第二章机械设计总论

§３
对机器的主要要求
１．使用 要求
基本要求
２．经济 性要求 ４．可靠性 要求 5．其它专用 要求
３．劳动保护和 环境保护要求
应当指出，以上各项要求往往是相互矛盾的，这 就要求设计者在设计时，找出该机械或零件的主要要 求，依照主要要求进行设计，并兼顾其它要求。
§4 机械零件的主要失效形式
零件承受过大载荷时，危险截面上的应力超过零件材 料的强度极限，从而导致零件断裂（螺栓 齿根）
机械设计的一般过程



1．调查研究、制订开发计划书 由用户提出要求，用户和设计人员通过讨论、调查分析,共 同制订开发计划书。内容包括产品的国内外现状、用途、功 能、基本结构形式、主要设计参数、动力源形式、技术经济 指标、成本和利润要求、计划进度等。 2．初步设计阶段 这一阶段要确定主要的结构形式，进行机构、零部件的初 步设计，对于一些无成功经验可以借鉴的部分，要通过进行 模型试验研究和技术分析，验证原理的可行性、可靠性，发 现存在的问题，并探索解决的方法。这一阶段最终要通过分 析、计算，绘制出必要的结构草图。 3．绘制装配图和零部件图 在上一阶段工作的基础上，根据对零件的功能要求、加工 工艺要求，将零件的形状、尺寸、机械安装尺寸、配合公差 等全部确定下来，并绘制出整机的装配图，在此基础上绘制 出所有的零件图，编制技术文件和设计说明书，并不断审核 和修改，最终定稿。
标准化的益处： 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。
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： ISO GB JB、HB QB 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GB／T ××××－××××，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。
刚度准则

零件在载荷作用下产生的弹性变形量y，小于或 等于机器工作性能所允许的极限值『y』，就叫 做满足了刚度要求，或符合了刚度设计准则。其 表达式为：
y ≤『y』
寿命准则
由于影响寿命的主要因素——腐蚀、磨损和疲 劳是三个不同范畴的问题，所以它们各自发展过 程的规律也就不同。迄今为止，还没有提出使用 有效的腐蚀寿命计算方法，因而也无法列出腐蚀 的计算方法，关于磨损的计算方法，由于其类型 众多，产生的机理还未完全搞清，影响因素也很 复杂，所以尚无课供工程使用的能够进行定量计 算的方法。关于疲劳寿命通常是求出使用寿命时 的疲劳极限或额定载荷来作为计算的依据
1、从功能看 三个基本部分、三个辅助部分

机器的组成
其它辅助系统：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
第二章 机械设计总论
§1 机器的组成
机器的驱动部 分，它将各种能量 （电能、热能等） 转化为机械能并供 给机器。
辅助系统 动力机 传动装臵 （润滑、显示、照明等） 执行机
应使零件 的制造加工方 法简便、易于 实现，如铸造 件应选择热熔 状态时易于流 动等性能
在满足使用 要求的前提下， 尽量选用价格低 廉的材料，同时 还应考虑到使用 和维护简便、费 用低等问题
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§10
机械零件设计中的标准化
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。
振动稳定性准则
（机器振幅不能超过许可值）
振动稳定性准则就是设计时避免使零
件的固有频率和强迫振动频率相等或 成整数倍。当机器中某零件的固有频 率f和周期性强迫振动频率fp相等或成 整数倍时，零件振幅就会急剧增大而 产生共振，从而使零件工作性能失常， 甚至引起破坏。
§7 机械零件的设计方法
机械零件的设计方法通常分为常规设计方法和现代设计方法两大类。 常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在 长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的 方法。它又可分为：
机械零件承受载荷时，总要产 生弹性变形，当弹性变形量超过 允许量时，零件或机器就不能正 常工作；当严重过载时，还会产 生塑性变形，不仅导致零件的形 状和尺寸的改变，破坏零件之间 的配合关系，甚至导致零件丧失 工作能力
§5 设计机械零件时应满足的基本要求
１．避免在预定寿命期 内失效的要求（强度、 刚度、寿命）
第二章 机械设计总论

本课程是机械及相近专业的专业基础课，是以一般通用 零件的设计为核心的设计性课程 原理部分 平面机构的结构分析 平面连杆机构 凸轮机构 其他机构 设计部分 传动部分 联接部分 轴系部分 其它部分


课程性质和任务


本课程的设计性、综合性和实践性都较强。 掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的 一般规律，进而具有综合运用所学的知识，研究改 进或开发新的基础件及设计简单的机械能力； 设计是为了实现某种工程目的而进行的创造性过程， 机械设计课程是培养机械工程类专业学生初步掌握 设计机械零件和一般机器能力的一门专业基础课程。
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
１．使用要求 ２．制造工艺要求 ３．经济性要求
主要包括机械 性能、物理性能 、化学性能和吸 振性能等；选择 时应根据使用的 要求，满足主要 、兼顾一般
理论设计
经验设计
模型实验设计
现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完善、 科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。如机 械优化设计、机械可靠性设计、计算机辅助设计等等。


理论设计：根据长期总结出来的设计理论和实验数 据所进行的设计，称为理论设计。 经验设计：根据对某类零件已有的设计和使用实践 而归纳出的经验关系式，或根据设计者本人的工作 经验用类比的办法所进行的设计； 模型试验实际：即把初步设计的零部件或者机器制 成小模型或小尺寸样机，经过实验的手段对其各方 面的热性进行检验，根据实验结果对涉及进行逐步 的修改，从而达到完善。对于一些尺寸巨大而结构 又很复杂的重要零件，尤其适合一些重型整体机械 零件，为了提高设计质量，可采用模型试验设计的 方法。
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设计机械零件应满足的基本要求
2.6机械零件的设计准则
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 机械零件的材料及其选用 2.10机械零件设计中的标准化
2.1 机器的组成
4．样机试制和技术经济评价
对设计图纸进行全面的审核和改进之后，开始进行样机加 工制作，装配完成后进行样机试验，对出现的问题进行分析、 改进，然后进行全面的技术和经济性评价，和开发计划书进 行比对，研究进一步提高综合性能的方法和措施。
5．产品定型、投放市场
在样机达到要求的基础上，进行产品的定型设计，开始小 批量生产，投放市场，接受用户反馈信息，进一步完善，之 后方可进行批量生产、定型产品。
２．结构工艺 性要求
基本要求
４.质量小的要求 （节约、惯性、运 费） 5．可靠性要求 (降低故障概率)
３．经济性要求
§6 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。 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 一般来讲，有以下几种准则：
§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
直接实现规定 的功能、完成生产 控制部分 任务的部分，其结 将动力机的动力和运动传递到工作机的 构形式完全取决于 中间环节。主要用于传递能量、分配能量、 （传感器、信息处 机械本身的用途。 智能化单元 改变能量和扭矩以及改变运动形式等。 理单元、驱动器等）
§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： 计划阶段 方案设计阶段 技术设计阶段 技术文件编制阶段
强度准则
刚度准则 寿命准则
振动稳定性准则 可靠性准则
强度准则
强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的限 度。 例如：对一次断裂来讲，应力不超过材料的强度 极限；对疲劳破坏来讲，应力不超过零件的疲劳 极限；对残余变形来讲，应力不超过材料的屈服 极限。这就叫做满足了强度要求，符合了强度计 算的准则。其代表性的表达式为： σ≤σlim 考虑到各种偶然性或难以精确分析的影响，上式 右边要除以设计安全系数s，即： σ≤σlim/S