第1章機械設(shè)計總論

1、安徽科技學(xué)院機電與車輛工程學(xué)院安徽科技學(xué)院機電與車輛工程學(xué)院授課教師：易勇授課教師：易勇課堂講授內(nèi)容課堂講授內(nèi)容第一章第一章 機械設(shè)計總論機械設(shè)計總論第五章第五章 螺紋連接螺紋連接第六章第六章 鍵、花鍵、無鍵鍵、花鍵、無鍵連接和銷連接連接和銷連接第八章第八章 帶傳動帶傳動第九章第九章 鏈傳動鏈傳動第十章第十章 齒輪傳動齒輪傳動第十一章第十一章 蝸桿傳動蝸桿傳動第十三章第十三章 滾動軸承滾動軸承第十章第十章 軸軸第十四章第十四章 聯(lián)軸器和離合器聯(lián)軸器和離合器如何學(xué)習(xí)機械設(shè)計課如何學(xué)習(xí)機械設(shè)計課 學(xué)習(xí)機械設(shè)計，是機械類各專業(yè)的學(xué)生今后從事各項技術(shù)工作的重要基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)機械設(shè)計，是機械類各專業(yè)的學(xué)生今

2、后從事各項技術(shù)工作的重要基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該具備運用本課程的基本理論與基本設(shè)計方法，獨通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該具備運用本課程的基本理論與基本設(shè)計方法，獨立完成簡單傳動裝置和簡單機械的設(shè)計能力。立完成簡單傳動裝置和簡單機械的設(shè)計能力。 機械設(shè)計課程主要研究常用、通用機械零部件的設(shè)計機械設(shè)計課程主要研究常用、通用機械零部件的設(shè)計。這些零部件都是獨。這些零部件都是獨立的，學(xué)生開始學(xué)習(xí)此課時會感到零碎而難以入門。立的，學(xué)生開始學(xué)習(xí)此課時會感到零碎而難以入門。 學(xué)好這門課要貫串學(xué)好這門課要貫串失效形式失效形式-受力分析受力分析-強度計算強度計算-結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計這一主線。這一主線。無論學(xué)習(xí)

3、哪種零部件的設(shè)計，若以此主線為綱，就便于入門、便于掌握。無論學(xué)習(xí)哪種零部件的設(shè)計，若以此主線為綱，就便于入門、便于掌握。 零件的失效形式是零件設(shè)計的根據(jù)，零件的受力分析是零件設(shè)計的基礎(chǔ)，零件的失效形式是零件設(shè)計的根據(jù)，零件的受力分析是零件設(shè)計的基礎(chǔ)，強度計算是零件的設(shè)計方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計是零件設(shè)計的結(jié)果。用這樣的總體思想強度計算是零件的設(shè)計方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計是零件設(shè)計的結(jié)果。用這樣的總體思想去學(xué)習(xí)機械設(shè)計，是學(xué)好、掌握、運用機械設(shè)計的最佳指導(dǎo)思想。去學(xué)習(xí)機械設(shè)計，是學(xué)好、掌握、運用機械設(shè)計的最佳指導(dǎo)思想。 機械設(shè)計是實踐性很強的課程，所以要求學(xué)生在學(xué)習(xí)時勤于實踐機械設(shè)計是實踐性很強的課程，所以要求學(xué)生

4、在學(xué)習(xí)時勤于實踐。對初學(xué)者。對初學(xué)者而言，首先要認(rèn)真完成習(xí)題與設(shè)計作業(yè)。在此基礎(chǔ)上，在機械設(shè)計的課程設(shè)計而言，首先要認(rèn)真完成習(xí)題與設(shè)計作業(yè)。在此基礎(chǔ)上，在機械設(shè)計的課程設(shè)計中最后要綜合完成一個簡單的機械設(shè)計。中最后要綜合完成一個簡單的機械設(shè)計。 學(xué)生通過機械設(shè)計課的學(xué)習(xí)，要不斷進行設(shè)計思維能力的鍛煉，要逐步培養(yǎng)學(xué)生通過機械設(shè)計課的學(xué)習(xí)，要不斷進行設(shè)計思維能力的鍛煉，要逐步培養(yǎng)自己觀察、發(fā)現(xiàn)、提出、捕捉新問題和新動向的能力，為使自己早日成為一個自己觀察、發(fā)現(xiàn)、提出、捕捉新問題和新動向的能力，為使自己早日成為一個優(yōu)秀的設(shè)計人材而努力。優(yōu)秀的設(shè)計人材而努力。第一章第一章 機械設(shè)計總論機械設(shè)計總論1-

