第二章机械设计概论25-26
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机械设计ppt课件第2章机械设计总论
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
详细说明
机械零件的主要失效形式
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。
机械零件强度计算
3、许用应力和安全系数
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。
详细介绍
有限寿命时零件的许用应力为：
无寿命时零件的许用应力为：
其中S为安全系数。S（1.3~1.7或1.7~2.5）
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。
一台完整的机器的组成大致可包括：
原动机部分
传动部分
执行部分
润滑、显示、照明等辅助系统
控 制 系 统
传感器
传感器
传感器
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
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。
设计机械零件时应满足的主要要求
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
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：
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。
详细说明
机械零件的主要失效形式
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。
机械零件强度计算
3、许用应力和安全系数
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。
详细介绍
有限寿命时零件的许用应力为：
无寿命时零件的许用应力为：
其中S为安全系数。S（1.3~1.7或1.7~2.5）
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。
一台完整的机器的组成大致可包括：
原动机部分
传动部分
执行部分
润滑、显示、照明等辅助系统
控 制 系 统
传感器
传感器
传感器
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
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。
设计机械零件时应满足的主要要求
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
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：
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。
第二章 机械设计概论_PPT幻灯片
2）选择零件的类型与结构 3）选择零件的材料 4）按可能的失效形式确定零件的计算准则，并确定 零件的基本尺寸，并加于标准化和圆整 5）零件的结构设计 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书
2
2.2 机械零件的载荷与应力
2.2.1 载荷的分类
静载荷： 不随时间变化或缓慢变化的载荷
变载荷：
1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷
13
注意：
1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 γ =C的 情况计算
2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命
要求设计零件时，即应力循环次数103(104)<N<No时， 这时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限
N
m
N0 N
，即应以σ-1N
代σ-1
，以σoN代σo
3）当未知工作应力点所在区域时，应同时考虑可能出现
硬度≥350HBS钢， No=(10 - 25)x107
有色金属(无水平部分)，规定当No>25x107时,近似为无限寿命
区
② m—指数与应力与材料的种类有关。
钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 m=6——接触应力
青铜 m=9——弯曲应力
m=8——接触应力
10
3）影响机械零件疲劳强度的主要因素
