第一章　機械設(shè)計總論

機械設(shè)計教程第3版第一章機械設(shè)計總論第一節(jié)機械設(shè)計概述

第二節(jié)機械零部件設(shè)計第三節(jié)機械零件的強度計算第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑第五節(jié)機械零件的材料和熱處理選擇第六節(jié)機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則

第一節(jié)機械設(shè)計概述

一、機械設(shè)計的任務(wù)我國目前正處于由制造大國向制造強國和創(chuàng)新型國家轉(zhuǎn)變的過程中,機械設(shè)計工作在其中擔負著重要的任務(wù)。機械設(shè)計是機械產(chǎn)品生產(chǎn)的第一個步驟,設(shè)計師根據(jù)社會需要,經(jīng)過調(diào)查研究,深入分析,進行設(shè)計,為制造提供所需的圖樣、技術(shù)文件、計算機軟件等。設(shè)計對機械產(chǎn)品的性能和技術(shù)水平起決定性的作用,據(jù)統(tǒng)計,產(chǎn)品成本的70%~80%是在設(shè)計階段決定的。因此,設(shè)計的水平往往成為產(chǎn)品生產(chǎn)成敗的關(guān)鍵。當前對機械產(chǎn)品不斷提出很多新的要求,我國機械設(shè)計人員面臨著十分艱巨而偉大的任務(wù)。第一節(jié)機械設(shè)計概述

二、機械設(shè)計的典型步驟機械產(chǎn)品設(shè)計按其不同要求可以分為開發(fā)性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、變型設(shè)計三種類型。其中開發(fā)性設(shè)計是研制全新的產(chǎn)品,其工作原理和結(jié)構(gòu)都是新的,難度和風險最大,是最具有代表性的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計。其典型步驟可以分為以下幾個階段:(1)明確任務(wù)(2)方案設(shè)計(3)技術(shù)設(shè)計(4)施工設(shè)計第一節(jié)機械設(shè)計概述

三、對機械設(shè)計師的要求對機械設(shè)計師首先要求具有創(chuàng)新能力,其次要求有堅實的基本功和廣泛的實際知識。因此,對機械設(shè)計師提出以下要求:(1)對周圍事物的敏感性(2)善于聯(lián)想、有預見(3)掌握新的技術(shù)信息(4)有堅實的機械設(shè)計基本功(5)有廣泛的實際知識、堅強的意志及活躍的思路第一節(jié)機械設(shè)計概述

四、機械設(shè)計中的標準化標準化是指在經(jīng)濟、技術(shù)、科學和管理等社會實踐中,對重復性的事物和概念,通過制訂、發(fā)布和實施標準達到統(tǒng)一,以獲得最佳秩序和社會效益。在機械生產(chǎn)中推行標準化,是提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快發(fā)展新產(chǎn)品、降低產(chǎn)品成本的重要措施。首先,在規(guī)劃時就應(yīng)該注意產(chǎn)品系列化,以便于組織生產(chǎn)。其次,各產(chǎn)品之間有些零部件應(yīng)該能夠通用化。零部件設(shè)計中選擇標準工程材料;各零部件應(yīng)盡量采用標準件,如螺栓、螺母、墊圈、滾動軸承、電動機、密封件、銷釘、鉚釘?shù)?有些零部件的參數(shù)應(yīng)該標準化,如齒輪傳動的模數(shù)、壓力角、螺旋傳動的螺距、配合直徑、鍵連接的尺寸等。隨著現(xiàn)代消費觀念的變化,現(xiàn)代機械產(chǎn)品設(shè)計向特性化的趨勢發(fā)展,這種潛在需求是社會生產(chǎn)力不斷發(fā)展的結(jié)果,如汽車在顏色、結(jié)構(gòu)、裝置配置等方面各有特色,這就對設(shè)計者提出了更高的要求。第一節(jié)機械設(shè)計概述

