機械設(shè)計的基本要求

1、機械設(shè)計概述教學(xué)導(dǎo)航教學(xué)目標(biāo)了解機器的組成，機械設(shè)計的基本要求、內(nèi)容與步驟，以及機械設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)重點機器的組成；機器、機構(gòu)、零件等概念；機械設(shè)計的基本要求與步驟教學(xué)難點機器的結(jié)構(gòu)組成、原理推薦學(xué)時2學(xué)時推薦教法現(xiàn)場教學(xué)，分組討論1.1機械、機器、機構(gòu)機械是機器和機構(gòu)的總稱，本書的研究對象便是機械。人類的發(fā)展史就是生產(chǎn)力的發(fā)展史。為了滿足生產(chǎn)和生活上的需要，人類創(chuàng)造了各種 各樣的機械（如圖1.1所示），用來代替或減輕人的勞動，提高生產(chǎn)效率。（d）（d）水排鼓風(fēng)煉鐵（e）縫紉機（f）牛頭刨床【公國畝職有專機電系列規(guī)劃材】圖1.3顎式破碎機【公國畝職有專機電系列規(guī)劃材】圖1.3顎式破碎機51圖

2、1.1各種各樣的機械示例隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使用機械進(jìn)行生產(chǎn)的水平已經(jīng)成為衡量一個國家技術(shù)水平 和現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一。機器是人們用來進(jìn)行生產(chǎn)勞動的工具。機器的種類繁多，在生產(chǎn)中常見的有內(nèi)燃機、 電動機、沖床、機器人等，在日常生活中常見的有縫紉機、電風(fēng)扇等。雖然它們的結(jié)構(gòu)和 用途各不相同，但卻有著共同的特征，即都是執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能量。如圖1.2所示為一單缸內(nèi)燃機，它是由活塞1、連桿2、曲軸3、齒輪4與5、凸輪6、 頂桿7及汽缸體8等部分組成的。當(dāng)氣體推動活塞1時，通過連桿2將運動傳至曲軸3, 使曲軸3轉(zhuǎn)動。從此可以看出，內(nèi)燃機的基本功能就是使燃?xì)庠诟變?nèi)經(jīng)過進(jìn)氣一壓縮

3、一燃 燒一排氣的循環(huán)過程，將燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槭骨S轉(zhuǎn)動的機械能。圖1.2單缸內(nèi)燃機1一活塞2 一連桿3 一曲軸4、5 一齒輪6 一凸輪7一頂桿8 一汽缸體如圖1.3所示為顎式破碎機，它是由機架1、偏心軸2、動顎板3、肘板4、帶輪5、定 顎板6等組成的。偏心軸2與帶輪5固連，電動機通過帶傳動驅(qū)動偏心軸轉(zhuǎn)動，使動顎板 作平面運動，軋碎動顎板與定顎板之間的礦石。1一機架2一偏心軸3一動顎板4一肘板5一帶輪6 一定顎板圖1.4整體式曲軸圖圖1.4整體式曲軸圖1.5剛性組合式連桿【金國有職宿專機電系列規(guī)劃教材】3通過對各種機器進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析可以發(fā)現(xiàn)，它們都有如下3個共同的特征。、 都是人為的多個實物的組合

4、。、各實物之間具有確定的相對運動。、它們都能代替或減輕人類的勞動，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成機械功。具有前兩個特征的實物組合稱為機構(gòu)。機構(gòu)用來認(rèn)識機器的工作原理和分析組成機器 的各實物之間的相對運動關(guān)系。在各種機械中普遍使用的機構(gòu)稱為常用機構(gòu)，如連桿機構(gòu)、 凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)等。1.2構(gòu)件、零件和部件組成機構(gòu)的相互間作確定相對運動的各個實物，稱為構(gòu)件。機構(gòu)是由構(gòu)件組成的，一 個機構(gòu)中可包括若干個構(gòu)件。從運動的角度來看，構(gòu)件是機械中最基本的運動單元，每個 構(gòu)件都具有獨立的運動特性。從制造加工的角度來看，零件是機器中最小的制造單元，每 個零件都具有不可拆卸、不可再分的特性。構(gòu)件可以是單一的一

5、個零件，如圖1.4所示的 整體式曲軸；也可以是由多個零件組成的一個剛性整體，如圖1.5所示的連桿，它由連桿 體1、螺栓2、連桿蓋3、螺母4等若干個零件組成。1一連桿體 2一螺栓 3一連桿蓋 4一螺母機械中的零件一般分為兩類：一類是在各種機械中普遍使用的零件，稱為常用零件或 通用零件，如螺栓、軸、齒輪、彈簧等；另一類是僅在某些專門機械中才用到的零件，稱 為專用零件，如活塞、曲軸、葉輪等。在機器中，對于一套協(xié)同工作且完成共同任務(wù)的零件組合，稱之為部件。部件也分為 通用部件和專用部件，如減速器、軸承、聯(lián)軸器等屬于通用部件；而汽車轉(zhuǎn)向器、模具中 的型芯、型腔等則屬于專用部件。1.3機器的組成機器的種類

