機械設計基礎第一章緒論課件

機械設計基礎1精選PPT第一章緒論2精選PPT§1-1 機械的組成原動機部分：將其它能量變換為機械能，是驅動整部機器的動力源。工作機部分：其功能是利用機械能去變換或傳遞能量、物料、信號。傳動部分：把原動機的運動和動力轉變?yōu)楣ぷ鞑糠诌\動和動力。一臺機器包括三個基本部份：3精選PPT機器——由許多機械零件組合。零件——是加工基本單元構件——運動的基本單元機械設計課程：通用零件（齒輪、鏈輪、蝸輪、螺栓、螺母）和專用零件（曲軸、葉片）。圖1-1連桿體1、連桿蓋4、螺栓2和螺母3四個零件組成構件，形成運動單元。機器、零件與構件4精選PPT圖1-1內(nèi)燃機的連桿連桿體螺栓螺母連桿蓋5精選PPT機構——由若干構件組成，各構件之間具有確定的相對運動；通常指傳遞運動的機械。機器——由機構組成。一部機器可以包含一個機構，也可以包含幾個機構。圖1-2單缸四沖程內(nèi)燃機包含由齒輪9、齒輪10組成的齒輪機構；由曲軸6、連桿5、活塞2組成的曲柄滑塊機構；由凸輪7、從動3組成的凸輪機構等。機構與機器6精選PPT 圖1-2內(nèi)燃機齒輪9、齒輪10組成的齒輪機構；由曲軸6、連桿5、活塞2組成的曲柄滑塊機構；由凸輪7、從動3組成的凸輪機構等7精選PPT§1-2本課程研究的對象和任務2、具有運用標準、手冊、規(guī)范、圖冊和查閱有關技術資料的能力。3、了解典型機械的實驗方法，受到實驗技術的基本訓練。1、掌握常用機構和通用零件的工作原理和結構特點。8精選PPT§1-3 機械零件的失效形式及設計準則機械零件失效——機械零件在預定時間內(nèi)和規(guī)定的條件下，不能完成正常功能。主要失效形式——斷裂、過大的殘余應變、表面磨損、腐蝕、零件表面的接觸疲勞和共振等。失效影響因素——工作條件、材質、受載狀態(tài)及其所產(chǎn)生的應力性質。9精選PPT為了使設計零件能在預定時間內(nèi)和規(guī)定工作條件下正常工作，設計機械零件時應滿足下面的基本要求：或1．強度條件機械零件設計基本要求10精選PPT（5）合理進行結構設計，降低作用載荷。提高機械零件強度的措施（1）采用強度高的材料；（2）使零件具有足夠的截面尺寸；（3）合理設計機械零件的截面形狀，以增大截面的慣性矩；（4）采用各種熱處理和化學處理方法來提高材料的機械強度特性；11精選PPT 對零件撓度、偏轉角和扭轉角等要求：2．剛度條件12精選PPT 要求機械零件應有足夠的壽命。影響零件壽命的主要因素有腐蝕、磨損和疲勞。但至今還沒有提出實用且有效的腐蝕壽命計算方法。因此也無法列出腐蝕壽命的計算準則。而磨損的計算目前也無簡單、可靠的定量計算方法。因此，只能采用條件性的計算。關于疲勞壽命通常是算出使用壽命時的疲勞極限來作為計算的依據(jù)。3．壽命條件13精選PPT 滿足強度和剛度要求的一批相同的零件，由于零件的工作應力是隨機變量，故在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的使用期限內(nèi)，并非所有的零件都能完成規(guī)定的功能，零件在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的使用時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率稱為該零件的可靠度?？煽慷仁呛饬苛慵ぷ骺煽啃缘囊粋€特征量，不同零件的可靠度要求是不同的。設計時應根據(jù)具體零件的重要程度選擇適當?shù)目煽慷取?．可靠性條件14精選PPT§1-4 機械零件常用材料及其選用原則機械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金，非金屬材料如塑料、橡膠等，在機械制造中也得到廣泛的應用。一、金屬材料

