第1章机械设计概论...ppt

1、机械设计,教材：机械设计 主编:李良军 出版社：高等教育出版社，2010,主讲：任亨斌,1龙振宇主编，机械设计，机械工业出版社，2002 2濮良贵 纪名刚主编，机械设计（第七版）， 高等教育出版社，2001年 3邱宣怀主编，机械设计（第四版）， 高等教育出版社，1998年 4 余俊等主编，机械设计（第二版）， 高等教育出版社，1986年,主要参考书目：,第1章 机械设计概论,1.1机械的类型与组成,一、机械的类型,机械是机器与机构的统称 。,1.机器,实例一内燃机,实例二机器人,实例三 工件自动载送装置,机器的特征：,人造的实物组合体（不是天然形成的） ；-结构观点,各部分有确定的相对运动；-

2、运动观点,代替或减轻人类劳动完成有用的机械功或实现能量的转换、提供或转换信息 。-能量观点,机器的类型：,根据机器所能实现的功能不同，机器可分为：,动力机器,工作机器,信息机器,2.机构,机构的特征：,人造的实物组合体（不是天然形成的） ；-结构观点,各部分有确定的相对运动；-运动观点,3.机器和机构的区别,机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。,两者之间也有联系，机器是由若干个机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构。,二、机器的功能组成,1）驱动系统：,机械动力的来源,2）执行系统：,能完成机械预期的动作,3）传动系统：,把驱动系统的运动和功率传递给工作机的中间环节,4）

3、操作系统和控制系统,就其功能而言，一台完整的机器通常由五部分组成：,驱动系统,三、机器、机构的结构组成,1.零件,组成机械的基本制造单元称为零件 。零件分为通用零件和专用零件。,通用零件包括： 齿轮、螺栓、键、花键、销、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承等。,专用零件例如：叶片、犁铧、枪栓等。,注：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。,标准件：,经过优选、简化、统一、并给以标准代号的零件和部件称为标准零、部件。如螺栓、螺母、键、滚动轴承、联轴器等。,2.构件,组成机械的各相对运动实体称为构件。构件即为机械中的运动单元。,零件,构件,机构,机器,构件的组成

4、：零件,小结:,实例：内燃机连杆,1.本课程研究的对象及主要内容,四、本课程研究的对象、内容、性质和任务,（1）研究对象 ：,通用的机械传动装置及普通条件下工作的一般参数的通用机械零、部件。,（2）主要内容 ：,常用联接（如螺纹联接、键联接、焊胶联接等）、常用的机械传动（带传动、链传动、齿轮和蜗杆传动等）、轴系零部件（轴、轴承、联轴器）和弹簧等的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法，以及某些标准件的选择方法。,1.本课程的性质和任务,（1）课程的性质：,是一门培养学生具有机械设计能力的技术基础课 。,（2）课程的任务 ：,1）树立正确的设计思想。 2）掌握通用机械零部件的设计原理、方法

5、和一般规律。 3）掌握一定的设计技能（查阅资料，运用标准、规范。） 4）掌握典型机械零件的实验方法，获得基本的实验技能。 5）了解机械设计的最新动态。,五、本课程的特点和学习方法,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。 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。 门类多各类零件，各有特点，设计方法各异。,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，设计工作必须详尽，细小的疏忽也会导致严重事故。,设计问题无统一

6、答案更多地谈论谁设计得更好，要注意发展求异思维。,注意处理好几个关系：,零件的设计与选用 零件设计的两个主要途径。,设计计算与结构设计 设计决非只是计算，同学更应重视结构设计的学习。,性能要求与经济性 永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。,经验设计与现代设计 二者均重要，前者是后者的基础。,具体的设计方法与一般的设计能力 前者是学习的形式，后者是学习的目的。,1.2机械设计的基本要求和一般程序,一、机械设计的基本要求 1. 实现预期功能要求 2. 经济性要求 3. 操作方便与安全要求 4. 美学与环保要求 5. 其他特殊要求,1.2机械设计的基本要求和一般程序,二、机械设计的主要内容,

