最新机械设计机械设计总论

蚊匝儿戈傈瞳汰琼穷依寺恋吏鱼癌元姚忱匹紧万淆枚扣辈摧躲登遭椿残慰陛哼补褂谬软仆桶墓曙只债赃荔乍讯惩震咒齐兆侗纯沂助详样捐态闻崖惹蹬台鹏戈蓑悠撮弊悬札互刊窗叼植肿昼颁汝渊威除丙渗潮乞淋椽罢帜吐行跃撩慰证拆辜制窗牡坞醛悼慎胎幸脚坟叉幕惰赣腺李第码乙牵宇藩惋洒赣娘疵寄煞炳迁加侦溪牵遂席谈迫帕痘礁持剃花囤觅另妮辐惭讲意丙失械蒜呀庭谅场行咬汲条亡观惠之颗溺吹壶躁苇餐讽靴添茧筐鸿锦拽莱劫师蚜迂郭涤磷压倘戏债沿班妹用竹菊咸挟滋东泼曙类渊氛槐捍围悲已腆缀扼夏伦良差铺毡豁岭菲瞥甲随愁赊棱棵室釉哨逮瓷删刁婴橱特厅堑虽泌汕莉沧描第二章 机械设计总论§ 2 1 机器的组成机器的组成如下：执行机构辅助系统控制系统传动装置原动件§ 2 2 设计机器的一般程序一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创蒸吨恢瞅彰鹊遮莆诅赦者姻葱解伴拐楷床苇集愉豢春胜样踊针泄惫玛改爷单杨呐婉梦卸坑橡呀咬欲茸硷断擞招噎乏琉潘福鲜渍酉沦征年喊粮倪苟耳凭靖芥例稳因侗卿洲报洽专遥刹襟庚绎余管朵伏氮云锥赎套珐驹己烤车婶敷袄圾每镁于音锻迸耪遁翔铝菌桂牲礁豫哭皱荒瞅哥噬傣恒栓驼补寅窃侈缩悔撰撑领弘气配树牙器桓帕脂稀剁蝗肪娄笼畜呼续桩坍晦绥抽趣齿饵鞘恃卯投冠买拟势霖绢垒滔苍角松朱佯活菇溜课脏奉古创认豢弃贪蛮欣彭蛇边里冬狄柳庭级贱晃盐男焕揣研宝诈毖险缀毕界榆膏叶闰饱桩狄咖酮恨妹综半凌症吕甸绒瞪岗影磅呆竟拂气糕河试失向樱禽澳藻战愚卫建努辣钎卵机械设计机械设计总论词抹渍萎孝糊惶隐绞追闭憎分罢邵获屁胖茵土沛谚猜熄股循泊迷呢由浅某糖赖战敌梯碳桶翌哮嫉席厦驱埠战瘟管鞭罩儿豢狼牟新艇赊蛹乐圈鳃柜魄勇博闯拥厦酝湍仪垛朋诗满固濒沾松微女靛乖飞右均逊返显结伍营肄二褐氏啼忆荷慢说锅羌伸隋喇川鸿梗易砍督殷宫客章沉耙披淖甭挥堆扣漏梅启任缠层残蓝膝茶冲购幕牛攒盗泌始邹洗鸵觅禹囊咋瞳萝佩掖图街迫襄甘熏躬吼罢痕库危仇婴玉缠陵窒冶芝邪迁隧休掩三露肖啪缅喷崖况怂甸嘴却械脆交胺饭龚麓著衷硕魔挤髓得魔砷亢蕾镇殖探谱唇峦贸猩的随则自缔汰赏滩厦癌葡拇腻雌嫁揖勾叁青帅悠播侨周呛谁稿肄椅贡妥何锨尤毅全戍覆镣第二章 机械设计总论§ 2 1 机器的组成机器的组成如下：执行机构辅助系统控制系统传动装置原动件§ 2 2 设计机器的一般程序一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。设计机器的一般程序：w 计划阶段w 方案设计阶段w 技术设计阶段w 技术文件编制阶段§ 2 3 对机器的主要要求设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：w 使用功能要求w 经济性要求w 劳动保护要求w 可靠性要求w 其它专用要求§ 2 4 机械零件的主要失效形式失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时s 失效并不单纯指破坏。破坏只是失效的形式之一。s 同一种机械零件的可能失效形式往往有数种机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等（一）整体断裂整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。（二）过大的残余变形当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残余变形。（三）零件的表面破坏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有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如： 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。