同济大学机械设计课件ch1_2

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1、第一章 绪论 第二章 机械及机械零件设计概要 第三章 机械零件的强度计算 第四章 摩擦学概述目 录第一篇 总论第一节机器在经济建设中的作用 第二节机器的基本组成要素 第三节课程的内容、性质与任务篇 头第一章 绪论1-1 机器在经济建设中的作用减轻体力劳动、改善劳动条件、提高 劳动生产率、改进产品质量。章 头1-2 机器的基本组成要素 一、从构成看 以牛头刨为例 1.机械: 机器和机构的总称。2.机构：由构件组成，且构件之间具有确定的运动。例 牛头刨3.构件：由零件组成，它是运动的单元体。例：轴部件组成 4.零件：加工的单元体。例：轴部件组成 (1)通用零件：在各类机器中都经常用到的零件。例：

2、螺纹联接、键联接、联轴器等(2)专用零件：在特定类型的机器上用到的零件。例：曲轴等。5.部件：一组协同工作、独立制造或装配的零件所组成的组合体。例：减速器、联轴器、滚动轴承等。 二 、从功能看原动部分传动部分执行部分辅助部分章 头1-3本课程内容、性质与任务在简要介绍整部机器设计的基本知识基础上，重点讨论一般 尺寸和参数的通用零件（巨型、微型、高温、高压、低温等工作条 件下的零件除外）。1.总论 机器及零件的设计基本准则、设计计算理论、选材、结构要 求及摩擦、磨损及润滑。2.联接 主要学习：螺纹、键、花键、销联结等3.机械传动 例：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动等。4.轴系 例：

3、轴、轴承、联轴器、离合器。5.其它零、部件 例：弹簧、机座与机箱、减速器章 头一.内容二.性质1.是一门以通用零件的设计为核心的设计性课程。2.是培养具有一定机械设计能力的一门技术基础课。三. 本课程任务及目的1.掌握通用零件的设计方法。2.具有设计简单机械的能力（运用标准、规范、手册、图册、查资料）。3 .对机械的动手能力。四.要求 1 .先修课：理论力学、材料力学、金属材料及热处理、机械制图、机制工艺、公差与配合、机械原理等。2 .作业、答疑、纪律。章 头第二章 机械设计总论第一节 机器的组成 第二节 设计机器的一般程序第三节 对机器的主要要求 第四节 机械零件的主要失效形式 第五节 设计

4、零件时应满足的基本要求 第六节 机械零件的设计准则 第七节 机械零件的设计方法 第八节 机械零件设计的一般步骤 第九节 机械零件材料的选用原则 第十节 机械零件设计中的标准化 小结：第二章机械设计概述 思考题篇 头2-2机器设计一般程序 一一. .计划阶段 提出任务 分析对机器的要求（性能、成本、体积等） 拟出开发计划任务书。 二二. .总体方案设计阶段 任务拟订出运动简图 原动部分传动部分执行部分辅助部分(控制系统，润滑系统，照明系统，显示系统)N1N2N3 N4则设计机器的总方案数为 N=N1*N2*N3*N4 三 技术设计阶段 运动简图装配图、部件图、零件图、设计说明书。四 试制阶段 决

5、定设计方案是否可行或最佳。 五 投产销售阶段下下 页页2-2 2/2机器的设计程序框图提出任务分析要求拟订设计计划任务书总体方案设计阶段计划阶段拟订传动方案技术设计阶段总装图、部件图零件图说明书试制阶段投产销售章 头2-3对机器的主要要求 一一. .使用功能要求：例：对减速器的传动比、功率、转速等的要求；对牛头刨床行程、速度变化系数等二二. .经济性要求：设计+制造+使用保养 1 设计上a) 采用先进的设计手段（例：CAD）b) 采用三化零部件（系列化、通用化、标准化） 2 制造上：a) 采用新工艺、新结构、新材料、新技术b) 力求改善零件的结构工艺性-减少用料、易加工、装配3 使用保养：a)

