机械设计总论
机械设计机械设计总论
机械设计机械设计总论机械设计是机械工程学科中的一个重要分支，是指根据一定的技术要求和客户需求，从机械结构、机械元器件、机械传动、机械控制等方面，综合设计出符合要求的机械产品的过程。
机械设计总论是机械设计学科中最为重要的基础课程之一，它的研究内容主要包括机械设计的基本概念、机械设计的流程、机械设计的原则和方法以及机械设计中常用的材料和工艺等方面。
机械设计的基本概念包括机械设计的定义、任务、设计对象和设计要求。
机械设计的定义是指以机械学和材料学为基础，根据技术要求和客户需求，综合设计出符合要求的机械产品的过程。
机械设计的任务是在技术经济的条件下，为解决问题而进行的一种有目的的创造性活动，是实现机械产品工程化的重要环节。
机械设计的设计对象主要包括机械结构、机械元器件、机械传动和机械控制等方面。
机械设计的设计要求主要包括机械产品的功能要求、质量要求、安全要求和经济要求等方面。
机械设计的流程是指从研究设计任务、制订设计方案、进行设计计算、制定制造工艺和进行产品试制等一系列过程。
机械设计的原则和方法主要包括平衡原理、强度原理、刚度原理、稳定性原理、尺寸和形状选取原则以及制造工艺的选取等方面。
机械设计中常用的材料和工艺主要包括金属材料、非金属材料、热加工、冷加工，机床加工等方面。
机械设计的研究不仅涉及到机械工程学科的基础，还需要深入了解材料科学、力学、流体力学等相关学科的知识，才能较好地完成机械产品的设计。
而在实际的机械设计过程中，还需要根据不同的任务和需求，选择合适的设计软件和开发平台，进行三维模型的构建、动态仿真以及优化设计等工作，这些技术的应用将大大缩短了设计周期和成本，提高了设计的精度和效率。
总之，机械设计是一个复杂的、创新型的工作，需要设计人员全面掌握机械设计的基本概念、流程、原则和方法以及材料和工艺等知识，既重视创新和研究能力，又注重实践操作和团队协作等综合能力，才能更好地完成机械产品的设计任务。
机械设计总论
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。
§8 机械零件设计的一般步骤
一、机械设计的指导思想
①坚持调查研究、理论联系实际、贯彻执行各项技术经济政策； ②既要大胆创新，又要保持严谨的科学态度； ③将吸收国外先进技术与符合我国的国情统一起来。
二、机械设计的一般步骤
编制设计 任务书 初步设计 (技术设计) 结构 设计 产品定型 设计
样机试验 与鉴定
审核与 评价
应当注意，设计过程是一个不断修改、不断完善、逐步接近最优设计结果的过程。 这个过程不是一个简单重复的过程，需要设计者反复分析、推敲、评价、决策的过程。 而且上面所述的设计各个阶段应根据具体设计进行取舍或调整。
三、机械零件设计的一般步骤
选择 材料 拟定计 算简图
工作能 力计算
结构 设计
绘图
§9 机械零件常用材料及其选用
一、常用材料
性能：强度很高、塑 性较好、可承受很大载荷 ，且可进行热处理以提高 和改善其机械性能 ； 品种：碳钢、合金钢 、铸钢、锻钢等 性能：良好的铸造、切削 加工、抗末、抗压和件镇性能 ，且价格低廉； 品种：灰铸铁、球墨铸铁 及特殊性能铸铁等
２．铸铁
１．钢 常用 材料 ３．有色金属合金
４．非金属材料
性能：根据材料品种的不同， 具有一些特殊的性能，如耐腐蚀 、绝缘、耐磨等； 品种：工程塑料、橡胶、石 墨、木材、陶瓷、复合材料等； 性能：具有某些特殊性能， 如良好的减摩性、耐腐蚀性、导 电导热性等； 品种：铜合金、铝合金等
二、机械零件材料的选择原则
第二章 机械设计总论
§2-3
二、 经济性要求： 经济性要求：
对机器的主要要求
一、使用功能的要求：要满足预期的使用要求 使用功能的要求：
1）设计制造经济性——成本低 设计制造经济性——成本低
最大限度地采用标准化 系列化及通用化的零 部件。 最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零、部件。 标准化、 的零、 采用现代设计方法，使设计参数最优化。 采用现代设计方法，使设计参数最优化。 尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。 尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。 改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。 改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。
失 共振 胶合 效 (打滑) 打滑) (脱链) 脱链)
零件本身的 固有频率与 激振源的频 率重合或成 整数倍关系
摩擦功在接触 表面间产生瞬 时高温, 时高温,将表面 油膜破坏， 油膜破坏 ， 使 得接触表面间 材料微观熔化 后粘焊现象
