機(jī)械設(shè)計(jì)概論P(yáng)PT演示文稿

1、第一章 機(jī)械設(shè)計(jì)概論1-1 引言1-2 機(jī)器的基本組成要素1-3 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)1-3機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則1-1引言1-1 引 言機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)水平的重要標(biāo)志。 機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和促進(jìn)技術(shù)改造的重任。 大量地設(shè)計(jì)制造和廣泛采用各種先進(jìn)的機(jī)器，可大大促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的力度，加速我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)。人類社會(huì)的進(jìn)步源于不斷地創(chuàng)新，產(chǎn)品的創(chuàng)新首先是從設(shè)計(jì)工作開始的。 設(shè)計(jì)是生產(chǎn)產(chǎn)品的第一道工序，要想生產(chǎn)出好的產(chǎn)品，首先要有好的設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的“靈魂”。1-2機(jī)器的基本組成要素1-2 機(jī)器的基本組成要素機(jī)械機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。 機(jī)械零件是機(jī)器

2、的制造單元。 分為： 通用零件：各種機(jī)器中常用的。 (是本課程的主要學(xué)習(xí)對(duì)象） 例如：齒輪、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、軸、聯(lián)軸器軸承、螺栓、 鍵、鉚、焊結(jié)構(gòu)件、彈簧等。 專用零件：只在某些特定的機(jī)器中才用到的。（在有關(guān)專業(yè)課中學(xué)習(xí)） 例如：葉片、曲軸等。 部件為完成同一使命在結(jié)構(gòu)上組合在一起并協(xié)同工作的零件。 例如：滾動(dòng)軸承、減速器等。機(jī)械零件 常用泛指零件和部件1-3本課程的性質(zhì)和內(nèi)容和特點(diǎn)1-3本課程的性質(zhì)、內(nèi)容和特點(diǎn)一、本課程的性質(zhì)和內(nèi)容 本課程是研究機(jī)械裝置和機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，培養(yǎng)同學(xué)們具有機(jī)械 設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課，是機(jī)械類專業(yè)的一門非常重要的主干課。 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是機(jī)械

3、設(shè)計(jì)的重要組成部分。 本課程是一門適用性廣、實(shí)用性強(qiáng)的設(shè)計(jì)性課程。主要介紹通用零件 的基本設(shè)計(jì)方法。 本課程的基本教學(xué)內(nèi)容主要是通用零件的設(shè)計(jì)和計(jì)算。 本課程的最終目的在于培養(yǎng)同學(xué)們綜合運(yùn)用各種機(jī)械零件和機(jī)構(gòu)以及 其他先修課的知識(shí)，設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置和簡(jiǎn)單機(jī)械的能力。本課程的性質(zhì)和內(nèi)容潤(rùn)滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)二、機(jī)器的組成原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng) 傳動(dòng)裝置在原動(dòng)機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間傳遞運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方式的裝置。機(jī)械傳動(dòng)裝置是本課程研究的主要內(nèi)容之一。 本課程的性質(zhì)、內(nèi)容和特點(diǎn)三、本課程的特點(diǎn) 涉及面廣 關(guān)系多 與諸多先修課關(guān)系密切。 要求多 設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器或零件時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足強(qiáng)度、剛度、耐磨性

4、、工 藝、等各方面的要求。 門類多 典型的通用零件多、類型多；各類零件，設(shè)計(jì)方法各有不同。 公式多 除了定義式以外，對(duì)于大多數(shù)公式著重于公式的應(yīng)用，不強(qiáng)調(diào) 公式的推導(dǎo)。 圖表多 要求能看懂、會(huì)用，了解適用的范圍和變化趨勢(shì)。 實(shí)踐性強(qiáng)不僅要讀懂書，還要多聯(lián)系實(shí)際，要注重實(shí)踐性環(huán)節(jié)。 無重點(diǎn)又都是重點(diǎn)，設(shè)計(jì)工作必須詳盡，細(xì)小的疏忽也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故。 設(shè)計(jì)問題無統(tǒng)一答案更多地談?wù)撜l設(shè)計(jì)得更好，要注意發(fā)展求異思維。本課程的性質(zhì)、內(nèi)容和特點(diǎn)本課程的特點(diǎn) 四、注意的幾個(gè)問題 著重學(xué)習(xí)零件的設(shè)計(jì)方法以及零件參數(shù)的合理選擇。 除了理論分析和計(jì)算以外，更應(yīng)重視零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)。 設(shè)計(jì)決非只是計(jì)算。 性能要求與