6、繁多，組成形式各異。從各實物在機器中所起的作用看，一部完整的機器 都由動力部分、執(zhí)行部分、傳動部分和控制部分組成。、動力部分：是驅(qū)動整個機器完成預(yù)定功能的動力源，如內(nèi)燃機、電動機等。、執(zhí)行部分：也稱為工作部分，是指機器中直接完成工作任務(wù)的組成部分，如圖1.3 中的動顎板等。、傳動部分：是介于動力部分與工作部分之間，用于完成運動、動力傳遞與轉(zhuǎn)換的 部分。、控制部分：控制機器的其他組成部分，使操作者能隨時實現(xiàn)或終止機器的各種預(yù) 定功能?，F(xiàn)代機器的控制系統(tǒng)，一般既有機械控制系統(tǒng)，又有電子控制系統(tǒng)，其 作用包括監(jiān)測及信號接收等。1.4機械設(shè)計的基本要求【公國畝職有專機電系列規(guī)劃材】機械設(shè)計包括以下兩種

7、設(shè)計：應(yīng)用新技術(shù)、新方法開發(fā)創(chuàng)造新機械；在原有機械的基 礎(chǔ)上重新設(shè)計或進(jìn)行局部改造，從而改變或提高原有機械的性能。設(shè)計質(zhì)量的高低直接關(guān) 系到機械產(chǎn)品的性能、價格及經(jīng)濟(jì)效益?！竟珖€職有專機電系列規(guī)劃材】零件是機器的基本制造單元，在討論機械設(shè)計的基本要求之前，首先應(yīng)初步了解設(shè)計 機械零件的一些基本要求。1.4.1設(shè)計機械零件的基本要求零件工作可靠并且成本低廉是設(shè)計機械零件應(yīng)滿足的基本要求。零件的工作能力是指零件在一定的工作條件下抵抗可能出現(xiàn)的失效的能力，對載荷而 言稱為承載能力。失效是指零件由于某些原因不能正常工作。只有每個零件都能可靠地工 作，才能保證整個機器的正常運行。設(shè)計機械零件還必須堅持

8、經(jīng)濟(jì)觀點，即要求零件的性價比高。為此在設(shè)計時應(yīng)注意以 下幾點：、合理選擇材料，降低材料費用。、保證良好的加工工藝性，降低制造成本。、 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化設(shè)計，簡化設(shè)計過程，從而降低成本。1.4.2機器設(shè)計的基本要求機械產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)滿足以下幾方面的基本要求：1 .實現(xiàn)預(yù)定功能設(shè)計的機器能實現(xiàn)預(yù)定的功能，并在規(guī)定的工作條件下能正常運行，具有一定的壽命。滿足可靠性要求機器由許多零部件組成，其可靠度取決于零部件的可靠度。機械系統(tǒng)的零部件越多其 可靠度也就越低，因此在設(shè)計機器時應(yīng)盡量減少零件數(shù)目。但就目前而言，對機械產(chǎn)品的 可靠度難以提出統(tǒng)一的考核指標(biāo)。滿足經(jīng)濟(jì)性要求經(jīng)濟(jì)性是一項綜合性指標(biāo)，要求設(shè)計及

9、制造成本低、生產(chǎn)效率高、能源和材料消耗少、 維護(hù)及管理費用低等。操作方便、工作安全操作系統(tǒng)要簡便可靠，有利于減輕操作人員的勞動強度；要有各種保險裝置以消除由 于誤操作而引起的危險，避免人身傷害及設(shè)備事故的發(fā)生。造型美觀、減少污染【公國畝職有專機電系列規(guī)劃材】運用工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計方法對機械產(chǎn)品進(jìn)行工業(yè)造型設(shè)計，使所設(shè)計的機器不僅使用 性能好、尺寸小、價格低廉，而且外形美觀，富有時代特點。機械產(chǎn)品的造型直接影響到 產(chǎn)品的銷售和競爭力，在機械設(shè)計中是一個不容忽視的環(huán)節(jié)?！竟珖€職有專機電系列規(guī)劃材】此外，還必須盡可能地降低噪聲，減輕對環(huán)境的污染。從某種意義上來說，噪聲也是 反映機械質(zhì)量的一種綜合指標(biāo)