带传动中由于 过载导致带与 轮之间发生全 面相对滑动的 现 象
链传动中由于 铰链销轴磨损 导致链节距过 长产生脱链的 现 象
机器可靠性的高低是用可靠度来衡量的。机器的可靠度R， 机器可靠性的高低是用可靠度来衡量的 。 机器的可靠度 ， 是指在规定的使用 时间内和预定的环境条件下机器能够正常工作的概率。机器不能正常工作， 时间内和预定的环境条件下机器能够正常工作的概率。 机器不能正常工作，即机器 由于某种故障而不能完成其预定的功能叫做失效。 由于某种故障而不能完成其预定的功能叫做失效。失效和正常工作是相互独立的一 对互斥事件。因此机器失效的概率F应当为 应当为： 对互斥事件。因此机器失效的概率 应当为：F=1-R。机器的可靠性也是机器的一种 。 固有属性。作为机器的设计者，当然对机器的可靠性能起到决定性的作用。 固有属性。作为机器的设计者，当然对机器的可靠性能起到决定性的作用。
第1章机械设计总论
零件应有合理的生产加工和使用维护的成本 。
质量小的要求 可靠性要求
PPT文档演模板
采用组合部件
第1章机械设计总论
1.4 设计机械零件时应满足的基本要求
n 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
质量小则可节约材料 ；
质量小则灵活、轻便 。
质量小的要求 可靠性要求
n 机械零件的设计准则
强度准则
确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。
刚度准则 寿命准则 振动稳定性准则
零件中的应力不得超过许用值。
即： σ ≤ σlim
σlim --材料的极限应力
脆性材料：σlim = σB (强度极限) 塑性材料：σlim = σS (屈服极限)
为了安全起见，引入安全系数S，得：
2. 刚度要求
结构工艺性要求 提高零件刚度的措施有：
经济性要求
▲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。
质量小的要求
可靠性要求
PPT文档演模板
第1章机械设计总论
1.4 设计机械零件时应满足的基本要求
n 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
应保证零件有足够的强度、刚度和寿命 。
破坏正常工作条 件引起的失效
PPT文档演模板
第1章机械设计总论
1.3 机械零件的主要失效形式
n 机械零件的主要失效形式
整体断裂
(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。
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
PPT文档演模板
机械设计总论
5）力求改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加工、易
装配。
机
提高使用经济性指标的主要途径有：
械
1）合理地提高机器的机械化和自动化水平，以期提高机器 的生产率。 2）选用高效率的传动系统，尽可能减少传动的中间环节，
设 计 上
邓
以期降低能源消耗。
召
3）适当地采用防护及润滑，以延长机器的使用寿命。 义
第二章 机械设计总论
内容提要
本章主要分为两部分：关于机器总体设计的概述和关于机
械零件设计的概述。机器总体设计包括：机器的组成、设
计机器的一般程序、对机器的主要要求等；
机械零件设计包括：机械零件的主要失效形式、设计机械
零件时应满足的基本要求、机械零件的计算准则、机械零
件的设计方法、机械零件设计的一般步骤、机械零件材料
设计机械零件时应满足的基本要求、机械零件的 计 上
计算准则、机械零件的设计方法、机械零件设计 邓
的一般步骤、机械零件材料的选用原则、机械零
召 义
件设计中的标准化等。
21.06.2019
第二章 机械设计总论
2
§2-1机器的组成
机器的发展经历了一个从简单到复杂的过程
人类为了满足生产及生活的需要，设计和制
邓
通过方案评价，最后进行决策，即确定下一步技术设计的原理图或机
构运动简图。在方案设计阶段，要正确处理借鉴与创新的关系，既要
召 义
反对保守和照抄照搬，又要反对一味求新而弃用原有合理经验。
21.06.2019
第二章 机械设计总论
8
§2-2设计机器的一般程序-续3
（三）技术设计阶段
技术设计阶段的目标是总装配草图和部件装配草图。通过草图设
机械设计总论(doc 15页)
机械设计总论(doc 15页)第二章机械设计总论§2 – 1 机器的组成机器的组成如下：控制系统原动件传动装置执行机构辅助系统§2 – 2 设计机器的一般程序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♦使用功能要求♦经济性要求♦劳动保护要求♦可靠性要求♦其它专用要求§2 – 4 机械零件的主要失效形式失效：――机械零件由于某种原因不能正常工作时失效并不单纯指破坏。
