第12章 绪论及机械设计总论

1、机机 械械 设设 计计 主讲：许银萍联系方法：教材教材教材教材机械设计（第九版）机械设计（第九版）蒲良贵蒲良贵 陈国定陈国定 主编主编西北工业大学机械原理及机械零件教研室西北工业大学机械原理及机械零件教研室高等教育出版社高等教育出版社几点要求几点要求1. 上课不能随便乱讲话上课不能随便乱讲话2. 上课点名上课点名3. 本课程是重要的必修课，希望每一位同学都能本课程是重要的必修课，希望每一位同学都能学好，平时要认真完成作业，搞好课程设计学好，平时要认真完成作业，搞好课程设计4.作业写好姓名、学号，请班干按顺序收好再交作业写好姓名、学号，请班干按顺序收好再交5.关于考试关于考试第一章 绪 论1-1

2、 机械工业在现代化建设中的作用1-2 本课程的内容、性质与任务第一节机械工业在现代化建设中的作用 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志。 机器是代替人们体力和部分脑力劳动的工具，机器既能承担人力所不能或 不便进行的工作，又能较人工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳 动生产率和改善劳动条件。第一节机械工业在现代化建设中的作用 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志。 机器是代替人们体力和部分脑力劳动的工具，机器既能承担人力所不能或 不便进行的工作，又能较人工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳 动生产率和改善劳动条件。 只有使用机器，才能便于实现产品的标准化、

3、系列化和通用化，尤其是便 于实现高度的机械化、电气化和自动化。 机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改造的重任。 大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大加强促进国民经济发 展的力度加速我国的现代化建设。第二节 一个机械系统一般包含机械结构系统机械结构系统、驱动动力系统驱动动力系统、检测与控制系统检测与控制系统。 一台机器机器的机械结构机械结构总是由一些机构机构组成的，每个机构又是由若干零件零件组 成的。有些零件是在各种机器中常用的，称之为通用零件通用零件；有些零件只有 在特定的机器中才用到，称之为专用零件专用零件。 通用零件包括：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；

4、 轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承； 螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。 专用零件例如：叶片、犁刀、枪栓等。 通用零件是本课程的主要学习对象，而专用零件的设计方法应在有关专业 课中学习。 本课程的内容、性质与任务第三节本课程的内容、性质与任务 本课程的主要内容是：学习机械系统设计的基础知识； 学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。 本课程中“设计”的含义是指机械装置的实体设计，涉及零件的应力、强度 的分析计算，材料的选择、结构设计，考虑加工工艺性、标准化以及经济 性、环境保护等。 机械设计结果的表现形式为：机械工程图、说明书和计算机程序。 本课程所涉及的先修课程有

5、：工程材料：非金属材料，金属材料及热处理。工程制图：设计的图形表达。机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺。公差配合与技术测量：解决精度设计问题。理论力学：解决力分析与动力计算。材料力学：解决强度分析问题。机械原理：解决机械的方案设计。本课程的几个特点 涉及面广 关系多因与诸多先修课关系密切。 要求多强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。 门类多各类零件，各有特点，设计方法各异。 公式多计算多，有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式。 图表多结构图、分析图、原理图、示意图、曲线图、标准、经验数表。 实践性强不仅读懂书就行，要多联系实际，要注重实践性环节。 无重点又都是重点，设计工作必

6、须详尽，细小的疏忽也会导致严重事故。 设计问题无统一答案更多地谈论谁设计得更好，要注意发展求异思维。本课程的内容、性质与任务第三节 2 第二章 机械设计总论2-1 机器的组成2-2 设计机器的一般程序2-3 对机器的主要要求2-4 机械零件的主要失效形式2-5 设计机械零件时应满足的基本要求2-6 机械零件的计算准则2-7 机械零件的设计方法2-8 机械零件设计的一般步骤2-9 机械零件材料的选用原则2-10 机械零件设计中的标准化2-11 机械现代设计方法简介机器的组成11机器的组成 人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各异的机器。从功能看：从功能看：一台完整的机器的组成

