機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求

1、機(jī)械設(shè)計(jì)概述教學(xué)導(dǎo)航教學(xué)目標(biāo)了解機(jī)器的組成，機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求、內(nèi)容與步驟，以及機(jī)械設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)重點(diǎn)機(jī)器的組成：機(jī)器、機(jī)構(gòu)、零件等概念：機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求與步驟教學(xué)難點(diǎn)機(jī)器的結(jié)構(gòu)組成、原理推薦學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)推薦教法現(xiàn)場教學(xué)，分組討論1.1機(jī)械、機(jī)器、機(jī)構(gòu)機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱，本書的研究對象便是機(jī)械。人類的發(fā)展史就是生產(chǎn)力的發(fā)展史。為了滿足生產(chǎn)和生活上的需要，人類創(chuàng)造了各種各樣的機(jī)械(如圖1.1所示)，用來代替或減輕人的勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率。(d)水排鼓風(fēng)煉鐵(e)縫紉機(jī)(f)牛頭刨床a機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第i單元機(jī)械設(shè)計(jì)概述a圖1.1各種各樣的機(jī)械示例隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使用機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)的水平已

2、經(jīng)成為衡量一個(gè)國家技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一。機(jī)器是人們用來進(jìn)行生產(chǎn)勞動(dòng)的工具。機(jī)器的種類繁多，在生產(chǎn)中常見的有內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)、沖床、機(jī)器人等，在日常生活中常見的有縫紉機(jī)、電風(fēng)扇等。雖然它們的結(jié)構(gòu)和用途各不相同，但卻有著共同的特征，即都是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來變換或傳遞能量。如圖1.2所示為一單缸內(nèi)燃機(jī)，它是由活塞1、連桿2、曲軸3、齒輪4與5、凸輪6、頂桿7及汽缸體8等部分組成的。當(dāng)氣體推動(dòng)活塞1時(shí)，通過連桿2將運(yùn)動(dòng)傳至曲軸3，使曲軸3轉(zhuǎn)動(dòng)。從此可以看出，內(nèi)燃機(jī)的基本功能就是使燃?xì)庠诟變?nèi)經(jīng)過進(jìn)氣壓縮燃燒排氣的循環(huán)過程，將燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槭骨S轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。圖1.2單缸內(nèi)燃機(jī)1活塞2

3、連桿3曲軸4、5齒輪6凸輪7頂桿8汽缸體如圖1.3所示為顎式破碎機(jī)，它是由機(jī)架1、偏心軸2、動(dòng)顎板3、肘板4、帶輪5、定顎板6等組成的。偏心軸2與帶輪5固連，電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使動(dòng)顎板作平面運(yùn)動(dòng)，軋碎動(dòng)顎板與定顎板之間的礦石。圖1.3顎式破碎機(jī)511機(jī)架2偏心軸3動(dòng)顎板4肘板5帶輪6定顎板圖1.4整體式曲軸圖1.5剛性組合式連桿【全國舄聃舄專機(jī)電系列規(guī)刻教材】3通過對各種機(jī)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析可以發(fā)現(xiàn)，它們都有如下3個(gè)共同的特征。、都是人為的多個(gè)實(shí)物的組合。、各實(shí)物之間具有確定的相對運(yùn)動(dòng)。、它們都能代替或減輕人類的勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成機(jī)械功。具有前兩個(gè)特征的實(shí)物組合稱為機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)用

4、來認(rèn)識機(jī)器的工作原理和分析組成機(jī)器的各實(shí)物之間的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系。在各種機(jī)械中普遍使用的機(jī)構(gòu)稱為常用機(jī)構(gòu)，如連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。1.2構(gòu)件、零件和部件組成機(jī)構(gòu)的相互間作確定相對運(yùn)動(dòng)的各個(gè)實(shí)物，稱為構(gòu)件。機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件組成的，一個(gè)機(jī)構(gòu)中可包括若干個(gè)構(gòu)件。從運(yùn)動(dòng)的角度來看，構(gòu)件是機(jī)械中最基本的運(yùn)動(dòng)單元，每個(gè)構(gòu)件都具有獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)特性。從制造加工的角度來看，零件是機(jī)器中最小的制造單元，每個(gè)零件都具有不可拆卸、不可再分的特性。構(gòu)件可以是單一的一個(gè)零件，如圖1.4所示的整體式曲軸；也可以是由多個(gè)零件組成的一個(gè)剛性整體，如圖1.5所示的連桿，它由連桿體1、螺栓2、連桿蓋3、螺母4等若干個(gè)零