破坏只是失效的形式之一。
同一种机械零件的可能失效形式往往有数种机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等（一）整体断裂整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。
（二）过大的残余变形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。
（三）零件的表面破坏零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。
（四）破坏正常工作条件引起的失效有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如：•液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作。
•带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作。
高速转动的零件，只有在转速与转动件系统的固有频率避开一个适当的间隔才能正常工作。
零件在工作时会发生那一种失效，这与零件的工作环境、载荷性质等很多因素有关。
有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、腐蚀等因素引起。
§2 – 5 设计机械零件时应满足的基本要求机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求❑避免在预定寿命期内失效的要求应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。
第1章机械设计总论
二、本课程的任务：
1）树立正确的设计思想 2）掌握通用机械零部件的设计原理、方法和一般规律。 3）掌握一定的设计技能（查阅资料，运用标准、规范。） 4）掌握典型机械零件的实验方法，获得基本的实验技能。 5）树立创新意识，培养机械设计的创新能力。 6）了解机械设计的最新动态 。
本课程的设计性、综合性和实践性都较强。
标准分为国家标准（ＧＢ）和行业标准（JＢ） 主要参数系列化 零部件的通用化：不同的产品中，可以有此零
件或部件是相同的 “三化”：标准化、通用化、系列化
§1—5 机械设计的最新进展
1、系统工程理论用于机械设计 2、可靠性设计 3、运用机械学理论新成果解决机械设计问题（机构学、振
动学、结构强度学、摩擦学、传动机械学、机器人机械 学）
工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度
计算准则——以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件 工作能力计算依据的基本原则（计算所依据的 条件）
1、强度准则
强度、屈服极限
零件在载荷作用下抵抗破坏的能力
2、刚度准则
[ ] lim
S
[ ] lim
S
lim
(
lim
)
B S
( (
B) S)
学习本课程的注意事项：
1）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。(系统性)
2）注意掌握零部件的共性，机械零部件设计的一般思路 (典 型性)
3）综合性 4）工程性
三、机械设计的类型
1、开发性设计 工作原理和结构都是新的
2、适应性设计 工作原理和设计方案不变，作局部变更或增
４、计算机在机械设计中的应用
5、人机工程的发展 6、运用价值工程理论 7、机械设计的实验研究技术有了很大的发展和提高，实验
机械设计总论(ppt95页)
提高设计和制造经济性指标的主要途径有: （1）采用先进的现代设计方法(CAD)，使设计参数最 优化,达到尽可能精确的计算结果,保证机器足够 的可 靠性。 （2）最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零、 部件。 （3）尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。
（4）合理地组织设计和制造过程。
（5）力求改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加 工、易装配。
(4）部件装配草图及总装配草图的设计——结构设计 (5）主要零件的校核计算
以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力 分析和工作能力校核计算 。
四、技术文件编制 技术文件——用来说明产品性能、设计、制造、 操作使用、维护或其他所有与产品相关的文档资料。
技术文件
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表
