第2章机械设计总论ppt课件

1、第二章第二章 机械设计总论机械设计总论2-1 设计机器的普通程序设计机器的普通程序2-2 对机器的主要要求对机器的主要要求2-3 机械零件的主要失效方式机械零件的主要失效方式2-4 设计机械零件时应满足的根本要求设计机械零件时应满足的根本要求2-5 机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么2-6 机械零件的设计方法机械零件的设计方法2-7 机械零件设计的普通步骤机械零件设计的普通步骤2-8 机械零件的资料及其选用机械零件的资料及其选用2-10 机械现代设计方法简介机械现代设计方法简介2-9 机械零件设计中的规范化机械零件设计中的规范化2-1 设计机器的普通程序设计机器的普通程序 一部机器的质量

2、根本上决议于设计质量。因此，机器一部机器的质量根本上决议于设计质量。因此，机器的设计阶段是决议机器好坏的关键。的设计阶段是决议机器好坏的关键。机器设计的普经过程：机器设计的普经过程： 方案阶段方案阶段 方案设计阶段方案设计阶段 技术设计阶段技术设计阶段 技术文件编制阶段技术文件编制阶段设计义务书设计义务书机器的功能机器的功能 经济性估计经济性估计 制造要求方面的大致估计制造要求方面的大致估计 根本运用要求根本运用要求 完成设计义务的估计期限完成设计义务的估计期限 二、方案设计阶段二、方案设计阶段 对机器的功能进展综合分析、确定功能参数、提出对机器的功能进展综合分析、确定功能参数、提出能够采用的

3、方案。能够采用的方案。投资、价钱、本钱和利润等经济性方面的估计一、方案阶段一、方案阶段 分析需求、明确功能、制定设计义务书。分析需求、明确功能、制定设计义务书。新产品开发方案书新产品开发方案书2-1 设计机器的普通程序设计机器的普通程序三、技术设计阶段三、技术设计阶段 2-1 设计机器的普通程序设计机器的普通程序 绘制总装配草图、部件装配草图 确定零部件的外形及根本尺寸 绘制零件任务图和总装配图 四、技术文件编制阶段四、技术文件编制阶段 技术文件技术文件-用来阐明产品性能、设计、制造、操用来阐明产品性能、设计、制造、操作运用、维护、或其它一切与产品相关的文档资料。作运用、维护、或其它一切与产品

4、相关的文档资料。 技术文件技术文件 设计计算阐明书设计计算阐明书 运用阐明书运用阐明书 规范件明细表规范件明细表 产品验收条件产品验收条件. 向用户引见机器的性能参数范围、操作运用方法、日常保养及简单地维修方法等。包括方案的选择、技术设计的过程步骤以及结论数据等。2-1 设计机器的普通程序设计机器的普通程序技技术术设设计计方方案案设设计计方方案案提出义务提出义务分析对机器的要求分析对机器的要求确定义务要求确定义务要求机器功能分析机器功能分析提出能够的处理方法提出能够的处理方法组合几种能够的方案组合几种能够的方案决策决策-选定方案选定方案明确构形要求明确构形要求构造化构造化选择资料、确定尺寸选择

5、资料、确定尺寸零件设计零件设计编制技术文件编制技术文件评价评价决策决策确定构造外形与尺寸确定构造外形与尺寸评价评价部件设计部件设计总体设计总体设计机器设计的普通流程机器设计的普通流程不论机器的类型如何，普通来说，对机器都要提出以下的根本要求： 运用功能要求运用功能要求2-2 对机器的主要要求对机器的主要要求 - -在满足预期功能的前提下，要求性能好、在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高、本钱低，外型美观，在预定运用期限内要效率高、本钱低，外型美观，在预定运用期限内要平安可靠，操作方便、维修简单。平安可靠，操作方便、维修简单。 经济性要求经济性要求 劳动维护和环境维护要求劳动维护和环境维护

