第一章 機(jī)械設(shè)計(jì)概論.doc

第一章 機(jī)械設(shè)計(jì)概論（一）教學(xué)要求了解機(jī)械設(shè)計(jì)一般步驟和方法，掌握機(jī)械零件常見失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則（三）教學(xué)內(nèi)容11 機(jī)械設(shè)計(jì)課程的性質(zhì)與任務(wù)一、本課程的研究對象 機(jī)械系統(tǒng)-主體 機(jī)架 零件電氣系統(tǒng) 各種機(jī)構(gòu) 部件 通用零件機(jī)器（機(jī)械） 機(jī)械零件 液壓氣動系統(tǒng) 構(gòu)件零件 專用零件控制監(jiān)測系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)零件機(jī)械零件 ，“三化”一系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化三化程度是衡量產(chǎn)品優(yōu)劣的 非標(biāo)準(zhǔn)件 重要指標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)：是為了機(jī)器的某些特定功能要求而進(jìn)行的創(chuàng)造性工作。本課程的研究對象：為一般參數(shù)的通用零件的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法本課程的性質(zhì)：是以一般通用零件的設(shè)計(jì)計(jì)算為核心的設(shè)計(jì)性課程，是一門設(shè)計(jì)性、綜合性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課。 見教材本課程的任務(wù)：1）樹立正確的設(shè)計(jì)思想2）掌握通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)原理、方法和一般規(guī)律。3）掌握一定的設(shè)計(jì)技能（查閱資料，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。）4）掌握典型機(jī)械零件的實(shí)驗(yàn)方法，獲得基本的實(shí)驗(yàn)技能。5）了解機(jī)械設(shè)計(jì)的最新動態(tài)。學(xué)習(xí)本課程的注意事項(xiàng)：1）注意理論聯(lián)系實(shí)際，將機(jī)械零件的設(shè)計(jì)放到整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中加以考慮。2）注意掌握零部件的共性3）掌握機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的一般思路12 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求及設(shè)計(jì)程序一、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求1、對機(jī)械設(shè)計(jì)的要求a) 對機(jī)器使用功能方面的要求 要注意協(xié)調(diào)、平衡！b) 對機(jī)器經(jīng)濟(jì)性的要求 設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性， 使用經(jīng)濟(jì)性 要有最佳的性能價(jià)格比2、對機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本要求a) 在預(yù)定工作期限內(nèi)正常、可靠地工作，保證機(jī)器的各種功能b) 要盡量降低零件的生產(chǎn)、制造成本對機(jī)器的設(shè)計(jì)要求和對機(jī)械零件的要求、兩者相互聯(lián)系、相互影響二、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序1、機(jī)器設(shè)計(jì)的一般程序，如表1-1階段 小批生產(chǎn)試銷市場調(diào)研可行性研究投產(chǎn)試制、試驗(yàn)技術(shù)設(shè)計(jì)原理方案設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)任務(wù)書 定出最佳方案 裝配圖零件圖 樣機(jī)評價(jià) 考核工藝性 產(chǎn)品 及其它技術(shù)文件 改進(jìn) 收集用戶意見 銷售對具體的機(jī)器，其設(shè)計(jì)程序可能各不相同。2、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟1）建立零件的受力模型，確定零件的計(jì)算載荷名義載荷（公稱載荷、額定載荷） K載荷系數(shù)2）選擇零件的類型與結(jié)構(gòu)3）選擇零件的材料4）按可能的失效形式確定零件的計(jì)算準(zhǔn)則，并確定零件的基本尺寸，并加于標(biāo)準(zhǔn)化和圓整5）零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6）繪制零件的工作圖，并編寫計(jì)算說明書。 