第1、2章机械设计-01～2第一篇-总论(第一、二章)

第一篇总论第一章绪论第二章机械设计总论第三章机械零件的强度第四章摩擦、磨损及润滑概述引言引言人类社会的进步源于不断地创新，设计活动则是创新的策划、起点和关键环节。机器(machine)是人们改造世界和现代化生活的重要工具，机器的发明、使用和发展是现代社会发展的一个重要创新过程。在这一创新过程中，人们总结出了进行机械设计的理论与方法，从而为更高层次的创新与设计奠定了基础。现代教育的目标是素质教育，而素质教育的核心应该是创新素质教育。作为集中了人们关于机械及装备创新智慧的机械设计的理论与方法，应该是同学们学习创新的理想内容。关于机械设计的理论与方法是博大精深的，而作为大学本科阶段的一门课程，机械设计课程的主要任务是讲述通用机械零部件的设计以及机械系统设计的基础知识。绪论一.课程的研究对象及内容二.课程的性质三.课程的任务四.学习本课程的注意事项健身增肌二次发育WeiXinTaoBao机械设计是为了满足机器的某些特定功能要求而进行的创造过程，即应用新的原理或新的概念，开发创造出新的产品，或对现有机器的局部进行创造性的改革。一、课程研究对象及内容机械设计=机械+设计1、基本概念机械的组成机械是机器和机构的总称机器是代替人们体力和部分脑力劳动的工具，机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能比人工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。例如：特种环境工作的机器人、自动化生产线、人们代步用的汽车等。机器是根据要求设计执行运动的装置，完成能量转换、物料、信息传递。机构是用来传递运动和力的可动装置。辅助系统：例如润滑、显示、照明等动力系统传动系统执行系统操作系统和控制系统1）从功能看三个基本部分、三个辅助部分动力系统提供动力、实施能量转换如：水轮机电动机机械能水能(自然界能源)电能(二次能源)传动系统将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置功能：变速（减速或增速）传递动力改变运动规律多驱动执行系统操纵及控制系统使各部分协调动作其他辅助装置冷却、润滑、记数、照明等机械能是机器中最接近作业端的装置，直接与被作业件相接触，以完成预定任务。动力系统传动系统执行系统操纵及控制系统辅助装置冷却、润滑、记数、照明以汽车为例－机械系统的组成3)从制造安装方面看：任何机械设备都是由许多机械零部件组成的。机械零件：是机械制造过程中不可分拆的最小单元。2）从运动观点看：机械设备是由机构组成。机械零件可以分为两大类通用零件：各种机械中经常用到的一般参数的零件。例如：螺钉齿轮链轮直轴箱体专用零件：在特定类型的机器中才能用到的零件。例如：飞机螺旋桨内燃机曲轴通用零件：各种机械中经常用到的一般参数的零件。例如：螺钉齿轮链轮直轴专用零件：在特定类型的机器中才能用到的零件。例如：飞机螺旋桨内燃机曲轴机械部件：是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体。例如：轴承，联轴器，发动机。滚动轴承部件2、机械设计课的研究对象：一般参数（尺寸、精度、温度、压力等）的通用零件。包括简单机械的设计和典型零部件的设计联接零件：螺钉、键、花键、过盈机械传动件：带、链、齿轮、蜗轮轴系零部件：轴，轴承、联轴器其它零部件：弹簧、机座，减速箱3、机械设计的重点内容：从承载能力出发，考虑结构、工艺、维护等方面来解决通用零件的设计问题。包括如何确定零件尺寸、如何选择材料、精度、表面质量及绘制零件图等。本课程是一门以通用零件的设计为核心的设计性课程，论述它们的基本设计理论与方法，培养学生具有设计一般机械的能力的主干设计性技术基础课程。综合运用已学知识：制图、力学、金属学（材料及工艺）、公差配合、机械原理等。了解、应用机械设计的理论和方法。二、本课程的性质机械设计方案设计结构设计→机械原理课程的范畴→机械设计课程的范畴机械设计在国民生产中的地位（重要性）机械是现代各行业的基础，是物质生产的基本工具，机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改造的重任，其应用水平是一个国家技术水平和现代化程度的重要标志，也是信息化产业的基础。