《机械设计》第二章强

《机械设计》第二章强CATALOGUE目录机械设计基本概念与原则强度理论与计算方法材料力学性能及选用原则零部件强度校核方法连接件和传动件强度设计总结与展望01机械设计基本概念与原则机械设计定义机械设计是根据使用要求对专用机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。机械设计的重要性机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要因素。设计的质量直接关系到机械产品的质量性能、研究周期、技术经济效益以及社会效益等。机械设计定义及重要性机械设计应遵循满足使用要求、经济性原则、安全性原则、可靠性原则、环保性原则等基本原则。设计原则机械设计应满足功能要求、结构工艺性要求、经济性要求、外观造型要求等。设计要求设计原则与要求机械设计过程包括明确任务、方案设计、技术设计、施工设计等阶段。设计过程机械设计阶段可划分为初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段。初步设计阶段主要确定机械的结构形式、主要参数和性能指标；技术设计阶段主要进行零部件设计、编制技术文件；施工设计阶段主要进行图样绘制、工艺制定等。阶段划分设计过程及阶段划分设计师职责机械设计师负责机械产品的设计工作，包括方案设计、技术设计、施工设计等。同时，机械设计师还需要参与产品的试制、试验、鉴定以及产品的改进和优化工作。素质要求机械设计师需要具备扎实的专业基础知识、良好的创新能力和实践能力。同时，还需要具备严谨细致的工作态度、较强的沟通能力和团队协作精神。此外，机械设计师还需要不断学习和掌握新的设计方法和工具，以适应不断发展的机械设计领域。设计师职责与素质要求02强度理论与计算方法指材料或构件在外力作用下，抵抗破坏或变形的能力。强度应力与应变强度条件应力是单位面积上的内力，应变是材料的相对变形量。材料或构件在特定工作条件下，必须满足的强度要求。030201强度理论基本概念最大拉应力理论最大伸长线应变理论最大切应力理论畸变能密度理论常用强度理论简介认为材料在拉应力作用下，最大拉应力达到某一极限值时即发生断裂。认为材料在剪切力作用下，最大切应力达到某一极限值时即发生屈服。认为材料在拉伸时，最大伸长线应变达到某一极限值时即发生断裂。认为材料在复杂应力状态下，畸变能密度达到某一极限值时即发生屈服或破坏。根据材料的力学性能和受力情况，计算构件在静载荷作用下的强度。静强度计算考虑材料在交变载荷作用下的疲劳破坏，计算构件的疲劳强度。疲劳强度计算针对具体机械零件，分析其受力情况，选择合适的强度理论进行计算，并校核其强度是否满足要求。实例分析强度计算方法及实例分析材料性能、受力情况、制造工艺、环境因素等都会对构件的强度产生影响。影响因素优化结构设计、选用高强度材料、改善制造工艺、提高表面质量等都可以提高构件的强度。同时，合理的维护和保养也是保证机械零件强度的重要措施。改进措施影响因素与改进措施03材料力学性能及选用原则材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力，常用的强度指标有屈服强度、抗拉强度等。强度硬度韧性疲劳强度材料抵抗局部压力而产生变形的能力，硬度测试是评估材料性能的重要手段。材料在断裂前吸收能量的能力，韧性好的材料能够承受较大的冲击载荷。材料在交变应力作用下抵抗疲劳破坏的能力，是评估机械零件寿命的重要指标。材料力学性能指标介绍

常用材料力学性能比较金属材料具有高强度、良好的塑性和韧性，但抗腐蚀能力较差。非金属材料如塑料、橡胶等，具有较好的耐腐蚀性和耐磨性，但强度和硬度相对较低。复合材料由两种或两种以上材料组成，具有优异的综合性能，如强度高、重量轻等。010204材料选用原则及注意事项根据零件的工作条件和性能要求选择材料。考虑材料的工艺性和经济性，优先选择易于加工、成本低廉的材料。注意材料的环保性和可持续性，优先选择对环境污染小、可回收利用的材料。在满足性能要求的前提下，尽量选用标准化、系列化的材料，以便于采购和管理。03轴类零件齿轮类零件箱体类零件弹簧类零件典型零件材料选择案例分析01020304通常选用调质钢或合金钢，以保证足够的强度和韧性。常选用渗碳钢或合金钢，并进行热处理以提高表面硬度和耐磨性。常选用灰铸铁或铸钢，以满足良好的减震性、耐磨性和承载能力要求。常选用优质碳素弹簧钢或合金弹簧钢，以保证足够的弹性和疲劳强度。04零部件强度校核方法根据机械系统的设计要求和使用条件，确定需要校核的零部件。确定校核对象对校核结果进行评估，如果不满足要求，则需要进行优化设计或更改设计方案。