5、3 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與特點本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與特點1-2 機器的基本組成要素機器的基本組成要素1-5 機械零件的主要失效形式機械零件的主要失效形式1-4 設(shè)計機器的基本要求與一般程序設(shè)計機器的基本要求與一般程序1-7 機械零件的設(shè)計準(zhǔn)則機械零件的設(shè)計準(zhǔn)則1-6 設(shè)計零件時應(yīng)滿足的基本要求設(shè)計零件時應(yīng)滿足的基本要求1-1 機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位1-8 機械零件的設(shè)計方法機械零件的設(shè)計方法1-1 機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位l 機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的重要標(biāo)志，機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的重要標(biāo)志，肩負著為

6、國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和促進技術(shù)改造的重任。肩負著為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和促進技術(shù)改造的重任。l 大量地設(shè)計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大促進國民大量地設(shè)計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大促進國民經(jīng)濟發(fā)展的力度，加速我國的現(xiàn)代化建設(shè)。經(jīng)濟發(fā)展的力度，加速我國的現(xiàn)代化建設(shè)。l 人類社會的進步源于不斷地人類社會的進步源于不斷地創(chuàng)新創(chuàng)新，產(chǎn)品的創(chuàng)新首先是從，產(chǎn)品的創(chuàng)新首先是從設(shè)計設(shè)計工工作開始的。作開始的。l 設(shè)計設(shè)計是生產(chǎn)產(chǎn)品的是生產(chǎn)產(chǎn)品的第一道工序第一道工序，要想生產(chǎn)出，要想生產(chǎn)出好的產(chǎn)品好的產(chǎn)品，首先要，首先要有有好的設(shè)計好的設(shè)計。l 機械設(shè)計是機械工程的機械設(shè)計是機械工程的“

7、靈魂靈魂”。l 2009年年11月，溫家寶月，溫家寶讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展：搶占未：搶占未來發(fā)展制高點，不能總是模仿別人。來發(fā)展制高點，不能總是模仿別人。 一臺完整機器的組成如下：一臺完整機器的組成如下：原動機部分原動機部分傳動部分傳動部分執(zhí)行部分執(zhí)行部分潤滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)潤滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)1-2 機器的基本組成要素機器的基本組成要素組成：組成：1、原動機部分、原動機部分 2、執(zhí)行部分、執(zhí)行部分 3、傳動部分、傳動部分轎車組成：轎車組成：機器的主體機器的主體零件零件構(gòu)件構(gòu)件機構(gòu)機構(gòu)機器機器部件部件剛剛從運動學(xué)角度從運動學(xué)角度從制造角度從

8、制造角度機器的基本組成要素是機械零件機器的基本組成要素是機械零件是它的機械系統(tǒng)是它的機械系統(tǒng)活活機械原理課程機械原理課程機械設(shè)計課程機械設(shè)計課程部件：部件：為完成為完成同一使命同一使命而協(xié)同工作的許多而協(xié)同工作的許多零件的組合零件的組合。零件：零件：組成機器的組成機器的不可拆的基本單元不可拆的基本單元（即（即制造制造的基本單元）。的基本單元）。如：滾動軸承如：滾動軸承、聯(lián)軸器。、聯(lián)軸器。用途用途專用零部件專用零部件 ：只在特定類型機器中使用的零件，如飛機螺旋槳、飛機螺旋槳、內(nèi)燃機曲軸、汽輪機葉片、槍栓內(nèi)燃機曲軸、汽輪機葉片、槍栓。通用零部件通用零部件：各種機器中普遍使用的零部件，如齒輪、螺栓。

9、標(biāo)準(zhǔn)件：制定了國家標(biāo)準(zhǔn)，并由專門工廠生產(chǎn)的零部件。如：滾動軸承、螺栓等。1-3 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與特點本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與特點 一般尺寸和常用工作參數(shù)下的一般尺寸和常用工作參數(shù)下的通用零件的設(shè)計通用零件的設(shè)計v 基本設(shè)計理論和方法基本設(shè)計理論和方法v 技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用 二、性質(zhì)：二、性質(zhì)： 是一門是一門論述機械零件設(shè)計理論、研究機械零件設(shè)計方法論述機械零件設(shè)計理論、研究機械零件設(shè)計方法的設(shè)計性的設(shè)計性技術(shù)基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課。是多學(xué)科知識的綜合運用。具有。是多學(xué)科知識的綜合運用。具有綜合綜合性、設(shè)計性性、設(shè)計性。一、內(nèi)容：一、內(nèi)容： 涉及面廣、實踐性強、無重點又都是重點、

