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1、机械设计概论,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。,一台完整的机器的组成大致可包括：,原动机部分,一、机器的组成,在对所设计的机器的用途和功能明确以后，在调查研究国内外有关情况和资料的基础上，机械设计的主要内容是：,二、机械设计的主要内容,1）选择机器的工作原理 2）运动和动力计算 3）零、部件的工作能力计算 4）绘制零、部件及整机的工作图和装配图等。,三、机械设计的一般程序,1、机器设计的一般程序,市场调研 可行性研究,原理方案设计,技术设 计,试制试验,小批生 产试销,投产,设计任务书,定出最佳方案,装配图、 零件图、技术文件,样机评价改进,考核工艺性、收集
2、用户意见,产品销售,1）建立零件的受力模型，确定计算载荷 2）选择零件的类型与结构 3）选择零件的材料 4）按可能的失效形式确定零件的计算准则，并确 定零件的基本尺寸，并加于标准化和圆整 5）零件的结构设计 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书,2、机械零件设计的一般步骤,四、机械零件的主要失效形式和设计计算准则,、机械零件的失效形式,失效零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能,失效形式：,强度失效,刚度失效,磨损失效,噪声失效,精度失效,振动失效,、机械零件的计算准则,工作能力零件能够安全工作的限度,计算准则以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件工作能力计算依据的基本原则,失 效 零
3、件由于某种原因不能正常工作,1、强度准则,强度是机械零件首先应满足的基本要求。 强度是指零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面损伤的能力。 为了保证零件具有足够的强度，计算时，应使其在载荷作用下零件危险剖面或工作表面的工作应力不超过零件的许用应力：,2、刚度准则,零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力,y可以是挠度、偏转角或扭转角,3、耐磨性准则,作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力,为了保证零件具有良好的耐磨性，应运用摩擦学原理设计零件的结构、选定摩擦副的材料和热处理、表面状态、油品等。同时，给予合理而充分的润滑，以延长零件的使用寿命。,4、振动稳定性准则,机器在运转中一般都有振动。轻微的
4、振动并不妨碍机器的正常工作。但剧烈的振动将影响机器的运转质量和工作精度，甚至会造成破坏事故。 机器中存在着很多周期性变化的激振源，如果某一零件本身的固有频率与激振源的频率重合或成整数倍关系时，零件就会发生“共振”，此时零件的振幅急剧增大，将在短期内导致零件甚至整个系统毁坏。 对易于失稳的高速机械应进行振动分析和计算，以确保零件及系统的振动稳定性。,5、热平衡准则,6、可靠性准则,在两零件发生剧烈摩擦处，会产生大量的热。如散热不良，就会使零件温度升高，从而改变两零件的结合性质，破坏正常润滑条件，甚至导致金属局部熔融而产生胶合或引起燃烧。因此，应对发热较大的零部件（如蜗杆传动、滑动轴承等）进行热平
5、衡计算。,一个零件的偶然失效或一个控制系统的偶然失灵，都有可能造成事故。 用可靠度R作为可靠性指标。在规定时间内（或作用次数、距离等）和规定的使用条件下，无故障地完成规定机能的概率称为可靠度，它是衡量机器在寿命方面的质量指标。,五、机械零件常用的材料及其选择原则,一、机械零件的常用材料,1、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,2、有色金属,a) 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,b) 铜合金黄铜：Cu与Zn合金 青铜：Cu与Sn的合金 无
6、锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金。,3、非金属材料 塑料轻、易加工成形、减摩性好，强度低，可作为普通机械零件、绝缘体 陶瓷电热性好，硬度高 橡胶弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和密封元件、减震元件,4、复合材料,二、机械零件材料选用的原则,1、使用要求 2、工艺要求 3、经济性要求,理论设计,经验设计,模型实验设计,常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的方法。它又可分为：,类比设计,六、机械零件的设计方法,机械零件的设计方法,现代设计方法,常规设计方法,现代设计方法通常是相对传统的设计方法而言，从总体上概括为力求运用现代应用数学、应用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下列转换：,以动态的取代静态的如机器结构动力学计算。 以定量的取代定性的如有限元计算。 以随机量取代确定量如可靠性设计。 以优化设计取代可行性设计如优化设计。 并行设计取代串行设计如并行设计。 微观的取代宏观的如微纳米摩擦学设计。 系统工程法取代分部处理法如系统工程。 自动化设计取代人工设计的转化如计算机辅助设计。,
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