结果评估与反馈收集零部件的材料、尺寸、载荷、工作环境等相关资料。收集资料根据零部件的受力特点和失效形式，选择合适的校核方法，如静强度校核、疲劳强度校核等。选择校核方法根据所选校核方法，进行详细的计算和分析，得出零部件的强度是否满足要求。进行校核计算0201030405零部件强度校核流程静强度校核方法静强度校核主要是根据零部件在静载荷作用下的应力状态，判断其是否满足强度要求。常用的静强度校核方法有许用应力法和极限状态法。实例分析以某型机械的压力容器为例，分析其在静载荷作用下的应力分布和强度是否满足要求。通过详细的计算和分析，得出该压力容器的强度满足设计要求，可以安全使用。静强度校核方法及实例分析VS疲劳强度校核主要是根据零部件在交变载荷作用下的疲劳寿命，判断其是否满足强度要求。常用的疲劳强度校核方法有名义应力法、局部应力应变法和损伤容限法等。实例分析以某型机械的传动轴为例，分析其在交变载荷作用下的疲劳寿命和强度是否满足要求。通过详细的计算和分析，得出该传动轴的疲劳寿命较长，强度满足设计要求，可以安全使用。疲劳强度校核方法疲劳强度校核方法及实例分析优化设计目标在满足机械系统使用要求的前提下，通过优化设计降低零部件的重量、成本和提高其可靠性。优化设计策略常用的优化设计策略包括拓扑优化、形状优化、尺寸优化和多学科优化等。这些策略可以有效地提高零部件的性能和降低成本。实例分析以某型机械的压力容器为例，探讨如何通过优化设计降低其重量和提高可靠性。通过采用拓扑优化和形状优化策略，对压力容器的结构进行优化设计，可以有效地降低其重量并提高可靠性。优化设计策略探讨05连接件和传动件强度设计螺栓连接是一种常见的可拆卸连接，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点，广泛应用于各种机械设备中。螺栓连接铆钉连接是一种不可拆卸连接，通过铆钉将两个或多个零件连接在一起，适用于承受较大载荷和振动的场合。铆钉连接焊接连接是通过电弧或火焰将焊条或焊丝与工件熔化在一起而形成的永久性连接，具有密封性好、强度高、成本低等优点。焊接连接销连接主要用于定位和传递转矩，其结构简单、工作可靠、装拆方便，但承载能力较低。销连接连接件类型及其特点连接件的强度设计主要包括静强度设计和疲劳强度设计两个方面，其中静强度设计主要考虑连接件在静载荷作用下的承载能力，而疲劳强度设计则主要考虑连接件在交变载荷作用下的疲劳寿命。以螺栓连接为例，其强度设计需要考虑螺栓的直径、材料、预紧力、摩擦系数等因素，通过计算得出螺栓的承载能力，从而确定其是否满足使用要求。强度设计方法实例分析连接件强度设计方法及实例分析传动件类型及其特点齿轮传动链传动蜗杆传动带传动齿轮传动是一种常见的机械传动方式，具有传动比准确、效率高、结构紧凑等优点，广泛应用于各种机械设备中。蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、传动平稳等优点，但效率较低，适用于小功率传动或需要较大传动比的场合。带传动具有结构简单、成本低、传动平稳等优点，但承载能力较低，适用于小功率传动或需要隔离振动的场合。链传动具有传动比准确、效率高、承载能力大等优点，但噪音较大，适用于中等功率传动或需要较长传动距离的场合。强度设计方法传动件的强度设计主要包括静强度设计和疲劳强度设计两个方面，其中静强度设计主要考虑传动件在静载荷作用下的承载能力，而疲劳强度设计则主要考虑传动件在交变载荷作用下的疲劳寿命。此外，还需要考虑传动件的磨损、胶合等失效形式。实例分析以齿轮传动为例，其强度设计需要考虑齿轮的材料、模数、齿数、压力角等因素，通过计算得出齿轮的承载能力，从而确定其是否满足使用要求。同时，还需要对齿轮进行修形、变位等处理，以改善其传动性能和降低噪音。传动件强度设计方法及实例分析06总结与展望随着人工智能技术的发展，机械设计将越来越注重智能化，实现自主设计、优化和决策。智能化模块化设计已成为机械设计的重要趋势，通过模块的组合和重用，提高设计效率和质量。模块化环保和可持续发展越来越受到关注，机械设计将更加注重环保材料和节能技术的应用。绿色化机械设计发展趋势虚拟现实技术虚拟现实技术可在机械设计过程中提供沉浸式的设计体验，提高设计效率。3D打印技术3D打印技术为机械设计提供了全新的制造方式，可实现复杂结构的快速制造。人工智能技术人工智能技术在机械设计中的应用将越来越广泛，包括智能优化、智能决策等方面。新技术在机械设计中的应用前景03引入标准化和模块化设计标准化和模块化设计可减少重复劳动，提高设计效率和质量。01采用先进的设计软件先进的设计软件可提高机械设计精度和效率，减少设计错误。02加强设计团队协作