機(jī)械原理設(shè)計(jì)課件

第一章緒論§1-1機(jī)械工業(yè)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用§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)下次課預(yù)習(xí)的內(nèi)容：第三章強(qiáng)度理論3-1，3-2，3-3第一章緒論§1-1機(jī)械工業(yè)在現(xiàn)代化建§1-1機(jī)械工業(yè)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用地位：在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和現(xiàn)代化建設(shè)中處于主導(dǎo)性和決定性的作用。

機(jī)械制造工業(yè)是為國民經(jīng)濟(jì)各部門包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、商業(yè)以及國防、科學(xué)技術(shù)各行各業(yè)提供技術(shù)裝備的部門，它是各部門實(shí)現(xiàn)技術(shù)改造和進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)所不可缺少的重要支柱。我國機(jī)械工業(yè)在世界排名第五中國工業(yè)競爭力世界排名37，居中等水平；機(jī)械工業(yè)---是各行各業(yè)技術(shù)裝備的主要提供者2004年我國機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值32711億；2005年我國機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值在04年基礎(chǔ)上增加18%。機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值在全國工業(yè)中的比重超過25%，

§1-1機(jī)械工業(yè)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用地位：在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和現(xiàn)代化重要性:是一個(gè)國家現(xiàn)代化水平的主要標(biāo)志；是一個(gè)國家綜合國力的具體體現(xiàn)；▲機(jī)械制造工業(yè)水平的高低，直接關(guān)系到一個(gè)國家人民生活水平的高低；

工業(yè)現(xiàn)代化

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

國防現(xiàn)代化

教育和科技現(xiàn)代化綜合國力(ComprehensiveNationalPower)

是指一個(gè)主權(quán)國家賴以生存與發(fā)展所擁有的全部實(shí)力及國際影響力的合力。綜合國力的內(nèi)涵非常豐富，它的構(gòu)成要素中既包含自然的，也包含社會(huì)的；既包含物質(zhì)的，也包含精神的；既包含實(shí)力，也包含潛力以及由潛力轉(zhuǎn)化為實(shí)力的機(jī)制，是一個(gè)國家的政治、經(jīng)濟(jì)、科技、文化、教育、國防、外交、資源、民族意志、凝聚力等要素有機(jī)關(guān)聯(lián)、相互作用的綜合體。重要性:是一個(gè)國家現(xiàn)代化水平的主要標(biāo)志；▲機(jī)械制造工業(yè)水火箭炮▲機(jī)械制造工業(yè)的能力通常標(biāo)志著一個(gè)國家生產(chǎn)軍事裝備的能力

火箭炮▲機(jī)械制造工業(yè)的能力通常標(biāo)志著一個(gè)國家生產(chǎn)軍事裝備的能B-2轟炸機(jī)火箭炮B-2轟炸機(jī)火箭炮美國空軍F117隱形轟炸機(jī)中國空軍沖天飛豹FBC-1戰(zhàn)斗轟炸機(jī)B-52轟炸機(jī)科索沃戰(zhàn)爭的兩種轟炸機(jī)美國空軍F117隱形轟炸機(jī)中國空軍沖天飛豹B-52轟炸機(jī)科美國陸軍的“阿帕奇”直升機(jī)性能也有了長足的提高。新的“長弓”型“阿帕奇”可以同時(shí)辨別8公里外的128個(gè)目標(biāo)，并能用新型雷達(dá)制導(dǎo)的“地獄之火”導(dǎo)彈鎖定移動(dòng)目標(biāo)。據(jù)美軍計(jì)算，新型“阿帕奇”與海灣戰(zhàn)爭中使用的“阿帕奇”A型相比，攻擊能力提高了400%，而生存能力則提高了720%美軍阿帕奇”直升機(jī)地獄之火導(dǎo)彈美國陸軍的“阿帕奇”直升機(jī)性能也有了長足的提高。新的“長弓”第一次海灣戰(zhàn)爭美軍使用的戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈它的英文原名是“Tomahawk”，意指印第安人用的輕便戰(zhàn)斧。這種戰(zhàn)斧的使用方式不是持握在手中對敵人砍殺，而是在遠(yuǎn)距離投出以擊中敵人。巡航導(dǎo)彈的用處和它差不多。美國人就因此將其取名為戰(zhàn)斧第一次海灣戰(zhàn)爭美軍使用的它的英文原名是“Tomahawk”，洛杉磯攻擊型核潛艇俄軍核潛艇發(fā)射洲際導(dǎo)彈中國核潛艇中國海軍漢級(jí)核潛艇洛杉磯攻擊型核潛艇俄軍核潛艇發(fā)射洲際導(dǎo)彈中國核潛艇中國海軍漢

