同济大学机械设计教案第一与二章.docVIP

同济大学 机械设计第一篇总论本篇概括阐述与机械设计中的共性问题。包括：绪论、机械及机械零件设计概述、零件的强度计算、摩擦学等。第一章 绪论第1节 机器的作用减轻体力劳动、改善劳动条件、提高劳动生产率、改进产品质量。第2节 机器的组成一 从构成看js1. 机械:机器和机构的总称。2. 机构：如右图由构件组成，且构件之间具有确定的运动。如右图弹簧垫片被联接件螺母弹簧垫片垫片3. 构件：由零件组成，它是运动的单元体。例：如右图 4. 零件：加工的单元体。（1） 通用零件：在各类机器中都经常用到的零件。例： 螺纹联接、键联接、联轴器等。（2） 专用零件：在特定类型的机器上用到的零件。例：曲轴、叶片等。5. 部件：一组协同工作、独立制造或装配的零件所组成的组合体。例：减速器、联轴器等。原动部分传动部分执行部分辅助部分二 从功能看第3节 课程内容在简要介绍整部机器设计的基本知识基础上，重点讨论一般尺寸和参数的通用零件（巨型、微型、高温、高压、低温等工作条件下的零件除外）。一 总论机器及零件的设计基本准则、设计计算理论、选材、结构要求及摩擦、磨损及润滑。二 联接主要学习：螺纹、键、花键、销联结等。三 机械传动例：带、链、齿轮、蜗杆传动、螺旋传动等。四 轴系例：轴、轴承、联轴器、离合器。五 其它零、部件 例：弹簧、机座与机箱、减速器第4节 课程性质、任务及目的一 性质1 一门以通用零件的设计为核心的设计性课程。2 培养具有一定机械设计能力的一门技术基础课。二 本课程任务及目的1. 掌握通用零件的设计方法。2. 具有设计简单机械的能力（运用标准、规范、手册、图册、查资料）。3. 对机械的动手能力。三 要求 1. 先修课：理论力学、材料力学、金属材料及热处理、机械制图、机制工艺、公差与配合、机械原理等。2. 课程特点：3. 作业、答疑、纪律第二章 机械设计概论第1节 对机器的主要要求一 使用功能要求： 例：对减速器的传动比、功率、转速等的要求； 对牛头刨床行程、速度变化系数等二 经济性要求：设计+制造+使用+维护保养设计上：a) 采用先进的设计手段（例：CAD）b) 采用三化零部件（系列化、通用化、标准化）制造上：a) 采用新工艺、新结构、新材料、新技术b) 力求改善零件的结构工艺性-减少用料、易加工、装配使用保养：a)合理提高自动化水平和生产率。b)降低能耗c)适当延长机器寿命（润滑系统、表面保护）三 劳动保护要求1操作者方便与安全。例：手柄：数量+高低+转向+驱动力链条传动防护罩。 2环境保护。例：噪声（7080dB）、色彩协调、密封等。四 其它方面例：可靠性、重量（飞机）、精度（机床）、运输方便（大型机器），安装与拆卸（流动使用机器：起重机）。第2节 机器设计程序一 计划阶段提出任务 -分析对机器的要求（性能、成本、体积等）-拟出开发计划任务书。原动部分传动部分执行部分辅助部分控制系统，润滑系统，照明系统，显示系统N1N2N3N4二 总体方案设计阶段 任务拟订出运动简图：设各部分方案数为N1、N2、N3、N4。则设计机器的总方案数为N=N1*N2*N3*N4三 技术设计阶段运动简图-装配图、部件图、零件图、设计说明书。四 试制阶段决定设计方案是否可行或最佳。五 投产销售阶段第3节 机械零件的失效形式失效：丧失正常的工作能力 失效破坏一 整体断裂零件在拉压弯扭作用下，应力超过强度极限而发生的断裂或疲劳断裂。例：螺栓断裂.、轮轮齿根断裂齿根断裂F二 零件表面失效例：腐蚀、磨损、疲劳点蚀等。三 过大的残余变形例: 机床主轴变形过大，机车精度降低。