五、現(xiàn)代機械設(shè)計隨著科學技術(shù)日新月異的發(fā)展和人們物質(zhì)文化需求的不斷增長,機械設(shè)計迎來新的機遇和挑戰(zhàn)。在設(shè)計理念和設(shè)計手段上,傳統(tǒng)機械設(shè)計正逐漸被現(xiàn)代機械設(shè)計所取代。在設(shè)計理念上,傳統(tǒng)機械設(shè)計更注重產(chǎn)品功能實現(xiàn)的要素和手段,以滿足人們對產(chǎn)品功能的需求為主要目標。但在現(xiàn)代機械設(shè)計的新理念中,產(chǎn)品的全壽命周期設(shè)計、可持續(xù)設(shè)計的理念等正在被工程設(shè)計人員接受和貫徹。全壽命周期過程設(shè)計,是指在設(shè)計階段就考慮到產(chǎn)品壽命歷程的所有環(huán)節(jié),使所有相關(guān)因素在產(chǎn)品設(shè)計分階段得到綜合規(guī)劃和優(yōu)化的一種設(shè)計理論。全壽命周期設(shè)計意味著,不僅要設(shè)計產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu),而且要設(shè)計產(chǎn)品的規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)、經(jīng)銷、運行、使用、維修保養(yǎng),直到回收再利用處置。可持續(xù)設(shè)計要求人和環(huán)境的和諧發(fā)展,設(shè)計既能滿足當代人需要又兼顧保障子孫后代永續(xù)發(fā)展需要的產(chǎn)品、服務(wù)和系統(tǒng)。針對不斷擴大的生產(chǎn)規(guī)模,這些先進設(shè)計理念對于解決自然資源消耗和環(huán)境污染問題,更好地保護自然生態(tài)和人類生活環(huán)境,有著重要的意義。在設(shè)計方法上,以信息技術(shù)為背景,以中國制造2025為引導,現(xiàn)代機械設(shè)計方法融合了計算機信息技術(shù)、思維科學學科以及設(shè)計理論系統(tǒng)工程等領(lǐng)域的知識,使得通過現(xiàn)代機械設(shè)計方法設(shè)計出來的機械產(chǎn)品在功能上更加豐富和人性化,外觀上更加自然化和實用化,質(zhì)量上也更加可靠化和安全化,并且更注重節(jié)能減排。現(xiàn)代機械設(shè)計的主要方法有系統(tǒng)分析設(shè)計方法、優(yōu)化設(shè)計方法、有限元分析方法以及反求工程設(shè)計方法等。第二節(jié)機械零部件設(shè)計一、機械零部件設(shè)計的內(nèi)容和要求一般的大型機電產(chǎn)品由機械(包括機架、傳動部分、工作部分等)和電氣(包括拖動、控制、顯示等)兩大系統(tǒng)組成。圖1-1所示為電梯主要部件示意,機械系統(tǒng)包括曳引系統(tǒng)、轎廂3和對重裝置4、導向系統(tǒng)包括(對重導軌5和轎廂導軌7)、安全保護系統(tǒng)(包括限位開關(guān)1和緩沖裝置6)等,其中曳引系統(tǒng)包括曳引機2、導向輪、鋼絲繩等部件。曳引機又包括電動機1、制動器2、減速器3、曳引輪4等部件,如圖1-2所示。把機械分為若干個部件,可以單獨進行設(shè)計和生產(chǎn),提高生產(chǎn)率和質(zhì)量。零部件設(shè)計是機械設(shè)計的重要組成部分,是機械總體設(shè)計的基礎(chǔ),并可能對機械總體設(shè)計產(chǎn)生很大的影響。學習機械設(shè)計多是由學習零部件設(shè)計開始的。第二節(jié)機械零部件設(shè)計一、機械零部件設(shè)計的內(nèi)容和要求圖1-1電梯主要部件示意1—限位開關(guān)2—曳引機3—轎廂4—對重裝置5—對重導軌6—緩沖裝置7—轎廂導軌8—控制箱第二節(jié)機械零部件設(shè)計一、機械零部件設(shè)計的內(nèi)容和要求圖1-2曳引機主要部件1—電動機2—制動器3—減速器4—曳引輪第二節(jié)機械零部件設(shè)計一、機械零部件設(shè)計的內(nèi)容和要求機械零部件設(shè)計的內(nèi)容包括:根據(jù)總體設(shè)計的要求,對所設(shè)計的零部件提出應(yīng)具有的功能、主要參數(shù)等,據(jù)此進行設(shè)計,給出零部件裝配圖和全部零件圖,提供必要的技術(shù)文件。