ch1機械設(shè)計概述.ppt

一、 設(shè)計的地位與作用,第一篇 機械設(shè)計總論,1.經(jīng)濟競爭歸根結(jié)底是設(shè)計和制造能力競爭,工業(yè)化國家的財富6080%是制造業(yè)創(chuàng)造的,制造是將科技轉(zhuǎn)化為財富的最后環(huán)節(jié),各發(fā)達國家重新重視制造業(yè),第一章 機械設(shè)計概述 第一節(jié) 機械設(shè)計的基本要求,中小批量、個性化、 柔性生產(chǎn)管理模式,2.機械制造業(yè)生產(chǎn)管理模式的轉(zhuǎn)變,三個月內(nèi)豐田公司汽車生產(chǎn)情況,大批量、單一化、流水 作業(yè)生產(chǎn)管理模式,3.制造業(yè)市場競爭圍繞 TQCSF 展開,上市時間 Time 質(zhì)量 Quality 產(chǎn)品成本 Cost 服務(wù) Service 靈活性 Flexible,4.競爭的焦點之一是設(shè)計,成功的設(shè)計贏得了市場,設(shè)計是科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的紐帶,設(shè)計是引進技術(shù)實現(xiàn)國產(chǎn)化的重要環(huán)節(jié),沒有現(xiàn)代化設(shè)計就沒有現(xiàn)代化產(chǎn)品,5.設(shè)計在生產(chǎn)中的地位,設(shè)計是影響產(chǎn)品技術(shù)與經(jīng)濟指標(biāo)的關(guān)鍵,設(shè)計占成本 5%,設(shè)計決定成本 75%,現(xiàn)代企業(yè)三部分,將核心工作放在本企業(yè)，兩頭在內(nèi)，中間在外,開發(fā)設(shè)計,制造,市場銷售,二、機械系統(tǒng)的組成,(1) 動力系統(tǒng),提供動力、實施能量轉(zhuǎn)換,如：水輪機,電動機,機械能,水能(自然界能源),電能(二次能源),(2) 傳動系統(tǒng),將動力機的動力和運動傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置,功能：,減速,變速,傳遞動力,改變運動規(guī)律,多驅(qū)動,(3) 執(zhí)行系統(tǒng),直接完成預(yù)定任務(wù)的裝置,(4) 操縱及控制系統(tǒng),使各部分協(xié)調(diào)動作,(5) 輔助裝置,如冷卻、潤滑、記數(shù)、照明,機械能,動力系統(tǒng),傳動系統(tǒng),執(zhí)行系統(tǒng),操縱及控制系統(tǒng),輔助裝置,冷卻、潤滑、記數(shù)、照明,以汽車為例 機械系統(tǒng)的組成,三、機械設(shè)計的基本要求,1、使用功能要求 2、經(jīng)濟性要求 提高設(shè)計和制造經(jīng)濟性指標(biāo)的主要途徑有： 1）采用先進的現(xiàn)代設(shè)計方法，使設(shè)計參數(shù)最優(yōu)化，達到盡可能精確的計算結(jié)果，保證機器足夠的可靠性； 2）最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的零、部件； 3）盡可能采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料； 4）合理地組織設(shè)計和制造過程； 5）力求改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，使其用料少、易加工、易裝配。 提高使用經(jīng)濟性指標(biāo)的主要途徑有： 1）合理地提高機器的機械化和自動化水平，以期提高機器的生產(chǎn)率； 2）選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗； 3）適當(dāng)?shù)夭捎梅雷o及潤滑，以延長機器的使用壽命； 4）采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象。,三、機械設(shè)計的基本要求(續(xù)）,3、勞動保護要求 1）要使機器的操作者方便和安全。 2）改善操作者及機器的環(huán)境。 4、可靠性要求 5、結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求 6、操作使用方便的要求 7、其它專用要求,四、機械零件的基本要求,（一）避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求 1、強度 采用強度高的材料； 使零件具有足夠的截面尺寸； 合理地設(shè)計零件的截面形狀，以增大截面的慣性矩； 采用熱處理和化學(xué)熱處理方法，以提高材料的機械強度特性； 提高運動零件的制造精度，以降低工作時的動載荷； 合理地配置機器中各零件的相互位置，以降低作用于零件上的載荷等。