由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、 应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响 使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤1、应力集中的影响——有效应力集中系数 k (k )
零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感
2
2.2 机械零件的载荷与应力
2.2.1 载荷的分类
静载荷： 不随时间变化或缓慢变化的载荷
变载荷：
1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷
13
注意：
1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 γ =C的 情况计算
2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命
要求设计零件时，即应力循环次数103(104)<N<No时， 这时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限
N
m
N0 N
，即应以σ-1N
代σ-1
，以σoN代σo
3）当未知工作应力点所在区域时，应同时考虑可能出现
硬度≥350HBS钢， No=(10 - 25)x107
有色金属(无水平部分)，规定当No>25x107时,近似为无限寿命
区
② m—指数与应力与材料的种类有关。
钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 m=6——接触应力
青铜 m=9——弯曲应力
m=8——接触应力
10
3）影响机械零件疲劳强度的主要因素
由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、 应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响 使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤1、应力集中的影响——有效应力集中系数 k (k )
零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感
机械设计课件 第2章
第2章 机械设计概论
2.1 机器的组成
动力系统
辅助系统 传动系统 控制系统
执行系统
2.2 机械设计的基本要求
1.满足功能、运动和动力性能的要求 2.工作安全可靠的要求 3.市场需要和经济性的要求 4.机械零件工艺性的要求 5.标准化的要求 6.其他特殊要求
2.3 机械设计的一般程序
1.提出设计任务，拟定设计计划 2.确定机械传动方案 3.技术设计 4.技术文件编制
t t
2.6 机械零件的设计方法
常规设计方法
理论设计 经验设计
设计计算 校核计算
模型实验设计
设计方法
现代设计方法
计算机辅助设计 优化设计 可靠性设计 有限元分析 机械动态设计方法 人机学设计
水压机
2.7 机械零件设计的一般步骤
1 根据零件功能要求确定零件类型 2 计算零件所受的载荷 3 确定零件的失效形式和设计准则 4 选择零件材料及热处理 5 计算零件的主要尺寸 6 零件结构设计 7 校核零件 8 编写设计计算说明书及有关技术文件
1.整体断裂 2.过大的变形 3.零件的表面破坏 4.破坏正常工作条件引起的失效
2.5.2 机械零件的计算准则
1．强度准则
lim
S
lim
S
2．刚度准则
，
y y
，
3. 耐磨性
p p
4. 振动稳定性 f p 0.85 f 或 f p 1.15 f
5. 热平衡准则
2.4 机械零件常用材料及其选用原则 2.4.1 机械零件的常用材料
碳素钢
钢
合金钢
铸钢
常用材料
灰铸铁 铸铁 球墨铸铁 铜合金 黄铜
青铜
橡胶 非金属材料
2.1 机器的组成
动力系统
辅助系统 传动系统 控制系统
执行系统
2.2 机械设计的基本要求
1.满足功能、运动和动力性能的要求 2.工作安全可靠的要求 3.市场需要和经济性的要求 4.机械零件工艺性的要求 5.标准化的要求 6.其他特殊要求
2.3 机械设计的一般程序
1.提出设计任务，拟定设计计划 2.确定机械传动方案 3.技术设计 4.技术文件编制
t t
2.6 机械零件的设计方法
常规设计方法
理论设计 经验设计
设计计算 校核计算
模型实验设计
设计方法
现代设计方法
计算机辅助设计 优化设计 可靠性设计 有限元分析 机械动态设计方法 人机学设计
水压机
2.7 机械零件设计的一般步骤
1 根据零件功能要求确定零件类型 2 计算零件所受的载荷 3 确定零件的失效形式和设计准则 4 选择零件材料及热处理 5 计算零件的主要尺寸 6 零件结构设计 7 校核零件 8 编写设计计算说明书及有关技术文件
1.整体断裂 2.过大的变形 3.零件的表面破坏 4.破坏正常工作条件引起的失效
2.5.2 机械零件的计算准则
