第2章機(jī)械設(shè)計(jì)總論

第2章機(jī)械設(shè)計(jì)總論人們?yōu)榱藵M足消費(fèi)和生活的需求，研制了類型繁多、功能各異的機(jī)器。蒸汽機(jī)出現(xiàn)之后，才使機(jī)器具有了完好的形狀。§2-1機(jī)器的組成一臺(tái)完好的機(jī)器的組成如下：原動(dòng)機(jī)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分光滑、顯示、照明等輔助部分控制系統(tǒng)傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器1、原動(dòng)機(jī)機(jī)器的組成是驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器以完成預(yù)定功能的動(dòng)力源。它把其它方式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出絕大多數(shù)呈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的形狀，輸出一定的轉(zhuǎn)矩。

原動(dòng)機(jī)閱歷了如下開展過程：人力、畜力——水力機(jī)、風(fēng)力機(jī)——蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)機(jī)器的組成風(fēng)力機(jī)機(jī)器的組成蒸汽機(jī)機(jī)器的組成機(jī)器的組成機(jī)器的組成….2、執(zhí)行部分機(jī)器的組成是用來完成機(jī)器預(yù)定功能的組成部分。一部機(jī)器可以只需一個(gè)執(zhí)行部分，也可以把機(jī)器的功能分解成好幾個(gè)執(zhí)行部分。機(jī)器的組成3、傳動(dòng)安裝用來銜接原動(dòng)機(jī)部分和執(zhí)行部分，它將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)。例如：把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)；高轉(zhuǎn)速變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速；小轉(zhuǎn)矩變?yōu)榇筠D(zhuǎn)矩等。機(jī)器的傳動(dòng)部分大多數(shù)采用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，有時(shí)也采用液壓或電力傳動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是絕大多數(shù)機(jī)器不可短少的重要組成部分。機(jī)器實(shí)例機(jī)器實(shí)例控制部分——保證機(jī)器的啟動(dòng)、停頓和正常協(xié)調(diào)動(dòng)作。傳感部分——將機(jī)器的任務(wù)參數(shù)，如位移、速度、加速度、溫度、壓力等反響給控制部分。輔助部分——包括機(jī)器的光滑、顯示、照明等。也是保證機(jī)器正常任務(wù)不可短少的部分§2-2設(shè)計(jì)機(jī)器的普通程序普通而言，機(jī)器的設(shè)計(jì)階段是決議機(jī)器好壞的關(guān)鍵一環(huán)。機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)發(fā)明性的任務(wù)過程，實(shí)際閱歷是保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要要素。因此，要求設(shè)計(jì)者特別留意閱歷的積累。一部完好的機(jī)器是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，要提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，必需有一個(gè)科學(xué)的設(shè)計(jì)程序。潘存云教授研制潘存云教授研制技術(shù)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案提出義務(wù)分析對(duì)機(jī)器的要求確定義務(wù)要求機(jī)器功能分析提出能夠的處理方法組合幾種能夠的方案決策——選定方案明確構(gòu)形要求構(gòu)造化選擇資料、確定尺寸零件設(shè)計(jì)編制技術(shù)文件評(píng)價(jià)決策—確定構(gòu)造外形與尺寸評(píng)價(jià)部件設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)機(jī)器設(shè)計(jì)的普通流程一、方案階段包括：需求分析、明確功能、制定設(shè)計(jì)義務(wù)書。設(shè)計(jì)義務(wù)書機(jī)器的功能經(jīng)濟(jì)性估計(jì)制造要求的大致估計(jì)根本運(yùn)用要求估計(jì)的設(shè)計(jì)周期二、方案設(shè)計(jì)階段對(duì)機(jī)器的功能進(jìn)展綜合分析、確定功能參數(shù)、提出實(shí)現(xiàn)方案。在制定功能參數(shù)時(shí)一定要留意恰當(dāng)處置需求與能夠、理想與現(xiàn)實(shí)、長(zhǎng)久目的與當(dāng)前目的等之間的關(guān)系。