在一般情況下,對零部件的主要要求有以下幾個方面:1)滿足使用功能的要求。2)滿足工藝要求。3)滿足綠色設(shè)計的要求4)外形美觀。5)經(jīng)濟性好。6)有市場競爭力,有自主的知識產(chǎn)權(quán)。以上要求常常難以全部達到理想的程度,需要設(shè)計者綜合考慮,妥善處理。第二節(jié)機械零部件設(shè)計二、機械零部件的失效分析和設(shè)計準則機械零件由于各種原因不能正常工作稱為失效。機械零件在預期工作壽命期間不失效,這是最基本的要求。因此,設(shè)計者應(yīng)預先估計所設(shè)計零件的可能失效方式。一個零件可能有多種失效方式,防止失效是保證機械零件正常工作的首要措施。失效分析方法是機械零件設(shè)計的基本方法,其邏輯框圖如圖1-3所示。圖1-3機械零件失效分析邏輯框圖第二節(jié)機械零部件設(shè)計二、機械零部件的失效分析和設(shè)計準則用計算的方法使機械零件的工作載荷在其承載能力允許范圍之內(nèi),以避免失效,是常用的機械零件設(shè)計方法。計算依據(jù)的條件稱為設(shè)計準則。常用的機械零件設(shè)計準則有:(1)強度準則(2)剛度準則(3)耐熱性準則(4)可靠性準則(5)壽命準則(6)精度準則第二節(jié)機械零部件設(shè)計三、機械零件的計算方法根據(jù)強度、剛度、耐磨性、熱平衡等要求計算機械零件的主要尺寸,是機械設(shè)計的常用方法。在計算中,會用到理論力學、材料力學、流體力學、傳熱學、機械振動學等理論公式。對于一般零件,要采用簡化的計算方法;對于重要的機械零件,則采用復雜而精確的計算方法。而在這些計算中,也要對實際問題進行合理的簡化,建立物理模型,這是機械設(shè)計的常用方法。本書對齒輪、螺栓連接、滑動軸承等零件的簡化,具有典型性。除計算以外,設(shè)計機械零件時還常常進行必要的試驗或現(xiàn)場測試,取得必要的數(shù)據(jù),使設(shè)計更加可靠。例如在中華世紀壇的設(shè)計過程中,為了保證旋轉(zhuǎn)圓壇能夠順利地轉(zhuǎn)動,必須確定安裝幾個驅(qū)動輪,為此參考了多種機械(如起重機、火車等)的驅(qū)動力計算方法,但是考慮到這些數(shù)據(jù)的來源與中華世紀壇的實際工作情況有差距,對于摩擦因數(shù)的確定沒有充足的把握,因此進行了多項底盤驅(qū)動力模擬試驗(見《中國機械設(shè)計大典》第6卷第52篇),確保了設(shè)計工作順利完成。第三節(jié)機械零件的強度計算一、機械零件的疲勞強度(一)疲勞強度的基本知識1.應(yīng)力循環(huán)特性具有周期性的變應(yīng)力稱為循環(huán)變應(yīng)力,否則稱為隨機變應(yīng)力。循環(huán)變應(yīng)力分為穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力(圖1-4)和規(guī)律性不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力(圖1-5)兩種。穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力又有三種基本類型:對稱循環(huán)變應(yīng)力、脈動循環(huán)變應(yīng)力和一般循環(huán)變應(yīng)力,如圖1-4所示。例如,勻速前進的火車輪軸受穩(wěn)定徑向載荷作用時,其橫截面內(nèi)某點的彎曲應(yīng)力就屬于對稱循環(huán)變應(yīng)力;壓路機壓輥表面的壓應(yīng)力屬于脈動循環(huán)變應(yīng)力;擰緊后的螺栓受到載荷后的應(yīng)力則屬于一般循環(huán)變應(yīng)力(見圖13-22)。圖1-5規(guī)律性不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力第三節(jié)機械零件的強度計算一、機械零件的疲勞強度(一)疲勞強度的基本知識1.應(yīng)力循環(huán)特性圖1-4穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力a)對稱循環(huán)變應(yīng)力b)脈動循環(huán)變應(yīng)力c)一般循環(huán)變應(yīng)力第三節(jié)機械零件的強度計算一、機械零件的疲勞強度(一)疲勞強度的基本知識1.應(yīng)力循環(huán)特性

