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1、. .机械工程学根本知识一、机器的根本组成 1、机器的根本组成要素在一台现代化的机器中，常会包含着机械、电气、液压、气动、润滑、冷却、信号、控制、监测等系统的局部或全部，但是机器的主体仍为机械系统。无论分解哪一台机器，它的机械系统总是由一些机构组成；每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的根本组成要素就是机械零件也就是制造装配的单元。通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如螺钉、螺母、齿轮、链轮等等机械零件专用零件在特定类型的机器中才能用到的零件，如涡轮机的叶片、飞机的螺旋桨、往复式活塞内燃机的曲轴等等任何机器的性能，都是建立在它的主要零件的性能或某些关键零件的综合性能的根本之上的。比方我们
2、公司的成型机，其主要性能在于转轮、压棒、压轮以及模具等等之间的配合，只有这些零件的性能得到保证，我们才能保证整机的综合性能，才能确保机台的精细度暂不考虑人的因素。2、机器的根本组成局部控制系统辅助系统，例如润滑、显示、照明等执行局部传动局部原动机局部 一部完整的机器的组成如下列图所示：原动机局部：驱动整部机器以完成预定功能的动力源简单的一个原动机，复杂的有好几个，现代使用的为电动机或热力机，如我们的成型机，切割机都用电动机执行局部：完成机器预定功能的组成局部。如成型机的模具压制成型功能，切割机的砂轮的切割功能等等传动局部：完成把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行局部所需的运动形式、运动
3、及动力参数。例如把旋转运动变为直线运动，高转速变为低转速，小转矩变为大转矩，把转轮的轴线转过90度应用涡轮涡杆。以上三局部只是机器的三个根本局部，随着机器功能越来越复杂，对机器的准确度要求也就越来越高，如只有以上三个局部，使用起来就会遇到很大的困难，所以，我们还会在机器上不同程度地增加其它局部，如控制系统和辅助系统。例如新成型机的报数系统。以新成型机为例，电动机是成型机的原动机；涡杆涡轮组成传动局部；模具及上下滚轮组成执行局部；控制面板上的启动、停顿、调速器等等组成控制系统；速度表、电表、产品记数器等组成显示系统；照明灯及仪表盘灯组成照明系统；报数警报器及平安感应器组成信号系统等。二、机械零件
4、设计的一般步骤一根据机器的总体设计方案，针对零件的工作情况进展载荷分析、建立力学模型、考虑影响载荷的各项因素，确定零件的计算载荷。二分析零件在工作时可能出现的失效形式，确定零件工作能力的计算准那么。三根据零件的工作条件和对零件的特殊要求选择适宜的材料，并确定必要的热处理或其它处理。四分析零件的应力或变形，根据工作能力计算准那么建立或选定相应的计算式，计算出零件的主要尺寸，并加以标准化或圆整。五根据计算得出的主要尺寸并结合构造上和工艺上的要求，绘制零件工作图。并写出零件的计算说明书。三、机械零件的主要失效形式1、 整体断裂：零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，由于某一危险截面上的应力超过零
5、件的强度极限而发生的断裂，或者零件在受变应力作用时，危险截面上发生的疲劳断裂均属此类。如螺栓的断裂、齿轮齿根部的折断等。2、 过大的剩余变形：如果作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，那么零件将产生剩余变形。机床上夹持定位零件的过大的剩余变形，要降低加工精度；高速转子轴的剩余挠曲变形，将增大不平衡度，并进一步地引起零件的变形。3、 零件的外表破坏：主要是腐蚀、磨损和接触疲劳。腐蚀：发生在金属外表的一种电化学或化学侵蚀现象，其结果是使金属外表产生锈蚀，从而使零件外表遭到破坏，与些同时，对于承受变应力的零件，还要引起腐蚀疲劳的现象。磨损：两个接触外表在作相对运动的过程中外表物质丧失或转移的现象。
6、我厂此失效最多疲劳：受到接触应力长期作用的外表产生裂纹或微粒剥落的现象。四、设计机械零件时应满足的根本要求1、防止在预定的寿命期内失效1强度断裂、不允许的剩余变形属于强度的问题；再者要考虑到在运输中的强度 问题措施：a 材料;b 截面尺寸；c 热处理；d 制造精度降低工作中的动载荷等等2刚度弹性变形不超过允许的限度，就满足要求整体刚度整体伸长、缩短、挠曲、扭转：可增大截面尺寸或截面的惯性距等；外表接触刚度：增大贴合面而降低压力；精加工；3寿命：正常工作延缓的时间。影响因素：a 材料的疲劳；b 材料的腐蚀；c 相对运动零件接触外表的磨损；2、构造工艺性要求，即在既定的生产条件下，能够方便而经济地