•
5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Thursday, June 17, 2021June 21Thursday, June 17, 20216/17/2021
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片举升一定角度运输图。
§2-3 对机器的主要要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下， 根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何， 一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：
在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高、 成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全可靠， 操作方便、维修简单。具体要求如下：
•
15、一年之计，莫如树谷；十年之计 ，莫如 树木； 终身之 计，莫 如树人 。2021 年6月上 午11时 47分21 .6.2911 :47Jun e 29, 2021
《机械设计总论》课件
案例三：航空发动机叶片设计
总结词
航空发动机叶片设计是机械设计中的高难度案例，需 要综合考虑气动性能、材料科学和制造工艺等多个方 面的因素。
详细描述
航空发动机叶片设计需要精确计算叶片的气动性能， 选择合适的材料和加工工艺，以确保发动机的性能和 可靠性。同时，还需要考虑叶片的振动、疲劳和耐腐 蚀等方面的要求。在设计中，需要运用先进的计算和 分析工具，以确保设计的可行性和可靠性。
案例二：机器人结构设计
总结词
机器人结构设计是机械设计中的又一重要案 例，涉及到运动学、动力学、材料科学等多 个学科领域。
详细描述
机器人结构设计需要综合考虑机器人的运动 性能、负载能力、精度和稳定性等方面的要 求。在设计中，需要对机器人的整体结构进 行合理布局，选择合适的材料和加工工艺， 以确保机器人的性能和寿命。此外，还需要 考虑机器人的可维护性和可扩展性等方面的
机械设计标准与规范
国家标准与行业标准
01
了解常用的机械设计相关国家标准和行业标准。
设计规范与准则
02
掌握机械设计的基本规范和准则，如强度、刚度、稳定性等。
标准化设计方法
03
了解标准化设计的基本原则和方法，以提高设计效率和质量。
03
机械设计方法论
机械设计方法论 创新设计方法
总结词
强调创新思维和创造性解决问题的方法
CFD技术
总结词
计算流体动力学
详细描述
CFD技术即计算流体动力学，通过计算机模拟流体流动、传热等物理现象，优化机械产 品的流体性能。
智能设计技术
要点一
总结词
基于人工智能的设计技术
要点二
详细描述
智能设计技术基于人工智能和大数据，能够自动进行设计 推理、优化和创新，提高设计效率和创新能力。
机械设计总论
机械设计总论机械设计总论作为机械设计的基础课程，是机械工程学科体系中的一门重要课程，其内容涵盖了机械工程的各个领域。
机械设计总论是一门综合性的学科，其目的是使学生获得机械设计的基本理论知识和技能，为实现各种机械结构之设计、优化和创新打下坚实的基础。
机械设计总论主要包括机械设计的基本原理、机械结构设计、机械零件设计、机械传动设计、机构设计等内容，其重点是如何通过优化机械结构的设计来解决实际工程问题。
机械设计总论的课程安排几乎涉及了机械设计的每个环节，为了让学生更好地理解和掌握机械设计总论的知识，通常将机械设计总论的课程安排分为理论知识和实践教学两部分。
机械设计总论所包含的基础理论部分主要包括工程设计的基本概念与方法、设计流程、材料知识、机械动力学原理、刚度与自然频率、脱敏措施、特种材料的特殊设计原则等方面的知识。
在基础理论部分的学习中，学生需要熟练掌握机械工程领域的常用代码规范以及设计软件的使用，学会全面、系统地应对各种形式的设计任务。
机械设计总论所包含的实践教学部分则是机械设计总论的重头戏，其主要是通过实际案例来培养学生具备机械设计的各项技能，并在实践中训练学生的创造力和实际操作能力。
实践教学部分通常采用“小批量、多样性”的模式，包括机械结构的布局设计、组装、调试和测试等环节。
通过实践教学，学生可以深入了解如何通过实际操作来将机械设计理论应用于实际生产中。
机械设计总论的学习对于机械工程师的职业生涯是非常重要的，机械设计总论一旦学好，对于解决工程问题就会更加游刃有余。
在当今的机械工业中，设计的重要性不言而喻，而机械设计总论正是针对这种需要去培养人才的需求而诞生的，是提高机械工程师设计技能的关键课程之一。
在今天的机械工业中，机械设计经常需要经历变化，而机械设计总论的目的就是为了让学生建立更为广泛、更为稳健的基础，以便实现高效、安全的工程设计。
