第一章绪论第二章机械设计总论

1、北华大学机械工程学院北华大学机械工程学院 。第一章第一章 绪论绪论原动机传动部分执行部分控制系统辅助系统（如仪表、照明）轿车组成：第一章第一章 绪论绪论任何机器都是由许多零件组合而成的。第一章第一章 绪论绪论部件：为完成同一使命而协同工作的许多零件的组合。零件：组成机器的不可拆的基本单元（即制造的基本单元） 。如：滚动轴承、联轴器。第一章第一章 绪论绪论用途专用零部件 ：只在一定类型机器中使用的零件，如曲轴。通用零部件：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。标准件：制定了国家标准，并由专门工厂生产的零部件。如：滚动轴承、螺栓等。第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论关于本课程关于本课

2、程研究对象研究对象通用零件。研究内容研究内容机械装置的实体设计，涉及零件材料的选择、受力及强度的分析计算和结构设计等内容，同时要考虑零件的工艺性、标准化、经济性、环境保护等要求。课程性质课程性质机械类专业的设计性主干技术基础课。课程任务课程任务1、掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，突出创新意识和创新能力的培养，具有设计机械传动装置和简单机械的能力；2、树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策；3、具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力和应用计算机辅助设计的能力；4、掌握典型机械零件的实验方法，获得基本实验技能的训练；5、对机械设计的新发展有所了解。第一

3、章第一章 绪论绪论课程特点课程特点涉及面广、实践性强、无重点又都是重点、设计问题无统一答案。学习方法学习方法本课程研究对象和性质上的特点，决定了内容本身的繁杂性，主要体现在“关系多、门类多、要求多、公式多、图形多、表格多”。学习时，应注意找出各零件的共性，明确相应的设计规律，使“六多”为我所用，应把主要的精力放在零件的选材、工况和失效形式分析、设计准则的确定、受力及强度计算和结构设计上来，而对公式的推导、曲线的来历、经验数据的取得等只作一般的了解。第一章第一章 绪论绪论课堂讲授内容课堂讲授内容第一篇第一篇 总论总论第五章第五章 螺纹连接和螺螺纹连接和螺旋传动旋传动第六章第六章 键、花键、无键、

4、花键、无键连接和销连接键连接和销连接第八章第八章 带传动带传动第九章第九章 链传动链传动第十章第十章 齿轮传动齿轮传动第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动第十二章第十二章 滑动轴承滑动轴承第十三章第十三章 滚动轴承滚动轴承第十四章第十四章 联轴器和离合器联轴器和离合器第十五章第十五章 轴轴2-2 2-2 设计机器的一般程序设计机器的一般程序阶段阶段步骤步骤阶段成果阶段成果初期规划设计阶段选题调研与预测可行性论证确定设计任务调研报告；产品开发可行性论证报告；设计任务书。总体方案设计阶段目标分析创新构思方案拟定方案评价方案决策总体方案示意图；机械系统方案运动简图；运动循环图；方案设计计算说明书。结构

5、技术设计阶段结构方案拟定造型设计结构设计材料选择与尺寸设计设计图绘制全套设计图纸；设计计算说明书。生产施工设计阶段工艺设计工装设计施工设计工艺流程卡片；工装设计图；基础安装图；技术文件；使用说明书；备件明细表。一、使用功能要求：一、使用功能要求：要满足预期的使用要求，即实现预定功能，满足运动和动力性能等二、二、 经济性要求：经济性要求：1）设计制造经济性设计方案最优，工艺合理，成本低2）使用经济性高生产率、高效率、低消耗、低维护和管理费用三、劳动保护和环境保护要求：三、劳动保护和环境保护要求： 1）机器的操作要方便、安全 2）操作者及机器的环境要得到改善四、寿命和可靠性要求：四、寿命和可靠性要

6、求：在规定的寿命期内始终能够安全可靠地工作五、其它专用要求：五、其它专用要求：体积小，重量轻，外形美观，色彩与机器功能相适应，易于标准化、系列化和通用化2-3 2-3 对机器的主要要求对机器的主要要求主要失效形式主要失效形式4.4.破坏正常工作条件引起的失效破坏正常工作条件引起的失效：打滑、共振、胶合打滑、共振、胶合1.1.整体断裂整体断裂2.2.过大的残余变形过大的残余变形3.3.零件表面的破坏零件表面的破坏：接触疲劳、磨损、腐蚀接触疲劳、磨损、腐蚀 2-4 2-4 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式零件在规定的使用期限内丧失工作能力或达不到设计零件在规定的使用期限内丧失工作能力或