俄羅斯基輔級(jí)航空母艦代表了俄羅斯重工業(yè)卓越成就美軍蘭利號(hào)航空母艦俄羅斯基輔級(jí)航空母艦美軍蘭利號(hào)航空母艦▲制造工業(yè)是一個(gè)國家科技水平的具體體現(xiàn)。

2003年10月15號(hào)神州五號(hào)載人飛船發(fā)射成功中國太空飛行第一人楊利偉▲制造工業(yè)是一個(gè)國家科技水平的具體體現(xiàn)。2003年10月2005年7月13號(hào)美國發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)升空女機(jī)長艾林·柯林斯1981年4月12日美國發(fā)射第一艘航天飛機(jī)哥倫比亞號(hào)2005年7月13號(hào)美國女機(jī)長艾林·柯林斯1981年4月121961年4月12號(hào)前蘇聯(lián)東方一號(hào)宇宙飛船環(huán)繞地球飛行108分鐘，這是人類航天史上具有劃時(shí)代意義的一天，宣告了人類航天時(shí)代的到來。1968年3月27日，加加林在駕駛噴氣式雙座飛機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)墜機(jī)身亡，尤里·加加林東方一號(hào)宇宙飛船1961年4月12號(hào)前蘇聯(lián)東方一號(hào)宇宙飛船環(huán)繞地▲要從機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)大國變?yōu)樯a(chǎn)強(qiáng)國▲要從進(jìn)口大國變?yōu)橥赓Q(mào)強(qiáng)國。前途:有高潮低潮，但其地位不會(huì)改變，長久不衰.機(jī)械工業(yè)十一五規(guī)劃目標(biāo)21世紀(jì)中，機(jī)械生產(chǎn)的自動(dòng)化、信息化和智能化將達(dá)到更高的水平，人將在更大程度上不直接面對機(jī)器操作，而是借遙控系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)、專家系統(tǒng)和各種各樣的智能機(jī)械（包括機(jī)器人）去駕御各種能量交換過程和機(jī)械加工過程。產(chǎn)品的生產(chǎn)過程將是機(jī)械、電子、光學(xué)、流體……的結(jié)合，一切可能的技術(shù)，物理的、化學(xué)的、生物的，都將綜合應(yīng)用到生產(chǎn)過程中來，從而要求大大拓寬機(jī)械工程教育的專業(yè)面，拓寬學(xué)生的技術(shù)基礎(chǔ)，發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力?！獜臋C(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)大國變?yōu)樯a(chǎn)強(qiáng)國前途:有高潮低潮▲機(jī)械行業(yè)將進(jìn)一步向機(jī)光電一體化發(fā)展，向光加工、環(huán)保這樣的新興領(lǐng)域拓展。雖然目前機(jī)械行業(yè)境況不佳，但經(jīng)過國有企業(yè)的改革，經(jīng)過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與人力資源的配置優(yōu)化，一旦跟上市場經(jīng)濟(jì)和信息時(shí)代的步伐，定會(huì)顯示出強(qiáng)大的生命力▲從機(jī)械行業(yè)發(fā)展來看，印刷機(jī)械、數(shù)控機(jī)床、發(fā)電設(shè)備、工程機(jī)械等重頭產(chǎn)品前景看好。下次課預(yù)習(xí)的內(nèi)容：第三章強(qiáng)度理論3-1，3-2，3-321世紀(jì)，世界機(jī)械工業(yè)進(jìn)入前所未有的高速發(fā)展階段，特別是作為有“世界工廠”之稱的中國機(jī)械行業(yè)更是迅猛發(fā)展。

中國機(jī)械行業(yè)正面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。▲機(jī)械行業(yè)將進(jìn)一步向機(jī)光電一體化發(fā)展，向光加工、環(huán)保這樣▲從

由于機(jī)械行業(yè)地位的重要性和龐大規(guī)模，機(jī)械類大部專業(yè)畢業(yè)生在人才市場上仍屬“熱銷”人才。各方面預(yù)測表明，機(jī)械類人才今后仍會(huì)有較大需求，特別是高層次技術(shù)人才將成為爭奪的對象。機(jī)械行業(yè)對高校畢業(yè)生總體需求較大，

