《机械设计基础》第1章 机械设计基础概述

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第五节 机械零件的失效形式和设计 计算准则
二、标准化、系列化及通用化
机械零件的标准化是指在不同类型、不同规格的各种机器中. 有相当多的零、部件是相同的.如螺纹连接件、滚动轴承等. 由于应用范围广泛、用量大.已经高度标准化而成为标准件。 设计时只需根据设计手册或产品目录选定型号和尺寸.向专业 商店或工厂订购。此外.有很多零件虽然使用范围极为广泛. 但在具体设计时随着工作条件的不同.在材料、尺寸、结构等 方面的选择也各不相同.这种情况则可对其某些基本参数规定 标准的系列化数据.如齿轮的模数等。
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第三节 机械设计的基本要求和一般 过程
二、机械设计的一般过程
机械设计的过程通常可分为以下几个阶段。 (1)提出和制定产品设计任务书。 (2)总体方案设计。 (3)技术设计。 (4)样机的试制和鉴定。 (5)产品的正式投产。
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第三节 机械设计的基本要求和一般 过程
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第一节 本课程研究的对象和内容
二、机构
机构与机器的区别在于机构主要用来传递或变换运动.而机器 却能完成有用的机械功或转换机械能。我们把机构和机器统 称为机械。 机器中广泛应用的机构称为常用机构.如连杆机构、齿轮机构、 凸轮机构、带传动机构和间歇运动机构等。
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第一节 本课程研究的对象和内容
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第一节 本课程研究的对象和内容
一部完整的机器主要由以下几部分组成。 (1)原动部分:是机器的动力来源.常用的原动机有电动机、 内燃机等。 (2)执行部分:处于整个机器传动路线的终端.是直接完成工 作任务的部分。 (3)传动部分:把原动机的运动和动力传递给执行部分。
(4)控制部分:使操作者能随时实现或终止机器各种预定功 能的部分。
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Βιβλιοθήκη Baidu 第四节 机械零件的失效形式和设计 计算准则
一、失效形式
机械零件最常见的失效形式大致有以下几种。 1.断裂 机械零件的断裂通常有以下两种情况。 (1)零件在外载荷的作用下.某一危险截面上的应力超过零件 的强度极限时将发生断裂(如螺栓的折断)。 (2)零件在循环变应力的作用下.危险截面上的应力超过零件 的疲劳强度而发生疲劳断裂。 2.过量变形 当零件上的应力超过材料的屈服极限时.零件将发生塑性变形。 当零件的弹性变形量过大时.也会使机器无法正常工作.如机 床主轴的过量弹性变形会降低机床的加工精度。
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第三节 机械设计的基本要求和一般 过程
3.满足工艺要求 设计机器时应尽量减少零件的数量.尽可能地采用标准件.使 装配及维修简单等。 4.满足劳动保护要求 操作方便有利于减轻操作人员的劳动强度.能实现对操作人员 的防护.保证人身安全和身体健康。对于技术系统的周围环境 和人为导致造成污染和危害,同时要保证机器对环境的适应 性。 5.满足其他特殊要求 必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同.而对设计提出某 些特殊要求。例如.药品、食品和纺织机械要求防止产品污染. 航空航天机械要求减轻质量等。
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第五节 机械零件的失效形式和设计 计算准则
一、工艺性
机械零件的结构.主要由它在机械中的作用.它和其他相关零 件的关系及制造工艺所决定。如果零件的结构在具体生产条 件下.能用最少的工时和最低成本制造和装配出来.则这样的 零件结构具有良好的工艺性.因此.对零件进行结构设计时.有 关工艺性的基本要求如下。
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第三节 机械设计的基本要求和一般 过程
3.设计过程中的注意事项 产品设计过程是智力活动过程.它体现了设计人员的创新思维 活动.设计过程是逐步逼近解决方案并逐步完善的过程。设计 过程中还应注意以下几点。 (1)设计过程要有全局观点.不能只考虑设计对象本身的问题. 而要把设计对象看作一个系统.处理“人一机一环境”之间的 关系。 (2)善于运用创造性思维和方法.注意考虑多种方案的解.避免 解决问题的局限性。 (3)设计的各阶段应有明确的目标.注意各阶段的评价和优选. 以求出既满足功能要求又有最大实现可能的方案。 (4)要注意反馈及必要的工作循环。解决问题要由抽象到具 体.由局部到全面.由不确定到确定.
