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文檔簡介

機械設計教材:《機械設計》主編:李良軍出版社:高等教育出版社,2010

主講:任亨斌

1龍振宇主編,機械設計,機械工業(yè)出版社,2002

2濮良貴紀名剛主編,機械設計(第七版),高等教育出版社,2001年3邱宣懷主編,機械設計(第四版),高等教育出版社,1998年

4余俊等主編,機械設計(第二版),高等教育出版社,1986年

主要參考書目:第1章機械設計概論1.1機械的類型與組成

一、機械的類型

機械是機器與機構的統(tǒng)稱。1.機器

實例一內燃機

實例二機器人

實例三工件自動載送裝置機器的特征:

①人造的實物組合體(不是天然形成的);----結構觀點②各部分有確定的相對運動;----運動觀點③代替或減輕人類勞動完成有用的機械功或實現能量的轉換、提供或轉換信息。-能量觀點機器的類型:根據機器所能實現的功能不同,機器可分為:動力機器工作機器信息機器2.機構機構的特征:

①人造的實物組合體(不是天然形成的);----結構觀點②各部分有確定的相對運動;----運動觀點3.機器和機構的區(qū)別機器能作有用功,而機構不能,機構僅能實現預期的機械運動。兩者之間也有聯系,機器是由若干個機構組成的系統(tǒng),最簡單的機器只有一個機構。二、機器的功能組成1)驅動系統(tǒng):機械動力的來源2)執(zhí)行系統(tǒng):能完成機械預期的動作3)傳動系統(tǒng):把驅動系統(tǒng)的運動和功率傳遞給工作機的中間環(huán)節(jié)4)操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)就其功能而言,一臺完整的機器通常由五部分組成:驅動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)框架支撐系統(tǒng)、潤滑、照明等輔助系統(tǒng)操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)傳感器傳感器傳感器三、機器、機構的結構組成1.零件

組成機械的基本制造單元稱為零件。零件分為通用零件和專用零件。

通用零件包括:

齒輪、螺栓、鍵、花鍵、銷、聯軸器、離合器;滾動軸承、滑動軸承等。

專用零件例如:葉片、犁鏵、槍栓等。注:通用零件是本課程的主要學習對象,而專用零件的設計方法應在有關專業(yè)課中學習。標準件:

經過優(yōu)選、簡化、統(tǒng)一、并給以標準代號的零件和部件稱為標準零、部件。如螺栓、螺母、鍵、滾動軸承、聯軸器等。2.構件

組成機械的各相對運動實體稱為構件。構件即為機械中的運動單元。

零件構件機構機器構件的組成:零件小結:實例:內燃機連桿1.本課程研究的對象及主要內容四、本課程研究的對象、內容、性質和任務

(1)研究對象:通用的機械傳動裝置及普通條件下工作的一般參數的通用機械零、部件。

(2)主要內容:常用聯接(如螺紋聯接、鍵聯接、焊膠聯接等)、常用的機械傳動(帶傳動、鏈傳動、齒輪和蝸桿傳動等)、軸系零部件(軸、軸承、聯軸器)和彈簧等的工作原理、結構特點、基本的設計理論和計算方法,以及某些標準件的選擇方法。1.本課程的性質和任務(1)課程的性質:是一門培養(yǎng)學生具有機械設計能力的技術基礎課。(2)課程的任務:1)樹立正確的設計思想。2)掌握通用機械零部件的設計原理、方法和一般規(guī)律。3)掌握一定的設計技能(查閱資料,運用標準、規(guī)范。)4)掌握典型機械零件的實驗方法,獲得基本的實驗技能。5)了解機械設計的最新動態(tài)。

五、本課程的特點和學習方法

本課程的幾個特點:涉及面廣關系多─因與諸多先修課關系密切。要求多─強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經濟性。公式多─計算多,有解析式、半解析式、經驗的、半經驗的及定義式。圖表多─結構圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標準、經驗數表。門類多─各類零件,各有特點,設計方法各異。實踐性強─不僅讀懂書就行,要多聯系實際,要注重實踐性環(huán)節(jié)。無重點─又都是重點,設計工作必須詳盡,細小的疏忽也會導致嚴重事故。設計問題無統(tǒng)一答案─更多地談論誰設計得更好,要注意發(fā)展求異思維。注意處理好幾個關系:零件的設計與選用

