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1、2-1 机器的组成,2-2 设计机器的一般程序,2-3 对机器的主要要求,2-4 机械零件的主要失效形式,2-5 设计机械零件时应满足的基本要求,2-6 机械零件的计算准则,2-7 机械零件的设计方法,2-8 机械零件设计的一般步骤,2-9 机械零件材料的选用原则,2-10 机械零件设计中的标准化,2-11 机械现代设计方法简介,第二章 机械设计总论,第一节 机器的组成,人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各异的机器。,一台完整的机器的组成大致可包括：,原动机部分,第一节 机器的组成,第二节 设计机器的一般程序,机械设计有一个一般的步骤，但并没有一个固定的程序，须具体问题具
2、体分析。 机械设计过程实际上是一个发现矛盾、分析矛盾和处理矛盾的过程，也是一个优化过程。,详细说明,补充,机械设计的主要内容,第三节 对机器的主要要求,使用功能要求 经济性要求 劳动保护和环境保护要求 寿命与可靠性的要求 其它特殊要求,第四节 机械零件的主要失效形式,机械零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能时，称为失效。失效并不意味着破坏 零件的工作能力的概念,失效的概念,零件抵抗失效的安全工作限度称为零件的工作能力。对载荷而言，称为零件的承载能力。 有时也可以针对变形、速度、温度、压力等而言。 同一零件不同失效形式决定不同的工作能力。显然，起决定作用的将是零件工作能力中的较小者。,主要失效
3、形式,断裂 过量变形 表面损伤 破坏正常工作条件引起的失效,一、断裂,疲劳断裂 ：零件在长时间的变应力作用之下发生的断裂，是大多数机械零件的失效形式。 极限断裂：零件某一危险剖面上的应力超过零件的强度极限时发生的断裂。,断裂实例一,断裂实例二,断裂实例三,断裂实例四,二、过量变形,塑性变形：零件过载时，塑性材料发生塑性变形。 过量的弹性变形：微小的弹性变形不可避免，但过量的弹性变形会使零件、机器不能正常工作。,塑性变形实例,塑性变形实例,三、表面损伤,绝大多数零件都与别的零件发生静的或动的接触和配合关系或暴露在空气中。 大多数失效出现在零件表面。 零件的使用寿命在很大程度上受到表面损伤的限制。
4、,齿面磨损实例,磨损轴瓦,轴瓦磨损,四、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，正常工作条件被破坏了，零件就不能工作，也就失效了。,液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作。带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作。高速转动的零件，只有在转速与转动件系统的固有频率避开一个适当的间隔才能正常工作。,第五节 设计机械零件时应满足的基本要求,设计的机械零件既要在预定的期间内工作可靠，又要成本低廉。,第六节 机械零件的设计准则,机械零件工作能力的判定条件称为零件的工作能力计算准则。是计算确定零件基本尺寸的主要依据。,一、强度(Stren
5、gth)准则,另一种表示方式是： S S,强度:是指零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面损伤的能力。 计算条件为：s s,详细说明,安全系数(Safety Factor)的定义,或,极限应力与许用应力的比值，叫安全系数，用S 表示。,许用安全系数的选择,合理地选择许用安全系数S是机械设计中的一项重要工作。 设计人员的任务在于：在保证零件工作安全可靠的前提下，尽可能减少许用安全系数的数值，或者说尽可能提高许用应力的数值。 影响许用安全系数（或许用应力）数值大小的因素主要有： 与工作应力的计算有关的因素： 与材料的极限应力有关的因素： 与零件重要性有关的因素：,原则1,用塑性材料制成的零件，在
6、静应力作用下以屈服极限作为极限应力时的情况。,原则2,用组织不均匀的脆性材料制成的零件，在静应力作用下以强度极限作为极限应力时的情况。,原则3,零件在变应力作用下一疲劳极限作为极限应力时的情况。,二、刚度(Rigidity)准则,刚度(Rigidity)是指零件受载后抵抗弹性变形的能力。 计算条件为： y y f f,三、耐磨性(Wearability)准则,对于磨料磨损，常采用条件性计算方法： p p pv pv,耐磨性：是指零件在载荷作用之下抵抗磨损的能力。与零件的结构、材料、热处理、表面状态及润滑油的选择有关。 包括：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损 关于磨损，目前尚无可靠的定量计
7、算方法。,四、寿命(Life-span)准则,影响零件寿命的主要因素是磨损、疲劳和腐蚀。,五、振动稳定性准则,机器在运转中一般都有振动。设计应使零件避开“共振”。尤其对高速机械应进行振动分析和计算，以确保零件及系统的振动稳定性。,六、散热性准则,应对发热较大的零、部件进行热平衡计算。,七、可靠性准则,可靠度：在规定时间内（或作用次数、距离等）和规定的使用条件下，无故障地发挥规定机能的概率称为可靠度。 可靠度是衡量机器在寿命方面的质量指标。,详细说明,失效：零件不能正常工作。,失效形式：断裂、过量弹性变形、塑性变形、点蚀、磨损、压溃、过热。,工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度。,承载能力：
8、零件不发生失效时的安全载荷限度。,计算准则：为防止失效而制定的判定条件。,小结,第七节 机械零件的设计方法,第七节 机械零件的设计方法,理论设计,经验设计,模型实验设计,机械零件的设计方法通常分为常规设计方法和现代设计方法两大类。,现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。如机械优化设计、机械可靠性设计、计算机辅助设计等等。,常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在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。它又可分为：,详细说明,常规设计方法,（一）理论设计 （二）经验设计 （三）模型实验设计,（第十
9、一节）现代设计方法,（一）计算机辅助设计(CAD) （二）优化设计 (Optimization Design) （三）可靠性设计 (Design for Reliability) （四）模块化设计 (Modularization Design) （五）机械系统设计 (Mechanical System Design) （六）价值分析 (Value Analysis) （七）专家系统 (Expert System) （八）机械动态设计 (Mechanical Dynamic Design) （九）并行设计 (Concurrent Engineering),机械产品的传统设计-制造过程,现代设计过
10、程,制造实物 样机,实物实验,节省时间和投资 提高设计质量,(Computer Aided Engineering),第八节 机械零件设计的一般步骤,：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1).,载荷及应力的大小和性质,零件的工作情况,零件的结构及加工性,材料的经济性,零件的尺寸及重量,一、常用材料,二、机械零件材料的选用原则,详细说明,：塑料、橡胶、合成纤维,：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢 (如：08F 45 60 1Cr18）,：灰铸铁、球墨铸铁 (如：TH300 QT500-5),：强如钢、轻如铝、硬如金刚石,：强度高、弹性模量大、质量轻,第九节 机械零件的材料及其选用,第十节 机械零件设计中的标准化,标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。标准化的益处：标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以降低生产成本。 与设计有关的标准:,国际标准 国家标准 行业标准 企业标准等 如： ISO GB JB、HB QB 国标分为：强制标准和推荐标准强制性国家标准：代号为GB (为标准序号) (为批准年代) 强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。,推荐性国家标准：代号为GBT ，这类标准占整个国标中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。,
