機械設(shè)計孫恒課件

機械設(shè)計孫恒課件歡迎來到機械設(shè)計課程！本課程旨在為您提供全面的機械設(shè)計知識體系，從基本原理到高級技術(shù)，再到實際應(yīng)用，讓您具備獨立完成機械設(shè)計任務(wù)的能力。我們將一起探索機械設(shè)計的奧秘，為您的職業(yè)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。本課程的目標(biāo)和內(nèi)容課程目標(biāo)本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生對機械設(shè)計的基本概念和方法的理解，使學(xué)生能夠運用所學(xué)知識進行簡單機械零件和部件的設(shè)計計算，并初步具備創(chuàng)新設(shè)計的能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握機械設(shè)計的基本技能，為后續(xù)的專業(yè)課程和工程實踐打下堅實基礎(chǔ)。課程內(nèi)容課程內(nèi)容涵蓋機械設(shè)計的基本原理、零件設(shè)計、傳動設(shè)計、連接設(shè)計、材料選擇、表面處理、公差配合、工藝性、裝配性、可靠性、維修性、制造性、經(jīng)濟性、設(shè)計文件編制、設(shè)計流程組織、數(shù)字化設(shè)計技術(shù)、計算機輔助設(shè)計、有限元分析技術(shù)、三維建模技術(shù)、參數(shù)化設(shè)計技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)、案例分析、概率論應(yīng)用、人機工程學(xué)應(yīng)用、倫理法律問題、未來發(fā)展趨勢等方面。機械設(shè)計的基本原理強度機械零件在工作過程中必須具有足夠的強度，以承受工作載荷而不發(fā)生斷裂或塑性變形。剛度機械零件在工作過程中應(yīng)具有足夠的剛度，以保證其在載荷作用下產(chǎn)生的變形不超過允許范圍，從而保證機器的正常工作。耐磨性對于有相對運動的機械零件，如軸和軸承，齒輪等，應(yīng)具有良好的耐磨性，以減少磨損，延長使用壽命。穩(wěn)定性一些承受壓力的零件，如細長桿、薄壁筒等，應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，以防止在載荷作用下發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。力的分析1靜力分析靜力分析是研究處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運動狀態(tài)的物體所受力及其平衡關(guān)系的分析方法。在機械設(shè)計中，靜力分析用于確定零件所受的靜載荷，為強度計算提供依據(jù)。2動力分析動力分析是研究運動物體所受力及其運動規(guī)律的分析方法。在機械設(shè)計中，動力分析用于確定零件所受的動載荷，為強度計算和運動設(shè)計提供依據(jù)。3沖擊載荷分析沖擊載荷分析是研究物體在瞬間受到巨大沖擊力作用下的受力情況的分析方法。在機械設(shè)計中，沖擊載荷分析用于確定零件所受的沖擊載荷，為強度計算和緩沖設(shè)計提供依據(jù)。應(yīng)力分析正應(yīng)力正應(yīng)力是垂直作用于物體表面上的力引起的應(yīng)力，分為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。拉應(yīng)力使物體伸長，壓應(yīng)力使物體縮短。剪應(yīng)力剪應(yīng)力是平行于物體表面上的力引起的應(yīng)力，使物體發(fā)生剪切變形。例如，螺栓連接中的螺栓承受剪應(yīng)力。彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力是由于彎矩作用在物體上引起的應(yīng)力，物體表面上的應(yīng)力分布不均勻，有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是由于扭矩作用在物體上引起的應(yīng)力，物體截面上的應(yīng)力分布與到圓心的距離成正比。許用應(yīng)力定義許用應(yīng)力是指零件在工作時允許承受的最大應(yīng)力值。它是根據(jù)材料的強度極限、屈服極限和安全系數(shù)確定的。