第1章机械设计总论.pptx
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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,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;,1.2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。
1.3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,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,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,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,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,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,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!
1.4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,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,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,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,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,寿命准则,振动稳定性准则,可靠性准则,确保零件不发生过大的弹性变形。
零件在力作用下的弹性变形量不得超过许用值。
即:
yy,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,通常与零件的疲劳*、磨损、腐蚀相关。
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,高速运转机械的设计应注重此项准则。
保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频率错开。
即:
0.85ffp或1.15ffp,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,可靠度的定义:
对件数为N0的一批零件进行试验,经过时间t之后有N件仍能正常工作,则该零件在该试验环境条件下工作时间t的可靠度定义为:
R=N/N0,可靠度R是时间的函数。
tNR,根据许用可靠度R,计算预期寿命。
1.6机械零件的设计方法,机械零件的设计方法,理论设计,经验设计,模型实验设计,根据零件工作能力准则,确定零件的主要尺寸。
a)设计计算:
直接求出危险截面尺寸A。
b)校核计算:
其他方法初步设计验算。
1.6机械零件的设计方法,机械零件的设计方法,理论设计,经验设计,模型实验设计,根据经验关系式,用类比的方法所进行的设计。
如:
箱体、传动件各个结构要素等。
1.6机械零件的设计方法,机械零件的设计方法,理论设计,经验设计,模型实验设计,把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺寸样机进行实验。
如:
飞机、桥梁的风洞实验。
1.7机械零件设计的一般步骤,机械零件设计的一般步骤,选择零件类型、结构,1.8机械零件材料的选用原则p,一、常用材料,:
铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1).,:
塑料、橡胶、合成纤维,:
低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢(如:
08F45601Cr18),:
灰铸铁、球墨铸铁(如:
TH300QT500-5),:
强如钢、轻如铝、硬如金刚石,:
强度高、弹性模量大、质量轻,1.8机械零件材料的选用原则,二、选用原则,载荷及应力的大小和性质,零件的工作情况,零件的结构及材料加工性,材料的经济性及供应状况,零件的尺寸及重量,脆性材料-制造承受静载荷的零件;塑性材料-制造承受冲击载荷的零件。
可以通过热处理提高和改善金属材料的性能。
零件的工作情况是指零件所处的环境特点、工作温度、摩擦磨损的程度等。
选择适于进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢等品种。
与材料的品种及毛坯制取方法有关。
结构复杂的零件宜选用铸造毛坯,或用板材冲压出元件后再经焊接而成。
结构简单的零件可用锻造法制取毛坯。
了解铸造材料、锻造材料、焊接材料、材料的热处理、冷加工等的工艺性。
材料本身的相对价格、加工费用、利用率。
采用组合结构,节约稀有材料。
(减少材料品种和规格),1.9机械零件设计中的标准化,机械零件设计中的标准化,零件标准化的含义,零件标准化的益处,与设计有关的标准,对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要求等,制定出大家共同遵守的标准。
1.9机械零件设计中的标准化,机械零件设计中的标准化,零件标准化的含义,零件标准化的益处,与设计有关的标准,有利于保证产品质量,减轻设计工作量,便于零部件的互换和组织专业化的大生产,降低生产成本。
1.9机械零件设计中的标准化,机械零件设计中的标准化,零件标准化的含义,零件标准化的益处,与设计有关的标准,国际标准国家标准行业标准企业标准等如:
ISOGBJB、HBQB,国标分为:
强制标准和推荐标准,强制性国家标准代号为GB(为标准序号)(为批准年代)强制性国标必须严格遵照执行,否则就是违法。
推荐性国家标准代号为GBT,这类标准占整个国标中的绝大多数。
如无特殊理由和特殊需要,必须遵守。
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