第1章機(jī)械設(shè)計(jì)總論

第1章機(jī)械設(shè)計(jì)總論1.1設(shè)計(jì)機(jī)器的普通程序1.2對機(jī)器的主要要求1.3機(jī)械零件的主要失效方式1.4設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的根本要求1.5機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么1.6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法1.7機(jī)械零件設(shè)計(jì)的普通步驟1.8機(jī)械零件資料的選用原那么1.9機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的規(guī)范化1.1設(shè)計(jì)機(jī)器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、確定總體參數(shù)、制定約束條件和設(shè)計(jì)要求。作為設(shè)計(jì)、評價(jià)和決策的綱領(lǐng)性文件和根據(jù)；市場/競爭對手調(diào)研報(bào)告專利調(diào)查報(bào)告可行性評價(jià)報(bào)告產(chǎn)品規(guī)劃書1.1設(shè)計(jì)機(jī)器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程又稱為概念設(shè)計(jì)。對產(chǎn)品的功能原理進(jìn)展設(shè)計(jì)。是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、確定總體參數(shù)、制定約束條件和設(shè)計(jì)要求。作為設(shè)計(jì)、評價(jià)和決策的綱領(lǐng)性文件和根據(jù)；產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)報(bào)告產(chǎn)品設(shè)計(jì)草圖1.1設(shè)計(jì)機(jī)器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程功能原理設(shè)計(jì)針對產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思。例如：設(shè)計(jì)一種點(diǎn)鈔機(jī)構(gòu)思將鈔票逐張分別的任務(wù)原理推括摩擦離心力重力1.1設(shè)計(jì)機(jī)器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程又稱為概念設(shè)計(jì)。對產(chǎn)品的功能原理進(jìn)展設(shè)計(jì)。是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、確定總體參數(shù)、制定約束條件和設(shè)計(jì)要求。作為設(shè)計(jì)、評價(jià)和決策的綱領(lǐng)性文件和根據(jù)；將產(chǎn)品的功能原理詳細(xì)化為機(jī)器產(chǎn)品及其零部件的詳細(xì)構(gòu)造，它又可進(jìn)一步細(xì)分為總體設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)、商品化設(shè)計(jì)、模型實(shí)驗(yàn)等過程；實(shí)際分析及設(shè)計(jì)計(jì)算資料產(chǎn)品裝配圖1.1設(shè)計(jì)機(jī)器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程例題：硬幣計(jì)數(shù)包卷機(jī)1.1設(shè)計(jì)機(jī)器的普通程序產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程又稱為概念設(shè)計(jì)。對產(chǎn)品的功能原理進(jìn)展設(shè)計(jì)。是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、確定總體參數(shù)、制定約束條件和設(shè)計(jì)要求。作為設(shè)計(jì)、評價(jià)和決策的綱領(lǐng)性文件和根據(jù)；將產(chǎn)品的功能原理詳細(xì)化為機(jī)器產(chǎn)品及其零部件的詳細(xì)構(gòu)造，它又可進(jìn)一步細(xì)分為總體設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)、商品化設(shè)計(jì)、模型實(shí)驗(yàn)等過程；主要指零件、部件工程圖繪制，工藝文件的編寫，設(shè)計(jì)闡明書和運(yùn)用闡明書的編寫等任務(wù)；1.2對機(jī)器的主要要求運(yùn)用功能要求經(jīng)濟(jì)性要求勞動(dòng)維護(hù)和環(huán)境維護(hù)要求壽命與可靠性要求對機(jī)器的主要要求其它公用要求1.2對機(jī)器的主要要求運(yùn)用功能要求經(jīng)濟(jì)性要求勞動(dòng)維護(hù)和環(huán)境維護(hù)要求壽命與可靠性要求對機(jī)器的主要要求其它公用要求提高運(yùn)用經(jīng)濟(jì)目的的主要途徑：1)合理提高機(jī)械化、自動(dòng)化程度，提高機(jī)器的消費(fèi)效率。2)選用高效傳動(dòng)系統(tǒng)，減少中間環(huán)節(jié)，降低能源耗費(fèi)。3)適當(dāng)采用防護(hù)和光滑，延伸機(jī)器的運(yùn)用壽命。4)采用可靠的密封，減少或消除滲漏景象。提高設(shè)計(jì)和制造經(jīng)濟(jì)目的的主要途徑：1)采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證可靠性。2)提高“規(guī)范化、系列化、通用化〞的程度。3)采用新技術(shù)、新工藝、新構(gòu)造、新資料。4)合理組織設(shè)計(jì)和制造過程。5)改善零件構(gòu)造工藝性，使其用料少、易加工、易裝配。1.2對機(jī)器的主要要求運(yùn)用功能要求經(jīng)濟(jì)性要求勞動(dòng)維護(hù)和環(huán)境維護(hù)要求壽命與可靠性要求對機(jī)器的主要要求其它公用要求勞動(dòng)維護(hù)有兩層含義：1)使機(jī)器的操作者方便和平安。2)改善操作者及機(jī)器的環(huán)境。1.2對機(jī)器的主要要求運(yùn)用功能要求經(jīng)濟(jì)性要求勞動(dòng)維護(hù)和環(huán)境維護(hù)要求壽命與可靠性要求對機(jī)器的主要要求其它公用要求機(jī)器可靠度R：在規(guī)定的運(yùn)用時(shí)間(壽命)內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境條件下，機(jī)器可以正常任務(wù)的概率。機(jī)器失效的概率F為：F=1-R機(jī)器出廠時(shí)曾經(jīng)存在的可靠性叫做機(jī)器的固有可靠性。思索到用戶的人為要素，已出廠的機(jī)器正確地完成預(yù)定功能的概率，叫做機(jī)器的運(yùn)用可靠性。1.3機(jī)械零件的主要失效方式機(jī)械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效齒輪輪齒斷裂軸承內(nèi)圈斷裂(1)某一危險(xiǎn)截面的應(yīng)力超越零件的強(qiáng)度極限(2)在變應(yīng)力作用下，危險(xiǎn)截面發(fā)生的疲勞斷裂。1.3機(jī)械零件的主要失效方式機(jī)械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效(1)某一危險(xiǎn)截面的應(yīng)力超越零件的強(qiáng)度極限(2)在變應(yīng)力作用下，危險(xiǎn)截面發(fā)生的疲勞斷裂。1.3機(jī)械零件的主要失效方式機(jī)械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效(1)某一危險(xiǎn)截面的應(yīng)力超越零件的強(qiáng)度極限(2)在變應(yīng)力作用下，危險(xiǎn)截面發(fā)生的疲勞斷裂。1.3機(jī)械零件的主要失效方式機(jī)械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效當(dāng)作用于零件上的應(yīng)力超越了資料的屈服極限，零件將產(chǎn)生剩余變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形1.3機(jī)械零件的主要失效方式機(jī)械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效腐蝕：金屬外表的一種電化學(xué)或化學(xué)侵蝕景象。磨損：兩個(gè)接觸外表在作相對運(yùn)動(dòng)的過程中外表物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移的景象。接觸疲勞：遭到接觸變應(yīng)力長期作用的外表產(chǎn)生裂紋或微粒剝落的景象。軸瓦磨損齒面接觸疲勞1.3機(jī)械零件的主要失效方式機(jī)械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效破壞正常任務(wù)條件引起的失效：打滑、膠合、共振1.3機(jī)械零件的主要失效方式機(jī)械零件的主要失效方式整體斷裂過大的剩余變形零件的外表破壞破壞正常任務(wù)條件引起的失效機(jī)械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等要素引起！