机械设计的成功不仅仅依赖于学生对机械结构建模的基本知识和能力，还需求学生为每一个工程项目都充分地考虑工程实际上诉求并将这些实践一一应用到设计中去。
第二章 机械设计总论
第二章 机械设计总论
第六节 机械零件的设计准则
在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工 作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制 定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是 所谓的工作能力计算准则。它是设计机械零件的理 论依据。所以设计零件时，首先应根据零件的失效 形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。
第二章 机械设计总论
第二章 机械设计总论
2、结构工艺性要求（便于加工、装配） 零件工艺性良好的标志：在具体的生产条件下， 零件要便于加工、便于装配，而且加工费用低。
第二章 机械设计总论
第二章 机械设计总论
3、经济性要求（材料、加工方法、精度等级） 4、质量小的要求（节约材料、↓惯性力） 5、可靠性要求
dN
λ (t ) = −
dt N
第二章 机械设计总论
将上式分离变量并积分，
− ∫ λ (t )dt = ∫
0 t N N0
dN N = ln = ln R N N0
R = e ∫0
− λ ( t ) dt
t
这就是可靠度和失效率的关系. 零件可靠度可用另一个指标表示，即零件的平均 工作时间（也称零件的平均寿命）。
第二章 机械设计总论
第三节 对机器的要求
在满足预期功能的前提下，要求性能好、 在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率 成本低，造型美观， 高、成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全 可靠，操作方便、维修简单。具体要求如下： 可靠，操作方便、维修简单。具体要求如下：
1）使用要求 2）经济性要求 3）劳动保护和环境保护要求 4）可靠性要求 5）对外观造型的要求 6）其它专用要求
非金属材料
高分子材料 陶瓷材料 复合材料
第二章机械设计总论
经济性 要求
社会性 要求
2020/5/8
20
例：汽 车
2020/5/8
载货（客）量 耐用性 速度
耗油量
价格
…… ……
安全性 舒适性 美观 排放量
21
一、机械设计的基本内容
1. 方案设计 根据机械的功能要求，确定机械的总体方案。
方案设计
确定工作原理 确定机械系统运动方案
2020/5/8
22
例：螺纹加工方法
确定 机械系统
运动方案
确定执行构件的运动 选择原动机 采用哪些机构实现运动形式的转换 采用哪些机构实现运动速度的转换
确定传动装置的布局
2020/5/8
26
方案设计
确定工作原理 确定机械系统运动方案
方案设计是机械设计中至关重要的一步。 它从根本上影响机械的结构、性能、成本。
执行装置
手
普通车床 牛头刨床 空气压缩机 起重机 掘土机 皮带运输机
……
驱动装置 传动装置
控制装置
2020/5/8
脑
执行装置
眼
机器人 数控机床 ……
8
轿车组成：
2020/5/8
9
什么是机械设计？ 机械设计是一个工作过程。
2020/5/8
10
根据社会需求确定设计任务
构思 决策 分析 计算 绘图
机械的 工作原理
的组成更复杂了。
传 感
器
发出指 驱动装置
传动装置
令调节
伺服电
机的运
检测伺服电机
动
的输出转角
传 的运动输出
控制装置
由程序给定 运动规律
2020/5/8
前馈控制
机械设计2设计总论
一台完整的机器的组成如下：原动机部分传动部分执行部分润滑、显示、照明等辅助部分控制系统传感器传感器传感器对机器的主要要求：使用功能经济性界面友好可靠性其它专用要求§2.2 设计机器的一般程序机器设计的一般过程：计划阶段需求分析、明确功能、制定设计任务书。
方案设计阶段对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出可行的方案。
技术设计阶段绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部件的外形、基本尺寸和零件工作图。
技术文件编制阶段设计说明书、使用说明书、零件明细表、产品验收条件等。
机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。
常见的失效的形式有：因强度不足而引起的断裂；过大的塑性（残余）变形；因刚度不足而引起的过大弹性变形；零件的表面破坏，如磨损、腐蚀和接触疲劳等；破坏正常工作条件引起的失效，如打滑、过热、联接松动、泄漏、运动精度达不到要求等。
