机械设计第2章

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1、第二章第二章 机械设计总论机械设计总论 21 机器组成再论机器组成再论 辅助系统辅助系统 动力系统动力系统 传动系统传动系统 执行系统执行系统 控制系统控制系统 图图2-1 2-1 机器的组成机器的组成计划计划市场调研市场调研可行性研究可行性研究22 22 机器设计的一般程序机器设计的一般程序 提出任务提出任务确定设计任务确定设计任务需求分析需求分析设计结果设计结果（表现形式）（表现形式）设计任务书设计任务书方案设计方案设计加工机理加工机理工艺原理工艺原理功能分析功能分析解（方案）对解（方案）对比、评价比、评价可能解可能解设计结果设计结果原理方案原理方案原理图原理图运动简图运动简图决策决策（确

2、定方案）（确定方案）技术设计技术设计工作原理设计工作原理设计结构方案设计结构方案设计确定构形及要求确定构形及要求方案分析、评价方案分析、评价主要性能参数分主要性能参数分析、计算析、计算设计结果设计结果机器总图机器总图零部件草图零部件草图装配图装配图零件图零件图决策（确定主要决策（确定主要结构形状及尺寸结构形状及尺寸方案）方案）总体设计总体设计零（部）件设计零（部）件设计编制技术文件编制技术文件设计阶段结束设计阶段结束设计任务书设计任务书设计结果设计结果各种技术文件各种技术文件设计计算说明书设计计算说明书标准件明细表等标准件明细表等安装运输说明书安装运输说明书使用说明书使用说明书其它技术文件其它

3、技术文件制造阶段制造阶段设计是一项发明创造活动；设计是一项发明创造活动；在前人设计的基础上，要勇于创新；在前人设计的基础上，要勇于创新；上述程序不是一成不变的；上述程序不是一成不变的；要具体情况具体对待；要具体情况具体对待；理论联系实际。理论联系实际。23 23 对机器的主要要求对机器的主要要求 一、使用功能一、使用功能 1)基本功能与辅助功能基本功能与辅助功能 2)多功能问题多功能问题二、二、经济性经济性 1)机器制造成本（措施）机器制造成本（措施）2)机器的使用成本（措施）机器的使用成本（措施）三、三、劳动保护和环境保护劳动保护和环境保护 1)机器对外界机器对外界 2)外界对机器外界对机器

4、 3 3）符合法令）符合法令 四、寿命与可靠性四、寿命与可靠性五、五、其他专用（特殊）要求其他专用（特殊）要求 设计时如何处理设计时如何处理?1、尽可能完善完美（满足所有要求）；、尽可能完善完美（满足所有要求）；2、抓主要，兼顾次要。、抓主要，兼顾次要。24 24 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式一、整体断裂一、整体断裂机械零件在受到外载荷（力）机械零件在受到外载荷（力）作用时，由于某一截面上的应作用时，由于某一截面上的应 力超过零件的力超过零件的强度极限强度极限而发生而发生 的的断裂断裂。常应力超过零件的常应力超过零件的强度极限（断裂）强度极限（断裂）；变应力作用下发生的变应力作

5、用下发生的疲劳断裂疲劳断裂；二、过大的残余变形二、过大的残余变形当作用于零件上的应力当作用于零件上的应力 超过了制作零件的材料超过了制作零件的材料 的的屈服极限屈服极限时，零件产时，零件产 生生残余变形残余变形。零件零件失去工作要求的失去工作要求的结构形状结构形状。三、表面破坏三、表面破坏 腐蚀（化学或电化学浸蚀）腐蚀（化学或电化学浸蚀）锈蚀；锈蚀；交变应力下的腐蚀疲劳；交变应力下的腐蚀疲劳；磨损（两接触表面相互运动中）磨损（两接触表面相互运动中）尺寸变小；尺寸变小；接触疲劳（接触变应力长期作用）接触疲劳（接触变应力长期作用）裂纹、微粒剥落；裂纹、微粒剥落；四、破坏正常工作条件引起的失效四、破