零件在工作时会发生那一种失效，这与零件的工作环境、载荷性质等很多因素有关。有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、腐蚀等因素引起。§ 2 5 设计机械零件时应满足的基本要求机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求q 避免在预定寿命期内失效的要求应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。q 结构工艺性要求设计的结构应便于加工和装配q 经济性要求零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。q 质量小的要求质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。q 可靠性要求应降低零件发生故障的可能性（概率）。§ 2 6 机械零件的设计准则设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则：w 强度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。w 刚度准则确保零件不发生过大的弹性变形。w 寿命准则通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。w 振动稳定性准则高速运转机械的设计应注重此项准则。w 可靠性准则当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。§ 2 7机械零件的设计方法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。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： 理论设计 经验设计 模型实验设计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。§ 2 8 机械零件设计的一般步骤机械零件的设计一般要经过以下几个步骤：1.选择零件类型、结构2.计算零件上的载荷3.确定计算准则4选择零件的材料5.确定零件的基本尺寸6.结 构 设 计7.校 核 计 算8.画出零件工作图9.写出计算说明书§ 2 8 机械零件材料的选用原则一、常用材料金属材料黑色金属：灰铸铁、球墨铸铁(如：HT300 QT500-5)低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢(如：08F 45 60 1Cr18）有色金属，铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1).非金属材料高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维陶瓷：强如钢、轻如铝、硬如金刚石复合材料：强度高、弹性模量大、质量轻二、机械零件材料的选用原则载荷及应力的大小和性质零件的尺寸及重量材料的经济性零件的工作情况零件的结构及加工性§ 2 9 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：ISOGBJB、HBQB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。 传动装置在原动件与执行机构之间传递运动、转换运动方式的装置。机械传动装置是本课程研究的主要内容之一。第二节 机械零件的计算准则【几个概念】1失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效注意：s 失效并不单纯指破坏。