机械设计课件-第1-2章总论德州科技职业学院

机械设计（DesignofMachinery）,濮良贵编，机械设计第八版，高等教育出版社，2006.5秦彦斌、陆品主编，机械设计导教.导学.导考，西北工业大学出版社，2005.4,教科书,参考书,学时：64（其中理论56，实验8）考核方式：平时20%+期末80%另：课程设计（学分）三周,“机械设计”？,由动力驱动的能实现一定功能的装置。如：自行车、电动自行车,非人力驱动的能实现某种功能的可动装置。,机器(machine)？,设计(design)？,是把一种计划、规划、设想通过视觉的形式传达出来的活动过程。,在加工制作可动装置之前所有的构想，用图纸及文档的形式表示出来的过程。,机械(machinery)？,共性知识（24章）：零件设计的基本原则、设计计算理论、材料选择、摩擦磨损及润滑等方面的知识。个性知识（1章）：三大类零件,机械设计是以通用零件的设计为主的设计性技术基础课。论述通用零件设计的理论和方法，培养机械设计的能力。,机械设计：是一门专业基础课，是前期所学基础课的综合体。是我们学习其他专业课的基础。,主线：失效形式受力分析强度计算结构设计。,认识机器（machine）,第二章机械设计总论,带式运输机,2-1、机器的组成,原动机,传动系统,执行系统,从功能上：,机器是由机构或构件组成的。,机械原理,机械设计,构件（member）零件的刚性组合体，是运动的最小单元。机构（mechanism）是构件的人为组合各构件间具有确定的相对运动。运动副（kinematicpair）两构件直接接触的一种可动联接。,机器是由机械零件组合而成的。,从组织结构上：,在各种机器中功用相同的零件：,通用零件（machineelementforgeneralapplication）,零件（component，element）组成构件的各个元素，是制造的最小单元。,联接,传动,支承,齿轮,轴承,螺栓,犁,专用零件（machineelementforspecialapplication）,曲轴,螺旋桨的叶片,只有在特定的机器中才能用的零件,能完成一定的功,能实现能量转换,零件,构件,机构,机器,通称机械,1、计划阶段明确机器的功能、约束条件；写出设计任务书。,2-2、设计机器的一般程序,2、方案设计阶段机器的功能分析必须达到的要求；希望达到的要求。,机器的功能经济性估计制造的要求使用的要求完成期限,分析的结果：确定出功能参数,提出解决的办法执行机构,有N3种执行机构方案；原动机,不同工作原理就有不同的机器；同一工作原理有不同的结构,有N2种原动机方案；传动系统,高速还是低速直流还是交流,有N1种传动系统方案。共有NN1N2N3个方案,技术方面和经济方面的综合评价,最佳方案,最后决策确定原理图或机构运动简图.,3、技术设计阶段运动学设计确定原动机的参数（，n)确定各运动件的运动参数(速度，加速度）,动力学设计计算各零件上所受的载荷大小和特性。,零件的工作能力计算根据工作能力准则、失效形式、工作特性等进行零件的强度、刚度、振动稳定性、寿命等计算，并确定基本尺寸。装配图的设计通过装配草图的设计，对所有零件的外形及尺寸进行结构化设计，并注意结构工艺性。主要零件的校核对某些零件进行必要的校核。零件工作图及总装图的设计绘制零件加工图及装配图。,4、技术文件编制阶段编写计算说明书、使用说明书、标准件明细表、工艺文件等。2-3、对机器的主要要求1、使用功能的要求所设计的机器能完成用户提出的所有要求。2、经济性要求在实现使用功能的前提下，用最经济的手段设计和制造出来。设计制造经济性成本低。使用经济性高生产率、高效率、低消耗、低维护费等。,3、劳动保护要求操作者方便和安全；改善操作者及机器的环境（噪声、有毒有害物、废水废气的治理等）。