1.4設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的根本要求設(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)性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和壽命。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；▲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位置，以降低零件的載荷。1.強(qiáng)度要求1.4設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的根本要求設(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)性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和壽命。2.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。1.4設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的根本要求設(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)性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和壽命。3.壽命要求影響零件壽命的主要要素有：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?。弧慵獗碣|(zhì)量及環(huán)境情況。1.4設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的根本要求設(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)性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和壽命。3.壽命要求影響零件壽命的主要要素有：疲勞破壞腐蝕磨損抗腐蝕的措施有：▲外表發(fā)蘭〔發(fā)黑〕；▲外表鍍層；▲外表涂漆；▲外表陽極化。1.4設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的根本要求設(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)性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求設(shè)計(jì)的構(gòu)造應(yīng)便于加工和裝配。熱套金屬環(huán)，要留有槽1.4設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的根本要求設(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)性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求零件應(yīng)有合理的消費(fèi)加工和運(yùn)用維護(hù)的本錢。采用組合部件1.4設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的根本要求設(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)性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求質(zhì)量小那么可節(jié)約資料；質(zhì)量小那么靈敏、輕便。鑄造薄板沖壓1.4設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的根本要求設(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)性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求應(yīng)降低零件發(fā)生缺點(diǎn)的能夠性〔概率〕。鍋爐爆炸1.5機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么強(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)那么確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形。零件中的應(yīng)力不得超越許用值。即：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]----許用應(yīng)力1.5機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么強(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)那么確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。零件在力作用下的彈性變形量不得超越許用值。即：y≤[y]1.5機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么強(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)。1.5機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么強(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。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：0.85f>fp或1.15f<fp1.5機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么強(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)那么可靠度的定義：對件數(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可靠度R是時(shí)間的函數(shù)。t↑→N↓→R↓根據(jù)許用可靠度[R]，計(jì)算預(yù)期壽命。1.6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法機(jī)械零件的設(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)根據(jù)零件任務(wù)才干準(zhǔn)那么，確定零件的主要尺寸。a〕設(shè)計(jì)計(jì)算：直接求出危險(xiǎn)截面尺寸A。

b〕校核計(jì)算：其他方法初步設(shè)計(jì)→驗(yàn)算。1.6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法機(jī)械零件的設(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)根據(jù)閱歷關(guān)系式，用類比的方法所進(jìn)展的設(shè)計(jì)。如：箱體、傳動(dòng)件各個(gè)構(gòu)造要素等。1.6機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法機(jī)械零件的設(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)把初步設(shè)計(jì)的零、部件或機(jī)器作成小模型或小尺寸樣機(jī)進(jìn)展實(shí)驗(yàn)。如：飛機(jī)、橋梁的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。1.7機(jī)械零件設(shè)計(jì)的普通步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的普通步驟選擇零件類型、構(gòu)造計(jì)算零件上的載荷失效方式----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)校核計(jì)算畫出零件任務(wù)圖寫出計(jì)算闡明書1.8機(jī)械零件資料的選用原那么p一、常用資料：鋁(LY12)、銅(ZCuSn10P1)…...黑色金屬有色金屬鐵鋼高分子資料復(fù)合資料陶瓷資料金屬資料非金屬資料：塑料、橡膠、合成纖維：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼…(如：08F45601Cr18〕：灰鑄鐵、球墨鑄鐵…(如：TH300QT500-5)：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10~20QT400-1540025015球墨鑄鐵QT500-75003207QT600-36003703壁厚30~2001.8機(jī)械零件資料的選用原那么二、選用原那么載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)零件的任務(wù)情況零件的構(gòu)造及資料加工性資料的經(jīng)濟(jì)