1、第一章 绪论第二章 机械及机械零件设计概要第三章 机械零件的强度计算第四章 摩擦学概述,目 录,第一篇 总论,第一节机器在经济建设中的作用第二节机器的基本组成要素第三节课程的内容、性质与任务,篇 头,第一章 绪论,1-1 机器在经济建设中的作用,减轻体力劳动、改善劳动条件、提高劳动生产率、改进产品质量。,章 头,1-2 机器的基本组成要素,一、从构成看 以牛头刨为例,1.机械: 机器和机构的总称。,2.机构：由构件组成，且构件之间具有确定的运动。例 牛头刨,3.构件：由零件组成，它是运动的单元体。例：轴部件组成,4.零件：加工的单元体。例：轴部件组成,(1)通用零件：在各类机器中都经常用到的零
2、件。,例： 螺纹联接、键联接、联轴器等,(2)专用零件：在特定类型的机器上用到的零件。,例：曲轴等。,5.部件：一组协同工作、独立制造或装配的零件所组成的组合体。,例：减速器、联轴器、滚动轴承等。,二 、从功能看,章 头,1-3本课程内容、性质与任务,在简要介绍整部机器设计的基本知识基础上，重点讨论一般尺寸和参数的通用零件（巨型、微型、高温、高压、低温等工作条件下的零件除外）。,1.总论机器及零件的设计基本准则、设计计算理论、选材、结构要求及摩擦、磨损及润滑。,2.联接 主要学习：螺纹、键、花键、销联结等,3.机械传动 例：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动等。,4.轴系 例：轴、轴
3、承、联轴器、离合器。,5.其它零、部件 例：弹簧、机座与机箱、减速器,章 头,一.内容,二.性质,1.是一门以通用零件的设计为核心的设计性课程。,2.是培养具有一定机械设计能力的一门技术基础课。,三. 本课程任务及目的,1.掌握通用零件的设计方法。,2.具有设计简单机械的能力（运用标准、规范、手册、图册、查资料）。,3 .对机械的动手能力。,四.要求,1 .先修课：理论力学、材料力学、金属材料及热处理、机械制图、机制工艺、公差与配合、机械原理等。,2 .作业、答疑、纪律。,章 头,第二章 机械设计总论,第一节 机器的组成第二节 设计机器的一般程序第三节 对机器的主要要求第四节 机械零件的主要失
4、效形式第五节 设计零件时应满足的基本要求第六节 机械零件的设计准则第七节 机械零件的设计方法第八节 机械零件设计的一般步骤第九节 机械零件材料的选用原则第十节 机械零件设计中的标准化小结：第二章机械设计概述思考题,篇 头,2-2机器设计一般程序,一.计划阶段,提出任务 分析对机器的要求（性能、成本、体积等）拟出开发计划任务书。,二.总体方案设计阶段 任务拟订出运动简图,则设计机器的总方案数为 N=N1*N2*N3*N4,三 技术设计阶段 运动简图装配图、部件图、零件图、设计说明书。,四 试制阶段 决定设计方案是否可行或最佳。,五 投产销售阶段,下 页,2-2 2/2机器的设计程序框图,提出任务
5、,分析要求,拟订设计计划任务书,总体方案设计阶段,计划阶段,拟订传动方案,技术设计阶段,总装图、部件图,零件图,说明书,试制阶段,投产销售,章 头,2-3对机器的主要要求,一.使用功能要求：,例：对减速器的传动比、功率、转速等的要求；对牛头刨床行程、速度变化系数等,二.经济性要求：设计+制造+使用保养,1 设计上,a) 采用先进的设计手段（例：CAD）b) 采用三化零部件（系列化、通用化、标准化）,2 制造上：,a) 采用新工艺、新结构、新材料、新技术b) 力求改善零件的结构工艺性-减少用料、易加工、装配,3 使用保养：,a)合理提高自动化水平和生产率。b)降低能耗c)适当延长机器寿命（润滑系
6、统、表面保护）,下 页,三 劳动保护要求,1操作者方便与安全。例：手柄：数量+高低+转向+驱动力链条传动防护罩。,2环境保护。例：噪声（7080dB）、色彩协调、密封等。,四 其它方面,例：可靠性、重量（飞机）、精度（机床）、运输方便（大型机器），安装与拆卸（流动使用机器：起重机）。,章 头,2-4机械零件的失效形式,一 失效：丧失正常的工作能力,二 常见失效形式,2 零件表面失效例：腐蚀、磨损、疲劳点蚀等。,3 过大的残余变形 例: 机床主轴变形过大，机车精度降低,4 破坏正常的工作条件引起的失效例：滑动轴承、带传动等,1.整体断裂 零件在拉压弯扭作用下，应力超过强度极限而发生的断裂或疲劳断
7、裂。例：螺栓断裂.、齿轮轮齿根断裂,章 头,失效破坏,2-5设计机械零件时应满足的基本要求,一、避免在预定寿命内失效,1.强度要求,提高强度措施：,a. 降低集中载荷,c. 减小应力集中。,d. 适当热处理。例如：调质、高频淬火等。,2 .刚度,提高刚度措施：,a: 合理截面形状,b: 合理支承,c: 加强筋,二.工艺性,在既定的生产条件下，能够方便而经济地加工出来，并便于装配。这样的零件工艺性就好。,改善工艺性措施：,a: 制造方法与生产条件、批量大小等适应。例：齿轮 直径d600mm时，由于锻压设备难于锻压，可用锻造方法；单件或小批量应用锻造，不宜用铸造。,b: 造型要简单,c: 加工、安
