第一章绪论第二章机械设计总论.

机械设计机械设计2015年8月机械基础课程组北华大学机械工程学院机械设计参考资料◎教材：濮良贵、陈国定、吴立信主编《机械设计》（第九版）高教出版社。◎主要参考书：1）邱宣怀等主编《机械设计》(第四版）高教出版社；2）张占国主编《机械原理、机械设计学习指导与综合强化》北京大学出版社；3）邢琳、王潍主编《机械设计习题与指导（重点难点及典型题解析）》机械工业出版社；4）侯玉英、孙立鹏主编《机械设计学习指导与典型题解》高等教育出版社。◎复习资料：学习邮箱中发布的各章教学课件和机械设计学习指导与综合强化。邮箱：[e-mail]密码：654321机械设计考核办法◎期末考试与平时考核相结合，平时考核成绩占30%，期末考试成绩占70%。期末考试为闭卷笔试，期末考试实行教考分离。◎平时考核成绩由两部分组成：出勤占15%，实验占15%。机械设计第一章绪论机械设计原动机传动部分—执行部分—控制系统辅助系统（如仪表、照明）轿车组成：第一章绪论机械设计任何机器都是由许多零件组合而成的。第一章绪论机械设计部件：为完成同一使命而协同工作的许多零件的组合。零件：组成机器的不可拆的基本单元（即制造的基本单元）。如：滚动轴承、联轴器。第一章绪论机械设计用途专用零部件：只在一定类型机器中使用的零件，如曲轴。通用零部件：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。标准件：制定了国家标准，并由专门工厂生产的零部件。如：滚动轴承、螺栓等。第一章绪论机械设计第一章绪论关于本课程研究对象通用零件。研究内容机械装置的实体设计，涉及零件材料的选择、受力及强度的分析计算和结构设计等内容，同时要考虑零件的工艺性、标准化、经济性、环境保护等要求。课程性质机械类专业的设计性主干技术基础课。课程任务1、掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，突出创新意识和创新能力的培养，具有设计机械传动装置和简单机械的能力；2、树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策；3、具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力和应用计算机辅助设计的能力；4、掌握典型机械零件的实验方法，获得基本实验技能的训练；5、对机械设计的新发展有所了解。机械设计第一章绪论课程特点涉及面广、实践性强、无重点又都是重点、设计问题无统一答案。学习方法本课程研究对象和性质上的特点，决定了内容本身的繁杂性，主要体现在“关系多、门类多、要求多、公式多、图形多、表格多”。学习时，应注意找出各零件的共性，明确相应的设计规律，使“六多”为我所用，应把主要的精力放在零件的选材、工况和失效形式分析、设计准则的确定、受力及强度计算和结构设计上来，而对公式的推导、曲线的来历、经验数据的取得等只作一般的了解。机械设计第一章绪论课堂讲授内容第一篇总论第五章螺纹连接和螺旋传动第六章键、花键、无键连接和销连接第八章带传动第九章链传动第十章齿轮传动第十一章蜗杆传动第十二章滑动轴承第十三章滚动轴承第十四章联轴器和离合器第十五章轴机械设计§2-2设计机器的一般程序阶段步骤阶段成果初期规划设计阶段选题→调研与预测→可行性论证→确定设计任务调研报告；产品开发可行性论证报告；设计任务书。总体方案设计阶段目标分析→创新构思→方案拟定→方案评价→方案决策总体方案示意图；机械系统方案运动简图；运动循环图；方案设计计算说明书。结构技术设计阶段结构方案拟定→造型设计→结构设计→材料选择与尺寸设计→设计图绘制全套设计图纸；设计计算说明书。生产施工设计阶段工艺设计→工装设计→施工设计工艺流程卡片；工装设计图；基础安装图；技术文件；使用说明书；备件明细表。机械设计一、使用功能要求：要满足预期的使用要求，即实现预定功能，满足运动和动力性能等二、经济性要求：1）设计制造经济性—设计方案最优，工艺合理，成本低2）使用经济性—高生产率、高效率、低消耗、低维护和管理费用三、劳动保护和环境保护要求：1）机器的操作要方便、安全2）操作者及机器的环境要得到改善四、寿命和可靠性要求：在规定的寿命期内始终能够安全可靠地工作五、其它专用要求：体积小，重量轻，外形美观，色彩与机器功能相适应，易于标准化、系列化和通用化§2-3对机器的主要要求机械设计主要失效形式4.