確定方法許用應(yīng)力通常由材料的強度極限或屈服極限除以安全系數(shù)得到。安全系數(shù)的選擇取決于零件的重要性、載荷性質(zhì)、工作條件等因素。影響因素許用應(yīng)力的大小受到材料的種類、工作溫度、載荷性質(zhì)、零件尺寸、表面狀態(tài)等多種因素的影響。在設(shè)計中應(yīng)綜合考慮這些因素，選擇合適的許用應(yīng)力。接觸應(yīng)力1定義接觸應(yīng)力是指兩個或多個物體在接觸面處產(chǎn)生的應(yīng)力。接觸應(yīng)力通常發(fā)生在滾動軸承、齒輪、凸輪等零件中。2影響因素接觸應(yīng)力的大小受到接觸面的形狀、載荷的大小、材料的彈性模量、泊松比等因素的影響。接觸面越小，載荷越大，材料的彈性模量越高，接觸應(yīng)力越大。3計算方法接觸應(yīng)力的計算方法比較復(fù)雜，通常需要使用赫茲公式或有限元分析方法進行計算。在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的計算方法。安全系數(shù)定義安全系數(shù)是指零件的強度極限或屈服極限與工作應(yīng)力之比。安全系數(shù)越大，零件的安全性越高。選擇原則安全系數(shù)的選擇取決于零件的重要性、載荷性質(zhì)、工作條件等因素。對于重要的零件，或承受沖擊載荷的零件，或工作條件惡劣的零件，應(yīng)選擇較大的安全系數(shù)。常用取值安全系數(shù)的常用取值范圍為1.2～4。在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的安全系數(shù)。設(shè)計中的因素分析功能零件必須滿足預(yù)定的功能要求，這是設(shè)計的基礎(chǔ)。1強度零件必須具有足夠的強度，以承受工作載荷。2壽命零件必須具有足夠的使用壽命，以保證機器的正常工作。3成本零件的成本應(yīng)盡可能低，以提高產(chǎn)品的競爭力。4零件設(shè)計1確定零件的幾何形狀2選擇合適的材料3進行強度計算4進行剛度計算5進行耐磨性計算軸的設(shè)計1確定軸的結(jié)構(gòu)形式2選擇軸的材料3進行強度計算4進行剛度計算鍵和銷的設(shè)計鍵的設(shè)計鍵是用于連接軸和輪轂的零件，傳遞扭矩。鍵的設(shè)計包括選擇鍵的類型、確定鍵的尺寸、進行強度計算等。常用的鍵有平鍵、花鍵、楔鍵等。銷的設(shè)計銷是用于連接兩個或多個零件的零件，主要用于定位和固定。銷的設(shè)計包括選擇銷的類型、確定銷的尺寸、進行強度計算等。常用的銷有圓柱銷、圓錐銷、開口銷等。聯(lián)軸器的設(shè)計剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器用于連接兩根軸，傳遞扭矩，并保持兩根軸的相對位置不變。剛性聯(lián)軸器不能補償兩根軸的相對位移。撓性聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器用于連接兩根軸，傳遞扭矩，并允許兩根軸之間存在一定的相對位移。撓性聯(lián)軸器可以補償兩根軸的相對位移。萬向聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器用于連接兩根軸，傳遞扭矩，并允許兩根軸之間存在較大的角度偏差。萬向聯(lián)軸器可以補償兩根軸的角度偏差。軸承的設(shè)計滑動軸承滑動軸承是軸頸與軸承之間通過滑動摩擦來支撐軸的軸承?；瑒虞S承具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、承載能力強等優(yōu)點，但摩擦阻力大、發(fā)熱量高。滾動軸承滾動軸承是軸頸與軸承之間通過滾動摩擦來支撐軸的軸承。滾動軸承具有摩擦阻力小、發(fā)熱量低、精度高等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。選擇原則軸承的選擇應(yīng)根據(jù)軸的轉(zhuǎn)速、載荷大小、工作溫度、潤滑條件等因素進行綜合考慮。在設(shè)計中應(yīng)選擇合適的軸承類型和尺寸。齒輪的設(shè)計1齒輪類型選擇齒輪的設(shè)計首先需要根據(jù)傳遞功率、轉(zhuǎn)速比、工作條件等因素選擇合適的齒輪類型，例如直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、蝸輪蝸桿等。