設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械零件計(jì)算 交替進(jìn)行 校核計(jì)算13 機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則一、機(jī)械零件的失效形式失效：（定義）零件喪失正常工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能時(shí)，稱為失效失效形式 強(qiáng)度失效 整體強(qiáng)度 剛度失效 表面強(qiáng)度 磨損失效 振動、噪聲失效 精度失效 可靠性二、機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則工作能力：零件不發(fā)生失效時(shí)的安全工作限度稱為計(jì)算準(zhǔn)則：以防止產(chǎn)生各種可能失效為目的而擬定的零件工作能力計(jì)算依據(jù)的基本原則，稱為1、強(qiáng)度準(zhǔn)則 極限應(yīng)力 計(jì)算安全系數(shù) 靜強(qiáng)度2、剛度準(zhǔn)則剛度：零件在載荷作用下抵抗變形的能力按強(qiáng)性力學(xué)或材料力學(xué)方法計(jì)算 變形量 許用變形量y可以是撓度、偏轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)角3、耐磨性準(zhǔn)則耐磨性是指作相對運(yùn)動的零件其工作表面抵抗磨損的能力磨損的后果：表面形狀破壞，強(qiáng)度削弱、精度下降、振動、噪音破壞 80%零件失效的基本原因是磨損。準(zhǔn)則：4、振動和噪聲準(zhǔn)則（環(huán)保）高速機(jī)械或?qū)υ肼曈刑貏e要求的機(jī)械振動是噪聲產(chǎn)生的原因要求機(jī)械振動頻率遠(yuǎn)離機(jī)械的固有頻率，特別是一階固有頻率f，即如不滿足可采取的措施：1）改變機(jī)械及零件的剛度；2）采取減振措施5、熱平衡準(zhǔn)則溫升過度潤滑失效磨損、膠合失效準(zhǔn)則： 溫升不滿足時(shí)措施：1）改進(jìn)潤滑；2）冷卻6、可靠性準(zhǔn)則可靠性表示系統(tǒng)、機(jī)器或零件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力指標(biāo)：可靠度 表示零件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率N個(gè)相同零件在同樣條件下工作（同時(shí)），在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有個(gè)失效，剩下個(gè)仍繼續(xù)工作，則不可靠度（失效概率）：n個(gè)零件組成的串聯(lián)系統(tǒng)，單個(gè)零件的可靠度分別為R1、R2，Rn，則系統(tǒng)的可靠度為Rf=R1、R2Rn并聯(lián)系統(tǒng)，如圖，其可靠度R=1-(1-R1)(1-R2)（1-Rn）對可靠性要求較高的系統(tǒng)與機(jī)械要求進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，而機(jī)械零件可靠性水平的高低，直接影響到機(jī)械系統(tǒng)的可靠性，另外高可靠性的系統(tǒng)一般要有一些備用系統(tǒng)，并經(jīng)常維護(hù)，保養(yǎng)。14 機(jī)械零件常用的材料及其選擇原則一、機(jī)械零件的常用材料1、黑色金屬鑄鐵：灰良好的切削加工性和減震性，常用作機(jī)座和機(jī)架 球墨強(qiáng)度高、耐磨性好，減震性，抗沖擊曲軸、齒輪 可鍛鑄鐵馬口鐵，強(qiáng)度和塑性較高，當(dāng)零件尺寸小，形狀復(fù)雜，而不能用鑄鋼或鍛鋼制造時(shí)鑄鋼鑄造性比鑄鐵差，但比鍛鋼和軋制鋼好，用于重載零件鑄造。 強(qiáng)度性比鑄鐵好，但比鍛鋼和軋制鋼差（組織沒那么致密）鑄鋼：碳素鑄鋼；低合金鑄鋼；中合金鑄鋼；高合金鑄鋼碳鋼與合金鋼應(yīng)用最廣泛碳鋼：普通；優(yōu)質(zhì)（化學(xué)成份比較穩(wěn)定）2、有色金屬有減摩、抗腐蝕、耐熱性、電磁性等較好a) 鋁合金重量輕、導(dǎo)熱導(dǎo)電性較好、塑性好、抗氧化性好高強(qiáng)度鋁合金強(qiáng)度可與碳素鋼相近，可作承載零件，在飛機(jī)、汽車及其他行走機(jī)械上有廣泛應(yīng)用。b) 銅合金耐磨、耐腐蝕和自潤滑性： 黃銅Cu與Zn合金 青銅Cu與Sn的合金 無錫青銅Cu與鋁、硅、錳、鎳的合金。其他合金（鎂合金、鈦合金、軸承合金等）3、非金屬材料 橡膠彈性、絕緣性好，常用作彈性元件和密封元件、減震元件塑料輕、易加工成形、減摩性好，強(qiáng)度低，可作為普通機(jī)械零件、絕緣體陶瓷電熱性好，硬度高4、復(fù)合材料二、機(jī)械零件材料選用的原則要考慮三個(gè)方面的要求1、使用要求（首要考慮）：1）零件的工況；2）對零件尺寸和質(zhì)量的限制；3）零件的重要程度2、工藝要求：1）毛坯制造；2）機(jī)械加工；3）熱處理3、經(jīng)濟(jì)性要求：1）材料價(jià)格；2）加工批量和加工費(fèi)用；3）材料的利用率；4）局部品質(zhì)原則5）替代（盡量用廉價(jià)材料來代替價(jià)格相對昂貴的稀有材料）。另