一讲概论机械设计概述

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1、朔炖职必政术嗲备课纸机械设计基础教案教学内容：绪论第一章机械设计概述 教学方式：结合实际，由浅如深讲解 教学目的：1.2.3.4.重点、难点: 教学过程：了解木课程的研究对象、主要内容和任务；明确机械设计的基本要求，理解机械设计的内容、步骤; 了解机械设计失效及设计准则；理解机械设计“三化”的意义。基本概念机械设计基本要求、步骤绪论第1节本课程研宄的对象0.1基本概念机器一根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。如：缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农川机器、起重机 机构一能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。机器的种类繁多，结构、性

2、能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。普通车床机械一人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。典型机器的分析：1.内燃机组成：1、汽缸体2、活塞3、进气阀4、排气阀5、连杆6、曲轴 7、凸轮 8、顶杆9、10齿轮第2节本课程的内容、性质和任务工作原理：1) .活塞下行，进气阀开启，混合气体进 入汽缸；2) .活塞上行，气阀关W,混合气体被压 缩，在顶部点火燃烧；3) .高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀 关闭；4) .活塞上行，排气阀开启，废气体被排 出汽缸。内燃机的工作过程：进气一一压缩一一爆炸一一排气，不断循 环。内燃机各部分的作用：活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的 连续转动，该

3、组合体称为：曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称 为：凸轮机构两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：齿轮机构 各部分协调动作的结果：化学能机械能机器的共有特征： 人造的实物组合体； 各部分有确定的相对运动； 代替或减轻人类劳动完成有川功或实现能量的转换 机构的共有特征： 人造的实物组合体； 各部分有确定的相对运动； 用来传递力或实现运动的转换。机构可以定义为：是一个具有确定的机械运动的构件系 统，或称它是用來传递运动和动力的可动装置。构件：运动的单元。零件：是制造的单元。0.2.1本课程的内容1. 设计的基本理论机械设计的要求和设计的一般过程.2. 常用机构及其传

4、动设计常用机构包括：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、 带传动、链传动、间隙运动机构等3. 通用零部件设计主要指用于连接和支承的常用零部件4. 机械系统设计指机械系统总体方案设计0.2.2本课程的性质性质：专业技术基础课作用：承前启后先修课程：高等数学、普通物理、工程制图、理论力学同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如机械设计、机床夹具设计、机床、机械制 造工艺学等专业课程打下基础，同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如机械设计、机床夹具设计、机床、机械制 造工艺学等专业课程打下基础，0.2.3本课程的特点及学习方法1）实践性强2）综合性强3）独立性强4）叫多：内容多、概念多、符号多、公式多。

5、如何学习本课程？着重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构分析与综合的基本方法。注意把一般原理和方法与具体运用密切联系起来。并用所学知识观察日常生活与生产 遇到的各种机械注意培养运用所学基本理论与方法去分析和解决工程实际问题的能力。注意培养综合分析、全面考虑M题的能力。解决同一实际问题，往往有多种方法和结 果，要通过分析、注意培养科学严谨、一丝不苟的工作作风。在今后的工作中要与各种武器装备打交道, 稍有不慎，即可能造成损失。第1章机械设计概述l.l.l机械设计的基本要求1. 满足社会需求机械产品的设计总是以社会需求为前提，一项产品的性能应尽量满足用户的需求。没有 需求就没有市场，也就失去了产品

6、存在的价值和依据。社会的需求是变化的，不同时期、不 同地点、不同的社会环境就会有不同的帘场行情和需求。产品应不断地更新改进，适应市场 的变化；否则就会滞销、积压，造成浪费，影响企业的经济效益，严重时甚至导致企业的倒 闭。所以，没计师必须确立市场观念，以社会需求和为用户服务作为最基本的出发点。所谓需求，就是对功能的需求，用户购买产品就是购买产品的功能。产品的功能是与技 术、经济等因素密切相关的。通常随着功能的增加，产品的成本也随之上升。所以设计师就 必须进行市场调查和用户访问，查清市场当前的需求和预测今后的需求，然后对产品进行功 能分析，遵循保证基本功能、满足使川功能，剔除多余的功能、增加新颖功

7、能、恰到好处地 利用功能原则，提高功能价值，降低实现成本，力求提高产品的竞争力。2. 可靠性的要求可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。这里所指的产 品可以是零件、部件等，也可以是整机系统。“规定条件”是指对产品进行可靠性考核吋所 规定的使川条件和环境条件，包括载荷状况、工作制度、应力、强度、湿度、粉尘及腐蚀等, 也包括操作规程、维修方法等。“规定时间”是指对产品可靠性考核时所规定的时问，包括运 行时间、应力循环次数、行驶的里程等。“规定功能”是指对产品考核的具体功能。产品规定 功能的丧失称为失效；可修复产品的失效也称为故障。可靠性是衡量产品质量的一个重要指标，提高产品