6、要求 寿命与可靠性要求寿命与可靠性要求 其它公用要求其它公用要求详细要求如下：详细要求如下：-表现为机器的本钱低表现为机器的本钱低-表现为高消费率，高效率，低能耗表现为高消费率，高效率，低能耗 及管理和维护费用较低等及管理和维护费用较低等 设计制造的经济性 运用经济性2-2 对机器的主要要求对机器的主要要求一运用功能要求一运用功能要求二经济性要求二经济性要求-能有效地实现预期的功能能有效地实现预期的功能1 1为机器的操作者提供方便和平安的条件为机器的操作者提供方便和平安的条件2 2改善操作者及机器的环境条件改善操作者及机器的环境条件 操作手柄及按钮等应放置在便于操作的位置 操作方式要符合人们的

7、心思和习惯 设置完善的平安安装、报警安装、显示安装等 应降低机器运转时的噪声程度应降低机器运转时的噪声程度 防止有毒、有害介质的渗漏防止有毒、有害介质的渗漏 对废水、废气和废液进展治理对废水、废气和废液进展治理2-2 对机器的主要要求对机器的主要要求三劳动维护和环境维护要求三劳动维护和环境维护要求 机器的可靠度机器的可靠度-指在规定的运用时间内和预定的指在规定的运用时间内和预定的环境下机器可以正常任务的概率。环境下机器可以正常任务的概率。 机器由于某种缺点而不能完成其预定功能时称为机器由于某种缺点而不能完成其预定功能时称为失效，它是随机发生的。失效，它是随机发生的。2-2 对机器的主要要求对机

8、器的主要要求四寿命与可靠性要求四寿命与可靠性要求五其它公用要求五其它公用要求 对机床有长期坚持精度的要求对机床有长期坚持精度的要求 对食品、纺织机械有不得污染产品的要求对食品、纺织机械有不得污染产品的要求 对大型机器有便于起重、运输的要求等对大型机器有便于起重、运输的要求等机械零件的失效：机械零件的失效： - -零件由于某种缘由不能正常任务时零件由于某种缘由不能正常任务时任务才干：任务才干： - -在不发生失效的条件下，零件所能平安任务的限在不发生失效的条件下，零件所能平安任务的限制。通常是对载荷而言，故习惯上又称：承载才干制。通常是对载荷而言，故习惯上又称：承载才干2-3 机械零件的主要失效

9、方式机械零件的主要失效方式整体断裂整体断裂 过大的剩余变形过大的剩余变形 任务外表的过度磨损或损伤任务外表的过度磨损或损伤破坏正常的任务条件破坏正常的任务条件零件的失效方式零件的失效方式 如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种能够的失效方式，归纳起来最主要的为自学自学机械零件失效的实例：机械零件失效的实例：轮齿塑性变形轮齿塑性变形齿轮轮齿折断齿轮轮齿折断 轴承内圈破裂轴承内圈破裂 轴承外圈塑性变形轴承外圈塑性变形失效缘由失效缘由: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 统计结果显示：统计结果显示： 断裂仅占断裂仅占4.79%; 腐蚀、

10、磨损、疲劳破坏占腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。-主要失效缘由。主要失效缘由。齿面接触疲劳齿面接触疲劳轴瓦磨损轴瓦磨损 防止在预定寿命期内失效的要求 构造工艺性要求 经济性要求 质量小的要求 可靠性要求2-4 设计零件时应满足的根本要求设计零件时应满足的根本要求提高零件强度的措施：提高零件强度的措施： 采用高强度的资料；采用高强度的资料； 使零件具有足够的截面尺寸；使零件具有足够的截面尺寸； 合理设计零件的截面外形，增大惯性矩；合理设计零件的截面外形，增大惯性矩； 采用热处置和化学处置方法提高资料的力学性能；采用热处置和化学处置方法提高资料的力学性能； 提高零件的制造精度，以减少任务时的动