6、坏正常工作条件引起的失效一、避免零件在预定寿命期内失效一、避免零件在预定寿命期内失效1 1、强度、强度 零件在工作中发生断裂或不允许的残余零件在工作中发生断裂或不允许的残余变形均属强度不足。变形均属强度不足。提高机械零件强度的措施：提高机械零件强度的措施：1 1）高强度材料；）高强度材料；2 2）足够的截面尺寸；）足够的截面尺寸；3 3）热处理方法；）热处理方法；4 4）合理设计零件截面形状，以增加惯性矩；）合理设计零件截面形状，以增加惯性矩；5 5）提高制造精度（降低运动件的动载荷）；）提高制造精度（降低运动件的动载荷）；6 6）合理配置零件在机器中的相互位置，以降）合理配置零件在机器中的相

7、互位置，以降低零件上的载荷。低零件上的载荷。25 25 设计机械零件的基本要求设计机械零件的基本要求2 2、刚度、刚度 零件在工作时所产生的弹性变形不超过允许的限度。零件在工作时所产生的弹性变形不超过允许的限度。整体变形刚度整体变形刚度在载荷作用下发生的伸长、缩短、在载荷作用下发生的伸长、缩短、挠曲、扭转等弹性变形的程度；挠曲、扭转等弹性变形的程度；表面接触刚度表面接触刚度在外载荷作用下，两表面接触后在外载荷作用下，两表面接触后变形而导致两零件相对位置变化的程度。变形而导致两零件相对位置变化的程度。提高零件刚度的措施：提高零件刚度的措施：1 1）增大零件截面尺寸或截面的惯性矩（整体）；）增大零

8、件截面尺寸或截面的惯性矩（整体）；2 2）缩短支承跨距或多点支承（整体）；）缩短支承跨距或多点支承（整体）；3 3）增大贴合面积、提高加工精度。）增大贴合面积、提高加工精度。引起零件疲劳（疲劳强度下降）的因素：引起零件疲劳（疲劳强度下降）的因素：1 1）应力集中；）应力集中；2 2）零件主要受力处尺寸小（截面）；）零件主要受力处尺寸小（截面）；3 3）零件表面品质及工作环境差。）零件表面品质及工作环境差。二、结构工艺性（制造的难易程度）二、结构工艺性（制造的难易程度）三、经济性三、经济性四、质量小（重量轻）四、质量小（重量轻）五、可靠性五、可靠性3 3、寿命、寿命 影响零件寿命的因素：材料的影

9、响零件寿命的因素：材料的疲劳疲劳；腐蚀腐蚀；磨损磨损工作能力工作能力零件不发生失效时的安全工作限度。零件不发生失效时的安全工作限度。计算准则计算准则为防止产生各种可能失效，而拟定的为防止产生各种可能失效，而拟定的 零件工作能力计算依据的基本原则。零件工作能力计算依据的基本原则。26 26 机械零件的设计准则机械零件的设计准则一、强度准则一、强度准则 强度强度零件在载荷作用下抵抗破坏的能力。零件在载荷作用下抵抗破坏的能力。强度准则强度准则零件中的应力不得超过允许的限度。零件中的应力不得超过允许的限度。对一次断裂，应力不超过材料的对一次断裂，应力不超过材料的强度极限；强度极限；对疲劳，应力不超过零

10、件的对疲劳，应力不超过零件的疲劳极限；疲劳极限；对残余变形，应力不超过材料的对残余变形，应力不超过材料的屈服极限。屈服极限。二、刚度准则二、刚度准则 刚度刚度零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。刚度准则刚度准则零件在载荷作用下产生的弹性变形零件在载荷作用下产生的弹性变形 量不得超过允许的限度。量不得超过允许的限度。y y可以是挠度、偏转角或扭转角。可以是挠度、偏转角或扭转角。强度计算公式强度计算公式 SS设计安全系数（安全系数）设计安全系数（安全系数）三、寿命准则（三、寿命准则（疲劳、疲劳、腐蚀、磨损）腐蚀、磨损）四、振动稳定性准则四、振动稳定性准则 五、可

11、靠性准则五、可靠性准则 各零件的固有频率各零件的固有频率(f)(f)与激振频率与激振频率(f fp p)错开错开 防止共振防止共振27 27 机械零件设计方法机械零件设计方法一、理论设计一、理论设计 设计计算：设计计算：校核计算：校核计算：这里这里 -安全系数计算值，计算安全系安全系数计算值，计算安全系数。数。二、经验设计二、经验设计 三、模型实验设计三、模型实验设计 1 1）按照使用要求，）按照使用要求，选类型与结构；选类型与结构；2 2）受力分析、）受力分析、建立受力模型，确定计算载荷；建立受力模型，确定计算载荷；3 3）分析判断可能的失效形式，确定计算准则；分析判断可能的失效形式，确定计