7、生产出来，并便于装配成机器。3、经济性要求，零件的设计、生产本钱等受工艺性影响4、质量小的要求好处：节省材料； 对运动零件来说，可减小惯性； 可采用措施：a 缓冲装置，降低冲击载荷；b 采用平安装置来限制作用在主要零件上的最大载荷；c 从零件上应力较小处削减局部材料，以改善零件受力的均匀性，从而提高材料的利用率；d 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；e 采用轻型薄壁的冲压件或焊接件来代替铸、锻零件，以及采用强重比即强度与单位体积材料所受的重力之比高的材料等。5、可靠性要求：即在规定的使用时间寿命内和预定的环境条件下，零件能够正常地完成其功能的概率。提高措施：使工作条件和零
8、件性能两个方面的随机变化尽可能小五、机械零件的设计准那么1、强度准那么：指零件中应力不得超过允许的限度。其代表性的表达式为lim考虑到各种偶然性或准确分析的影响，上式右边要除以设计平安系数S，即lim/S2、刚度准那么：即零件在载荷作用上产生的弹性变形量yy由理论或实验方法确定小于或等于机器工作性能所允许的极限值y.， yy3、寿命准那么：由于影响寿命的主要因素-腐蚀、磨损和疲劳是三个不同的X畴的问题，所以它们各自开展过程的规律也就不同。迄今为止，还没提出实用有效的腐蚀寿命计算方法，因而也无法列出腐蚀的计算准那么。关于磨损的计算方法，由于其类型众多，产生的机理还未完全搞清，影响因素也很复杂，所
9、以尚无可供工程实际使用的能够进展定量计算的方法。关于疲劳寿命，通常是求出使用寿命时的疲劳极限或额定载荷来作为计算的依据。4、振动稳定性准那么：在设计时要使机器中受激振作用的各零件的固有频率与激振源的频率错开。f 代表零件的固有频率，fp代表激振源的频率，那么通常应保证如下的条件： 0.85f fp 或 1.15f fp5、可靠性准那么：可靠度R=N / N0总件数为N0 t 时间后仍有N件正常如试验时间延长，那么N减小，R也变化。那么R是t 函数。设时间t 到t +dt的间隔中，又有dN件零件坏了，那么在此dt时间间隔内破坏的比率(t)定义为(t)= - dN / (dt *N) -失效率，负
10、号表dN的增大将使N减小。别离变量并积分得 -t0(t) dt = NN0 dN/N=lnN/N0 =lnR即R=e-t0(t) dt零件的失效率(t)与时间t 的关系如下列图所示代表早期失效阶段存在初始缺陷；需磨合代表正常使用阶段如失效那么为偶然的原因引起，为随机性的，失效率表现为缓慢增长代表损坏阶段需良好的维护和及时更换马上要发生破坏的零件，可延缓机器进入此阶段的时间五、零件的设计方法机械零件的设计方法可分为常规设计方法和现代设计方法。一、常规设计方法常规设计方法是目前广泛和长期所采用的设计方法。也是本课程中机械零件设计时所采用的设计方法。常规设计方法有以下三种：一理论设计理论设计是根据现
11、有的设计理论和实验数据所进展的设计。按照设计顺序的不同，零件的理论设计计算可分为设计计算和校核计算。1设计计算 该计算方法是根据零件的工作情况、要求，进展失效分析，确定的零件工作能力准那么，并按其理论设计公式确定零件的形状和尺寸。2校核计算 该计算方法是先参照已有实物、图纸和经历数据初步拟定出零件的构造和尺寸，然后根据工作能力准那么所确定的理论校核公式进展校核计算。二经历设计经历设计是根据同类机器及零件已有的设计和长期使用累积的经历而归纳出的经历公式，或者是根据设计者的经历用类比法所进展的设计。经历设计简单方便，对于那些使用要求变动不大而构造形状已典型化的零件，是比拟实用可行的设计方法。例如普
12、通减速器箱体、齿轮、带轮等传动零件的构造设计。三模型实验设计对于尺寸特大、构造复杂、难以进展理论计算的重要零件可采用模型实验设计。即把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小样机，通过模型或样机实验对其性能进展检验，根据实验结果修改初步设计，从而使设计结果满足工作要求。二、现代设计方法简介机械设计在近30年来发生相当大的变化，设计方法更趋于科学、完善，计算精度更高，计算速度更快。现代设计的主要方法有以下几种：一计算机辅助设计计算机辅助设计puter Aided Design，简称CAD。它是借助计算机进展设计信息处理，利用计算机具有运算快速准确、存贮量大、逻辑判断功能强等特点，通过人和计算机的交