设计则是产品生产的第一道程序，设计质量的高低直接影响到机械产品的技术性能和经济性能，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。１）实现能量转换（电动机）２）实现物料转换（各种机床）３）实现信息转换（计算机）设计具有使用功能的机械技术系统，设计能满足人们生产、生活的需要，具有市场竞争力的产品是机械设计的核心任务。掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律；树立正确的设计思想；具有使用标准、规范、手册、图册及查阅资料的能力；掌握典型零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；了解机械设计的新发展，培养创新能力。三、本课程的任务1）经济竞争归根结底是设计和制造能力竞争工业化国家的财富60~80%是制造业创造的制造是将科技转化为财富的最后环节各发达国家重新重视制造业2）机械制造业生产管理模式的转变大批量、单一化、流水作业生产管理模式中小批量、个性化、柔性生产管理模式3）制造业市场竞争围绕TQCSF展开竞争的焦点上市时间Time质量Quality产品成本Cost服务Service灵活性Flexible4）竞争的焦点之一是设计成功的设计赢得了市场设计是科技成果转化为生产力的纽带设计是引进技术实现国产化的重要环节没有现代化设计就没有现代化产品5）设计在生产中的地位设计是影响产品技术与经济指标的关键020406080设计占成本5%设计决定成本75%现代企业三部分开发设计制造市场销售将核心工作放在本企业，两头在内，中间在外四、学习本课程的注意事项：课程的特点：“六性”（内容的综合性、设计性、实践性、理论应用的多样性、章节的独立性、计算结果的非唯一性）“四多”：公式多而繁、概念多、图表多、系数多注意理论联系实际，将机械零件的设计放到整个机械系统中加以考虑;注意掌握零部件的共性（工作原理、失效形式、常用材料、承载能力计算、参数选择、结构设计）;掌握机械零部件设计的一般思路。学习方法：1在学习本课程的同时要及时复习和巩固有关先修课程的知识2弄清设计原理和设计公式的应用条件及公式中各量之间的相互关系3正确对待理论设计和经验设计的关系4正确处理计算与绘图的关系5正确对待设计计算结果6重视培养结构设计能力7重视培养整机设计能力8注意创新能力的培养及创新技法的学习第二章机械设计总论§2-1机器的组成§2-2设计机器的一般程序§2-3对机器的主要要求§2-4机械零件的主要失效形式§2-5设计机械零件时应满足的基本要求§2-6机械零件的计算准则§2-7机械零件的设计方法§2-8机械零件设计的一般步骤§2-9机械零件材料的选用原则§2-10机械零件设计中的标准化§2-11机械现代设计方法简介机器的组成12.1机器的组成人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各异的机器。一台完整的机器(machine)的组成大致可包括：原动机部分传动部分执行部分润滑、显示、照明等辅助系统控制系统传感器传感器传感器设计机器的一般程序2.2设计机器的一般程序计划阶段方案设计阶段技术设计阶段技术文件编制阶段一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。设计机器的一般程序：详细说明2.2设计机械的一般程序计划阶段方案设计技术设计技术文件的编制试制、试验、鉴定、生产信息反馈、修改机械设计的内容分析工作原理类型选择受力分析改进与发展结果分析与设计简化模型失效分析建立计算准则1使用功能要求（满足需要原则）2经济合理原则（低成本高收益要求）3劳动保护和环境保护要求（安全原则）4寿命和可靠性要求（机械的必备条件）5其它专用要求工艺性及标准化、系列化、通用化“三化”原则（提高设计质量，降低制造成本）人机工程原则（操作使用方便及美观要求）优化原则（节能、低耗、低噪、低污染等绿色要求）2.3机械设计的基本要求设计机械时应满足的基本要求途径：1）先进的现代化设计方法2）最大限度标准化3）新技术、新工艺失效零部件不能满足工作要求称为失效。