第1-2章 緒論及機(jī)械設(shè)計(jì)總論

1、機(jī)機(jī) 械械 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 主講：許銀萍聯(lián)系方法：教材教材w教材教材機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）蒲良貴蒲良貴 陳國定陳國定 主編主編西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室高等教育出版社高等教育出版社幾點(diǎn)要求幾點(diǎn)要求w1. 上課不能隨便亂講話上課不能隨便亂講話w2. 上課點(diǎn)名上課點(diǎn)名w3. 本課程是重要的必修課，希望每一位同學(xué)都能本課程是重要的必修課，希望每一位同學(xué)都能學(xué)好，平時(shí)要認(rèn)真完成作業(yè)，搞好課程設(shè)計(jì)學(xué)好，平時(shí)要認(rèn)真完成作業(yè)，搞好課程設(shè)計(jì)w4.作業(yè)寫好姓名、學(xué)號，請班干按順序收好再交作業(yè)寫好姓名、學(xué)號，請班干按順序收好再交w5.關(guān)于考試關(guān)于考試第一章

2、緒 論1-1 機(jī)械工業(yè)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用1-2 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)第一節(jié)機(jī)械工業(yè)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用 機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的重要標(biāo)志。 機(jī)器是代替人們體力和部分腦力勞動(dòng)的工具，機(jī)器既能承擔(dān)人力所不能或 不便進(jìn)行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞 動(dòng)生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件。第一節(jié)機(jī)械工業(yè)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用 機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的重要標(biāo)志。 機(jī)器是代替人們體力和部分腦力勞動(dòng)的工具，機(jī)器既能承擔(dān)人力所不能或 不便進(jìn)行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞 動(dòng)生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件。 只有使用機(jī)器，才能便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)

3、品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，尤其是便 于實(shí)現(xiàn)高度的機(jī)械化、電氣化和自動(dòng)化。 機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和促進(jìn)技術(shù)改造的重任。 大量地設(shè)計(jì)制造和廣泛采用各種先進(jìn)的機(jī)器，可大大加強(qiáng)促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā) 展的力度加速我國的現(xiàn)代化建設(shè)。第二節(jié) 一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)一般包含機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)、檢測與控制系統(tǒng)檢測與控制系統(tǒng)。 一臺機(jī)器機(jī)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)總是由一些機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)組成的，每個(gè)機(jī)構(gòu)又是由若干零件零件組 成的。有些零件是在各種機(jī)器中常用的，稱之為通用零件通用零件；有些零件只有 在特定的機(jī)器中才用到，稱之為專用零件專用零件。 通用零件包括：齒輪、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)

4、、螺旋傳動(dòng)； 軸、聯(lián)軸器、離合器；滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承； 螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；彈簧、機(jī)架、箱體等。 專用零件例如：葉片、犁刀、槍栓等。 通用零件是本課程的主要學(xué)習(xí)對象，而專用零件的設(shè)計(jì)方法應(yīng)在有關(guān)專業(yè) 課中學(xué)習(xí)。 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)第三節(jié)本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù) 本課程的主要內(nèi)容是：學(xué)習(xí)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識； 學(xué)習(xí)一般尺寸和參數(shù)的通用零件設(shè)計(jì)方法。 本課程中“設(shè)計(jì)”的含義是指機(jī)械裝置的實(shí)體設(shè)計(jì)，涉及零件的應(yīng)力、強(qiáng)度 的分析計(jì)算，材料的選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮加工工藝性、標(biāo)準(zhǔn)化以及經(jīng)濟(jì) 性、環(huán)境保護(hù)等。 機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果的表現(xiàn)形式為：機(jī)械工程圖、說明書和計(jì)算機(jī)程序。 本課程所涉及