7、达不到设计要求的性能。要求的性能。 失效失效注意：注意： 1、失效并不单纯指零件的破坏，如带传动打滑、螺纹连接松动、轴弹性变形过大、滚动轴承产生初始疲劳点蚀等，虽然零件没有破坏，但也属于失效。 2、同一种机械零件可能的失效形式往往有数种。 2-4 2-4 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式齿轮轮齿断裂轴承内圈断裂齿轮齿面塑形变形轴瓦磨损轴承内圈接触疲劳失效举例失效举例一、避免在预定寿命期限内失效的要求：一、避免在预定寿命期限内失效的要求：1.1.强度：强度：机械零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效（腐蚀机械零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效（腐蚀 除外）的能力除外）

8、的能力 。体积强度不足：体积强度不足：塑性变形、脆断、疲劳断裂塑性变形、脆断、疲劳断裂表面强度不足：表面强度不足：面面 接接 触触 压溃、磨损压溃、磨损 点、线接触点、线接触 疲劳点蚀疲劳点蚀 、磨损、磨损2.2.刚度：刚度：机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。 弹性变形不能弹性变形不能超过许用值。超过许用值。二、经济性要求：二、经济性要求：要降低零件的生产成本。要降低零件的生产成本。 2-5 2-5 设计零件时应满足的基本要求设计零件时应满足的基本要求3.3.寿命：寿命：影响寿命的主要因素有疲劳、磨损、腐蚀影响寿命的主要因素有疲劳、磨损、腐蚀三、质

9、量小的要求：三、质量小的要求：要尽量减轻机械零件的质量，因为这样可以减少要尽量减轻机械零件的质量，因为这样可以减少材料的消耗，降低运动零件的惯性以改善机器的动力性能。材料的消耗，降低运动零件的惯性以改善机器的动力性能。五、结构工艺性的要求：五、结构工艺性的要求：机械零件具有良好的结构工艺性，就是要机械零件具有良好的结构工艺性，就是要求所设计的零件结构合理、外形简单，在既定的生产条件下易于加工求所设计的零件结构合理、外形简单，在既定的生产条件下易于加工和装配。和装配。 四、可靠性要求：四、可靠性要求：机器的可靠性取决于机械零件的可靠性。为提高零机器的可靠性取决于机械零件的可靠性。为提高零件的可靠

10、性，设计零件时，尽量使零件的性能满足工作环境条件的要件的可靠性，设计零件时，尽量使零件的性能满足工作环境条件的要求，并在使用时加强维护，对工作条件进行检测。求，并在使用时加强维护，对工作条件进行检测。 2-5 2-5 设计零件时应满足的基本要求设计零件时应满足的基本要求1.1.机加工零件的工艺性机加工零件的工艺性1 1）要能加工）要能加工 加工不出来一切免谈。加工不出来一切免谈。2 2）便于加工）便于加工 减小辅助时间（减少装夹和换刀时间）。减小辅助时间（减少装夹和换刀时间）。1.1.机加工零件的工艺性机加工零件的工艺性3 3）保证精度）保证精度 减少变形减少变形( (车工怕长杠、刨工车工怕长

11、杠、刨工怕大板怕大板) )，减少装夹。，减少装夹。4 4）提高刀具寿命）提高刀具寿命 避免在曲面或斜面钻孔、避免在曲面或斜面钻孔、深孔和盲孔。深孔和盲孔。2-5 2-5 设计零件时应满足的基本要求设计零件时应满足的基本要求2.2.装配零件的工艺性装配零件的工艺性1）能装能拆）能装能拆2 2）提高效率）提高效率 避免过定位和辅助加工。避免过定位和辅助加工。尽可能使受热变型一致：要求避尽可能使受热变型一致：要求避免尖角、壁厚均匀、形状对称，免尖角、壁厚均匀、形状对称，少用细长杆、大薄板。少用细长杆、大薄板。3.3.热处理零件的工艺性热处理零件的工艺性2.2.装配零件的工艺性装配零件的工艺性3 3）

12、保证装配质量）保证装配质量 合理的定位结构。合理的定位结构。2-5 2-5 设计零件时应满足的基本要求设计零件时应满足的基本要求2-6 2-6 机械零件的设计准则机械零件的设计准则在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是所谓的机械零件设计准则。足的条件，这样的条件就是所谓的机械零件设计准则。设计准则设计准则它是设计机械零件的理论依据。主要设计准则有强度、刚它是设计机械零件的理论依据。主要设计准则有强度、刚