──零件設計的兩個主要途徑。設計計算與結構設計

──設計決非只是計算,同學更應重視結構設計的學習。性能要求與經濟性

──永遠是一對矛盾,應學會合理地解決這一對矛盾。經驗設計與現代設計

──二者均重要,前者是后者的基礎。具體的設計方法與一般的設計能力

──前者是學習的形式,后者是學習的目的。

1.2機械設計的基本要求和一般程序一、機械設計的基本要求1.實現預期功能要求2.經濟性要求3.操作方便與安全要求4.美學與環(huán)保要求5.其他特殊要求1.2機械設計的基本要求和一般程序二、機械設計的主要內容1.選擇機器的工作原理;

2.運動和動力計算;

3.零、部件的工作能力計算;4.繪制零、部件及整機的工作圖和裝配圖等。三、機械設計的一般程序機器設計的一般程序

市場調研可行性研究原理方案設計技術設計試制試驗小批生產試銷投產設計任務書定出最佳方案裝配圖、零件圖、技術文件樣機評價改進考核工藝性收集用戶意見產品銷售1.3機械零件應滿足設計的基本要求和設計的一般步驟一、機械零件應滿足的基本要求

避免在預定壽命期內失效的要求結構工藝性要求經濟性要求質量小的要求可靠性要求應保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。設計的結構應便于加工和裝配。零件應有合理的生產加工和使用維護的成本。質量小則可節(jié)約材料,質量小則靈活、輕便。應降低零件發(fā)生故障的可能性(概率)。1)建立零件的受力模型,確定零件的計算載荷;二、機械零件設計的一般步驟2)按可能的失效形式確定零件的計算準則;3)選擇零件的材料;4)根據工作能力計算準則建立或選定相應的計算式,確定零件的基本尺寸,并加于標準化和圓整;5)零件的結構設計;6)繪制零件的工作圖,并編寫計算說明書。三、機械零件的常規(guī)設計方法1.理論設計

設計計算

2.經驗設計校核計算3.模型實驗設計四、現代設計方法簡介1.計算機輔助設計

2.優(yōu)化設計3.可靠性設計4.模塊化設計5.并行設計1.4機械零件的工作能力機械零件由于某些原因不能正常工作時,稱為失效。常見的失效形式斷裂過量變形表面損傷一、機械零件的主要失效形式

1.斷裂斷裂是指零件在載荷作用下,其危險截面的應力超過零件的強度極限而導致的斷裂,或在變應力作用下,危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。齒輪輪齒斷裂軸承內圈斷裂2.過量變形當作用于零件上的應力超過了材料的屈服極限,零件將產生殘余變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形3.零件的表面損傷零件的表面損傷主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞(點蝕)。齒面接觸疲勞軸瓦磨損二、機械零件的工作能力設計計算準則

強度準則:剛度準則:設計零件時,首先應根據零件的失效形式確定其設計準則以及相應的設計計算方法。一般來講,有以下幾種準則:壽命準則:振動穩(wěn)定性準則:散熱性準則:確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形,是最基本的設計準則?!躘]確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。y≤[y]通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關。高速運轉機械的設計應注重此項準則。進行熱平衡計算。1.5機械零件的常用材料及選用原則

一、機械零件的常用材料1.鋼

含碳量小于2%的鐵碳合金稱為鋼。

按用途分:按化學成份分:鋼的分類:結構鋼工具鋼特種鋼碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼在機械中常用鋼種:

(2)優(yōu)質碳素結構鋼:45,用于制造較重要的機械零件,是機械制造中廣泛應用的鋼種。

(3)合金結構鋼:40Cr,應用制造重要的或有特殊要求的機械零件。

(4)鑄鋼:ZG230-450

(1)碳素結構鋼:

