哈工大機械設計PPT-第1-3章描述

1、1.1 機械的組成及本課程研究對象機械的組成及本課程研究對象 第一節(jié)第一節(jié) 機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設水平的機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設水平的重要標志。重要標志。機械在國民生產(chǎn)中的地位、作用：機械在國民生產(chǎn)中的地位、作用： 機械工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和促機械工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和促進技術改造的重任。進技術改造的重任?！笆逡?guī)劃十二五規(guī)劃”老工業(yè)基地改造：注入新的技術老工業(yè)基地改造：注入新的技術國防工業(yè)：提供新的裝備國防工業(yè)：提供新的裝備高技術產(chǎn)業(yè)：新裝備高技術產(chǎn)業(yè)：新裝備第1章 緒 論特種環(huán)境工作的機器人特種環(huán)境工作的機器人: :高輻射高輻

2、射 高腐蝕高腐蝕 高粉塵高粉塵自動化生產(chǎn)線自動化生產(chǎn)線人們代步用的汽車人們代步用的汽車 機器是代替人們體力和部分腦力勞動的工具，機器機器是代替人們體力和部分腦力勞動的工具，機器既能承擔人力所不能或不便進行的工作，又能較人工既能承擔人力所不能或不便進行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進產(chǎn)品質量，特別是能夠大大提高勞動生產(chǎn)率生產(chǎn)改進產(chǎn)品質量，特別是能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動條件。和改善勞動條件。輔助系統(tǒng)：例如潤滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)：例如潤滑、顯示、照明等原動機原動機傳動裝置傳動裝置工作機工作機控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)1.1.1 機械的組成：機械的組成：1 1、從功能看、從功能看四個基本部分及輔助部分四個

3、基本部分及輔助部分車床帶式輸送機抽油機 原動機原動機電動機內(nèi)燃機液壓馬達 傳動裝置傳動裝置齒輪傳動帶傳動繩索傳動鏈傳動新型傳動 工作機（執(zhí)行系統(tǒng)）：工作機（執(zhí)行系統(tǒng)）：完成機器預定功能的組成部分完成機器預定功能的組成部分可以只有一個執(zhí)行部分，如壓路機的壓輥；按機器功能分解成幾個執(zhí)行部分：橋式起重機 控制部分控制部分以汽車為例：原動機-發(fā)動機（汽油機或柴油機）傳動部分- 離合器、變速箱、傳動軸和差速器執(zhí)行部分- 車輪、懸掛系統(tǒng)及底盤控制系統(tǒng)- 轉向盤和轉向系統(tǒng)、排檔桿剎車及其踏板、離合器踏板及油門輔助裝置-油量表、前后燈、車門鎖等數(shù)控加工中的機器人數(shù)控加工中的機器人機器人焊接機器人焊接機器人去毛

4、刺機器人去毛刺t1電動機；t2v帶傳動；t3齒輪傳動；t4聯(lián)軸器；t5卷筒；t6輸送帶；t7控制系統(tǒng)。全自動洗衣機全自動洗衣機2、從制造安裝方面看：、從制造安裝方面看： 任何機械設備都是由許多機械零部件組成的。任何機械設備都是由許多機械零部件組成的。是機械制造過程中為完成同一目的而由若干協(xié)同工是機械制造過程中為完成同一目的而由若干協(xié)同工作的零件組合在一起的組合體。作的零件組合在一起的組合體。例如：軸承，聯(lián)軸器，發(fā)動機。例如：軸承，聯(lián)軸器，發(fā)動機。機械部件：機械部件： 專用零件：專用零件：氣輪機的葉片；內(nèi)燃機曲軸；槍栓氣輪機的葉片；內(nèi)燃機曲軸；槍栓 通用零件：通用零件：齒輪；螺栓齒輪；螺栓 ;鍵

5、；銷；鍵；銷；機械零件：機械零件：是機械制造過程中不可分拆的最小單元是機械制造過程中不可分拆的最小單元 1.1.2 機械設計課的研究對象：機械設計課的研究對象： 簡單機械的設計：簡單機械的設計：機械裝置的實體設計，涉及零件的應力、強度的分析計算，材料的選擇、結構設計，考慮加工工藝性、標準化以及經(jīng)濟性、環(huán)境保護等。 機械設計課的重點內(nèi)容：機械設計課的重點內(nèi)容： 機械中一般工作條件下、常用參數(shù)范圍內(nèi)的通機械中一般工作條件下、常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用零部件的工作原理、結構特點、基本設計理論、用零部件的工作原理、結構特點、基本設計理論、設計計算方法。設計計算方法。課程地位：課程地位：1.2 本課程的性質、

6、地位和任務本課程的性質、地位和任務課程性質：課程性質：技術基礎課實踐性課程主干課程技術基礎課主要任務：主要任務：初步樹立正確的設計思想。初步樹立正確的設計思想。掌握設計或選用通用機械零部件的基本知識、理掌握設計或選用通用機械零部件的基本知識、理論和方法。論和方法。具有計算、繪圖、查閱與運用技術資料的能力。具有計算、繪圖、查閱與運用技術資料的能力。掌握本課程實驗知識，獲得實驗技能。掌握本課程實驗知識，獲得實驗技能。了解機械設計的新發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新設計能力。了解機械設計的新發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新設計能力。 本課程：綜合性、實踐性很強的設計性課程。本課程：綜合性、實踐性很強的設計性課程。（1）理論聯(lián)系實際。理