12、算准则；4 4）选择制作零件的材料；选择制作零件的材料；5 5）分析与计算）分析与计算，确定零件基本结构尺寸；，确定零件基本结构尺寸；6 6）尺寸圆整、标准化，进行结构设计；尺寸圆整、标准化，进行结构设计；7 7）相关校核、审查、评价；）相关校核、审查、评价；8 8）绘制零件工作图，编写计算说明书。绘制零件工作图，编写计算说明书。28 28 机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤上述设计步骤不是一成不变的，上述设计步骤不是一成不变的，针对设计对象，具体情况具体对待。针对设计对象，具体情况具体对待。29 29 机械零件材料及其选择机械零件材料及其选择 一、机械零件常用材料一、机械零件常用材

13、料 1 1、金属材料（无机材料）、金属材料（无机材料）铸铁铸铁 铸钢铸钢碳钢碳钢 合金钢合金钢有色金属有色金属 铝合金铝合金 铜合金铜合金黑色金属黑色金属2 2、高分子材料（有机材料）、高分子材料（有机材料）塑料塑料 橡胶橡胶 合成纤维合成纤维3 3、陶瓷材料（无机材料）、陶瓷材料（无机材料）4 4、复合材料、复合材料二、机械零件材料选用原则二、机械零件材料选用原则 1 1、使用要求（载荷、应力状况）；、使用要求（载荷、应力状况）；2 2、工作条件（特别是极端工况下）；、工作条件（特别是极端工况下）；3 3、零件结构状况（尺寸、质量）；、零件结构状况（尺寸、质量）；4 4、制造及加工工艺性；、

14、制造及加工工艺性；5 5、经济性（价格、加工费用、利用率等）；、经济性（价格、加工费用、利用率等）；6 6、供应状况。、供应状况。三、材料处理方法（热处理）三、材料处理方法（热处理）210 210 机械设计的标准化机械设计的标准化 产品设计标准化产品设计标准化 “三化三化”规格系列化规格系列化 零部件通用化零部件通用化 零件的尺寸、结构要素、材料、检验方法、零件的尺寸、结构要素、材料、检验方法、设计方法、制图等，按照统一的要求（标准）设计方法、制图等，按照统一的要求（标准）进行设计进行设计零部件通用化零部件通用化。简化设计过程，提高设计效率；便于制造，保简化设计过程，提高设计效率；便于制造，保

15、证工质量，降低制造成本；方便使用，维修等；证工质量，降低制造成本；方便使用，维修等；、部标（行标）、企标。、部标（行标）、企标。一、发展一、发展1 1、设计理论不断完善与发展；、设计理论不断完善与发展；2 2、设计手段和方法的不断更新；、设计手段和方法的不断更新；3 3、综合化，学科交叉、综合化，学科交叉机电一体化；机电一体化；4 4、实验技术，实验与理论相互促进。、实验技术，实验与理论相互促进。211 211 机械设计的发展与现代设计方法机械设计的发展与现代设计方法 二、现代设计方法特点二、现代设计方法特点1 1、动代静、动代静2 2、量代性、量代性3 3、变代常、变代常4 4、优化设计取代

16、可行性设计、优化设计取代可行性设计5 5、并行设计取代串行设计、并行设计取代串行设计6 6、微代宏、微代宏7 7、系统代分部、系统代分部8 8、自动化代人工、自动化代人工本章要点：本章要点：1 1、了解机器、机械零件的一般设计步骤、了解机器、机械零件的一般设计步骤2 2、了解机器的设计要求、了解机器的设计要求3 3、掌握机械零件的主要失效形式、掌握机械零件的主要失效形式4 4、掌握一些基本概念、掌握一些基本概念5 5、了解设计机械零件时的基本要求、了解设计机械零件时的基本要求6 6、了解机械零件的设计准则、设计方法、了解机械零件的设计准则、设计方法7 7、了解机械零件的材料选择方法、了解机械零件的材料选择方法8 8、了解机械零件设计的标准化、了解机械零件设计的标准化