第1章 机械设计概述.ppt

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1、1-1 概述1-2 设计机器的一般程序1-3 对机器的主要要求1-4 机械零件的主要失效形式1-5 设计机械零件时应满足的基本要求1-6 机械零件的计算准则1-7 机械零件的设计方法1-8 机械零件设计的一般步骤1-9 机械零件材料的选用原则1-10 机械零件设计中的标准化1-11 机械现代设计方法简介第第1章章 机械设计概论机械设计概论11 概述概述 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志。重要标志。机器是代替人们体力和部分脑力劳动的工具，机器机器是代替人们体力和部分脑力劳动的工具，机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生

2、既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改产改进产品质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。善劳动条件。只有使用机器，才能便于实现产品的标准化、系列只有使用机器，才能便于实现产品的标准化、系列化和通用化，尤其是便于实现高度的机械化、电气化和化和通用化，尤其是便于实现高度的机械化、电气化和自动化。自动化。机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改造的重任。进技术改造的重任。大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大加强促进国民经济发

3、展的力度加速我国的现代化建设。大加强促进国民经济发展的力度加速我国的现代化建设。潘存云教授研制 人们为了满足生产和生活的需要，研制了类型繁多、人们为了满足生产和生活的需要，研制了类型繁多、功能各异的机器。尤其是蒸汽机出现之后，使机器具有功能各异的机器。尤其是蒸汽机出现之后，使机器具有了完整的形态。了完整的形态。一台完整的机器的组成如下：一台完整的机器的组成如下：原动机部分原动机部分传动部分传动部分执行部分执行部分润滑、显示、照明等辅助部分润滑、显示、照明等辅助部分控制系统控制系统传感器传感器传感器传感器传感器传感器一、机器的组成 原动部分机器完成预定功能的动力源，最常见的是最常见的是 内燃机、

4、电动机。执行部分执行部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。完成预定的动作，位于传动路线的终点。传动部分传动部分联接原动机和执行部分的中间部分。联接原动机和执行部分的中间部分。控制部分控制部分保证机器的启动、停止和正常协调动作。保证机器的启动、停止和正常协调动作。传感部分传感部分将机器的工作参数，如位移、速度、加速将机器的工作参数，如位移、速度、加速 度、温度、压力等反馈给控制部分。度、温度、压力等反馈给控制部分。辅助部分辅助部分包括机器的润滑、显示、照明等包括机器的润滑、显示、照明等。也是保。也是保 证机器正常工作不可缺少的部分证机器正常工作不可缺少的部分普通车床普通车床第二节 机器的组成数

5、控加工中心数控加工中心清洗飞机的机器人清洗飞机的机器人本课程学习对象本课程学习对象 机械系统机械系统=机械结构机械结构+驱动动力驱动动力+检测与控制检测与控制 一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机构又是由若干零件组成的。有些零件是在各种机器中常构又是由若干零件组成的。有些零件是在各种机器中常用的，称之为用的，称之为通用零件通用零件；有些零件只有在特定的机器中；有些零件只有在特定的机器中才用到，称之为才用到，称之为专用零件专用零件。通用零件包括：通用零件包括：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动

6、；轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承；轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承；螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。弹簧、机架、箱体等。专用零件例如：叶片、犁铧、枪栓等。专用零件例如：叶片、犁铧、枪栓等。通用零件是本课程的主要学习对象，而专用零件的设计方法应在有关专业课中学习。构件与零件的关系二、机械设计的内容二、机械设计的内容1.1.确定确定机械的工作原理，选择合宜的机构，机械的工作原理，选择合宜的机构，拟定设计拟定设计方案方案；2.进行运动分析和设计，即进行机构的型综合；进行运动分析和设计，即进行机构的型综合；3.进行动力分析，

7、计算各构件上的载荷；进行动力分析，计算各构件上的载荷；4.进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。本课程的主要内容：本课程的主要内容：本课程中本课程中“设计设计”的含义是指的含义是指:三、三、本课程的内容、性质与任务本课程的内容、性质与任务学习机械系统设计的基础知识；学习机械系统设计的基础知识；学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。机械装置的实体设计机械装置的实体设计;涉及零件的应力、强度的分析计算涉及零件的应力、强度的分析计算;材料的选择材料的选择;结构设计结构设计;考虑加工工艺性考虑加工工艺性;标准化以及

8、经济性标准化以及经济性;环境保护等环境保护等。机械机械设计结果的表现形式为：设计结果的表现形式为：机械工程图、说明书和计算机程序机械工程图、说明书和计算机程序。本课程所涉及的先修课程有：本课程所涉及的先修课程有：工程材料：工程材料：非金属材料，金属材料及热处理。非金属材料，金属材料及热处理。工程制图：工程制图：设计的图形表达。设计的图形表达。机械制造基础：机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺。冷加工工艺，热加工工艺。公差配合与技术测量：公差配合与技术测量：解决精度设计问题。解决精度设计问题。理论力学：理论力学：解决力分析与动力计算。解决力分析与动力计算。材料力学：材料力学：解决强度分析问题。解

