第1、2章机械设计01～2第一篇 总论(第一、二章)ppt课件.ppt

第一篇 总 论,第一章 绪论 第二章 机械设计总论 第三章 机械零件的强度 第四章 摩擦、磨损及润滑概述,引言,引言,人类社会的进步源于不断地创新，设计活动则是创新的策划、起点和关键 环节。,机器(machine)是人们改造世界和现代化生活的重要工具，机器的发明、使用和发展 是现代社会发展的一个重要创新过程。在这一创新过程中，人们总结出了进行机械设计的理论与方法，从而为更高层次的创新与设计奠定了基础。,现代教育的目标是素质教育，而素质教育的核心应该是创新素质教育。作 为集中了人们关于机械及装备创新智慧的机械设计的理论与方法，应该是 同学们学习创新的理想内容。,关于机械设计的理论与方法是博大精深的，而作为大学本科阶段的一门课 程，机械设计课程的主要任务是讲述通用机械零部件的设计以及机械系统 设计的基础知识。,绪 论,一.课程的研究对象及内容二.课程的性质三.课程的任务四.学习本课程的注意事项,健身增肌 二次发育,WeiXin,TaoBao,机械设计 是为了满足机器的某些特定功能要求而进行的创造过程，即应用新的原理或新的概念，开发创造出新的产品，或对现有机器的局部进行创造性的改革。,一、课程研究对象及内容,机械设计 = 机械 + 设计,1、基本概念,机械的组成,机械是机器和机构的总称,机器是代替人们体力和部分脑力劳动的工具，机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能比人工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。例如：特种环境工作的机器人、自动化生产线、人们代步用的汽车等。,机器是根据要求设计执行运动的装置，完成能量转换、物料、信息传递。,机构是用来传递运动和力的可动装置。,辅助系统：例如润滑、显示、照明等,动力系统,传动系统,执行系统,操作系统和控制系统,1）从功能看 三个基本部分、三个辅助部分,动力系统,提供动力、实施能量转换,如：水轮机,电动机,机械能,水能(自然界能源),电能(二次能源),传动系统,将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置,功能：,变速（减速或增速）,传递动力,改变运动规律,多驱动,执行系统,操纵及控制系统,使各部分协调动作,其他辅助装置,冷却、润滑、记数、照明等,机械能,是机器中最接近作业端的装置，直接与被作业件相接触，以完成预定任务。,动力系统,传动系统,执行系统,操纵及控制系统,辅助装置,冷却、润滑、记数、照明,以汽车为例 机械系统的组成,3)从制造安装方面看： 任何机械设备都是由许多机械零部件组成的。,机械零件：,是机械制造过程中不可分拆的最小单元。,2）从运动观点看：机械设备是由机构组成。,机械零件可以分为两大类,通用零件：各种机械中经常用到的一般参数的零件。 例如： 螺钉 齿轮 链轮 直轴 箱体,专用零件：在特定类型的机器中才能用到的零件。 例如： 飞机螺旋桨 内燃机曲轴,通用零件：各种机械中经常用到的一般参数的零件。 例如： 螺钉 齿轮 链轮 直轴,专用零件：在特定类型的机器中才能用到的零件。例如：飞机螺旋桨 内燃机曲轴,机械部件：,是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体。例如：轴承，联轴器，发动机。,滚动轴承部件,2、机械设计课的研究对象： 一般参数（尺寸、精度、温度、压力等）的通用零件。包括简单机械的设计和典型零部件的设计,联接零件：螺钉、键、花键、过盈机械传动件：带、链、齿轮、蜗轮轴系零部件：轴，轴承、联轴器其它零部件：弹簧、机座，减速箱,3、机械设计的重点内容：,从承载能力出发，考虑结构、工艺、维护等方面来解决通用零件的设计问题。包括如何确定零件尺寸、如何选择材料、精度、表面质量及绘制零件图等。,本课程是一门以通用零件的设计为核心的设计性课程，论述它们的基本设计理论与方法，培养学生具有设计一般机械的能力的主干设计性技术基础课程。综合运用已学知识：制图、力学、金属学（材料及工艺）、公差配合、机械原理等。了解、应用机械设计的理论和方法。