機(jī)械設(shè)計(jì)第一章概述

機(jī)械設(shè)計(jì)概述一、機(jī)器1.定義執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，用來變換或傳遞能量、物料與信息2.典型特征

人造的實(shí)物組合

執(zhí)行確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)

能實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有用的機(jī)械功1箱體2活塞3連桿4曲軸5、6齒輪7凸輪8推桿內(nèi)燃機(jī)箱體+活塞、連桿、曲軸齒輪凸輪、推桿連桿機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)輔助系統(tǒng)，例如潤滑、顯示、照明等原動(dòng)機(jī)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分控制系統(tǒng)3.機(jī)器的組成——發(fā)動(dòng)機(jī)——離合器、變速箱、傳動(dòng)軸、差速器——車輪、懸掛系統(tǒng)、底盤（包括車身）——轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、排擋桿、剎車及其踏板、離合器踏板及油門——油量表、速度表、里程表、潤滑油溫度表、蓄電瓶電流表、電壓表——后視鏡、車門鎖、刮雨器、安全裝置等——前后燈、儀表盤燈——轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、車尾紅燈牛頭刨床電動(dòng)機(jī)齒輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)

具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)

的組合體，是機(jī)器

的主要組成部分。（傳遞運(yùn)動(dòng)和力或改變運(yùn)動(dòng)形式）二、機(jī)構(gòu)三、機(jī)械所有機(jī)器、機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱機(jī)械！本課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生：掌握通用機(jī)械零件的設(shè)計(jì)原理、方法和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，具有設(shè)計(jì)一般機(jī)械的能力；初步具有一定機(jī)械系統(tǒng)方案優(yōu)化及決策的能力與素質(zhì)；樹立創(chuàng)新意識(shí)和正確的設(shè)計(jì)思想；具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)等技術(shù)資料的能力；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；了解國家當(dāng)前的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策及機(jī)械設(shè)計(jì)的新發(fā)展動(dòng)向。11

功能性要求可靠性要求經(jīng)濟(jì)性要求安全性要求

§１—1設(shè)計(jì)的基本要求121．功能性要求機(jī)械產(chǎn)品必須完成規(guī)定的功能。機(jī)械的功能可表達(dá)為一個(gè)或幾個(gè)功能指標(biāo)。例：電池自動(dòng)分揀機(jī)圖1－8電池自動(dòng)分揀機(jī)電池托盤z向進(jìn)給機(jī)構(gòu)輸送裝置機(jī)械手主要功能指標(biāo)：每分鐘分揀電池的個(gè)數(shù)。13

主要功能指標(biāo)：（1）被加工工件的尺寸范圍；（2）滑枕應(yīng)具有若干種不同的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度，以滿足不同切削工藝的要求；（3）工作臺(tái)沿橫向應(yīng)能實(shí)現(xiàn)若干種不同的進(jìn)給量；（4）應(yīng)能供給并傳遞足夠的功率，以克服切削力；（5）應(yīng)能保證一定的加工精度。

例：牛頭刨床14機(jī)械功能指標(biāo)的確定：

由用戶提出由設(shè)計(jì)者與用戶協(xié)商確定機(jī)械的功能指標(biāo)是機(jī)械設(shè)計(jì)最基本的出發(fā)點(diǎn)。152．可靠性要求機(jī)械零件的內(nèi)部和表面產(chǎn)生應(yīng)力和變形磨損曲軸折斷潘存云教授研制齒輪損壞機(jī)械要傳遞力和力矩有可能導(dǎo)致零件的失效16

機(jī)械應(yīng)能保證在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi)，零件不發(fā)生各種型式的失效。

為此要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和壽命的計(jì)算，這些計(jì)算在整個(gè)設(shè)計(jì)工作量中占了很大的比例。173．經(jīng)濟(jì)性要求制造成本使用成本簡化結(jié)構(gòu)選用適當(dāng)?shù)牟牧洗_定合理的加工精度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化降低機(jī)械的能量損失考慮到維修的方便性和經(jīng)濟(jì)性成本

設(shè)計(jì)階段的工作如何，就基本上決定了一個(gè)產(chǎn)品成本的高低。

184．社會(huì)性要求所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不應(yīng)對(duì)人、環(huán)境和社會(huì)造成消極影響。操作者的安全性和舒適性機(jī)械的造型和色彩美觀、大方、宜人符合國家在環(huán)境保護(hù)方面的法規(guī)數(shù)控加工中心機(jī)械是否滿足社會(huì)性要求，完全取決于設(shè)計(jì)。§１—2機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