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第四节 机械零件的失效形式和设计 计算准则
二、机械零件的设计计算准则
同一零件对不同失效形式的承载能力也各不相同。根据不同 的失效原因建立起来的工作能力判定条件.称为设计计算准则. 主要包括以下几种。 1.强度准则 强度是零件应满足的基本要求。强度是指零件在载荷作用下 抵抗断裂、塑性变形及表面失效(磨粒磨损、腐蚀除外)的能 力。强度可分为整体强度和表面强度(接触与挤压强度)两种。 整体强度的判定准则为:零件在危险截面处的最大应力不应超 过允许的限度称为许用应力.
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第五节 机械零件的失效形式和设计 计算准则
(1)毛坯选择合理。机械制造中毛坯制备的方法有直接利用 型材、铸造、锻造、冲压和焊接等。毛坯的选择与具体的生 产条件有关一般取决于生产批量、材料性能和加工可能性等。 (2)结构简单合理和便于机械加工。设计零件的结构形状时. 应尽量采用简单的表面(如平面、圆柱面)及其配合.并使加工 表面数目最少和加工面积最小。 (3)制造精度及表面粗糙度选择合适。制造精度和表面粗糙 度选得越高.加工费用就越高.因此.应在满足使用要求的原则 下.恰当地选择制造精度和表面粗糙度。
四、本课程研究的对象和内容
1.课程的地位和作用 机械设计基础课程是机械类、机电类及近机械类专业一门必 修的技术基础课.在教学计划中起着承前启后的桥梁作用.是 学习专业课程和从事机械产品设计的必备基础。本课程的作 用在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本 方法.使学生具备一般机械设备的维护、改进和设计能力。
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第一节 本课程研究的对象和内容
2.课程研究的对象 机械设计研究的对象就是机器和机构。本课程一方面涉及许 多生产实际知识;另一方面又综合运用了许多先修课程所提供 的基础理论。因此.本课程主要介绍机械设计中的基本共性问 题.并重点研究常用机构和一般参数的通用零件的工作原理、 结构特点.以及基本的受力分析、计算方法和设计理论.
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第二节 本课程的学习方法
(2)学生一接触本课程就会产生“‘没有系统性”、“‘逻 辑性差”等错觉.这是由于学生习惯了基础课的系统性所造成 的。本课程中.虽然不同研究对象所涉及的理论基础不同.且 相互之间无多大关系.但最终的研究目的却只有一个.即设计 出能应用的机构、零件等。本课程的各部分内容都是按照工 作原理、结构、强度计算和使用维护的顺序介绍的.有其自身 的系统性.学习时应注意这一特点。 (3)由于实践中的问题很复杂.很难用纯理论的方法来解决。 因此.常‘常采用很多经验公式、参数及简化计算等.这往往 会给学生造成“‘不讲道理”、“没有理论”等错觉.这一点 必须在学习过程中逐步适应。
2.机构零件设计的一般步骤 当机械的总体方案已经确定.运动学和动力学计算完成后.就 要进行主要零、部件的设计。机械零件设计的一般步骤如下。 (1)根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零件的 载荷。 (2)根据零件工作情况的分析.判定零件的失效形式.从而确定 其计算准则 (3)进行主要参数的选择.选定材料结构工艺性等。 (4)进行结构设计。 (5)绘制零件工作图.制定技术要求.根据计算准则求出零件的 主要尺寸.考虑热处理及.编写计算说明书及有关技术文件。
三、构件、零件
组成机构的构件可以是一个零件(如齿轮机构中的一个齿轮). 也可以是由几个零件构成的刚性组合体。 显然.构件是独立运动的单兀体;零件是加工制造的单兀体.是 机器的最基本组成要索。各类机器中经常用到的零件称为通 用零件. 在专用机器中才能用到的零件称为专用零件。
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第一节 本课程研究的对象和内容
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第四节 机械零件的失效形式和设计 计算准则
2.刚度准则 刚度是指零件受载后抵抗弹性变形的能力.其设计计算准则为: 零件在载荷作用下产生的弹性变形量应不大于机器工作性能 允许的极限值。各种变形量计算公式可参考材料力学课程.本 书不再赘述。 3.耐磨性准则 设计时应使零件的磨损量在预定限度内不超过允许量。由于 磨损机理比较复杂.通常采用条件性的计算准则.即零件的压 强不大于零件的许用压强。
第一章 机械设计基础概述
第一节 本课程研究的对象和内容 第二节 本课程的学习方法
