机械设计第一篇 总论

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1、6464学时学时机械设计机械设计山东理工大学山东理工大学 机械机械学院学院考试课考试课1 1 认识本课程；认识本课程；主要内容：主要内容：2 2 机器的基本组成机器的基本组成；3 3 本课程的内容、性质和任务。本课程的内容、性质和任务。第一章第一章绪绪论论一、机械设计发展史：一、机械设计发展史：机械设计发展的三个阶段1) 机械设计起源和古代机械设计2) 近代机械设计3) 现代机械设计本课程发展可分为四个阶段： 解放前1953年 19531960年。 19601995年。 1996至今。二、课程发展的主要历史沿革二、课程发展的主要历史沿革:机械设计机械设计 邱宣怀主编邱宣怀主编机械设计学习指导机

2、械设计学习指导机械设计手册机械设计手册机械零件手册机械零件手册Design of Machine Element参考资料：参考资料：1 1- -2 2 机器的基本组成要素机器的基本组成要素一、机器的组成一、机器的组成1 1- -1 1 机械工业在现代化建设机械工业在现代化建设 中的作用中的作用1. 机器机器(machine)(machine)执行机械运动的装执行机械运动的装 置，用来变换或传递能量、物料或信息。置，用来变换或传递能量、物料或信息。2 2机构机构(mechanism)(mechanism)实现预期机械运动实现预期机械运动 的各构件的基本结合体。的各构件的基本结合体。机器的主要部分

3、是机械系统，而机械机器的主要部分是机械系统，而机械 系统是由一些机构组成。系统是由一些机构组成。结论：机器的基本组成要素是机械零件。结论：机器的基本组成要素是机械零件。3. 3. 构件构件运动的单元体。运动的单元体。 4. 4. 零件零件制造的单元体。制造的单元体。部件为完成同一使命结构上组合在一起协同部件为完成同一使命结构上组合在一起协同 工作的零件，如滚动轴承。工作的零件，如滚动轴承。思考：零件与构件的关系如何？思考：零件与构件的关系如何？零件泛指零、部件零件泛指零、部件机械零件机械零件（零件零件） 组成机器的不可拆的基本单元组成机器的不可拆的基本单元. .二、机械零件的分类及部件二、机械

4、零件的分类及部件使用，如曲轴、活塞等专用零件特定机器中普遍使用，如轴、齿轮通用零件各种机器中零件 等非标准件，如轴，齿轮、键、滚动轴承等标准件，如螺钉、螺母零件研究对象：研究对象：普通普通工作条件（温度、湿度、压力）工作条件（温度、湿度、压力） 下下一般参数一般参数的的通用通用零部件。零部件。三、机械零件和机器之间的联系三、机械零件和机器之间的联系四、课程的主要内容四、课程的主要内容1. 从共性方面论述机器设计的基本 理论、要求和一般方法2. 各种通用零件的设计原理和选用 方法1 1- -3 3 本课程的内容、性质与本课程的内容、性质与 任务任务联接部分：螺纹联接、键联接等联接部分：螺纹联接、

5、键联接等传动部分：齿轮、蜗杆、带、链等传动部分：齿轮、蜗杆、带、链等轴系部分：轴、轴承（滚动、滑动）等轴系部分：轴、轴承（滚动、滑动）等其它部分：减速器、弹簧等其它部分：减速器、弹簧等总论部分总论部分一、课程的内容一、课程的内容顺序：一般先介绍类型、构造、功能、材顺序：一般先介绍类型、构造、功能、材 料、标准等基本知识料、标准等基本知识工作情况、受力分工作情况、受力分 析、失效形式析、失效形式设计准则、方法、步骤等设计准则、方法、步骤等 二、课程的性质二、课程的性质是以一般通用零件的设计为核心的设计性 课程过渡过渡桥梁桥梁机械类机械类必修课必修课主干课主干课技术基础课技术基础课承先启后承先启后