某些門類的工程技術(shù)人員缺口較大，如機(jī)械設(shè)計(jì)制造與加工專業(yè)人才近年需求很高。

數(shù)控專業(yè)技術(shù)人員短缺。機(jī)械行業(yè)的很多企業(yè)均已進(jìn)行現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)的技術(shù)更新與改造，數(shù)控機(jī)床、加工中心等先進(jìn)設(shè)備逐步替代原有的設(shè)備，具有開發(fā)能力的高級(jí)數(shù)控技術(shù)人才成為各企業(yè)爭奪的目標(biāo)。機(jī)械行業(yè)技術(shù)人才需求狀況由于機(jī)械行業(yè)地位的重要性和龐大規(guī)模，機(jī)械類大部專業(yè)機(jī)械未來機(jī)械行業(yè)最缺的人才：一復(fù)合型管理人才，即既懂技術(shù)又懂管理，能按市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律組織產(chǎn)品生產(chǎn)、把握企業(yè)方向的高級(jí)人才；二具有創(chuàng)新意識(shí)的高級(jí)技術(shù)人才；三既懂技術(shù)又懂營銷，了解市場行情，又能改進(jìn)、設(shè)計(jì)開發(fā)產(chǎn)品的人才；四高級(jí)技工。未來機(jī)械行業(yè)最缺的人才：一復(fù)合型管理人才，即既懂技術(shù)又懂管▲流向國有企業(yè)的前列專業(yè)：會(huì)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)、通信工程、建筑工程、機(jī)械設(shè)計(jì)及制造、工業(yè)自動(dòng)化、電氣工程及自動(dòng)化、電力系統(tǒng)自動(dòng)化、機(jī)械電子工程?！飨驀铱蒲胁块T的前十名專業(yè)：建筑學(xué)、通信工程、建筑工程、機(jī)械工程、自動(dòng)電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)自動(dòng)化、電氣工程及自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化。

▲流向三資企業(yè)的前十名專業(yè)：會(huì)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械工程自動(dòng)化、通訊工程、英語、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、國際金融、電氣工程、市場營銷、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。近年來高校畢業(yè)生就業(yè)流向趨勢▲流向國有企業(yè)的前列專業(yè)：會(huì)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)、通信工程、▲流向國§1-2機(jī)器的基本組成要素機(jī)器機(jī)構(gòu)構(gòu)件零件組成機(jī)器的基本元素：零件零件通用零件專用零件一部機(jī)器的性能取決于它的主要零件和關(guān)鍵零件的綜合性能本課程討論的對象：通用零件（一般尺寸和參數(shù)）§1-2機(jī)器的基本組成要素機(jī)器機(jī)構(gòu)構(gòu)件零件組成機(jī)器的基本§1-3本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)內(nèi)容：1）總論部分2）聯(lián)接部分3）傳動(dòng)部分4）軸系部分5）其它部分本課程的培養(yǎng)目標(biāo)：1）具有正確設(shè)計(jì)思想的創(chuàng)新型人才;2）能運(yùn)用設(shè)計(jì)原理、方法和一般規(guī)律設(shè)計(jì)或革新一般機(jī)械;3）運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱資料的能力;4）掌握典型機(jī)械零件的實(shí)驗(yàn)方法，獲得實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練；5）了解國際國內(nèi)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策和新技術(shù)發(fā)展?！?-3本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)內(nèi)容：1）總論部分2）聯(lián)接第二章機(jī)械設(shè)計(jì)總論§2-1機(jī)器的組成§2-2設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序

§2-3對機(jī)器的主要要求§2-4機(jī)械零件的主要失效形式§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求§2-6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則§2-7機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則§2-8機(jī)械零件的一般設(shè)計(jì)步驟§2-9機(jī)械零件的材料及其選用§2-10機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化§2-10現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介第二章機(jī)械設(shè)計(jì)總論§2-1機(jī)器的組成§2-2§2-1機(jī)器的組成原動(dòng)機(jī)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分輔助部系統(tǒng)：潤滑、顯示、照明等控制系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程古代：人力、畜力近代：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)現(xiàn)代：電動(dòng)機(jī)、熱力機(jī)§2-1機(jī)器的組成原動(dòng)機(jī)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分輔助部系統(tǒng)機(jī)器的傳動(dòng)部分機(jī)械傳動(dòng)電力傳動(dòng)液壓傳動(dòng)以汽車為例：傳動(dòng)部分：離合器、變速箱、傳動(dòng)軸、差速器執(zhí)行部分：車輪、懸掛系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)：轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、排檔桿、剎車、踏板、油門輔助系統(tǒng)：速度表、油量表、里程表、后視鏡、車門鎖照明燈、車尾紅燈等原動(dòng)部分：發(fā)動(dòng)機(jī)（汽油機(jī)或柴油機(jī)）一汽解放牌卡車機(jī)器的傳動(dòng)部分機(jī)械傳動(dòng)電力傳動(dòng)液壓傳動(dòng)以汽車為例：傳動(dòng)部分：§2-2設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序