第三節(jié)機械零件的強度計算一、機械零件的疲勞強度(一)疲勞強度的基本知識2.材料的疲勞特性在變應(yīng)力作用下,零件的主要失效形式是疲勞斷裂。在機械零件和構(gòu)件的斷裂事件中,絕大多數(shù)斷裂屬于疲勞斷裂疲勞斷裂具有以下特征:①疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠比靜應(yīng)力下材料的強度極限低,甚至比屈服極限低。②不管脆性材料或塑性材料,其疲勞斷裂斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂。③疲勞斷裂是損傷的積累,它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微觀裂紋。這種微觀裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴展,直至余下的未斷裂截面不足以承受外載荷時,就突然斷裂。由此可見,疲勞斷裂是與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)的斷裂。在疲勞斷裂斷口上明顯地有兩個區(qū)域,如圖1-6所示,一個是在變應(yīng)力重復作用下裂紋兩邊互相摩擦形成的光滑疲勞區(qū),另一個是最終發(fā)生脆性斷裂的粗糙斷裂區(qū)。第三節(jié)機械零件的強度計算一、機械零件的疲勞強度(一)疲勞強度的基本知識2.材料的疲勞特性圖1-6疲勞斷裂斷口截面第三節(jié)機械零件的強度計算一、機械零件的疲勞強度(二)疲勞強度計算1.材料的極限應(yīng)力線圖圖1-8所示A'D'C'為當應(yīng)力循環(huán)次數(shù)一定時(一般取N0)不同循環(huán)特性的極限應(yīng)力。圖中用σm-σa曲線來描述。該曲線通常稱為等壽命曲線或極限應(yīng)力線圖。圖1-8材料的極限應(yīng)力線圖第三節(jié)機械零件的強度計算一、機械零件的疲勞強度(二)疲勞強度計算2.零件的極限應(yīng)力線圖

