機械設(shè)計基礎(chǔ)課件

機械設(shè)計基礎(chǔ)第一章緒論§1-1 機械的組成原動機部分：將其它能量變換為機械能，是驅(qū)動整部機器的動力源。工作機部分：其功能是利用機械能去變換或傳遞能量、物料、信號。傳動部分：把原動機的運動和動力轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鞑糠诌\動和動力。一臺機器包括三個基本部份：圖1-1內(nèi)燃機的連桿連桿體螺栓螺母連桿蓋機構(gòu)——由若干構(gòu)件組成，各構(gòu)件之間具有確定的相對運動；通常指傳遞運動的機械。機器——由機構(gòu)組成。一部機器可以包含一個機構(gòu)，也可以包含幾個機構(gòu)。圖1-2單缸四沖程內(nèi)燃機包含由齒輪9、齒輪10組成的齒輪機構(gòu)；由曲軸6、連桿5、活塞2組成的曲柄滑塊機構(gòu)；由凸輪7、從動3組成的凸輪機構(gòu)等。機構(gòu)與機器 圖1-2內(nèi)燃機齒輪9、齒輪10組成的齒輪機構(gòu)；由曲軸6、連桿5、活塞2組成的曲柄滑塊機構(gòu)；由凸輪7、從動3組成的凸輪機構(gòu)等§1-3 機械零件的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則機械零件失效——機械零件在預(yù)定時間內(nèi)和規(guī)定的條件下，不能完成正常功能。主要失效形式——斷裂、過大的殘余應(yīng)變、表面磨損、腐蝕、零件表面的接觸疲勞和共振等。失效影響因素——工作條件、材質(zhì)、受載狀態(tài)及其所產(chǎn)生的應(yīng)力性質(zhì)。為了使設(shè)計零件能在預(yù)定時間內(nèi)和規(guī)定工作條件下正常工作，設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足下面的基本要求：或1．強度條件機械零件設(shè)計基本要求（5）合理進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低作用載荷。提高機械零件強度的措施（1）采用強度高的材料；（2）使零件具有足夠的截面尺寸；（3）合理設(shè)計機械零件的截面形狀，以增大截面的慣性矩；（4）采用各種熱處理和化學(xué)處理方法來提高材料的機械強度特性； 要求機械零件應(yīng)有足夠的壽命。影響零件壽命的主要因素有腐蝕、磨損和疲勞。但至今還沒有提出實用且有效的腐蝕壽命計算方法。因此也無法列出腐蝕壽命的計算準(zhǔn)則。而磨損的計算目前也無簡單、可靠的定量計算方法。因此，只能采用條件性的計算。關(guān)于疲勞壽命通常是算出使用壽命時的疲勞極限來作為計算的依據(jù)。3．壽命條件 滿足強度和剛度要求的一批相同的零件，由于零件的工作應(yīng)力是隨機變量，故在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的使用期限內(nèi)，并非所有的零件都能完成規(guī)定的功能，零件在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的使用時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率稱為該零件的可靠度?？煽慷仁呛饬苛慵ぷ骺煽啃缘囊粋€特征量，不同零件的可靠度要求是不同的。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體零件的重要程度選擇適當(dāng)?shù)目煽慷取?．可靠性條件§1-4 機械零件常用材料及其選用原則機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，在機械制造中也得到廣泛的應(yīng)用。一、金屬材料

金屬材料主要指鑄鐵和鋼，它們都是鐵碳合金，它們的區(qū)別主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于2%的稱為鐵。材料機械性能名稱牌號抗拉強度b(N/mm2)屈服強度s(N/mm2)硬度(HBS)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q215Q235Q255Q275335~410375~460410~510490~610215235255275