普通而言，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能，有多種能夠的方案。以螺紋制造為例，有車削、滾壓、板牙加工等方法。方法不同，其執(zhí)行部分的任務(wù)原理也不同。因此，存在一個(gè)方案的比較和取舍問題。方案評(píng)價(jià)原那么：經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)上可行。總費(fèi)用設(shè)計(jì)制造費(fèi)用運(yùn)用費(fèi)用費(fèi)用復(fù)雜程度經(jīng)濟(jì)性——總費(fèi)用最低。方案設(shè)計(jì)階段要正確處置好自創(chuàng)與創(chuàng)新的關(guān)系。同類機(jī)器的勝利先例該當(dāng)自創(chuàng)，但其中的薄弱環(huán)節(jié)和不符合現(xiàn)有義務(wù)要求的部分該當(dāng)加以改良或交換。一味求新而把合理的原有閱歷棄置不用保守和照搬原有設(shè)計(jì)堅(jiān)決反對(duì)為了確定零件的根本尺寸，必需完成以下任務(wù)：(1〕機(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)(2〕機(jī)器的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)確定原動(dòng)機(jī)的參數(shù)〔功率、轉(zhuǎn)速、線速度等〕。求解構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)〔轉(zhuǎn)速、速度、加速度等〕。計(jì)算構(gòu)件所受公稱載荷〔名義載荷〕大小和特性。三、技術(shù)設(shè)計(jì)階段繪制總裝配草圖、部件裝配草圖，由草圖確定零部件的外形、根本尺寸和零件任務(wù)圖。(3〕零件的任務(wù)才干設(shè)計(jì)(4〕部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計(jì)——構(gòu)造設(shè)計(jì)(5〕主要零件的校核計(jì)算由公稱載荷大小和特性，根據(jù)任務(wù)才干準(zhǔn)那么作零部件的初步設(shè)計(jì)。經(jīng)過計(jì)算或類比得出零件的根本尺寸。以構(gòu)造設(shè)計(jì)尺寸為根據(jù)，對(duì)零件進(jìn)展準(zhǔn)確的受力分析和任務(wù)才干校核計(jì)算。四、技術(shù)文件編制技術(shù)文件設(shè)計(jì)闡明書運(yùn)用闡明書零件明細(xì)表規(guī)范件匯總表產(chǎn)品驗(yàn)收條件……技術(shù)文件——用來闡明產(chǎn)品性能、設(shè)計(jì)、制造、操作運(yùn)用、維護(hù)或其他一切與產(chǎn)品相關(guān)的文檔資料。實(shí)例：大型風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)輸問題方案階段需求分析、明確功能、制定設(shè)計(jì)義務(wù)書。型號(hào)生產(chǎn)廠商葉片總長(zhǎng)L(mm)法蘭節(jié)園直徑ф(mm)螺栓件數(shù)及型號(hào)支點(diǎn)L1(mm)重心L2（mm）弦長(zhǎng)L3(mm)重量（t）預(yù)彎（mm）XE96-2000東泰46500211060×M36151008.953000XE93-2000連眾45300211060×M36317501410036008.6/XE93-2000惠騰45300211060×M36300001399037008.3514691、國(guó)外曾經(jīng)懇求專利的舉升原理圖二、方案設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)器的功能進(jìn)展綜合分析、確定功能參數(shù)、提出實(shí)現(xiàn)方案。2、改良設(shè)計(jì)的全新舉升原理圖1、經(jīng)過優(yōu)化的舉升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸三、技術(shù)設(shè)計(jì)2、經(jīng)過優(yōu)化的舉升液壓缸布置方式3舉升運(yùn)輸配備構(gòu)造設(shè)計(jì)四、技術(shù)文件編制技術(shù)文件設(shè)計(jì)闡明書運(yùn)用闡明書零件明細(xì)表規(guī)范件匯總表實(shí)驗(yàn)大綱……湘電風(fēng)能：大型葉片舉升運(yùn)輸配備葉片程度運(yùn)輸時(shí)，運(yùn)輸配備圖。湘電風(fēng)能：大型葉片舉升運(yùn)輸配備葉片舉升一定角度運(yùn)輸圖。設(shè)計(jì)機(jī)器的義務(wù)是在當(dāng)前技術(shù)開展所能到達(dá)的條件下，根據(jù)消費(fèi)及生活的需求提出的。不論機(jī)器的類型如何，普通來說，對(duì)機(jī)器都要提出以下的根本要求：§2-3對(duì)機(jī)器的主要要求在滿足預(yù)期功能的前提下，要求性能好、效率高、本錢低，外型美觀，在預(yù)定運(yùn)用期限內(nèi)要平安可靠，操作方便、維修簡(jiǎn)單。詳細(xì)要求如下：1、運(yùn)用功能要求運(yùn)用功能要求——機(jī)器應(yīng)具有預(yù)定的運(yùn)用功能。