机械零件的主要失效形式破坏正常工作条件引起的失效：整体断裂：拉，压，弯，剪、扭过大的残余变形：加工，热处理零件的表面破坏：腐蚀、磨损和接触疲劳打滑，共振，胶合等2.4机械零件的主要失效形式与设计准则2.5设计机械零件的基本要求1、避免在预期寿命期内失效的要求1）强度：零件在工作中发生断裂或不允许的残余变形都属于强度不足。--最基本要求2）刚度：零件在工作时所产生的弹性变形不超过允许的限度就叫满足了刚度要求。一般分为整体变形刚度和表面接触刚度。3）寿命：零件正常工作延续的时间叫零件的寿命。2、结构工艺性的要求良好的结构工艺性是指零件便于加工、便于装配、费用低。毛坯选择合理，降低精度要求，结构简单，采用标准件3、经济性要求4、质量小的要求5、可靠性要求2.6机械零件的设计准则设计准则计算公式失效形式典型零部件强度准则lim/S断裂、疲劳破坏、残余变形轴、齿轮、带轮等刚度准则y[y]弹性变形轴、蜗杆等寿命准则满足额定寿命腐蚀、磨损、疲劳滚动轴承等机械零件工作能力计算依据的原则工作能力：零件不发生失效时极限工作指标其他准则：耐磨性准则：针对零件的表面失效。验算压强：ｐ≤［ｐ］，要限制单位接触面上单位时间产生摩擦功不要过大，控制ｐｖ≤［ｐｖ］振动稳定性准则：针对高速机器中零件出现的振动、振动的稳定性和共振。对于强迫振动，振动准则为：fn＜0.85f或fn＞1.15f可靠性准则：按传统强度设计方法设计零件，由于材料强度，外载荷和加工尺寸等存在离散性，有可能出现达不到预定工作时间而失效的情况。希望将出现这种失效情况的概率控制在一定程度之内，这就对零件提出可靠性要求。2.7机械零件的设计方法与基本原则一、机械零件的设计方法机械零件的设计方法常规的（或传统的）设计方法现代设计方法1、常规的（或传统的）设计方法理论设计：根据理论和试验数据进行的设计称理论设计。以强度准则为例：SAFlim对上式可有两类处理方法：设计计算：由公式直接确定零件的主要尺寸，即limSFA校核计算：由其他方法初步确定零件的主要尺寸后进行校核计算，即AF设计计算多用于能通过简单的力学模型进行设计的零件；校核计算则多用于结构复杂、应力分布较复杂但又能用现有的力学分析方法或变形分析方法进行计算的场合。经验设计：根据设计者的工作经验或经验关系式用类比的方法进行设计，称为经验设计。此方法适用于使用要求变动不大而结构形状已典型化的零件，如机架、箱体等模型实验设计：把初步设计的零、部件或机器制成小模型或小尺寸样机，经过实验的手段对其各方面特性进行检验，根据实验结果对设计进行逐步修改、调整和完善。此方法适用于尺寸巨大、结构复杂、难以理论分析的重要零部件或机器的设计。2、现代设计方法：可靠性设计、优化设计、反求工程设计、模块化设计、计算机辅助设计等。机械零件设计的一般步骤2.8机械零件设计的一般步骤选择零件类型、结构机械零件的设计一般要经过以下几个步骤：详细说明计算零件上的载荷确定计算准则选择零件的材料确定零件的基本尺寸结构设计校核计算画出零件工作图写出计算说明书2.8、机械零件设计的基本原则1、材料的选择原则1)使用要求（工作能力要求）零件的工况对零件尺寸和质量的限制零件的重要程度2)工艺要求毛坯制造机械加工热处理3)经济性要求材料价格加工批量和加工费用材料的利用率2、标准化的原则2.9机械零件的常用材料黑色金属铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁铸钢—铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差碳钢与合金钢—应用最广泛有色金属铝合金—重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近铜合金——黄铜：Cu与Zn合金青铜：Cu与Sn的合金无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金非金属材料塑料——轻、易