9、决强度分析问题。机械原理：机械原理：解决机械的方案设计。解决机械的方案设计。四、本课程的特点和学习方法四、本课程的特点和学习方法 涉及面广涉及面广 体现为5多 实践性强实践性强只有理论知识不行，要多联系实际，要注只有理论知识不行，要多联系实际，要注 重实践性环节。重实践性环节。设计结果不唯一设计结果不唯一强调个性化，没有最好，只有更好。强调个性化，没有最好，只有更好。关系多关系多因与诸多先修课关系密切。因与诸多先修课关系密切。要求多要求多强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。经济性。门类多门类多各类零件，各有特点，设计方法各异。各类零件，各有特点，设计

10、方法各异。公式多公式多计算多，有解析式、半解析式、经验的、计算多，有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式。半经验的及定义式。图表多图表多结构图、分析图、原理图、示意图、曲线结构图、分析图、原理图、示意图、曲线 图、标准、经验数表。图、标准、经验数表。注意处理好几个关系注意处理好几个关系 零件的设计与选用零件的设计与选用零件设计的两个主要途径。零件设计的两个主要途径。设计计算与结构设计设计计算与结构设计设计决非只是计算，更应重视结构设计的学习。设计决非只是计算，更应重视结构设计的学习。性能要求与经济性性能要求与经济性永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。永远是一对矛盾，应学会合理地解

11、决这一对矛盾。经验设计与现代设计经验设计与现代设计二者均重要，前者是后者的基础。二者均重要，前者是后者的基础。具体的设计方法与一般的设计能力具体的设计方法与一般的设计能力前者是学习的形式，后者是学习的目的。前者是学习的形式，后者是学习的目的。1-2 机械设计的一般程序 一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键一一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键一环。机械设计是一个创造性的工作过程，实践经验是保环。机械设计是一个创造性的工作过程，实践经验是保证设计质量的重要因素。因此，要求设计者特别注意经证设计质量的重要因素。因此，要求设计者特别注意经验的积累。验的积累。一部完整的机器是一个复杂的

12、系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。机械设计的一般过程：机械设计的一般过程：计划阶段计划阶段 方案设计阶段方案设计阶段 技术设计阶段技术设计阶段 技术文件编制阶段技术文件编制阶段一、计划阶段一、计划阶段包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。设计任务书设计任务书机器的功能机器的功能 经济性估计经济性估计 制造要求的大致估计制造要求的大致估计 基本使用要求基本使用要求 预计的设计周期预计的设计周期 二、二、方案设计阶段方案设计阶段 对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出实现方案。实现方案。在

13、制定功能参数时一定要注意恰当处理在制定功能参数时一定要注意恰当处理需要与可能需要与可能、理想与现实、长远目标与当前目标理想与现实、长远目标与当前目标等之间的关系。等之间的关系。一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。以螺纹制造为例：有车削、滚压、板牙加工等方法。以螺纹制造为例：有车削、滚压、板牙加工等方法。方法不同，其执行部分的工作原理也不同。方法不同，其执行部分的工作原理也不同。因此，存在一个方案的比较和取舍问题。潘存云教授研制方案评价原则：经济性、技术上可行。方案评价原则：经济性、技术上可行。总费用总费用设计制设计制造费用造费用使用费用使用费

14、用费用费用复杂程度复杂程度经济性经济性-总费用最低总费用最低。方案设计阶段要正确处理好方案设计阶段要正确处理好借鉴借鉴与与创新创新的关系。的关系。同类机器的成功的先例应同类机器的成功的先例应当借鉴，但其中的薄弱环节和当借鉴，但其中的薄弱环节和不符合现有任务要求的部分应不符合现有任务要求的部分应当加以改进或替换。当加以改进或替换。一味求新而把合理的原有经验弃置不用一味求新而把合理的原有经验弃置不用保守和照搬原有设计保守和照搬原有设计坚决反对坚决反对三、三、技术设计阶段技术设计阶段 绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部件的外形、基本尺寸和零件工作

15、图。件的外形、基本尺寸和零件工作图。为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：1 1）机器的运动学设计机器的运动学设计 2 2）机器的动力学设计机器的动力学设计 3 3）零件的工作能力设计零件的工作能力设计 4 4）部件装配草图及总装配草图的设计部件装配草图及总装配草图的设计-结构设计结构设计 5 5）主要零件的校核计算主要零件的校核计算 确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。计算构件所受公称载荷（名义载荷）的大小和特性

16、。计算构件所受公称载荷（名义载荷）的大小和特性。由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本尺寸。尺寸。以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分析和工作能力校核计算析和工作能力校核计算 四、四、技术文件编制技术文件编制 技术文件技术文件 设计说明书设计说明书 使用说明书使用说明书 零件明细表零件明细表 标准件汇总表标准件汇总表产品验收条件产品验收条件.技术文件技术文件-用来说明产品性能、设计、制造、操用来说明产品性能、设计、制造、操作使用、维护、或其它所有与产品相关的文档资料。作使用、维护、或其它所有与产品相关的文档资料。潘存云教授研制潘存云教授研制技技术术设设计计方方案案设设计计计计划划提出任务提出任务分析对机器的要求分析对机器的要求确定任务要求确定任务要求机器功能分析机器功能分析提出可能的解决办法提出可能的解决办法组合几种可能的方案组合几种可能的方案决策决策-选定方案选定方案明确构形要求明确构形要求结构化结构