這主要靠正確地選擇機(jī)器的任務(wù)原理，正確地設(shè)計(jì)或選用可以全面實(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)。經(jīng)濟(jì)性要求——機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性表達(dá)在設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)用的全過程中，設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)就要全面綜合地進(jìn)展思索。設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為機(jī)器的本錢低，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為高消費(fèi)率高效率、低能耗、以及低的管理和維護(hù)費(fèi)用等。2、經(jīng)濟(jì)性要求提高設(shè)計(jì)和制造經(jīng)濟(jì)性目的的主要途徑有:〔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,到達(dá)盡能夠準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果,保證機(jī)器足夠的可靠性?！?〕最大限制地采用規(guī)范化、系列化及通用化的零、部件?！?〕盡能夠采用新技術(shù)、新工藝、新構(gòu)造和新資料。〔4〕合理地組織設(shè)計(jì)和制造過程。〔5〕力求改善零件的構(gòu)造工藝性，使其用料少、易加工、易裝配?！?〕合理地提高機(jī)器的機(jī)械化和自動(dòng)化程度，以期提高機(jī)器的消費(fèi)率。提高運(yùn)用經(jīng)濟(jì)性目的的主要途徑有〔2〕選用高效率的傳動(dòng)系統(tǒng)，盡能夠減少傳動(dòng)的中間環(huán)節(jié)，以期降低能源耗費(fèi)?！?〕適當(dāng)?shù)夭捎梅雷o(hù)及光滑，以延伸機(jī)器的運(yùn)用壽命?！?〕采用可靠的密封，減少或消除滲漏景象。(1)要使機(jī)器的操作者方便和平安。因此設(shè)計(jì)時(shí)要按照人機(jī)工程學(xué)的觀念布置各種按鈕、手柄，使操作方式符合人們的心思和習(xí)慣，同時(shí)，設(shè)置完善的平安安裝、報(bào)警安裝、顯示安裝等。(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)維護(hù)法規(guī)的要求。降低機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲程度，防止有毒、有害介質(zhì)的滲漏，對(duì)廢水、廢氣和廢液進(jìn)展治理。3、勞動(dòng)維護(hù)要求機(jī)器的可靠度——指在規(guī)定的運(yùn)用時(shí)間〔壽命〕內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境下機(jī)器可以正常任務(wù)的概率。機(jī)器由于某種缺點(diǎn)而不能完成預(yù)定的功能稱為失效，它是隨機(jī)發(fā)生的，其緣由是零件所受的載荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和力學(xué)性能等要素是隨機(jī)變化的。為了提高零件的可靠性，就該當(dāng)在任務(wù)條件和零件性能兩個(gè)方面使其變化盡能夠小。4、壽命與可靠性要求其他公用要求——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)期堅(jiān)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)載才干大的要求；(3)對(duì)流動(dòng)運(yùn)用的機(jī)器有便于安裝和裝配的要求；(4)對(duì)大型機(jī)器有便于運(yùn)輸?shù)囊蟮取?、其它公用要求機(jī)械零件的失效：機(jī)械零件由于某種緣由不能正常任務(wù)時(shí)，稱為失效。任務(wù)才干——在不發(fā)生失效的條件下，零件所能平安任務(wù)的限制。通常此限制是對(duì)載荷而言，所以習(xí)慣上又稱為承載才干。§2-4機(jī)械零件的主要失效方式例如，發(fā)生劇烈的振動(dòng)，聯(lián)接的松弛，摩擦傳動(dòng)的打滑等。整體斷裂過大的剩余變形任務(wù)外表的過度磨損或損傷破壞正常的任務(wù)條件零件的失效方式機(jī)械零件雖然有多種能夠的失效方式，歸納起來最主要的為：整體斷裂過大的剩余變形任務(wù)外表的過度磨損或損傷整體斷裂過大的剩余變形破壞正常的任務(wù)條件任務(wù)外表的過度磨損或損傷整體斷裂過大的剩余變形機(jī)械零件失效實(shí)例：潘存云教授研制輪齒塑性變形潘存云教授研制齒輪輪齒折斷潘存云教授研制軸承內(nèi)圈破裂潘存云教授研制軸承外圈塑性變形潘存云教授研制齒面接觸疲勞潘存云教授研制軸瓦磨損失效緣由:強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、溫度等統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：斷裂僅占4.79%;腐蝕、磨損、疲勞破壞占73.88%，是主要失效緣由?！