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1、 关于机械 机械设计是一门通过设计新产品或者改进老产品来满足人类需求的应用技术科学。它涉及工程技术的各个领域，主要研究产品尺寸、形状和详细结构的基本构思，还要研究产品在制造、销售和使用等方面的问题。设计人员或者机械设计工程师是指进行各种机械设计工作的人员。机械设计是一项创造性的工作。他们不仅在工作上要有创造性，而且必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面具有深厚的基础知识。 机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。只有当发明、发现和科技知识被应用在产品上才能产生效益给人类带来好处。因而，应该认识到在一个特定的产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。机械装置
2、和其它组件组成了机器。它是一种用来转换或传递能量的装置，例如：发动机、蜗轮机、车辆、起重机、印刷机、洗衣机、照相机和摄影机等。许多原则和设计方法适用于机器和非机器的设计。术语中的“机械装置设计” 的含义要比“机械设计”的含义更为广泛一些，机械装置设计包括机械设计。在分析运动及设计结构时，要把产品外型以及以后的保养也要考虑在机械设计中。在机械工程领域中，以及其它工程领域中，所有这些都需要机械设备，比如：开关、凸轮、阀门、船舶以及搅拌机等。一台完整机器的设计是一个复杂的过程。 任何产品在设计时第一步就是选择产品每个部分的构成材料。今天的设计师所使用许多的材料。非常重要的是对产品的功能，对它的外观、
3、材料的成本、制造的成本作出必要的选择。对材料的特性必须事先作出仔细的评估。 仔细精确的计算是必要的，以确保设计的有效性。在任何失败的情况下，最好知道在最初设计中有有缺陷的部件。计算（图纸尺寸）检查是非常重要的。一个小数点的位置放错，就可以导致一个本可以完成的项目失败。设计工作的各个方面都应该检查和复查。在直齿圆柱齿轮的受力分析，力假设在一个单一的平面。我们将学习力量有三个维度的齿轮。这样做的原因，在斜齿轮的情况下，是牙轴不平行的旋转。而在案件锥齿轮，转动轴不平行于对方。也有其他的原因，我们应该学习的。斜齿轮用于传递平行轴之间的运动。螺旋角每个齿轮都一样，但一个齿轮必须有一个右手螺旋和其他左手螺
4、旋。齿的形状是一个渐开线螺旋面。如果一块本文在一个平行四边形的形状是缠绕气瓶，角纸张的边缘成为螺旋。如果我们解开本文，在角上各点边缘生成渐开线曲线。表面获得了在边缘的每点生成渐开线称为渐开线。直齿圆柱齿轮轮齿的初始接触是一路延伸到一条线的齿面。斜齿轮轮齿的初始接触是一点，它的变化进线为齿接触到更多的接触。在齿轮接触线平行于轴的转动；在斜齿轮，线是斜对面齿面的。正是这种渐进式的牙齿和顺利交接从一个齿的另一个负载，使斜齿轮传递能力在高速重载。螺旋齿轮受轴轴承径向和推力负荷。当推力负荷变高或令人反感的其他的原因，它可能是可取的使用双螺旋齿轮。双螺旋齿轮（人字）相当于相反的两个斜齿轮，安装方在同一轴侧
5、。他们产生相反的轴向推力作用，这样就消除了推力负荷。当两个或两个以上的单螺旋齿轮装在同一轴，齿轮的齿向应选择以便产生最小的轴向推力。交错轴斜齿轮，或螺旋形的，是那些在其中轴中心线既不平行，也不相交。交错轴斜齿有点害怕互相接触，从而改变线接触齿轮磨损。为因此他们将进行小的载荷和主要用于仪器应用，是绝对不推荐使用传输功率。有一个交叉合力之间的差异加州齿轮和斜齿轮，直到他们被安装在彼此啮合。他们以同样的方式制造。一对啮合的交错轴斜齿轮通常具有相同的手；那是，右手驱动跟右旋从动。在交错轴斜齿轮的设计，最小的滑动速度时获得螺旋角是相等的。然而，当螺旋角不相等，齿轮与大螺旋角应使用如果两个齿轮具有相同的驱
6、动程序手。蜗轮与交错轴斜齿轮相似。小齿轮或蜗杆有少数齿，通常为一到四，由于它们完全缠绕在节它们被称为螺纹气缸。其配对齿轮称为蜗轮，它是不是一个真正的螺旋齿轮。蜗杆和蜗轮是用来提供高角速度减少相交轴之间通常是在直角。蜗轮不是一个螺旋齿轮，因为它面对的是凹在拟合阶蜗杆曲率为线接触而不是点接触。然而，蜗杆传动的缺点是高的滑动速度在牙齿，正像交错轴斜齿轮那样。蜗杆传动是单或双包络。单包围机构是一个齿轮环绕或部分包围蜗轮.传动装置其中每个元素的局部封闭等，当然，一双包络蜗杆传动。这两者之间的重要区别是，接触区的存在双圆弧齿轮的齿之间只有之间的线接触单圆弧齿轮。蜗杆和蜗轮的一套具有相同的手正像交错轴斜齿轮