1．强度准则
lim
S
lim
S
2．刚度准则
，
y y
，
3. 耐磨性
p p
4. 振动稳定性 f p 0.85 f 或 f p 1.15 f
5. 热平衡准则
2.4 机械零件常用材料及其选用原则 2.4.1 机械零件的常用材料
碳素钢
钢
合金钢
铸钢
常用材料
灰铸铁 铸铁 球墨铸铁 铜合金 黄铜
青铜
橡胶 非金属材料
第二章机械设计总论PPT课件
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18.07.2020
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热胶合：润滑不良引起的齿面破坏
18.07.2020
47
疲劳点蚀
18.07.2020
48
整体塑变
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49
螺栓联接滑移 被联接件断裂
被联件拉断
被联件相对滑移
18.07.2020
50
机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。
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§ 2.5 设计机械零件时应满足的基本要求
5
运动速度的转换
传动装置解决原动机速度和执行装置速度不匹配的问题。
鼠笼式
一般的普通交流电动机速度是固定的。
交流电动机的 同步转速
（r/min）
带、5链00 传动600
一般机器执行部分速度低于原动机的转速, 各种齿50轮1 1705传000 动
需要减速。
减速器502 1500 3000
（也有相反的情况，需要增速）。
§ 2.8 机械零件的设计的一般步骤 § 2.9 机械零件的材料及其选用 § 2.10 机械零件的设计中的标准化
第三部分:机械现代设计方法简介
§ 2.11 机械现代设计方法简介
3
§ 2.1 机器的组成 如牛头刨床、空气压缩机
传统机器都包含如下三个部分：
驱动装置
传动装置
执行装置
常称为原动机，是机器 的动力来源。 常用：电动机、内燃机 、液压缸和气动缸， 以各种电动机的应用最 为普遍。
18.07.2020
36
方案设计阶段
提出机械的工作原理 （通过调查研究和 必要的分析，还可能需要进行原理性试验）
提出几种机械系统运动方案 （进行必要 的运动学设计，一般是初步的、粗略的）
02第2章 机械设计概论
第2章机械设计概论机械工业是国家经济发展的主要基础之一，几乎涉及所有的领域和部门。
现代机械设计与生命科学、信息技术、材料科学等一样，是21世纪的主要研究和发展方向。
现代机械设备包括宇宙飞船、智能机械人、全（半）自动工作机械设备、全（半）自动加工机械设备以及全（半）自动控制动力机械设备等等，它们虽然是多学科综合发展的结果，但机械的创新设计是功不可殁的。
机械设计创新思维方法是所有机械设备完善、发展的第一步，现代设计方法的应用使创新思维得以实现。
2.1机械设计的基本要求和一般过程2.1.1 机械设计的基本要求机械设计是指创造性地实现具有预期功能的新产品（设备和机械）或改进现有产品，使其具有新性能的过程。
机械产品的功能、成本，在很大程度上取决于设计工作的质量。
因此，不论是设计新产品，还是对现有设备进行技术改造，设计人员都必须以严肃认真、高度负责的态度对待设计过程的每一个细节，科学缜密的思考，周全细致的校核。
物美价廉是产品获得市场竞争力、创造经济效益和社会效益的先决条件，低性价比是产品的生命力所在，也是设计机械产品的基本要求。
尽管机械的类型很多，形状千差万别，功能各不相同，但设计的基本要求大致相同，主要有以下几方面：1.功能性要求所谓功能，是被设计机械的功用和性能指标，是机械设计的根本出发点。
设计的机械必须能实现预定的使用功能、满足运动和动力性能的要求，并在规定的工作条件下、规定的工作周期内正常运行。
为此，要正确选择机械的工作原理，科学设计或选用原动机、传动机构和执行机构，合理配置机械的辅助系统。
一般机器的预定功能要求包括：运动性能、动力性能、基本技术指标及外形结构、尺寸等方面。
2.可靠性要求机械在预定工作期限内必须具有一定的可靠性，机器的可靠性用可靠度R衡量。
机械的可靠度是指机械在规定期限内和规定工作条件下，无故障地完成规定功能的概率。
而机械在规定期限内和条件下不能完成规定功能的概率则称为不可靠度，或称破坏概率，用F 表示。
机械设计第二章优秀课件
在作用于刚体的任一力系上，加上或者 减去任意一个平衡力系，不改变原力系 对刚体的作用效果。
该公理对变形体只是必要条件，而 非充分条件。
（力系的等效代换条件）
静力学基本概念与受力图
基本公理与定理
*只适用于刚体，
由此可得如下推论：（力的可传性）
作用于刚体的力可沿其作用线移至刚体的任一点， 而不改变此力对刚体的效应。
机械设计第二章课件
静力学基本概念与受力图
力的概念
力是物体间相互的机械作用，其结果是使 物体的运动状态发生改变（外效应）或使 物体产生变形（内效应）。
