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1、第第1章章 机械设计概论机械设计概论机机 械械 设设 计计1.机械机械1.0 概述概述 机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料和信息。量、物料和信息。组成机器的基本单元：组成机器的基本单元：机构机构运动单元运动单元 机械原理机械原理零件零件制造单元制造单元 机械设计机械设计部件部件为完成同一使命在结构上组合在一起（可拆或为完成同一使命在结构上组合在一起（可拆或 不可拆）并协同工作的零件不可拆）并协同工作的零件机械系统：机械系统：由许多机器、装置、监控仪器等组成的大型工程系由许多机器、装置、监控仪器等组成的大型工程系统，或由零件、部件等组成的
2、机器（甚至机器中的局部）统，或由零件、部件等组成的机器（甚至机器中的局部）都可以看成一个机械系统。都可以看成一个机械系统。原动机原动机传动部分传动部分执行机构执行机构机器的组成机器的组成辅助系统辅助系统:润滑润滑 显示显示 照明等照明等控制系统控制系统设计是为满足某一特定要求而进行的创造过程设计是为满足某一特定要求而进行的创造过程2.设计设计机械设计：机械设计：机械设计可以是应用新的原理或新的概念，开发创机械设计可以是应用新的原理或新的概念，开发创造新的机器，也可以是在已有机器的基础上，重新设计造新的机器，也可以是在已有机器的基础上，重新设计或作局部的改革。或作局部的改革。设计范畴设计范畴:提
3、高机器的工作能力，合并或简化机器结构，增多提高机器的工作能力，合并或简化机器结构，增多或减少机器的功能，提高机器效率，降低机器能耗，变或减少机器的功能，提高机器效率，降低机器能耗，变更机器零件，改用新材料等。更机器零件，改用新材料等。机械设计是影响机械产品性能、质量和成本的主要因素。机械设计是影响机械产品性能、质量和成本的主要因素。1.1 课程的性质和任务课程的性质和任务机械零件机械零件通用零件通用零件专用零件专用零件传动件传动件联接件联接件支承件支承件其其 它它齿轮、蜗杆、带、链齿轮、蜗杆、带、链螺栓、键、花键螺栓、键、花键轴、轴承轴、轴承联轴器、弹簧、机架联轴器、弹簧、机架水轮机叶片、活塞
4、、曲轴水轮机叶片、活塞、曲轴1.1.1 课程的研究对象课程的研究对象1.1.2 课程的研究内容课程的研究内容 本课程主要介绍普通工作条件下一般参数的通用零部件本课程主要介绍普通工作条件下一般参数的通用零部件的选用或设计。讨论机械零部件的设计方法，如零部件的工的选用或设计。讨论机械零部件的设计方法，如零部件的工作能力、参数计算、结构设计、加工工艺等。作能力、参数计算、结构设计、加工工艺等。1.1.3 课程的性质课程的性质设计性技术基础课，综合性强设计性技术基础课，综合性强基础课基础课机械设计机械设计专业课专业课1.1.4 学习要求学习要求1.掌握通用零部件的设计方法和步骤掌握通用零部件的设计方法
5、和步骤;2.初步具备设计机械传动装置及简单机械的能力；初步具备设计机械传动装置及简单机械的能力；3.能在设计中运用各种技术资料（标准、规范、手册）。能在设计中运用各种技术资料（标准、规范、手册）。1.1.5 学习方法学习方法1）掌握零件设计时的共性）掌握零件设计时的共性工作原理、结构、工作原理、结构、类型、应用场合类型、应用场合受力分析、受力分析、失效形式失效形式设计准则、设计准则、设计计算设计计算2）不死记公式，理解并掌握基本概念）不死记公式，理解并掌握基本概念着眼于分析问题和解决问题能力的培养。着眼于分析问题和解决问题能力的培养。3）掌握机械设计的特点）掌握机械设计的特点解的不唯一性和设计
6、过程的反复性。解的不唯一性和设计过程的反复性。1.2 设计机器的基本原则和设计程序设计机器的基本原则和设计程序1.2.1 设计机器时应满足的要求设计机器时应满足的要求1）使用功能要求；）使用功能要求；2）经济性要求；）经济性要求；3）劳动保护要求；劳动保护要求；4）可靠性要求；）可靠性要求；5）其他特殊要求；）其他特殊要求；1.2.2 设计方法设计方法1）内插式设计）内插式设计2）外推式设计）外推式设计3）开发性设计）开发性设计1.2.3 设计程序设计程序1.调查决策阶段调查决策阶段调查研究调查研究开发计划书开发计划书2.研究设计阶段研究设计阶段试验研究试验研究技术设计技术设计3.试制阶段试制
