第02章機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)-

第2章機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)2.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序2.1.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求使用功能要求——機(jī)器應(yīng)具有預(yù)定的使用功能。

主要靠正確地選擇機(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(dòng)機(jī)構(gòu)和原動(dòng)機(jī)，以及合理地配置必要的輔助系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。在滿足預(yù)期功能的前提下，要求性能好、效率高、成本低，造型美觀，在預(yù)定使用期限內(nèi)要安全可靠，操作方便、維修簡(jiǎn)單。2.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序2.1.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求經(jīng)濟(jì)性要求——機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造和使用的全過程中，設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)就要全面綜合地進(jìn)行考慮。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，以及低的管理和維護(hù)費(fèi)用等。2.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序2.1.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求提高設(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(CAD)，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。2.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序2.1.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求

1)要使機(jī)器的操作者方便和安全。因此設(shè)計(jì)時(shí)要按照人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn)布置各種按鈕、手柄，使操作方式符合人們的心理和習(xí)慣。同時(shí)，設(shè)置完善的安全裝置、報(bào)警裝置、顯示裝置等。2)改善操作者及機(jī)器的環(huán)境。所設(shè)計(jì)的機(jī)器應(yīng)符合勞動(dòng)保護(hù)法規(guī)的要求。降低機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲水平，防止有毒、有害介質(zhì)的滲漏，對(duì)廢水、廢氣和廢液進(jìn)行治理。

勞動(dòng)保護(hù)要求：2.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序2.1.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求

機(jī)器的可靠度——指在規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境下機(jī)器能夠正常工作的概率。其它專用要求——針對(duì)不同機(jī)器所特有的要求。例如：1)對(duì)機(jī)床有長(zhǎng)期保持精度的要求；2)對(duì)飛機(jī)有質(zhì)量小，飛行阻力小而運(yùn)載能力大的要求；3)對(duì)流動(dòng)使用的機(jī)器有便于安裝和拆卸的要求；4)對(duì)大型機(jī)器有便于運(yùn)輸?shù)囊蟮鹊取?.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序2.1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序需求分析機(jī)械方案設(shè)計(jì)機(jī)械方案運(yùn)動(dòng)分析機(jī)械方案動(dòng)力分析機(jī)械造型設(shè)計(jì)機(jī)械工作能力設(shè)計(jì)確定工藝方案確定工藝參數(shù)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件曲于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為失效。零件的失效形式：斷裂（或塑性變形）;過大的彈塑性變形;表面失效;破壞正常工作條件引起的失效。失效原因：強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、溫度等原因。2.3機(jī)械零件的工作能力和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則一、強(qiáng)度準(zhǔn)則：

計(jì)算應(yīng)力≤許用應(yīng)力工作能力——在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是對(duì)載荷而言，所以習(xí)慣上又稱為承載能力。塑性材料，取屈服極限σS作為極限應(yīng)力,許用應(yīng)力為：脆性材料：取強(qiáng)度極限σb作為極限應(yīng)力,許用應(yīng)力為：2.3機(jī)械零件的工作能力和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則三、壽命準(zhǔn)則：

壓強(qiáng)≤許用壓強(qiáng)；p≤[p]二、剛度準(zhǔn)則：

變形量≤許用變形量；y≤[y]2.3機(jī)械零件的工作能力和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則五、可靠性準(zhǔn)則：R=N/N0四、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：

設(shè)計(jì)時(shí)要使機(jī)器中受激振作用的各零件的固有頻率與激振源的頻率錯(cuò)開；0.85f>fp

或1.15f<fp2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)步驟1)擬定零件的計(jì)算簡(jiǎn)圖；2)確定作用在零件上的載荷；3)選擇合適的材料；4)根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應(yīng)的判定條件，確定零件的形狀；5)繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件。2.5機(jī)械零件的材料及熱處理2.5.1機(jī)械工程常用材料簡(jiǎn)介

機(jī)械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金。非金屬材料如塑料、橡膠等。一、鋼鐵材料1.鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。鑄鐵鋼——含碳量>2.11%——含碳量≤2.11%鐵碳合金特點(diǎn)：良好的液態(tài)流動(dòng)性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉。應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。2.5機(jī)械零件的材料及熱處理2.5.1機(jī)械工程常用材料簡(jiǎn)介選用原則：優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。特點(diǎn)：與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性。可用熱處理方法改善其力學(xué)性能和加工性能。零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。2.鋼：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼(不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等)、碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼等。2.5機(jī)械零件的材料及熱處理2.5.1機(jī)械工程常用材料簡(jiǎn)介二、銅合金——銅鋅合金，并含有少量的錳、鋁、鎳特點(diǎn)：具有良好的塑性和液態(tài)流動(dòng)性。青銅合金還具有良好的減摩性和抗腐蝕性。零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣泛。種類青銅黃銅軸承合金（巴氏合金）——含錫青銅、不含錫青銅2.5機(jī)械零件的材料及熱處理2.5.1機(jī)械工程常用材料簡(jiǎn)介2.塑料塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。

3.其它非金屬材料：皮革、木材、紙板、棉、絲等。1.橡膠橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動(dòng)的膠帶等。硬橡膠可用于制造用水潤(rùn)滑的軸承襯。三、非金屬材料2.5機(jī)械零件的材料及熱處理2.5.2金屬材料的熱處理退火正火淬火回火調(diào)質(zhì)表面熱處理化學(xué)熱處理2.5機(jī)械零件的材料及熱處理2.5.3機(jī)械零件材料的選擇使用要求工藝要求經(jīng)濟(jì)性要求2.6機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化2.6.1機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性零件設(shè)計(jì)要求使用要求——具備所要求的工作能力；制造要求——制造工藝可行，成本低；零件工藝性良好的標(biāo)志：在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工且費(fèi)用低。2.6機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化2.6.1機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理▲最好采用平面、柱面、螺旋面等簡(jiǎn)單表面極其組合；▲盡量減少加工面數(shù)和加工面積；▲盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件；▲增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；

制備方法：用型材、焊接、鑄造、鍛造、沖壓。工藝性的基本要求：1)毛坯選擇合理2.6機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化2.6.1機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性3)合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量采用較低的精度和表面質(zhì)量。4)盡量減小零件的加工量▲毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的形狀和尺寸。力求使少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成本?！M量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進(jìn)工藝滿足上述要求。2.6機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化2.6.2機(jī)械零件的標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容：

1)產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的規(guī)格品種滿足用戶的廣泛要求。定義：標(biāo)準(zhǔn)化是在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會(huì)實(shí)踐中，對(duì)重復(fù)事務(wù)和概念，通過制定、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，以獲得最佳秩序和效益。2)零部件的通用化將用途、結(jié)構(gòu)相近的零部件（如軸承、螺栓等），經(jīng)過統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)互換；3)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要保證產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設(shè)計(jì)、加工工藝、裝配檢驗(yàn)、包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。2.6機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化2.6.2機(jī)械零件的標(biāo)準(zhǔn)化基本