,二、本课程的性质,机械原理课程的范畴,机械设计课程的范畴,机械设计在国民生产中的地位（重要性）,机械是现代各行业的基础，是物质生产的基本工具，机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改造的重任，其应用水平是一个国家技术水平和现代化程度的重要标志，也是信息化产业的基础。 设计则是产品生产的第一道程序，设计质量的高低直接影响到机械产品的技术性能和经济性能，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。,）实现能量转换（电动机）,）实现物料转换（各种机床）,）实现信息转换（计算机）,设计具有使用功能的机械技术系统，设计能满足人们生产、生活的需要，具有市场竞争力的产品是机械设计的核心任务。,掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律；树立正确的设计思想；具有使用标准、规范、手册、图册及查阅资料的能力；掌握典型零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；了解机械设计的新发展，培养创新能力。,三、本课程的任务,1）经济竞争归根结底是设计和制造能力竞争,工业化国家的财富6080%是制造业创造的,制造是将科技转化为财富的最后环节,各发达国家重新重视制造业,2）机械制造业生产管理模式的转变,大批量、单一化、流水 作业生产管理模式,中小批量、个性化、 柔性生产管理模式,3）制造业市场竞争围绕 TQCSF 展开,上市时间 Time 质量 Quality 产品成本 Cost 服务 Service 灵活性 Flexible,4）竞争的焦点之一是设计,成功的设计赢得了市场,设计是科技成果转化为生产力的纽带,设计是引进技术实现国产化的重要环节,没有现代化设计就没有现代化产品,5）设计在生产中的地位,设计是影响产品技术与经济指标的关键,设计占成本 5%,设计决定成本 75%,现代企业三部分,开发设计,制造,市场销售,将核心工作放在本企业，两头在内，中间在外,四、学习本课程的注意事项：,课程的特点：“六性”（内容的综合性、设计性、实践性、理论应用的多样性、章节的独立性、计算结果的非唯一性）“四多”：公式多而繁、概念多、图表多、系数多注意理论联系实际，将机械零件的设计放到整个机械系统中加以考虑;注意掌握零部件的共性（工作原理、失效形式、常用材料、承载能力计算、参数选择、结构设计）;掌握机械零部件设计的一般思路。,学习方法：1 在学习本课程的同时要及时复习和巩固有关先修课程的知识2 弄清设计原理和设计公式的应用条件及公式中各量之间的相互关系,3 正确对待理论设计和经验设计的关系4 正确处理计算与绘图的关系5 正确对待设计计算结果6 重视培养结构设计能力7 重视培养整机设计能力8注意创新能力的培养及创新技法的学习,第二章 机械设计总论,2-1 机器的组成,2-2 设计机器的一般程序,2-3 对机器的主要要求,2-4 机械零件的主要失效形式,2-5 设计机械零件时应满足的基本要求,2-6 机械零件的计算准则,2-7 机械零件的设计方法,2-8 机械零件设计的一般步骤,2-9 机械零件材料的选用原则,2-10 机械零件设计中的标准化,2-11 机械现代设计方法简介,机器的组成1,2.1机器的组成,人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各异的机器。,一台完整的机器(machine)的组成大致可包括：,原动机部分,设计机器的一般程序,2.2设计机器的一般程序,计划阶段,方案设计阶段,技术设计阶段,技术文件编制阶段,一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。,作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。