6、理论性课程设计性课程设计性课程基础课基础课专业课2 2具有运用标准、手册、图册和查阅有具有运用标准、手册、图册和查阅有 关资料的能力。关资料的能力。三、课程的任务三、课程的任务1 . 1 . 掌握通用零件的设计原理、设计方法掌握通用零件的设计原理、设计方法 及一般设计规范。及一般设计规范。3.3.具有设计传动装置和一般机械的能力。具有设计传动装置和一般机械的能力。学习主线学习主线:失效形式失效形式受力分析受力分析强度计算强度计算结构设计结构设计5 5）表格多）表格多1) 1) 关系多关系多2 2）门类多）门类多3 3）公式多）公式多4 4）图形多）图形多 6 6）要求多）要求多虽繁杂、零碎但不

7、抽象，各零部件均有实物可见，虽繁杂、零碎但不抽象，各零部件均有实物可见， 学习时要善于分析比较，理论联系实际，找各章间的学习时要善于分析比较，理论联系实际，找各章间的 联系（共性、个性），不要把各章一个个孤立起来。联系（共性、个性），不要把各章一个个孤立起来。 否则会感到内容杂乱无章。若有此感，则没有掌握正否则会感到内容杂乱无章。若有此感，则没有掌握正 确的学习方法。确的学习方法。四、本课程的特点与先前所修课不同，内容较分散、零碎、系与先前所修课不同，内容较分散、零碎、系 统性、逻辑性差，表现为：六个多统性、逻辑性差，表现为：六个多五、学习方法建议五、学习方法建议1 1学习态度学习态度：从装配

8、关系、功能和相互影响找联系（关联），从装配关系、功能和相互影响找联系（关联）， 从设计理论、设计方法找共性和个性。从设计理论、设计方法找共性和个性。3 3找相关联的共性和个性，总结普遍规律；找相关联的共性和个性，总结普遍规律；4 4明确：明确：计算设计，设计决非只是计算；设计决非只是计算；2 2认清认清“过渡过渡”, ,如机原中：机构的设计，只需定各如机原中：机构的设计，只需定各 构件的长度，不要求：结构、形状、材料、加工方法、强度、构件的长度，不要求：结构、形状、材料、加工方法、强度、 刚度、寿命等，机械设计则要解决一系列实际问题。刚度、寿命等，机械设计则要解决一系列实际问题。第二章第二章机

9、械设计总论机械设计总论2-1 机器的组成原动机部分原动机部分执行部分执行部分传动部分传动部分控制系统控制系统辅助系统辅助系统原动机部分：把其它形式的能量转换为 可以利用的机械能。执行部分：用来完成机器预定功能的组成部分。 通常有：夹持、搬运、输送、分度与转位、检 测等功能。设计执行系统时，通常要满足下列的要求：(一)实现预期精度的运动或动作(二)有足够的强度、刚度(三)各执行机构间动作要协调配合销钉切制机构运动简图销钉切制机构运动简图传动部分：连接动力机与执行机构，并把动力 机的运动和动力经适当变换，以满足执行机构 的作业要求。通常包括：变速装置、起停和换向装置、制动 装置及安全保护装置等。传

10、动系统的要求:1)动力机与执行机构的机械特性相适应。2)满足执行机构在起动、制动、调速、反向和 空载等方面的要求。3）传动链应尽量简短。4）结构紧凑。5）当载荷变化频繁，且可能出现过载时，应 考虑过载保护装置；6）有安全保护措施。控制系统:控制装置和被控对象所组成的，能 够对被控对象的工作状态进行控制的系统。机械系统控制的主要任务通常包括：1)使各执行机构按一定的顺序和规律运动。2)改变各运动构件的运动方向和速度大小。3)使各运动构件间有协调的动作，完成给定的 作业循环要求。4)对产品进行检测、分类以及防止事故，对工 作中出现的不正常现象及时报警并消除。传动部分传动部分原动机部分原动机部分执行

11、部分执行部分皮带运输机传动简图皮带运输机传动简图带轮轴轴齿轮齿轮轴键联接箱体卷筒卷筒轴轴螺纹联接滚动轴承滚动轴承联轴器联轴器滑动轴承滑动轴承2 2- -2 2 设计机器的一般程序设计机器的一般程序机器应满足的要求机器应满足的要求 1 1、使用要求：完成预定功能，生产率高、使用要求：完成预定功能，生产率高 2 2、安全可靠、寿命足够、安全可靠、寿命足够3 3、制造、运行费用低，维护方便、制造、运行费用低，维护方便4 4、其他：运输方便、造型美观、其他：运输方便、造型美观（一）计划阶段（一）计划阶段确定任务要求确定任务要求分析对机器的需求分析对机器的需求阶段的目标：设计任务书阶段的目标：设计任务书