第三節(jié)機械零件的強度計算一、機械零件的疲勞強度(二)疲勞強度計算3.穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力下機械零件的疲勞強度

第三節(jié)機械零件的強度計算一、機械零件的疲勞強度(二)疲勞強度計算3.穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力下機械零件的疲勞強度在上述計算步驟中,最關(guān)鍵的是計算極限應(yīng)力。強度計算時所用的極限應(yīng)力應(yīng)是零件的極限應(yīng)力線圖(AGC)上的某一個點所代表的應(yīng)力。零件的工作應(yīng)力所對應(yīng)的極限應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)特性有關(guān)。一般機械零件可能發(fā)生的典型應(yīng)力變化規(guī)律通常有下述三種:①變應(yīng)力的應(yīng)力比保持不變,即r=C,如絕大多數(shù)轉(zhuǎn)軸的彎曲應(yīng)力狀態(tài)。②變應(yīng)力的平均應(yīng)力保持不變,即σm=C,如振動著的受載彈簧中的應(yīng)力狀態(tài)。③變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變,即σmin=C,如氣缸蓋擰緊螺栓連接中螺栓受軸向載荷時的應(yīng)力狀態(tài)(圖13-25)。對于應(yīng)力變化規(guī)律不明確的情況,可按r=C處理。第三節(jié)機械零件的強度計算一、機械零件的疲勞強度(二)疲勞強度計算4.規(guī)律性不穩(wěn)定單向循環(huán)變應(yīng)力下機械零件的疲勞強度計算規(guī)律性的不穩(wěn)定變應(yīng)力是指變應(yīng)力參數(shù)的變化有一定的規(guī)律,如機床主軸、高爐上料機構(gòu)的零件等所受的變應(yīng)力。在這種情況下,如果仍以最大應(yīng)力低于疲勞極限為安全依據(jù),顯然是不合理的。因為此時最大應(yīng)力有時大于、有時小于疲勞極限,而且每一種應(yīng)力作用的循環(huán)次數(shù)也有多有少。對于這類問題,一般根據(jù)疲勞損失累積假設(shè)(常稱為Miner法則)來進行計算。第三節(jié)機械零件的強度計算二、機械零件的接觸強度根據(jù)機械原理知識,零件的高副接觸包括點接觸和線接觸。摩擦輪傳動、齒輪傳動、凸輪傳動、滾動軸承等,在理論上載荷是通過點或線傳遞的。考慮到高副接觸的零件受載后接觸處的彈性變形,實際接觸處為一很小的區(qū)域,最大應(yīng)力發(fā)生在接觸面的中央。通常在此小區(qū)域中會產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力,這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力,用σH表示,這時零件的強度稱為接觸強度。例如齒輪、滾動軸承等機械零件,其工作能力取決于表面接觸強度。在機械零件設(shè)計中遇到的接觸應(yīng)力,大多數(shù)是隨時間變化的。零件在交變的接觸應(yīng)力反復作用下,首先在表層下的某一深度內(nèi)產(chǎn)生微觀疲勞裂紋,然后表層裂紋沿著與表面成某一角度的方向逐漸擴展,最后零件表面甲殼狀的小片狀材料脫落,在零件表面上遺留下一個個小坑,這種現(xiàn)象稱為疲勞點蝕(圖6-2)。點蝕形成后,零件的有效接觸面積減小并形成應(yīng)力集中源,傳遞載荷的能力也隨之降低。此外,由于表面平滑性被破壞,所以工作時可能引起振動、噪聲和磨料磨損。因此,疲勞點蝕會影響傳動零件的正常工作。高副接觸的零件,如齒輪和滾動軸承等零件,在有潤滑的條件下點蝕是其主要的失效形式之一。第三節(jié)機械零件的強度計算三、許用安全系數(shù)按式(1-1)有,σ≤σlim/[S],其中,σ為工作應(yīng)力,σlim為極限應(yīng)力,[S]為許用安全系數(shù)。在強度計算中,許用安全系數(shù)確定得適當與否對設(shè)計結(jié)構(gòu)的影響很大。許用安全系數(shù)過大,將使零件的結(jié)構(gòu)笨重。許用安全系數(shù)過小,零件的可靠性就無法保證。靜強度許用安全系數(shù)計算時,塑性材料的極限應(yīng)力為其屈服強度,即σlim=σs,由于塑性材料可以緩和過大的局部應(yīng)力,因此可取較小的安全系數(shù)1.2~1.5;使用脆性材料時,如鑄鐵件受拉伸應(yīng)力,則極限應(yīng)力取為材料的抗拉強度,即σlim=σb,由于失效形式是斷裂,而不是塑性變形,其危險程度更大,所以取較大的許用安全系數(shù)3~4。在變應(yīng)力作用下,疲勞強度許用安全系數(shù)可參照表1-10推薦值選取。第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑一、摩擦1.摩擦在機械中的作用

