机械设计 第一章 机械设计概述1PPT课件

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输入与输出的关系：
P 2 P1 T 2 iT 1
n 2 n1 / i
式中：i——传动比 η——效率
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二、应力分析（以拉应力为例）
应力： σ
工作应力、名义应力、计算应力。 极限应力： σlim
机械零件不出现失效所能承受的最大应力。
a)试验材料的极限应力
（抗拉极限，屈服极限，疲劳极限）
进行方案设计，确定总体布局及传动方案设 计，进行运动分析和动力分析。
运动学和动力学分析，关键零部件工作能力 和寿命计算，确定主要零部件的主要结构尺 寸。
工作能力分析，工艺性设计，绘制零部件工 作图，编写技术文档及说明书。
鉴定和评价
样机试制、试验、评价
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机械设计的一般程序
“三边”方法： 边设计 边分析（计算） 边修改
r 1 ; m a m x i m n ; a 0
对称循环 r 1 ; m 0 ; a m a x min
脉动循环 r0 ; m in 0 ;
非对称循环 r≠ 0 且 r ≠ ±1;
a m 2 max
常用σr 表示循环特性为 r 的材料的极限应力。 如 σ-1、σ0
循环变应力 随时间按一定规律周期性变化的变应力 稳定循环变应力 不稳定循环变应力
随机变应力 通过统计分析可转化为不稳定循环变应力
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静应力 稳定循环变应力 不稳定循环变应力 随机变应力
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稳定循环变应力:
σ σ
σm σa
σmin σmax
σ=常数
O
t
O
t
非对称循环变应力
静应力
(一般循环变应力)
σ
•工作载荷 机械正常工作时所受的实际载荷 。 •名义载荷 根据额定功率计算出的作用在零件上的 载荷。 •计算载荷 考虑零部件工作过程中载荷随时间作用 的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其他 影响零件受载等因素，而对名义载荷进行修正而得 到的近似载荷。
常用载荷系数K（K=K1K2…）来考虑这些因 素的综合影响。载荷系数K与名义载荷的乘积即为 计算载荷。
疲劳断裂现象：
齿轮轮齿过载断裂
微小裂纹—逐渐扩展—承载截面面积减小—应力增大—断23裂
二、过大的变形
机械零件在载荷作用下工作时，可能发生过大的 弹性变形或由于零件上的应力超过材料的塑性变形
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三、表面损伤
点蚀（亦称表面疲劳、疲劳磨损） 零件表面在接
b)试验零件的极限应力
c)试验零件的极限应力进行修正
许用应力： [σ]
考虑可靠度及其它因素，机械零件不出现失
效所能承受的最大应力。
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二、应力分析（以拉应力为例）
[] lim S
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二、应力分析（以拉应力为例）
1. 应力分类
按应力与时间 的关系分类
静应力
不随时间变化或变 化缓慢的应力
变应力 随时间变化的应力
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二、机械设计的一般程序
机械产品开发的一般过程
调功 总 查能 体 决设 设 策计 计
零 部 件 设 计
生 产 工 艺 设
计
市 生场 产销
售
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机械设计的一般程序 确定设计任务 拟定总体方案 总体结构设计 零部件设计
通过调研、分析、计算、实验等进行功能设 计，确定功能指标、经济指标，编制设计任 务书。
σ
σmax σmin
σa σm
σa σmax
O
t
对称循环变应力
O
脉动循环变应力
t
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2. 变应力主要参数
最大应力： max
最小应力： min
平均应力：
m
m
ax m
2
in
应 力 幅：
a
m
ax min
2
循环特性系数： r min max
表示应力变化的情况
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2. 变应力主要参数
静应力
一、载荷分析 1. 载荷形式
分布力 q（ N/mm） 集中力F（N） 转矩T（Nm） 弯矩M（Nm） 功率P（W）
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2. 载荷分类
按载荷与时间 的关系分类
静载荷
不随时间变化或变化缓 慢的载荷
变载荷 随时间变化的载荷
1）随机变载荷 无规律变化(统计规律） 2）循环变载荷 有规律变化(周期性)
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按使用场合：
机械设计
万小利
2006. 02
1
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总体概述
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第一章 机械设计概述
第一节 机械设计的基本要求和一般程序
一、设计机器应满足的基本要求
功能要求
能实现机器的预定功能，并在预定环境条件 和工作期限内可靠地工作。
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3 . 功率、转矩、转速之间的关系
T1
9549 P1 n1
T1 n1
P1
式中：T1——输入转矩 Nm P1——输入功率 kW n1——输入轴转速 r/min
Z2
T2 n2 P2
Z1
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同理：
T2
9549 P2 n2
式中：T2——输出转矩 Nm P2——输出功率 kW n2——输出轴转速 r/min
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三、载荷与应力的关系
变载荷通常产生变应力，但变应力也可能由静载 荷产生。
在静载荷作用下产生变应力的例子
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第三节 机械零件的失效形式
机械零件由于某些原因不能正常工作，称为失效。
一、断裂
原因：体积应力过大，超过 零件的极限应力。
两种形式： 1. 静应力作用下的过载断裂。 2. 变应力作用下的疲劳断裂。
触变应力长期作用下产生微粒剥落的现象。
a）疲劳裂纹扩展 b）油楔作用 c）硬化层剥落
磨损（主要指磨粒磨损） 两个接触零件表面在相
对运动过程中表面物质丧失或转移的现象。
胶合 （粘着磨损） 由于温度过高（热胶合）或载
荷过大（冷胶合），两个零件表面发生粘着，然后
由于相对运动而撕裂，发生两个零件表面材料相互
转移的现象。
腐蚀 金属表面与周围的介质发生的电化学或化学
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机械零部件设计的一般方法
设计方法
常规设计方法 现代设计方法。
常规设计方法:
（1）理论设计:
根据现有设计理论和实验数据所进行的设计。
（2）经验设计:
根据已有设计和长期累积经验所进行的设计。
（3）模型实验设计:
通过模型实验结果修改初步设计。
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机械零部件设计的一般方法
内插法
经验设计
外推法
开发法
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第二节 载荷与应力分析
经济性要求 要求设计、制造和使用机器的费用少，并且
效率高。
操作方便 运行安全
要求设计的机器操作简便、省力；必要时可 安装安全防护和保险装置；尽可能降低机器 的噪声；美化机器的外观造型等，并应妥善 处理人和机器间的各个联系环节。
其它特殊要求 如巨型机器要便于安装、拆卸和运输；食品、
纺织、造纸机器不得污染产品等。