機(jī)械設(shè)計(jì)第二章PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1 機(jī)械設(shè)計(jì)第二章機(jī)械設(shè)計(jì)第二章 執(zhí)行部分：主軸、工作臺 原動機(jī)：伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī) 傳動部分：滾珠絲桿、齒輪 控制系統(tǒng)：數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動器 輔助系統(tǒng)：潤滑、冷卻 以數(shù)控銑床為例說明各個部分 第1頁/共62頁 執(zhí)行部分：主軸、工作臺 第2頁/共62頁 原動機(jī)：伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī) 第3頁/共62頁 傳動部分：滾珠絲杠 第4頁/共62頁 控制系統(tǒng)：數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動器 第5頁/共62頁 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 設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序： 2-2設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序 第6頁/共62頁 (1)計(jì)劃階段 需求分析 對所設(shè)計(jì)的機(jī)器的需求情況作充分的調(diào)查研究和分析。

2、 明確功能 明確機(jī)器所應(yīng)具有的功能，為以后的決策提出由環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、加工以及時限等各方面所確定的約束條件。 設(shè)計(jì)任務(wù)書 包括機(jī)器的功能，經(jīng)濟(jì)性的估計(jì)，制造要求方面的大致估計(jì)，基本使用要求，以及完成設(shè)計(jì)任務(wù)的預(yù)計(jì)期限等。 百度 淘寶 阿里巴巴 裝卸、放置 三相電 第7頁/共62頁 (2)方案設(shè)計(jì)階段 本階段對設(shè)計(jì)的成敗起關(guān)鍵的作用。在這一階段中充分地表現(xiàn)出設(shè)計(jì)工作有多個解（方案）的特點(diǎn)。 復(fù)雜程度 使用費(fèi)用 設(shè)計(jì)制造費(fèi)用 總費(fèi)用費(fèi)用 第8頁/共62頁 (3)技術(shù)設(shè)計(jì)階段 運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)：確定原動機(jī)參數(shù)及各運(yùn)動構(gòu)件運(yùn)動參數(shù) 動力學(xué)計(jì)算：計(jì)算各主要零件上所受的名義載荷 工作能力設(shè)計(jì)：作零、部件的初步設(shè)計(jì)，

3、確定零、部件的基本尺寸 部件裝配草圖及總裝配草圖設(shè)計(jì)：根據(jù)的主要零、部件的基本尺寸，設(shè)計(jì)出部件裝配草圖及總裝配草圖。這時需要很好地協(xié)調(diào)各零件結(jié)構(gòu)尺寸，全面考慮其結(jié)構(gòu)工藝性，使全部零件有最合理的構(gòu)形 主要零件校核：在繪出部件裝配草圖及總裝草圖以后，所有零件的結(jié)構(gòu)及尺寸均為已知。此時可以對各個零件進(jìn)行精確校核 第9頁/共62頁 (4)技術(shù)文件編制階段 技術(shù)文件的種類較多，常用的有機(jī)器的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、使用說明書、標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表等。 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書=方案選擇+技術(shù)設(shè)計(jì) 使用說明書=性能參數(shù)范圍+使用操作方法+日常保養(yǎng)及簡單的維修方法+備用件的目錄 其它技術(shù)文件，如檢驗(yàn)合格單、外購件明細(xì)表、驗(yàn)收條件等，

4、視需要與否另行編制。 第10頁/共62頁 (1)使用功能要求 正確地選擇機(jī)器的工作原理 正確地設(shè)計(jì)或選用能夠全面實(shí)現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和原動機(jī) 合理地配置必要的輔助系統(tǒng) (2)經(jīng)濟(jì)性要求 設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為機(jī)器的成本低 使用經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率，高效率，低能耗、低的管理和維護(hù)費(fèi)用等。 2-3對機(jī)器的主要要求對機(jī)器的主要要求 第11頁/共62頁 提高設(shè)計(jì)和制造經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有 1)采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)參數(shù)最優(yōu)化，達(dá)到盡可能精確的計(jì)算結(jié)果，保證機(jī)器足夠的可靠性 2)最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的零、部件。 3)盡可能采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料 4)合理