（一）計(jì)劃階段（二）方案設(shè)計(jì)階段（三）技術(shù)設(shè)計(jì)階段（四）技術(shù)文件編制階段一部機(jī)器的質(zhì)量取決于設(shè)計(jì)質(zhì)量——首要因素制造質(zhì)量——實(shí)現(xiàn)保證因素機(jī)器的設(shè)計(jì)階段是決定機(jī)器好壞的關(guān)鍵科學(xué)的設(shè)計(jì)程序是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量必要保證設(shè)計(jì)程序一般為：§2-2設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序（一）計(jì)劃階段（二）方案設(shè)（一）計(jì)劃階段▲根據(jù)生產(chǎn)和生活的需要，提出新機(jī)器目標(biāo)▲針對欲設(shè)計(jì)的新機(jī)器進(jìn)行市場調(diào)查研究和分析相關(guān)產(chǎn)品調(diào)查市場需求調(diào)查生產(chǎn)能力和約束條件分析▲形成設(shè)計(jì)任務(wù)書上述程序見表2-1（P6）：（二）方案設(shè)計(jì)階段本階段的重要程度：對設(shè)計(jì)的成敗起到關(guān)鍵作用▲方案設(shè)計(jì)過程是在若干方案中確定最佳方案的過程▲方案設(shè)計(jì)過程是充分表現(xiàn)創(chuàng)新性的過程（一）計(jì)劃階段▲根據(jù)生產(chǎn)和生活的需要，提出新機(jī)器目標(biāo)▲針對欲方案設(shè)計(jì)階段的具體步驟為：機(jī)器的功能分析提出機(jī)器應(yīng)達(dá)到的必須要求、最低或期望要求分析比較；分析各功能之間有無矛盾；各功能之間是否能相互替代。具體內(nèi)容功能參數(shù)初定若干方案確定可行方案確定方案時(shí)的工作順序：執(zhí)行部分（N3）原動(dòng)部分（N1）傳動(dòng)部分（N2）方案總數(shù)：從中確定最佳方案方案設(shè)計(jì)階段的具體步驟為：機(jī)器的功能分析提出機(jī)器應(yīng)達(dá)到的必須（三）技術(shù)設(shè)計(jì)階段技術(shù)設(shè)計(jì)階段目標(biāo)：總裝草圖、部件裝配草圖零、部件外形尺寸正式零件工作圖、總裝配圖確定零、部件外形尺寸的工作內(nèi)容：1）機(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速、線速度），各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（轉(zhuǎn)速、速度、加速度）；2）動(dòng)力學(xué)計(jì)算主要零件的載荷大小和特性；3）零件的工作能力計(jì)算參照零件的失效形式、工作環(huán)境條件依據(jù)強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性、壽命、可靠性原則進(jìn)行類比計(jì)算或理論計(jì)算最終確定零件的尺寸；4）繪制部件裝配草圖、總裝配草圖；5）主要零件的校核（四）技術(shù)文件編制階段（三）技術(shù)設(shè)計(jì)階段技術(shù)設(shè)計(jì)階段目標(biāo)：總裝草圖、部件裝配草圖零§2-3對機(jī)器的主要要求（一）使用功能要求（二）經(jīng)濟(jì)性要求（三）勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求（四）可靠性要求軍用起重機(jī)橋式起重機(jī)（五）其它專用要求§2-3對機(jī)器的主要要求（一）使用功能要求（二）經(jīng)濟(jì)性（一）使用功能要求滿足使用功能要求的的幾個(gè)方面：1

正確選擇機(jī)器的工作原理2正確設(shè)計(jì)和選用機(jī)器的原動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)；3合理配置必要的輔助系統(tǒng)龍門銑床C620車床（一）使用功能要求滿足使用功能要求的的幾個(gè)方面：1正確選擇（二）經(jīng)濟(jì)性要求提高設(shè)計(jì)和制造經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的途徑為：盡可能采用現(xiàn)代化新方法，和CAD技術(shù)；2.最大限度采用三化（標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化）零、部件；3.盡可能做到四新（新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材料）；4.合理組織設(shè)計(jì)和制造過程。制造經(jīng)濟(jì)性要求―表現(xiàn)為機(jī)器的低成本使用經(jīng)濟(jì)性要求―表現(xiàn)為機(jī)器的高生產(chǎn)率、高效率、