7、阶段样机试制样机试制样机试验样机试验技术经济评价技术经济评价4.投产销售阶段投产销售阶段生产设计生产设计小批试制小批试制正式投产正式投产销售服务销售服务新产品从提出任务到投放市场的全部程序要经过四个阶段：新产品从提出任务到投放市场的全部程序要经过四个阶段：2）经济方面）经济方面设计制造使用设计制造使用1.评价内容评价内容2.提高技术经济价值的四个方面：提高技术经济价值的四个方面：1）简化设计：减少零件数、提高三化程度）简化设计：减少零件数、提高三化程度1.2.4 技术经济评价技术经济评价2）采用廉价材料）采用廉价材料3）改善毛坯、零件加工、装配等工艺性，合理选择精度）改善毛坯、零件加工、装配等
8、工艺性，合理选择精度4）改善生产经营管理制度）改善生产经营管理制度1）技术方面评价）技术方面评价技术可行性技术可行性1.3 机械零件设计概述机械零件设计概述1.3.1 设计机械零件的基本要求设计机械零件的基本要求1.满足功能要求，能够准确实现预定的功能；满足功能要求，能够准确实现预定的功能；2.工作可靠工作可靠在预定的工作期限内不能失效；在预定的工作期限内不能失效；3.成本低廉（工艺性好，质量小，经济性好）。成本低廉（工艺性好，质量小，经济性好）。失效失效丧失工作能力或达不到设计要求的性能，不仅仅指丧失工作能力或达不到设计要求的性能，不仅仅指 破坏。主要有：破坏。主要有：断裂。如轴、齿轮轮齿发
9、生断裂断裂。如轴、齿轮轮齿发生断裂表面点蚀。工作表面片状剥落表面点蚀。工作表面片状剥落塑性变形。零件发生永久性变形塑性变形。零件发生永久性变形过大弹性变形过大弹性变形过度磨损过度磨损过大振动和噪声、过热等过大振动和噪声、过热等强度问题强度问题刚度问题刚度问题耐磨性问题耐磨性问题工作能力工作能力不失效条件下零件的安全工作限度。不失效条件下零件的安全工作限度。这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，所以又常称为所以又常称为“承载能力承载能力”50 kN吊钩最大起重量吊钩最大起重量50 kN工作能力或承载能力工作能力或承载能力50 kN1.3.2 承载能力
10、判定条件承载能力判定条件同一零件可能发生各种不同形式的失效同一零件可能发生各种不同形式的失效Fn轴可能的失轴可能的失效形式：效形式：断裂、过大弹性变形、断裂、过大弹性变形、塑性变形、共振塑性变形、共振强度条件：强度条件：工作应力工作应力许用应力许用应力 或或 或或 H H 刚度条件：刚度条件：实际变形量实际变形量许用变形量许用变形量 y y、1.3.3 机械零件的设计步骤机械零件的设计步骤3.选择材料；选择材料；4.根据失效形式选用判定条件，设计出零件根据失效形式选用判定条件，设计出零件 的主要参数；的主要参数；5.绘制零件工作图绘制零件工作图受力分析受力分析1.拟订零件的设计简图拟订零件的设
11、计简图2.确定载荷的大小及位置确定载荷的大小及位置 类比设计类比设计与已有的同类产品进行比较来设计新产品。与已有的同类产品进行比较来设计新产品。经验设计经验设计根据实践中归纳出的经验公式和经验数据进行设计。根据实践中归纳出的经验公式和经验数据进行设计。模型实验设计模型实验设计用于大型、复杂零件的设计。用于大型、复杂零件的设计。1.3.4 机械零件的设计方法机械零件的设计方法传统设计方法：传统设计方法：强度条件（或刚度）强度条件（或刚度）设计计算设计计算尺寸尺寸尺寸尺寸校核计算校核计算强度条件（或刚度）强度条件（或刚度）理论设计（半经验设计）理论设计（半经验设计）现代设计方法：现代设计方法：优化设计优化设计 对工程实际问题进行抽象，建立数学模型，用对工程实际问题进行抽象，建立数学模型，用优化方法求解，得出最佳设计结果。优化方法求解，得出最佳设计结果。计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）包括分析计算和绘图。包括分析计算和绘图。概率设计（可靠性设计）概率设计（可靠性设计）将概率论与数理统计理论运用于机械设计。将概率论与数理统计理论运用于机械设计。有限元分析有限元分析 并行设计并行设计总体总体设计设计技术技术设计设计零件零件设计设计机械系统的设计步骤：机械系统的设计步骤：