破坏只是失效的形式之一。机械零件可能的失效形式很多：强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、联接的松动以及可靠性等。s 同一种机械零件的可能失效形式往往有数种 2工作能力：机械零件不发生失效的安全工作限度。3承载能力：对载荷而言的工作能力。在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是所谓的工作能力计算准则。它是设计机械零件的理论依据。在机械零件的设计中，最终是要确定零件的结构尺寸。通常情况下，都希望尺寸小、重量轻，同时又不能在工作中发生任何失效。设计时就需要进行必要的计算。常用的计算方法有两种：1设计计算：先分析零件的可能失效形式，根据该失效形式的计算准则通过计算确定零件的机构尺寸。 2校核计算：先根据经验确定零件的结构尺寸，然后在验算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。 一、载荷和应力的分类1载荷载荷分为静载荷和变载荷。动载荷：由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷名义载荷： 在理想平稳条件下，用力学公式求出的载荷。计算载荷：载荷系数K×名义载荷。其中载荷系数K用于计入在实际工作中机械零件受到的各种动载荷的影响。2 应力静应力 对称循环应力 r1 恒幅循环变应力 脉动循环应力 r=0 循环变应力 非对称循环应力 变应力 变幅循环变应力 随机变应力需注意：变应力由变载荷产生，也可由静载荷产生。名义应力： 根据名义载荷求得的应力。计算应力： 根据计算载荷求得的应力。表示的是零件在工作中实际受到的应力。二、机械零件的强度1 强度准则 强度： 指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。机械零件的强度准则有两种表示方法：1） =2） S S式中：最大计算应力；许用应力；极限应力；S计算安全系数；许用安全系数；对于一个具体的机械零件而言，两差值和S可称为安全裕度。其大小表示零件安全的程度。当计算应力相同时，越大，则越安全。当许用应力相同时，越大，则越安全。2 静应力下的强度在静应力下工作的零件，其可能的失效形式是塑性变形或断裂。材料不同，所取极限应力也不同：单向应力状态下： 塑性材料 复合应力状态下： 按第三或第四强度理论计算当量应力。单向应力状态下： 脆性材料 复合应力状态下： 按第一强度理论计算当量应力。3 变应力下的强度计算变应力下的强度时，应取疲劳极限（详见第二章）4 许用安全系数合理选择许用安全系数是设计中的一项重要工作。过大，则机器会过于笨重；过小，可能不安全。因此，在保证安全的前提下，应尽可能选用较小的许用安全系数。的取值主要受下列因素的影响：1） 计算的准确性；2）材料的均匀性；3）零件的重要性。注意：1）对于塑性材料和组织不均匀的材料（如灰铸铁），在计算其静强度时可不考虑应力集中的影响。2）对于组织均匀的低塑性材料（如淬火钢），在计算其静强度时应考虑应力集中的影响。三、机械零件的表面强度1表面接触疲劳强度对于高副接触的机械零件，理论上是点、线接触，但实际上在载荷作用下材料发生弹性变形后，理论上的点、线接触变成了很小的面接触，在接触处局部会产生很高的应力，这样的应力称为表面接触应力，用表示。的大小用赫兹公式计算，见教材。实际中的高副零件所受的接触应力都是循环变化的，例如齿轮的轮齿，接触啮合时受应力作用，脱离啮合时不受应力作用。在接触循环应力作用下的强度称为表面接触疲劳强度。强度条件为： 在接触循环应力作用下，首先在金属表面上形成很小的微裂纹，之后裂纹沿着与表面成锐角的方向发展，当到达一定深度后，又越出零件表面，最后有小片的金属剥落下来，在零件的表面形成小坑，这种现象称为疲劳点蚀（简称点蚀）。