江蘇大學機械原理及設(shè)計第二章機械設(shè)計總論課件

機械原理及設(shè)計（Ⅱ）第二章機械設(shè)計總論Monday,February6,20231課件第二章機械設(shè)計總論§2-1設(shè)計機器時應(yīng)滿足的基本要求§2-2設(shè)計機器的一般程序§2-3機械零件設(shè)計概述§2-4機械零件的失效形式和設(shè)計準則2課件一、機器的組成（本節(jié)將以汽車為例講述機器的組成）§2-1設(shè)計機器時應(yīng)滿足的基本要求1·動力部分：原動機提供動力（蒸汽機、電動機、內(nèi)燃機等）2·執(zhí)行部分：完成預(yù)定的功能（車輪、懸掛系統(tǒng)及底盤、車身）3·傳動部分：轉(zhuǎn)換運動形式、運動及動力參數(shù)（離合器、變速箱、傳動軸、差速器等）4·控制部分：控制運行狀態(tài)（方向盤及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、排擋桿及其它各種操作手柄及剎車、油門、離合器踏板）5·輔助系統(tǒng)：反饋運行狀態(tài)并發(fā)出信號（潤滑、照明、顯示、信號等）3課件1·功能要求（或使用要求）：如起動、轉(zhuǎn)彎半徑、噸位速度、制動2·經(jīng)濟要求：如設(shè)計、制造、使用成本，采用標準化、系列化、通用化的零部件（底盤、車橋等）3·安全性與勞動保護要求：安全裝置（氣囊、安全帶）、噪聲4·生態(tài)環(huán)境的要求：環(huán)境保護（尾氣、噪聲）5·人機工程與造型：操作習慣、外型美觀，符合美學原則二、對機器的主要要求:（以汽車為例）6·可靠性要求：在規(guī)定的使用條件及使用期限內(nèi)不出故障7.其它專用要求：特殊要求（防彈、越野等）

5課件§2-2設(shè)計機器的一般程序機器的先進性取決于設(shè)計者的設(shè)計的先進水平，機械設(shè)計經(jīng)過上百年的發(fā)展形成了自己較為固定的程序，本節(jié)以農(nóng)用車為例結(jié)合框圖來闡述設(shè)計機器的一般程序。設(shè)計的各個階段是相互聯(lián)系、相互影響、相互制約的，在設(shè)計中不可避免的會出現(xiàn)反反復(fù)復(fù)，在設(shè)計中要注意運用先進的設(shè)計方法、設(shè)計手段來進行設(shè)計，如采用優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、計算機輔助設(shè)計等來提高設(shè)計質(zhì)量，加快設(shè)計速度，縮短開發(fā)周期，使產(chǎn)品盡快地進入市場、占領(lǐng)市場，獲得最大的經(jīng)濟效益和社會效益。6課件樣機試制、檢測、驗收、改進原型的設(shè)計從小批到中批再到大批，注重售后服務(wù)，不斷反饋信息，不斷改進、不斷提高市場調(diào)研、比較分析并擬定設(shè)計任務(wù)書如:開發(fā)的噸位、市場的占有率、社會效益、經(jīng)濟效益、性能的先進性等

計劃階段(提出問題)技術(shù)設(shè)計階段

(解決問題)試制鑒定階段

(驗證問題)方案設(shè)計階段

(分析問題)產(chǎn)品設(shè)計定型批量生產(chǎn)階段對機器進行功能分析，組合出設(shè)計方案以供選擇，評價決策、選擇最終方案。如：四輪、三輪；柴油機、汽油機；有無駕駛室；傳動方案（皮帶、鏈、傳動軸）等運動分析：原動機參數(shù)--各運動構(gòu)件的運動參數(shù)動力分析：由運動參數(shù)計算零件所受載荷的大小零件工作能力分析：由載荷進行零件的初步設(shè)計圖紙設(shè)計及技術(shù)文件編制：繪圖（總裝圖、部件圖、零件圖）、編制技術(shù)文件（設(shè)計說明書、工藝文件、標準件、自制件、外協(xié)件明細表、使用說明書）等7課件二．機械設(shè)計中的“三化”1·標準化：對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料特性、檢驗方法、設(shè)計方法、制圖要求等制定出統(tǒng)一的共同遵守的標準（如：螺紋聯(lián)接件，滾動軸承等用途最廣的零件進行大量的、集中制造，用戶根據(jù)要求選用）2·系列化：對同一產(chǎn)品，為了適應(yīng)不同的使用條件，在同一基本結(jié)構(gòu)或基本尺寸的條件下，規(guī)定出若干個輔助尺寸不同的產(chǎn)品，稱為不同的系列（如：滾動軸承的直徑系列、寬度系列，工程機械的系列化）3·通用化：不同的產(chǎn)品間，零部件要能相互通用（如：汽車與農(nóng)用車之間零部件的通用）9課件我國標準:

國標(GB)、行業(yè)標準(如JB)、企業(yè)標準

國際標準:

ISO標準三．機械零件設(shè)計步驟1．類型選擇（選型）：選擇符合要求的零件類型與結(jié)構(gòu)2．受力分析：計算載荷、求作用力3．材料選擇：選擇合適的材料5．結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)工藝及標準化進行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計4．承載能力計算：分析零件的失效形式，確定計算準則，確定零件的基本尺寸設(shè)計是一個邊計算、邊畫圖、邊修改的反復(fù)過程，上述步驟要反復(fù)地進行才能設(shè)計出優(yōu)秀的產(chǎn)品來，結(jié)構(gòu)設(shè)計是機械設(shè)計的重要設(shè)計內(nèi)容之一標準分類6．校核計算、畫零件工作圖、編寫技術(shù)資料10課件四．機械零件的常規(guī)設(shè)計方法：1·經(jīng)驗設(shè)計：根據(jù)對某類零件已有的設(shè)計與使用實踐而歸納出的經(jīng)驗關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計者本人的經(jīng)驗用類比的辦法所進行的設(shè)計。如：箱體、機架、傳動零件的各結(jié)構(gòu)要素等，一般用在不重要的場合。2·模型實驗設(shè)計：對一些尺寸巨大而結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件尤其是一些重型整體機械零件，為提高設(shè)計質(zhì)量，可采用此方法。即根據(jù)相似理論的方法做模型，從對模型的模擬工作狀態(tài)中取得數(shù)據(jù)后再作為設(shè)計的依據(jù)，對設(shè)計進行逐步的修改，直至完善。如：飛機的風洞試驗、橋梁、水壩、大型的發(fā)電機組（從小到大逐步開發(fā)）。3·理論設(shè)計：根據(jù)在模型實驗與科學理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的設(shè)計理論進行設(shè)計的方法，應(yīng)用形式有：⑴設(shè)計計算（由已知載荷與材料性能求零件的尺寸）；⑵校核計算（已知零件尺寸，校核其是否滿足使用的要求）。11課件設(shè)計準則：強度準則強度條件：有二種表達形式失效形式：塑變或斷裂（靜強度斷裂、疲勞斷裂）一1．應(yīng)力表示法：正應(yīng)力剪應(yīng)力2．安全系數(shù)表示法：正應(yīng)力剪應(yīng)力13課件討論：σ越小，或Sca越大，則強度越好?說明：1·σlim為極限應(yīng)力，即：

σB強度極限---靜強度斷裂；

σs屈服極限---塑性變形；

σr疲勞極限---疲勞斷裂（在第三章講述）

σHlim接觸疲勞極限---疲勞點蝕（在第三章講述）

2·Sca為計算的安全系數(shù)

3·τ也與之相同14課件設(shè)計準則：剛度準則失效形式：過大的彈性變形問：合金鋼代替碳鋼能否提高零件的剛度？二剛度條件：彎曲剛度：撓度y≤[y]扭轉(zhuǎn)剛度：扭轉(zhuǎn)角φ≤[φ]

TφT偏轉(zhuǎn)角θ≤[θ]yθ15課件振動穩(wěn)定性準則：固有頻率f與激振頻率fp之間滿足0·85f＞fp或1·15f＜fp的關(guān)系。四失效形式：破壞正常的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工作，當條件被破壞是就不能正常工作，從而導(dǎo)致失效。如表現(xiàn)為：帶傳動及摩擦輪傳動中，傳遞的有效圓周力大于臨界摩擦力，將發(fā)生打滑的失效。完全液體潤滑滑動軸承中的完整潤滑油膜被破壞，將發(fā)生過熱、膠合、磨損等失效。高速轉(zhuǎn)動的零件（轉(zhuǎn)子）的固有頻率接近激振頻率時將發(fā)生共振引起振幅過大，引起斷裂的失效。設(shè)計準則：防止零件的正常工作條件被破壞，避免失效的發(fā)生。如采用限制工作載荷、供油充分、避開激振頻率（振動穩(wěn)定性準則）等來確保零件的正常工作條件17課件