11、载荷；提高零件的制造精度，以减少任务时的动载荷； 合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷。合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷。 1. 强度强度 - 载荷作用下零件抵抗断裂或不允许的剩余变形的才干载荷作用下零件抵抗断裂或不允许的剩余变形的才干一、防止在预定寿命期内失效的要求一、防止在预定寿命期内失效的要求 合理地设计零件的截面外形，增大截面惯性矩合理地设计零件的截面外形，增大截面惯性矩 由资料力学知：由资料力学知：强度条件：强度条件：ZZWMJyMmaxmax maxZZJW当弯矩已定时，当弯矩已定时，故越容易满足强度条件故越容易满足强度条件 max2-4 设计零件时应满足的根本要求设计

12、零件时应满足的根本要求输出输出输出输出输入输入输出输出输出输出输入输入Tmax= T1+T2Tmax = T1当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷，应将输入轮布置在中间。T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理合理不合理不合理 合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷 2-4 设计零件时应满足的根本要求设计零件时应满足的根本要求2. 刚度刚度 -载荷作用下零件抵抗弹性变形的才干载荷作用下零件抵抗弹性变形的才干2-4 设计零件时应满足的根本要求设计零件时应满足的根本要求3. 寿命寿命 影响零件寿命的主要要素有：影响零件寿命的主要要素有： 疲劳破坏疲劳

13、破坏腐蚀腐蚀磨损磨损 机械制造包括毛坯消费、切削加工和装配等消费机械制造包括毛坯消费、切削加工和装配等消费过程。设计时，必需使构造在各个消费过程中都具有过程。设计时，必需使构造在各个消费过程中都具有良好的工艺性。良好的工艺性。二、构造工艺性要求二、构造工艺性要求 零件工艺性良好的标志零件工艺性良好的标志 -在详细的消费条件下，零件便于加工和装配，在详细的消费条件下，零件便于加工和装配， 同时加工费用又很低。同时加工费用又很低。 二、构造工艺性要求二、构造工艺性要求 1、便于制造毛坯、便于制造毛坯 当毛坯制造方法确定后，须充分思索其工艺特点，设计出相当毛坯制造方法确定后，须充分思索其工艺特点，设

14、计出相应的零件构造，以便容易地制造出来。应的零件构造，以便容易地制造出来。铸件壁厚的均匀性铸件壁厚的均匀性 壁厚相差悬殊，容壁厚相差悬殊，容易在厚壁处构成缩孔易在厚壁处构成缩孔自在锻件的构造工艺性自在锻件的构造工艺性 采用自在锻造的采用自在锻造的毛坯外形不宜复杂。毛坯外形不宜复杂。 圆锥体、圆柱圆锥体、圆柱体与圆柱体交接处、体与圆柱体交接处、加强肋和凸台等构造，加强肋和凸台等构造，锻造都较困难，应设锻造都较困难，应设法防止。法防止。二、构造工艺性要求二、构造工艺性要求 2、便于切削加工、便于切削加工机械零件的构造设计应便于机械零件的切削加工机械零件的构造设计应便于机械零件的切削加工减少加工面积

15、减少加工面积用钻头加工的孔用钻头加工的孔便于装夹工件便于装夹工件便于刀具进入便于刀具进入便于刀具退出便于刀具退出二、构造工艺性要求二、构造工艺性要求 3、便于装拆和维修、便于装拆和维修留出装入螺钉空间留出装入螺钉空间留出扳手任务空间留出扳手任务空间 对于具有配合要求的零件，应防止同时存在两组对于具有配合要求的零件，应防止同时存在两组以上的外表接合。以上的外表接合。接合面不宜过多接合面不宜过多三、经济性要求三、经济性要求 用料少 加工工时少 资料的价钱低 尽量采用规范化零部件四、质量小的要求四、质量小的要求 益处：益处：节约资料；节约资料； 减小惯性，改善机器的动力性能减小惯性，改善机器的动力性