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼203545410530600245315355156197220合金結(jié)構(gòu)鋼18Cr2Ni4W35SiMn40Cr40CrNiMo20CrMnTi65Mn1187859819801079735835510785835834430260229247269217285鑄鋼ZG230-450ZG270-500ZG310-570450550570230270310130143153灰鑄鐵HT150HT200HT250145195240———150~200170~220190~240球墨鑄鐵QT450-10QT500-7QT600-3QT700-2450500600700310320370420160~210170~230190~270225~305有色金屬合金具有良好的減磨性、跑合性、抗腐蝕性、抗磁性、導(dǎo)電性等特殊的性能，在工業(yè)中應(yīng)用最廣的是銅合金、軸承合金和輕合金，但有色金屬合金比黑色金屬價貴。銅合金有青銅與黃銅。3．有色金屬合金二、非金屬材料 非金屬材料有橡膠、塑料、陶瓷、木料、毛氈、皮革、棉絲等。1．橡膠橡膠富有彈性，有較好的緩沖、減振、耐熱、絕緣等性能，常用做聯(lián)軸器和減振器的彈性與裝置、像膠帶及絕緣材料等。2．塑料塑料是合成高分子材料工業(yè)中生產(chǎn)最早、發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的材料。塑料比重小，易制成形狀復(fù)雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點，如耐蝕性、減摩耐磨性、絕熱性、抗振性等。常用塑料包括聚氯乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料。工程塑料包括聚甲醛、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、尼龍、MC尼龍、氯化聚醚等。3．復(fù)合材料復(fù)合材料是將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料通過不同的工藝方法人工合成多相的材料，它即可以保持組成材料各自原有的一些最佳特性，又可具有組合后的新特性，這樣就可根據(jù)零件對于材料性能的要求進行材料配方的優(yōu)化組合。應(yīng)用于光、熱、電、阻尼、潤滑、生物等方面新的復(fù)合材的不斷問世，復(fù)合材料的應(yīng)用范圍正得到不斷的擴大。三、機械材料選用的原則1．載荷的大小和性質(zhì)，應(yīng)力的大小、性質(zhì)及其分布狀況對于承受拉伸載荷為主的零件宜選用鋼材，承受壓縮載荷的零件應(yīng)選鑄鐵。脆性材料原則上只適用于制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時應(yīng)選擇塑性材料。從各種各樣的材料中選擇出合用的材料通常應(yīng)考慮下面的原則：2．零件的工作條件 在腐蝕介質(zhì)中工作的零件應(yīng)選用耐腐蝕材料，在高溫下工作的零件應(yīng)選耐熱材料，在濕熱環(huán)境下工作的零件，應(yīng)選防銹能力好的零件，如不銹鋼、銅合金等。零件在工作中有可能發(fā)生磨損之處，要提高其表面硬度，以增強耐磨性，應(yīng)選擇適于進行表面處理的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。金屬材料的性能和通過熱處理鍋表面強化（如噴丸、滾壓等）來提高和改善?！?-5 機械設(shè)計的基本要求及程序1．功能要求滿足機器預(yù)定的工作要求，如機器工作部分的運動形式、速度、運動精度和平穩(wěn)性、需要傳遞的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高溫、防潮等）。一、機械設(shè)計的基本要求2．安全可靠性要求（1）使整個技術(shù)系統(tǒng)和零件在規(guī)定的外載荷和規(guī)定的工作時間內(nèi)，能正常工作而不發(fā)生斷裂、過度變形、過度磨損、不喪失穩(wěn)定性。（2）能實現(xiàn)對操作人員的防護，保證人身安全和身體健康。（3）對于周圍環(huán)境和人不造成危害和污染，同時要保證機器對環(huán)境的適應(yīng)性。3．經(jīng)濟性在產(chǎn)品整個設(shè)計周期中，必須把產(chǎn)品設(shè)計、銷售及制造三方面作為一個系統(tǒng)工程來考慮，用價值工程理論指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計，正確使用材料，采用合理的結(jié)構(gòu)尺寸和工藝，以降低產(chǎn)品的成本。設(shè)計機械系統(tǒng)和零部件時，應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，以提高設(shè)計質(zhì)量、降低制造成本。4．其他要求使機械系統(tǒng)外形美觀，便于操作和維修。此外還必須考慮有些機械由于工作環(huán)境和要求的不同，而對設(shè)計提出某些特殊要求，如食品衛(wèi)生條件、耐腐蝕、高精度要求等。二、機械設(shè)計的一般程序

機械設(shè)計就是建立滿足功能要求的技術(shù)系統(tǒng)的創(chuàng)造過程。機械設(shè)計一般過程如圖1-3所示。明確任務(wù)調(diào)查研究可行性論證總體設(shè)計技術(shù)設(shè)計樣機試制修改圖紙及工藝批量正式生產(chǎn)1．明確設(shè)計任務(wù)產(chǎn)品設(shè)計是一項為實現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的有目的的活動，因此正確地決定設(shè)計目標(biāo)（任務(wù)）是設(shè)計成功的基礎(chǔ)。明確設(shè)計任務(wù)包括定出技術(shù)系統(tǒng)的總體目標(biāo)和各項具體的技術(shù)要求，這是設(shè)計、優(yōu)化、評價、決策的依據(jù)。機械系統(tǒng)總體設(shè)計根據(jù)機器要求進行功能設(shè)計研究。總體設(shè)計包括確定工作部分的運動和阻力，選擇原動機的種類和功率，選擇傳動系統(tǒng)，機械系統(tǒng)的運動和動力計算，確定各級傳動比和各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率?？傮w設(shè)計時要考慮到機械的操作、維修、安裝、外廓尺寸等要求，確定機械系統(tǒng)各主要部件之間的相對位置關(guān)系及相對運動關(guān)系。人—機—環(huán)境之間的合理關(guān)系。2．總體設(shè)計 技術(shù)設(shè)計又稱結(jié)構(gòu)設(shè)計。其任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計的要求，確定機械性系統(tǒng)各零部件的材料、形狀、數(shù)量、空間相互位置、尺寸、加工和裝配，并進行必要的強度、剛度、可靠性設(shè)計，若有幾種方案時，需進行評價決策最后選擇最優(yōu)方案。3．技術(shù)設(shè)計技術(shù)設(shè)計時還要考慮加工條件、現(xiàn)有材料、各種標(biāo)準(zhǔn)零部件、相近機器的通用件。技術(shù)設(shè)計是保證質(zhì)量、提高可靠性、降低成本的重要工作和技術(shù)設(shè)計還需繪制總裝配圖、部件裝配圖、編制設(shè)計說明書等。技術(shù)設(shè)計是從定性到定量、從抽象到具體、從粗略到詳細(xì)地給設(shè)計過程。4．樣機試制樣機試制階段是通過樣機制造、樣機試驗、檢查機械系統(tǒng)的功能及整機、零部件的強度、剛度、運轉(zhuǎn)精度、振動穩(wěn)定性、噪聲等方面的性能，隨時檢查及修正設(shè)計圖紙，以更好的滿足設(shè)計要求。5．批量正式生產(chǎn)批量正式生產(chǎn)階段是根據(jù)樣機試驗、使用、測試、鑒