7、論聯(lián)系實際。（2）抓住設計主線，掌握機械零部件設計規(guī)律。抓住設計主線，掌握機械零部件設計規(guī)律。（3）努力培養(yǎng)解決工程實際問題的能力。努力培養(yǎng)解決工程實際問題的能力。（4）綜合運用先修課程，解決工程實際問題。綜合運用先修課程，解決工程實際問題。1.3 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法教學過程的安排：上課學時52學時（13周）；8學時（4次）實驗三個大作業(yè)（說明書和圖紙）學習環(huán)節(jié)分配期末考試卷面占80%，平時成績20%成績分配及時完成作業(yè)和大作業(yè)；隨機點名三次未到取消考試資格注意事項222.1.1 基本要求基本要求2.1 設計機械時應滿足的基本要求和一般步驟1.使用功能要求:物質功能

8、精神功能2.工藝性要求3.經(jīng)濟性要求提高設計、制造經(jīng)濟性的措施運用現(xiàn)代設計方法，使設計參數(shù)最優(yōu)化推廣標準化、通用化、系列化采用新工藝、新材料、新結構改善零部件的結構工藝性第2章 機械及機械零件的設計準則 23提高使用經(jīng)濟性的措施提高使用經(jīng)濟性的措施選用效率高的傳動系統(tǒng)和支承裝置提高機械生產(chǎn)的機械化和自動化水平，以提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質量。采用適當?shù)姆雷o采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象。244.其他要求勞動保護要求環(huán)境要求252.1.2 設計機械的一般步驟設計機械的一般步驟1.計劃階段2.方案設計階段原動機：運動形式 運動及動力參數(shù)執(zhí)行部分例：設計制造螺紋的機器傳動部分：方案更復雜多樣263.技

9、術設計階段機器的運動學設計機器的動力學設計零件的工作能力設計部件裝配草圖及總裝配圖主要零件的校核274.技術文件編制階段5、技術審定和產(chǎn)品鑒定階段282.2 機械零件的載荷和應力2.2.1、載荷 靜載荷：大小、方向不隨時間變化或變化緩慢 如重力變載荷：大小、方向隨時間作周期性或非周期 性變化名義載荷F：根據(jù)原動機或工作機的額定功率計算出 的作用于機械零件上的載荷（未考慮不 均勻性及其他影響因素）。計算載荷： KFFca周期性變化如內(nèi)燃機等往復式動力機械的曲軸所受的載荷非周期性變化如承受車身質量的懸掛彈簧所受的載荷29隨機變應力靜應力：大小、方向不隨時間變化或變化緩慢規(guī)律性不穩(wěn)定變應力2.2.2

10、 應力1、靜應力和變應力變應力：不穩(wěn)定變應力： 穩(wěn)定循環(huán)變應力：變化周期相同、變化幅值 相等的應力材料疲勞的兩種類別交變應力的描述sm平均應力； sa應力幅值smax最大應力； smin最小應力r 應力比（循環(huán)特性）2minmaxmsss2minmaxasssmaxminssr描述規(guī)律性的交變應力可有5個參數(shù)，但其中只有兩個參數(shù)是獨立的。r = -1對稱循環(huán)變應力r=0脈動循環(huán)變應力r=1靜應力 -1 r 1非對稱循環(huán)變應力穩(wěn)定循環(huán)變應力的基本參數(shù)和種類 31a) 基本參數(shù) 應力循環(huán)特征amsssmaxamsssmin2minmaxsssm2minmaxsssamaxminssr最大應力最小應

11、力平均應力應力幅11rb) 穩(wěn)定循環(huán)變應力種類： -1 強度極限時：如螺栓被擰斷，鑄鐵零部件沖擊局部斷裂 變應力下危險剖面上的應力疲勞極限時：如齒輪輪齒根部斷裂 斷裂是一種嚴重的失效形式，不但使零件失效，斷裂是一種嚴重的失效形式，不但使零件失效，還會導致嚴重事故，需要在設計時嚴格避免。還會導致嚴重事故，需要在設計時嚴格避免。2）塑性變形塑性變形危險剖面上的應力危險剖面上的應力材料的屈服極限時：材料的屈服極限時：就會造成零件的尺寸和形狀產(chǎn)生永久的改變。就會造成零件的尺寸和形狀產(chǎn)生永久的改變。破壞零部件之間的相互位置和配合關系，破破壞零部件之間的相互位置和配合關系，破壞機械系統(tǒng)的精度，導致不能正常

