上应包括：机器的功能，经济性及环保性的估计，制造要求方面的大致估计，基本使用要求，以及完成设计任务的预计期限等。,22 设计机器的一般程序,二、方案设计阶段 本阶段对设计的成败起关键的作用。在这一阶段中也充分地表现出设计工作有多个解(方案)的特点。 机器的功能分析就是要对设计任务书提出的机器功能中必须达到的要求、最低要求及希望达到的要求进行综合分析，即这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否替代等。最后确定出功能参数，作为进一步设计的依据。在这一步骤中，要恰当处理需要与可能、理想与现实、发展目标与当前目标等之间可能产生的矛盾问题。,22 设计机器的一般程序,确定出功能参数后，即可提出可能的解决办法，亦可提出可能采用的方案。寻求方案时，按原动部分、传动部分及执行部分分别进行讨论。如果用N1表示原动机的可能方案数，N2和N3分别代表传动部分和执行部分可能的方案数，则机器总体的可能方案数N为：N=N1N2N3 在如此众多的方案中，技术上可行的仅有几个。对这几个可行的方案，要从技术方面和经济方面进行综合评价。图示机器经济性费用曲线,总费用最低处所对应的机器复杂程度就是最优的复杂程度。,22 设计机器的一般程序,评价结构方案的设计制造经济性时，还可以用单位功效的成本来表示。进行机器评价时，还必须对机器的可靠性进行分析，把可靠性作为一项评价指标。一般来讲，系统越复杂，可靠性越低。 通过方案评价，最后进行决策，即确定下一步技术设计的原理图或机构运动简图。在方案设计阶段，要正确处理借鉴与创新的关系，既要反对保守和照抄照搬，又要反对一味求新而弃用原有合理经验。,22 设计机器的一般程序,三、技术设计阶段 技术设计阶段的目标是总装配草图和部件装配草图。通过草图设计确定出各部件及零件的外形及基本尺寸，包括各部件间联接零、部件的外形及基本尺寸。为确定主要零件的基本尺寸，需做以下工作： 机器的运动学设计：确定原动机的参数及各运动构件的运动参数。 机器的动力学计算：计算各主要零件上所收的名义载荷。 零件的工作能力设计：已知主要零件所收的名义载荷，即可作零、部件的初步设计，确定零、部件的基本尺寸。 部件装配草图及总装配草图的设计：根据已定出的主要零、部件的基本尺寸，设计出部件装配草图及总装配草图。需要全面协调各零件结构尺寸，考虑其结构工艺性，使全部零件有最合理的构形。 主要零件的校核：有一些零件由于具体的结构未定,只能进行初步计算及设计。在绘出部件装配草图及总装草图以后，所有零件的结构及尺寸均为已知。因此，此时可以对各个零件进行精确校核。 草图设计完成以后，即可根据草图已确定的零件基本尺寸，设计零件的工作图。按最后定型的零件工作图上的结构及尺寸，重新绘制部件装配图及总装配图。,22 设计机器的一般程序,四、技术文件编制阶段 技术文件的种类较多，常用的有机器的设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等。 编制设计计算说明书时，应包括方案选择及技术设计的全部结论性的内容。 编制用户的机器使用说明书时，应向用户介绍机器的性能参数范围、使用操作方法、日常保养及简单的维修方法、备用件的目录等。,23 对机器的主要要求,（一）使用功能要求 （二）经济性要求 （三）劳动保护要求 （四）可靠性要求 （五）其它专用要求,24 机械零件的主要失效形式,1、整体断裂,24 机械零件的主要失效形式,2、过大的残余变形 3、零件的表面破坏,滚动轴承外圈滚道的磨损,滚动轴承滚道的疲劳点蚀,齿轮轮齿的疲劳点蚀,4、破坏正常工作条件引起的失效,25 设计机械零件时应满足的基本要求,（一）避免在预定寿命期内失效的要求 1强度 2刚度 3寿命 （二）结构工艺性要求 （三）可靠性要求 （四）经济性要求 （五）质量小的要求,26 机械零件的设计准则,（一）强度准则 强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的限度。即： lim 考虑到各种偶然性或难以精确分析的影响，上式右边要除以设计安全系数(简称安全系数)，即： lim/S 即 （二）刚度准则 零件在载荷作用下产生的弹性变形量y，小于或等于机器工作性能所允许的极限值y（许用变形量），就叫做满足了刚度要求，或符合刚度计算准则。