低能耗、低維護(hù)費(fèi)用。

簡言之：科學(xué)設(shè)計(jì)和制造（二）經(jīng)濟(jì)性要求提高設(shè)計(jì)和制造經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的途徑為：盡可能采用提高使用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的途徑為：合理提高機(jī)器的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，以提高機(jī)器的生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量；2.選用高效率的傳動(dòng)系統(tǒng)，盡可能減少傳動(dòng)的中間環(huán)節(jié)，以提高機(jī)器的生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量；3.適當(dāng)采用防護(hù)措施如潤滑、閉式傳動(dòng)、表面處理（防護(hù)），以延長機(jī)器的使用壽命；4.采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象；簡言之：合理使用提高使用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的途徑為：合理提高機(jī)器的機(jī)械化、自動(dòng)化水平（三）勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求1.人性化設(shè)計(jì)△考慮人的安全需要（水壺鳴哨、電梯超載報(bào)警裝置）△考慮人的心理和習(xí)慣（汽車方向盤）2.環(huán)境無毒無害，機(jī)器外形滿足人的感官舒適要求（如汽車外形的流線型設(shè)計(jì)和色彩）早期福特公司汽車（四）可靠性要求機(jī)器可靠性的衡量―可靠度可靠度―在規(guī)定的時(shí)間（壽命）內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境條件下機(jī)器能夠正常工作的概率。機(jī)器可靠性固有可靠性―機(jī)器出廠時(shí)已決定的可靠性使用可靠性―由用戶具體使用狀況（經(jīng)驗(yàn)、維修能力、操作技能）決定。（三）勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求1.人性化設(shè)計(jì)△考慮人的安全需§2-4機(jī)械零件的主要失效形式（一）整體斷裂1.過載斷裂―危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超過零件的強(qiáng)度極限2.疲勞斷裂―變應(yīng)力長期作用的結(jié)果，常見實(shí)例：螺栓的斷裂、齒輪齒根的斷裂等。2005年11月14日濟(jì)寧一駁船船體突然斷裂800噸煤炭沉入京杭運(yùn)河§2-4機(jī)械零件的主要失效形式（一）整體斷裂1.過載斷§2-4機(jī)械零件的主要失效形式（一）整體斷裂（二）過大的殘余變形原因：作用在零件的應(yīng)力超過了材料的屈服極限齒輪的滾壓塑性變形主動(dòng)輪從動(dòng)輪§2-4機(jī)械零件的主要失效形式（一）整體斷裂（二）過大的（三）零件的表面破壞破壞形式：腐蝕、磨損、接觸疲勞腐蝕―發(fā)生在金屬表面的一種電化學(xué)或化學(xué)侵蝕現(xiàn)象腐蝕的形式一般表現(xiàn)為生銹。磨損―兩個(gè)接觸表面在作相對運(yùn)動(dòng)的過程中表面物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。接觸疲勞―兩接觸表面長期在接觸變應(yīng)力作用下，表面產(chǎn)生裂紋、麻點(diǎn)（微粒剝落）現(xiàn)象。

§2-4機(jī)械零件的主要失效形式（一）整體斷裂（二）過大的殘余變形（三）零件的表面破壞破壞形式：腐蝕、磨損、接觸疲勞腐蝕―發(fā)生（四）破壞正常工作條件引起的失效常見實(shí)例

1.

溫升過高導(dǎo)致滑動(dòng)軸承動(dòng)壓潤滑油膜破裂而造成滑動(dòng)軸承的膠合、磨損、過熱等失效；

2.

所傳遞的有效圓周力大于皮帶鎖具有的極限摩擦力而導(dǎo)致的皮帶打滑；

3.

高速軸的轉(zhuǎn)速等于其自身的固有頻率重合而引起的共振現(xiàn)象?！?-4機(jī)械零件的主要失效形式（一）整體斷裂（二）過大的殘余變形（三）零件的表面破壞（四）破壞正常工作條件引起的失效常見實(shí)例2.1986年4月26日前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生大爆炸，其放射云團(tuán)直抵西歐，造成8000人死于輻射導(dǎo)致的各種疾病1986年4月25日，切爾諾貝利核電站第4號(hào)反應(yīng)堆的工作人員違反操作規(guī)程連續(xù)切斷反應(yīng)堆的電源，使主要冷卻系統(tǒng)停止工作。于是堆芯溫度迅速升高，造成氫氣過濃，以至26日凌晨發(fā)生猛烈爆炸，爆炸引起機(jī)房起火，濃煙使人呼吸困難，放射性物質(zhì)不斷外溢。切爾諾貝利核電站外觀20周年祭1986年4月26日前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)

1939年5月23日，美國海軍s-192“角鯊”號(hào)潛艇經(jīng)過大修后開始試航，由于通氣管擋板沒有完全關(guān)閉，造成海水涌進(jìn)主機(jī)艙，27人遇難。1942年11月4日，日本海軍“呂-65”潛艇緊急下潛時(shí)，由于操作失誤，導(dǎo)致海水涌進(jìn)艙室，17人遇難。1939年5月23日，美國海軍s-192“角鯊§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求（一）避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求1.強(qiáng)度要求2.剛度要求3.壽命要求影響壽命的主要因素材料的疲勞材料的腐蝕相對運(yùn)動(dòng)零件接觸表面的磨損§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求（一）避免在預(yù)定壽（二）結(jié)構(gòu)工藝性要求