5、的先修課程有：工程材料：非金屬材料，金屬材料及熱處理。工程制圖：設(shè)計(jì)的圖形表達(dá)。機(jī)械制造基礎(chǔ)：冷加工工藝，熱加工工藝。公差配合與技術(shù)測量：解決精度設(shè)計(jì)問題。理論力學(xué)：解決力分析與動(dòng)力計(jì)算。材料力學(xué)：解決強(qiáng)度分析問題。機(jī)械原理：解決機(jī)械的方案設(shè)計(jì)。本課程的幾個(gè)特點(diǎn) 涉及面廣 關(guān)系多因與諸多先修課關(guān)系密切。 要求多強(qiáng)度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經(jīng)濟(jì)性。 門類多各類零件，各有特點(diǎn)，設(shè)計(jì)方法各異。 公式多計(jì)算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗(yàn)的、半經(jīng)驗(yàn)的及定義式。 圖表多結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)表。 實(shí)踐性強(qiáng)不僅讀懂書就行，要多聯(lián)系實(shí)際，要注重實(shí)踐性環(huán)節(jié)。 無重點(diǎn)又都是重點(diǎn)

6、，設(shè)計(jì)工作必須詳盡，細(xì)小的疏忽也會導(dǎo)致嚴(yán)重事故。 設(shè)計(jì)問題無統(tǒng)一答案更多地談?wù)撜l設(shè)計(jì)得更好，要注意發(fā)展求異思維。本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)第三節(jié) 2 第二章 機(jī)械設(shè)計(jì)總論2-1 機(jī)器的組成2-2 設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序2-3 對機(jī)器的主要要求2-4 機(jī)械零件的主要失效形式2-5 設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求2-6 機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則2-7 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法2-8 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟2-9 機(jī)械零件材料的選用原則2-10 機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化2-11 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介機(jī)器的組成11機(jī)器的組成 人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，設(shè)計(jì)和制造了類型繁多、功能各異的機(jī)器。從功能看：從功能看：一臺完整

7、的機(jī)器的組成大致可包括：原動(dòng)機(jī)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分潤滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)傳感器傳感器傳感器設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序2設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序w 計(jì)劃階段：設(shè)計(jì)任務(wù)書w 方案設(shè)計(jì)階段：原理圖、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖w 技術(shù)設(shè)計(jì)階段：總裝配草圖、部件裝配草圖、零件圖、部件圖、總裝圖 技術(shù)文件編制階段：計(jì)算說明書、使用說明書、標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表、 其他技術(shù)文件等一部機(jī)器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計(jì)質(zhì)量，機(jī)器的設(shè)計(jì)階段是決定機(jī)器好壞的關(guān)鍵。它是一個(gè)創(chuàng)造性的工作過程，同時(shí)也是一個(gè)盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗(yàn)的工作。作為一部完整的機(jī)器，它是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。要提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，必須有一個(gè)科學(xué)的設(shè)計(jì)程序。設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序： 對機(jī)器的主

8、要要求3對機(jī)器的主要要求 設(shè)計(jì)機(jī)器的任務(wù)是在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展所能達(dá)到的條件下，根據(jù)生產(chǎn)及生活的需要提出的。不管機(jī)器的類型如何，一般來說，對機(jī)器都要提出以下的基本要求： 使用功能要求：機(jī)器要具有預(yù)定的使用功能 經(jīng)濟(jì)性要求：機(jī)器成本低、高生產(chǎn)率、消耗能源少等 勞動(dòng)保護(hù)要求：符合勞動(dòng)保護(hù)法規(guī) 壽命與可靠性要求 其它專用要求詳細(xì)說明 機(jī)械零件的主要失效形式14機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件常見的失效形式有：整體斷裂、過大的殘余變形、零件的表面破壞以及破壞正常工作條件引起的失效等。（一）整體斷裂整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險(xiǎn)截面的應(yīng)力超過零件的強(qiáng)度極限而導(dǎo)致的斷裂，或在變應(yīng)力作用下，危險(xiǎn)截面發(fā)生的疲勞

9、斷裂。齒輪輪齒斷裂 軸承內(nèi)圈斷裂機(jī)械零件的主要失效形式2機(jī)械零件的主要失效形式（二）過大的殘余變形 當(dāng)作用于零件上的應(yīng)力超過了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生殘余變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形 機(jī)械零件的主要失效形式3機(jī)械零件的主要失效形式（三）零件的表面破壞 零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點(diǎn)蝕）。齒面接觸疲勞軸瓦磨損 機(jī)械零件的主要失效形式4機(jī)械零件的主要失效形式（四）破壞正常工作條件引起的失效 有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如： 液體摩擦的滑動(dòng)軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時(shí)才能正常工作。 帶傳動(dòng)只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時(shí)才能正常工作。 高速轉(zhuǎn)動(dòng)的