第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑一、摩擦2.摩擦的類型按照摩擦副的表面潤滑狀態(tài),可以將摩擦分為干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦和混合摩擦。干摩擦是指零件表面直接接觸,不加入任何潤滑劑或能夠自潤滑的摩擦狀態(tài)。此時,實際工作的零件之間會有氧化膜,其摩擦因數(shù)在0.5~1之間。邊界摩擦指相互接觸的兩個運動表面被吸附于表面的邊界膜(指在摩擦表面上生成的一層與介質(zhì)性質(zhì)不同的薄膜,其厚度一般在0.1μm以下)隔開(圖1-17a),其摩擦性質(zhì)取決于兩表面的性質(zhì)和潤滑劑的油性,而與潤滑劑的黏度無關(guān)。流體摩擦指相互接觸的兩個運動表面被流體層(液體或氣體)隔開(圖1-17b),其摩擦性能取決于流體內(nèi)部分子間的黏性阻力。混合摩擦指相互接觸的兩個運動表面處于干摩擦、邊界摩擦及流體摩擦的混合狀態(tài)(圖1-17c),其摩擦磨損的性能主要取決于邊界摩擦狀態(tài),而載荷主要由彈性流體動力潤滑油膜來承擔。一般情況下,機械中的摩擦副常常是幾種摩擦狀態(tài)同時存在,即處于混合摩擦狀態(tài)。第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑一、摩擦2.摩擦的類型圖1-17摩擦的類型a)邊界摩擦b)流體摩擦c)混合摩擦第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑一、摩擦通過摩擦因數(shù)值可以判斷摩擦副的摩擦狀態(tài),如圖1-18所示。各種材料在不同摩擦狀態(tài)下的摩擦因數(shù)值參見參考文獻[8]。圖1-18不同摩擦狀態(tài)下的摩擦因數(shù)值3.摩擦狀態(tài)的判斷第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑二、磨損磨損是指摩擦副表面間由于摩擦,而使表面材料不斷損失的過程。由摩擦造成的磨損是機械設(shè)備中主要的失效形式。機械零件的磨損失效占零件失效的60%~80%,機械零件的耐磨性設(shè)計對于節(jié)約材料和能源、提高零件使用壽命、減少維修費用等有著巨大的經(jīng)濟和社會效益,越來越受到機械設(shè)計人員的重視。第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑二、磨損1.機械零件的一般磨損過程圖1-19所示為工作情況保持不變時的典型磨損過程曲線。其中,磨損量W表示由于磨損引起的材料損失(圖1-19a),單位時間(或行程)內(nèi)的材料磨損量稱為磨損率(圖1-19b)。磨損一般包括三個階段。(1)磨合磨損磨合磨損指在機器使用初期,為改善機器零件的適應(yīng)性、表面形貌和摩擦相容性的磨損過程。此階段,磨損率呈逐漸下降趨勢。(2)穩(wěn)定磨損磨損率保持不變,屬于正常工作階段。磨損率越低,零件的使用壽命越長。(3)失效磨損磨損率急劇增加,使工作條件迅速惡化,導致失效。第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑二、磨損1.機械零件的一般磨損過程圖1-19工作情況保持不變時的典型磨損過程曲線第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑二、磨損2.磨損的主要類型對磨損的分類表示了人們對磨損機理的認識程度,通常將磨損分為以下四類。(1)磨粒磨損(2)黏著磨損(3)表面疲勞磨損(4)腐蝕磨損(5)微動磨損第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑二、磨損3.耐磨性設(shè)計隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,提高機械的使用壽命和可靠性,特別是降低能源損耗的節(jié)能設(shè)計越來越受到各方面的重視。因為磨損是縮短機械壽命和產(chǎn)生能源損耗的主要原因,因此機械的耐磨性設(shè)計具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟意義。耐磨性設(shè)計涉及零部件的耐磨性設(shè)計、機械的磨損監(jiān)控及工藝等內(nèi)容。零部件的耐磨性設(shè)計主要包括:潤滑與密封設(shè)計、摩擦副材料的匹配與材料表面強化、耐磨性結(jié)構(gòu)設(shè)計、摩擦副表面形貌的控制等方面。磨損監(jiān)控就是對機械進行定期或連續(xù)的磨損狀態(tài)監(jiān)測,并提出相應(yīng)的改進措施,保證機械的正常工作。主要的方法有:光譜分析法和鐵譜分析法,都是通過對機械所用潤滑油中的磨損顆粒進行分析,從而判斷機械零部件磨損情況;噪聲(或振動)分析法,通過將機械正常工作狀態(tài)下的噪聲(振動)與零件發(fā)生磨損后的噪聲(振動)頻譜進行比較,預測或預報嚴重磨損的出現(xiàn)。第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑三、潤滑潤滑是減少摩擦和磨損最常用、最有效的方法。1.潤滑方式與潤滑劑機械中常用的潤滑方法有連續(xù)潤滑和定期潤滑兩種形式。常用的潤滑劑主要包括:潤滑油、潤滑脂和一些固體潤滑劑,其特性見表1-11。第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑三、潤滑2.潤滑油的黏度及其特性