4、可靠性要求保证机器有足够的使用寿命。5、其它要求视不同的机器而定，如运输的可靠性、流动机器的装拆方便性等。,2-4、机械零件的主要失效形式,1、基本概念：,1）失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。,注意：a)失效不等于破坏,机械零件的失效形式很多,b)同一种零件可能的失效形式往往有若干种。,机械零件的主要失效形式整体断裂占总失效的5%疲劳断裂：循环应力作用下，危险剖面的断裂,过载断裂：瞬间大载荷导致的局部断裂,过大残余变形残余变形：应力超过屈服极限所产生的变形,零件的表面破坏占75%疲劳点蚀：接触应力长期作用，产生裂纹直到剥落的现象,磨损：接触表面产生材质丧失或转移的现象,腐蚀：化学或电化学的作用而使表面遭受破坏的现象,摩擦传动的打滑：传动带或摩擦轮在另一个轮上滑过的现象,振动引起的失效共振：干扰频率与固有频率相等时发生的灾难性破坏,热引起的破坏：零件的变形、润滑性能的降低,2）载荷：作用在零件上的外力。,名义载荷：理想平稳条件下载荷（不考虑动载荷）（按理论力学计算出的载荷）,用Fn、Mn、Tn表示计算载荷：考虑动载荷得到的载荷,用Fca、Mca、Tca表示Fca=KFnK载荷系数（工况系数KA）,3）安全系数（许用）安全系数：极限应力与许用应力比值,计算安全系数：极限应力与计算应力之比,引入安全系数的原因：应力计算时的载荷不精确性；力学模型与实际状况的差异；材料机械性能的不均匀性；零件使用场合的重要性。,（一)、强度准则,强度：指机械零件工作时抵抗变形或破坏的能力。,强度条件有两种表示方法：,注：对于切应力，只须将上述各公式中的换成即可。,2-6：机械零件的设计准则,1）静应力下的强度,可能的失效形式是塑性变形或断裂。材料种类不同，所取极限应力也不同。,3）表面接触疲劳强度,对于高副零件，理论上是点、线接触，但实际上在载荷作用下材料发生弹性变形后，理论上的点、线接触变成了很小的面接触，在接触处局部会产生很高的应力，这样的应力称为：,表面接触应力，用表示。其大小用赫兹公式计算。,这时零件强度称为接触强度。,接触循环应力作用下的失效形式是：疲劳点蚀（简称点蚀）。,点蚀的危害：1）破坏零件的光滑表面，引起振动和噪音。2）减小零件的有效工作面积，承载能力下降。,4）表面磨损强度（耐磨性计算）,到目前为止对于磨损失效还没有一个完善的计算方法。通常只进行条件性计算，通过限制影响磨损的主要因素防止产生过大的磨损量。,即压强不超过许用值pp速度不超过许用值压强与速度乘积不超过许用值pp,(二）、刚度准则,刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。,（三）、寿命准则（轴承设计）,另：可靠性准则（自学）,（四）、振动稳定性准则,当作用在零件上的周期性外力的变化频率接近或等于零件的固有频率时，便发生共振，导致零件失效。这种现象称之为“失去振动稳定性”。,振动稳定性准则：使外力变化的频率远离零件的自激振动频率f。即0.85f或1.15f,2-7、机械零件的设计方法(传统设计方法)理论设计据总结出来的设计理论和实验数据进行设计经验设计据经验关系式或通过类比法设计模型实验设计将初步设计做成小模型或样机，利用实验检验特性，并据特性修改设计，逐步完善设计。,2-8、机械零件设计的一般步骤根据零件的使用要求选择零件的类型和结构；根据机器的工作要求，计算作用于零件上的载荷；选择材料；分析失效形式，并确定计算准则，通过计算确定零件的基本尺寸或主要参数；进行结构设计；绘出零件的工作图，标出必要的技术条件，编写说明书。,2-9、机械零件常用材料及选用原则常用材料：（1）金属材料机械制造中，钢铁材料占90%以上特点：力学性能好，价