8、装方便,下 页,b 合理截面形状,3.寿命,三 经济性要求,措施,1)降低零件本身成本。例：a.选材 b.加工量和利用率。,2)采用标准零部件。例：标准螺纹、标准齿轮等,3)采用局部品质。例：蜗轮材料选择,四 质量小的要求,减轻质量措施,a 加缓冲器。例：汽车板簧、摩托缓冲器等,b 加安全装置。例：安全销、安全离合器等,c 降低应力集中,d 采用强重比高的材料。例：铝合金代替黑色金属,章 头,2-6 机械零件的设计准则,1.强度准则 例：轴的拉伸，扭转强度计算,2.刚度准则 例：梁的弯曲,3.寿命准则 LhLh,4.振动稳定性准则 例： 转子系统的振动,章 头,2-7 机械零件的设计方法,现代
9、设计方法,优化设计,CAD,可靠性设计,常规设计方法,理论设计,经验设计,模型设计,方法,一、理论设计:以受拉杆为例,强度准则：sslim / ss ,1)设计计算：已知F，设计截面积A,因 s=F/A故 A=F/sssF/slim,2)校核计算：已知F，A校核强度,a)按应力校核s=F/As?,b)按安全系数校核ss=slim/sss?,二、经验设计，例：齿轮结构设计,三、模型设计,章 头,2-8 机械零件的设计步骤（理论设计）,1)根据零件使用要求，选择零件类型。 例：选择直齿轮或斜齿轮，带传动或链传动,2)计算作用在零件上的载荷。包括大小和方向,3)选择材料。由工况确定,4)根据失效形式
10、，确定设计准则，计算零件的主要尺寸。,5)结构设计。确定非主要尺寸,例：齿轮结构设计,6)校核计算。如果不满足条件返回3),7)画零件工作图并写说明书。,章 头,2-9机械零件的材料及其选用,1.选材原则 2.常用材料 3.常用材料的极限应力经验公式,章 头,选材原则,1.应力的大小、性质。例：静应力可用塑性、或脆性材料冲击应力选塑性好的材料,2.零件的工作环境。例：从耐磨性考虑：应选用硬度高的材料或进行表面处理，合理选择配偶材料。从耐腐性考虑：选铜合金或不锈钢。,3.尺寸和质量。例：要求尺寸小，选slim高材料。要求质量轻，选slim/r高材料。,4.零件的复杂程度和材料的加工可能性 例：热
11、处理性，焊接性。,5. 经济性. a)材料价格低。b)加工费用低。c)利用率高。 d)采用局部品质。例 蜗轮结构,6.供应状况. 减少机器上使用的材料品种和规格 优点：1.易购 2.品种少，便于保管,节 头,常用材料,一、黑色金属：碳钢及其合金。例：灰铸铁、普通碳钢、优质碳钢、合金结构钢。,常用机械性能,1.强度：sB，ss，sr,2.硬度：HB、HRC、HV。影响零件的磨损、疲劳点蚀。,二、有色金属：,铜合金-耐腐、耐磨、导电热性能好可做轴瓦，蜗轮,铝合金-强重比高、导电热性能好,轴承合金（巴氏合金）-轴瓦内衬,三、非金属材料：塑料、橡胶、尼龙做皮带、密封圈,节 头,钢、灰铸铁和轻金属的极限
12、应力经验计算式,节 头,2-10 机械零件设计中的标准化,一 标准化的意义,1.提高质量、降低成本,2.缩短设计周期,3.便于维修,二 标准化分类：,1.国家标准（GB）,2.部标准(例：JB),3.企业标准,章 头,第二章机械设计概述小结,1.机械设计概述2.零件设计概述3.标准化、系列化、通用化意义,要求：功能、经济性、劳保,程序: 计划总体技术试制生产,失效形式：断裂、表面失效、塑性变形、破坏正常工作条件,设计准则：强度、刚度、稳定性、寿命,设计步骤：选择结构算力选材计算尺寸结构设计校核计算工作图,章 头,思考题,1.对机器有哪些主要要求？ 2.设计机器的一般步骤有哪些？ 3.零件的失效
13、形式有哪几种？ 4.零件的设计步骤？ 5.系列化、通用化、标准化的意义是什么？,章 头,牛头刨,轴部件的构成,曲轴,减速器,螺栓断裂,磨粒磨损,疲劳点蚀过程,sH,sH,分布载荷代替集中载荷,合理截面形状,同一截面积时，工字型截面刚度大，强度高, ,减小轴肩应力集中,减小应力集中， R尽可能大,跨度过大，可增加支承点,支承部分刚度要大、同心度高,间单造型, ,工艺性加工要方便,安装要方便,局部品质,轮齿齿根断裂,螺栓联接,螺母固定、螺杆转动移动,平键联接,花键联接,刚性凸缘联轴器,销联接,离合器,带传动,链传动,齿轮传动,齿轮结构尺寸,蜗杆传动,滑动轴承动轴承,深沟球轴承,名称：深沟球轴承 类型代号：6(0) 结构代号：60000(0000) 特点：,轴,板簧,轴的拉伸强度计算,F,F,强度条件：,ss 或 ss=slim/sss其中 s=F/A A为截面积s=slim/ss,轴的扭转强度计算,强度条件,tt 或 st=tlim/tst 其中s=T/W W为抗扭截面模量t=tlim/st,梁的刚度计算,刚度条件： yy qq,振动稳定性,稳定性条件 f1.15fp,