第四節(jié)機械中的摩擦、磨損和潤滑三、潤滑3.潤滑脂的稠度稠度是潤滑脂在規(guī)定的剪切力或剪切速度下變形的程度。它指用質(zhì)量為150g的標準圓錐體在25°C的恒溫下,由潤滑脂表面經(jīng)5s后沉入潤滑脂內(nèi)的深度(以0.1mm為單位)。錐入度越小,稠度越大。在使用中潤滑脂的稠度會發(fā)生變化,一般隨溫度的升高變稀,即錐入度增加。關(guān)于潤滑脂的其他性能指標可查閱相關(guān)手冊或產(chǎn)品目錄。4.添加劑為改善普通潤滑劑的使用性能而加入到潤滑劑中的少量物質(zhì),稱為添加劑。其主要作用是:①延長潤滑劑的使用壽命,提高潤滑劑的油性、極壓性等。②提高潤滑油在極端工作條件下的工作能力。③改善潤滑劑的物理性能。常用的添加劑類型有:抗磨添加劑、清靜分散劑、抗腐蝕劑、抗氧化劑、油性劑、極壓劑、防銹劑等。第五節(jié)機械零件的材料和熱處理選擇一、機械零件的常用材料制造機械的常用材料目前仍然是鋼和鑄鐵。此外,還使用有色金屬合金、塑料、玻璃、陶瓷、木材等。二、選擇材料的原則1.滿足機械零件的使用要求一般包括以下幾個方面:1)承受工作載荷的能力。2)保持使用性能的能力。3)其他要求,如重量輕、美觀、安全等。2.滿足工藝性要求3.滿足經(jīng)濟性要求第六節(jié)機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性結(jié)構(gòu)設(shè)計是機械設(shè)計的重要環(huán)節(jié),它是根據(jù)原理方案圖設(shè)計出具體結(jié)構(gòu)圖的過程,即確定完成功能要求所需各個零件的尺寸、形狀、材料、熱處理工藝以及各個零件間的裝配關(guān)系。產(chǎn)品的使用者關(guān)心的是機器的功能和性能,而對設(shè)計和制造者,他們設(shè)計和制造的是一套機械結(jié)構(gòu)。機械結(jié)構(gòu)的重要性體現(xiàn)在以下幾方面1.結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)機器功能的載體2.結(jié)構(gòu)圖是產(chǎn)品加工和裝配的依據(jù)3.結(jié)構(gòu)是機械設(shè)計計算的基礎(chǔ)和計算結(jié)果的體現(xiàn)第六節(jié)機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則二、結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目標是:實現(xiàn)產(chǎn)品的預定功能,提高質(zhì)量,延長壽命,降低成本。結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求是明確、簡單和安全可靠。1.明確(1)功能明確(2)工作原理明確(3)工況及載荷狀況明確2.簡單3.安全可靠第六節(jié)機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則三、結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則(一)提高強度和剛度的原則機械零部件在工作時應(yīng)滿足強度和剛度的要求。提高零部件強度和剛度的主要途徑:一是改善零件的受力情況,即減小作用在零部件上的載荷;二是提高零部件的承載能力。1.改善零部件的受力情況載荷分擔(2)載荷抵消(3)載荷均布2.提高零部件承載能力降低零件的最大應(yīng)力(2)減小應(yīng)力集中(3)合理利用材料性能3.提高剛度的措施常用的提高機械零件剛度的措施有加肋板、用空心軸代替實心軸、用槽鋼和工字鋼等鋼材做機架等。第六節(jié)機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則三、結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則(二)改善工藝性的原則機械產(chǎn)品按既定的規(guī)模生產(chǎn),設(shè)計時要考慮零部件的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足加工工藝和裝配工藝要求,使零件的生產(chǎn)率高,材料損耗少,質(zhì)量易保證,產(chǎn)品裝配方便,從而在保證質(zhì)量的前提下降低產(chǎn)品的成本。統(tǒng)計表明,改善產(chǎn)品工藝能夠使成本降低5%~10%,對個別零件可能更多。滿足工藝性的原則貫穿在產(chǎn)品設(shè)計和加工的全過程,從材料的選擇、毛坯的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計、加工和檢驗方法的選擇、裝配方法的選擇、產(chǎn)品的運輸和維修及保養(yǎng),直到產(chǎn)品的報廢回收。下面針對結(jié)構(gòu)設(shè)計時滿足加工工藝和裝配工藝要求的原則加以說明。第六節(jié)機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則三、結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則(二)改善工藝性的原則1.滿足加工工藝合理的零件結(jié)構(gòu)涉及零件的毛坯選擇、毛坯的生產(chǎn)工藝和零件的機械加工工藝。毛坯選擇及其工藝要求。1)鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性。①為防止?jié)沧⒉蛔?鑄件的壁厚應(yīng)大于該零件材料和鑄造方法允許的最小值。②壁厚過渡均勻,盡量避免兩壁連接成銳角,以防出現(xiàn)縮孔,如圖1-31所示。③鑄件應(yīng)有明確的分型面,沿起模方向有相應(yīng)的起模斜度,盡量少用活塊、砂芯等,如圖1-32所示。④鑄件應(yīng)避免大的水平面,避免鐵液慢流發(fā)生冷隔,如圖1-33所示。2)鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性。

(2)機械加工的工藝性機械切削加工是機械零件加工的主要方法,常用的機械切削加工方法有車、銑、刨、磨、鉆等。表1-12是機加工零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則。2.滿足裝配工藝盡量采用模塊化設(shè)計(2)保證正確安裝(3)方便零部件的裝拆第六節(jié)機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則三、結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則(三)其他原則1.提高經(jīng)濟性的原則2.提高耐磨性的原則3.減小噪聲的原則4.綠色設(shè)計的原則第六節(jié)機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則四、結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟和方法結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅僅是簡單地使原理方案具體化的過程,它既要使機器實