第1章機械設(shè)計總論

第1章機械設(shè)計總論1.1設(shè)計機器的普通程序1.2對機器的主要要求1.3機械零件的主要失效方式1.4設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求1.5機械零件的設(shè)計準那么1.6機械零件的設(shè)計方法1.7機械零件設(shè)計的普通步驟1.8機械零件資料的選用原那么1.9機械零件設(shè)計中的規(guī)范化1.1設(shè)計機器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計機械產(chǎn)品的設(shè)計過程需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、確定總體參數(shù)、制定約束條件和設(shè)計要求。作為設(shè)計、評價和決策的綱領(lǐng)性文件和根據(jù)；市場/競爭對手調(diào)研報告專利調(diào)查報告可行性評價報告產(chǎn)品規(guī)劃書1.1設(shè)計機器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計機械產(chǎn)品的設(shè)計過程又稱為概念設(shè)計。對產(chǎn)品的功能原理進展設(shè)計。是整個產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵；需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、確定總體參數(shù)、制定約束條件和設(shè)計要求。作為設(shè)計、評價和決策的綱領(lǐng)性文件和根據(jù)；產(chǎn)品方案設(shè)計報告產(chǎn)品設(shè)計草圖1.1設(shè)計機器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計機械產(chǎn)品的設(shè)計過程功能原理設(shè)計針對產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思。例如：設(shè)計一種點鈔機構(gòu)思將鈔票逐張分別的任務(wù)原理推括摩擦離心力重力1.1設(shè)計機器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計機械產(chǎn)品的設(shè)計過程又稱為概念設(shè)計。對產(chǎn)品的功能原理進展設(shè)計。是整個產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵；需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、確定總體參數(shù)、制定約束條件和設(shè)計要求。作為設(shè)計、評價和決策的綱領(lǐng)性文件和根據(jù)；將產(chǎn)品的功能原理詳細化為機器產(chǎn)品及其零部件的詳細構(gòu)造，它又可進一步細分為總體設(shè)計、構(gòu)造設(shè)計、商品化設(shè)計、模型實驗等過程；實際分析及設(shè)計計算資料產(chǎn)品裝配圖1.1設(shè)計機器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計機械產(chǎn)品的設(shè)計過程例題：硬幣計數(shù)包卷機1.1設(shè)計機器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計機械產(chǎn)品的設(shè)計過程又稱為概念設(shè)計。對產(chǎn)品的功能原理進展設(shè)計。是整個產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵；需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、確定總體參數(shù)、制定約束條件和設(shè)計要求。作為設(shè)計、評價和決策的綱領(lǐng)性文件和根據(jù)；將產(chǎn)品的功能原理詳細化為機器產(chǎn)品及其零部件的詳細構(gòu)造，它又可進一步細分為總體設(shè)計、構(gòu)造設(shè)計、商品化設(shè)計、模型實驗等過程；主要指零件、部件工程圖繪制，工藝文件的編寫，設(shè)計闡明書和運用闡明書的編寫等任務(wù)；1.2對機器的主要要求運用功能要求經(jīng)濟性要求勞動維護和環(huán)境維護要求壽命與可靠性要求對機器的主要要求其它公用要求1.2對機器的主要要求運用功能要求經(jīng)濟性要求勞動維護和環(huán)境維護要求壽命與可靠性要求對機器的主要要求其它公用要求提高運用經(jīng)濟目的的主要途徑：1)合理提高機械化、自動化程度，提高機器的消費效率。2)選用高效傳動系統(tǒng)，減少中間環(huán)節(jié)，降低能源耗費。3)適當采用防護和光滑，延伸機器的運用壽命。4)采用可靠的密封，減少或消除滲漏景象。提高設(shè)計和制造經(jīng)濟目的的主要途徑：1)采用現(xiàn)代設(shè)計方法，優(yōu)化設(shè)計，保證可靠性。2)提高“規(guī)范化、系列化、通用化〞的程度。3)采用新技術(shù)、新工藝、新構(gòu)造、新資料。4)合理組織設(shè)計和制造過程。5)改善零件構(gòu)造工藝性，使其用料少、易加工、易裝配。1.2對機器的主要要求運用功能要求經(jīng)濟性要求勞動維護和環(huán)境維護要求壽命與可靠性要求對機器的主要要求其它公用要求勞動維護有兩層含義：1)使機器的操作者方便和平安。2)改善操作者及機器的環(huán)境。