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1、IIIII 档拨叉结构与工艺设计第 0 页 共 35 页1 1绪论绪论1.11.1 序言序言机械制造工艺学课程设计是学完了机械制造工艺学 、 机床夹具设计 、金属切削机床与道具等主要专业课程，并进行了生产实习之后进行的一个实践性环节，是应用所学基础理论、专业知识与技能去分析和解决生产实际问题的一次综合训练。我希望通过这次课程设计能巩固、扩大、强化自己所学到的理论知识与技能，提法奥自己设计计算、制图、编写技术文件的能力，学会正确使用技术资料、标准、手册等工具书，并在设计中培养自己理论联系实际、严肃认真的工作作风和独立工作能力，为以后进行毕业设计和毕业后从事技术工作打下一个良好的基础。1.21.2
2、 设计任务设计任务设计课题：IIIII 档拨叉结构与工艺设计生产纲领：年产量 8000 件设计要求： （1）零件毛坯图 1 张（2）机械加工工艺过程卡片 1 套（3）机械加工主要工序的工序卡片 1 套（4）夹具装配图 1 张（5）设计说明书 1 份2 2零件的结构分析零件的结构分析2.12.1 基本要求基本要求: :2.1.12.1.1 使用要求使用要求 设计的机械零件应在规定的条件下,规定的寿命期限内,实现规定的功能和效率,有效地实行预期的目的。2.1.22.1.2 经济性要求经济性要求 体现在设计、制造和使用的全过程中，设计时应予以全面综合的考虑。设计和制造的经济性表现为产品的成本低；使用
3、经济性表现为产品使用中生产率高、效率高，管理和维护费用低，消耗的能源、原材料和辅助材料较少。2.1.32.1.3 劳动保护要求劳动保护要求使产品操作方便、安全。设计时按照人机工程学的观点尽可能减少操作手柄的毕业设计论文第 1 页 共 35 页数量，操作手柄和按钮等放置在便于操作的位置，合理地规划操作时的驱动力，操作方式要符合人们的心理和习惯，设置完善的安全防护与保安装置、报警装置和显示装置等。改善操作者使用环境。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音，防止有毒、有害介质的渗漏，对废气、废水和废液进行治理，根据工程美学的原则美化机器的外形和外部色彩等。2.1.42.1.4 可靠
4、性要求可靠性要求指在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件下，机械能够正常工作的一定概率。机械的可靠性是机械的一种重要属性。2.1.52.1.5 其他特殊要求其他特殊要求对不同的用户，设计的机械产品还应满足一些特殊的要求。例如：对机床有长期保持精度的要求；对流动使用的机器（如钻探机械）便于安装和拆卸的要求；对大型机器有便于运输的要求等；还有的要满足装潢美学要求，即造型美观大方、简洁流畅。2.22.2 机械设计的一般程序机械设计的一般程序机械设计一般分四个阶段：2.2.12.2.1 可行性研究可行性研究 对产品的预期需要、工作条件和关键技术进行分析研究，通过研究，确定设计任务要求，提出功能性的
5、主要设计参量，作成本和效益的估算，论证设计的必要性和先进性，提出由环境、经济、加工以及时限等各方面的约束条件，提出可行性设计方案。在此基础上，提出设计任务书。2.2.22.2.2 方案设计方案设计 根据设计任务要求寻求功能原理的解法，构思原理方案。产品的功能分析，是对设计任务书提出的产品功能中必须达到的要求、最低要求和希望达到的要求进行综合分析，即这些功能是否能实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否替代等。最后确定出功能参数，作为进一步设计的依据。确定了功能参数后，再提出可能采用的方案。方案设计时，可以按原动部分、传动部分和执行部分进行讨论。讨论产品的执行部分时，首先是选择工作原理。根据不同的工