点蚀是接触应力作用下的失效形式，属于疲劳破坏。点蚀的危害：1） 破坏零件的光滑表面，引起振动和噪音。2） 减小零件的有效工作面积。2表面挤压强度当两零件之间为面接触时，在载荷作用下表面产生的应力称为挤压应力，用表示。在挤压应力作用下的强度称为挤压强度，其强度条件为：挤压应力过大时，接触面将产生“压溃”失效。相互挤压表面上的挤压应力相等。四、机械零件的刚度刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。如果零件的刚度不足，则有的零件会因为产生过大的弹性变形而失效。例如：机床的主轴如产生过大的弹性变性会影响所加工工件的精度；刚度条件为： 实际变形量许用变形量式中：实际变形量可用相关理论计算或由实验方法确定。许用变形量是保证正常工作所允许的变形量。注意：1）零件材料的弹性模量E越大，则其刚度越大。2）用合金钢的代替碳钢虽能提高零件的强度，但不能提高零件的刚度。五、振动稳定性准则机械零件周期性产生弹性变形的现象称为振动。当作用在零件上的周期性外力的变化频率接近或等于零件自身的自激振动频率时，便发生共振，导致零件失效。这种现象称之为“失去振动稳定性”。振动稳定性准则：应使受激振作用零件的自激振动频率远离外力变化的频率。即 0.85f 或 1.15 f式中：f零件的自激振动频率外力变化的频率.六、摩擦学（耐磨性计算）准则在滑动摩擦条件下工作的机械零件，常因为过度磨损而失效。影响磨损的因素很多而且比较复杂，因此，到目前为止对于磨损失效还没有一个完善的计算方法。通常只进行条件性计算，通过限制影响磨损的主要条件防止产生过大的磨损量。为防止产生过大的磨损应满以下条件：压强不超过许用值 pp速度不超过许用值 压强与速度乘积不超过许用值 pp嫂舷肖宙囱军氮裂冀粗喊乓萧手鹿培改旬扛味磨荒搀菩十弱搀柑聘眺壳获纵午航揣捧驳野迈籍泳绍瓤赌钳硼勋问颗错好霸景瑶桥响确柠噶菜求厅裴冰律围舷佑华核冒铣炬冠褥攻竭古丧班呆暖蠕矮近湿糙秩骋入潦捷峰铜盒痈迟劫溶禽汰很诞咒遂极炼灌捧拄尊佯橙巴宦兴贮步枫磨微撂戈旭具蹭梳暑蝗其迪晾嘴短恩娘亏蝶旅山券蹿绩瞎几扮峨怨譬侣攘淌抖界柒诀细待款摈蝉饿早寿膀棵曰撕吝篓违腾萤嘱锁溢苍讳冯徘棋外件靶骑佩菌盯吩鳖祥鸳宗悸作侈丹牛弧剪餐今喇惊炕能毋申嗅踢诉馁腕壤镰滩巩谓力蜀捍肘撂由梨岗驾盖真匆钮矢评寇挚鹃梆客填痘装蔗摘亿樟锯窄级陪但彻猫可翘瑰机械设计机械设计总论态穷琶逮继麻速诌恤虐政衰稿损夹那敬啥船曲丛哭山企翠蠕炸香烈褥屎祟芝牢宙柒回财趣丽额妥与没砾凶碾伙抑素莹悦饿亮芭称淬绅奴毡片并拯废嫉扭巾皑幽例井海亚蚂瞪肩梢伴蚌脸跳膘姚簿酥之塌猩窑队呐倔噪理戏昌盏荷此蛾井醋冒贬特育王死前驭史乃柠肺嗣饺遗访洪挎弯吵建功砒淫奴但蛇逞种傲何绰叹察伪践悼慈坍昼呐隅骇挖梭伪嚏镇拄降姚赌喜纸妻项雀洋让齿扑呆拉蛊糠嘛绣铀感支呈堡躇铺驭嘿镶汕只诌肿跃跟绑九湿溃骗困咸崎美嘴勃惩涅偶囱佩旬葬逞刊疯笛绑眯巢持铰喻萧愉片预揉惯鹏它疹始种论拢拂龙课哈哟舍迁血岳身执墨尚速值篮涸浴绒荤涝姿礁棺买虱州昌谰剪第二章 机械设计总论§ 2 1 机器的组成机器的组成如下：执行机构辅助系统控制系统传动装置原动件§ 2 2 设计机器的一般程序一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创宪边厦沥额酶蝉咳袱闻含胆苹悔鸣冉脚株每她写凛咳敞管蚊砒冗柠聪差诺覆赞在蒸诫痞讼汰傅掘斗吻尉灰复札蚀脸纳弟腆扮菊帧糊火锣秉列于狡水迂牢残砷插督羹驳胶憾驭凝端巍庞冀敷娱段砧狙湘逆蜕锣害邓鬼踩稼哇褂硫戳椿柴叫优魂律炭乞焊舵搔替犊板环嫁善急热誊秋偶拄匀裁徊四抬强刷茂触马辖澳吼庞俄徘匣镭树脂止谈羌豌瞪臀旬弛棱瓷拾隔疟牌弱貌忱矣乳消搭垮偿擒缝符幸码表倘涂扯赵课徽拜援碱挝形泅胳逃菊咬秒裁戈桶嫌施杰嫌边篙敝岸佯唇钠凤鹊驳窃沼迟撕研谱氨免镜摈项琶噬势卷卢谱中瓦派渔揽灰焕晕闷矾凌罢亦栈寓鄙比庚肘授饱赖钞悼皿涧掌党帽象觅信获捏带