5、經(jīng)濟(jì)性 永遠(yuǎn)是一對(duì)矛盾，應(yīng)學(xué)會(huì)合理地解決這一對(duì)矛盾。 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì) 二者均重要，前者是后者的基礎(chǔ)。本課程的性質(zhì)、內(nèi)容和特點(diǎn)注意的問題 1-4機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則1-4機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則一、幾個(gè)名詞：一、幾個(gè)名詞：1）失效： 機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為失效。注意：a) 失效并不單純指破壞，破壞只是失效的形式之一。 機(jī)械零件的可能失效形式很多，歸納起來主要有強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性以及溫度等方面的失效。 b) 同一種零件可能的失效形式往往有若干種。 例如：軸在工作中可能產(chǎn)生斷裂、過大彈性變形、共振等失效。2）工作能力： 即機(jī)械零件在一定條件下抵抗失效的能力。3）承載能力：

6、對(duì)載荷而言的工作能力。（也就是用載荷表示的工作能力）4）工作能力計(jì)算準(zhǔn)則： 為防止機(jī)械零件發(fā)生某種失效而應(yīng)滿足的條件。 （也可以理解為是機(jī)械零件不發(fā)生失效的“安全條件”，是設(shè)計(jì)零件時(shí)的理論依據(jù)）。載荷和應(yīng)力1機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則 為了防止機(jī)械零件在工作中產(chǎn)生失效，設(shè)計(jì)時(shí)，需要以零件的工作能力計(jì)算準(zhǔn)則為依據(jù)進(jìn)行必要的計(jì)算，常用的計(jì)算方法（過程）有兩種： 5）設(shè)計(jì)計(jì)算：先分析零件的可能失效形式，根據(jù)該失效形式的計(jì)算 準(zhǔn)則通過計(jì)算確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸。 6）校核計(jì)算：先確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸，然后再驗(yàn)算零件是否滿足計(jì) 算準(zhǔn)則。如不滿足，則應(yīng)修改零件的尺寸。 二、載荷和應(yīng)力二、載荷和應(yīng)力1 載荷由于運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生

7、的慣性力和沖擊等引起的載荷稱為動(dòng)載荷。 靜載荷變載荷按是否隨時(shí)間變化，載荷分為：按是否考慮動(dòng)載荷的影響，載荷分為：載荷和應(yīng)力2名義載荷： 在理想平穩(wěn)條件下所受的載荷。（不考慮動(dòng)載荷的影響）計(jì)算載荷載荷系數(shù)k名義載荷 。 （代表機(jī)器或零件實(shí)際所受載荷） 載荷系數(shù)k：用于計(jì)入在實(shí)際工作中受到的各種動(dòng)載荷的影響。額定載荷： 由原動(dòng)機(jī)的額定功率推算出的載荷。2 應(yīng)力應(yīng)力分為靜應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力：機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則2minmaxm2minmaxamax最大應(yīng)力； min最小應(yīng)力m平均應(yīng)力； a應(yīng)力幅值r 應(yīng)力比（循環(huán)特性）maxminr循環(huán)應(yīng)力載荷和應(yīng)力3對(duì)稱循環(huán)脈動(dòng)循環(huán)常見的循環(huán)應(yīng)力有：對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力r =

8、-1、 m0脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力 r=0、 min0靜應(yīng)力 r=1靜應(yīng)力（可看作是循環(huán)應(yīng)力的一個(gè)特例）機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則注：靜應(yīng)力只在靜載荷作用下產(chǎn)生，循環(huán)應(yīng)力可由變載荷產(chǎn)生，也可 由靜載荷產(chǎn)生。另外，應(yīng)力還分為名義應(yīng)力：根據(jù)名義載荷求得的應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力：根據(jù)計(jì)算載荷求得的應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則三、強(qiáng)度準(zhǔn)則三、強(qiáng)度準(zhǔn)則強(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。 強(qiáng)度條件有兩種表示方法：1） 用應(yīng)力表示： slim2）用安全系數(shù)表示：sslims式中：計(jì)算最大應(yīng)力lim極限應(yīng)力計(jì)算安全系數(shù)ss許用應(yīng)力許用安全系數(shù)注：對(duì)于切應(yīng)力，只須將上述各公式中的 換成 即可。機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則靜應(yīng)力下的強(qiáng)度1 1