1.2對機器的主要要求運用功能要求經(jīng)濟性要求勞動維護和環(huán)境維護要求壽命與可靠性要求對機器的主要要求其它公用要求機器可靠度R：在規(guī)定的運用時間(壽命)內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境條件下，機器可以正常任務(wù)的概率。機器失效的概率F為：F=1-R機器出廠時曾經(jīng)存在的可靠性叫做機器的固有可靠性。思索到用戶的人為要素，已出廠的機器正確地完成預(yù)定功能的概率，叫做機器的運用可靠性。1.3機械零件的主要失效方式機械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效齒輪輪齒斷裂軸承內(nèi)圈斷裂(1)某一危險截面的應(yīng)力超越零件的強度極限(2)在變應(yīng)力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。1.3機械零件的主要失效方式機械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效(1)某一危險截面的應(yīng)力超越零件的強度極限(2)在變應(yīng)力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。1.3機械零件的主要失效方式機械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效(1)某一危險截面的應(yīng)力超越零件的強度極限(2)在變應(yīng)力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。1.3機械零件的主要失效方式機械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效當作用于零件上的應(yīng)力超越了資料的屈服極限，零件將產(chǎn)生剩余變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形1.3機械零件的主要失效方式機械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效腐蝕：金屬外表的一種電化學(xué)或化學(xué)侵蝕景象。磨損：兩個接觸外表在作相對運動的過程中外表物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移的景象。接觸疲勞：遭到接觸變應(yīng)力長期作用的外表產(chǎn)生裂紋或微粒剝落的景象。軸瓦磨損齒面接觸疲勞1.3機械零件的主要失效方式機械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效破壞正常任務(wù)條件引起的失效：打滑、膠合、共振1.3機械零件的主要失效方式機械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效機械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等要素引起！1.4設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求構(gòu)造工藝性要求經(jīng)濟性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求應(yīng)保證零件有足夠的強度、剛度和壽命。提高零件強度的措施有：▲采用高強度的資料；▲使零件具有足夠的截面尺寸；▲合理設(shè)計零件的截面外形；▲提高零件的制造精度，以減少任務(wù)時的動載荷；▲合理配置零件的相對位置，以降低零件的載荷。1.強度要求1.4設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求構(gòu)造工藝性要求經(jīng)濟性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求應(yīng)保證零件有足夠的強度、剛度和壽命。2.剛度要求提高零件剛度的措施有：▲增大零件的截面尺寸或增大慣性矩；▲縮短支承的跨距或采用多點支承。1.4設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求構(gòu)造工藝性要求經(jīng)濟性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求應(yīng)保證零件有足夠的強度、剛度和壽命。3.壽命要求影響零件壽命的主要要素有：影響疲勞強度的要素有：疲勞破壞腐蝕磨損▲應(yīng)力集中；▲零件的尺寸大??；▲零件外表質(zhì)量及環(huán)境情況。1.4設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求構(gòu)造工藝性要求經(jīng)濟性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求應(yīng)保證零件有足夠的強度、剛度和壽命。3.壽命要求影響零件壽命的主要要素有：疲勞破壞腐蝕磨損抗腐蝕的措施有：▲外表發(fā)蘭〔發(fā)黑〕；▲外表鍍層；▲外表涂漆；▲外表陽極化。1.4設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求構(gòu)造工藝性要求經(jīng)濟性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求設(shè)計的構(gòu)造應(yīng)便于加工和裝配。熱套金屬環(huán)，要留有槽1.4設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求構(gòu)造工藝性要求經(jīng)濟性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求零件應(yīng)有合理的消費加工和運用維護的本錢。