16、能 2-4 设计零件时应满足的根本要求设计零件时应满足的根本要求减小质量的措施：减小质量的措施： 采用缓冲安装来降低零件所受冲击载采用缓冲安装来降低零件所受冲击载荷荷 采用平安安装来限制造用在零件上的最大载采用平安安装来限制造用在零件上的最大载荷荷 从零件上应力较小处削减部分资料，以改善零件从零件上应力较小处削减部分资料，以改善零件 受力的均匀性，提高资料的利用率受力的均匀性，提高资料的利用率 采用轻型薄璧冲压件或焊接件替代铸造、锻压件采用轻型薄璧冲压件或焊接件替代铸造、锻压件五、可靠性要求五、可靠性要求 2-4 设计零件时应满足的根本要求设计零件时应满足的根本要求 从零件上应力较小处削减部分

17、资料，以改善零件从零件上应力较小处削减部分资料，以改善零件 受力的均匀性，提高资料的利用率受力的均匀性，提高资料的利用率2-4 设计零件时应满足的根本要求设计零件时应满足的根本要求 从零件上应力较小处削减部分资料，以改善零件从零件上应力较小处削减部分资料，以改善零件 受力的均匀性，提高资料的利用率受力的均匀性，提高资料的利用率滚子链的构造滚子链的构造 实例：实例：2-4 设计零件时应满足的根本要求设计零件时应满足的根本要求2-5 机械零件的设计准那么自学机械零件的设计准那么自学 强度准那么 刚度准那么 设计零件时，首先应根据零件的失效方式确定其设计零件时，首先应根据零件的失效方式确定其设计准那

18、么以及相应的设计计算方法。普通有以下几设计准那么以及相应的设计计算方法。普通有以下几种准那么：种准那么： 寿命准那么 振动稳定性准那么 可靠性准那么-确保零件不发生断裂破坏或过大的确保零件不发生断裂破坏或过大的 塑性变形，是最根本的设计准那么塑性变形，是最根本的设计准那么-确保零件不发生过大的弹性变形确保零件不发生过大的弹性变形-通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关-高速运转机械的设计应注重高速运转机械的设计应注重 此项准那么此项准那么-当思索随机要素影响时，确保零件当思索随机要素影响时，确保零件 具有所要求的可靠度具有所要求的可靠度-零件中的应力不得超越允许的限制

19、零件中的应力不得超越允许的限制一、强度准那么一、强度准那么 即：即： lim - lim -资料的极限应力资料的极限应力断裂破坏：断裂破坏：lim =B (lim =B (强度极限强度极限) )引入平安系数引入平安系数 S S，得：，得：lim / S或或 -许用应力许用应力疲劳破坏：疲劳破坏：lim =r (lim =r (疲劳极限疲劳极限) )剩余变形：剩余变形：lim =S (lim =S (屈服极限屈服极限) )2-5 机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么 为了平安起见，引入平安系数为了平安起见，引入平安系数S S，得：，得： lim/S或或 S S为大于为大于1 1的数，的数，S

20、 S过大，虽平安但浪费资料；过大，虽平安但浪费资料；S S过小，过小，虽节省资料，但趋于危险。虽节省资料，但趋于危险。 或或limS SAFA A SFSFlim limS S由于：由于：2-5 机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么 二、刚度准那么二、刚度准那么 -零件在载荷作用下产生的弹性变形量不得超越机零件在载荷作用下产生的弹性变形量不得超越机 器任务性能所允许的极限值。即：器任务性能所允许的极限值。即：y y 零件的实践变形量零件的实践变形量许用变形量许用变形量三、寿命准那么三、寿命准那么 影响零件寿命的要素主要是腐蚀、磨损和疲劳，影响零件寿命的要素主要是腐蚀、磨损和疲劳，前两者还没

