機(jī)械設(shè)計(jì)總論課件

機(jī)械設(shè)計(jì)總論基本內(nèi)容：

(1)機(jī)器的組成；(2)設(shè)計(jì)機(jī)器的一般方法；(3)對(duì)機(jī)器的主要要求；(4)機(jī)械零件的主要失效形式；(5)設(shè)計(jì)機(jī)械零件的時(shí)滿足的基本要求；(6)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；(7)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法；(8)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)一般步驟；(9)機(jī)械零件的材料及其選用；(10)機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化；(11)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介；基本要求：

(1)掌握設(shè)計(jì)機(jī)器和零件應(yīng)滿足的要求；設(shè)計(jì)機(jī)器和零件的一般步驟以及常用的設(shè)計(jì)方法等基本知識(shí)；(2)掌握機(jī)械零件的主要失效形式和機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算的基本準(zhǔn)則；(3)了解一些現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)難點(diǎn)：機(jī)械零件的主要失效形式和機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算的基本準(zhǔn)則。第一節(jié)機(jī)器的組成原動(dòng)機(jī)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分潤(rùn)滑、顯示、照明等輔助部分控制系統(tǒng)傳感器傳感器傳感器第二節(jié)設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序

試制、批量生產(chǎn)、銷售計(jì)劃階段方案設(shè)計(jì)階段技術(shù)設(shè)計(jì)階段技術(shù)文件編制階段可行性報(bào)告設(shè)計(jì)任務(wù)書原理方案圖

總裝圖、部裝圖、零件圖技術(shù)說(shuō)明書、使用說(shuō)明書、標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表

計(jì)劃階段：對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)器進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，可行性分析，明確機(jī)器具有的功能，并形成設(shè)計(jì)任務(wù)書。方案設(shè)計(jì)階段：對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)書中所提出的機(jī)器功能必須進(jìn)行分析，也就是對(duì)機(jī)器進(jìn)行功能分析（如功能能否實(shí)現(xiàn)等等），并確定出功能參數(shù)，提出達(dá)到這些功能應(yīng)該采用工作原理方案。

在眾多的方案中，要從技術(shù)方面、可行性方面、經(jīng)濟(jì)方面和環(huán)保方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)?？傎M(fèi)用設(shè)計(jì)制造費(fèi)用使用費(fèi)用費(fèi)用復(fù)雜程度技術(shù)設(shè)計(jì)階段：繪制總裝配草圖、部件裝配草圖，由草圖確定零部件的外形、基本尺寸和零件工作圖。為了確定零件的基本尺寸，必須完成以下工作：

1）機(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)2）機(jī)器的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3）零件的工作能力設(shè)計(jì)4）部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計(jì)----結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5）主要零件的校核計(jì)算技術(shù)文件編制階段：技術(shù)文件：用來(lái)說(shuō)明產(chǎn)品性能、設(shè)計(jì)、制造、操作使用、維護(hù)、或其它所有與產(chǎn)品相關(guān)的文檔資料。包括：設(shè)計(jì)說(shuō)明書、使用說(shuō)明書、零件明細(xì)表、標(biāo)準(zhǔn)件匯總、產(chǎn)品驗(yàn)收條件等等。試制、試驗(yàn)、生產(chǎn)、銷售：對(duì)樣機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)、考核工藝性、收集用戶意見、改進(jìn)設(shè)計(jì)，最后投產(chǎn)銷售。第三節(jié)對(duì)機(jī)器的要求

在滿足預(yù)期功能的前提下，要求性能好、效率高、成本低，造型美觀，在預(yù)定使用期限內(nèi)要安全可靠，操作方便、維修簡(jiǎn)單。具體要求如下：1）使用要求2）經(jīng)濟(jì)性要求3）勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求4）可靠性要求

5）對(duì)外觀造型的要求

6）其它專用要求

第四節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式

機(jī)械零件曲于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為失效。機(jī)械零件的失效形式主要有：

整體斷裂：零件在受拉、壓、彎、剪、扭等外載荷作用下，零件某一危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超過(guò)零件的強(qiáng)度極限而發(fā)生斷裂。

