西交大机械设计课件01概论

机械设计精品课程（第二版）西南交通大学机械设计教研室机械基础系列电子讲稿总策划：吴鹿鸣概论螺纹联接轴毂联接带传动齿轮传动蜗杆传动链传动轴滑动轴承滚动轴承联轴器和离合器机械设计

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。§1课程的性质与任务一、课程性质

《机械设计》是机械类专业的一门技术基础课，是初步掌握机械设计能力的必然环节。

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。

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。

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。二、研究对象机械机构：构件间运动规律机器：转换机械能，或用机械能作功。天然工具——→简单机器——→工业革命——→现代机器改革开放后：我国机械工业得到了长足发展。如：火车发展：蒸汽机车—→内燃机车—→电力机车—→磁浮列车（常导—→高温超导）—→高速列车轿车发展：红旗—→桑塔纳、捷达、奥迪—→别克、本田、帕萨特蒸汽机车内燃机车电力机车高速列车磁浮列车机器组成：原动机传动装置—→工作机—→控制系统辅助系统（如仪表、照明等）轿车组成：

任何机器都是由许多零件组合而成的。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。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。三、任务1、通用机械零部件的设计计算。2、综合运用本课程和其他先修课程的知识，设计机械传动装置和一般机械。§2设计机器的基本原则与一般程序一、设计机器应满足的基本要求1、使用要求实现预定功能，工作可靠。2、经济性要求三方面：生产成本低、使用消耗小、维护费用低。措施：1）设计中采用“三化”零部件；标准化、系列化、通用化2）应用成熟的新技术、新材料。3）选用高效率设备，减少动力、燃料消耗。3、外观造型要求颜色、造型4、环保要求噪音、废气、废液。如：CNG汽车。二、机械设计的一般程序机械设计是一个创新与借鉴相结合的过程，一般程序如下：设计任务调研——→总体设计——→技术设计——→试制——→投产试验修改§3机械零件设计概述一、设计机械零件时应满足的基本要求1、避免在预期寿命内失效的要求（强度、刚度、寿命）；2、结构工艺性要求（便于加工、装配）；3、经济性要求（材料、加工方法、精度等级）；4、质量小的要求（节约材料、↓惯性力）；5、可靠性要求；二、设计方法1、理论设计1）根据使用要求，选择零件的类型和结构。2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。名义载荷（F、P、T）：力学公式计算出的载荷。但：由于载荷作用的不平稳性、分布的不均匀性等因素，实际载荷大于名义载荷。——载荷系数K∴计算载荷(Fc、Pc、Tc)=载荷系数×名义载荷3）选择适当的材料。4）根据零件工作能力准则，确定零件的主要尺寸两种计算方法：a）设计计算：直接求出危险截面尺寸A。b）校核计算：其他方法初步设计→验算。5）画零件图。2、经验设计根据经验关系式，用类比的方法所进行的设计。如：箱体、传动件个各结构要素等3、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。§4机械零件的工作能力和计算准则一、工作能力1、零件的工作能力零件完成一定功能并在预定使用期限内不失效。2、失效零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能。3、常见失效形式

破裂或塑性变形；弹性变形过大；表面磨损、胶合；打滑；联接松动性。如：飞机、桥梁的风洞实验。零件工作—→承受载荷—→载荷欲使零件失效零件据自身结构、材料反抗失效—→反抗失效＞失效—→解决办法：合理设计遵循设计准则二、设计准则1、强度准则强度：零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力。方法：1）或2）S——安全系数，S＞1—→S↑：安全，浪费材料S↓：经济，不安全2、刚度准则刚度：抵抗弹性变形的能力。机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。3、寿命准则实际使用寿命大于或等于预期寿命，L≥[L]。4、温升准则Δt≤[Δt]三、载荷和应力分类1、载荷分类静载荷：不随时间变化或变化缓慢。动载荷：随时间变化。2、应力分类名义载荷与计算载荷。变应力静应力：r=1σt脉动循环：r=0σt0对称循环：r=-1σt0非对称循环tσ0循环特征：静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。aσ0tt0σa在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏2、静态设计—→机械系统“动态设计”3、新设计方法：优化设计可靠性设计逆向设计工业设计等。4、设计技术发展：人工—→计算机辅助设计（CAD）AutoCAD、SolidEdge、UG、SolidWork、ProE等。5、机械产品本身的转折：传统机械—→机电一体化、智能化。§5机械设计新发展1、基础理论：深化、扩展——学科交叉与整合（摩擦学、弹性流体动力润滑理论、断裂力学）§6课程安排与要求一、课程安排68学时（讲课、习题讨论课、期中测试、实验）1、实验：挂牌实验，由实验室负责。2、课程大作业：3次。3、平时作业4、课程报告5、机械设计课程设计：3周，短学期进行。二、要求1、实验、大作业、平时作业不能缺，否则没成绩。2、课堂纪律3、