結(jié)構(gòu)工藝性―在既定（現(xiàn)有的）生產(chǎn)條件下，零件能方便、、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出來，，且能方便的安裝成機(jī)器的特性。§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求（一）避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求下次課預(yù)習(xí)的內(nèi)容：第三章強(qiáng)度理論3-1，3-2，3-3（二）結(jié)構(gòu)工藝性要求§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要（三）經(jīng)濟(jì)性要求核心問題是要降低零件的生產(chǎn)成本具體措施：應(yīng)按最小消耗原則設(shè)計(jì)零件：節(jié)省工時(shí)和人工消耗（消除多于操作動(dòng)作、提高效率）；降低材料消耗：采用少余量或無余量的毛坯或簡化零件結(jié)構(gòu)，以減少加工工時(shí)；降低材料費(fèi)用：盡量采用價(jià)廉而供應(yīng)充足的材料代替貴重材料，對大型零件采用組合結(jié)構(gòu)代替整體結(jié)構(gòu)。盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的零部件§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求（一）避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求（二）結(jié)構(gòu)工藝性要求（三）經(jīng)濟(jì)性要求核心問題是要降低零件的生產(chǎn)成本具體措施：應(yīng)按（四）質(zhì)量小的要求（五）可靠性要求§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求（一）避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求（二）結(jié)構(gòu)工藝性要求（三）經(jīng)濟(jì)性要求（四）質(zhì)量小的要求（五）可靠性要求§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)§2-6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（一）強(qiáng)度準(zhǔn)則（二）剛度準(zhǔn)則―彈性變形量強(qiáng)度準(zhǔn)則是指零件中的應(yīng)力不準(zhǔn)超過允許的限度。強(qiáng)度準(zhǔn)則代表性表達(dá)式為剛度準(zhǔn)則是指零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量y小于或等于及其工作性能所允許的極限值[y]。剛度準(zhǔn)則代表性表達(dá)式為§2-6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（一）強(qiáng)度準(zhǔn)則（二）剛度準(zhǔn)則（一）強(qiáng)度準(zhǔn)則§2-6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（二）剛度準(zhǔn)則（三）壽命準(zhǔn)則影響壽命的主要三因素：腐蝕、磨損、疲勞目前，僅有疲勞壽命的計(jì)算較為成熟具體方法為：確定出在一定使用壽命下的疲勞極限或額定動(dòng)載荷（一）強(qiáng)度準(zhǔn)則§2-6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（二）剛度準(zhǔn)則（一）強(qiáng)度準(zhǔn)則§2-6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（二）剛度準(zhǔn)則（三）壽命準(zhǔn)則（四）振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則共振發(fā)生的原因：零件本身的固有頻率與激振源頻率重合或呈整數(shù)倍關(guān)系時(shí)，零件會(huì)發(fā)生共振。滿足振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則的條件為：使零件的固有頻率與激振源的頻率錯(cuò)開。即：零件的固有頻率零件的激震源頻率（一）強(qiáng)度準(zhǔn)則§2-6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（二）剛度準(zhǔn)則（一）強(qiáng)度準(zhǔn)則§2-6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（二）剛度準(zhǔn)則（三）壽命準(zhǔn)則（四）振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則（五）可靠性準(zhǔn)則可靠性指：一大批N0個(gè)零件在一定條件下工作了t時(shí)間后，仍有N件能正常工作，則該批零件在該條件下、t

時(shí)間的可靠度為：隨著時(shí)間不斷延長，N將不斷減少，R↓，R是時(shí)間的函數(shù)（一）強(qiáng)度準(zhǔn)則§2-6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（二）剛度準(zhǔn)則可靠度：失效率：在dt時(shí)間間隔（

）內(nèi)，失效零件數(shù)為dN

則失效率為:浴盆曲線―失效率與時(shí)間t的關(guān)系曲線ⅠⅡⅢ第Ⅰ段：早期失效階段第Ⅱ段：正常使用階段第Ⅲ段：損壞階段可靠度：失效率：在dt時(shí)間間隔（§2-7機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法（一）理論設(shè)計(jì)1.校核計(jì)算FF1）一般校核計(jì)算2.設(shè)計(jì)計(jì)算2）精確校核計(jì)算A§2-7機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法（一）理論設(shè)計(jì)1.校核計(jì)算§2-7機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法（一）理論設(shè)計(jì)（二）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)已有零件的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)，用類比的方法（參照同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)）所進(jìn)行的設(shè)計(jì)叫做經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)也叫作類比設(shè)計(jì)（三）模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.先將大型零件做成小模型；2.再將模型放入模擬環(huán)境進(jìn)行特性試驗(yàn)；3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果修改定型?！?-7機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法（一）理論設(shè)計(jì)（二）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)§2-8機(jī)械零件的設(shè)計(jì)的一般步驟1.