其表达式为： yy,26 机械零件的设计准则,（三）寿命准则 （四）振动稳定性准则 （五）可靠性准则,27 机械零件的设计方法,1、理论设计 根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计，称为理论设计。 2、经验设计 根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式，或根据设计者本人的工作经验用类比的方法所进行的设计叫做经验设计。这对那些使用要求不大变动而结构形状已典型化的零件，是很有效的设计方法。 3、模型实验设计 对于一些尺寸巨大而机构又很复杂的重要零件，尤其是一些重型整体机械零件，为了提高设计质量，可采用模型实验设计的方法。即把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺寸样机，经过实验的手段对其各方面的特性进行检验，根据实验结果对设计进行逐步的修改，从而达到完善。这样的设计叫做模型实验设计。,28 机械零件设计的一般步骤,1）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用途、优缺点、特性与使用范围等，进行综合对比并正确选用。 2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。 3）根据零件的工作要求及对零件的特殊要求，选择适当的材料。 4）根据零件可能的失效形式确定计算准则，根据计算准则进行计算，确定出零件的基本尺寸。 5）根据工艺性及标准化等原则进行零件的结构设计。 6）细节设计完成后，必要时进行详细的校核计算，以判定结构的合理性。 7）画出零件的工作图，并写出计算说明书。,29 机械零件的材料及其选用,一、机械零件常用的材料 1、金属材料 2、高分子材料 3、陶瓷材料 4、复合材料,29 机械零件的材料及其选用,二、 机械零件材料的选用原则 1、载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况 ； 2、零件的工作情况 ； 3、零件的尺寸及质量； 4、零件结构的复杂程度及材料的加工可能性； 5、材料的经济性； 6、材料的供应状况。,210 机械零件设计中的标准化,零件的标准化，就是通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、制图要求等，制定出各式各样的大家共同遵守的标准。标准化带来的优越性表现为： 1)能以最先进的方法在专门化工厂中对那些用途最广的零件进行大量的、集中的制造 提高质且，降低成本。 2)统一了材料和零件的性能指标，使其能够进行比较并提高了零件性能的可靠性。 3)采用了标堆结构及零、部件，可以简化设计工作，缩短设计周期提高设计质量。另外同时简化了机器的维修工作。 现已发布的与机械零件设计有关的标准，从运用范围上来讲，可以分为国家标准(GB)、行业标准和企业标准（QB）三个等级，从使用的强制性来说，可分为必须执行的(有关度、量、街及涉及人身安全等标准)和推荐使用的(如标准直径等)。,2-11 机械现代设计方法简介,以动态的取代静态的 以定量的取代定性的 以变量取代常量 以优化设计取代可行性设计 以并行设计取代串行设计 以微观的取代宏观的 以系统工程法取代分部处理法 以自动化设计取代人工设计,2-11 机械现代设计方法简介,总之，设计工作本质上是一种创造性的活动，是对知识与信息等进行创造性的工作与处理。发展机械现代设计方法，实质上就是不断追求最机智、最恰当而且最迅速地解决用户要求、社会效益、经济效益、机械内在要求等对机械构成的全部约束条件。 机械现代设计方法发展很快，目前常见或较易见到的有：计算机辅助设计（CAD：computer-aided design）、优化设计（OD：optimization design )、可靠性设计（RD：reliability design）、摩擦学设计（TD：tribology design）、设计方法学设计（DMD：design-methodology design）、并行设计（CD：conc