10、。1.5機械設(shè)計的內(nèi)容與步驟機械設(shè)計是一項復(fù)雜、細(xì)致和科學(xué)性很強的工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對設(shè)計的理 解在不斷地深化，設(shè)計方法也在不斷地發(fā)展。近年來發(fā)展起來的“優(yōu)化設(shè)計”、“可靠性 設(shè)計”、“有限元設(shè)計”、“模塊設(shè)計”、“計算機輔助設(shè)計”等現(xiàn)代設(shè)計方法已在機械 設(shè)計中得到了推廣與應(yīng)用。即便如此，常規(guī)設(shè)計方法仍然是工程技術(shù)人員進(jìn)行機械設(shè)計的 重要基礎(chǔ)，必須很好地掌握。常規(guī)設(shè)計方法又可分為理論設(shè)計、經(jīng)驗設(shè)計和模型實驗設(shè)計等1.5.1機器設(shè)計的內(nèi)容與步驟機械設(shè)計的過程通常可分為以下幾個階段：1 .產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)品規(guī)劃的主要工作是提出設(shè)計任務(wù)和明確設(shè)計要求，這是機械產(chǎn)品設(shè)計首先需要解 決的問題。通常是根

11、據(jù)市場需求提出設(shè)計任務(wù)，通過可行性分析后才能進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃。方案設(shè)計在滿足設(shè)計任務(wù)書中具體設(shè)計要求的前提下，由設(shè)計人員構(gòu)思出多種可行性方案并進(jìn) 行分析論證，從中優(yōu)選出一種能完成預(yù)定功能、工作性能可靠、結(jié)構(gòu)設(shè)計可行、成本低廉 的方案。技術(shù)設(shè)計在既定設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，完成機械產(chǎn)品的總體設(shè)計、部件設(shè)計、零件設(shè)計等，設(shè)計 結(jié)果以工程圖及計算書的形式表達(dá)出來。制造及試驗經(jīng)過加工、安裝及調(diào)試制造出樣機，對樣機進(jìn)行試運行或在生產(chǎn)現(xiàn)場試用，將試驗過 程中發(fā)現(xiàn)的問題反饋給設(shè)計人員，經(jīng)過修改完善，最后通過鑒定。1.5.2機械零件的設(shè)計內(nèi)容與步驟【公國畝職有專機電系列規(guī)劃材】與設(shè)計機器時一樣，設(shè)計機械零件也常需擬定出

12、幾種不同方案，經(jīng)過認(rèn)真比較選用其 中最好的一種。設(shè)計機械零件的一般步驟如下：【公國畝職有專機電系列規(guī)劃材】（1）根據(jù)機器的具體運轉(zhuǎn)情況和簡化的計算方案確定零件的載荷。（2）根據(jù)零件工作情況的分析，判定零件的失效形式，從而確定其計算準(zhǔn)則。（3）進(jìn)行主要參數(shù)設(shè)置，選定材料，根據(jù)計算準(zhǔn)則求出零件的主要尺寸，考慮熱處理 及結(jié)構(gòu)工藝性要求等。（4）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。（5）繪制零件工作圖，制訂技術(shù)要求，編寫計算說明書及有關(guān)技術(shù)文件。對于不同的零件和工作條件，以上這些設(shè)計步驟可以有所不同。此外，在設(shè)計過程中 這些步驟又是相互交錯、反復(fù)進(jìn)行的。應(yīng)當(dāng)指出，在設(shè)計機械零件時往往是將較復(fù)雜的實際工作情況進(jìn)行一定的簡化，

13、才能 應(yīng)用力學(xué)等理論解決機械零件的設(shè)計計算問題，因此這種計算或多或少帶有一定的條件性 或假定性，稱為條件性計算。機械零件設(shè)計基本上是按條件性計算進(jìn)行的，如注意到公式 的適用范圍，一般計算結(jié)果具有一定的可靠性，并充分考慮了機械零件的安全性。為了使 計算結(jié)果更符合實際情況，有必要時可進(jìn)行模型試驗或?qū)嵨镌囼?。本書在介紹各種零件設(shè) 計時，其內(nèi)容的安排順序基本上是按照上述設(shè)計步驟進(jìn)行的。1.6機械設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)化在各種機械中，可以發(fā)現(xiàn)有許多零件（如螺紋聯(lián)接、滾動軸承等）和部件（如機床照 明燈、汽車發(fā)動機等）都是相同的，以及某些產(chǎn)品（如水泵、載重汽車等）是由小到大按一定規(guī)律組成系列的現(xiàn)象。這實際上就是機械設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)化問題，即設(shè)計時要盡量考慮 零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化。機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的實際意義是：、標(biāo)準(zhǔn)化后，同一型號零件的加工數(shù)量大大增加，便于采用高生產(chǎn)率的先進(jìn)設(shè)備和 技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)或組織專業(yè)化生產(chǎn)，可以合理使用原材料、節(jié)約能源、降低 生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。、統(tǒng)一零件的性能指標(biāo)，提高產(chǎn)品的可靠性。、產(chǎn)品具有互換性。、可以大大減少設(shè)計和制造工作量，減少設(shè)計中的差錯，縮短設(shè)計制造周期，加速 新產(chǎn)品的研發(fā)。、便于維修，減少維修更換的工作量和時間。我國目前對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、