根據(jù)使用要求選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)；2.

根據(jù)機(jī)器的工作要求，計(jì)算作用在零件上的載荷；3.

分析零件的失效，確定零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；4.

選擇適用的零件材料；5.

確定零件的基本尺寸；6.

進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；7.

校核零件；8.

畫零件的工作圖，并寫出計(jì)算說明書?！?-8機(jī)械零件的設(shè)計(jì)的一般步驟1.根據(jù)使用要求選擇§2-9機(jī)械零件的材料及其選用（一）機(jī)械零件常用的材料1.金屬材料鋼鐵有色金屬2.高分子材料塑料橡膠合成纖維3.陶瓷材料―優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)、硬、輕；缺點(diǎn)：脆、貴、工藝差4.復(fù)合材料―優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)、剛、輕；缺點(diǎn)：耐熱↓，導(dǎo)熱↓、導(dǎo)電差↓，價(jià)格↑§2-9機(jī)械零件的材料及其選用（一）機(jī)械零件常用的材料1（二）機(jī)械零件材料的選用原則1.零件的受載情況和工作狀況△受載的情況指載荷的大小和應(yīng)力的種類脆性材料不易受變載和沖擊載荷△工作狀況指零件所處的環(huán)境(如介質(zhì)、工作溫度、摩擦性質(zhì)等）1）濕熱環(huán)境要求防銹和耐腐蝕：采用合金鋼、銅合金等2）高溫環(huán)境影響：要求相配合兩零件材料線膨脹系數(shù)相近以免產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力。使用要求工藝要求經(jīng)濟(jì)性要求選用材料應(yīng)主要考慮的三個(gè)方面要求使用要求包括：（二）機(jī)械零件材料的選用原則1.零件的受載情況和工作狀況△按使用要求選擇材料的一般性原則：①當(dāng)載荷大，又要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕時(shí)，宜選用高強(qiáng)度材料③變載荷②靜載荷載荷分布均勻—選用屈服極限高、材質(zhì)均勻的材料；載荷分布不均勻—應(yīng)采用屈服極限高的材料并用熱處理來提高受載大部位的強(qiáng)度。載荷平穩(wěn)—采用疲勞強(qiáng)度較高的材料（優(yōu)質(zhì)碳素鋼）有沖擊載荷—采用疲勞強(qiáng)度較高并具有一定抗沖擊能力的材料（優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼）

第一次海灣戰(zhàn)爭伊拉克的三道防線按使用要求選擇材料的一般性原則：①當(dāng)載荷大，又要求結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件宜采用、鍛壓或鑄造方法，因而要求材料具有一定的焊接性性能、鍛壓性能和鑄造性能?！珊感圆牧嫌筛咧恋鸵来螢椋旱吞间摗⒏咛间?、鑄鐵、銅合金、鋁合金▲可鍛性材料由高至低依次為：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、▲可鑄性材料由高至低依次為：鑄鐵、鑄鋼、鑄造銅合金和鑄造鋁合金材料的工藝性包括：焊接性能、鑄造性能、鍛壓性能、切削性能和熱處理性能尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件宜采用、鍛壓或鑄造方法，因而▲可焊性材