金屬材料主要指鑄鐵和鋼，它們都是鐵碳合金，它們的區(qū)別主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于2%的稱為鐵。15精選PPT1．鑄鐵常用的鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。2．鋼鋼的強度較高，塑性較好，可通過軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機械性能，因此其應用極為廣泛。16精選PPT材料機械性能名稱牌號抗拉強度

b(N/mm2)屈服強度

s(N/mm2)硬度(HBS)普通碳素結構鋼Q215Q235Q255Q275335~410375~460410~510490~610215235255275

優(yōu)質碳素結構鋼203545410530600245315355156197220合金結構鋼18Cr2Ni4W35SiMn40Cr40CrNiMo20CrMnTi65Mn1187859819801079735835510785835834430260229247269

21728517精選PPT鑄鋼ZG230-450ZG270-500ZG310-570450550570230270310

130

143

153灰鑄鐵HT150HT200HT250145195240———150~200170~220190~240球墨鑄鐵QT450-10QT500-7QT600-3QT700-2450500600700310320370420160~210170~230190~270225~30518精選PPT有色金屬合金具有良好的減磨性、跑合性、抗腐蝕性、抗磁性、導電性等特殊的性能，在工業(yè)中應用最廣的是銅合金、軸承合金和輕合金，但有色金屬合金比黑色金屬價貴。銅合金有青銅與黃銅。3．有色金屬合金19精選PPT青銅——錫青銅和無錫青銅兩類，它們的減摩性和抗腐蝕性均較好。軸承合金（即簡稱巴氏合金）為銅、錫、鉛、銻的合金，其減磨性、導熱性、抗膠合性，但強度低且較貴，主要用于制作滑動軸承的軸承襯。黃銅——銅與錫的合金，它具有很好的塑性和流動性，能輾壓和鑄造各種機械零件。20精選PPT二、非金屬材料 非金屬材料有橡膠、塑料、陶瓷、木料、毛氈、皮革、棉絲等。1．橡膠橡膠富有彈性，有較好的緩沖、減振、耐熱、絕緣等性能，常用做聯(lián)軸器和減振器的彈性與裝置、像膠帶及絕緣材料等。21精選PPT2．塑料塑料是合成高分子材料工業(yè)中生產(chǎn)最早、發(fā)展最快、應用最廣的材料。塑料比重小，易制成形狀復雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點，如耐蝕性、減摩耐磨性、絕熱性、抗振性等。常用塑料包括聚氯乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料。工程塑料包括聚甲醛、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、尼龍、MC尼龍、氯化聚醚等。22精選PPT3．復合材料復合材料是將兩種或兩種以上不同性質的材料通過不同的工藝方法人工合成多相的材料，它即可以保持組成材料各自原有的一些最佳特性，又可具有組合后的新特性，這樣就可根據(jù)零件對于材料性能的要求進行材料配方的優(yōu)化組合。應用于光、熱、電、阻尼、潤滑、生物等方面新的復合材的不斷問世，復合材料的應用范圍正得到不斷的擴大。23精選PPT4．陶瓷陶瓷材料具有高的熔點，溫度界限為1,200℃～1,600℃，使用于現(xiàn)代機械裝設備特別是高溫機械部分。此外高硬度的陶瓷材料，具有摩擦系數(shù)小、耐磨、耐化學腐蝕、比重小、線膨脹系數(shù)小等特性，使之在精密機械中、應用于高溫、中溫、低溫領域，可以作機械零件，也可以做電機零件；以機械裝置為代表使用的陶瓷材料叫工程陶瓷。24精選PPT三、機械材料選用的原則1．載荷的大小和性質，應力的大小、性質及其分布狀況對于承受拉伸載荷為主的零件宜選用鋼材，承受壓縮載荷的零件應選鑄鐵。脆性材料原則上只適用于制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時應選擇塑性材料。從各種各樣的材料中選擇出合用的材料通常應考慮下面的原則：25精選PPT2．零件的工作條件 在腐蝕介質中工作的零件應選用耐腐蝕材料，在高溫下工作的零件應選耐熱材料，在濕熱環(huán)境下工作的零件，應選防銹能力好的零件，如不銹鋼、銅合金等。零件在工作中有可能發(fā)生磨損之處，要提高其表面硬度，以增強耐磨性，應選擇適于進行表面處理的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。金屬材料的性能和通過熱處理鍋表面強化（如噴丸、滾壓等）來提高和改善。26精選PPT3．零件的尺寸及質量零件的尺寸的大小及質量好壞與材料的品種及毛坯制取方法有關，對外形復雜、尺寸較大的零件，若考慮用鑄造毛坯，則應選用適合鑄造的材料；若考慮用焊接毛坯，則應選用焊接性能較好的材料；尺寸小、外形簡單、批量大的零件，適于沖壓和模鍛，所選材料就應具有較好的塑性。27精選PPT4．經(jīng)濟性選擇零件材料時，當用價格低廉的材料能滿足使用要求時，就不應選擇價格高的材料，這對于大批量制造的零件尤為重要。此外還應考慮加工成本及維修費用。為了簡化供應和儲存的材料品種，對于小批制造的零件，應盡可能減少同一部設備上使用的材料品種和規(guī)格，使綜合經(jīng)濟效益最高。28精選PPT§1-5 機械設計的基本要求及程序1．功能要求滿足機器預定的工作要求，如機器工作部分的運動形式、速度、運動精度和平穩(wěn)性、需要傳遞的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高溫、防潮等）。一、機械設計的基本要求29精選PPT2．安全可靠性要求（1）使整個技術系統(tǒng)和零件在規(guī)定的外載荷和規(guī)定的工作時間內(nèi)，能正常工作而不發(fā)生斷裂、過度變形、過度磨損、不喪失穩(wěn)定性。（2）能實現(xiàn)對操作人員的防護，保證人身安全和身體健康。（3）對于周圍環(huán)境和人不造成危害和污染，同時要保證機器對環(huán)境的適應性。30精選PPT3．經(jīng)濟性在產(chǎn)品整個設計周期中，必須把產(chǎn)品設計、銷售及制造三方面作為一個系統(tǒng)工程來考慮，用價值工程理論指導產(chǎn)品設計，正確使用材料，采用合理的結構尺寸和工藝，以降低產(chǎn)品的成本。設計機械系統(tǒng)和零部件時，應盡可能標準化、通用化、系列化，以提高設計質量、降低制造成本。31精選PPT4．其他要求使機械系統(tǒng)外形美觀，便于操作和維修。此外還必須考慮有些機械由于工作環(huán)境和要求的不同，而對設計提出某些特殊要求，如食品衛(wèi)生條件、耐腐蝕、高精度要求等。32精選PPT二、機械設計的一般程序