机械零件的失效实例齿轮轮齿折断轴承内圈破裂机械零件的失效实例轮齿塑性变形轴承外圈塑性变形机械零件的失效实例齿面接触疲劳轴瓦磨损§2.4 设计机械零件的基本要求一、避免在预定寿命期内失效的要求零件有足够的强度、刚度、寿命。
二、结构工艺性要求在具体的生产条件下，零件要便于加工而加工费用又很低。
三、经济性要求四、动力性能要求五、可靠性要求为了提高零件的可靠性，应当在工作条件和零件性能两个方面使其随机变化尽可能小。
§2.5 机械零件的设计准则设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。
一般来讲，有以下几种准则：强度准则确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。
刚度准则确保零件不发生过大的弹性变形。
寿命准则通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
振动稳定性准则高速运转机械的设计应注重此项准则。
可靠性准则当计及随机因素影响时，仍应采用的准则。
强度准则一般，强度准则是指零件中的应力不得超过许用值，可以是静应力强度、动应力强度、冲击强度或接触强度，其代表性表达式为：刚度准则是指零件在力作用下的弹性变形量不得超过许用值。
机械设计总论
§2-1 机器的组成
一台完整的机器组成如下：
辅助系统，例如：润滑、显示、照明等
原动机部分
传动部分
执行部分
控制系统
原动部分－机器完成预定功能的动力源，最常见的是
内燃机、电动机等。
执行部分－完成预定的动作，位于传动路线的末端。 传动部分－联接原动机和执行部分的中间部分。
控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。
辅助部分－包括机器的润滑、显示、照明等，是保证
机器正常工作不可缺少的部分。
§2-2 设计机器的一般程序
机械设计是一个创造性的工作过程，实践经验是保 证设计质量的重要因素。 机械设计的一般步骤： ● 计划阶段 ● 方案设计阶段 ●技术设计阶段 ● 技术文件编制阶段 1、计划阶段 包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。
根据工作能力准则进行零部件的初步设计，通过计 算或类比得出零件的基本尺寸。
4）部件装配图及总装配图的设计----结构设计 5）主要零件的校核计算 对零件进行精确的受力分析和工作能力校核计算 。
4、技术文件编制
技术文件----用来说明产品性能、设计、制造、操作 使用、维护、或其它所有与产品相关的文档资料。
3、合理的制造精度和表面粗糙度 应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的精度 和表面质量。
4、尽量减小零件的加工量
●毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺 寸，力求使少切削加工，节约材料、降低成本。 ●尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、 粉末冶金等先进工艺。
设计任务书包括： 机器的功能分析； 经济性估算； 基本使用要求； 预计的设计周期等。
2、方案设计阶段 对机器的功能进行综合分析，确定功能参数，提出 实现方案。 实现同一个功能 ，往往有多种可能的方案，如螺纹 加工：有车削、滚压、板牙加工等方法。 方案评价原则：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机器功能分析
多功能间有无矛盾， 多功能间有无矛盾，相互间能 否替代等，原动机、 否替代等，原动机、执行机和 传动机构方案的选择与确定
费用 总费用
提出可能的解决方案
组合几种可能的方案
设计制造费用
评价
使用费用
+
复杂性
决策——选定方案 选定方案 决策
三、技术设计阶段
明确构形要求
主要工作 结构化 运动学设计 动力学设计 选择材料、 选择材料、决定尺寸 工作能力设计 部件及总装图设计 评价 主要零件校核
一、使用功能要求
1.正确地选择机器的工作原理 正确地选择机器的工作原理 2.正确地设计或选用能够全面实现功能要求的 正确地设计或选用能够全面实现功能要求的 执行机构、传动机构和原动机 执行机构、
3.合理地配置必要的辅助系统 合理地配置必要的辅助系统
二、经济性要求
机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中， 机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中，设计机 器时就要全面综合地进行考虑。 器时就要全面综合地进行考虑。 经济性
零件在工作时会发生哪一种失效，这与零件的工作环境、载 零件在工作时会发生哪一种失效，这与零件的工作环境、 荷性质等很多因素有关。 荷性质等很多因素有关。