6、合理提高自动化水平和生产率。b)降低能耗c)适当延长机器寿命（润滑系统、表面保护）下下 页页三 劳动保护要求 1操作者方便与安全。例：手柄：数量+高低+转向+驱动力链条传动防护罩。2环境保护。例：噪声（7080dB）、色彩协调、密封等。四 其它方面例：可靠性、重量（飞机）、精度（机床）、运输方便（ 大型机器），安装与拆卸（流动使用机器：起重机）。章 头2-4机械零件的失效形式一一 失效：丧失正常的工作能力二二 常见失效形式2 2 零件表面失效例：腐蚀、磨损、疲劳点蚀等。3 3 过大的残余变形 例: 机床主轴变形过大，机车精度降低4 4 破坏正常的工作条件引起的失效例：滑动轴承、带传动等1. 1

7、.整体断裂 零件在拉压弯扭作用下，应力超过强度极限而发生的断裂或疲劳断裂。例：螺栓断裂.、齿轮轮齿根断裂章 头失效破坏2-5设计机械零件时应满足的基本要求一、一、避免在预定寿命内失效 1.强度要求提高强度措施： a. 降低集中载荷c. 减小应力集中。d. 适当热处理。例如：调质、高频淬火等。 2 .刚度 提高刚度措施： a: 合理截面形状 b: 合理支承c: 加强筋二.工艺性在既定的生产条件下，能够方便而经济地加工出来， 并便于装配。这样的零件工艺性就好。 改善工艺性措施： a: 制造方法与生产条件、批量大小等适应。例：齿轮 直径d600mm时，由于锻压设备难于锻压，可用锻造方法；单件或小批量

8、应用锻造，不宜用铸造。b: 造型要简单c: 加工、安装方便下下 页页b 合理截面形状3.寿命三三 经济性要求措施 1)降低零件本身成本。例：a.选材 b.加工量和利用率。 2)采用标准零部件。例：标准螺纹、标准齿轮等 3)采用局部品质。例：蜗轮材料选择四 质量小的要求减轻质量措施a 加缓冲器。例：汽车板簧、摩托缓冲器等b 加安全装置。例：安全销、安全离合器等c 降低应力集中d 采用强重比高的材料。例：铝合金代替黑色金属章 头2-6 机械零件的设计准则1. .强度准则 例：轴的拉伸，扭转强度计算2.刚度准则 例：梁的弯曲3.寿命准则 LhLh4.振动稳定性准则 例： 转子系统的振动章 头2-7

9、机械零件的设计方法现代设计方法优化设计CAD可靠性设计常规设计方法理论设计 经验设计 模型设计方法FF一、理论设计:以受拉杆为例 强度准则：sslim / ss 1)设计计算：已知F，设计截面积A因 s=F/A故 A=F/sssF/slim2)校核计算：已知F，A校核强度a)按应力校核s=F/As?b)按安全系数校核ss=slim/sss?二、经验设计，例：齿轮结构设计三、模型设计章 头2-8 机械零件的设计步骤（理论设计）1)根据零件使用要求，选择零件类型。 例：选择直齿轮或斜齿轮，带传动或链传动2)计算作用在零件上的载荷。包括大小和方向3)选择材料。由工况确定4)根据失效形式，确定设计准则

10、，计算零件的主要尺寸。 5)结构设计。确定非主要尺寸,例：齿轮结构设计6)校核计算。如果不满足条件返回3)7)画零件工作图并写说明书。章 头2-9机械零件的材料及其选用1.选材原则2.常用材料3.常用材料的极限应力经验公式章 头选材原则 1.应力的大小、性质。例：静应力可用塑性、或脆性材料冲击应力选塑性好的材料 2.零件的工作环境。例：从耐磨性考虑：应选用硬度高的材料或进行表面处理，合理选择配偶材料。从耐腐性考虑：选铜合金或不锈钢。 3.尺寸和质量。例：要求尺寸小，选slim高材料。要求质量轻，选slim/r高材料。 4.零件的复杂程度和材料的加工可能性 例：热处理性，焊接性。 5. 经济性.