,设计机器的一般程序：,详细说明,2.2 设计机械的一般程序,计划阶段,方案设计,技术设计,技术文件的编制,试制、试验、鉴定、生产,信息反馈、修改,机械设计的内容,分析工作原理,类型选择,受力分析,改进与发展,结果分析与设计,简化模型,失效分析,建立计算准则,1 使用功能要求（满足需要原则）2 经济合理原则（低成本高收益要求）3 劳动保护和环境保护要求（安全原则）4 寿命和可靠性要求（机械的必备条件）5 其它专用要求工艺性及标准化、系列化、通用化“三化”原则（提高设计质量，降低制造成本）,人机工程原则（操作使用方便及美观要求）优化原则（节能、低耗、低噪、低污染等绿色要求）,2.3 机械设计的基本要求,设计机械时应满足的基本要求,途径：1）先进的现代化设计方法 2）最大限度标准化 3）新技术、新工艺,失效,零部件不能满足工作要求称为失效。,机械零件的主要失效形式,破坏正常工作条件引起的失效：,整体断裂：拉，压，弯，剪、扭,过大的残余变形：加工，热处理,零件的表面破坏：腐蚀、磨损和接触疲劳,打滑，共振，胶合等,2.4 机械零件的主要失效形式与设计准则,2.5 设计机械零件的基本要求,1、避免在预期寿命期内失效的要求1）强度：零件在工作中发生断裂或不允许的残余变形都属于强度不足。 - 最基本要求2）刚度：零件在工作时所产生的弹性变形不超过允许的限度就叫满足了刚度要求。一般分为整体变形刚度和表面接触刚度。3）寿命：零件正常工作延续的时间叫零件的寿命。 2、结构工艺性的要求 良好的结构工艺性是指零件便于加工、便于装配、费用低。毛坯选择合理，降低精度要求，结构简单，采用标准件 3、经济性要求 4、质量小的要求 5、可靠性要求,2.6 机械零件的设计准则,机械零件工作能力计算依据的原则,工作能力：零件不发生失效时极限工作指标,其他准则：耐磨性准则：针对零件的表面失效。 验算压强： ， 要限制单位接触面上单位时间产生摩擦功不要过大，控制振动稳定性准则：针对高速机器中零件出现的振动、振动的稳定性和共振。对于强迫振动，振动准则为： f n0.85f 或 f n1.15f可靠性准则：按传统强度设计方法设计零件，由于材料强度，外载荷和加工尺寸等存在离散性，有可能出现达不到预定工作时间而失效的情况。希望将出现这种失效情况的概率控制在一定程度之内，这就对零件提出可靠性要求。,2.7 机械零件的设计方法与基本原则,一、机械零件的设计方法,机械零件的设计方法,常规的（或传统的）设计方法,现代设计方法,1、常规的（或传统的）设计方法,理论设计：根据理论和试验数据进行的设计称理论设计。,以强度准则为例：,对上式可有两类处理方法：,设计计算：由公式直接确定零件的主要尺寸，即,校核计算：由其他方法初步确定零件的主要尺寸后进行校核计算，即,设计计算多用于能通过简单的力学模型进行设计的零件；校核计算则多用于结构复杂、应力分布较复杂但又能用现有的力学分析方法或变形分析方法进行计算的场合。,经验设计：根据设计者的工作经验或经验关系式用类比的方法进行设计，称为经验设计。此方法适用于使用要求变动不大而结构形状已典型化的零件，如机架、箱体等,模型实验设计：把初步设计的零、部件或机器制成小模型或小尺寸样机，经过实验的手段对其各方面特性进行检验，根据实验结果对设计进行逐步修改、调整和完善。此方法适用于尺寸巨大、结构复杂、难以理论分析的重要零部件或机器的设计。,2、现代设计方法：可靠性设计、优化设计、反求工程设计、模块化设计、计算机辅助设计等。,机械零件设计的一般步骤,2.8机械零件设计的一般步骤,选择零件类型、结构,机械零件的设计一般要经过以下几个步骤：,详细说明,2.8、机械零件设计的基本原则,1、材料的选择原则,1)使用要求（工作能力要求） 零件的工况 对零件尺寸和质量的限制 零件的重要程度 2)工艺要求 毛坯制造 机械加工 热处理 3)经济性要求 材料价格 加工批量和加工费用 材料的利用率,2、标准化的原则,2.9 机械零件的常用材料,黑色金属,铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁,铸钢铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好 强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差,碳钢与合金钢应用最广泛,有色金属,铝合金重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近,铜合金黄铜：Cu与Zn合金 