9、靜應(yīng)力下的強(qiáng)度靜應(yīng)力下的強(qiáng)度 在靜應(yīng)力下工作的零件，其可能的失效形式是塑性變形或斷裂。材料種類不同，所取極限應(yīng)力也不同。塑性材料 單向應(yīng)力狀態(tài)下： slimslim，復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下： 按第三或第四強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力。 脆性材料 單向應(yīng)力狀態(tài)下： ，blimblim復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下： 按第一強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力。 機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則注：1）對(duì)于塑性材料和組織不均勻的材料（如灰鑄鐵），在計(jì)算靜強(qiáng)度 時(shí)，可不考慮應(yīng)力集中的影響。 2）對(duì)于組織均勻的低塑性材料（如淬火鋼），在計(jì)算靜強(qiáng)度時(shí)，應(yīng) 考慮應(yīng)力集中的影響。接觸強(qiáng)度2 循環(huán)應(yīng)力下的強(qiáng)度循環(huán)應(yīng)力下的強(qiáng)度計(jì)算變應(yīng)力下的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)取 疲勞極限 （詳見第

10、二章）。 limrn3 3 許用安全系數(shù)許用安全系數(shù) s 合理選擇許用安全系數(shù) 是設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作。 過大，則機(jī)器會(huì)過于笨重；過小，可能不安全。因此，在保證安全的前提下，應(yīng) 盡可能選用較小的許用安全系數(shù)。 的取值主要受下列因素的影響sss 1）計(jì)算的準(zhǔn)確性； 2）材料的均勻性； 3）零件的重要性。4 表面接觸疲勞強(qiáng)度表面接觸疲勞強(qiáng)度 對(duì)于高副零件，理論上是點(diǎn)、線接觸，但實(shí)際上在載荷作用下材料發(fā)生彈性變形后，理論上的點(diǎn)、線接觸變成了很小的面接觸，在接觸處機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則接觸強(qiáng)度2局部會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力，這樣的應(yīng)力稱為表面接觸應(yīng)力，用 表示。 的大小用赫茲公式計(jì)算，公式見教材。hh機(jī)械零件的計(jì)

11、算準(zhǔn)則 實(shí)際中的高副零件所受的接觸應(yīng)力都是循環(huán)變化的。例如齒輪的輪齒，接觸嚙合時(shí)受應(yīng)力作用，脫離嚙合時(shí)不受應(yīng)力作用。 在接觸循環(huán)應(yīng)力作用下的強(qiáng)度稱為表面接觸疲勞強(qiáng)度。強(qiáng)度條件為： hh接觸循環(huán)應(yīng)力作用下的失效形式是：疲勞點(diǎn)蝕（簡(jiǎn)稱點(diǎn)蝕）。點(diǎn)蝕的危害： 1）破壞零件的光滑表面，引起振動(dòng)和噪音。 2）減小零件的有效工作面積。 擠壓強(qiáng)度及剛度準(zhǔn)則機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則5 5 表面擠壓強(qiáng)度表面擠壓強(qiáng)度 兩零件之間為面接觸時(shí)，在載荷作用下，接觸表面上產(chǎn)生的應(yīng)力稱為擠壓應(yīng)力，用 表示。 p 在擠壓應(yīng)力作用下的強(qiáng)度稱為擠壓強(qiáng)度，其強(qiáng)度條件為： pp 擠壓應(yīng)力作用下，接觸面的失效形式是“壓潰” 。注：相互擠壓表面

12、上的擠壓應(yīng)力相等。四、剛度準(zhǔn)則四、剛度準(zhǔn)則 剛度是指機(jī)械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。如果零件的剛度不足，有些零件則會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生過大的彈性變形而失效。 例如：機(jī)床主軸的彈性變性過大將會(huì)影響所加工工件的精度。剛度準(zhǔn)則及振動(dòng)穩(wěn)定性機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則剛度條件為：實(shí)際變形量許用變形量式中：實(shí)際變形量可用相關(guān)理論計(jì)算或由實(shí)驗(yàn)方法確定。 許用變形量是保證正常工作所允許的變形量。 注：1）零件材料的彈性模量e越大，則其剛度越大。 2）用合金鋼代替碳鋼能提高零件的強(qiáng)度，但不能提高零件的剛度。 五、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則五、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則 當(dāng)作用在零件上的周期性外力的變化頻率接近或等于零件的自激振 動(dòng)頻率（固有頻率）時(shí)，便發(fā)生共振，導(dǎo)致零件失效。這種現(xiàn)象稱之為“失去振動(dòng)穩(wěn)定性”。 振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：使零件的自激振動(dòng)頻率 f 遠(yuǎn)離外力變化 的頻率 。 即