13、度、寿命、振动稳定性、耐热性和可靠性准则等。度、寿命、振动稳定性、耐热性和可靠性准则等。2-6 2-6 机械零件的设计准则机械零件的设计准则必须采用先进的设计方法和手段！必须采用先进的设计方法和手段！激烈的竞争传统的手段手工绘图常规的计算 方法简单的计算 工具碰撞CAD2-7 2-7 机械零件的设计方法机械零件的设计方法1 1、理论设计（半经验设计）、理论设计（半经验设计）a）设计计算：直接求出危险截面尺寸A。 FA2-7 2-7 机械零件的设计方法机械零件的设计方法1 1）设计计算）设计计算先分析零件的可能失效形式，根据该失效形先分析零件的可能失效形式，根据该失效形式的计算准则通过计算确定零

14、件的结构尺寸。式的计算准则通过计算确定零件的结构尺寸。2 2）校核计算）校核计算先根据经验确定零件的结构尺寸，然后再验先根据经验确定零件的结构尺寸，然后再验算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。 b）校核计算：其他方法初步设计 验算。 ?FA 传统设计方法传统设计方法2 2、经验设计、经验设计根据经验关系式或设计者的经验，用类比的方法所进行的设计。如：箱体、传动零件个各结构要素等2-7 2-7 机械零件的设计方法机械零件的设计方法3 3、模型实验设计、模型实验设计把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺寸样机进行实验。如：

15、飞机、桥梁的风洞实验。2-7 2-7 机械零件的设计方法机械零件的设计方法二十世纪六十年代以来，机械产品设计领域相继出现了一系二十世纪六十年代以来，机械产品设计领域相继出现了一系列新兴的理论与方法。为区别于过去的传统的方法，把这些列新兴的理论与方法。为区别于过去的传统的方法，把这些称为现代设计方法。称为现代设计方法。设计方法学优化设计可靠性设计计算机辅助设计有限元法工业设计专家系统价值工程相似性设计动态设计人工智能模块化设计摩擦学设计反求工程主要现代设计理论与方法 现代设计方法现代设计方法2-7 2-7 机械零件的设计方法机械零件的设计方法6 6、绘制零件工作图。工作图必须符合国家制图标准，尺

16、寸齐全、绘制零件工作图。工作图必须符合国家制图标准，尺寸齐全并标注必要的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度及技术条件等。并标注必要的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度及技术条件等。2-8 2-8 机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤1 1、根据总体设计的要求，选择零件的类型；、根据总体设计的要求，选择零件的类型；2 2、根据机器的工作情况，确定作用在零件上的载荷，进行受、根据机器的工作情况，确定作用在零件上的载荷，进行受力分析；力分析；3 3、根据零件的工作条件及受力情况，选择材料及热处理方式，、根据零件的工作条件及受力情况，选择材料及热处理方式，并确定其许用应力；并确定其许用应力；4 4、根

17、据失效分析，确定零件的设计计算准则，应用理论设计、根据失效分析，确定零件的设计计算准则，应用理论设计方法或经验设计方法进行设计计算；方法或经验设计方法进行设计计算；5 5、根据计算结果，同时考虑零件的加工和装配工艺等要求，、根据计算结果，同时考虑零件的加工和装配工艺等要求，对零件进行结构设计；对零件进行结构设计；一、常用材料一、常用材料1. 1. 铸铁铸铁 性脆、不能碾压或锻造；易熔、液态流动性好；减震性、耐性脆、不能碾压或锻造；易熔、液态流动性好；减震性、耐磨性好；有的易切削，有的强度高，广泛用作机架等复杂零件。分为磨性好；有的易切削，有的强度高，广泛用作机架等复杂零件。分为灰铁、球铁、蠕铁

18、、可锻铸铁、合金铸铁等。灰铁、球铁、蠕铁、可锻铸铁、合金铸铁等。2. 2. 钢钢 有较好的机械、热处理和切削性能；分为碳钢和合金钢，含碳有较好的机械、热处理和切削性能；分为碳钢和合金钢，含碳量有高、中、低之分；一般含碳量量有高、中、低之分；一般含碳量强度、硬度强度、硬度塑性、韧性塑性、韧性，可，可通过热处理改善性能；常用中碳钢、通过热处理改善性能；常用中碳钢、 中碳合金钢。中碳合金钢。3. 3. 铸钢铸钢 强度、切削性优于铸铁，易熔性、流动性较铸铁差，强度、切削性优于铸铁，易熔性、流动性较铸铁差， 适合作大尺寸零件。适合作大尺寸零件。4. 4. 有色金属有色金属 铝合金强密比高，宜作高速、轻质