破坏正常工作条件引起的失效：打滑、共振、胶合1.整体断裂2.过大的残余变形3.零件表面的破坏：接触疲劳、磨损、腐蚀§2-4机械零件的主要失效形式——零件在规定的使用期限内丧失工作能力或达不到设计要求的性能。失效注意：1、失效并不单纯指零件的破坏，如带传动打滑、螺纹连接松动、轴弹性变形过大、滚动轴承产生初始疲劳点蚀等，虽然零件没有破坏，但也属于失效。2、同一种机械零件可能的失效形式往往有数种。机械设计§2-4机械零件的主要失效形式齿轮轮齿断裂轴承内圈断裂齿轮齿面塑形变形轴瓦磨损轴承内圈接触疲劳失效举例机械设计一、避免在预定寿命期限内失效的要求：1.强度：机械零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效（腐蚀除外）的能力。体积强度不足：塑性变形、脆断、疲劳断裂表面强度不足：面接触——压溃、磨损点、线接触——疲劳点蚀、磨损2.刚度：机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。弹性变形不能超过许用值。二、经济性要求：要降低零件的生产成本。§2-5设计零件时应满足的基本要求3.寿命：影响寿命的主要因素有疲劳、磨损、腐蚀三、质量小的要求：要尽量减轻机械零件的质量，因为这样可以减少材料的消耗，降低运动零件的惯性以改善机器的动力性能。机械设计五、结构工艺性的要求：机械零件具有良好的结构工艺性，就是要求所设计的零件结构合理、外形简单，在既定的生产条件下易于加工和装配。四、可靠性要求：机器的可靠性取决于机械零件的可靠性。为提高零件的可靠性，设计零件时，尽量使零件的性能满足工作环境条件的要求，并在使用时加强维护，对工作条件进行检测。§2-5设计零件时应满足的基本要求1.机加工零件的工艺性1）要能加工加工不出来一切免谈。2）便于加工减小辅助时间（减少装夹和换刀时间）。机械设计1.机加工零件的工艺性3）保证精度减少变形(车工怕长杠、刨工怕大板)，减少装夹。4）提高刀具寿命避免在曲面或斜面钻孔、深孔和盲孔。§2-5设计零件时应满足的基本要求2.装配零件的工艺性1）能装能拆机械设计2）提高效率避免过定位和辅助加工。尽可能使受热变型一致：要求避免尖角、壁厚均匀、形状对称，少用细长杆、大薄板。3.热处理零件的工艺性2.装配零件的工艺性3）保证装配质量合理的定位结构。§2-5设计零件时应满足的基本要求机械设计§2-6机械零件的设计准则在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是所谓的机械零件设计准则。设计准则它是设计机械零件的理论依据。主要设计准则有强度、刚度、寿命、振动稳定性、耐热性和可靠性准则等。机械设计§2-6机械零件的设计准则机械设计必须采用先进的设计方法和手段！激烈的竞争传统的手段手工绘图常规的计算方法简单的计算工具碰撞CAD§2-7机械零件的设计方法机械设计1、理论设计（半经验设计）a）设计计算：直接求出危险截面尺寸A。[]FA§2-7机械零件的设计方法1）设计计算——先分析零件的可能失效形式，根据该失效形式的计算准则通过计算确定零件的结构尺寸。2）校核计算——先根据经验确定零件的结构尺寸，然后再验算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。b）校核计算：其他方法初步设计→验算。[]?FA☆传统设计方法机械设计2、经验设计根据经验关系式或设计者的经验，用类比的方法所进行的设计。如：箱体、传动零件个各结构要素等§2-7机械零件的设计方法机械设计3、模型实验设计把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺寸样机进行实验。如：飞机、桥梁的风洞实验。§2-7机械零件的设计方法机械设计二十世纪六十年代以来，机械产品设计领域相继出现了一系列新兴的理论与方法。