5、件組成。1連桿體2螺栓3連桿蓋4螺母機(jī)械中的零件一般分為兩類：一類是在各種機(jī)械中普遍使用的零件，稱為常用零件或通用零件，如螺栓、軸、齒輪、彈簧等；另一類是僅在某些專門機(jī)械中才用到的零件，稱為專用零件，如活塞、曲軸、葉輪等。在機(jī)器中，對于一套協(xié)同工作且完成共同任務(wù)的零件組合，稱之為部件。部件也分為通用部件和專用部件，如減速器、軸承、聯(lián)軸器等屬于通用部件；而汽車轉(zhuǎn)向器、模具中的型芯、型腔等則屬于專用部件。1.3機(jī)器的組成機(jī)器的種類繁多，組成形式各異。從各實(shí)物在機(jī)器中所起的作用看，一部完整的機(jī)器都由動(dòng)力部分、執(zhí)行部分、傳動(dòng)部分和控制部分組成。、動(dòng)力部分：是驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器完成預(yù)定功能的動(dòng)力源，如內(nèi)燃機(jī)、

6、電動(dòng)機(jī)等。、執(zhí)行部分：也稱為工作部分，是指機(jī)器中直接完成工作任務(wù)的組成部分，如圖1.3中的動(dòng)顎板等。、傳動(dòng)部分：是介于動(dòng)力部分與工作部分之間，用于完成運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力傳遞與轉(zhuǎn)換的部分。、控制部分：控制機(jī)器的其他組成部分，使操作者能隨時(shí)實(shí)現(xiàn)或終止機(jī)器的各種預(yù)定功能?，F(xiàn)代機(jī)器的控制系統(tǒng)，一般既有機(jī)械控制系統(tǒng)，又有電子控制系統(tǒng)，其作用包括監(jiān)測及信號接收等。1.4機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求機(jī)械設(shè)計(jì)包括以下兩種設(shè)計(jì)：應(yīng)用新技術(shù)、新方法開發(fā)創(chuàng)造新機(jī)械；在原有機(jī)械的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)或進(jìn)行局部改造，從而改變或提高原有機(jī)械的性能。設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低直接關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的性能、價(jià)格及經(jīng)濟(jì)效益。零件是機(jī)器的基本制造單元，在討論機(jī)械設(shè)計(jì)的

7、基本要求之前，首先應(yīng)初步了解設(shè)計(jì)機(jī)械零件的一些基本要求。1.4.1設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求零件工作可靠并且成本低廉是設(shè)計(jì)機(jī)械零件應(yīng)滿足的基本要求。零件的工作能力是指零件在一定的工作條件下抵抗可能出現(xiàn)的失效的能力，對載荷而言稱為承載能力。失效是指零件由于某些原因不能正常工作。只有每個(gè)零件都能可靠地工作，才能保證整個(gè)機(jī)器的正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)機(jī)械零件還必須堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，即要求零件的性價(jià)比高。為此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：、合理選擇材料，降低材料費(fèi)用。、保證良好的加工工藝性，降低制造成本。、盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化設(shè)計(jì)，簡化設(shè)計(jì)過程，從而降低成本。1.4.2機(jī)器設(shè)計(jì)的基本要求機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾方面的基本要

8、求：1實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能設(shè)計(jì)的機(jī)器能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，并在規(guī)定的工作條件下能正常運(yùn)行，具有一定的壽命。2滿足可靠性要求機(jī)器由許多零部件組成，其可靠度取決于零部件的可靠度。機(jī)械系統(tǒng)的零部件越多其可靠度也就越低，因此在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)應(yīng)盡量減少零件數(shù)目。但就目前而言，對機(jī)械產(chǎn)品的可靠度難以提出統(tǒng)一的考核指標(biāo)。3滿足經(jīng)濟(jì)性要求經(jīng)濟(jì)性是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)，要求設(shè)計(jì)及制造成本低、生產(chǎn)效率高、能源和材料消耗少、維護(hù)及管理費(fèi)用低等。4操作方便、工作安全操作系統(tǒng)要簡便可靠，有利于減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；要有各種保險(xiǎn)裝置以消除由于誤操作而引起的危險(xiǎn)，避免人身傷害及設(shè)備事故的發(fā)生。5造型美觀、減少污染運(yùn)用工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)方法對機(jī)械

9、產(chǎn)品進(jìn)行工業(yè)造型設(shè)計(jì)，使所設(shè)計(jì)的機(jī)器不僅使用性能好、尺寸小、價(jià)格低廉，而且外形美觀，富有時(shí)代特點(diǎn)。機(jī)械產(chǎn)品的造型直接影響到產(chǎn)品的銷售和競爭力，在機(jī)械設(shè)計(jì)中是一個(gè)不容忽視的環(huán)節(jié)。此外，還必須盡可能地降低噪聲，減輕對環(huán)境的污染。從某種意義上來說，噪聲也是反映機(jī)械質(zhì)量的一種綜合指標(biāo)。1.5機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜、細(xì)致和科學(xué)性很強(qiáng)的工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對設(shè)計(jì)的理解在不斷地深化，設(shè)計(jì)方法也在不斷地發(fā)展。近年來發(fā)展起來的“優(yōu)化設(shè)計(jì)”、“可靠性設(shè)計(jì)”、“有限元設(shè)計(jì)”、“模塊設(shè)計(jì)”、“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法已在機(jī)械設(shè)計(jì)中得到了推廣與應(yīng)用。即便如此，常規(guī)設(shè)計(jì)方法仍然是工程技術(shù)人員進(jìn)