機械設計就是建立滿足功能要求的技術系統(tǒng)的創(chuàng)造過程。機械設計一般過程如圖1-3所示。33精選PPT明確任務調查研究可行性論證總體設計技術設計樣機試制修改圖紙及工藝批量正式生產(chǎn)34精選PPT1．明確設計任務產(chǎn)品設計是一項為實現(xiàn)預定目標的有目的的活動，因此正確地決定設計目標（任務）是設計成功的基礎。明確設計任務包括定出技術系統(tǒng)的總體目標和各項具體的技術要求，這是設計、優(yōu)化、評價、決策的依據(jù)。35精選PPT機械系統(tǒng)總體設計根據(jù)機器要求進行功能設計研究?？傮w設計包括確定工作部分的運動和阻力，選擇原動機的種類和功率，選擇傳動系統(tǒng)，機械系統(tǒng)的運動和動力計算，確定各級傳動比和各軸的轉速、轉矩和功率?？傮w設計時要考慮到機械的操作、維修、安裝、外廓尺寸等要求，確定機械系統(tǒng)各主要部件之間的相對位置關系及相對運動關系。人—機—環(huán)境之間的合理關系。2．總體設計36精選PPT 技術設計又稱結構設計。其任務是根據(jù)總體設計的要求，確定機械性系統(tǒng)各零部件的材料、形狀、數(shù)量、空間相互位置、尺寸、加工和裝配，并進行必要的強度、剛度、可靠性設計，若有幾種方案時，需進行評價決策最后選擇最優(yōu)方案。3．技術設計37精選PPT技術設計時還要考慮加工條件、現(xiàn)有材料、各種標準零部件、相近機器的通用件。技術設計是保證質量、提高可靠性、降低成本的重要工作和技術設計還需繪制總裝配圖、部件裝配圖、編制設計說明書等。技術設計是從定性到定量、從抽象到具體、從粗略到詳細地給設計過程。38精選PPT4．樣機試制樣機試制階段是通過樣機制造、樣機試驗、檢查機械系統(tǒng)的功能及整機、零部件的強度、剛度、運轉精度、振動穩(wěn)定性、噪聲等方面的性能，隨時檢查及修正設計圖紙，以更好的滿足