采用組合部件1.4設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求構(gòu)造工藝性要求經(jīng)濟性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求質(zhì)量小那么可節(jié)約資料；質(zhì)量小那么靈敏、輕便。鑄造薄板沖壓1.4設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的根本要求防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求構(gòu)造工藝性要求經(jīng)濟性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求應(yīng)降低零件發(fā)生缺點的能夠性〔概率〕。鍋爐爆炸1.5機械零件的設(shè)計準那么機械零件的設(shè)計準那么強度準那么剛度準那么壽命準那么振動穩(wěn)定性準那么可靠性準那么確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形。零件中的應(yīng)力不得超越許用值。即：σ≤σlimσlim--資料的極限應(yīng)力脆性資料：σlim=σB(強度極限)塑性資料：σlim=σS(屈服極限)為了平安起見，引入平安系數(shù)S，得：σ≤σlim/S或σ≤[σ]----許用應(yīng)力1.5機械零件的設(shè)計準那么機械零件的設(shè)計準那么強度準那么剛度準那么壽命準那么振動穩(wěn)定性準那么可靠性準那么確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。零件在力作用下的彈性變形量不得超越許用值。即：y≤[y]1.5機械零件的設(shè)計準那么機械零件的設(shè)計準那么強度準那么剛度準那么壽命準那么振動穩(wěn)定性準那么可靠性準那么通常與零件的疲勞*、磨損、腐蝕相關(guān)。1.5機械零件的設(shè)計準那么機械零件的設(shè)計準那么強度準那么剛度準那么壽命準那么振動穩(wěn)定性準那么可靠性準那么高速運轉(zhuǎn)機械的設(shè)計應(yīng)注重此項準那么。保證機器中受激振零件的固有頻率與激振源的頻率錯開。即：0.85f>fp或1.15f<fp1.5機械零件的設(shè)計準那么機械零件的設(shè)計準那么強度準那么剛度準那么壽命準那么振動穩(wěn)定性準那么可靠性準那么可靠度的定義：對件數(shù)為N0的一批零件進展實驗，經(jīng)過時間t之后有N件仍能正常任務(wù)，那么該零件在該實驗環(huán)境條件下任務(wù)時間t的可靠度定義為：R=N/N0可靠度R是時間的函數(shù)。t↑→N↓→R↓根據(jù)許用可靠度[R]，計算預(yù)期壽命。1.6機械零件的設(shè)計方法機械零件的設(shè)計方法實際設(shè)計閱歷設(shè)計模型實驗設(shè)計根據(jù)零件任務(wù)才干準那么，確定零件的主要尺寸。a〕設(shè)計計算：直接求出危險截面尺寸A。

b〕校核計算：其他方法初步設(shè)計→驗算。1.6機械零件的設(shè)計方法機械零件的設(shè)計方法實際設(shè)計閱歷設(shè)計模型實驗設(shè)計根據(jù)閱歷關(guān)系式，用類比的方法所進展的設(shè)計。如：箱體、傳動件各個構(gòu)造要素等。1.6機械零件的設(shè)計方法機械零件的設(shè)計方法實際設(shè)計閱歷設(shè)計模型實驗設(shè)計把初步設(shè)計的零、部件或機器作成小模型或小尺寸樣機進展實驗。如：飛機、橋梁的風(fēng)洞實驗。1.7機械零件設(shè)計的普通步驟機械零件設(shè)計的普通步驟選擇零件類型、構(gòu)造計算零件上的載荷失效方式----計算準那么選擇零件的資料確定零件的根本尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計校核計算畫出零件任務(wù)圖寫出計算闡明書1.8機械零件資料的選用原那么p一、常用資料：鋁(LY12)、銅(ZCuSn10P1)…...黑色金屬有色金屬鐵鋼高分子資料復(fù)合資料陶瓷資料金屬資料非金屬資料：塑料、橡膠、合成纖維：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼…(如：08F45601Cr18〕：灰鑄鐵、球墨鑄鐵…(如：TH300QT500-5)：強如鋼、輕如鋁、硬如金剛石：強度高、彈性模量大、質(zhì)量輕常用鋼鐵資料的牌號及力學(xué)性能材料力學(xué)性能試件尺寸類別牌號強度極限σB屈服極限σS延伸率%mmQ215335-41021531碳素構(gòu)造鋼Q235375-46023526d≤16Q275490-610275202041024525優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金構(gòu)造鋼40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018鑄鋼ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145----灰鑄鐵HT200195----HT250240----壁厚10~20QT400-1540025015球墨鑄鐵QT500-75003207QT600-36003703壁厚30~2001.8機械零件資料的選用原那么二、選用原那么載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)零件的任務(wù)情況零件的構(gòu)造及資料加工性資料的經(jīng)濟