21、有适用有效的计算方法。前两者还没有适用有效的计算方法。 关于疲劳寿命，通常是求出运用寿命时的疲劳极限关于疲劳寿命，通常是求出运用寿命时的疲劳极限作为计算的根据。这将在第三章中作引见。作为计算的根据。这将在第三章中作引见。2-5 机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么 四、振动稳定性准那么四、振动稳定性准那么 - -保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频 率错开，即要求：率错开，即要求：0.85 f fp或或 1.15 f fp为满足条件可采取的措施：为满足条件可采取的措施： 改动零件及系统刚性；改动零件及系统刚性； 增减支承；增减支承； 调整支承

22、的位置；调整支承的位置； 隔离激振源隔离激振源 ； 采用阻尼元件以减小零件的振幅。采用阻尼元件以减小零件的振幅。零件的固零件的固 有频率有频率激振源的频率激振源的频率2-5 机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么 五、可靠性准那么五、可靠性准那么 可靠度的定义：可靠度的定义： 对件数为对件数为N0的一批零件进展实验，的一批零件进展实验，经过时间经过时间 t 之后有之后有 N 件仍能正常任务，那么该零件在件仍能正常任务，那么该零件在该实验环境条件下任务时间该实验环境条件下任务时间 t 的可靠度定义为：的可靠度定义为：R = N / N0假设假设 t R N-R 是时间的函数。是时间的函数。 为

23、保证所设计的零件具有所要求的可靠度，需求对为保证所设计的零件具有所要求的可靠度，需求对零件进展了可靠性设计。关于这点，在零件进展了可靠性设计。关于这点，在课程中有详细的引见。课程中有详细的引见。2-5 机械零件的设计准那么机械零件的设计准那么 2-6 机械零件的设计方法自学机械零件的设计方法自学机械零件的机械零件的设计方法设计方法常规设计方法常规设计方法现代设计方法现代设计方法实际设计实际设计阅历设计阅历设计模型实验设计模型实验设计一一) ) 实际设计实际设计-根据长期总结出来的设计实际和实验数据所进展根据长期总结出来的设计实际和实验数据所进展的设计的设计( (传统设计方法传统设计方法) )

24、limS S以受拉杆为例，强度计算公式为：以受拉杆为例，强度计算公式为： 式中式中: F-: F-作用在拉杆上的外载荷作用在拉杆上的外载荷1. 1. 设计计算：设计计算：2. 2. 校核计算有四种可选方式：校核计算有四种可选方式： Sca -Sca -计算平安系数计算平安系数 或或limS SAFA-A-拉杆截面积拉杆截面积 (2-7)A A SFSFlimlim S = AF F FlimS SASca = SSca = Slim2-6 机械零件的设计方法机械零件的设计方法-根据对某类零件已有的设计与运用实际而归纳出的根据对某类零件已有的设计与运用实际而归纳出的阅历公式，或根据设计者的阅历用

25、类比的方法所进展阅历公式，或根据设计者的阅历用类比的方法所进展的设计。的设计。机械零件的机械零件的设计方法设计方法常规设计方法常规设计方法现代设计方法现代设计方法实际设计实际设计阅历设计阅历设计模型实验设计模型实验设计 适用于那些运用要求变化不大而构造外形已典型化适用于那些运用要求变化不大而构造外形已典型化的零件。如：箱体、机架、传动零件的各构造要素等。的零件。如：箱体、机架、传动零件的各构造要素等。2-6 机械零件的设计方法机械零件的设计方法二阅历设计二阅历设计dh = 1.6 ds ; lh= (1.2 1.5) ds , 并使并使lh b c = 0.3b ; = (2.5 4) mn , 但不小于但不小于8 mm d0 和和 d 按构造取定，当按构造取定，当d 较小时可不开孔较小时可不开孔腹板式齿轮腹板式齿轮dd0bdsdhda斜度斜度1:10lhc - -把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺寸样机，经过实验对其特性进展检验，根据实验结果寸样机，经过实验对其特性进展检验，根据实验结果再对原设计进展修正，以到达完善。再对原设计进展修正，以到达完善。机械零件的机械零件的设计方法设计方法常规设计方法常规设计方法现代设计方法现代设计方法实际设计实际设计阅历设计阅历设计模型实验设计模