21.33%
有统计结果表明， 有统计结果表明，一 般机械零件的失效主要是 由于疲劳、磨损、 由于疲劳、磨损、腐蚀等 因素引起。 因素引起。
其他 73.88%
小带轮2 小带轮
轴板7 轴板
★执行部分 执行部分： 执行部分：完成机器预定功能的组成部分
★执行部分 执行部分： 执行部分：完成机器预定功能的组成部分
塔式起重机
半自动多轴钻床
★传动部分
原动机
传动部分
执行部分
传动部分
运动形式 运动参数 动力参数 转换 运动形式 运动参数 动力参数
机械传动 转动 直动 液压传动系统 电力传动系统 高转速 低转速
4.79%断裂 断裂
磨损腐蚀疲劳破 坏引起的失效
§2-5 设计机械零件时 应满足的基本要求
一、避免在预定寿命期内失效的要求
1、强度 、 设计准则： 工作应力≤许用应力 设计准则： 工作应力 许用应力 可用措施： 可用措施：
采用高强度材料； 采用高强度材料； 足够的截面尺寸； 足够的截面尺寸； 合理的截面形状，以增大惯性矩； 合理的截面形状，以增大惯性矩； 采用热处理和化学热处理方法，提高材料的力学性能 采用热处理和化学热处理方法， 提高运动零件的制造精度，以降低动载荷； 提高运动零件的制造精度，以降低动载荷； 合理配置零件的位置，降低零件上的载荷。 合理配置零件的位置，降低零件上的载荷。
齿轮齿面塑形变形
轴承外圈塑性变形
三、零件的表面破坏
零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。 零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。
轴瓦磨损
齿面接触疲劳
四、破坏正常工作条件引起的失效
有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作， 有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如： 润滑油膜完整。 液体摩擦的滑动轴承 ↔ 润滑油膜完整。 带 传 传递的有效圆周力小于临界摩擦力。 动 ↔ 传递的有效圆周力小于临界摩擦力。 转速与转动件系统的固有频率避开。 高 速 转 动 的 零 件 ↔ 转速与转动件系统的固有频率避开。
定义： 定义： 零件正常工作延续的时间
材料疲劳 材料腐蚀 零件间的磨损
影响因素： 影响因素：
二、结构工艺性要求
1、良好的结构工艺性指在既定的生产条件下，能方便 、良好的结构工艺性指在既定的生产条件下， 而经济地生产出来，并便于装配成机器。 而经济地生产出来，并便于装配成机器。 2、着眼点：毛坯制造、机械加工、装配等生产环节。 、着眼点：毛坯制造、机械加工、装配等生产环节。
F
SF
F
σlim
校核计算 根据几何结构等要求设计出杆件截面尺寸，然 后进行强度校核：
σlim σlimA F Sca = ≥S σ = ≤ [σ ] F ≤ σ S A
σlim ≥ σS
二、经验设计
适用条件： 适用条件： 使用要求变动不大而结构形状已典型化的零件
设计方法： 设计方法： 根据某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式； 根据某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式； 根据设计者本人的工作经验用类比的方法进行设计
§2-6
机械零件的设计准则
一、强度准则
失效形式 脆性断裂
计算准则
强度极限
σ ≤ σB S
屈服极限
塑性形变
σ ≤ σS S
疲劳强度
疲劳破坏
σ ≤σr S
二、刚度准则
失效形式： 失效形式： 过大的弹性形变 设计准则： 设计准则： y≤[y] 弹性变形y的表现形式： 弹性变形 的表现形式： 的表现形式 挠度 扭转角
整体断裂是指零件在载荷作用下， 整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应 力超过零件的强度极限而导致的断裂， 力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用 危险截面发生的疲劳断裂。 下，危险截面发生的疲劳断裂。
轴承内圈断裂
齿轮轮齿断裂
齿轮轴断裂—失 齿轮轴断裂 失效
二、过大的残余变形
当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限， 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。 余变形。
三、模型试验设计
适用条件： 适用条件： 尺寸巨大结构又很复杂的特别重要的零件设计
设计方法： 设计方法： 将初步设计的零部件或机器制成小模型或小尺寸样机； 将初步设计的零部件或机器制成小模型或小尺寸样机； 实验手段对模型各方面特性进行检验； 实验手段对模型各方面特性进行检验； 根据实验结果进行逐步修改。 根据实验结果进行逐步修改。