7、大致可包括：原动机部分传动部分执行部分润滑、显示、照明等辅助系统控制系统传感器传感器传感器设计机器的一般程序2设计机器的一般程序 计划阶段：设计任务书 方案设计阶段：原理图、机构运动简图 技术设计阶段：总装配草图、部件装配草图、零件图、部件图、总装图 技术文件编制阶段：计算说明书、使用说明书、标准明细表、 其他技术文件等一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。设计机器的一般程序： 对机器的主要要求3对机器的主

8、要要求 设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般来说，对机器都要提出以下的基本要求： 使用功能要求：机器要具有预定的使用功能 经济性要求：机器成本低、高生产率、消耗能源少等 劳动保护要求：符合劳动保护法规 寿命与可靠性要求 其它专用要求详细说明 机械零件的主要失效形式14机械零件的主要失效形式机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。（一）整体断裂整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。齿轮轮齿断裂

9、 轴承内圈断裂机械零件的主要失效形式2机械零件的主要失效形式（二）过大的残余变形 当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残余变形。齿轮齿面塑形变形轴承外圈塑性变形 机械零件的主要失效形式3机械零件的主要失效形式（三）零件的表面破坏 零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。齿面接触疲劳轴瓦磨损 机械零件的主要失效形式4机械零件的主要失效形式（四）破坏正常工作条件引起的失效 有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如： 液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作。 带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作。 高速转动的零件，只有在转速与

10、转动件系统的固有频率避开一个适当的间隔才能正常工作。零件在工作时会发生那一种失效，这与零件的工作环境、载荷性质等很多因素有关。有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、腐蚀等因素引起。设计机械零件时应满足的基本要求5设计机械零件时应满足的基本要求q 避免在预定寿命期内失效的要求q 结构工艺性要求q 经济性要求q 质量小的要求q 可靠性要求 机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：详细说明应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。设计的结构应便于加工和装配。 零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。 质量小则可节约材料，质量小则灵

11、活、轻便。应降低零件发生故障的可能性（概率）。 机械零件的计算准则16机械零件的设计准则 强度准则 刚度准则 设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则： 寿命准则 振动稳定性准则 可靠性准则详细说明：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。：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。：高速运转机械的设计应注重此项准则。：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。 机械零件的设计方法7机械零件的设计方法 理论设计 经验设计 模型实验设计 机械零件的设计方法通常分为常规设计方法常规设计方法和现代

12、设计方法现代设计方法两大类。 现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。如机械优化设计、机械可靠性设计、计算机辅助设计等等。 常规设计方法常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人在长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的方法。它又可分为：详细说明 课堂练习某杆的安全系数为1.2，所受拉力30N，最大极限应力为10MP，试设计此杆的横截面积。机械零件设计的一般步骤8机械零件设计的一般步骤选择零件类型、结构 机械零件的设计一般要经过以下几个步骤：详细说明 计算零件上的载荷确定计算准则选择零件的材料确定零件的基本尺

13、寸结 构 设 计校 核 计 算画出零件工作图写出计算说明书机械零件设计的一般步骤8机械零件设计的一般步骤选择零件类型、结构 机械零件的设计一般要经过以下几个步骤：详细说明 计算零件上的载荷确定计算准则选择零件的材料确定零件的基本尺寸结 构 设 计校 核 计 算画出零件工作图写出计算说明书机械零件材料的选用原则19机械零件材料的选用原则：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1).黑色金属有色金属铁钢高分子材料复合材料陶瓷金属材料非金属材料载荷及应力的大小和性质零件的工作情况零件的结构及加工性材料的经济性零件的尺寸及重量一、常用材料二、机械零件材料的选用原则详细说明：塑料、橡胶、合成纤维 ：低碳钢

14、、中碳钢、高碳钢、合金钢(如：08F 45 60 1Cr18） ：灰铸铁、球墨铸铁(如：TH300 QT500-5)：强如钢、轻如铝、硬如金刚石：强度高、弹性模量大、质量轻 机械零件设计中的标准化1机械零件设计中的标准化 标准化的益处： 与设计有关的标准:国际标准国家标准行业标准企业标准等如： ISOGB JB、HBQB 国标分为：强制标准和推荐标准标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以降低生产成本。 强制性国家标准：代号为GB (为标准序号) (为批准年代)强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。推荐性国家标准：代号为GBT ，这类标准占整个国标中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。 标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。 机械现代设计方法简介1机械现代设计方法简介 机械现代设计