13、互作用完成设计工作。它相对于传统的设计方法具有以下优越性：1显著提高设计效率，缩短设计周期。加快产品更新换代，增强市场竞争能力；2可以贮存大量的设计信息和设计经历，使一些缺乏设计经历及新从事设计工作的人员也能顺利完成设计任务；3能在较短时间内给出很多设计方案，并进展分析比拟，以获得最正确设计方案；4把设计人员从繁琐的重复性工作中解脱出来，将更多的时间和精力集中到创造性的工作上；5可与计算机辅助制造CAM、计算机管理自动化结合起来形成计算机集成制造系统CIMS，从企业总效益最高出发，综合进展市场预测、产品设计、生产方案、制造和销售等一系列工作，以实现人力、物力和时间等各种资源的有效利用。二优化设
14、计优化设计是将设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学理论，选用适当的优化方法，并借助计算机求解该数学模型，从而得出最正确设计方案的一种设计方法。近些年来，优化设计和其它一些设计方法结合起来，形成了新的优化设计方法。例如，和可靠性设计结合形成可靠性优化设计；和模糊设计结合形成模糊优化设计等。三可靠性设计机械可靠性设计是将概率论、数理统计、失效物理和机械学相结合而形成的一种综合性设计技术。它的主要特点是将常规设计方法中所涉及到的设计变量，如载荷、应力、强度、寿命等，所具有的多值现象看成是服从某种分布规律的随机变量，用概率统计方法设计出符合机械产品可靠性指标要求的零部件和整机的主要参数和构
15、造尺寸。四模块化设计模块化设计是在对一定X围内的不同功能或一样功能不同性能、不同规格的产品进展功能分析的根底上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合就可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求。产品模块化的主要目标之一是以尽可能少的模块种类和数量组成尽可能多的种类和规格的产品。模块化设计相对于传统设计具有如下优点：1减少产品的设计和制造时间，缩短供货周期，有利于争取客户；2有利于产品的更新换代和新产品的开发，增加企业对市场的快速应变能力；3有利于提高产品质量，降低本钱，增加产品的市场竞争能力；4便于产品的维修。五机械系统设计机械系统设计是应用系统的观点进展机械产品设计的一种设计方法。
16、其过程一般包括方案、外部系统设计简称外部设计、内部系统设计简称内部设计和制造销售四个阶段。与传统设计相比，传统设计注重内部系统设计，重点在于改善零件或子系统的特性，而对各零部件之间、内部与外部系统之间的相互作用和影响考虑较少。机械系统设计遵循系统的观点，研究内、外系统和各子系统之间的相互关系，通过各子系统的协调工作，取长补短来实现整个系统最正确的总功能。六价值分析价值分析Value Analysis，简称VA又叫价值工程Value Engineering，简称VE，它是一种使产品到达物美价廉的有效的一种现代管理技术，由于它应用于产品设计尤见成效，故已开展成为现代设计方法中的一个重要内容。此法首
17、先要确定价值分析的对象，然后对它们进展本钱分析和功能价值计算，应用最新的科学技术成果，对实现产品功能的原理和方法进展革新和创造，提出新的方案，并对新方案进展评价和决策，选出最正确设计方案，以提高产品的价值。七专家系统专家系统是一种能够在专家水平上工作的计算机程序系统。由于它具有领域专家的丰富知识，又能进展逻辑演绎推理，因此，它能够在特定的领域和X围内，运用领域专家的专门知识的推理能力，解决各种问题。在机械设计中应用机械设计专家系统，可以明显提高设计效率和设计质量，获得较好的经济效益。八机械动态设计机械动态设计是现代机械设计区别于传统机械设计的重要特征之一。它是根据机械产品的动载工况，以及对该产
18、品提出的动态性能要求与设计准那么，按动力学方法进展分析计算、优化与试验，并反复进展的设计。这种设计方法可使机械产品的动态性能在设计时就得到预测和优化。九并行设计对机械产品的设计，长期以来一直采用串行工程又叫顺序工程的方法。这种方法的缺点在于：在产品的设计、制造等过程中，后一个环节必须等待前一个环节完毕后才能开场。这样，设计改动量大，产品开发周期长，本钱高，并行工程Concurrent Engineering，简称CE又叫同步工程Simultaneous Engineering或集成工程Integration Engineering。它是集成、并行地设计产品及其各种过程包括制造过程和支持过程的系统化方法。其核心在于打破组织内部各机构单元的界限，建立以人际合作关系为根底的协同工作模式，追求提高产品质量、降低产品的全生命周期本钱和缩短产品上市的时间。由于这种方法采取了集成公司内的一切资源，尽早开场一切设计性活动，力争一次获得成功的作法，因此，它是克制串行工程方法缺点的最正确方法。除了上面介绍的现代设计方法外，还有人机学设计、疲劳设计、摩擦学设计、反求工程、创造性设计等。随着科学技术的进步，现代设计方法将会得到更大的开展。. .word.