2齒輪參數(shù)確定確定齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、齒寬等參數(shù)，這些參數(shù)直接影響齒輪的強度、精度和傳動性能。3齒輪強度計算進行齒輪的彎曲強度計算和齒面接觸強度計算，確保齒輪在工作載荷下具有足夠的強度和壽命。帶傳動的設(shè)計帶的選擇根據(jù)傳遞功率、轉(zhuǎn)速比、工作條件等因素選擇合適的帶的類型，例如V帶、平帶、同步帶等。帶輪設(shè)計帶輪的設(shè)計包括確定帶輪的直徑、輪槽形狀、輪槽角度等參數(shù)，這些參數(shù)直接影響帶傳動的傳動效率和壽命。張緊力計算計算帶的張緊力，確保帶傳動具有足夠的摩擦力，防止打滑。鏈傳動的設(shè)計1鏈的選擇根據(jù)傳遞功率、轉(zhuǎn)速比、工作條件等因素選擇合適的鏈的類型，例如滾子鏈、套筒鏈、齒形鏈等。2鏈輪設(shè)計鏈輪的設(shè)計包括確定鏈輪的齒數(shù)、齒形、齒寬等參數(shù)，這些參數(shù)直接影響鏈傳動的傳動精度和壽命。3張緊裝置設(shè)計張緊裝置，確保鏈傳動具有合適的張緊力，防止跳齒和脫鏈。螺旋傳動的設(shè)計類型選擇根據(jù)傳遞功率、轉(zhuǎn)速比、工作條件等因素選擇合適的螺旋傳動類型，例如梯形螺紋、矩形螺紋、三角螺紋等。螺紋參數(shù)確定螺紋的螺距、螺紋升角、螺紋牙型等參數(shù)，這些參數(shù)直接影響螺旋傳動的傳動效率和自鎖性能。強度計算進行螺紋的強度計算，確保螺紋在工作載荷下具有足夠的強度。制動裝置的設(shè)計類型選擇根據(jù)制動要求、工作條件等因素選擇合適的制動器類型，例如蹄式制動器、盤式制動器、帶式制動器等。1制動參數(shù)確定制動器的制動摩擦力矩、制動時間、制動距離等參數(shù)，這些參數(shù)直接影響制動器的制動性能。2結(jié)構(gòu)設(shè)計進行制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保制動器具有足夠的強度和剛度，并能可靠地工作。3彈簧的設(shè)計1類型選擇2參數(shù)確定3強度計算4穩(wěn)定性分析5疲勞壽命焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計1焊縫類型2焊接方法3焊接工藝4焊接檢驗鉚接結(jié)構(gòu)的設(shè)計鉚釘選擇鉚釘?shù)牟馁|(zhì)、規(guī)格、尺寸等選擇，根據(jù)連接的強度要求、材料特性等因素確定。鉚接工藝鉚接工藝流程，包括沖孔、對齊、鉚接等步驟，確保鉚接質(zhì)量和連接強度。強度計算對鉚接結(jié)構(gòu)的強度進行計算，驗證其是否滿足設(shè)計要求，包括抗拉強度、抗剪強度等。緊固件的設(shè)計螺栓螺栓的種類、規(guī)格、強度等級等選擇，根據(jù)連接的強度要求、預(yù)緊力等因素確定。螺母螺母的種類、規(guī)格、強度等級等選擇，與螺栓相匹配，確保連接的可靠性。墊圈墊圈的作用是增大接觸面積、減少摩擦、防止松動等，根據(jù)連接的需要選擇合適的墊圈。材料的選擇強度材料的強度是零件承受載荷的能力，應(yīng)選擇具有足夠強度的材料。剛度材料的剛度是零件抵抗變形的能力，應(yīng)選擇具有足夠剛度的材料。耐磨性材料的耐磨性是零件抵抗磨損的能力，對于有相對運動的零件，應(yīng)選擇具有良好耐磨性的材料。零件表面處理1噴漆噴漆可以提高零件的耐腐蝕性、美觀性。2電鍍電鍍可以提高零件的耐磨性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性。3熱處理熱處理可以提高零件的強度、硬度、耐磨性。零件的公差和配合公差公差是指允許的尺寸變動量，合理的公差可以保證零件的互換性和裝配精度。配合配合是指兩個或多個零件之間的結(jié)合關(guān)系，合理的配合可以保證零件之間的正常工作。選擇原則公差和配合的選擇應(yīng)根據(jù)零件的功能要求、加工精度、裝配要求等因素進行綜合考慮。工藝性的考慮1零件形狀零件的形狀應(yīng)盡可能簡單，便于加工和制造。2加工方法零件的加工方法應(yīng)盡可能先進，以提高生產(chǎn)效率和加工精度。3加工設(shè)備零件的加工設(shè)備應(yīng)盡可能通用，以降低生產(chǎn)成本。裝配性的考慮零件數(shù)量零件的數(shù)量應(yīng)盡可能少，以簡化裝配過程。裝配方向零件的裝配方向應(yīng)盡可能一致，便于自動化裝配。