10、設(shè)計問題無統(tǒng)涉及面廣、實踐性強、無重點又都是重點、設(shè)計問題無統(tǒng)一答案。一答案。三、特點：三、特點： 涉及面廣涉及面廣 關(guān)系多關(guān)系多因與諸多先修課關(guān)系密切。因與諸多先修課關(guān)系密切。 要求多要求多強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經(jīng)濟性。強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經(jīng)濟性。 門類多門類多各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。 公式多公式多計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式。計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式。 圖表多圖表多結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗數(shù)表。結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標(biāo)準(zhǔn)、

11、經(jīng)驗數(shù)表。 實踐性強實踐性強 不僅讀懂書就行，要多聯(lián)系實際，要注重實踐性環(huán)節(jié)。不僅讀懂書就行，要多聯(lián)系實際，要注重實踐性環(huán)節(jié)。 重點重點 又都是重點，設(shè)計工作必須詳盡，細小的疏忽也會導(dǎo)致嚴(yán)重事故又都是重點，設(shè)計工作必須詳盡，細小的疏忽也會導(dǎo)致嚴(yán)重事故。 設(shè)計問題無統(tǒng)一答案設(shè)計問題無統(tǒng)一答案 更多地談?wù)撜l設(shè)計得更好，要注意發(fā)展求異思維。更多地談?wù)撜l設(shè)計得更好，要注意發(fā)展求異思維。本課程的特點：本課程的特點：1-4 設(shè)計機器的基本要求與一般程序設(shè)計機器的基本要求與一般程序1、使用功能要求、使用功能要求 實現(xiàn)預(yù)定功能，工作可靠。實現(xiàn)預(yù)定功能，工作可靠。2、經(jīng)濟性要求、經(jīng)濟性要求 三方面：生產(chǎn)成本低、

12、耗能小、維護費用低。三方面：生產(chǎn)成本低、耗能小、維護費用低。3、外觀造型要求、外觀造型要求 顏色、造型顏色、造型4、環(huán)保要求、環(huán)保要求 噪音、廢氣、廢液。如：噪音、廢氣、廢液。如：CNG汽車。汽車。一、設(shè)計機器應(yīng)滿足的基本要求一、設(shè)計機器應(yīng)滿足的基本要求二、二、設(shè)計機器的一般程序設(shè)計機器的一般程序1、傳統(tǒng)的物理樣機設(shè)計流程、傳統(tǒng)的物理樣機設(shè)計流程2、虛擬樣機技術(shù)設(shè)計流程、虛擬樣機技術(shù)設(shè)計流程主要失效形式主要失效形式4.破壞正常工作條件引起的失效破壞正常工作條件引起的失效：打滑、共振、膠合打滑、共振、膠合1.整體斷裂整體斷裂2.過大的殘余變形：過大的殘余變形：塑性變形塑性變形3.零件表面的破壞零

13、件表面的破壞：接觸疲勞、磨損、腐蝕接觸疲勞、磨損、腐蝕 零件在規(guī)定的使用期限內(nèi)喪失工作能力或達不到設(shè)計零件在規(guī)定的使用期限內(nèi)喪失工作能力或達不到設(shè)計要求的性能。要求的性能。 失效失效注意：注意： 1、失效并不單純指零件的破壞，如帶傳動打滑、螺紋連接松動、軸彈性變形過大、滾動軸承產(chǎn)生初始疲勞點蝕等，雖然零件沒有破壞，但也屬于失效。 2、同一種機械零件可能的失效形式往往有數(shù)種。 1-5 機械零件的主要失效形式機械零件的主要失效形式齒輪輪齒斷裂軸承內(nèi)圈斷裂齒輪齒面塑形變形軸瓦磨損軸承內(nèi)圈接觸疲勞失效舉例失效舉例1-6 設(shè)計零件時應(yīng)滿足的基本要求設(shè)計零件時應(yīng)滿足的基本要求q 避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要