,四、機械零件的基本要求（續(xù)）,2、剛度 增大零件截面尺寸或增大截面的慣性矩； 縮短支撐跨距或采用多點結(jié)構(gòu)，以減小撓曲變形等。 3、壽命 材料的疲勞； 材料的腐蝕； 相對運動零件接觸表面的磨損； （二）結(jié)構(gòu)工藝性要求 （三）經(jīng)濟性要求 （四）質(zhì)量小的要求 采用緩沖裝置來降低零件上所受到的沖擊載荷； 采用安全裝置來限制作用在主要零件上的最大載荷； 從零件上應(yīng)力最小處削弱部分材料，以改善零件受力的均勻性，從而提高材料的利用率； 采用與工作載荷相反方向的預(yù)載荷，以降低零件上的工作載荷； 采用輕型薄壁的沖壓件或焊接件來代替鑄、鍛零件，以及采用強重比高的材料等。 （五）可靠性要求,第二節(jié) 機械設(shè)計的一般程序 從市場需求出發(fā)，通過構(gòu)思、計劃和決策，確定機械產(chǎn)品的功能、原理方案、技術(shù) 參數(shù)和結(jié)構(gòu)等，并把設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實，這樣一種技術(shù)實踐活動的過程，就是機械設(shè)計。,原理方案圖,結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖,總裝配圖,CAD/CAM是先進的設(shè)計工具,概念設(shè)計,工程分析,詳細設(shè)計,性能仿真,工藝設(shè)計,數(shù)控編程,加工仿真,數(shù)控機床,CAD,CAM,CAPP,產(chǎn)品建模,加工仿真,結(jié)構(gòu)分析,運動仿真,CAD/CAM 系統(tǒng),外形運動學(xué),動力學(xué)結(jié)果,參數(shù)化設(shè)計,載荷,運動學(xué)建模,了解機械系統(tǒng)總體方案的設(shè)計過程,機器的組成,(從運動觀點看)由機構(gòu)組成,(從制造觀點看)由零件組成,曲柄滑塊機構(gòu),凸輪機構(gòu),齒輪機構(gòu),失效：零件失去正常工作的能力,第三節(jié) 機械零件的主要失效形式與設(shè)計準(zhǔn)則,（一）整體斷裂,（二）過大的殘余變形 零件上的應(yīng)力超 過了材料的屈服極限,危險截面的應(yīng)力超過 零件的強度極限,一、主要失效形式,（三）零件的表面破壞,零件的表面破壞主要是 腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。,（四）破壞正常工作條件引起的失效,1）液體摩擦的滑動軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時才能正常工作。 2）帶傳動只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。 3）高速轉(zhuǎn)動的零件，只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當(dāng)?shù)拈g隔才能正常工作。,二、機械零件的設(shè)計準(zhǔn)則,確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設(shè)計準(zhǔn)則。, = lim/S = lim/S,1、強度準(zhǔn)則,安全系數(shù)S為大于1的數(shù)，S過大，雖安全但浪費材料；S過小，雖節(jié)省材料但趨于危險，故S的選取應(yīng)適當(dāng)。,2、剛度準(zhǔn)則,3、壽命準(zhǔn)則 4、耐磨性準(zhǔn)則 pP vV pvPV,5、振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則,6、可靠性準(zhǔn)則,第四節(jié) 機械零件的設(shè)計方法與基本原則,機械零件的設(shè)計方法通常分為常規(guī)設(shè)計方法和現(xiàn)代設(shè)計方法兩大類。 常規(guī)設(shè)計方法是指采用一定的理論分析和計算，結(jié)合人們在長期的設(shè)計 和生產(chǎn)實踐中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進行設(shè)計的方法。,一、常規(guī)設(shè)計方法,1、理論設(shè)計,1）設(shè)計計算,2）校核計算,2、經(jīng)驗設(shè)計,3、模型實驗設(shè)計,二、現(xiàn)代設(shè)計方法,1、可靠性設(shè)計,2、優(yōu)化設(shè)計,3、計算機輔助設(shè)計,三、機械零件設(shè)計步驟,設(shè)計計算法,校核計算法,四、機械零件設(shè)計的基本原則,1、機械零件材料的選用原則,1）載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)極其分布狀況 2）零件的尺寸及重量 3）材料的經(jīng)濟性 4）零件的工作情況 5）零件的結(jié)構(gòu)及加工性 6）材料的