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1、一、一、 设计的地位与作用设计的地位与作用第一篇第一篇 机械设计总论机械设计总论1.1.经济竞争归根结底是设计和制造能力竞争经济竞争归根结底是设计和制造能力竞争工业化国家的财富工业化国家的财富6080%是制造业创造的是制造业创造的 制造是将科技转化为财富的最后环节制造是将科技转化为财富的最后环节各发达国家重新重视制造业各发达国家重新重视制造业第一章第一章 机械设计概述机械设计概述第一节第一节 机械设计的基本要求机械设计的基本要求1中小批量、个性化、中小批量、个性化、 柔性生产管理模式柔性生产管理模式2.2.机械制造业生产管理模式的转变机械制造业生产管理模式的转变基本车型基本车型 型号数型号数
2、生产台数生产台数台数台数/ /型号型号 A 3700 63000 17 B 16400 204000 12 C 4500 5300 12 D 7500 4400 6 合计合计 32100 364000 11三个月内丰田公司汽车生产情况三个月内丰田公司汽车生产情况大批量、单一化、流水大批量、单一化、流水 作业生产管理模式作业生产管理模式23.3.制造业市场竞争围绕制造业市场竞争围绕 TQCSF TQCSF 展开展开 上市时间上市时间 Time 质量质量 Quality 产品成本产品成本 Cost 服务服务 Service 灵活性灵活性 Flexible竞争的焦点竞争的焦点34.4.竞争的焦点之一
3、是设计竞争的焦点之一是设计成功的设计赢得了市场成功的设计赢得了市场设计是科技成果转化为生产力的纽带设计是科技成果转化为生产力的纽带设计是引进技术实现国产化的重要环节设计是引进技术实现国产化的重要环节没有现代化设计就没有现代化产品没有现代化设计就没有现代化产品5.5.设计在生产中的地位设计在生产中的地位设计是影响产品技术与经济指标的关键设计是影响产品技术与经济指标的关键设计占成本设计占成本 5%设计决定成本设计决定成本 75%75%4现代企业三部分现代企业三部分将核心工作放在本企业，两头在内，中间在外将核心工作放在本企业，两头在内，中间在外开发设计开发设计制造制造市场销售市场销售5二、机械系统的
4、组成二、机械系统的组成(1) 动力系统动力系统 提供动力、实施能量转换提供动力、实施能量转换如：如：水轮机水轮机电动机电动机机械能机械能水能水能(自然界能源自然界能源)电能电能(二次能源二次能源)(2) 传动系统传动系统 将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置功能：功能： 减速减速变速变速传递动力传递动力改变运动规律改变运动规律多驱动多驱动(3) 执行系统执行系统直接完成预定任务的装置直接完成预定任务的装置(4) 操纵及控制系统操纵及控制系统使各部分协调动作使各部分协调动作(5) 辅助装置辅助装置如冷却、润滑、记数、照明如冷却、润滑、记数、照明
5、机械能机械能6动力系统动力系统传动系统传动系统执行系统执行系统操纵及控制系统操纵及控制系统辅助装置辅助装置冷却、润滑、记数、照明冷却、润滑、记数、照明以汽车为例以汽车为例 机械系统的组成机械系统的组成7三、机械设计的基本要求三、机械设计的基本要求1、使用功能要求、使用功能要求2、经济性要求、经济性要求 提高设计和制造经济性指标的主要途径有：提高设计和制造经济性指标的主要途径有： 1）采用先进的现代设计方法，使设计参数最优化，达到尽可能精确的计算结果，保证机器足够的可靠性； 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
6、制造过程； 5）力求改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。 提高使用经济性指标的主要途径有：提高使用经济性指标的主要途径有： 1）合理地提高机器的机械化和自动化水平，以期提高机器的生产率； 2）选用高效率的传动系统，尽可能减少传动的中间环节，以期降低能源消耗； 3）适当地采用防护及润滑，以延长机器的使用寿命； 4）采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。8三、机械设计的基本要求三、机械设计的基本要求(续）续） 3、劳动保护要求、劳动保护要求 1）要使机器的操作者方便和安全。 2）改善操作者及机器的环境。 4、可靠性要求、可靠性要求 5、结构设计的要求、结构设计的要求 6、操作使用方便的
7、要求、操作使用方便的要求 7、其它专用要求、其它专用要求四、机械零件的基本要求四、机械零件的基本要求（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、强度 采用强度高的材料； 使零件具有足够的截面尺寸； 合理地设计零件的截面形状，以增大截面的惯性矩； 采用热处理和化学热处理方法，以提高材料的机械强度特性； 提高运动零件的制造精度，以降低工作时的动载荷； 合理地配置机器中各零件的相互位置，以降低作用于零件上的载荷等。9四、机械零件的基本要求（续）四、机械零件的基本要求（续） 2、刚度、刚度 增大零件截面尺寸或增大截面的惯性矩； 缩短支撑跨距或采用多点结构，以减小挠曲
8、变形等。 3、寿命、寿命 材料的疲劳； 材料的腐蚀； 相对运动零件接触表面的磨损；（二）结构工艺性要求（二）结构工艺性要求（三）经济性要求（三）经济性要求（四）质量小的要求（四）质量小的要求 采用缓冲装置来降低零件上所受到的冲击载荷； 采用安全装置来限制作用在主要零件上的最大载荷； 从零件上应力最小处削弱部分材料，以改善零件受力的均匀性，从而提高材料的利用率； 采用与工作载荷相反方向的预载荷，以降低零件上的工作载荷； 采用轻型薄壁的冲压件或焊接件来代替铸、锻零件，以及采用强重比高的材料等。（五）可靠性要求（五）可靠性要求10第二节第二节 机械设计的一般程序机械设计的一般程序 从市场需求出发，通