齒輪輪齒折斷

軸承內(nèi)圈破裂過(guò)大的殘余變形：如果作用在零件上的應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生殘余變形，若變形過(guò)大，也會(huì)使零件失效而失去工作能力。

輪齒塑性變形軸承外圈塑性變形零件的表面破壞：零件的表面破壞住要是腐蝕、磨損和接觸疲勞，是隨工作時(shí)間的延續(xù)而逐漸發(fā)生的失效形式。破壞正常工作條件引起的失效：有些零件只有在一定的條件下才能正常工作，如帶傳動(dòng)，只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時(shí)才能正常工作，否則將引起打滑。失效原因:

強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、溫度等原因,據(jù)統(tǒng)計(jì)，斷裂僅占4.79%;腐蝕、磨損、疲勞破壞占73.88%。腐蝕、磨損、疲勞是主要失效原因。第五節(jié)設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求

機(jī)器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計(jì)的機(jī)器滿足基本要求，就必須使組成機(jī)器的零件滿足以下要求：1、避免在預(yù)期壽命內(nèi)失效的要求（強(qiáng)度、剛度、壽命）

零件在工作中不發(fā)生斷裂或不出現(xiàn)過(guò)大的殘余變形，就叫滿足了強(qiáng)度要求。

零件在工作時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形不超過(guò)允許的限度，就叫滿足了剛度要求

零件正常工作的時(shí)間就叫零件的壽命。影響零件壽命的主要因素有：疲勞破壞、腐蝕和磨損。2、結(jié)構(gòu)工藝性要求（便于加工、裝配）

零件工藝性良好的標(biāo)志：在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工、便于裝配，而且加工費(fèi)用低。3、經(jīng)濟(jì)性要求（材料、加工方法、精度等級(jí)）4、質(zhì)量小的要求（節(jié)約材料、↓慣性力）5、可靠性要求第六節(jié)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

在設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械零件在正常工作中不發(fā)生任何失效。為此對(duì)于每種失效形式都制定了防止這種失效應(yīng)滿足的條件，這樣的條件就是所謂的工作能力計(jì)算準(zhǔn)則。它是設(shè)計(jì)機(jī)械零件的理論依據(jù)。所以設(shè)計(jì)零件時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

強(qiáng)度準(zhǔn)則：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過(guò)大的塑性變形，是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。所謂強(qiáng)度指機(jī)械零件工作時(shí)抵抗破壞（斷裂或塑性變形）的能力。具體講強(qiáng)度準(zhǔn)則是指零件中的應(yīng)力不得超過(guò)許用值。針對(duì)的失效形式有：斷裂、疲勞破壞、殘余變形。

為材料的極限應(yīng)力:

對(duì)于一次斷裂來(lái)講（一般指脆性材料），為材料的強(qiáng)度極限，對(duì)于殘余變形來(lái)講（一般指塑性材料），為材料的屈服極限，對(duì)于疲勞破壞來(lái)講，為材料的疲勞極限。剛度準(zhǔn)則：確保零件不發(fā)生過(guò)大的彈性變形，所謂剛度是指機(jī)械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力，具體地講剛度準(zhǔn)則是指零件在力作用下的彈性變形量不得超過(guò)許用值。針對(duì)的失效形式：彈性變形。壽命準(zhǔn)則：通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)，影響零件使用壽命的因素主要是腐蝕、磨損和疲勞，前兩者還沒(méi)有成熟的計(jì)算方法，工程中通常是求出使用壽命時(shí)的疲勞極限作為計(jì)算的依據(jù)。針對(duì)的失效形式有：疲勞、磨損、腐蝕。振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則:就是保證機(jī)器中受激振作用的零件的固有頻率與激振源的頻率錯(cuò)開，即要求：

或

代表零件的固有頻率，代表激振源的頻率?？煽啃詼?zhǔn)則：可靠度：對(duì)件數(shù)為的一批零件進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)時(shí)間之后有件仍能正常工作，則該零件在該試驗(yàn)環(huán)境條件下工作時(shí)間的可靠度定義為：若在時(shí)間內(nèi)，又有個(gè)零件失效，則內(nèi)零件失效的比率定義為失效率，即：將上式分離變量并積分，這就是可靠度和失效率的關(guān)系.

