第1章 机械设计概论

第1章机械设计概论机械设计1.机械1.0概述机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料和信息。组成机器的基本单元：机构——运动单元→机械原理零件——制造单元→机械设计√部件——为完成同一使命在结构上组合在一起（可拆或不可拆）并协同工作的零件√机械系统：由许多机器、装置、监控仪器等组成的大型工程系统，或由零件、部件等组成的机器（甚至机器中的局部）都可以看成一个机械系统。原动机传动部分执行机构机器的组成:辅助系统：润滑显示照明等控制系统设计是为满足某一特定要求而进行的创造过程2.设计机械设计：机械设计可以是应用新的原理或新的概念，开发创造新的机器，也可以是在已有机器的基础上，重新设计或作局部的改革。设计范畴:提高机器的工作能力，合并或简化机器结构，增多或减少机器的功能，提高机器效率，降低机器能耗，变更机器零件，改用新材料等。※机械设计是影响机械产品性能、质量和成本的主要因素。1.1课程的性质和任务机械零件通用零件专用零件传动件联接件支承件其它—齿轮、蜗杆、带、链—螺栓、键、花键—轴、轴承—联轴器、弹簧、机架—水轮机叶片、活塞、曲轴1.1.1课程的研究对象1.1.2课程的研究内容本课程主要介绍普通工作条件下一般参数的通用零部件的选用或设计。讨论机械零部件的设计方法，如零部件的工作能力、参数计算、结构设计、加工工艺等。1.1.3课程的性质——设计性技术基础课，综合性强基础课机械设计专业课1.1.4学习要求1.掌握通用零部件的设计方法和步骤;2.初步具备设计机械传动装置及简单机械的能力；3.能在设计中运用各种技术资料（标准、规范、手册）。1.1.5学习方法1）掌握零件设计时的共性工作原理、结构、类型、应用场合受力分析、失效形式设计准则、设计计算2）不死记公式，理解并掌握基本概念着眼于分析问题和解决问题能力的培养3）掌握机械设计的特点解的不唯一性和设计过程的反复性1.2基本原则和设计程序1.2.1设计机器时应满足的要求1）使用功能要求；2）经济性要求；3）劳动保护要求；4）可靠性要求；5）其他特殊要求。1.2.2设计方法1）内插式设计2）外推式设计3）开发性设计1.2.3设计程序1.调查决策阶段调查研究开发计划书2.研究设计阶段试验研究技术设计3.试制阶段样机试制样机试验技术经济评价4.投产销售阶段生产设计小批试制正式投产销售服务新产品从提出任务到投放市场的全部程序要经过四个阶段：2）经济方面——设计、制造、使用1.评价内容2.提高技术经济价值的四个方面1）简化设计：减少零件数、提高三化程度1.2.4技术经济评价2）采用廉价材料3）改善毛坯、零件加工、装配等工艺性，合理选择精度4）改善生产经营管理制度1）技术方面评价——技术可行性1.3机械零件设计概述1.3.1设计机械零件的基本要求1.满足功能要求，能够准确实现预定的功能；2.工作可靠—在预定的工作期限内不能失效；3.成本低廉（工艺性好，质量小，经济性好）。失效—丧失工作能力或达不到设计要求的性能，不仅仅指破坏。主要有：—断裂。如轴、齿轮轮齿发生断裂—表面点蚀。工作表面片状剥落—塑性变形。零件发生永久性变形—过大弹性变形—过度磨损—过大振动和噪声、过热等强度问题刚度问题耐磨性问题振动稳定性问题工作能力—不失效条件下零件的安全工作限度。这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，所以又常称为“承载能力”50kN吊钩最大起重量——50kN工作能力或承载能力——50kN1.3.2承载能力判定条件同一零件可能发生各种不同形式的失效Fn轴可能的失效形式：断裂、过大弹性变形、塑性变形、共振强度条件：工作应力≤许用应力σ≤[σ]或τ≤[τ]或σH≤[σH]刚度条件：实际变形量≤许用变形量y≤[y]、θ≤[θ]、φ≤[φ]1.3.3机械零件的设计步骤3.选择材料4.根据失效形式选用判定条件，设计出零件的主要参数5.绘制零件工作图受力分析1.拟订零件的设计简图2.确定载荷的大小及位置★类比设计与已有的同类产品进行比较来设计新产品。★经验设计根据实践中归纳出的经验公式和经验数据进行设计。★模型实验设计用于大型、复杂零件的设计。1.3.4机械零件的设计方法传统设计方法：强度条件（或刚度）设计计算尺寸尺寸校核计算强度条件（或刚度）★理论设计（半经验设计）现代设计方法：★优化设计对工程实际问题进行抽象，建立数学模型，用优化方法求解，得出最佳设计结果。★计算机辅助设计（CAD）包括分析计算和绘图。★概率设计（可靠性设计）将概率论与数理统计理论运用于机械设计。★有限元分析★并行设计总体设计技术设计零件设计机械系统的设计步骤：