用于制造一般要求的零件。

鋼的力學性能:2.鑄鐵

含碳量大于2%的鐵碳合金稱為鑄鐵。

鑄鐵具有良好的鑄造性、切削加工性、抗壓性、耐磨性和減振性,而且價格便宜。常用的是灰鑄鐵和球墨鑄鐵。

(1)灰鑄鐵

灰鑄鐵中的碳主要以片狀石墨形式存在,因斷口呈灰色而得名。灰鑄鐵常用來制造箱體件。

(2)球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的碳主要以球狀石墨形式存在。球墨鑄鐵經球化處理后有的機械性能比鋼還好,所以常用來制造齒輪、曲柄、連桿、閥體等。

3.有色金屬合金

在金屬中,除了鑄鐵、鋼、黑色金屬外,其它的金屬則為有色金屬。這類金屬具有很多特殊的性能,即良好的導電性、導熱性、耐蝕性和減磨性等,因此也具有很多特殊的用途,是機械制造中不可缺少的材料。

常用的有色金屬有黃銅、青銅和軸承合金。

4.非金屬材料

在非金屬材料中,最常用的是橡膠,它的彈性好,常用來制造緩沖吸振和密封的零件,如膠帶、密封圈和彈簧等。

二、金屬材料的熱處理

鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下,通過加熱、保溫和不同的冷卻方式,以改變其內部組織結構,從而獲得所需性能的一種工藝方法。

常用的熱處理方法有:退火、正火、淬火及回火、表面熱處理等。

名稱說明應用退火退火是將鋼件(或毛坯)加熱到臨界溫度(一般為723℃)以上30~50℃,保溫一段時間,然后隨爐一起緩慢冷卻消除鍛、鑄、焊的零、構件的內應力;降低硬度使其易于切削加工;細化晶粒,調整組織改善機械性能正火正火是將鋼件加熱到臨界溫度以上,保溫一段時間,然后在空氣中冷卻,冷卻速度比退火快處理低、中碳鋼及滲碳零件,作用與退火類似淬火淬火是將鋼件加熱到臨界溫度以上,保溫一段時間,然后在水、鹽水或油中(個別材料在空氣中)急冷下來提高鋼件的硬度和強度,但淬火后鋼材性能變脆,并存在著很大內應力,所以還需要進行低溫回火回火回火是將淬硬的鋼件再加熱到臨界點以下的溫度,保溫一段時間,然后在空氣中或油中冷卻下來。根據回火溫度不同,又分低溫(150~250℃)回火、中溫(300~500℃)回火、高溫(500~650℃)回火消除淬火后的脆性和內應力,提高鋼件的塑性和韌性,低溫回火硬度可達HRC55~62,中溫回火硬度可達HRC35~45,高溫回火硬度可達HRC23~35調質淬火后再進行高溫回火,稱為調質使鋼件獲得較高的韌性和強度。很多中碳鋼制造的零件(如軸類)常用調質處理表面淬火使零件表層有高的硬度和耐磨性,而心部保持原有的強度和韌性。根據加熱方法不同,分為火焰表面淬火和高頻表面淬火表面淬火常用來處理齒輪、花鍵等零件滲碳將低碳鋼或合金鋼零件置于滲碳劑中,加熱到900~950℃保溫,使碳原子滲入鋼的表面層,然后再淬火和回火增加鋼件的表面硬度和耐磨性,而心部仍保持較好的韌性和塑性,多用于重載荷、受沖擊、耐磨的零件三、材料選擇的基本原則

1.使用要求

(1)機械性能方面的要求。

(2)物理性能方面的要求。

(3)化學性能方面的要求。

2.工藝要求

3.經濟要求

1.6機械設計中的標準化、系列化和通用化

一、“三化”的含義及其優(yōu)越性

標準化系列化通用化“三化”的優(yōu)越性1.6機械設計中的標準化、系列化和通用化

二、機械零、部件的標準化

國家標準(GB)企業(yè)標準行業(yè)標準(JB)地方標準強制標準(GB5903-1995)強制標準(GB/T5782-2000)中國標準體系:推桿凸輪推桿凸輪齒輪齒輪齒輪曲軸連桿活塞動畫

工業(yè)機器人注:左鍵單擊圖片可演示視頻機器人焊接認識機器3工業(yè)機器人注:左鍵單擊圖片可演示

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