零件可靠度可用另一個(gè)指標(biāo)表示，即零件的平均工作時(shí)間（也稱零件的平均壽命）。第七節(jié)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法

機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法可分為常規(guī)的設(shè)計(jì)方法，也稱傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以及近十年發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。

常規(guī)設(shè)計(jì)方法是指采用一定的理論分析和計(jì)算，結(jié)合人們?cè)陂L(zhǎng)期的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。

常規(guī)設(shè)計(jì)方法又可分為以下幾種：理論設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

理論設(shè)計(jì)：根據(jù)長(zhǎng)期總結(jié)出來(lái)的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。

FF設(shè)計(jì)計(jì)算:

校核計(jì)算:

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)對(duì)某類零件已有的設(shè)計(jì)與使用實(shí)踐而歸納出的經(jīng)驗(yàn)公式，或根據(jù)設(shè)計(jì)者本人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)用類比的方法所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。這對(duì)于那些使用要求變化不大而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件，是很有效的設(shè)計(jì)方法。模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：把初步設(shè)計(jì)的零、部件或機(jī)器做成小模型或小尺寸樣機(jī)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的手段對(duì)其特性進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果再對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步修改，達(dá)到完善。這種方法對(duì)于那些尺寸巨大而結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件的設(shè)計(jì)是一種很有效的方法。

上世紀(jì)60年代末開始，設(shè)計(jì)領(lǐng)域中相繼出現(xiàn)了一系列新興理論和方法，運(yùn)用到了現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)等方面的最新成果。是過(guò)去長(zhǎng)期的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的延伸和發(fā)展。常見的方法有：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、反求工程設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、人機(jī)工程學(xué)、相似性設(shè)計(jì)等等。實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)取代靜態(tài)、定量取代定性、優(yōu)化設(shè)計(jì)取代可行性設(shè)計(jì)、自動(dòng)化設(shè)計(jì)取代人工設(shè)計(jì)等等方面的轉(zhuǎn)化。第八節(jié)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件的設(shè)計(jì)步驟：1.根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)；2.計(jì)算其作用載荷；3.根據(jù)零件類型、結(jié)構(gòu)和所受載荷，分析失效形式，確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；4.選材；5.根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定出零件的基本尺寸；6.根據(jù)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化等原則，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；7.必要的校核計(jì)算；8.畫零件圖，寫說(shuō)明書?；诣T鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…鑄鐵鋼鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)高分子材料陶瓷材料復(fù)活材料有色金屬黑色金屬非金屬材料金屬材料

第九節(jié)機(jī)械零件的材料及其選用灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…鑄鐵鋼鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)高分子材料陶瓷材料復(fù)活材料有色金屬黑色金屬非金屬材料金屬材料

第九節(jié)機(jī)械零件的材料及其選用灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…鑄鐵鋼鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)高分子材料陶瓷材料復(fù)活材料有色金屬黑色金屬非金屬材料金屬材料

第九節(jié)機(jī)械零件的材料及其選用灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…鑄鐵鋼鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)高分子材料陶瓷材料復(fù)活材料有色金屬黑色金屬非金屬材料金屬材料

第九節(jié)機(jī)械零件的材料及其選用灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…鑄鐵鋼鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)高分子材料陶瓷材料復(fù)活材料有色金屬黑色金屬非金屬材料金屬材料

第九節(jié)機(jī)械零件的材料及其選用灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…鑄鐵鋼鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)高分子材料陶瓷材料復(fù)活材料有色金屬黑色金屬非金屬材料金屬材料

第九節(jié)機(jī)械零件的材料及其選用灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…鑄鐵鋼鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)高分子材料陶瓷材料復(fù)活材料有色金屬黑色金屬非金屬材料金屬材料

第九節(jié)機(jī)械零件的材料及其選用灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…鑄鐵鋼鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)高分子材料陶瓷材料復(fù)活材料有色金屬黑色金屬非金屬材料金屬材料

第九節(jié)機(jī)械零件的材料及其選用第九節(jié)機(jī)械零件的材料及其選用灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…鑄鐵鋼鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料有色金屬黑色金屬非金屬材料金屬材料第十節(jié)機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化就是要通過(guò)對(duì)零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等，制定出大家共