力对物体的作用效果与力的大小、方 向、作用点相关，其称为力的三要素 。因此，力是矢量。
静力学基本概念与受力图 集中力
力的概念
用黑体大写字母表示是矢量，如F，Q，W
1）力在坐标轴上的投影
y
X F cos Y F sin
b1 Fy Y
a1 A
B
F
Fx
a
O
X
bx
1、平面汇交力系合成的解析法 2）合力投影定理
合力在任意轴上的投影，等于各分力在同一轴上投 影的代数和。
Rx X Ry Y
RR R 2 2( X)2( Y)2 xy
tg Ry Y Rx X
3）平面汇交力系平衡方程及其应用
为研究平衡规律
进行力系简化
力系简化：
用一个简单且与之等效的力系代替一 个复杂力系
等效力系： 两力系对同一物体作用效果相同，则此二 力系等效
合力： 若一个力与一个力系等效，则该力称 为力系的合力
分力： 力系中各个力称为分力
静力学基本概念与受力图
基本公理与定理
公理一、力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个 合力，合力的作用点也在该点，其大小和方向 由以这两个力为边的平行四边形的对角线所确 定。
该公理对变形体只是必要条件，而 非充分条件。
（力系的等效代换条件）
静力学基本概念与受力图
基本公理与定理
*只适用于刚体，
由此可得如下推论：（力的可传性）
作用于刚体的力可沿其作用线移至刚体的任一点， 而不改变此力对刚体的效应。
机械设计第二章课件
静力学基本概念与受力图
力的概念
力是物体间相互的机械作用，其结果是使 物体的运动状态发生改变（外效应）或使 物体产生变形（内效应）。
力对物体的作用效果与力的大小、方 向、作用点相关，其称为力的三要素 。因此，力是矢量。
静力学基本概念与受力图 集中力
力的概念
用黑体大写字母表示是矢量，如F，Q，W
1）力在坐标轴上的投影
y
X F cos Y F sin
b1 Fy Y
a1 A
B
F
Fx
a
O
X
bx
1、平面汇交力系合成的解析法 2）合力投影定理
合力在任意轴上的投影，等于各分力在同一轴上投 影的代数和。
Rx X Ry Y
RR R 2 2( X)2( Y)2 xy
tg Ry Y Rx X
3）平面汇交力系平衡方程及其应用
为研究平衡规律
进行力系简化
力系简化：
用一个简单且与之等效的力系代替一 个复杂力系
等效力系： 两力系对同一物体作用效果相同，则此二 力系等效
合力： 若一个力与一个力系等效，则该力称 为力系的合力
分力： 力系中各个力称为分力
静力学基本概念与受力图
基本公理与定理
公理一、力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个 合力，合力的作用点也在该点，其大小和方向 由以这两个力为边的平行四边形的对角线所确 定。
机械工程概论第2章机械工程基础课件
2.1 机械系统及其功能与组成
传统的控制系统通常由接触器、继电器、按钮开关、行程开关、电磁铁等电器组成。而随着计算机技术、微电子技术的发展,现代机械正朝着自动化、精密化、智能化的方向发展,计算机控制的机电产品从生产机械(如数控机床)到家用电器越来越普遍。因此控制系统在整台机器设备中的作用显得日益重要,在整机成本中的份额也越来越大。例如,图2-3所示为全自动洗衣机中的程序控制器,早期的方案多用“机械定时器”作为该控制器的基本结构,而现在的洗衣机更多采用计算机(微处理器)作为控制的核心。另外,一些机器还具有其他一些系统,如支承系统,润滑、冷却与密封系统等。
2.1 机械系统及其功能与组成
二次动力机是把二次能源(电能)或由电能产生的液压能、气压能转变为机械能的机械,如电动机、液压马达、气动马达等。它们在各类机械中都有广泛应用,其中尤以电动机应用更为普遍。比如,各种类型的机床、洗衣机、电风扇、水泵、油泵等,都是以二次动力机作为机器的动力源的。由于经济上的原因,动力机输出的运动通常为转动,而且转速较高。 选择动力机时,应全面考虑现场的能源条件,按照执行机构的动作要求、工作载荷等实际情况,来选择动力机的类型和型号。
3.功能执行系统 功能执行系统由执行构件和与其相连的执行机构组成,是直接完成机器本身所具有功能的部分,常出现在机械系统的末端,直接与作业对象接触,如搅拌机的叶轮、洗衣机的波轮、割草机夹固刀片的夹持器、车床的刀架等。通过它们完成机器预定的功能,因此是直接影响机器工作质量的重要部分。例如,为了提高洗衣机洗净衣服的效果,对作为执行构件的波轮,不同的厂家开发了“棒式波轮”“碟形波轮”“凸形波轮”“偏心波轮”等多种形式。机器人的执行机构是抓取机构,为了能可靠抓起不同形状的物体,抓取机构有各种结构形式。
2.1.2 机器的功能与性能
传统的控制系统通常由接触器、继电器、按钮开关、行程开关、电磁铁等电器组成。而随着计算机技术、微电子技术的发展,现代机械正朝着自动化、精密化、智能化的方向发展,计算机控制的机电产品从生产机械(如数控机床)到家用电器越来越普遍。因此控制系统在整台机器设备中的作用显得日益重要,在整机成本中的份额也越来越大。例如,图2-3所示为全自动洗衣机中的程序控制器,早期的方案多用“机械定时器”作为该控制器的基本结构,而现在的洗衣机更多采用计算机(微处理器)作为控制的核心。另外,一些机器还具有其他一些系统,如支承系统,润滑、冷却与密封系统等。
