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 ComposingofaMachine 机器组成 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 齿轮机构 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 构件 机器是由机构组成的 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 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 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fp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 fp 0 87f或fp 1 18f fp 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 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 c 对称循环变应力 d 脉动循环变应力 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 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 变应力作用下 疲劳