自动化部机械设计相关基础理论课一.ppt

自动化部机械设计相关基础理论一 机械零件的失效形式与设计准则 机械设计流程 公差与配合 形位公差 目录 机械装配基本概念 1 2 3 4 5 切削机械加工 6 机械设计流程 1 绪论 机器的构成机器 具有确定相对运动的构件组合体 能做有用的功或实现能量转换 原动机 系统动力源 将其他形式的能量转化为机械能工作机 直接完成工艺动作传动装置 实现原动机与工作机之间的运动与动力传递 一 机械应满足的要求1 满足使用要求 生产率力高 2 安全可靠 有足够的使用寿命 3 制造 运行费用低 4 操作维护方便5 其它要求 运输方便 造型美观二 机械设计的一般程序 三 机械零件的设计步骤1 建立计算模型 拟定零件的计算简图2 确定作用在零件上的载荷 3 选择材料 4 根据零件可能的失效形式 选用相应的设计准则 确定零件的形状和主要尺寸 5 根据加工工艺的要求 标准规范等 圆整设计尺寸 6 根据加工和装配要求确定零件的其他尺寸 7 绘制零件工作图 编写设计说明书 机械零件的失效形式与设计准则 一 失效的概念机械零件在规定的使用条件下 规定寿命期限内 不能完成规定功能 失效 二 常见失效形式1 整体断裂 过载断裂 疲劳断裂塑性变形 2 表面破坏 点蚀 剥落 胶合 磨损 擦伤 3 过大变形 过大弹变 刚度不足塑性变形 强度不足4 强烈的振动 5 功能失效 机械零件的失效形式与设计准则 1 强度准则 衡量机械零件工作能力的基本准则 强度 零件抵抗整体断裂 表面接触疲劳及塑性变形的能力 零件的工作应力 材料的许用应力 材料的极限应力 安全系数 例 轴强度不足断裂等2刚度准则刚度 零件抵抗弹性变形的能力 零件工作时的挠度 挠角 转角 零件工作时的挠度 挠角 转角的许用值 例 机床主轴刚度不足 零件加工精度低注 改变材料对提高刚度无效 改变零件截面 减少跨度是提高刚度的有效措施 3 寿命准则设计寿命L L 要求寿命4 耐磨性准则耐磨性 零件抵抗磨损失效的能力 磨损导致零件尺寸和形状的变化 过度磨损导致精度 强度 5 振动稳定性准则 限定回转零件的工作频率偏离系统固有频率 避免共振 公差于配合 一 尺寸公差的表现形式 公差于配合 二 尺寸公差的标注形式 分类与符号 形位公差 形状公差 单一要素 无基准 形状或位置公差 单一或并联要素 有或无基准 位置公差 并联要素 有基准 平面度 直线度 圆度 圆柱度 线轮廓度 面轮廓度 定向 垂直度 角度 平行度 跳动 圆跳动 全跳动 定位 位置度 同心度 对称度 定义与标注 平面度 Flatness 定义 实际被测要素对理想平面的允许变动 公差带 距离为平面度公差值t的两平行平面之间的区域 Meaning 定义与标注 圆度 Circularity Roundness 定义 实际被测要素对理想圆的允许变动 公差带 在同一正截面上 半径差为圆度公差值的同心圆之间的区域 Meaning 定义与标注 圆柱度 Cylindricity 定义 实际被测要素对理想圆柱的允许变动 公差带 半径差为圆柱度公差值的两同轴圆柱面之间的区域 Meaning 定义与标注 轮廓度公差当轮廓度公差未标明基准时 其公差带是浮动的 属于形状公差 当轮廓度公差标明基准时 其公差带是固定的 属于位置公差 定义与标注 线轮廓度 Profileofaline 定义 无基准 实际被测要素对理想轮廓线的允许变动 公差带 无基准 距离为线轮廓度公差值 对理想轮廓线对称分布的两等距曲线之间的区域 定义 有基准 实际被测要素对具有确定位置的理想轮廓线的允许变动 公差带 有基准 距离为线轮廓度公差值 对具有确定位置的理想轮廓线对称分布的两等距曲线之间的区域 Meaning 定义与标注 面轮廓度 Profileofasurface 定义 无基准 实际被测要素对理想轮廓面的允许变动 公差带 无基准 距离为线轮廓度公差值 对理想轮廓面对称分布的两等距曲面之间的区域 定义 有基准 实际被测要素对具有确定位置的理想轮廓面的允许变动 公差带 有基准 距离为线轮廓度公差值 对具有确定位置的理想轮廓面对称分布的两等距曲面之间的区域 Meaning 定义与标注 定向公差定向公差 是关联实际要素对具有确定方向的理想被测要素的允许变动 理想被测要素的方向由基准及理论正确尺寸 角度 确定 当理论正确角度为0时 称为平行度公差 当理论正确角度为90时 称为垂直度公差 当理论正确角度为其它任意角度时 称为倾斜度 角度 公差 定义与标注 