8、可靠性的最有效的方法是进行可靠性 设计。设计者应从整机系统出发，对可能发生的故障和失效进行预测和分析，采取相应的预 防措施；对整机系统可靠性有关键影响的另部件应进行可靠性分析和设计。衡量产品可靠性 的指标有很多，机械产品常用的可靠性指标主要有可靠度R、失效概率F及失效率A等。可靠度R:指产品在规定的条件下和规定的时间内(寿命)完成规定功能而不发生故障 或失效的概率，OR1。失效概率F:指在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能时发生故障或失效的概率。 失效概率也称不可靠度，0彡F1。因为失效和不失效是对立事件，所以F=l-R。3. 经济性要求提高产品的经济性，既是增加产品市场竞争力、赢得川户的

9、耑要，也是节约社会劳动、提 高社会效益的需要。提高产品的经济性是以寿命周期成本最低为目标的。寿命周期成本是指产品从规划、设计、制造、使用直至报废的整个寿命周期内所支出费用 的总和。寿命周期成本=生产成本+使用成本生产成本=直接成本+间接成本直接成本主要包括研究与设计、材料及釆购、加工和装配 等与生产直接有关的各项成本：间接成本主要包括管理、销售、广告、公用事业、保险福利、研究开发及利息等各项非直 接生产环节的支出分摊到该产品的成本。销售价格=生产成本+利润+税金使用成本包括运行成本和维修成本。机械产品通常是寿命周期较长的耐用消赀品，其使用 费用累积额可能相当可观。4. 安全性要求机器的安全性包

10、括两方而：(1) 机器执行预期功能的安全性机器执行预期功能的安全性，即机器运行时系统本身的 安全性，如满足必要的强度、刚度、稳定性、耐磨性等要求。因此，在设计吋必须按有关规 范和标准进行设计计算。另外，为Y避免机器由于意外原因造成故障或失效，常耑要配置过 载保护、安全互锁等装置。如为Y保证传动系统在过载时不致损坏，常在传动链中设置安全 离合器或安全销。又如，为保证机器安企运行，离合器与制动器必须没计成互锁结构，即离 合器与制动器不能同时工作。(2) 人-机-环境系统的安全性机器是为人类服务的，同时它又在一定的环境中工作，人、机、环境三者构成一个特定 的系统。机器工作时不仅机器本身应具有良好的安

11、全性，而且对使用机器的人员及周围的环 境也应有良好的安全性。安全性包括两方面的内容。1.2.2机械设计的类型机械设计是一项创造性劳动，同时也是对已有成功经验的继承过程。根据实呩情况的不 同可以分成三种类型：开发性设计机械产品的工作原理和具体结构等完全未知的情况下，应用成熟的科学技 术或经过实验证明是可行的新技术，开发设计新产品，这是一种完全创新的设计。适应性设计对现有机械产品的工作原理、设计方案不变的前提下，仅作局部变更或增 加附加功能，在结构上作相应调整，使产品更能满足使用要求。变形设计机械产品的工作原理和功能结构不变，为了适应工艺条件或使用要求，改变 产品的具体参数和结构。1.2.3机械设

12、计的一般过程机械产品设计的过程是一个复杂的过程，不同类型的产品、不同类型的设计，其产品的 设计过程不尽相同。产品的开发性设计过程大致包括规划设计、方案设计、技术设计、施工 设计及改造设计等五个阶段，如图示。1. 3方案设计和机械零部件设计的主要要求1.3.1方案设计的主要内容及要求1. 方案设计的主要内容（1）功能原理设计机械运动原理方案设计。机械运动简图设计2. 方案设计的基本要求（1）运动要求机构系统应满足工艺动作提出的运动形式、运动规律、运动协调性及运动 精度等要求。（2）动力要求机构系统的动力参数应满足机械的工作要求，具有机械效率高、速度波动 小、平衡精度高、冲击振动小等良好的动力特征

13、。（3）经济性要求机构系统应满足机构结钩组成简单、布局合理、易加工制造、使用维修 方便等要求。另外，机构系统工作稳定可靠、操作方便、环境的适应性也都是不可忽视的要求。13.2机械零部件设计的主要要求1. 设计的主要内容和要求机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零 部件设计才能得到用于加工的零件工作阁和部件装配阁，同时它也是机械总体设计的基础。 机械零部件设计的主要A容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作 要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计 算，画出零件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求

14、是巾零部件设计所决定的，机械零部件没计应满足的要求 为： 工作能力要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等； 工艺性要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便； 经济性要求主要指生产成本要低。此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。以上 要求往往互相牵制，需全面综合考虑。2. 零件的失效形式和计算准则机械零件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压 碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。力了保证零件能正常工作，在设计零件时应首先进行零件的失效分析，预估失效的可 能性，采取相应措施，其中包拈理论计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准 则有：（1）强度准则强度是机械零件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。 强度要求是保证机械零件能正常工作的基本要求，其典型的计算公式为0 1.15C 当三 p 4 时，要求 I subP 0.85 C（4）耐热性准则机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起润滑汕失效、氧 化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零件失效或机械精度降低。因此，为了保证零部件 在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措 施。（