▲結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)▲生產(chǎn)批量大時(shí)模鍛自由鍛鑄件鍛壓件鑄件模鍛自由鍛焊接√√√√√▲尺寸大時(shí)鑄件鍛壓件模鍛自由鍛▲在自動(dòng)機(jī)床上大批量生產(chǎn)的零件應(yīng)具有良好的切削性能切削性能通常指：易斷屑、刀具磨損小等▲選擇材料必須考慮熱處理工藝性能熱處理性能通常指：淬透性、淬硬性、回火脆性、變形開裂性按工藝要求選擇材料的一般性原則：√▲結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)▲生產(chǎn)批量大時(shí)模鍛自由鍛鑄材料的經(jīng)濟(jì)性材料的經(jīng)濟(jì)性指材料的相對價(jià)格▲加工性能優(yōu)先原則：當(dāng)材料的質(zhì)量不大而加工量很大時(shí)，其加工性能是首要考慮因素▲局部品質(zhì)原則：當(dāng)對零件的局部品質(zhì)要求較高時(shí)，應(yīng)在不同部位采用不同材料或不同的熱處理方法如蝸輪齒圈、滑動(dòng)軸承內(nèi)表面，硬齒面齒輪等▲材料可獲得性原則商業(yè)因素：市場供應(yīng)的可能性，地理位置、數(shù)量和交付時(shí)間等戰(zhàn)略因素：國際局勢、國際政治、戰(zhàn)爭等因素的影響。材料的經(jīng)濟(jì)性材料的經(jīng)濟(jì)性指材料的相對價(jià)格▲加工性能優(yōu)先原則：§2-10機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化注意：通用零件設(shè)計(jì)須滿足:標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)點(diǎn)1.有利于提高質(zhì)量、降低成本（專門廠家大批量生產(chǎn)）；2.標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，便于比較，提高零件的可靠性；3.縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)簡化維修；目前已頒布的標(biāo)準(zhǔn)1）國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）2）部頒標(biāo)準(zhǔn)（YB、JB）3）企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1.按運(yùn)用范圍分2.按使用的強(qiáng)制性來分1）必須執(zhí)行的：度、量、衡及涉及人身安全等標(biāo)準(zhǔn)2）推薦執(zhí)行的：如標(biāo)準(zhǔn)直徑等§2-10機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化注意：通用零件設(shè)計(jì)須滿足系列化指同類產(chǎn)品，根據(jù)使用要求采用不同尺寸或結(jié)構(gòu)。通用化指在系列產(chǎn)品或跨系類產(chǎn)品中應(yīng)盡量采用相同結(jié)構(gòu)和尺寸，以減少企業(yè)內(nèi)部的零部件種數(shù)，從而簡化生產(chǎn)管理提高經(jīng)濟(jì)效益。標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，即“三化”為我國現(xiàn)行的一項(xiàng)重要的技術(shù)政策。加入世貿(mào)組織后，我們一項(xiàng)重要的工作就是產(chǎn)品的國際標(biāo)準(zhǔn)化我們目前實(shí)行的標(biāo)準(zhǔn)要逐步與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。系列化指同類產(chǎn)品，根據(jù)使用要求采用不同尺寸或結(jié)構(gòu)。通用化指在§2-11機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是利用現(xiàn)代技術(shù)，如：計(jì)算機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)，現(xiàn)代應(yīng)用力學(xué)，微電子學(xué)，信息科學(xué)等科學(xué)方面的最新成果和手段對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行如下轉(zhuǎn)變：1用動(dòng)態(tài)計(jì)算取代靜態(tài)計(jì)算①機(jī)器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算取代靜力學(xué)計(jì)算；②以實(shí)時(shí)在線測試數(shù)據(jù)作為評價(jià)依據(jù)。2用定量分析取代定性分析

如以有限元法或邊界元法計(jì)算箱體的尺寸和剛度取代經(jīng)驗(yàn)類比法設(shè)計(jì)。3以變量取代常量

如在可靠性設(shè)計(jì)中用隨機(jī)變量做精確計(jì)算的方法取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的將變量近似為常量的粗略計(jì)算方法?！?-11機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是利用現(xiàn)代技術(shù)4以優(yōu)化設(shè)計(jì)取代可行性設(shè)計(jì)用相關(guān)的設(shè)計(jì)變量恰當(dāng)?shù)慕⒃O(shè)計(jì)目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，從眾多的可行解中尋求其最優(yōu)解。如優(yōu)化設(shè)計(jì)課講授的內(nèi)容5以并行設(shè)計(jì)取代串行設(shè)計(jì)

并行設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是在設(shè)計(jì)的開始就對產(chǎn)品各個(gè)方面的要求，和相互之間的關(guān)系作出全面綜合考慮，如：功能結(jié)構(gòu)、工藝規(guī)劃、制造性能、裝配性能、測試性能、維修性能等。避免串行設(shè)計(jì)中的相互干涉、矛盾和返工。能迅速開發(fā)出質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉、低能耗的產(chǎn)品。6以微觀設(shè)計(jì)取代宏觀設(shè)計(jì)

如以斷裂力學(xué)理論處理零件本身材料微觀裂紋擴(kuò)展引起的地應(yīng)力脆斷現(xiàn)象，建立以損傷容限為設(shè)計(jì)判據(jù)的設(shè)計(jì)方法；潤滑理論中的微—納米摩擦學(xué)等。4以優(yōu)化設(shè)計(jì)取代可行性設(shè)計(jì)用相關(guān)的設(shè)計(jì)變量恰當(dāng)?shù)慕⒃O(shè)計(jì)7以系統(tǒng)工程取代分部處理法

將產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)工作作為一個(gè)單級(jí)或多極的系統(tǒng)，用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)劃分其設(shè)計(jì)階段及組成單元，通過仿真及自動(dòng)控制手段，綜合處理系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)之間關(guān)系，及系統(tǒng)與外部環(huán)境之間的關(guān)系。8以自動(dòng)化設(shè)計(jì)取代人工設(shè)計(jì)按