2.1 机械系统及其功能与组成
二次动力机是把二次能源(电能)或由电能产生的液压能、气压能转变为机械能的机械,如电动机、液压马达、气动马达等。它们在各类机械中都有广泛应用,其中尤以电动机应用更为普遍。比如,各种类型的机床、洗衣机、电风扇、水泵、油泵等,都是以二次动力机作为机器的动力源的。由于经济上的原因,动力机输出的运动通常为转动,而且转速较高。 选择动力机时,应全面考虑现场的能源条件,按照执行机构的动作要求、工作载荷等实际情况,来选择动力机的类型和型号。
3.功能执行系统 功能执行系统由执行构件和与其相连的执行机构组成,是直接完成机器本身所具有功能的部分,常出现在机械系统的末端,直接与作业对象接触,如搅拌机的叶轮、洗衣机的波轮、割草机夹固刀片的夹持器、车床的刀架等。通过它们完成机器预定的功能,因此是直接影响机器工作质量的重要部分。例如,为了提高洗衣机洗净衣服的效果,对作为执行构件的波轮,不同的厂家开发了“棒式波轮”“碟形波轮”“凸形波轮”“偏心波轮”等多种形式。机器人的执行机构是抓取机构,为了能可靠抓起不同形状的物体,抓取机构有各种结构形式。
2.1.2 机器的功能与性能
机械设计第二章PPT课件
部件装配草图及总装配草图设计：根据的主要零、部 件的基本尺寸，设计出部件装配草图及总装配草图。这时 需要很好地协调各零件结构尺寸，全面考虑其结构工艺性， 使全部零件有最合理的构形
主要零件校核：在绘出部件装配草图及总装草图以后，
所有零件的结构及尺寸均为已知。此时可以对各个零件进
行精确校核
6
(4)技术文件编制阶段 技术文件的种类较多，常用的有机器的设计计算说明
20
(二)结构工艺性要求
定义：在既定的生产条件下，能够方便而经济地生产 出来，并便于装配
影响因素：毛坯制造、机械加工、装配
(三)经济性要求
采用少余量或无余量的毛坯或简化零件结构，以减少 加工工时。设计工艺性好的结构。
贵重材料→廉价而供应充足的材料
大型零件整体结构→组合结构
加工件→标准化的零、部件
21
若查询值是2.7怎么办？
本书中一般用线性插值
15 10
斜率k=(10-15)/(3-2)=-5 f(2.7)=f(2)+k(2.7-2)=15-5×0.7=1
27
2 2.7 3
(三)寿命准则 腐蚀寿命：还没有提出实用有效的腐蚀寿命计算方 磨损寿命：尚无通行的能够进行定量计算的方法 疲劳寿命：有定量计算方法
常规设计方法：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。
细分为：理论设计、经验设计、模型实验设计
现代设计方法：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。
书、使用说明书、标准件明细表等。 设计计算说明书=方案选择+技术设计 使用说明书=性能参数范围+使用操作方法+日常保养
【机械设计】机械设计概论
本课程的任务: 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. )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.) )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. )掌握典型机械零件的实验方法,获得基本的实验技能. 5)了解机械设计的最新动态. )了解机械设计的最新动态.
第二章 机械设计概论
(一)教学要求
了解机械设计一般步骤和方法; 了解机械设计一般步骤和方法; 掌握机械零件常见失效形式和计算准则; 掌握机械零件常见失效形式和计算准则; 机械零件常用材料. 机械零件常用材料.
(二)教学的重点与难点
机械零件常用材料的选择, 机械零件常用材料的选择,失效形式和计算准则
(三)教学内容
3,可靠性 ,
定义:在预定的环境条件下和使用时间( 定义:在预定的环境条件下和使用时间(寿 命)内,零件能够正常工作而不失效的概率 可能性). (可能性).
4,标准化 ,
是指对零件的特征参数以至其结构尺寸, 是指对零件的特征参数以至其结构尺寸,检验方法和制图等 的规范化要求. 的规范化要求. 机械零件设计标准分为(三级): 机械零件设计标准分为(三级): (1)国际标准 )国际标准ISO,国家标准 ,国家标准GB 公差与配合) (如:GB1800-79 公差与配合) 2)部标准(原机械工业部标准JB, (2)部标准(原机械工业部标准JB,冶标 YB ) (3)企业标准(Q/) )企业标准( ) 标准化是缩短新产品设计周期,提高产品质量和生产效率, 标准化是缩短新产品设计周期,提高产品质量和生产效率, 降低生产成本的重要途径. 降低生产成本的重要途径. 注意:零件要标准化,零部件要通用化和产品要系列化. 注意:零件要标准化,零部件要通用化和产品要系列化.