5、地組織設(shè)計(jì)和制造過程 5)力求改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，使其用料少、易加工、易裝配 第12頁/共62頁 提高使用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有 1)合理地提高機(jī)器的機(jī)械化和自動化水平，以期提高機(jī)器的生產(chǎn)率 2)選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗 3)適當(dāng)?shù)夭捎梅雷o(hù)及潤滑，以延長機(jī)器的使用壽命 4)采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象 第13頁/共62頁 (3)勞動保護(hù)要求 減少手柄數(shù)目 手柄位置便于操作 符合心理和習(xí)慣 美化外形和色彩 降噪聲、防毒 (4)可靠性要求 可靠度：規(guī)定時間內(nèi)給定環(huán)境下正常工作的概率 采用備用系統(tǒng)和加強(qiáng)檢測可提高可靠性 第14頁/共62頁 (5)其它專

6、用要求 對不同的機(jī)器，還有一些為該機(jī)器所特有的要求。 例如： 機(jī)床長期保持精度 飛機(jī)質(zhì)量小、飛行阻力小、運(yùn)載能力大 流動使用的機(jī)器便于安裝和拆卸 大型機(jī)器便于運(yùn)輸?shù)囊?第15頁/共62頁 (1)整體斷裂 指零件在載荷作用下，其危險截面的應(yīng)力超過零件的強(qiáng)度極限而導(dǎo)致的斷裂，或在變應(yīng)力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。 2-4機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件的主要失效形式 第16頁/共62頁 (2)過大的殘余變形 當(dāng)作用于零件上的應(yīng)力超過了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生殘余變形。 齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形 第17頁/共62頁 (3)零件的表面破壞 零件表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點(diǎn)蝕）。

7、 齒面接觸疲勞 軸瓦磨損 第18頁/共62頁 (4)破壞正常工作條件引起的失效 液體摩擦的滑動軸承存在完整的潤滑油膜 帶傳動傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力 第19頁/共62頁 (一)避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求 (1)強(qiáng)度 除用于安全裝置中預(yù)定適時破壞的零件外，對任何零件都是應(yīng)當(dāng)避免強(qiáng)度失效。 2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時應(yīng)滿足的基本要求設(shè)計(jì)機(jī)械零件時應(yīng)滿足的基本要求 第20頁/共62頁 提高機(jī)械零件的強(qiáng)度措施： 1、采用強(qiáng)度高的材料 2、使零件具有足夠的截面尺寸 3、合理地設(shè)計(jì)零件的截面形狀，增大截面的慣性矩 第21頁/共62頁 4、 熱處理和化學(xué)熱處理，提高材料的機(jī)械強(qiáng)度 5、提高制造精度，降低工

8、作時的動載荷，如圓盤偏載 6、配置各零件的相互位置，降低零件上的載荷 第22頁/共62頁 (2)剛度 剛度定義：零件在工作時產(chǎn)生彈性變形的允許限度 適用零件：彈性變形過大會影響機(jī)器工作性能的零件 第23頁/共62頁 提高零件的整體剛度措施： 1)增大零件截面尺寸或增大截面的慣性矩 2)縮短支承跨距或采用多支點(diǎn)承，減小撓曲變形 提高零件的接觸剛度措施： 1)增大貼合面積 2)降低表面粗糙度 第24頁/共62頁 (3)壽命 影響零件壽命的主要原因：疲勞、腐蝕、磨損 影響疲勞強(qiáng)度的主要因素： 應(yīng)力集中、零件表面品質(zhì)、環(huán)境狀況 第25頁/共62頁 防腐蝕措施： 選用耐腐蝕材料、表面保護(hù)(發(fā)黑、表面鍍層

9、、噴涂漆膜及表面陽極化處理) 不銹鋼發(fā)黑(發(fā)藍(lán)) 鍍層 涂漆 第26頁/共62頁 (二)結(jié)構(gòu)工藝性要求 定義：在既定的生產(chǎn)條件下，能夠方便而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出來，并便于裝配。 若整體結(jié)構(gòu)，齒間軸向距離較小，小齒輪不能滾齒，只能插齒，但插斜齒需要專門的螺旋導(dǎo)軌。 若焊接式，分別滾齒即可，但有裝配誤差。 滾齒插齒 第27頁/共62頁 插斜齒加工 第28頁/共62頁 鑄造毛坯壁厚要均勻 鑄造細(xì)長零件截面要對稱，以防彎曲 第29頁/共62頁 1和2用沖壓件代替，可節(jié)省工時和材料 第30頁/共62頁 底座有凸臺，接觸面積減少，加工量少，接觸精度高 減少螺紋孔深度 減少配合面長度 第31頁/共62頁 加工尺寸盡

