《機械設計基礎》課件 機械設計概述

§2.1機械設計的基本要求§2.2機械設計的內(nèi)容與步驟§2.3機械零件的失效形式及設計計算準則§2.4機械零件設計的標準化、系列化及通用化第2章機械設計概述1.1機械設計的基本要求

機械設計包括以下兩種設計:應用新技術、新方法開發(fā)創(chuàng)造新機械；在原有機械的基礎上重新設計或進行局部改造。1.1.1設計機械零件的要求使用要求(達到預期的目的)經(jīng)濟性要求(獲得較高的經(jīng)濟效益、少用貴重金屬材料、采用新工藝減少生產(chǎn)周期)社會要求(包括人機工程學、安全運行、環(huán)保)寶馬730i3.可靠性要求(指機器在規(guī)定的使用壽命和工況條件下機器完成規(guī)定功能的能力)4.其他的特殊要求(如機床要求保持較高的精度)

1.1機械設計的基本要求

1.2機械設計的內(nèi)容與步驟現(xiàn)代設計方法：常規(guī)設計方法：優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元設計、模塊設計、計算機輔助設計理論設計、經(jīng)驗設計和模型實驗設計等。

機械設計的過程通?？煞譃橐韵聨讉€階段：（1）可行性研究階段（2）方案設計（3）技術設計（4）制造及試驗產(chǎn)品規(guī)劃的主要工作是提出設計任務和明確設計要求。由設計人員構思出多種可行方案進行分析比較，從中優(yōu)選出一種方案。設計結果以工程圖及計算書的形式表達出來。經(jīng)過加工、安裝及調(diào)試制造出樣機，對樣機進行試運行或在生產(chǎn)現(xiàn)場試用。(5)投入銷售1.2機械設計的內(nèi)容與步驟1.2機械設計的內(nèi)容與步驟設計機械零件的一般步驟如下：（1）根據(jù)機器的具體運轉情況和簡化的計算方案確定零件的載荷。（2）根據(jù)零件工作情況的分析，判定零件的失效形式，從而確定其計算準則。（3）進行主要參數(shù)選擇，選定材料，根據(jù)計算準則求出零件的主要尺寸，考慮熱處理及結構工藝性要求等。（4）進行結構設計。（5）繪制零件工作圖，制訂技術要求，編寫計算說明書及有關技術文件。在設計過程中，這些步驟又是相互交錯、反復進行的。1.2機械設計的內(nèi)容與步驟在設計機械零件時往往是將較復雜的實際工作情況進行一定的簡化，這些計算或多或少帶有一定的條件性或假定性。條件性計算：1.4機械零件設計的標準化、系列化及通用化

通用化：在不同規(guī)格的同類產(chǎn)品或不同類產(chǎn)品中采用同一結構和尺寸的零件、部件。我國現(xiàn)行標準分為國家標準（GB）、行業(yè)標準和專業(yè)標準等，國際上則推行國際標準化組織（ISO）的標準。

標準化：有不少零件，由于應用范圍廣、用量大，已經(jīng)高度標準化形成標準件。

系列化：有很多零件適用范圍極為廣泛，但在具體設計時隨著工作條件的不同，在材料、尺寸、結構等方面的選擇也各不相同，這種情況則可對其某些基本參數(shù)規(guī)定標準的系列化數(shù)列。1.4機械零件設計的標準化、系列化及通用化標準件：按規(guī)定標準生產(chǎn)的零件。好處：（1）由專門化工廠大量生產(chǎn)標準件，能保證質(zhì)量、節(jié)約材料、降低成本；（2）選用標準件可以簡化設計工作，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期；（3）選用參數(shù)標準化的零件，在機械制造過程中可以減少刀具和量具的規(guī)格；（4）具有互換性，從而簡化機器的安裝和維修。1.3機械零件的失效形式及設計計算準則機械零件喪失預定功能或預定功能指標降低到許用值以下的現(xiàn)象機械零件的失效：進行機械零件設計時必須根據(jù)零件的失效形式分析失效的原因，提出防止或減輕失效的措施，根據(jù)不同的失效形式提出不同的設計計算準則。1.3.1失效形式機械零件常見的失效形式有如下幾種：1.斷裂2.過量變形3.表面失效4.破壞正常工作條件引起的失效1.3機械零件的失效形式及設計計算準則1.3.2失效形式同一零件對于不同失效形式的承載能力也各不相同。根據(jù)不同的失效原因建立起來的工作能力判斷條件，稱為設計計算準則。主要包括以下幾種：1.強度準則（整體強度和表面強度）整體強度的判斷準則表示為：或表面接觸強度的判斷準則表示為：應力表示法：安全系數(shù)表示法：接觸應力表示法：擠壓應力表示法：1.3機械零件的失效形式及設計計算準則2.剛度準則零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量應小于或等于機器工作性能允許的極限值。3.耐磨性準則4.散熱性準則§6.1摩擦與磨損§6.2潤滑§6.3密封裝置第6節(jié)摩擦、磨損及潤滑概述6.1摩擦與磨損摩擦是機器運轉過程中不可避免的物理現(xiàn)象。世界上1/3~1/2的能源消耗在摩擦上，各種機械零件因磨損失效的也占全部失效零件的一半以上。磨損是摩擦的結果，潤滑則是減少摩擦和磨損的有力措施。6.1.1摩擦及其分類兩物體接觸區(qū)產(chǎn)生阻礙運動并消耗能量的現(xiàn)象，稱為摩擦。有些情況下卻要利用摩擦工作，如帶傳動，摩擦制動器等。6.1摩擦與磨損1.干摩擦兩物體的滑動表面為無任何潤滑劑或保護膜的純金屬。2.液體摩擦兩摩擦表面不直接接觸，被油膜隔開。根據(jù)摩擦副表面間的潤滑狀態(tài)將摩擦狀態(tài)分為四種：6.1摩擦與磨損2.1.2磨損及其過程運動副之間的摩擦將導致零件表面材料的逐漸損失，這種現(xiàn)象稱為磨損。單位時間內(nèi)材料的磨損量稱為磨損率。工程上常利用磨損的原理來減小零件表面的粗糙度，如磨削、研磨、拋光、跑合等。3.邊界摩擦兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開。4.混合摩擦處于摩擦、液體摩擦與邊界摩擦的混合狀態(tài)。6.1摩擦與磨損磨損過程大致可分為以下三個階段：1.跑合（磨合）磨損階段2.穩(wěn)定磨損階段3.劇烈磨損階段此階段的特征是磨損速度及磨損率都急劇增大。在跑合階段結束后應清洗零件，更換潤滑油。6.1摩擦與磨損1.磨粒磨損由于摩擦表面上的硬質(zhì)突出物或從外部進入摩擦表面的硬質(zhì)顆粒，對摩擦表面起到切削或刮擦作用，從而引起表層材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。減輕磨粒磨損：滿足潤滑條件，合理地選擇摩擦副的材料、降低表面粗糙度值以及加裝防護密封裝置等。6.1.3磨損分類按照磨損的機理以及零件表面磨損狀態(tài)的不同把磨損分為：2.粘著磨損磨擦副作相對運動時,由于剪切作用,一個表面的材料粘附到另一個金屬表面.(如蝸輪齒圈上的銅粘附到蝸桿的齒面上)