10、零件，只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動(dòng)件系統(tǒng)的固有頻率避開一個(gè)適當(dāng)?shù)拈g隔才能正常工作。零件在工作時(shí)會發(fā)生那一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性質(zhì)等很多因素有關(guān)。有統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，一般機(jī)械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等因素引起。設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求q 避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求q 結(jié)構(gòu)工藝性要求q 經(jīng)濟(jì)性要求q 質(zhì)量小的要求q 可靠性要求 機(jī)器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計(jì)的機(jī)器滿足基本要求，就必須使組成機(jī)器的零件滿足以下要求：詳細(xì)說明應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度、壽命。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工和裝配。 零件應(yīng)有合理的生產(chǎn)加工和使用維護(hù)的成本。 質(zhì)量小則可節(jié)

11、約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。應(yīng)降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。 機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則16機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則w 強(qiáng)度準(zhǔn)則 剛度準(zhǔn)則 設(shè)計(jì)零件時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。一般來講，有以下幾種準(zhǔn)則： 壽命準(zhǔn)則 振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則w 可靠性準(zhǔn)則詳細(xì)說明：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。：確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。：通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)。：高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)注重此項(xiàng)準(zhǔn)則。：當(dāng)計(jì)及隨機(jī)因素影響時(shí)，仍應(yīng)確保上述各項(xiàng)準(zhǔn)則。 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法7機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法 理論設(shè)計(jì) 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì) 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法通常分為常規(guī)設(shè)計(jì)

12、方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法兩大類。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是指在近二、三十年發(fā)展起來的更為完善、科學(xué)、計(jì)算精度高、設(shè)計(jì)與計(jì)算速度更快的機(jī)械設(shè)計(jì)方法。如機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等等。 常規(guī)設(shè)計(jì)方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法是指采用一定的理論分析和計(jì)算，結(jié)合人在長期的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。它又可分為：詳細(xì)說明 課堂練習(xí)w某桿的安全系數(shù)為1.2，所受拉力30N，最大極限應(yīng)力為10MP，試設(shè)計(jì)此桿的橫截面積。機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟8機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟選擇零件類型、結(jié)構(gòu) 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：詳細(xì)說明 計(jì)算零件上的載荷確定計(jì)算準(zhǔn)則選擇零

13、件的材料確定零件的基本尺寸結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)校 核 計(jì) 算畫出零件工作圖寫出計(jì)算說明書機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟8機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟選擇零件類型、結(jié)構(gòu) 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：詳細(xì)說明 計(jì)算零件上的載荷確定計(jì)算準(zhǔn)則選擇零件的材料確定零件的基本尺寸結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)校 核 計(jì) 算畫出零件工作圖寫出計(jì)算說明書機(jī)械零件材料的選用原則19機(jī)械零件材料的選用原則：鋁(LY12)、銅(ZCuSn10P1).黑色金屬有色金屬鐵鋼高分子材料復(fù)合材料陶瓷金屬材料非金屬材料載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)零件的工作情況零件的結(jié)構(gòu)及加工性材料的經(jīng)濟(jì)性零件的尺寸及重量一、常用材料二、機(jī)械零件材料的選用原則詳細(xì)說明：塑料、

14、橡膠、合成纖維 ：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼(如：08F 45 60 1Cr18） ：灰鑄鐵、球墨鑄鐵(如：TH300 QT500-5)：強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石：強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕 機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化1機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化 標(biāo)準(zhǔn)化的益處： 與設(shè)計(jì)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn):國際標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等如： ISOGB JB、HBQB 國標(biāo)分為：強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)和推薦標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量，減輕設(shè)計(jì)工作量，便于零部件的互換和組織專業(yè)化的大生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。 強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)：代號為GB (為標(biāo)準(zhǔn)序號) (為批準(zhǔn)年代)強(qiáng)制性國標(biāo)必須嚴(yán)格遵照執(zhí)行，否則就是違法。推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)：代號為GBT ，這類標(biāo)準(zhǔn)占整個(gè)國標(biāo)中的絕大多數(shù)。如無特殊理由和特殊需要，必須遵守這些國標(biāo)，以期取得事半功倍的效果。 標(biāo)準(zhǔn)化就是要通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介1機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)