10、量一致 車槽加工 鉆孔 第32頁/共62頁 第33頁/共62頁 (三)經(jīng)濟(jì)性要求 采用少余量或無余量的毛坯或簡化零件結(jié)構(gòu)，以減少加工工時。 貴重材料廉價而供應(yīng)充足的材料 大型零件整體結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu) 加工件標(biāo)準(zhǔn)化的零、部件 第34頁/共62頁 (四)質(zhì)量小的要求 減小質(zhì)量的好處：節(jié)約材料、減小慣性載荷 措施: 緩沖裝置降低沖擊載荷 安全裝置限制最大載荷 削減應(yīng)力較小處部分材料 采用沖壓件或焊接件來代替鑄、鍛零件 第35頁/共62頁 (五)可靠性要求 通過大量實(shí)驗(yàn)再利用概率統(tǒng)計(jì)的方法找出規(guī)律，可得到零件的可靠度 使用中加強(qiáng)維護(hù)和對工作條件進(jìn)行監(jiān)測，也可以提高零件的可靠性 第36頁/共62頁 1、強(qiáng)度

11、準(zhǔn)則：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 2、剛度準(zhǔn)則：確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。 設(shè)計(jì)零件時，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。 3、壽命準(zhǔn)則：達(dá)到預(yù)期的使用壽命。 4、振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則：高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)注重此項(xiàng)準(zhǔn)則。 5、可靠性準(zhǔn)則：當(dāng)計(jì)及隨機(jī)因素影響時，仍應(yīng)確保上述各項(xiàng)準(zhǔn)則。 2-6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 第37頁/共62頁 (一)強(qiáng)度準(zhǔn)則 應(yīng)力不得超過允許的限度 lim 脆性材料lim=B(強(qiáng)度極限) 塑性材料lim=S(屈服極限) 考慮到各種偶然的因素或難以精確分析的情況，要給定安全系數(shù) lim/S S過大，偏

12、安全費(fèi)材料，S過小，偏危險省材料 第38頁/共62頁 (二) 剛度準(zhǔn)則 零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量y，應(yīng)小于或等于機(jī)器工作性能所允許的極限值 y（許用變形量），這就叫做滿足了剛度要求，表達(dá)式為： yy y可按各種變形量的理論或?qū)嶒?yàn)方法來確定 y則應(yīng)隨不同的使用場合，根據(jù)理論或經(jīng)驗(yàn)來確定其合理的數(shù)值 具體解釋 理論：理論公式計(jì)算 實(shí)驗(yàn)：實(shí)物試驗(yàn)+儀器測量 理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)：理論公式+實(shí)驗(yàn)修正系數(shù) 本書中的公式大多是 第三種，實(shí)驗(yàn)修正系 數(shù)需要查表，設(shè)計(jì)過 程邊套公式邊查表 第39頁/共62頁 提問：查表中的怎樣做插值計(jì)算？ 查詢值123 被查值201510 若查詢值是1、2、3時，對應(yīng)的被查值

13、是20、15、10 若查詢值是2.7怎么辦？ 本書中一般用線性插值 10 15 23 斜率k=(10-15)/(3-2)=-5 2.7 f(2.7)=f(2)+k(2.7-2)=15-50.7=11.5 第40頁/共62頁 (三)壽命準(zhǔn)則 腐蝕壽命：還沒有提出實(shí)用有效的腐蝕壽命計(jì)算方 磨損壽命：尚無通行的能夠進(jìn)行定量計(jì)算的方法 疲勞壽命：有定量計(jì)算方法 (四)振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則 激振源：齒輪的嚙合、滾動軸承中的振動、滑動軸承中的油膜振蕩、軸的偏心轉(zhuǎn)動等 共振條件：某一零件固有頻率與激振源的頻率重合或成整數(shù)倍關(guān)系時發(fā)生 后果：零件破壞或工作關(guān)系失常 不共振條件：在設(shè)計(jì)時要使機(jī)器中受激振作用的各零件的

14、固有頻率f與激振源的頻率fp錯開 0.85f fp 或者 1.15f fp 第41頁/共62頁 提高震動穩(wěn)定性的措施 1)改變零件及系統(tǒng)的剛性改變固有頻率 2)改變支承位置 3)增加或減少輔助支承 4)把激振源與零件隔離隔震地基、防震溝 5)采用阻尼以減小受激振零件的振幅 第42頁/共62頁 隔震地基 第43頁/共62頁 輔 助 支承 工作臺 銑 刀 夾緊力 增加輔助支承提高震動穩(wěn)定性舉例 第44頁/共62頁 加加工工 加加支支承承 初初始始化化 (五)壽命準(zhǔn)則 如有一大批某種零件，件數(shù)為N0，如在t時間后仍有N件在正常的工作，可靠度R為 R=N/N0 R是時間的函數(shù)，從100%0 在t到t+