青铜：Cu与Sn的合金 无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金,非金属材料 塑料轻、易加工成形、减摩性好，强度低，可作为普通机械零件、绝缘体 橡胶弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和密封元件、减震元件 陶瓷硬度极高、耐磨、耐腐蚀、熔点高、刚度大以及密度比钢铁低，但较脆、断裂韧度低、价格昂贵、加工工艺性差。,复合材料,复合材料是由两种或两种以上具有明显不同的物理和力学性能的材料复合制成的，主要优点是有较高的强度和弹性模量，而质量又特别小；但也有耐热性差、导热和导电性能较差的缺点。,机械零件材料的选用原则,1）载荷及应力的大小和性质,2）零件的工作情况,4）零件的结构及加工性,5）材料的经济性,3）零件的尺寸及重量,详细说明,环境、摩擦及磨损,强度观点,大、复杂铸；锻受尺寸限制,复杂铸；锻简单些；可焊性及易加工性,本身价格、加工费用、利用率、组合结构、稀有替代、供应状况,三化内容：系列化、通用化和标准化 系列化是指在同一基本结构下，规定若干个规格尺寸不同的产品，形成产品系列，以满足不同的使用条件。 通用化是指在同类型机械系列产品内部或在跨系列的产品之间，采用同一结构和尺寸的零部件，使有关的零部件特别是易损件，最大限度地实现通用互换。 标准化：国标GB、部标、国际标准（ISO）、专业标准、行业标准、厂标,2-10、标准化的原则（即标准化、系列化和通用化）,机械零件设计中的标准化1,2.10机械零件设计中的标准化,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： ISOGB JB、HBQB,国标分为：强制标准和推荐标准,标准化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，以降低生产成本。,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，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。,标准化就是要通过对零件的尺寸、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。,“三化”意义 减轻设计工作量 用先进技术生产标准件 减少技术过失的重复出现 提高互换性便于检修维护 有利于增加产品品种，扩大生产,机械现代设计方法简介1,2.11机械现代设计方法简介,机械现代设计方法通常是相对传统的设计方法而言的。,现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学、应用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下列转换：,以动态的取代静态的如机器结构动力学计算。以定量的取代定性的如有限元计算。以随机量取代确定量如可靠性设计。以优化设计取代可行性设计如优化设计。并行设计取代串行设计如并行设计。微观的取代宏观的如微纳米摩擦学设计。系统工程法取代分部处理法如系统工程。自动化设计取代人工设计的转化如计算机辅助设计。,一、 选择题1设计铸件时，在垂直于分型面的表面应有适当的铸造斜度，这是为了_。（1）使零件外形美观 （2）减轻零件的重量 （3）减少零件的加工面积 （4）便于起模2对大量生产、形状较复杂、尺寸大的零件，应选择_。(1)自由锻造的毛坯 （2）冲压毛坯 （3）铸造毛坯 （4）模锻毛坯3对大量生产、强度要求高、尺寸不大、形状不复杂的零件，应选择_。（1）铸造毛坯 （2）冲压毛坯 （3）模锻毛坯 （4）自由锻造毛坯4从经济方面考虑，单件生产的箱体最好采用_。（1）灰铸铁铸造 （2）铸铜铸造 （3）钢板铆接 （4）钢板焊接5零件的工作安全系数为_。(1）零件的极限应力比许用应力 （2）零件的极限应力比零件的工作应力 （3）零件的工作应力比许用应力 （4）零件的工作应力比零件的极限应力,