乐乖陬A(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求▲構(gòu)造工藝性要求▲經(jīng)濟(jì)性要求▲質(zhì)量小的要求▲可靠性要求機(jī)器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計(jì)的機(jī)器滿足根本要求，就必需使組成機(jī)器的零件滿足以下要求：§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的根本要求▲防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求▲構(gòu)造工藝性要求▲經(jīng)濟(jì)性要求▲防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求▲構(gòu)造工藝性要求▲質(zhì)量小的要求▲經(jīng)濟(jì)性要求▲防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求▲構(gòu)造工藝性要求提高零件強(qiáng)度的措施有：▲采用高強(qiáng)度的資料▲使零件具有足夠的截面尺寸▲合理設(shè)計(jì)零件的截面外形，增大慣性矩▲采用熱處置和化學(xué)處置方法提高資料的強(qiáng)度性能▲提高零件的制造精度，以減少任務(wù)時(shí)的動(dòng)載荷▲合理配置零件的相對(duì)位置，以降低零件的載荷1.強(qiáng)度要求應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度、壽命。一、防止在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求2.剛度要求零件在任務(wù)時(shí)的彈性變形不能超越允許的范圍稱為零件的剛度要求。提高零件剛度的措施有▲增大零件的截面尺寸或增大慣性矩；▲縮短支承的跨距或采用多點(diǎn)支承。3.壽命要求影響零件壽命的主要要素有大部分零件任務(wù)在變應(yīng)力下，疲勞破壞是引起零件破壞的主要緣由。影響疲勞強(qiáng)度的要素有疲勞破壞腐蝕磨損▲應(yīng)力集中▲零件的尺寸大小▲零件外表質(zhì)量及環(huán)境情況零件處在腐蝕性介質(zhì)中任務(wù)時(shí)，能夠使資料遭到腐蝕。抗腐蝕的措施有▲外表發(fā)蘭〔發(fā)黑〕▲外表鍍層▲外表涂漆▲外表陽(yáng)極化二、構(gòu)造工藝性要求零件工藝性良好的標(biāo)志——在詳細(xì)的消費(fèi)條件下，零件要便于加工而加工費(fèi)用又很低。工藝性的根本要求：(1)毛坯選擇合理制備方法：選用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。毛坯選擇與消費(fèi)批量、資料性能和加工能夠性有關(guān)。單件或小批量消費(fèi)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。大批量消費(fèi)時(shí)，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。(2)構(gòu)造簡(jiǎn)單合理▲最好采用平面、柱面、螺旋面等簡(jiǎn)單外表及其組合▲盡量減少加工面數(shù)和加工面積▲盡量采用規(guī)范件▲添加一樣外形、一樣元素〔直徑、圓角半徑、配合、螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等〕的數(shù)量(3)合理的制造精度和外表粗糙度零件的加工本錢隨精度和外表粗糙度的提高而急劇添加。決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿足運(yùn)用要求的前提下，盡量采用較低的精度和外表質(zhì)量。(4)盡量減小零件的加工量▲毛坯外形和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的外形和尺寸。力求使少或無切削加工，節(jié)約資料、降低本錢▲盡量采用精細(xì)鑄造、精細(xì)鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進(jìn)工藝滿足上述要求欲設(shè)計(jì)出工藝性良好的零件，設(shè)計(jì)者必需謙虛向工藝技術(shù)人員和一線工人學(xué)習(xí)，在實(shí)際中積累閱歷。三、經(jīng)濟(jì)性要求零件的經(jīng)濟(jì)性首先表如今零件的消費(fèi)制造本錢上?！?jiǎn)化零件的構(gòu)造，降低資料耗費(fèi)▲采用無余量、少余量的毛坯，減少加工工時(shí)▲采用廉價(jià)而充足的資料替代昂貴資料▲大型零件采用組合構(gòu)造而非整體構(gòu)造▲盡量采用規(guī)范件四、質(zhì)量小的要求減小質(zhì)量的益處節(jié)約資料；減小慣性，改善機(jī)器的動(dòng)力性能。減小質(zhì)量的措施：▲采用緩沖安裝來降低零件所受沖擊載荷▲采用平安安裝來限制造用在零件所受最大載荷減小質(zhì)量的措施(續(xù))：▲從零件應(yīng)力較小處削減部分資料，以改善零件受力的均勻性，提高資料的利用率▲采用與任務(wù)載荷方向相反的預(yù)載荷，以降低零件的任務(wù)載荷▲采用輕型薄璧沖壓件或焊接件替代鑄造、鍛壓件▲采用強(qiáng)重比高的資料五、可靠性要求零件的失效是隨機(jī)發(fā)生的，其緣由是零件所受的載荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和機(jī)械性能等要素是隨機(jī)變化的。