19、零件，多用铸铝；铝合金强密比高，宜作高速、轻质零件，多用铸铝；铜合金导热、导电性好，减摩、耐磨、抗胶合性能好，宜作电器接插铜合金导热、导电性好，减摩、耐磨、抗胶合性能好，宜作电器接插件、轴瓦、蜗轮等；轴承合金专门用来做轴承。件、轴瓦、蜗轮等；轴承合金专门用来做轴承。5. 5. 非金属非金属 橡胶宜做密封件、缓冲减震件、传动带等；塑料一橡胶宜做密封件、缓冲减震件、传动带等；塑料一 般用作减摩材料或复杂轻载件。般用作减摩材料或复杂轻载件。2-9 2-9 机械零件的材料及其选用机械零件的材料及其选用二、常用热处理方法二、常用热处理方法1.1.淬火淬火 加热至临界温度，保温，急冷。提高硬度、耐磨性。加

20、热至临界温度，保温，急冷。提高硬度、耐磨性。 以表面淬火常用。以表面淬火常用。2.2.渗碳淬火渗碳淬火 渗碳然后淬火。使零件外硬内韧，耐磨、耐冲渗碳然后淬火。使零件外硬内韧，耐磨、耐冲 击。击。3.3.碳氮共渗碳氮共渗 亦称氰化，目的同上。现在应用不多。亦称氰化，目的同上。现在应用不多。4.4.渗氮渗氮 热处理温度低，表面硬度大于渗碳淬火，适于硬化热处理温度低，表面硬度大于渗碳淬火，适于硬化 后不磨削的零件，不耐冲击。后不磨削的零件，不耐冲击。5.5.调质调质 淬火后高温回火；综合机械性能较好，也便于切淬火后高温回火；综合机械性能较好，也便于切 削。最常用的热处理方法之一。削。最常用的热处理方

21、法之一。6.6.正火（常化）正火（常化） 调整硬度、细化晶粒、便于切削。不重要调整硬度、细化晶粒、便于切削。不重要 的零件可作为最终热处理。的零件可作为最终热处理。7.7.退火退火 降低硬度、均匀组织、消除内应力。对铸、锻、焊降低硬度、均匀组织、消除内应力。对铸、锻、焊 零件是常用的消除内应力的方法。零件是常用的消除内应力的方法。2-9 2-9 机械零件的材料及其选用机械零件的材料及其选用1 .1 . 使 用 要 求使 用 要 求2.2.工艺要求工艺要求3.3.经济性经济性 有强度和重量要求，选强密比高的；有刚度要求，选弹性模量大有强度和重量要求，选强密比高的；有刚度要求，选弹性模量大的（对碳

22、钢，这种情况下宁肯用较低强度的材料）；有接触强度和耐的（对碳钢，这种情况下宁肯用较低强度的材料）；有接触强度和耐磨要求，选表面可强化处理的。磨要求，选表面可强化处理的。 毛坯要与生产规模相适应，大批量宜用铸造、模锻，小批量宜用毛坯要与生产规模相适应，大批量宜用铸造、模锻，小批量宜用焊接、自由锻。相应的：铸件要求液态流动性好、缩孔和偏析倾向小；焊接、自由锻。相应的：铸件要求液态流动性好、缩孔和偏析倾向小；焊件要求可焊性好、不易开裂；锻件要求延展性好、热脆性小；切削焊件要求可焊性好、不易开裂；锻件要求延展性好、热脆性小；切削加工件要便于切削、表面要光整；热处理件要求可淬性、淬透性好，加工件要便于切削、表面要光整；热处理件要求可淬性、淬透性好，变形倾向小。变形倾向小。 相对价格要低、材料利用率要高、加工费用要少，最终要与生产相对价格要低、材料利用率要高、加工费用要少，最终要与生产规模相适应。规模相适应。2-9 2-9 机械零件的材料及其选用机械零件的材料及其选用三、材料选用原则三、材料选用原则机械零件设计中的标准化12-10 2-10 机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化 标准化的益处：标准化的