第2章机械设计总论PPT学习教案
机器的可 靠度---指在 规定的 使用时 间内和 预定的 环境下 机器能 够正常 工作的 概率。
（五）其它专用要
求
❖ 对机床有长期保持精度的要求 ❖ 对食品、纺织机械有不得污染产品 的要求 ❖ 对大型机器有便于起重、运输的要 求等
第8页/共43页
§2-3
机械零件的失效： ---零件由于某种原因不能正常工作 时
第1页/共43页
§2-1 设计机器的一般程序
三、技术设计阶段 ❖ 绘制总装配草图、部件装配草图 ❖ 确定零部件的外形及基本尺寸 ❖ 绘制零件工作图和总装配图
第2页/共43页
§2-1 设计机器的一般程序
四、技术文件编制阶段
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。
对于具有配合要求的零件，应避免同时存在两组 以上的表面接合。
接合面不宜过多 第23页/共43页
§2-4 设计零件时应满足的基本要求
三、经济性要求
❖ 用料少 ❖ 加工工时少
❖ 材料的价格低
❖ 尽量采用标准化零部件
四、质量小的要求
好处：
节约材料； 减小惯性，改善机器的动力性能
第24页/共43页
§2-4 设计零件时应满足的基本要求
机械零件的主要失效形式 （自学）
工作能力： ---在不发生失效的条件下，零件所 能安全 工作的 限度。 通常是 对载荷 而言， 故习惯 上又称 ：承载 能力
如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带
整体断裂
传动等。机械零件虽然有多种可能的 失效形式，归纳起来最主要的为
过大的残余变形
零件的失效形式
工作表面的过度磨损或损伤
---根据对 某类零 件已有 的设计 与使用 实践而 归纳出 的经验 公式， 或根据 设计者 的经验 用类比 的方法 所进行 的设计 。
（五）其它专用要
求
❖ 对机床有长期保持精度的要求 ❖ 对食品、纺织机械有不得污染产品 的要求 ❖ 对大型机器有便于起重、运输的要 求等
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§2-3
机械零件的失效： ---零件由于某种原因不能正常工作 时
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§2-1 设计机器的一般程序
三、技术设计阶段 ❖ 绘制总装配草图、部件装配草图 ❖ 确定零部件的外形及基本尺寸 ❖ 绘制零件工作图和总装配图
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§2-1 设计机器的一般程序
四、技术文件编制阶段
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。
对于具有配合要求的零件，应避免同时存在两组 以上的表面接合。
接合面不宜过多 第23页/共43页
§2-4 设计零件时应满足的基本要求
三、经济性要求
❖ 用料少 ❖ 加工工时少
❖ 材料的价格低
❖ 尽量采用标准化零部件
四、质量小的要求
好处：
节约材料； 减小惯性，改善机器的动力性能
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§2-4 设计零件时应满足的基本要求
机械零件的主要失效形式 （自学）
工作能力： ---在不发生失效的条件下，零件所 能安全 工作的 限度。 通常是 对载荷 而言， 故习惯 上又称 ：承载 能力
如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带
整体断裂
传动等。机械零件虽然有多种可能的 失效形式，归纳起来最主要的为
过大的残余变形
零件的失效形式
工作表面的过度磨损或损伤
---根据对 某类零 件已有 的设计 与使用 实践而 归纳出 的经验 公式， 或根据 设计者 的经验 用类比 的方法 所进行 的设计 。
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例
（2） 局部自由度 不影响机构输入与输出运动关系
的个别构件的独立运动称为局部自由 度。
在计算机构自由度时，局部自由度应 当舍弃不计。
（3） 虚约束
在运动副的约束中，有些约束所起的限制作用是重复的， 这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
在计算机构的自由度时，应将产生虚约束的构件和运动副 去掉，然后再进行计算。
3．可靠性设计
可靠性设计（Reliability Design）是以概率论和数理统计为理论基础， 以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以保证产品的可 靠性为目标的现代设计方法。
组成运动副的两构件只能在一 组成运动副的两构件只
个平面内相对转动
能沿某一轴线相对移动
2 、高副：两构件通过点或线接触组成的运动副
球面高副
柱面高副
空间运动副
球面副
螺旋副
圆柱套筒副
一切机械都是若干构件的组合体，这些构件由运动副相联接并具 有确定相对运动。
2.5.2 平面机构运动简图
机构运动简ห้องสมุดไป่ตู้：
绘制机构运动简图的方法和步骤 1. 确定机构的原动件和输出构件，两者之间为传动部份，分析确定 传动部份的构件及构件间运动副的类型，从而确定整个机构的构件 及运动副。
2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一般选择与多 数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要时也可以就机械的不 同部分选择两个或两个以上的投影面，然后展开到同一平面上。
一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动。 相对于参考坐标系，构件所具有的独立运动称 为构件的自由度 运动副限制构件的独立运动即为引入约束
各种运动副引入的约束
（1）转动副(铰链）
（2）移动副
高副：
1 平面机构自由度的计算公式 对于具有n个活动构件的平面机构，若各构件之间共构成了PL
个低副和 PH 个高副，则它们共引入(2PL+PH)个约束。机构的自 由度 F 应为:
2．优化设计
