深职院机械设计基础课件01机械设计概论

第1章机械设计概论1.1机械设计的基本要求1.2机械设计的内容与步骤1.3机械零件的失效形式及设计计算准则1.4机械零件设计的标准化、系列化及通用化1.1机械设计的基本要求1.1.1、设计机械零件的基本要求零件工作可靠零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力，对载荷而言称为承载能力。

成本低廉1.合理选择材料,降低材料费用；2.保证良好的工艺性,减少制造费用；3.尽量采用标准化、通用化设计、简化设计过程从而降低成本。1.1.2、设计机械的基本要求实现预定功能设计的机器应能实现预定功能，并在规定的工作条件下、规定的工作期限内能正常运转。为此，必须正确选择机器的工作原理、机构的类型和机械传动方案，合理设计零件，满足强度、刚度、耐磨性等方面的要求。满足可靠性要求机械产品的可靠性是由组成机械的零、部件的可靠性保证的。只有零、部件的可靠性高，才能使系统的可靠性高。机械系统的零、部件越多，其可靠度越低。为此，要尽量减少机械系统的零件数目，并对系统可靠性有关键影响的零件，必须保证其必要的可靠性。满足经济性要求设计的机械产品应先进、功能强、生产效率高、成本低、使用维护方便、在产品寿命周期内用最低的成本实现产品的预定功能。确保安全性要求要能保证操作者的安全和机械设备的安全，以及保证设备对周围环境无危害，要设置过载保护安全互锁等装置。推行标准化要求设计的机械产品规格、参数符合国家标准，零部件应最大限度的与同类产品互换通用，产品应成系列发展，推行标准化、系列化、通用化，提高标准化程度和水平。体现工艺造型美观要求重视产品的工艺造型设计，不仅要功能强、价格低，而且外型美观、实用，使产品在市场上富有竞争力

1．实现预定功能

2．满足可靠性要求

3．满足经济性要求

4．操作方便、工作安全

5．推行标准化要

6．造型美观、减少污染1.2机械设计的内容与步骤1.2.1、机械设计的内容理论设计、经验设计和模型设计1.2.2、机械设计的步骤1.产品规划

机械设计的任务是根据生产和市场需求提出的。此时,对所要设计的机械只是个模糊的概念。1.产品规划阶段1.2机械设计的内容与步骤2.方案设计阶段方案设计包括机械系统总体方案设计、传动系统方案设计、控制系统方案设计和其他辅助系统设计。2.方案设计阶段1.2机械设计的内容与步骤3.技术设计阶段

机械的结构和技术设计是根据机构运动简图提出合理的结构设计方案,进行产品的总体结构设计，部件和零件设计及绘制全部生产图纸,编制设计计算说明书、机械使用说明书、标准件明细表等技术文件。3.技术设计阶段1.2机械设计的内容与步骤4.施工、设计、文件编制

在完成产品基本设计的基础上,根据设计任务书,拟定评价标准和指标体系,对设计方案进行评估、审查、决策,以进一步改进和完善设计,提高产品的实用性、可靠性和经济性。

4.施工、设计、文件编制阶段1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

零件不能正常工作的原因是什么？表明机械零件工作能力的因素有哪些？满足机械零件使用功能要求的计算准则包含了哪些内容？请你和我们一起来分析一下。

机械零件丧失预定功能或预定功能指标降低至许用值以下的现象，称为机械零件的失效，强度不够所引起的破坏是最常见的零件失效形式，但不是零件失效的唯一形式。设计零件所依据的计算准则，是与零件的失效形式紧密联系在一起的，针对不同的失效形式，提出不同的计算准则。

1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

1.3.1、失效分析磨

损相对运动的零件表面因摩擦的存在，而导致零件表面材料的逐渐丧失。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

1.3.1、失效分析表面压溃零件表面质量不高或硬度不够时，在外载荷作用下出现的碎裂现象。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

1.3.1、失效分析过量塑性变形零件上的应力超过了材料的屈服极限时，零件会发生塑性变形。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

1.3.1、失效分析打

滑靠表面摩擦力保持工作能力的带传动，当传递的有效圆周力超过临界摩擦力时，就将发生打滑失效。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

1.3.1、失效分析疲劳点蚀作用在零件上的脉动循环变应力超过其接触疲劳极限时，出现疲劳裂纹，裂纹逐渐扩大使表面金属小片剥落形成疲劳点蚀。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

1.3.1、失效分析胶

合两相对运动的零件在高速重载的作用下，常因接触区温升过高而使润滑油失效，使两零件直接接触，以至局部相互粘结，又被撕裂的现象。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

1.3.1、失效分析断

裂

零件在外载荷作用下，某一危险截面上的应力超过零件的强度极限时所发生的断裂。零件在循环变应力作用下，危险截面上的应力超过零件的疲劳强度时会产生[疲劳断裂。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

1.3.1、失效分析振动失效高速运转的零件，当其转速等于或接近零件的自振频率时，会发生共振，使振幅急剧增大，导致零件及系统在短时期破坏。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

1.3.1、失效分析过量弹性变形零件在载荷作用下产生的弹性变形超过了机器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降低以至不能正常工作。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效

1．强度准则：2．刚度计算准则3．耐磨准则

4．振动稳定性准则5．散热性准则6．可靠性准则1.3机械零件的失效分析及设计计算准则

1.3.2、设计计算准则

零件抵抗失效的安全工作限度称为零件的工作能力。在实际工作中，同一种零件可能有几种不同的失效形式，对应于各种失效形式，就会有不同的工作能力。根据不同失效原因建立起来的工作能力判定条件，称为零件的设计计算准则。1．强度准则：

强度是衡量机械零件工作能力最基本的计算准则，它是指零件受载后抵抗断裂、塑性变形及表面失效的应力。强度可分为整体强度和表面强度（接触与挤压强度）。2．刚度计算准则：

刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。其刚度条件为：零件在载荷作用下产生的弹性变形量应小于或等于机器工作性能允许的极限值。3．耐磨准则

设计时应使零件在预定使用期内的磨损量不超过允许值，采用限制零件相对运动表面间的压强P不超过许用值[P]。即：P≤[P]4．振动稳定性准则：

为避免共振，在设计高速机械中，应进行振动分析和计算，使零件和系统的自振频率与周期性载荷的作用频率错开一定的范围，以确保零件及机械系统的振动稳定性。5．散热性准则：

零件工作时如果温度过高，将导致润滑剂失去作用，材料强度极限下降，引起热变形及附加热应力等，从而使零件不能正常工作。散热性准则为：根据热平衡条件，工作温度t不应超过许用工作温度[t]，即t≤[t]。6．可靠性准则：

零件的可靠度用零件在规定的使用条件下，在规定的时间内能正常工作的概率来表示，即用在规定的寿命时间内连续工作的件数占总件数的百分比表示。如有NT个零件在预期寿命内只有NS个零件能连续正常工作，则其系统的可靠度为：R=NS/NT