為了提高零件的可靠性，就該當(dāng)在任務(wù)條件和零件性能兩個(gè)方面使其變化盡能夠小?！?-6機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)那么▲強(qiáng)度準(zhǔn)那么▲剛度準(zhǔn)那么設(shè)計(jì)零件時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效方式確定其設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。普通來講，有以下幾種準(zhǔn)那么：——確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最根本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么——確保零件不發(fā)生過大的彈性變形▲強(qiáng)度準(zhǔn)那么▲剛度準(zhǔn)那么▲壽命準(zhǔn)那么▲振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)那么▲可靠性準(zhǔn)那么——通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)——高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)注重此項(xiàng)準(zhǔn)那么——當(dāng)計(jì)及隨機(jī)要素影響時(shí)，仍應(yīng)確保上述各項(xiàng)準(zhǔn)那么▲壽命準(zhǔn)那么▲振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)那么▲可靠性準(zhǔn)那么▲壽命準(zhǔn)那么▲振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)那么強(qiáng)度準(zhǔn)那么是指零件中的應(yīng)力不得超越許用值。即：一、強(qiáng)度準(zhǔn)那么σ≤σlimσlim——資料的極限應(yīng)力脆性資料σlim=σB(強(qiáng)度極限)塑性資料σlim=σS(屈服極限)為了平安起見，引入平安系數(shù)S，得σ≤σlim/S或σ≤[σ]S為大于1的數(shù)，S過大，雖平安但浪費(fèi)資料；S過小，雖節(jié)省資料，但趨于危險(xiǎn)?！S用應(yīng)力二、剛度準(zhǔn)那么是指零件在力作用下的彈性變形量不得超越許用值。即y≤[y]三、壽命準(zhǔn)那么影響零件運(yùn)用壽命的要素主要是腐蝕、磨損和疲勞。前兩者還沒有成熟的計(jì)算方法，工程中通常是求出運(yùn)用壽命時(shí)的疲勞極限作為計(jì)算的根據(jù)。四、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)那么保證機(jī)器中受激振零件的固有頻率與激振源的頻率錯(cuò)開，即要求：fp<0.85f或fp>1.15f假設(shè)不滿足條件，可采取如下措施：▲改動(dòng)零件及系統(tǒng)剛性▲增減支承▲調(diào)整支承的位置▲隔離激振源▲采用阻尼元件以減小零件的振幅▲改動(dòng)零件及系統(tǒng)剛性▲調(diào)整支承的位置▲增減支承▲改動(dòng)零件及系統(tǒng)剛性▲調(diào)整支承的位置▲隔離激振源▲采用阻尼元件以減小零件的振幅▲增減支承▲改動(dòng)零件及系統(tǒng)剛性▲調(diào)整支承的位置五、可靠性準(zhǔn)那么可靠度的定義：對(duì)件數(shù)為N0的一批零件進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過時(shí)間t之后有N件仍能正常任務(wù)，那么該零件在該實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下任務(wù)時(shí)間t的可靠度定義為R=N/N0假設(shè)t↑R↓N↓——R是時(shí)間的函數(shù)。假設(shè)在時(shí)間t+dt內(nèi)，又有dN個(gè)零件失效，那么dt內(nèi)零件的失效的比率定義為——失效率“-〞表示dN的增大將使N減少。即零件可靠度的另一個(gè)目的是兩次失效之間的平均無缺點(diǎn)時(shí)間m〔MTBF〕，m與λ的關(guān)系為M=1/λ分別變量并積分得§2-7機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法實(shí)際設(shè)計(jì)閱歷設(shè)計(jì)模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)常規(guī)設(shè)計(jì)方法是指采用一定的實(shí)際分析和計(jì)算，結(jié)合人們?cè)陂L(zhǎng)期的設(shè)計(jì)和消費(fèi)實(shí)際中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進(jìn)展設(shè)計(jì)的方法。