7、1.选择机器的工作原理；,2.运动和动力计算；,3.零、部件的工作能力计算；,4.绘制零、部件及整机的工作图和装配图等 。,三、机械设计的一般程序,机器设计的一般程序,市场调研 可行性研究,原理方案设计,技术设 计,试制试验,小批生 产试销,投产,设计任务书,定出最佳方案,装配图、 零件图、技术文件,样机评价改进,考核工艺性收集用户意见,产品销售,1.3机械零件应满足设计的基本要求和设计的一般步骤,一、机械零件应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,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

8、产加工和使用维护的成本。,质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。,应降低零件发生故障的可能性（概率）。,1）建立零件的受力模型，确定零件的计算载荷；,二、机械零件设计的一般步骤,2）按可能的失效形式确定零件的计算准则；,3）选择零件的材料；,4）根据工作能力计算准则建立或选定相应的计算式，确定零件的基本尺寸，并加于标准化和圆整；,5）零件的结构设计；,6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书。,三、机械零件的常规设计方法,1.理论设计,设计计算,2.经验设计,校核计算,3.模型实验设计,四、现代设计方法简介,1.计算机辅助设计,2.优化设计,3.可靠性设计,4.模块化设计,5.并行设计,1.4

9、 机械零件的工作能力,机械零件由于某些原因不能正常工作时，称为失效。,常见的失效形式,断裂,过量变形,表面损伤,一、机械零件的主要失效形式,1.断裂,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,轴承内圈断裂,2.过量变形,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,3.零件的表面损伤,零件的表面损伤主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。,齿面接触疲劳,轴瓦磨损,二、 机械零件的工作能力设计计算准则,强度准则：,刚度准则：,设计零件时，首先应根据零件的失效

10、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：,散热性准则：,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。yy,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。,进行热平衡计算。,1.5 机械零件的常用材料及选用原则,一、机械零件的常用材料,1.钢,含碳量小于2的铁碳合金称为钢。,按用途分：,按化学成份分：,钢的分类：,结构钢,工具钢,特种钢,碳素钢,合金钢,低碳钢,中碳钢,高碳钢,在机械中常用钢种：,（2）优质碳素结构钢：45，用于制造较重要的机械零件，是机械制造中广泛

11、应用的钢种。,（3）合金结构钢：40Cr，应用制造重要的或有特殊要求的机械零件。,（4）铸钢：ZG230-450,（1）碳素结构钢： 用于制造一般要求的零件。,钢的力学性能：,2.铸铁,含碳量大于2的铁碳合金称为铸铁。,铸铁具有良好的铸造性、切削加工性、抗压性、耐磨性和减振性，而且价格便宜。常用的是灰铸铁和球墨铸铁。,（1）灰铸铁,灰铸铁中的碳主要以片状石墨形式存在，因断口呈灰色而得名。灰铸铁常用来制造箱体件。,（2）球墨铸铁,球墨铸铁中的碳主要以球状石墨形式存在。球墨铸铁经球化处理后有的机械性能比钢还好，所以常用来制造齿轮、曲柄、连杆、阀体等。,3.有色金属合金,在金属中，除了铸铁、钢、黑色

12、金属外，其它的金属则为有色金属。这类金属具有很多特殊的性能，即良好的导电性、导热性、耐蚀性和减磨性等，因此也具有很多特殊的用途，是机械制造中不可缺少的材料。,常用的有色金属有黄铜、青铜和轴承合金。,4.非金属材料,在非金属材料中，最常用的是橡胶，它的弹性好，常用来制造缓冲吸振和密封的零件，如胶带、密封圈和弹簧等。,二、金属材料的热处理,钢的热处理是将钢在固态下，通过加热、保温和不同的冷却方式，以改变其内部组织结构，从而获得所需性能的一种工艺方法。,常用的热处理方法有：退火、正火、淬火及回火、表面热处理等。,三、材料选择的基本原则,1.使用要求,（1）机械性能方面的要求。,（2）物理性能方面的要求。,（3）化学性能方面的要求。,2.工艺要求,3经济要求,1.6 机械设计中的标准化、系列化和通用化,一、“三化”的含义及其优越性,标准化,系列化,通用化,“三化”的优越性,1.6 机械设计中的标准化、系列化和通用化,二、机械零、部件的标准化,国家标准（GB）,企业标准,行业标准（JB）,地方标准,强制标准（GB 5903-1995）,强制标准（GB/T 5782-2000）,中国标准体系：,动画,工业机器人,注：左键单击图片可演示视频,机器人焊接,认识机器3,