機(jī)械零件由于某些原因不能正常工作，稱為失效。一、斷裂

零件在外載荷作用下，由于某一危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超過零件的強(qiáng)度極限時(shí)所發(fā)生的斷裂或當(dāng)零件在循環(huán)變應(yīng)力的作用下危險(xiǎn)截面所發(fā)生的疲勞斷裂。齒輪輪齒斷裂實(shí)例二、過大的變形

機(jī)械零件在載荷作用下工作時(shí)，可能發(fā)生過大的彈性變形或由于零件上的應(yīng)力超過材料的屈服極限產(chǎn)生殘余塑性變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形三、表面損傷表面疲勞（亦稱點(diǎn)蝕）零件表面在接觸變應(yīng)力長期作用下產(chǎn)生微粒剝落的現(xiàn)象。磨損（主要指磨粒磨損）兩個(gè)接觸零件表面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中表面物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。腐蝕金屬表面與周圍的介質(zhì)發(fā)生的電化學(xué)或化學(xué)侵蝕的現(xiàn)象。齒輪齒面接觸疲勞點(diǎn)蝕滾動(dòng)軸承滾道的疲勞點(diǎn)蝕滾動(dòng)軸承外圈滾道的磨損軸瓦的磨損四、破壞正常工作條件引起的失效

例如：V帶傳動(dòng)當(dāng)傳遞的有效圓周力大于摩擦力的極限值時(shí)將發(fā)生打滑失效；高速轉(zhuǎn)動(dòng)的零件當(dāng)其轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)的固有頻率相一致時(shí)會(huì)發(fā)生共振，以致引起斷裂失效；液體潤滑的滑動(dòng)軸承當(dāng)潤滑油膜被破壞時(shí)將發(fā)生膠合失效等。

機(jī)械零件不發(fā)生失效時(shí)的安全工作限度稱為零件的工作能力。對(duì)載荷而言零件的工作能力也可稱為零件的承載能力。用計(jì)算的方法來保證零件有足夠的工作能力，從而避免失效，是常用的機(jī)械設(shè)計(jì)方法。計(jì)算依據(jù)的條件稱為計(jì)算準(zhǔn)則。一、強(qiáng)度準(zhǔn)則

強(qiáng)度是指零件在載荷作用下抵抗斷裂、塑性變形及某些表面損傷的能力。

§１—3機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則其表達(dá)式為s——零件危險(xiǎn)截面或工作表面上的工作應(yīng)力；[s]——許用應(yīng)力；slim——極限應(yīng)力，對(duì)受靜應(yīng)力的脆性材料，如鑄鐵受拉伸取抗拉極限；對(duì)受靜應(yīng)力的塑性材料取屈服極限；對(duì)受變應(yīng)力的零件取疲勞極限；S——安全系數(shù)，考慮各種偶然或難以精確分析的因素的影響。

一般來講各種零件都應(yīng)滿足一定的強(qiáng)度要求，因而強(qiáng)度準(zhǔn)則是零件設(shè)計(jì)最基本的準(zhǔn)則。二、剛度準(zhǔn)則剛度指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。其表達(dá)式為y——彈性變形量；[y]——許用變形量。

彈性變形量可用各種求變形量的理論或?qū)嶒?yàn)方法確定，而許用變形量則應(yīng)隨不同的使用場合，按理論或經(jīng)驗(yàn)來確定其合理的數(shù)值。

耐磨性是指零件在載荷作用下抵抗磨損的能力。目前尚無公認(rèn)的能夠進(jìn)行定量計(jì)算的方法。通常為了保證零件具有良好的耐磨性，應(yīng)運(yùn)用摩擦學(xué)原理設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)，選定摩擦副的材料和熱處理、表面狀態(tài)、油品等。同時(shí)，給予合理而充分的潤滑，以延長零件的使用壽命。

影響零件壽命的主要失效形式是磨損、疲勞和腐蝕，它們的產(chǎn)生機(jī)理、發(fā)展規(guī)律及對(duì)零件壽命的影響是完全不同的，應(yīng)分別加以考慮。三、壽命準(zhǔn)則四、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則計(jì)算準(zhǔn)則為

fp＜0.85f或fp＞1.15f

振動(dòng)穩(wěn)定性是指高速機(jī)器抵抗失穩(wěn)的能力。fp——周期性載荷的作用頻率；