9、过构思、计划和决策，确定机械产品的功能、原理方案、技术从市场需求出发，通过构思、计划和决策，确定机械产品的功能、原理方案、技术参数和结构等，并把设想变为现实，这样一种技术实践活动的过程，就是机械设计。参数和结构等，并把设想变为现实，这样一种技术实践活动的过程，就是机械设计。 产品规划产品规划结构方案设计结构方案设计原理方案设计原理方案设计总体设计总体设计施工设计施工设计试制、批量生产、销售试制、批量生产、销售可行性报告可行性报告设计任务书设计任务书 原理方案图原理方案图 结构设计草图结构设计草图 总装配图总装配图部装图、零件图部装图、零件图技术文档技术文档11 CAD/CAM是先进的设计工具是
10、先进的设计工具概念设计概念设计工程分析工程分析详细设计详细设计性能仿真性能仿真工艺设计工艺设计数控编程数控编程加工仿真加工仿真数控机床数控机床CADCAMCAPP12 产品建模产品建模 加工仿真加工仿真 结构分析结构分析 运动仿真运动仿真CAD/CAM系统系统外形运动学外形运动学动力学结果动力学结果参数化设计参数化设计载荷载荷运动学建模运动学建模13了解机械系统总体方案的设计过程了解机械系统总体方案的设计过程机器的组成机器的组成( (从运动观点看从运动观点看) )由机构组成由机构组成( (从制造观点看从制造观点看) )由零件组成由零件组成曲柄滑块机构曲柄滑块机构凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构
11、14失效：零件失去正常工作的能力失效：零件失去正常工作的能力第三节第三节 机械零件的主要失效形式与设计准则机械零件的主要失效形式与设计准则（一）整体断裂一）整体断裂齿轮轮齿断裂轴承内圈断裂（二）过大的残余变形（二）过大的残余变形 零件上的应力超 过了材料的屈服极限 齿轮齿面塑形变形轴承外圈塑性变形 危险截面的应力超过零件的强度极限 一、主要失效形式一、主要失效形式15（三）零件的表面破坏（三）零件的表面破坏齿面接触疲劳轴瓦磨损 零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。（四）破坏正常工作条件引起的失效（四）破坏正常工作条件引起的失效 1）液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才
12、能正常工作。 2）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。 3）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。16 二、机械零件的设计准则确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。 = = limlim/ /S S = = limlim/ /S S1、强度准则 安全系数S为大于1的数，S过大，虽安全但浪费材料；S过小，虽节省材料但趋于危险，故S的选取应适当。 2、刚度准则3、寿命准则4、耐磨性准则 pP vV pvPV5、振动稳定性准则6、可靠性准则17第四节第四节 机械零件的设计方法与基本原则机械零件的设计方法与基本原则机
13、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。 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。 一、常规设计方法一、常规设计方法1、理论设计1）设计计算2）校核计算2、经验设计3、模型实验设计二、现代设计方法二、现代设计方法1、可靠性设计2、优化设计3、计算机辅助设计18三、机械零件设计步骤三、机械零件设计步骤 拟定零件的计算简图拟定零件的计算简图拟定零件的计算简图拟定零件的计算简图确定作用在零件上的载荷确定作用在零件上的载荷确定作用在零件上的载荷确定作用在零件上的载荷选择合适的材料选择合适的材料选择合适的材料选
14、择合适的材料确定零件形状和主要尺寸确定零件形状和主要尺寸确定零件形状和主要尺寸确定零件形状和主要尺寸绘制工作图，标注技术条件绘制工作图，标注技术条件绘制工作图，标注技术条件绘制工作图，标注技术条件选用相应判定条件选用相应判定条件选用相应判定条件选用相应判定条件设计计算法设计计算法校核计算法校核计算法参照实物参照实物参照实物参照实物( (图纸图纸图纸图纸) )和经验数据和经验数据和经验数据和经验数据拟定零件的结构和尺寸拟定零件的结构和尺寸拟定零件的结构和尺寸拟定零件的结构和尺寸验算零件结构和尺寸验算零件结构和尺寸验算零件结构和尺寸验算零件结构和尺寸验算，修改零件验算，修改零件验算，修改零件验算，
15、修改零件选用相应判定条件选用相应判定条件选用相应判定条件选用相应判定条件19四、机械零件设计的基本原则1、机械零件材料的选用原则1）载荷及应力的大小和性质极其分布状况2）零件的尺寸及重量3）材料的经济性4）零件的工作情况5）零件的结构及加工性6）材料的供应状况2、标准化原则 标准化是指以制订标准和贯彻标准为主要内容的全部活动过标准化是指以制订标准和贯彻标准为主要内容的全部活动过程。其原则是统一、简化、协调、优化。程。其原则是统一、简化、协调、优化。 标准化有利于实行专业化大生产，提高产品质量，降低成本；标准化有利于实行专业化大生产，提高产品质量，降低成本；减少设计工作量；减少库存量和便于维护维修。我国的标准分为减少设计工作量；减少库存量和便于维护维修。我国的标准分为国家标准国家标准、行业标准行业标准、地方标准地方标准和和企业标准企业标准四级四级。20