10、行機(jī)械設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，必須很好地掌握。常規(guī)設(shè)計(jì)方法又可分為理論設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等1.5.1機(jī)器設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟機(jī)械設(shè)計(jì)的過程通?？煞譃橐韵聨讉€(gè)階段：1產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)品規(guī)劃的主要工作是提出設(shè)計(jì)任務(wù)和明確設(shè)計(jì)要求，這是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)首先需要解決的問題。通常是根據(jù)市場需求提出設(shè)計(jì)任務(wù)，通過可行性分析后才能進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃。2方案設(shè)計(jì)在滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書中具體設(shè)計(jì)要求的前提下，由設(shè)計(jì)人員構(gòu)思出多種可行性方案并進(jìn)行分析論證，從中優(yōu)選出一種能完成預(yù)定功能、工作性能可靠、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可行、成本低廉的方案。3技術(shù)設(shè)計(jì)在既定設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，完成機(jī)械產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)等，設(shè)計(jì)結(jié)果以工程圖及計(jì)算書的形式

11、表達(dá)出來。4制造及試驗(yàn)經(jīng)過加工、安裝及調(diào)試制造出樣機(jī)，對樣機(jī)進(jìn)行試運(yùn)行或在生產(chǎn)現(xiàn)場試用，將試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題反饋給設(shè)計(jì)人員，經(jīng)過修改完善，最后通過鑒定。1.5.2機(jī)械零件的設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟與設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)一樣，設(shè)計(jì)機(jī)械零件也常需擬定出幾種不同方案，經(jīng)過認(rèn)真比較選用其中最好的一種。設(shè)計(jì)機(jī)械零件的一般步驟如下：（1）根據(jù)機(jī)器的具體運(yùn)轉(zhuǎn)情況和簡化的計(jì)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(jì)算準(zhǔn)則。（3）進(jìn)行主要參數(shù)設(shè)置，選定材料，根據(jù)計(jì)算準(zhǔn)則求出零件的主要尺寸，考慮熱處理及結(jié)構(gòu)工藝性要求等。（4）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（5）繪制零件工作圖，制訂技術(shù)要求，編寫計(jì)算說明書

12、及有關(guān)技術(shù)文件。對于不同的零件和工作條件，以上這些設(shè)計(jì)步驟可以有所不同。此外，在設(shè)計(jì)過程中這些步驟又是相互交錯(cuò)、反復(fù)進(jìn)行的。應(yīng)當(dāng)指出，在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)往往是將較復(fù)雜的實(shí)際工作情況進(jìn)行一定的簡化，才能應(yīng)用力學(xué)等理論解決機(jī)械零件的設(shè)計(jì)計(jì)算問題，因此這種計(jì)算或多或少帶有一定的條件性或假定性，稱為條件性計(jì)算。機(jī)械零件設(shè)計(jì)基本上是按條件性計(jì)算進(jìn)行的，如注意到公式的適用范圍，一般計(jì)算結(jié)果具有一定的可靠性，并充分考慮了機(jī)械零件的安全性。為了使計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際情況，有必要時(shí)可進(jìn)行模型試驗(yàn)或?qū)嵨镌囼?yàn)。本書在介紹各種零件設(shè)計(jì)時(shí)，其內(nèi)容的安排順序基本上是按照上述設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行的。1.6機(jī)械設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化在各種機(jī)械中

13、，可以發(fā)現(xiàn)有許多零件（如螺紋聯(lián)接、滾動(dòng)軸承等）和部件（如機(jī)床照明燈、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等）都是相同的，以及某些產(chǎn)品（如水泵、載重汽車等）是由小到大按一定規(guī)律組成系列的現(xiàn)象。這實(shí)際上就是機(jī)械設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化問題，即設(shè)計(jì)時(shí)要盡量考慮零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化。機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)際意義是：、標(biāo)準(zhǔn)化后，同一型號零件的加工數(shù)量大大增加，便于采用高生產(chǎn)率的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)或組織專業(yè)化生產(chǎn)，可以合理使用原材料、節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。、統(tǒng)一零件的性能指標(biāo)，提高產(chǎn)品的可靠性。、產(chǎn)品具有互換性。、可以大大減少設(shè)計(jì)和制造工作量，減少設(shè)計(jì)中的差錯(cuò)，縮短設(shè)計(jì)制造周期，加速新產(chǎn)品的研發(fā)。、便于維修，減少維修更換的工作量和時(shí)間。我國