第二章机械设计总论2

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•2、经济性要求 •经济性要求----从设计、制造到使用的全过程中, •设计时要全面综合考虑。 • 1)设计制造的经济性: •采用先进的现代设计方法,使设计参数最优化; •最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零部件; •尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。 • 2)使用经济性: •生产率和工作效率高; •能耗低; •管理和维护费用低等。
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•3、铜合金
•青铜---含锡青铜、不含锡青铜。
•黄铜---铜锌合金,并含有少量的锰、铝、镍。
•特点:具有良好的塑性和液态流动性;

青铜合金还具有良好的减摩性和抗腐蚀性。
•零件毛坯获取方法:辗压、铸造。
•应用:应用范围广泛。
•4、非金属材料
•高分子材料--- 塑料、橡胶、合成纤维。 •陶瓷---强度如钢、重量如铝、硬度如金刚石。 •复合材料---强度高、弹性模量大、质量轻。
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•机械零件的设计步骤: 选择零件类型、结构 计算零件上的载荷 确定计算准则 选择•潘零存云件教授的研制材料 确定零件的基本尺寸 结 构 设 计 校 核 计 算 画出零件工作图 写出计算说明书
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•§2-9 机械零件材料的选用原则
•一、常用材料
•灰铸铁 (HT200) •铸铁 •球墨铸铁(QT600-2)
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。 技术文件包括:
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表 产品验收条件 …………
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机器设计的一般流程 提出任务 计 划
分析对机器的要

确定任务要

机•潘器存功云教能授研分制
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•以受拉杆为例,强度计算公式为: •σ = F/A ≤ [σ] =σlim / S
•设计计算: A≥ FS/ σlim
•2、经验设计 •根据已有的设计和使用实践而归纳出的经验公式, 或根据设计者的设计经验用类比的方法进行的设计。 •对于使用要求变化不大而结构形状已典型化的零件, 是有效的设计方法,例如:箱体、机架、传动件的 结构要素等。
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•经济性----总费用最低。 费用
总费用
•方案设计做到: •创新与经验设计相结合。
使用费用
设计 制造费 用
3、技术设计阶段
复杂程度
绘制总装配图、部件装配图,由装配图确定零部 件的外形、基本尺寸和零件工作图。
技术设计阶段的主要过程:
1)机器的运动学设计
确定原动机的参数(功率、转速等),计算转动构件 的运动参数(转速、速度、加速度等)。
•…
•黑色金属
•低碳钢 (08F)
•中碳钢 (45)
•钢 •高碳钢 (60)
•金属材料
•合金钢 (30CrMnSi) •…
•铝合金 (LY12) •1、铸铁 •有色金属 •铜合金 (ZCuSn10P1)
• 灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。
• 特点:良好的液态流动性,可铸成形状复杂的零

件。较好的减振性、耐磨性、切削性(指
•潘存云教授研 制
•轴瓦磨损
•潘存云教授研制
•齿面接触疲劳
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•统计结果表明:断裂仅占4.8%;腐蚀、磨损、疲 劳破坏占74%----主要失效原因。
•§2-5 机械零件设计时应满足的基本要求
•一、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、寿命等。 •1、强度要求 •零件不发生断裂、塑性变形、过大磨损等。 •2、刚度要求 •零件工作时的弹性变形不能超过允许的范围。 •3、寿命要求 •影响零件寿命的主要因素有:疲劳破坏、磨损、腐蚀。 •大部分零件工作在变应力下,易发生第疲二章劳机械设破计总坏论2 。
•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。
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•§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。