6、作原理，可以拟定多种不同的执行机构的具体方案。即使对于同一种工作原理，也可能有几种不同的结构方案。IIIII 档拨叉结构与工艺设计第 2 页 共 35 页原动部分的方案也可以有多种选择。由于电力供应的普遍性和电力拖动技术的发展，目前绝大多数的固定机械都优于电动机作为原动部分。热力原动机主要用于运输机械、工程机械或农业机械。即使是用电动机作原动机，还需要作交流与直流的选择、高转速与低转速的选择等。传动部分的方案更为复杂多样。对于同一传动任务，可以通过多种机构或不同的组成来完成。然而，在上述的众多方案中，仅有几个在技术上是可行的。对可行的方案要从技术方面和经济方面进行综合评价。评价时可采用的方法很
7、多。根据经济性评价时，既要考虑到产品设计制造时的经济性，也要考虑到产品使用时的经济性。如果产品的结构方案比较复杂，其设计制造成本会相对增大，但这类产品的功能往往更齐全，生产率也较高，故使用经济性也比较好。相反，结构较为简单、功能不够齐全的产品，设计制造费用虽少，但使用费用却会增加。评价产品时，产品的可靠性应作为一项重要的分析指标。系统越复杂，可靠性就越低。为了提高复杂系统的可靠性，必须增加并联备用系统，而这不可避免地提高产品的成本。通过对数种可能方案的评价，可以作出决策，并确定原理方案图或机构运动简图。2.2.32.2.3 技术设计技术设计按设计方案的目标，完成总体设计及零、部件的结构设计。完
8、成设计方案的结构化，从技术和经济观点作周密的结构设计和计算。要完成全套的零件图、部件图和总装配图，编制技术文件和技术说明。为了确定主要零件的基本尺寸，必须做好以下工作：机械的运动学计算 根据确定的结构方案，确定原动机的参数（功率、转速、线速度等） ；然后最运动学计算，确定各运动构件的运动参数（功率、转速、线速度等） ；机械的动力学计算 结合各部分的结构和运动参数，计算各主要零件上所受载荷的大小，确定其特性。此时所求出的载荷，由于具体零件尚未设计出来，因此只是作用于该零件上的公称（或名义）载荷；零件的工作能力设计 已知主要零件所受的公称载荷的大小和特性，即可初步设计零、部件。设计所依据的工作能力
9、准则，必须照零、部件的一般失效情况、工作特毕业设计论文第 3 页 共 35 页性、环境条件等合理地拟定，一般有强度、刚度、振动稳定性、寿命等准则，通过计算或类比，即可决定零、部件的基本尺寸；部件装配草图和总装配草图的设计 根据已定出的主要零、部件的基本尺寸，设计出部件装配草图和总装配草图。草图上需对所有零件的外形和尺寸进行结构化设计，很好地协调各零件的结构和尺寸，全面考虑所设计的零、部件的结构工艺性，使零件具有最合理的结构；主要零件的校核 有些零件由于具体的结构未定，其工作能力难以详细计算，只能作初步的计算和设计；在绘出部件装配草图和总装配草图以后，所有零件的结构和尺寸均为已知，相互临近的零件
10、之间的关系也为已知，这时，可以较为精确地定出作用在零件上的载荷，决定影响零件工作能力的各个因素，在此条件下有可能并且必须多一些重要的或者外形和受力情况复杂的零件进行精确的校核计算；根据校核的结果，反复修改零件的结构和尺寸，直到满意为止。草图绘制完成后，即可确定零件的基本尺寸，重新绘制部件装配图和总装配图。通过这一工作，可以检查出零件中可能隐藏的尺寸链上和结构上的错误。需要编制的技术文件包括产品的设计计算说明书、使用说明书和标准件明细表等。设计计算说明书应包括方案选择和技术设计的全部结论性的内容。用户产品使用说明书中应介绍产品的性能参数范围、使用操作方法、日常保养和简单的维修方法、备用件的目录等