优化设计（Optimal Design）是把最优化数学原理应用于工程设计问 题，在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。进 行工程优化设计，首先需将工程问题按优化设计所规定的格式建立 数学模型，然后选用合适的优化计算方法在计算机上对数学模型进 行寻优求解，得到工程设计问题的最优设计方案。
（1）固定件（机架）： 是用来支承活动构件的构件。 （2）原动件 ： 是运动规律已知的活动构件。它的运动是由外界 输入的，故又称为输入构件。 （3）从动件: 随着原动件的运动而运动的其余活动构件，其中输 出机构的预期运动的从动件称为输出构件。 任何一个机构中，必有一个固定件，一个或几个原动件，其余的 都是从动件。
3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的 相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件上的 运动副符号用简单线条连接起来，这样便绘制出机构的运动简图。
机构运动简图中的常用符号
运动简图中的常用符号
例2-1 绘制如图所示颚式破碎机的机构运动简图
2.5.3 平面机构的自由度
F=3n－(2PL+PH)=3n－2PL－PH
2 机构自由度的意义及具有确定运动的条件
例2.2 例2.4
例2.3
综上所述，机构的自由度Ｆ、机构原动件的数目和机构的运
动有着密切的关系：
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动； 2)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确
定的，因此，机构具有确定的相对运动的条件是：机构的自由度
实际构件的外形和结构往往很复杂，在研究机构运动时,为使问题简 化，撇开与运动无关的构件外形和运动副具体构造,仅用简单线条和 符号来表示构件和运动副。
这种用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各 运动副的位置，以说明机构中各构件间相对运动关系的简化图形， 称为机构运动简图
机构中的构件分三类： 固定件（机架） 原动件(主动件） 从动件
Ｆ>０且机构的原动件数等于机构的自由度数； 3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的; 4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏。
机构自由度的意义就是机构具有确定的相对运动时所必须给定的 独立运动参数的数目。
3 计算机构自由度时应注意的事项
（1） 复合铰链 由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰链。由m个 构件汇集而成的复合铰链应当包含(m-1)个转动副。
4
1
2
3
图1
解：首先计算设计方案草图的自由度
F 3n 2PL PH 3 4 2 6 0
即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必 须修改，以达到设计目的。
改进措施： 1、增加一个低副和一个活动构件； 2、用一个高副代替低副。
2.6 现代设计方法简介
1．计算机辅助设计
计算机辅助设计（Computer Aided Design），简称CAD。它是 把计算机技术引入设计过程，利用计算机来完成计算、选型、 绘图及其它作业的一种现代设计方法。
虚约束对运动不起作用，但可以增加构件的刚性、使构件受力均衡。
常见的虚约束有以下几种情况: １）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重 合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
带虚约束的凸轮机构
２）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个 转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
带虚约束的曲轴
3）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也 往往会引入虚约束。
带虚约束的行星轮系
自由度： F 3n 2PL PH 3 3 2 3 2 1
机构自由度计算举例
图示牛头刨床设计方案草图。设 计思路为：动力由曲柄1输入，通 过滑块2使摆动导杆 3 作往复摆动， 并带动滑枕4作往复移动 ，以达到 刨削加工目的。 试问图示的构件 组合是否能达到此目的？ 如果不 能，该如何修改？
2.5 机构运动简图及平面机构的自由度
：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构， 否则称为空间机构
2.5.1 运动副及其分类
运动副：使两构件直接接触并能产生一定的相对运动的联接称 为运动副 运动副分为：低副、高副
1 、 低副： 两构件通过面接触组成的运动副
（1）转动副(铰链）
（2）移动副
（2） 局部自由度 不影响机构输入与输出运动关系
的个别构件的独立运动称为局部自由 度。
在计算机构自由度时，局部自由度应 当舍弃不计。
（3） 虚约束
在运动副的约束中，有些约束所起的限制作用是重复的， 这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
在计算机构的自由度时，应将产生虚约束的构件和运动副 去掉，然后再进行计算。
3．可靠性设计
可靠性设计（Reliability Design）是以概率论和数理统计为理论基础， 以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以保证产品的可 靠性为目标的现代设计方法。
组成运动副的两构件只能在一 组成运动副的两构件只
个平面内相对转动
能沿某一轴线相对移动
2 、高副：两构件通过点或线接触组成的运动副
球面高副
柱面高副
空间运动副
球面副
螺旋副
圆柱套筒副
一切机械都是若干构件的组合体，这些构件由运动副相联接并具 有确定相对运动。
2.5.2 平面机构运动简图
机构运动简ห้องสมุดไป่ตู้：