(1)實(shí)際設(shè)計(jì)根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)際總結(jié)出來的設(shè)計(jì)實(shí)際和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)展的設(shè)計(jì)。1、常規(guī)設(shè)計(jì)方法以受拉桿為例，強(qiáng)度計(jì)算公式為σ≤σlim/S或F/A≤σlim/SF——拉力，A——截面積。設(shè)計(jì)計(jì)算A≥FS/σlim校核計(jì)算有四種可選方式σ=F/A≤[σ]F≤A[σ]Sca=σlim/σ≥Sσlim≥SσSca——計(jì)算平安系數(shù)閱歷設(shè)計(jì)——根據(jù)對(duì)某類零件已有的設(shè)計(jì)與運(yùn)用實(shí)際而歸納出的閱歷公式，或根據(jù)設(shè)計(jì)者本人的設(shè)計(jì)閱歷用類比的方法所進(jìn)展的設(shè)計(jì)。這對(duì)于那些運(yùn)用要求變化不大而構(gòu)造外形已典型化的零件，是很有效的設(shè)計(jì)方法。例如箱體、機(jī)架、傳動(dòng)件的構(gòu)造要素等?！?〕閱歷設(shè)計(jì)模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——把初步設(shè)計(jì)的零、部件或機(jī)器做成小模型或小尺寸樣機(jī)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的手段對(duì)其特性進(jìn)展檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果再對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)展逐漸修正，到達(dá)完善。這種方法對(duì)于那些尺寸宏大而構(gòu)造又很復(fù)雜的重要零件的設(shè)計(jì)是一種很有效的方法?！?〕模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是指在近二三十年開展起來的更為完善、科學(xué)、計(jì)算精度高、設(shè)計(jì)與計(jì)算速度更快的機(jī)械設(shè)計(jì)方法。2、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法§2-8機(jī)械零件設(shè)計(jì)的普通步驟(1)根據(jù)零件的運(yùn)用要求，選擇零件的類型和構(gòu)造。為此，必需對(duì)各種零件的不同類型、優(yōu)缺陷、特性和運(yùn)用范圍等，進(jìn)展綜合對(duì)比與正確選用。(2)根據(jù)機(jī)器的任務(wù)要求，計(jì)算作用在零件上的載荷。(3)根據(jù)零件的任務(wù)條件及對(duì)零件的特殊要求(如高溫環(huán)境等)選擇適當(dāng)?shù)馁Y料。(4)根據(jù)零件的失效方式，確定零件的計(jì)算準(zhǔn)那么，通過計(jì)算，確定零件的根本尺寸。(5)根據(jù)工藝性和規(guī)范化，進(jìn)展零件的構(gòu)造設(shè)計(jì)。(6)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)完成之后，必要時(shí)進(jìn)展詳細(xì)的校核計(jì)算，以斷定構(gòu)造的合理性。(7)繪制零件任務(wù)圖，并撰寫計(jì)算闡明書。選擇零件類型、構(gòu)造寫出計(jì)算闡明書畫出零件任務(wù)圖校核計(jì)算計(jì)算零件上的載荷確定計(jì)算準(zhǔn)那么選擇零件的資料確定零件的根本尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件的設(shè)計(jì)流程圖黑色金屬有色金屬鑄鐵鋼1、金屬資料一、常用資料低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18〕……灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)……§2-9機(jī)械零件資料的選用原那么鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)鑄鐵——灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。特點(diǎn)：良好的液態(tài)流動(dòng)性，可鑄呵斥外形復(fù)雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性〔指灰鑄鐵〕、本錢低廉。運(yùn)用：運(yùn)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。〔1〕鑄鐵鋼——低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼、構(gòu)造鋼、工具鋼、特殊鋼(不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等)、鑄鋼等。特點(diǎn)：與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性。