第二章
机械设计总论
§2-1 机器的组成
一、机器的组成
一台完整的机器的组成大致可包括： 一台完整的机器的组成大致可包括：
润滑、显示、 润滑、显示、照明等辅助系统
原动机部分
传感器
传动部分
传感器
执行部分
传感器
控
制 系
统
一、机器的组成
普通车床
一、机器的组成
数控车床
计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来， 计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来， 使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化。 使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化。
★原动机 1、原动机形式 、 人力或畜力 水力机 风力机 蒸汽机 内燃机 电动机 热力机 2、输出运动和动力 、 旋转运动 直线运动 转矩 推力或拉力
★执行部分 执行部分： 执行部分：完成机器预定功能的组成部分
★执行部分 执行部分： 执行部分：完成机器预定功能的组成部分 大带轮4 大带轮 偏心轴5 偏心轴 动颚板6 动颚板 功用： 功用： 压碎物料 定颚板8 定颚板 V带3 带 电动机1 电动机
黑色金属 金属材料
灰铸铁、球墨铸铁… 铁 ：灰铸铁、球墨铸铁… (如：TH300 QT500-5) QT500钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢… 低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢… 1Cr18） (如：08F 45 60 1Cr18）
(LY12)、 有色金属 ：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1)…... 塑料、橡胶、 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维 强如钢、轻如铝、 非金属材料 陶瓷 ：强如钢、轻如铝、硬如金刚石 ：强度高、弹性模量大、 复合材料 强度高、弹性模量大、质量轻一、计划阶段 Nhomakorabea提出任务
机器的功能 环境、经济、 环境、经济、加工以及时限等约束条件 分析对机器的需求
机器的功能 经济性估计 制造要求的估计 基本使用要求 完成设计任务的预计期限等 确定任务要求
二、方案设计阶段
对设计任务书提出的机器必须 达到的要求、 达到的要求、最低要求及希望 达到的要求进行综合分析
小转矩 大转矩
§2-2
设计机器的一般程序
一部机器的质量基本上决定于设计质量 ， 机器的设计阶段 它是一个创造性的工作过程， 它是一个创造性的工作过程，同时 是决定机器好坏的关键， 是决定机器好坏的关键， 也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。 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， 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。 计质量，必须有一个科学的设计程序。 设计机器的一般程序： 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
三、经济性要求
降低材料消耗 采用廉价而供应充足的材料代替贵重材料 采用组合结构代替整体结构 减少工时 ——采用少余量或无余量毛坯或简化零件 采用少余量或无余量毛坯或简化零件 降低加工和装配费用 ——工艺性 工艺性 尽可能采用标准化零、 尽可能采用标准化零、部件
四、质量小的要求
五、可靠性要求
1、失效的发生都是随机的 、 2、使工作条件和零件的性能两方面使其随机 、 变化尽可能小 3、使用中加强维护和对工作条件进行监测 、
高生产率、 高生产率、高效率 低能耗、低管理、低维护 低能耗、低管理、
低成本
两高三低
设计制造经济性
使用经济性
现代设计方法， 现代设计方法，优化设计参数
合理提高机器的机械化和自动化水平
标准化、系列化、 标准化、系列化、通用化零部件 选择高效率的传动系统， 选择高效率的传动系统，减少中间环节 新技术、新工艺、新结构、 新技术、新工艺、新结构、新材料 适当采用防护及润滑， 适当采用防护及润滑，延长使用寿命 合理组织设计制造过程 改善结构工艺性 采用可靠密封， 采用可靠密封，减小或消除渗漏
三、寿命准则
腐蚀： 腐蚀： 尚无有效的腐蚀寿命计算方法 磨损： 磨损： 类型众多，机理不清，工程实际定量计算方法不定 类型众多，机理不清， 疲劳： 疲劳： 以使用寿命的疲劳极限或额定动载荷为计算依据