11、 a)材料价格低。b)加工费用低。c)利用率高。 d)采用局部品质。例 蜗轮结构 6.供应状况. 减少机器上使用的材料品种和规格 优点：1.易购 2.品种少，便于保管节 头常用材料一、黑色金属：碳钢及其合金。例：灰铸铁、普通碳钢、优质碳钢、合金结构钢。 常用机械性能 1.强度：sB，ss，sr 2.硬度：HB、HRC、HV。影响零件的磨损、疲劳点蚀。 二、有色金属： 铜合金-耐腐、耐磨、导电热性能好可做轴瓦，蜗轮 铝合金-强重比高、导电热性能好 轴承合金（巴氏合金）-轴瓦内衬三、非金属材料：塑料、橡胶、尼龙做皮带、密封圈节 头钢、灰铸铁和轻金属的极限应力经验计算式节 头2-10 机械零件设计中

12、的标准化一 标准化的意义 1.提高质量、降低成本 2.缩短设计周期3.便于维修二 标准化分类：1.国家标准（GB）2.部标准(例：JB)3.企业标准章 头第二章机械设计概述小结1.机械设计概述2.零件设计概述3.标准化、系列化、通用化意义要求：功能、经济性、劳保程序: 计划总体技术试制生产失效形式：断裂、表面失效、塑性变形、破坏正常工作条件设计准则：强度、刚度、稳定性、寿命设计步骤：选择结构算力选材计算尺寸结构设计校核计算工作图章 头思考题1.对机器有哪些主要要求？2.设计机器的一般步骤有哪些？3.零件的失效形式有哪几种？4.零件的设计步骤？5.系列化、通用化、标准化的意义是什么？章 头牛头刨

13、轴部件的构成轴齿轮键键联轴器套筒轴承轴承曲轴曲轴减速器螺栓断裂FFFFFFFF磨粒磨损磨损后齿厚变薄、强度降低 、齿廓非渐开线，传动平稳 性降低v12疲劳点蚀过程sHsH分布载荷代替集中载荷QMMQ q合理截面形状qAAQ同一截面积时，工字型截面刚度同一截面积时，工字型截面刚度 大，强度高大，强度高 减小轴肩应力集中R R减小应力集中，减小应力集中，R R尽可能大尽可能大跨度跨度过大，可增加支承点过大，可增加支承点QL支承部分刚度要大、同心度高加 强 筋间单造型A AA A 工艺性加工要方便孔加工不方便孔加工方便 安装要方便打工艺孔安装不便安装方便 局部品质齿圈用铜合金芯部用铸铁轮齿齿根断裂齿

14、根断裂Fn螺栓联接弹簧垫片被联接件螺母弹簧垫片垫片螺母固定、螺杆转动移动螺母螺杆转动平键联接键轮毂轴花键联接外花键内花键刚性凸缘联轴器半联轴器半联轴器销联接锥销圆柱销离合器带传动链传动链轮链轮链条齿轮传动齿轮结构尺寸dSdaD1D2D0d0D0=0.5(D1+D2) d0=0.25(D2-D1) D2=da-10mn D1=1.6dS L=(1.21.5)dsbL蜗杆传动滑动轴承动轴承深沟球轴承名称：深沟球轴承 类型代号：6(0) 结构代号：60000(0000) 特点：轴板簧轴的拉伸强度计算FF强度条件：ss 或 ss=slim/sss其中 s=F/A A为截面积s=slim/ss轴的扭转强度计算强度条件TTtt 或 st=tlim/tst 其中 s=T/W W为抗扭截面模量t=tlim/stF梁的刚度计算刚度条件： yy qqyFq振动稳定性ywyf=w / 2p稳定性条件 f1.15fpfpfp=(k/m)1/2/2p