绘制机构运动简图的方法和步骤 1. 确定机构的原动件和输出构件，两者之间为传动部份，分析确定 传动部份的构件及构件间运动副的类型，从而确定整个机构的构件 及运动副。
2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一般选择与多 数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要时也可以就机械的不 同部分选择两个或两个以上的投影面，然后展开到同一平面上。
一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动。 相对于参考坐标系，构件所具有的独立运动称 为构件的自由度 运动副限制构件的独立运动即为引入约束
各种运动副引入的约束
（1）转动副(铰链）
（2）移动副
高副：
1 平面机构自由度的计算公式 对于具有n个活动构件的平面机构，若各构件之间共构成了PL
个低副和 PH 个高副，则它们共引入(2PL+PH)个约束。机构的自 由度 F 应为:
2．优化设计
优化设计（Optimal Design）是把最优化数学原理应用于工程设计问 题，在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。进 行工程优化设计，首先需将工程问题按优化设计所规定的格式建立 数学模型，然后选用合适的优化计算方法在计算机上对数学模型进 行寻优求解，得到工程设计问题的最优设计方案。
（1）固定件（机架）： 是用来支承活动构件的构件。 （2）原动件 ： 是运动规律已知的活动构件。它的运动是由外界 输入的，故又称为输入构件。 （3）从动件: 随着原动件的运动而运动的其余活动构件，其中输 出机构的预期运动的从动件称为输出构件。 任何一个机构中，必有一个固定件，一个或几个原动件，其余的 都是从动件。
3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的 相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件上的 运动副符号用简单线条连接起来，这样便绘制出机构的运动简图。
机构运动简图中的常用符号
运动简图中的常用符号
例2-1 绘制如图所示颚式破碎机的机构运动简图
2.5.3 平面机构的自由度
F=3n－(2PL+PH)=3n－2PL－PH
2 机构自由度的意义及具有确定运动的条件
例2.2 例2.4
例2.3
综上所述，机构的自由度Ｆ、机构原动件的数目和机构的运
动有着密切的关系：
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动； 2)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确
定的，因此，机构具有确定的相对运动的条件是：机构的自由度
实际构件的外形和结构往往很复杂，在研究机构运动时,为使问题简 化，撇开与运动无关的构件外形和运动副具体构造,仅用简单线条和 符号来表示构件和运动副。
这种用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各 运动副的位置，以说明机构中各构件间相对运动关系的简化图形， 称为机构运动简图
机构中的构件分三类： 固定件（机架） 原动件(主动件） 从动件
Ｆ>０且机构的原动件数等于机构的自由度数； 3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的; 4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏。
机构自由度的意义就是机构具有确定的相对运动时所必须给定的 独立运动参数的数目。
3 计算机构自由度时应注意的事项
（1） 复合铰链 由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰链。由m个 构件汇集而成的复合铰链应当包含(m-1)个转动副。
4
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3
图1
解：首先计算设计方案草图的自由度
F 3n 2PL PH 3 4 2 6 0
即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必 须修改，以达到设计目的。
改进措施： 1、增加一个低副和一个活动构件； 2、用一个高副代替低副。
2.6 现代设计方法简介
1．计算机辅助设计
计算机辅助设计（Computer Aided Design），简称CAD。它是 把计算机技术引入设计过程，利用计算机来完成计算、选型、 绘图及其它作业的一种现代设计方法。
虚约束对运动不起作用，但可以增加构件的刚性、使构件受力均衡。
常见的虚约束有以下几种情况: １）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重 合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
带虚约束的凸轮机构
２）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个 转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
带虚约束的曲轴
3）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也 往往会引入虚约束。
带虚约束的行星轮系
自由度： F 3n 2PL PH 3 3 2 3 2 1
机构自由度计算举例
图示牛头刨床设计方案草图。设 计思路为：动力由曲柄1输入，通 过滑块2使摆动导杆 3 作往复摆动， 并带动滑枕4作往复移动 ，以达到 刨削加工目的。 试问图示的构件 组合是否能达到此目的？ 如果不 能，该如何修改？
2.5 机构运动简图及平面机构的自由度
：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构， 否则称为空间机构
2.5.1 运动副及其分类
运动副：使两构件直接接触并能产生一定的相对运动的联接称 为运动副 运动副分为：低副、高副
1 、 低副： 两构件通过面接触组成的运动副
（1）转动副(铰链）
（2）移动副