合理地選擇配對材料，采用表面處理，限制摩擦表面的溫度，控制壓強及采用含有油性極壓添加劑的潤滑劑等，都可減輕粘著磨損。2.1摩擦與磨損蝸輪蝸桿傳動2.1摩擦與磨損3.疲勞磨損（點蝕）兩摩擦表面為點或線接觸時，由于局部的彈性變形形成了小的接觸區(qū)。這些小的接觸區(qū)形成的摩擦副如果受變化接觸應力的作用，則在其反復作用下，表層將產(chǎn)生裂紋。合理地選擇材料及材料的硬度，選擇粘度高的潤滑油，加入極壓添加劑或及減小摩擦面的粗糙度值等，可以提抗疲勞磨損的能力。4.腐蝕磨損在摩擦過程中，摩擦面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象，稱為腐蝕磨損。

實際上大多數(shù)磨損是以上述四種磨損形式的復合形式出現(xiàn)的。2.2潤滑潤滑的主要作用是:減小摩擦系數(shù),提高機械效率;減輕磨損,延長機械的使用壽命。還可起到冷卻、防塵以及吸振等作用。1.潤滑油主要有礦物油、合成油、動植物油等，其中應用最廣泛的為礦物油。粘度的大小表示了液體流動時其內(nèi)摩擦阻力的大小，粘度愈大，內(nèi)摩擦阻力就愈大，液體的流動性就愈差。2.2潤滑2.2潤滑粘度隨溫度的升高而降低。粘度隨壓強的升高而加大，但當壓強小于20MPa時，其影響甚小，可不予考慮。常用潤滑油的性能和用途見表2.1。2.2潤滑2.2潤滑續(xù)表潤滑油的主要性能指標:1、粘度:它反映潤滑油流動時內(nèi)部的摩擦力的大小2、粘度指數(shù):溫度是影響油粘度最重要的因素3、油性:反映潤滑油濕潤或吸附干摩擦表面的性能.4、極壓性:反映油中極性分子在金屬表面生產(chǎn)抗磨、耐高壓化學反應膜的能力.5、閃點:規(guī)定的條件下加熱并與火焰發(fā)生接觸瞬間閃火時的最低溫度.一般要求高于工作溫度(20-30℃)6、凝點:規(guī)定的條件失去流動性的最高溫度.7、傾點:一般為油品在給定條件下喪失流動性的溫度3℃以上的溫度.2.潤滑脂潤滑脂是在潤滑油中加入稠化劑(如鈣、鈉、鋰等金屬皂基）而形成的脂狀潤滑劑，又稱為黃油或干油。潤滑脂的流動性小，不易流失，所以密封簡單，不需經(jīng)常補充。潤滑脂對載荷和速度變化不是很敏感，有較大的適應范圍，但因其摩擦損耗較大，機械效率較低，故不宜用于高速傳動的場合。2.2潤滑(1)滴點是指潤滑脂受熱后從標準測量杯的孔口滴下第一滴油時的溫度。(2)針入度即潤滑脂的稠度。(將標準針錐放入25℃的潤滑脂中,經(jīng)5s后沉入的深度稱針入度)目前使用最多的是鈣基潤滑脂，其耐水性強，但耐熱性差。3.潤滑劑的選用

潤滑油選用的基本原則是：在低