平行度 Parallelism 公差带 当以平面为基准时 如图 公差带是距离为平行度公差值 平行于基准平面的两平行平面之间的区域 Meaning 定义与标注 垂直度 Perpendicularity 公差带 当以平面为基准时 若被测要素为平面 如下图 则其垂直度公差带是距离为垂直度公差值 垂直于基准平面的两平行平面之间的区域 Meaning 定义与标注 角度 倾斜度 Angularity 公差带 任意方向上线对面的倾斜度公差带 如下图 是直径为倾斜度公差值 与基准平面成理论正确方向的圆柱面内的区域 Meaning 定义与标注 跳动公差跳动公差是基于特定的测量方法规定的具有综合性质的形位公差项目 分为圆跳动和全跳动两种 定义与标注 圆跳动 CircularRunout 圆跳动公差是关联实际被测要素对理想圆的允许变动 理想圆的圆心在基准轴在线 根据允许变动的方向 圆跳动可以分为径向圆跳动 轴向 端面 圆跳动和斜向圆跳动三种 Meaning 定义与标注 定位公差定位公差是关联实际被测要素对具有确定位置的理想被测要素的允许变动 理想被测要素的位置由基准及理论正确尺寸确定 当理论正确尺寸为零 且基准要素和被测要素均为轴线时 称为同轴度公差 若基准要素和被测要素的轴线足够短 或均为中心点时 称为同心度公差 当理论正确尺寸为零 基准要素或被测要素为其它中心要素时 称为对称度公差 在其它情况下 均统称为位置度公差 定义与标注 同心 轴 度 Concentricity 同轴度公差带是直径为同轴度公差值 轴线与基准轴线重合的圆柱面内的区域 Meaning 定义与标注 对称度 Symmetry 对称度公差带是距离为对称度公差值 中心平面 中心线 轴线 与基准中心要素 中心平面 中心线或轴线 重合的两平行平面 或两平行直线 之间的区域 Meaning 定义与标注 位置度 Position 根据被测要素的不同 位置度公差可以分为点的位置度公差 线的位置度公差和面的位置度公差 如图 各孔的中心线必须位于直径为位置度公差0 25 轴线位于由基准A B C和理论正确尺寸所确定的理想位置上的圆柱面公差带内 計算公式 常见符号及标注 常见公差标注 机器装配 机械装配基本概念 机械装配是按规定的精度和技术要求 将构成机器的零件结合成组件 部件和产品的过程 装配是机器制造中的后期工作 是决定产品质量的关键环节 机器装配基本作业 机器装配精度 装配工作的基本内容 清洗 联接 校正 调整与配作 平衡 验收试验 装配工作的基本内容 机器装配精度分析 影响装配精度的因素零件的加工精度 与多个零件精度有关 图5 1 装配方法与装配技术零件间的接触质量力 热 内应力引起的零件变形旋转零件的不平衡 切削机械加工 钳工 通过工人手持工具进行切削加工 机械加工 采用不同的机床 如车床 铣床 刨床 磨床 钻床等 对工件进行切削加工 加工精度 加工精度 指零件经切削加工后 其尺寸 形状 位置等参数同理论参数的相符合的程度 偏差越小 加工精度越高 它包括 a 尺寸精度 零件尺寸参数的准确程度 b 形状精度 零件形状与理想形状接近程度 c 位置精度 零件上实际要素 点 线 面 相对于基准之间位置的准确度 2020 3 20 2020 3 20 2 1加工精度 国家标准规定 常用的精度等级分为20级 分别用IT01 IT0 IT1 IT2 IT18表示 数字越大 精度越低 其中IT5 IT13常用 高精度 IT5 IT6通常由磨削加工获得 中等精度 IT7 IT10通常由精车 铣 刨获得 低精度 IT11 IT13通常由粗车 铣 刨 钻等加工方法获得 零件精度等级及其相应的加工方法 2 2表面粗糙度 表面粗糙度 零件微观表面高低不平的程度 产生的原因 1 切削时刀具与工件相对运动产生的磨擦 2 机床 刀具和工件在加工时的振动 3 切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹 4 加工时零件表面发生塑性变形 2 2表面粗糙度 表面粗糙度对零件质量的影响 零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大 主要有以下几个方面 1 零件表面粗糙 将使接触面积减小 单位面积压力加大 接触变形加大 磨擦阻力增大 磨损加快 2 表面粗糙度影响配合性质 对于间隙配合 表面粗糙易磨损 造成间隙迅速加大 对于过盈配合 在装配时 可使微小凸峰挤平 有效过盈量减少 使配合