裝配順序零件的裝配順序應(yīng)盡可能合理，以提高裝配效率?？煽啃缘目紤]失效模式分析分析零件可能出現(xiàn)的失效模式，例如斷裂、磨損、腐蝕等。1可靠性設(shè)計采取措施提高零件的可靠性，例如選擇合適的材料、提高加工精度、進行表面處理等。2可靠性試驗進行可靠性試驗，驗證零件的可靠性是否滿足設(shè)計要求。3可維修性的考慮1易損件更換2維修空間3通用工具4維修手冊5模塊化可制造性的考慮1零件設(shè)計2工藝選擇3設(shè)備利用4成本控制經(jīng)濟性的考慮材料成本選擇合適的材料，降低材料成本，同時滿足設(shè)計要求。加工成本采用先進的加工工藝，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。裝配成本簡化裝配過程，提高裝配效率，降低裝配成本。設(shè)計文件的編制零件圖零件圖是描述零件的幾何形狀、尺寸、技術(shù)要求等信息的技術(shù)文件。裝配圖裝配圖是描述機器或部件的結(jié)構(gòu)、零件之間的連接關(guān)系等信息的技術(shù)文件。技術(shù)說明書技術(shù)說明書是描述機器或部件的功能、性能、使用方法等信息的技術(shù)文件。設(shè)計流程的組織需求分析明確設(shè)計目標(biāo)和要求。方案設(shè)計提出多種設(shè)計方案，進行比較和選擇。詳細設(shè)計對選定的方案進行詳細設(shè)計，包括零件設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算等。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)1計算機輔助設(shè)計利用計算機軟件進行設(shè)計，提高設(shè)計效率和精度。2有限元分析利用有限元軟件進行強度、剛度、振動等分析，優(yōu)化設(shè)計方案。3三維建模利用三維建模軟件進行零件和裝配體的建模，直觀地展現(xiàn)設(shè)計結(jié)果。計算機輔助設(shè)計CAD軟件利用CAD軟件進行二維繪圖和三維建模，提高設(shè)計效率和精度。仿真分析利用CAD軟件進行仿真分析，驗證設(shè)計方案的合理性。自動化設(shè)計利用CAD軟件進行自動化設(shè)計，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。有限元分析技術(shù)1模型建立建立零件或裝配體的有限元模型。2網(wǎng)格劃分將模型劃分為有限個單元。3載荷施加在模型上施加載荷和約束。三維建模技術(shù)實體建模通過構(gòu)建實體模型來描述零件的幾何形狀。曲面建模通過構(gòu)建曲面模型來描述零件的復(fù)雜曲面?；旌辖嶓w建模和曲面建模結(jié)合起來，描述零件的復(fù)雜形狀。參數(shù)化設(shè)計技術(shù)參數(shù)定義定義零件的幾何參數(shù)和材料參數(shù)。1參數(shù)關(guān)系建立參數(shù)之間的關(guān)系，實現(xiàn)參數(shù)的聯(lián)動。2模型更新通過修改參數(shù)值，自動更新模型。3產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)1數(shù)據(jù)存儲2版本控制3權(quán)限管理4流程管理5協(xié)同設(shè)計機械設(shè)計案例分析1案例選擇2問題分析3方案設(shè)計4結(jié)果評估概率論在機械設(shè)計中的應(yīng)用可靠性分析利用概率論進行可靠性分析，評估零件的失效概率。公差設(shè)計利用概率論進行公差設(shè)計，保證零件的互換性和裝配精度。壽命預(yù)測利用概率論進行壽命預(yù)測，評估零件的使用壽命。人機工程學(xué)在機械設(shè)計中的應(yīng)用人機工程學(xué)人機工程學(xué)是一門研究人與機器、環(huán)境之間相互作用的學(xué)科。操作舒適性在機械設(shè)計中，應(yīng)考慮操作者的舒適性，例如操作高度、操作力度、操作空間等。安全性在機械設(shè)計中，應(yīng)考慮操作者的安全性，例如防護裝置、警示標(biāo)志等。機械設(shè)計中的倫理和法律問題安全責(zé)任設(shè)計師有責(zé)任確保設(shè)計的機械產(chǎn)品安全可靠，保障用戶的人身安全。知識產(chǎn)權(quán)設(shè)計師應(yīng)尊重知識