12、工作。壞機械系統(tǒng)的精度，導致不能正常工作。如齒輪輪齒發(fā)生塑性變形導致劇烈振動和噪如齒輪輪齒發(fā)生塑性變形導致劇烈振動和噪聲；閥門控制彈簧發(fā)生塑性變形導致閥門無聲；閥門控制彈簧發(fā)生塑性變形導致閥門無法正常開啟。法正常開啟。3）過量的彈性變形過量的彈性變形會造成零件的破壞，降低機械系統(tǒng)的運動精度，會造成零件的破壞，降低機械系統(tǒng)的運動精度，導致不能正常工作。導致不能正常工作。如機床主軸的過量彈性變形會降低加工精度、如機床主軸的過量彈性變形會降低加工精度、電機主軸的過量彈性變形會改變定子與轉子間電機主軸的過量彈性變形會改變定子與轉子間隙，影響電機性能。隙，影響電機性能。4）表面失效表面失效主要是指磨損、

13、疲勞點蝕、膠合、塑性流動、主要是指磨損、疲勞點蝕、膠合、塑性流動、壓潰和腐蝕等。壓潰和腐蝕等。表面失效會改變零部件的配合關系、降低精度、表面失效會改變零部件的配合關系、降低精度、產(chǎn)生噪聲和振動等，嚴重時導致零件卡死、零產(chǎn)生噪聲和振動等，嚴重時導致零件卡死、零件被扭斷等惡性失效。件被扭斷等惡性失效。5）破壞正常工作條件引起的失效破壞正常工作條件引起的失效如帶傳遞的載荷超過帶與帶輪接觸面間的最大如帶傳遞的載荷超過帶與帶輪接觸面間的最大摩擦力時就會產(chǎn)生打滑，使帶傳動失效；摩擦力時就會產(chǎn)生打滑，使帶傳動失效；高速回轉零件轉速與系統(tǒng)固有頻率接近時就會高速回轉零件轉速與系統(tǒng)固有頻率接近時就會發(fā)生共振，使振

14、幅增大，以致引起斷裂失效；發(fā)生共振，使振幅增大，以致引起斷裂失效；潤滑不良時軸承會發(fā)生劇烈溫升或卡死，潤滑潤滑不良時軸承會發(fā)生劇烈溫升或卡死，潤滑不良時蝸輪表面會發(fā)生劇烈磨損等。不良時蝸輪表面會發(fā)生劇烈磨損等。注意：同一零件可能有多種失效形式注意：同一零件可能有多種失效形式例如對于載荷穩(wěn)定、一般用途的轉軸，疲勞斷例如對于載荷穩(wěn)定、一般用途的轉軸，疲勞斷裂是主要失效形式；裂是主要失效形式；對于機床精密主軸，過量的彈性變形是主要失對于機床精密主軸，過量的彈性變形是主要失效形式；效形式；高速回轉的軸，共振、喪失振動穩(wěn)定性可能是高速回轉的軸，共振、喪失振動穩(wěn)定性可能是主要失效形式。主要失效形式。3.1

15、.2 機械零件的工作能力和設計準則機械零件的工作能力和設計準則應優(yōu)先保證承載能力較小的零件的承載能力，應優(yōu)先保證承載能力較小的零件的承載能力，按照承載能力的最小值設計。按照承載能力的最小值設計。1. 強度設計準則強度設計準則強度是零、部件在載荷作用下抵抗斷裂、塑性強度是零、部件在載荷作用下抵抗斷裂、塑性變形及表面失效的能力，是機械零件首先應該變形及表面失效的能力，是機械零件首先應該滿足的基本要求。滿足的基本要求。)(sss剪切強度或拉伸強度ca應使危險剖面上的最大工作應力不超過許用應力應使危險剖面上的最大工作應力不超過許用應力:滿足強度要求的另一表達式是使危險剖面上的滿足強度要求的另一表達式是

16、使危險剖面上的實際安全系數(shù)不超過許用安全系數(shù)實際安全系數(shù)不超過許用安全系數(shù):limlimssssSSSS單向應力狀態(tài)時22SSSSSSss復雜應力狀態(tài)時2. 剛度設計準則剛度設計準則剛度是零、部件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。剛度是零、部件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。yy 彈性變形量對于一般用途的軸，最大許用彎曲變形量可取為：對于一般用途的軸，最大許用彎曲變形量可取為：Ly)0005. 00003. 0(L為軸的跨距，單位為為軸的跨距，單位為mm。3. 精度設計準則精度設計準則精度是零、部件的基本指標。精度是零、部件的基本指標。精度指標用尺寸誤差和形狀位置誤差值進行控制和保證。精度指標用尺寸誤差和形狀位置誤差值進行控制和保證。4. 壽命設計準則壽命設計準則影響零、部件實際壽命的主要因素：是材料的疲勞影響零、部件實際壽命的主要因素：是材料的疲勞和磨損及腐蝕引起的表面失效。和磨損及腐蝕引起的表面失效。為防止疲勞失效：按材料的疲勞極限進行疲勞強度計算。為防止疲勞失效：按材料的疲勞極限進行疲勞強度計算。為防止磨損：一方面應合理潤滑，另一方面可采用條件性為防止磨損：一方面應合理潤滑，另一方面可采用條件性計算，如限制壓強計算，如限制壓強p、速度、速度v及及pv值。值。為防止腐蝕：選用耐腐蝕材料，采