Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第,1,章 机械设计总论,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第,1,章 机械设计总论,1.1,设计机器的一般程序,1.2,对机器的主要要求,1.3,机械零件的主要失效形式,1.4,设计机械零件时应满足的基本要求,1.5,机械零件的设计准则,1.6,机械零件的设计方法,1.7,机械零件设计的一般步骤,1.8,机械零件材料的选用原则,1.9,机械零件设计中的标准化,第1章 机械设计总论1.1 设计机器的一般程序,1,.1,设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求,。,作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据；,市场,/,竞争对手调研报告,专利调查报告,可行性评估报告,产品规划书,1.1 设计机器的一般程序产品规划方案设计技术设计施工设计机,1,.1,设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,又称为概念设计,。,对产品的功能原理进行设计。是整个产品设计的关键；,需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据；,产品方案设计报告,产品设计草图,1.1 设计机器的一般程序产品规划方案设计技术设计施工设计机,1,.1,设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,功能原理设计,针对产品的主要功能提出一些原理性的构思,。,例如：设计一种点钞机,构思将钞票逐张分离的工作原理,推括,摩擦,离心力,重力,1.1 设计机器的一般程序产品规划方案设计技术设计施工设计机,1,.1,设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,又称为概念设计。对产品的功能原理进行设计。是整个产品设计的关键；,需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据；,将产品的功能原理具体化为机器产品及其零部件的具体结构，它又可进一步细分为总体设计、结构设计、商品化设计、模型试验等过程；,理论分析及设计计算资料,产品装配图,1.1 设计机器的一般程序产品规划方案设计技术设计施工设计机,1,.1,设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,例题：硬币计数包卷机,1.1 设计机器的一般程序产品规划方案设计技术设计施工设计机,1,.1,设计机器的一般程序,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程,又称为概念设计。对产品的功能原理进行设计。是整个产品设计的关键；,需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求。作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据；,将产品的功能原理具体化为机器产品及其零部件的具体结构，它又可进一步细分为总体设计、结构设计、商品化设计、模型试验等过程；,主要指零件、部件工程图绘制，工艺文件的编写，设计说明书和使用说明书的编写等工作；,1.1 设计机器的一般程序产品规划方案设计技术设计施工设计机,1.2,对机器的主要要求,使用功能要求,经济性要求,劳动保护和环境保护要求,寿命与可靠性要求,对机器的主要要求,其它专用要求,1.2 对机器的主要要求使用功能要求经济性要求劳动保护和环境,1.2,对机器的主要要求,使用功能要求,经济性要求,劳动保护和环境保护要求,寿命与可靠性要求,对机器的主要要求,其它专用要求,提高,使用,经济指标的主要途径：,1),合理提高机械化、自动化水平，提高机器的生产效率。,2),选用高效传动系统，减少中间环节，降低能源消耗。,3),适当采用防护和润滑，延长机器的使用寿命。,4),采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。,提高,设计和制造,经济指标的主要途径：,1),采用现代设计方法，优化设计，保证可靠性。,2),提高“标准化、系列化、通用化”的程度。,3),采用新技术、新工艺、新结构、新材料。,4),合理组织设计和制造过程。,5),改善零件结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。,1.2 对机器的主要要求使用功能要求经济性要求劳动保护和环境,1.2,对机器的主要要求,使用功能要求,经济性要求,劳动保护和环境保护要求,寿命与可靠性要求,对机器的主要要求,其它专用要求,劳动保护有两层含义：,1),使机器的操作者方便和安全。,2),改善操作者及机器的环境。,1.2 对机器的主要要求使用功能要求经济性要求劳动保护和环境,1.2,对机器的主要要求,使用功能要求,经济性要求,劳动保护和环境保护要求,寿命与可靠性要求,对机器的主要要求,其它专用要求,机器可靠度,R,：在规定的使用时间,(,寿命,),内和预定的环境条件下，机器能够正常工作的概率。,机器失效的概率,F,为：,F=1-R,机器出厂时已经存在的可靠性叫做机器的,固有可靠性。,考虑到用户的人为因素，已出厂的机器正确地完成预定功能的概率，叫做机器的,使用可靠性,。,1.2 对机器的主要要求使用功能要求经济性要求劳动保护和环境,1.3,机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,齿轮轮齿断裂,轴承内圈断裂,(1),某一危险截面的应力超过零件的,强度极限,(2),在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。,1.3 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式整体断裂,1.3,机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,(1),某一危险截面的应力超过零件的,强度极限,(2),在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。