11、。2.2.42.2.4 改进设计改进设计 根据加工制造、样机试验、技术检测、使用操作、产品鉴定分析和市场等环节反馈信息对产品作改进或技术处理，一确保产品质量，并完善前期设计中的不足。经过上述四个阶段，即完成了产品机械设计的全过程。机械产品即可投入生产或批量生产，并进行销售和使用。2.22.2 基本要求一计算准则机械零件设计的基本要求一计算准则机械零件设计的2.2.12.2.1 机械零件的失效形式机械零件的失效形式机械零件因某些原因不能正常工作的现象称为失效。机械零件常见的失效形式有：断裂（包括过载断裂或疲劳断裂） ；塑性形变；过大的弹性变形。工作表面压碎、表面点蚀和过度磨损；连接松驰；带传动出
12、现打滑等。机械零件的具体失效形式取决于期工作条件、材质、受载情况及应力性质等因素。IIIII 档拨叉结构与工艺设计第 4 页 共 35 页同一种在不同的条件下工作，期主要失效形式则不同，如在恶劣条件下工作的开式齿轮传动其主要失效形式是齿面磨损；而在良好润滑条件下工作的闭式齿轮传动，齿面点蚀可能会成为其主要失效形式。进行机械零件设计时，有必要找出零件的主要失效形式，提出设计的基本要求，制定零件的设计准则。2.2.22.2.2 机械设计的基本要求机械设计的基本要求机械零件设计应满足以下要求：工作能力要求（包括强度、刚度、抗磨性、抗点蚀和抗振动等方面的要求） ；结构工艺性要求（如零件毛坯制造要求、机
13、加工要求、零件装拆和维护要求等） ；经济性要求（力求降低零件的成本，如合理选材以降低材料费用、降低能耗提高机械效率、尽量采用标准零件等） ；零件质量和结构尺寸要求（在满足零件工作能力的前提下，应使零件的质量小、重量轻、结构紧凑） ；可靠性要求（应保证零件在预期工作期限内能可靠工作） 。在诸多设计要求中，最基本的要求是机械零件的工作能力要求，机械零件设计一般根据其主要失效形式定出零件设计应满足的工作能力要求，并以此作为其设计计算准则。2.2.32.2.3 机械零件设计的计算准则机械零件设计的计算准则设计计算准则是机械零件设计时所依据的计算准则，常用的准则有：（1）强度准则强度时机械零件抵抗断裂、
14、塑性变形及表面疲劳失效的能力，零件设计应满足的强度条件为 limlim SS或式中、S分别为零件工作应力（MPa） 、安全系数、分别为材料的许用应力（MPa） 、极限应力（MPa）lim强度准则是机械零件设计的重要准则。具体内容将在机械设计第一章第七节中详细介绍。（2）刚度准则刚度准则是衡量机械零件抵抗弹性变形能力的准则。设计时应限制零件在载荷作用下产生的弹性变形量（对于受弯距作用的零件系指弯曲挠度 y 和偏转角，对于受扭矩作用的零件系指其扭转角） ，零件的刚度条件如下：yy 式中 y、分别为零件工作时的挠度、偏转角、扭矩角毕业设计论文第 5 页 共 35 页y 、分别为零件的许用挠度、许用偏
15、转角、许用扭转角（3）耐磨性准则作相对运动的零件，在工作时其接触表面之间会产生磨损，若磨损量超过允许值，零件的尺寸和形状将会改变，从而不能保证零件的正常工作。一般机械中因磨损而导致的零件失效约占总报废零件的 80，机械零件的设计对磨损问题必须引起重视。但是影响磨损的因素比较复杂，对产生磨损的机理尚未完全弄清楚，故还没用比较可靠的定量分析计算方法，通常采用条件性计算，即：用限制工作面上的比压不超过许用值来防止工作面的过度磨损；并用限制比压与速度的乘积不超过许用值来防止因摩擦损失产生的热量导致零件胶合破坏。零件耐磨条件性计算公式如下：pp pvpv式中 p 、v分别为零件工作表面的比压（MPa） 、速度（m/s）p、pv分别为材料的许用比压（MPa） 、许用 pv 值（MPam/s） 。（4）振动稳定性准则高速机器容易产生振动，振动会加速零件的损坏，振动还是产生噪音的主要原因。当零件受到的强迫振动频率接近系统或零件的固有频率时，将会产生共振，而导致零件甚至整个系统迅速损坏，因此，对高速机器应进行振动分析和计算。振动稳定性准则就是要使系统或零件的固有频率避开它受到的强迫震动频率，即应满足下面的条件式：0.85 或1.15pffpff式中强迫振动频率；pf系统或零件的固有频率；f若不能满足上述条件，则应改变系统或零件的刚度或采取防振和减振措施（如提高制造精度；进行动平衡；增加阻力系