可用熱處置方法改善其力學(xué)性能和加工性能。〔2〕鋼高分子資料——塑料、橡膠、合成纖維。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光滑的軸承襯。塑料——塑料的密度小，易于制成外形復(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)械制造中其運(yùn)用日益廣泛。2、高分子資料復(fù)合資料陶瓷——強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石。——強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕。3、陶瓷3、陶瓷4、復(fù)合資料二、機(jī)械零件資料的選用原那么適用于制造機(jī)械零件的資料種類非常之多，在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，如何從各種各樣的資料中選擇出適宜的資料，是一項(xiàng)受多方面要素所制約的復(fù)雜的任務(wù)。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)零件的用途、任務(wù)條件和資料的物理、化學(xué)、機(jī)械和工藝性能以及經(jīng)濟(jì)要素等進(jìn)展全面思索。脆性資料——只適用于制造在靜載荷下任務(wù)的零件；1.載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)這方面的要素主要是從強(qiáng)度觀念來思索的，應(yīng)在充分了解資料的機(jī)械性能的前提下來進(jìn)展選擇。金屬資料的性能普通可以經(jīng)過熱處置加以提高和改善，因此要充分利用熱處置手段來發(fā)揚(yáng)資料的潛力。對(duì)于常用的調(diào)質(zhì)鋼，由于其回火溫度的不同，可得到力學(xué)性能不同的毛坯。塑性資料——適用于在有沖擊情況下任務(wù)的零件。2.零件的任務(wù)情況指零件所處的環(huán)境特點(diǎn)、任務(wù)溫度、摩擦磨損程度等?！跐駸岘h(huán)境下任務(wù)的零件，其資料應(yīng)具有良好防腐蝕才干，可選用不銹鋼、銅合金等▲兩配合零件的線膨脹系數(shù)不能相差過大假設(shè)相差過大。一方面在，溫度變化時(shí)產(chǎn)生過大熱應(yīng)力或使配合松動(dòng)，另一方面要思索資料機(jī)械性能隨溫度而變化的情況?！慵谌蝿?wù)中能夠發(fā)生磨損的外表，應(yīng)提高其外表硬度，添加耐磨性，因此應(yīng)選擇淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼零件的尺寸及質(zhì)量的大小與資料的種類及毛坯制取方法有關(guān)。3.零件的尺寸及質(zhì)量▲用鑄造資料制造毛坯時(shí)，普通可以不受尺寸及質(zhì)量大小的限制▲而用鍛造資料制造毛坯時(shí)，那么須留意鍛壓機(jī)械及設(shè)備的消費(fèi)才干▲應(yīng)盡能夠選用強(qiáng)重比大的資料，以便減小零件的尺寸和質(zhì)量鑄造資料：液態(tài)流動(dòng)性、收縮率、偏析和縮孔傾向性4.零件構(gòu)造的復(fù)雜程度及資料的加工能夠性構(gòu)造復(fù)雜：鑄造或板材沖壓后焊接；構(gòu)造簡(jiǎn)單：鍛造法制毛坯鍛造資料：延展性、熱脆性、塑性變形的才干焊接資料：焊接性、焊縫產(chǎn)生裂紋傾向性資料熱處置：可淬性、變形、熱處置介質(zhì)浸透才干冷加工工藝：硬度、易切削、冷作硬化▲資料的加工費(fèi)用5.資料的經(jīng)濟(jì)性資料的經(jīng)濟(jì)性主要表如今以下幾方面：▲資料本身的相對(duì)價(jià)錢▲資料的利用率▲采用組合構(gòu)造▲節(jié)約稀有資料選材時(shí)還應(yīng)思索到當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)刭Y料的供應(yīng)情況。為了簡(jiǎn)化供應(yīng)和儲(chǔ)存的資料種類，對(duì)于小批制造的零件，應(yīng)盡能夠地減少同一部機(jī)器上運(yùn)用的資料種類和規(guī)格。6.資料的供應(yīng)情況各種資料的化學(xué)成分和力學(xué)性能可在相關(guān)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。為了資料供應(yīng)和消費(fèi)管理上的方便，應(yīng)盡量減少一臺(tái)機(jī)器所用資料的種類。表2-2常用鋼鐵資料的牌號(hào)及力學(xué)性能材料力學(xué)性能試件尺寸類別牌號(hào)強(qiáng)度極限σB屈服極限σS延伸率%mmQ215335～41021531碳素構(gòu)造鋼Q235375～46023526d≤16Q275490～610275202041024525優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金構(gòu)造鋼40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018鑄鋼ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145——灰鑄鐵HT200195——HT250240——壁厚10～20QT400-15400250