15、dt的間隔中，又有dN發(fā)生破壞，破壞的比例為 失效率失效的快慢程度 可靠度與失效率的關(guān)系 第45頁/共62頁 失效率曲線 第I段(早期失效)：失效率由開始時很高的數(shù)值急劇地下降到某一穩(wěn)定的數(shù)值。原因：零、部件初始缺陷，例如加工裂紋，安裝不正確，接觸表面未經(jīng)磨合等。 第II段(正常使用階段)：失效發(fā)生是隨機(jī)性的，失效率則表現(xiàn)為緩慢增長。 第III段(損壞階段)：由于磨損、疲勞裂紋擴(kuò)展等原因，使失效率急劇地增加。良好地維護(hù)和及時更換要發(fā)生破壞的零件，可以延緩機(jī)器進(jìn)入這一階段工作的時間。 “浴盆” 第46頁/共62頁 2-7機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法通常分為常規(guī)設(shè)計(jì)方法

16、和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法兩大類。 常規(guī)設(shè)計(jì)方法：采用一定的理論分析和計(jì)算，結(jié)合人們在長期的設(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。 細(xì)分為：理論設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法：在近二、三十年發(fā)展起來的更為完善、科學(xué)、計(jì)算精度高、設(shè)計(jì)與計(jì)算速度更快的機(jī)械設(shè)計(jì)方法。如機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等等。 第47頁/共62頁 (一)理論設(shè)計(jì) 定義：根據(jù)長期總結(jié)出來的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計(jì) 以簡單受拉桿件的強(qiáng)度計(jì)算為例，設(shè)計(jì)時強(qiáng)度計(jì)算公式為： lim/S 或 F/A lim/S 1、設(shè)計(jì)計(jì)算，A不確定時 2、校核計(jì)算，A確定時 =lim/S 實(shí)際應(yīng)力 許用應(yīng)力

17、 lim極限應(yīng)力 S安全系數(shù) 公式 實(shí)驗(yàn)修正系數(shù) 第48頁/共62頁 (二)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì) 方法：根據(jù)已有設(shè)計(jì)、使用實(shí)踐進(jìn)行的設(shè)計(jì) 適用：這對那些使用要求不大變動而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件。例如箱體、機(jī)架、傳動零件的各結(jié)構(gòu)要素等 第49頁/共62頁 (三)模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 方法：把初步設(shè)計(jì)的零、部件或機(jī)器作成小模型或小尺寸樣機(jī)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的手段對其各方面的特性進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步的修改 適用：尺寸巨大而機(jī)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件 第50頁/共62頁 選擇零件類型、結(jié)構(gòu) 計(jì)算零件上的載荷 確定計(jì)算準(zhǔn)則 選擇零件的材料 確定零件的基本尺寸 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 校 核 計(jì) 算 畫出零件工作圖 寫出計(jì)算說明

18、書 2-8機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟 第51頁/共62頁 ：鋁、銅 黑色金 屬 有色金 屬 鐵 鋼 高分子材 料 復(fù)合材 料 陶 瓷 金屬材 料 非金屬材 料 一、常用材料 ：塑料、橡膠、合成纖維 ：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼 ：灰鑄鐵、球墨鑄鐵 ：強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石 ：強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕 2-9機(jī)械零件材料的選用原則機(jī)械零件材料的選用原則 第52頁/共62頁 常用材料的相對價格常用材料的相對價格 材材 料料 種種 類類 規(guī)規(guī) 格格 相對價格相對價格 熱軋圓剛熱軋圓剛 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235 （ 3342） 1 鑄鑄 件件 優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 （ 2950） 1.51.8 合金結(jié)構(gòu)鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼（ 2950） 1.72.5 滾動軸承鋼（滾動軸承鋼（ 2950） 3 合金工具鋼（合金工具鋼（ 2950） 320 4Cr9Si2耐熱鋼（耐熱鋼（ 2950） 5 灰鑄鐵鑄件灰鑄鐵鑄件 0.85 碳素鋼鑄件碳素鋼鑄件 1.7 銅合金、鋁合金鑄件銅合金、鋁合金鑄件 810 鉻：讀音g 淬火：cu hu ，在金屬材料加工、金屬熱處理等學(xué)術(shù)領(lǐng)域 和行業(yè)內(nèi)讀zhnhu 第53頁/共62頁