12、提出任务提出任务(二）方案设计阶段评价评价组合几种可能的方案组合几种可能的方案决策决策选定方案选定方案提出可能的解决办法提出可能的解决办法机器功能分析机器功能分析+-目标：提出原理性的设计方案目标：提出原理性的设计方案原理原理 图或机构运动简图。图或机构运动简图。（三）技术设计阶段评价评价选择材料、决定尺寸选择材料、决定尺寸决策决策确定结构形状及尺寸确定结构形状及尺寸结构化结构化明确构形要求明确构形要求+-零件设计零件设计部件设计部件设计总体设计总体设计目标：总体设目标：总体设 计草图及部件计草图及部件 装配草图，并装配草图，并 绘制出零件图、绘制出零件图、 部件装配图和部件装配图和 总装图。

13、总装图。（四）技术文件编制阶段目标：编制设计计算说明书、使用说明书、标 准件明细表、其它技术文件等。2 2- -3 3 对机器的主要要求对机器的主要要求（一）使用功能要求（二）经济性要求提高经济性指标的主要途径：1）采用先进的现代设计方法；2）最大限度地采用标准化、系列化及通用化 的零、部件；3）尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新 材料；4）合理地组织设计和制造过程；5）改善零件的结构工艺性。（三）劳动保护和环境保护要求（四）可靠性要求机器的可靠度R指在规定的使用时间内和预 定的环境条件下机器能够正常工作的概率。规定使用条件下规定使用条件下规定的寿命期限内规定的寿命期限内不能完成不能完成规定

14、功能规定功能失效失效零零 件件（五）其它专用要求2 2- -4 4 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式（一）整体断裂例例: : 齿轮轴断裂齿轮轴断裂失失效效过载断裂过载断裂疲劳断裂疲劳断裂（二）过大的残余变形塑性变形塑性变形过大弹变过大弹变（三）零件的表面破坏磨损磨损冷胶合冷胶合热胶合热胶合点蚀点蚀胶合胶合（四）破坏正常的工作条件引起的失效2 2- -5 5 设计机械零件时应满足设计机械零件时应满足 的基本要求的基本要求（一）避免在预定寿命期内失效的要求（一）避免在预定寿命期内失效的要求1.强度2.刚度 指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力分为整体变形刚度和表面接触刚度两种。3.寿命

15、影响零件寿命的因素：材料的疲劳，材料的腐蚀 以及相对运动零件接触表面的磨损等三个方面。（二）结构工艺性的要求（三）经济性要求（四）质量小的要求（五）可靠性要求2 2- -6 6 机械零件的设计准则机械零件的设计准则（一）强度准则（一）强度准则零件中的应力不能超过允许的限度。零件中的应力不能超过允许的限度。强度强度抗整体断裂、接触疲劳、塑变的能力抗整体断裂、接触疲劳、塑变的能力强度准则：（基本准则强度准则：（基本准则） ； （二）刚度准则（二）刚度准则刚度刚度抗弹变能力抗弹变能力刚度准则：刚度准则：yyyy（三）寿命准则：设计寿命（三）寿命准则：设计寿命LLLL要求寿命要求寿命 耐磨性准则耐磨性准则耐磨性耐磨性零零件抗磨损失效的能力件抗磨损失效的能力（1 1）压强条件：）压强条件： pp pp 防表面间油膜破坏产生磨损防表面间油膜破坏产生磨损（2 2）pvpv值条件：值条件：pvpv (vpvpv (v滑动速度滑动速度) )防表面间温升过高，油膜破坏加剧磨损防表面间温升过高，油膜破坏加剧磨损胶合胶合 （四）振动稳定性准则（四）振动稳定性准则f fP P 0.87 f0.87 f0 0 f fP P 1.18 f1.18 f0 0f fP P激振激振频率；频率；f f0 0固固有频率有频率（五）可靠性准则0NNR 失效率： NdtdNt)(RNN