第三节 机械设计的基本要求和一般过程
第四节 机械零件的失效形式和设计计算准则
第五节 机械零件的工艺性和标准化、系列化
和通用化
第一节 本课程研究的对象和内容
一、机器及其组成
机器具备3个特征: (1)它们都是人为的各种实物(构件)的组合体。 (2)组成机器的各实物(构件)间具有确定的相对运动。 (3)能够代替或减轻人的劳动.完成有用的机械功或者实现能 量转换。
机械的类型很多.但其设计的基本要求大致相同。主要有以下 几点。 1.满足预定功能的要求 这是指能够按照预期的技术要求顺利地执行机械的全部职能. 如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需 要传递的功率.以及某些使用上的特殊要求(如耐高温、防潮 等 )。 2.满足经济性要求 机械的经济性是指在设计、制造上成本低.使用上效率高.能 源和辅助材料消耗少.维护及管理费用低等。
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第四节 机械零件的失效形式和设计 计算准则
3.表面失效 表面失效主要有疲劳点蚀、磨损、压溃和腐蚀等形式。表面 失效后通常会增加零件的摩擦.使零件尺寸发生变化.最终造 成零件的报废。 4.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工作.否则就会引 起失效.如带传动因过载发生打滑.使传动不能正常地进行。
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第一节 本课程研究的对象和内容
4.课程的学习任务 本课程的主要任务是通过课堂学习、习题、课程设计和课程 实验、实训等教学环节.使学生掌握如下的学习目标: (1)掌握物体机械运动的一般规律及常用机构的工作原理、 运动特性和运动设计的方法; (2)掌握构件承载能力的计算方法及通用零、部件的原理分 析、设计计算方法和选用的基本知识; (3)树立正确的设计思想.了解机械设计的一般规律; (4)初步具备一般简单机械的维护、改进和设计能力; (5)具有运用标准、规范、手册及查阅有关技术资料的能力.
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第一节 本课程研究的对象和内容
3.课程研究的内容 本课程的主要内容可分为两大部分。 一部分是介绍各种常用机构的工作原理、基本类型、性能特 点、几何参数和设计方法。常用机构包括平面连杆机构、凸 轮机构、齿轮机构、轮系、带传动和间歇机构等。 另一部分是介绍通用零、部件的工作原理、结构特点、材料、 失效分析及对策、选用及设计方法等。通用零、部件包括齿 轮、带及带轮、连接零件及轴系零件等。
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第二节 本课程的学习方法
本课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实 践性较强的专业课过渡的一个重要的转折点。因此.学生学习 本课程时必须在学习方法上有所转变.应注意以下几个特点。 (1)本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去.解决 有关实际的问题。本课程要综合运用高等数学、工程力学、 金工实习、制图、互换性与技术测量等课程的基本知识去解 决常用机构、通用零件的设计等问题因此先修课程的掌握程 度直接影响到本课程的学习。
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第二节 本课程的学习方法
(4)计算步骤和计算结果常‘常不像基础课具有唯一性。 (5)计算对解决设计问题虽然很重要.但并不是唯一所要求的 能力。学生必须逐步培养把理论计算与结构设计、工艺等结 合起来解决设计问题的能力。
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第三节 机械设计的基本要求和一般 过程
一、机械设计的基本要求
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第四节 机械零件的工艺性和标准化、 系列化和通用化
4.散热性准则 零件工作时.如果温度过高.将导致润滑剂失去作用.材料的强 度极限下降.引起热变形及附加热应力等.从而使零件不能正 常工作。散热性准则为:根据热平衡条件.工作温度不应超过 许用工作温度。 5.可靠性准则 可靠性用可靠度表不.对那些大量生产而又无法逐件试验或检 测的产品.更应计算其可靠度。零件的可靠度用零件在规定的 使用条件下、在规定的时间内能正常工作的概率来表不.即用 在规定的寿命时间内能连续工作的件数占总件数的百分比表 示。
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