灰铸铁)、成本低。
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•应用:应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。
• 2、钢 • 低碳钢 、中碳钢 、高碳钢、合金钢、结构钢、工具钢、 铸钢等。
•特点:与铸铁相比,钢具有高的强度、韧性和塑性。 可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。 •钢制零件毛坯获取方法: •锻造、冲压、焊接等。 •应用:应用范围极其广泛。 •钢的选用原则: •优选碳素钢,其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。
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•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:
经济性好、技术上可行。
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2)构件的动力学计算 计算构件所受载荷的大小和特性。 3)零件的工作能力设计 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 。
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•§2-6 机械零件的设计准则
•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。
•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---高速运转的机械设计应考虑。
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•3、模型实验设计 •把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺寸 样机,经过试验的手段对其特性进行检验,根据实 验结果再对设计进行逐步修改,达到完善。 •对于尺寸巨大、结构又很复杂的重要零件的设计, 是一种有效的方法。 • 4、现代设计方法 •是指在近二、三十年发展起来的较为完善、科学、 •计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。
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•3、劳动保护要求
• 1)操作方便和安全 •设计时要按照人机工程学的观点布置各种按钮、 手柄,使操作方式符合人们的心理和习惯。 •设置完善的安全装置、报警装置、显示装置等。 • 2)改善操作者及机器的环境 •设计的机器应符合劳动保护法规的要求。 •降低机器运转时的噪声,对机器易出现危险的部 位设置防护措施。 • 防止有毒、有害介质渗漏,对废水、废气和废 液进行治理。
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•4、可靠性要求 •在规定的使用时间内和预定的环境下机器能够正常 工作。 •应在工作条件和零件性能两个方面考虑。
•5、其它专用要求
•针对不同机器所特有的要求。 •●要求机床长期保持所需的精度; •●对流动使用的机器要求便于安装和拆卸; •●大型机器要求便于运输等。
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•●增加相同形状、相同元素(直径、圆角半径、键、
• 齿轮模数等)的数量;
•●尽量采用标准零部件。
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•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。
•三、经济性要求 主要是制造成本
•●简化零件的结构; •●采用无余量、少余量的毛坯,减少加工;
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•●采用价格低而充足的材料代替昂贵材料; •●大型零件采用组合结构; •●尽量采用标准件。
•四、质量小的要求
•零件质量小可以节约材料,减小惯性,改善机器的 动力性能。
•五、可靠性要求 •由于零件所受的载荷、环境温度、零件本身物理 和机械性能等因素是随机变化的,故零件的失效是 随机发生的。为了提高零件的可靠性,就应当在工 作条件和零件性能两个方面使其变化尽可能小。
•S为大于1的数。 •S过大,虽安全但浪费材料; •S过小,虽节省材料,但趋于危险。
•二、刚度准则
• 零件在力作用下的弹性变形量不得超过许用值。
即: y ≤[y]
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•三、寿命准则 •影响零件使用寿命的因素主要是腐蚀、磨损和疲劳, 前两者还没有成熟的计算方法,工程中常求出该寿命 时的疲劳极限,作为计算的依据。 •四、振动稳定性准则 •保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频率 错开, 即要求: • 0.85 f > fp 或 1.15 f < fp •f—零件的固有频率; fp —激振源的频率
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•二、机械零件材料的选用原则 •根据零件的用途、工作条件和材料的力学和工艺性 能以及经济因素等进行全面考虑。 •选材的一般原则: •载荷及应力的大小和性质 •零件的工作情况 •零件的尺寸及重量 •零件的结构及加工性 •材料的经济性
•§2-4 机械零件的主要失效形式
•机械零件由于某种原因不能正常工作时,称为失效。 •零件的失效形式: •●整体断裂, 如齿轮轮齿折断; •●过大的残余变形, 如轴承塑性变形;
•潘存云教授研制
•潘存云教授研制
• 推力轴承外圈
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•●工作表面的过度磨损,如轴瓦表面磨损;
•●破坏正常的工作条件,如螺纹联接的松弛,带传 动的打滑等。
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•橡胶--橡胶富于弹性,能吸收较多的冲击能量。 常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带 等。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。 •塑料--塑料的比重小,易于制成形状复杂的零件, 各种不同塑料具有不同的特点,如耐蚀性、绝热性、 绝缘性、减摩性、摩擦系数大等,在机械制造中应 用日益广泛。
••二、结构工艺性要求 •在一定的生产条件下,零件应便于加工且费用低。
•1、 毛坯选择合理
•毛坯选择与生产批量、材料性能和加工方法有关。
•●单件或小批量生产时,选用棒料、板材、型材或焊
件。
••●2、大结批构量简生单产时合,理常选用铸造、锻造、冲压等方法。
•●最好采用平面、柱面等简单表面及其组合;
•●尽量减少加工面数和加工面积;
•五、可靠性准则
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§2-7 机械零件的设来自百度文库方法
•理论设计 •常规设计方法 •经验设计
•机械零件的
•模型实验设计
设计方法
•现代设计方法
•常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算, 结合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。
•1、 理论设计
•根据长期设计和实践总结出来的设计理论和实验 数据所进行的设计。
•可靠性准则---当考虑随机因素影响时,应进行可

靠性计算。
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•一、强度准则 •强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。
•σ ≤[σ] =σlim/S
[σ] ---许用应力
•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)
析 提出可能的解决办 方


组合几种可能的方 设




选定方 案
明确构形要
求 结构
化 选择•潘材存云料教、授研确制 定尺



确定结构形状与尺


零件设
术 设
计 部件设


总体设
计 编制技术文
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•§2-3 对机器的主要要求
•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: •1、使用功能要求 •机器应具有预定的使用功能。 •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,合理地配置必要的辅助系 统来实现。
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2020/12/10
第二章机械设计总论2

•§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
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•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。
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