,1.3 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式整体断裂,1.3,机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,(1),某一危险截面的应力超过零件的,强度极限,(2),在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。,1.3 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式整体断裂,1.3,机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,当作用于零件上的应力超过了材料的,屈服极限,，,零件将产生残余变形。,齿轮齿面塑形变形,轴承外圈塑性变形,1.3 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式整体断裂,1.3,机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,腐蚀,：,金属表面的一种电化学或化学侵蚀现象。,磨损,：两个接触表面在作相对运动的过程中表面物质丧失或转移的现象。,接触疲劳,：,受到接触变应力长期作用的表面产生裂纹或微粒剥落的现象。,轴瓦磨损,齿面接触疲劳,1.3 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式整体断裂,1.3,机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,破坏正常工作条件引起的失效：打滑、胶合、共振,1.3 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式整体断裂,1.3,机械零件的主要失效形式,机械零件的主要失效形式,整体断裂,过大的残余变形,零件的表面破坏,破坏正常工作条件引起的失效,机械零件的失效主要是由于,疲劳,、,磨损,、,腐蚀,等因素引起！,1.3 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式整体断裂,1.4,设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。,提高零件强度的措施有：,采用高强度的材料；,使零件具有足够的截面尺寸；,合理设计零件的截面形状；,提高零件的制造精度，以减少工作时的动载荷；,合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷。,1.,强度要求,1.4 设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的,1.4,设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。,2.,刚度要求,提高零件刚度的措施有：,增大零件的截面尺寸或增大惯性矩；,缩短支承的跨距或采用多点支承。,1.4 设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的,1.4,设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。,3.,寿命要求,影响零件寿命的主要因素有：,影响疲劳强度的因素有：,疲劳破坏,腐蚀,磨损,应力集中；,零件的尺寸大小；,零件表面质量及环境状况。,1.4 设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的,1.4,设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,应保证零件有足够的强度、刚度和寿命。,3.,寿命要求,影响零件寿命的主要因素有：,疲劳破坏,腐蚀,磨损,抗腐蚀的措施有：,表面发兰（发黑）；,表面镀层；,表面涂漆；,表面阳极化。,1.4 设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的,1.4,设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,设计的结构应便于加工和装配。,热套金属环，要留有槽,1.4 设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的,1.4,设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。,采用组合部件,1.4 设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的,1.4,设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,质量小则可节约材料；,质量小则灵活、轻便。,铸造,薄板冲压,1.4 设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的,1.4,设计机械零件时应满足的基本要求,设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,应降低零件发生故障的可能性（概率）。,锅炉爆炸,1.4 设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的,1.5,机械零件的设计准则,机械零件的设计准则,强度准则,刚度准则,寿命准则,振动稳定性准则,可靠性准则,确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。,零件中的应力不得超过许用值。,即：,lim,lim,-,材料的极限应力,脆性材料：,lim,=,B,(,强度极限,),塑性材料：,lim,=,S,(,屈服极限,),为了安全起见，引入安全系数,S,，得：,lim,/S,或,-,许用应力,1.5 机械零件的设计准则机械零件的设计准则强度准则刚度准则,1.5,机械零件的设计准则,机械零件的设计准则,强度准则,刚度准则,寿命准则,振动稳定性准则,可靠性准则,确保零件不