四 破坏正常的工作条件引起的失效例：滑动轴承、带传动等 第4节 设计零件时应满足的要求一 避免在预定寿命内失效1. 强度要求QqAA（对于塑性材料的残余变形、静、疲劳断裂，脆性材料的断裂）不仅会出现在正常工作阶段，也可能出现在安装、运输阶段。提高强度措施：a. 降低集中载荷、合理截面形状b. 减小应力集中。d. 适当热处理。例如：调质、高频淬火等。2. 刚度提高刚度措施：a: 合理截面形状QQLb: 合理支承c: 加强筋二 工艺性在既定的生产条件下，能够方便而经济地加工出来，并便于装配。这样的零件工艺性就好。改善工艺性措施：a: 制造方法与生产条件、批量大小等适应。例：齿轮直径d600mm时，由于锻压设备难于锻压，可用锻造方法；单件或小批量应用锻造不宜用铸造。AAb: 造型要简单孔加工不方便加工方便c: 加工、安装方便安装不便安装方便三 经济性措施：1) 降低零件本身成本。例：a.选材 b.加工量和利用率。2) 采用标准零部件。例：标准螺纹、标准齿轮模数、标准密封件等3) 采用局部品质。例：蜗轮材料选择四 质量要求减轻质量措施：1) 加缓冲器。例：汽车板簧、摩托缓冲器等2) 加安全装置。例：安全销、安全离合器等3) 降低应力集中4) 采用强重比高的材料。例：铝合金代替黑色金属第5节 机械零件的设计准则FF轴向拉伸ss 一.强度准则ss,ttyFq二.刚度准则刚度条件：yy qqy fp fyw三 命准则LhLh四 动稳定性准则例：单质量-弹簧系统振幅与频率关系 f=w/2pfp=(k/m)1/2/2pf1.15fp稳定性条件现代设计方法优化设计CAD可靠性设计常规设计方法理论设计经验设计模型设计方法第6节 机械零件的设计方法FF一理论设计以受拉杆为例：强度准则：sslim / ss 1) 设计计算：已知F，设计截面积A.因：s=F/A故：AssF/slim2) 校核计算：已知F，A，校核强度a) 按应力校核：s=F/As?b) 按安全系数校核：ss=slim/sss?二经验设计，例：齿轮结构设计三模型设计第7节 机械零件的设计步骤（理论设计）1) 根据零件使用要求，选择零件类型。例：选择直齿轮或斜齿轮，带传动或链传动2) 计算作用在零件上的载荷。包括大小和方向3) 选择材料。由工况确定4) 根据失效形式，确定设计准则，计算零件的主要尺寸。5) 结构设计。确定非主要尺寸6) 校核计算。如果不满足条件返回3)7) 画零件工作图并写说明书。第8节 机械零件材料的选用原则一 选材原则1.应力的大小、性质。例：静应力可用塑性、或脆性材料冲击应力选塑性好的材料2.零件的工作环境。例：从耐磨性考虑：应选用硬度高的材料或进行表面处理，合理选择配偶材料。从耐腐性考虑：选铜合金或不锈钢。3.尺寸和质量。例：要求尺寸小，选slim高材料。要求质量轻，选slim/r高材料。4.零件的复杂程度和材料的加工可能性例：热处理性，焊接性。5.经济性1)材料价格低。2)加工费用低。3)利用率高。4)采用局部品质。.10JXSJ7.供应状况.减少机器上使用的材料品种和规格优点：1.易购 2.品种少，便于保管二 常用材料1.黑色金属：碳钢及其合金。例：灰铸铁、普通碳钢、优质碳钢、合金结构钢。常用机械性能1） sB，ss，sr2） 度：HB、HRC、HV。影响零件的磨损、疲劳点蚀。2 有色金属：（价高）铜合金-耐腐、耐磨、导电热性能好（可做轴瓦，蜗轮）铝合金-强重比高、导电热性能好轴承合金（巴氏合金）-轴瓦内衬3 非金属材料：塑料、橡胶、尼龙 做皮带、密封圈第9节 机械零件设计中的标准化一 标准化的意义1. 提高质量、降低成本2. 缩短设计周期3. 便于维修二 标准化分类：1.国家标准（GB）