14、求避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求q 結(jié)構(gòu)工藝性要求結(jié)構(gòu)工藝性要求q 經(jīng)濟性要求經(jīng)濟性要求q 質(zhì)量小的要求質(zhì)量小的要求q 可靠性要求可靠性要求 機器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計的機器滿足基機器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計的機器滿足基本要求，就必須使組成機器的零件滿足以下要求：本要求，就必須使組成機器的零件滿足以下要求：應(yīng)保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。應(yīng)保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。設(shè)計的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工和裝配。設(shè)計的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工和裝配。 零件應(yīng)有合理的生產(chǎn)加工和使用維護的成本。零件應(yīng)有合理的生產(chǎn)加工和使用維護的成本。 質(zhì)量小則可節(jié)約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。質(zhì)量小則可節(jié)

15、約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。應(yīng)降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。應(yīng)降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。1-7 機械零件的設(shè)計準(zhǔn)則機械零件的設(shè)計準(zhǔn)則 在設(shè)計中，應(yīng)保證所設(shè)計的機械零件在正常工作中不發(fā)生在設(shè)計中，應(yīng)保證所設(shè)計的機械零件在正常工作中不發(fā)生任何失效任何失效。為此對于每種失效形式都制定了防止這種失效應(yīng)滿。為此對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足的條件，這樣的條件就是所謂的機械零件設(shè)計準(zhǔn)則機械零件設(shè)計準(zhǔn)則。設(shè)計準(zhǔn)則：設(shè)計準(zhǔn)則：它是設(shè)計機械零件的理論依據(jù)。它是設(shè)計機械零件的理論依據(jù)。主要設(shè)計準(zhǔn)則有主要設(shè)計準(zhǔn)則有強度、剛度、壽命、振動穩(wěn)定性、耐熱性強度、剛度、

16、壽命、振動穩(wěn)定性、耐熱性和可靠性準(zhǔn)則等和可靠性準(zhǔn)則等。 設(shè)計零件時，首先應(yīng)根據(jù)零件的設(shè)計零件時，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式失效形式確定其確定其設(shè)計設(shè)計準(zhǔn)則準(zhǔn)則以及以及相應(yīng)的設(shè)計計算方法相應(yīng)的設(shè)計計算方法。1-8 機械零件的設(shè)計方法機械零件的設(shè)計方法必須采用先進的設(shè)計方法和手段！必須采用先進的設(shè)計方法和手段！激烈的競爭傳統(tǒng)的手段手工繪圖常規(guī)的計算 方法簡單的計算 工具碰撞CAD1、理論設(shè)計（半經(jīng)驗設(shè)計）、理論設(shè)計（半經(jīng)驗設(shè)計）a）設(shè)計計算：直接求出危險截面尺寸A。 FA1）設(shè)計計算）設(shè)計計算先分析零件的可能失效形式，根據(jù)該失效形先分析零件的可能失效形式，根據(jù)該失效形式的計算準(zhǔn)則通過計算確定零件的結(jié)

17、構(gòu)尺寸。式的計算準(zhǔn)則通過計算確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸。2）校核計算）校核計算先根據(jù)經(jīng)驗確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸，然后再驗先根據(jù)經(jīng)驗確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸，然后再驗算零件是否滿足計算準(zhǔn)則。如不滿足，則應(yīng)修改零件的尺寸。算零件是否滿足計算準(zhǔn)則。如不滿足，則應(yīng)修改零件的尺寸。 b）校核計算：其他方法初步設(shè)計 驗算。 ?FA 傳統(tǒng)設(shè)計方法傳統(tǒng)設(shè)計方法2、經(jīng)驗設(shè)計、經(jīng)驗設(shè)計 根據(jù)經(jīng)驗關(guān)系式或設(shè)計者的經(jīng)驗，用類比的方法所進行的設(shè)計。如：箱體、傳動零件個各結(jié)構(gòu)要素等3、模型實驗設(shè)計、模型實驗設(shè)計 把初步設(shè)計的零、部件或機器作成把初步設(shè)計的零、部件或機器作成小模型小模型或或小尺寸樣機小尺寸樣機進行實驗。進行實驗。如：飛機、橋梁的風(fēng)洞實驗。如：飛機、橋梁的風(fēng)洞實驗。二十世紀(jì)六十年代以來，機械產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域相繼出現(xiàn)了一系二十世紀(jì)六十年代以來，機械產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域相繼出現(xiàn)了一系列新興的理論與方法。為區(qū)別于過去的傳統(tǒng)的方法，把這些列新興的理論與