为区别于过去的传统的方法，把这些称为现代设计方法。设计方法学优化设计可靠性设计计算机辅助设计有限元法工业设计专家系统价值工程相似性设计动态设计人工智能模块化设计摩擦学设计反求工程主要现代设计理论与方法☆现代设计方法§2-7机械零件的设计方法机械设计6、绘制零件工作图。工作图必须符合国家制图标准，尺寸齐全并标注必要的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度及技术条件等。§2-8机械零件设计的一般步骤1、根据总体设计的要求，选择零件的类型；2、根据机器的工作情况，确定作用在零件上的载荷，进行受力分析；3、根据零件的工作条件及受力情况，选择材料及热处理方式，并确定其许用应力；4、根据失效分析，确定零件的设计计算准则，应用理论设计方法或经验设计方法进行设计计算；5、根据计算结果，同时考虑零件的加工和装配工艺等要求，对零件进行结构设计；机械设计一、常用材料1.铸铁性脆、不能碾压或锻造；易熔、液态流动性好；减震性、耐磨性好；有的易切削，有的强度高，广泛用作机架等复杂零件。分为灰铁、球铁、蠕铁、可锻铸铁、合金铸铁等。2.钢有较好的机械、热处理和切削性能；分为碳钢和合金钢，含碳量有高、中、低之分；一般含碳量↑强度、硬度↑塑性、韧性↓，可通过热处理改善性能；常用中碳钢、中碳合金钢。3.铸钢强度、切削性优于铸铁，易熔性、流动性较铸铁差，适合作大尺寸零件。4.有色金属铝合金强密比高，宜作高速、轻质零件，多用铸铝；铜合金导热、导电性好，减摩、耐磨、抗胶合性能好，宜作电器接插件、轴瓦、蜗轮等；轴承合金专门用来做轴承。5.非金属橡胶宜做密封件、缓冲减震件、传动带等；塑料一般用作减摩材料或复杂轻载件。§2-9机械零件的材料及其选用机械设计二、常用热处理方法1.淬火加热至临界温度，保温，急冷。提高硬度、耐磨性。以表面淬火常用。2.渗碳淬火渗碳然后淬火。使零件外硬内韧，耐磨、耐冲击。3.碳氮共渗亦称氰化，目的同上。现在应用不多。4.渗氮热处理温度低，表面硬度大于渗碳淬火，适于硬化后不磨削的零件，不耐冲击。5.调质淬火后高温回火；综合机械性能较好，也便于切削。最常用的热处理方法之一。6.正火（常化）调整硬度、细化晶粒、便于切削。不重要的零件可作为最终热处理。7.退火降低硬度、均匀组织、消除内应力。对铸、锻、焊零件是常用的消除内应力的方法。§2-9机械零件的材料及其选用机械设计1.使用要求2.工艺要求3.经济性有强度和重量要求，选强密比高的；有刚度要求，选弹性模量大的（对碳钢，这种情况下宁肯用较低强度的材料）；有接触强度和耐磨要求，选表面可强化处理的。毛坯要与生产规模相适应，大批量宜用铸造、模锻，小批量宜用焊接、自由锻。相应的：铸件要求液态流动性好、缩孔和偏析倾向小；焊件要求可焊性好、不易开裂；锻件要求延展性好、热脆性小；切削加工件要便于切削、表面要光整；热处理件要求可淬性、淬透性好，变形倾向小。相对价格要低、材料利用率要高、加工费用要少，最终要与生产规模相适应。§2-9机械零件的材料及其选用三、材料选用原则机械设计机械零件设计中的标准化1§2-10机械零件设计中的标准化标准化的益处：与设计有关的标准:国际标准国家标准行业标准企业标准等如：ISOGBHBQB国标分为：强制标准和推荐标准标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以降低生产成本。强制性国家标准：代号为GB××××（为标准序号）－××××（为批准年代）强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。推荐性国家标准：代号为GB／T××××－××××，这类标准占整个国标中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。机械设计本章学习要求从机械零件设计应满足的基本要求出发：掌握机械零件的主要失效形式和设计准则；了解机械零件设计的一般步骤和方法；了解机械零件的常用材料及选用原则；了解机械设计中用到的国家标准、规范等；对常用的现代机械设计方法和手段有所了解。