7、的螺旋角，但通常是完全不同的。在蜗杆的螺旋角一般都相当大，这对齿轮非常小。因此，它通常是指定在蜗杆的导角，这是蜗杆的螺旋角的补充，和螺旋角对齿轮；两个角度平等轴角为90华氏度。蜗轮与交错轴斜齿轮相似。小齿轮或蜗杆有少数齿，通常为一到四，由于它们完全缠绕在节它们被称为螺纹气缸。其配对齿轮称为蜗轮，它是不是一个真正的螺旋齿轮。蜗杆和蜗轮是用来提供高角速度减少相交轴之间通常是在直角。蜗轮不是一个螺旋齿轮，因为它面对的是凹在拟合阶蜗杆曲率为线接触而不是点接触。然而，蜗杆传动的缺点是高的滑动速度在牙齿，正像交错轴斜齿轮那样。蜗杆传动是单或双包络。单包围机构是一个齿轮环绕或部分包围蜗轮.传动装置其中每个元
8、素的局部封闭等，当然，一双包络蜗杆传动。这两者之间的重要区别是，接触区的存在双圆弧齿轮的齿之间只有之间的线接触单圆弧齿轮。蜗杆和蜗轮的一套具有相同的手正像交错轴斜齿轮的螺旋角，但通常是完全不同的。在蜗杆的螺旋角一般都相当大，这对齿轮非常小。因此，它通常是指定在蜗杆的导角，这是蜗杆的螺旋角的补充，和螺旋角对齿轮；两个角度平等轴角为90华氏度。当齿轮是用来传递相交轴之间的运动，一些锥齿轮是必需的。虽然锥齿轮通常由轴角90度，他们可以为几乎任何轴角产生。轮齿可以铸，研磨，或产生的。只有牙齿产生可归类为准确。在一个典型的锥安装一个齿轮，齿轮常常装于支承的外侧。这意味着该轴偏转可以更明显，在接触一个更大
9、的影响牙齿。另一个困难，发生在锥齿轮的应力预测牙齿，牙齿是锥形的是事实。它常常是可取的，在汽车有差别的应用情况，有类似的传动装置，以锥齿轮，但随着轴偏移。这种齿轮是所谓的准双曲面齿轮，因为他们的沥青表面更新换代的革命。这种齿轮之间的齿行动是滚动和滑动沿着一结合一条直线，有很多共同之处，与蜗轮齿轮。一个轴旋转或静止的部件，通常是圆形的横截面，具有上安装像齿轮，皮带轮，飞轮，链轮曲柄，其他动力传动元件。轴能够承受弯曲，拉伸，压缩，或扭转载荷，单独或组合与另一个。它们结合时，人们期望找到静强度和疲劳是重要的设计考虑，因为一个单一的轴可以承受静应力，彻底扭转，并一再强调，所有代理在同一时间。“轴”涵盖
10、了许多变化，如轴和主轴。曲柄连杆是一个轴，枯萎静止或旋转，也没有受到扭转负荷。一件衬衫转轴是通常被称为主轴。当横向或扭转变形轴必须保持关闭的限制，其尺寸应根据变形分析之前应力。这样做的原因是，如果轴是足够的刚性，使挠曲不太大，很可能由此产生的应力是安全的。但决不意味着设计者要假设他们是安全的；它几乎是总是要计算他们让他知道他们是在可接受的范围内。只要有可能，动力传动元件，如齿轮或皮带轮，应是靠近配套轴承，这降低了弯矩，并因此，偏转和弯曲应力。虽然米塞斯Hencky古德曼方法是很难使用的轴的设计，这可能是最接近实际的预测失败。因此，它是一个很好的方式.检查井已设计或发现为什么某轴在使用中失败了。
11、此外，还有相当数量的轴的设计问题，在这方面是很有限的考虑，如刚度，它仅仅是必要的设计师发现了一些关于圆角尺寸，热处理，表面光洁度和否喷丸是必要的为了达到规定的寿命和可靠性。由于他们的功能相似，离合器和制动器的待遇在一起。在摩擦离合器或制动器的简化动态表示，两I1和I2在各自的角速度w1和w2，一这可能是零在制动情况下，可以通过给相同的速度离合器或制动器。滑移的发生是因为两个因素是运行在不同的速度和能量消耗在动，导致在一个温度上升。在分析这些装置的性能，我们将有兴趣的驱动力，传递的扭矩，能量损失和温度上升。所传递的扭矩是与驱动力，这摩擦系数，和离合器或制动器的几何。这是问题在静态的，这将需要单独
12、研究为几何构型。然而，温升与能量损失和研究可以不考虑制动器或离合器的类型，因为几何的兴趣是散热面。加工过程中有两个方面的认识。低成本生产小组。为铸造，锻造和压力加工，一个特定的形状，每一个生产工件，即使是一个零件，几乎都要花费成本高的处理。焊接依赖的结构形状，在很大程度上，取决于有效的在原材料的形式。在一般情况下，通过使用昂贵的设备没有特殊的加工条件下，几乎可以是任何类型的原料，机械加工将原材料加工成任意的结构形状，只要外部尺寸足够大，它是可能的。因为生产一个零件，甚至当零件和结构生产批次的大小适合于原铸造，锻造或压力加工来生产的，但通常更喜欢加工。严密的精度和良好的表面光洁度，机械加工的第二
13、个目的是建立了高精度和表面光洁度的基础上。许多地方，如果任何其他生产资料属于大批量生产，良好的机械加工是一种耐受性低，能满足要求的小批量生产生产。此外，在较粗的生产加工工艺的许多部分为了提高其一般表面形状。它仅仅是在需要高精度的选择只有表面加工。例如，线程，除了机械处理，几乎没有其他的处理方法进行处理。另一个例子是铁匠的工件上的小孔加工，以及培训进行的机械加工完成后立即。主要的切削参数切削中工件与刀具之间基于以下的基本关系四个要素来充分描述：刀具的几何形状，切削速度，进给速度，深度和刀具的渗透。切削刀具必须用一种合适的材料来制造，它必须坚强，坚强，坚硬耐磨。刀具的几何形状尖的平面和刀具角度特征
14、每个切削过程必须是正确的。切削速度对工件表面的速率的切削刃，它是以每分钟英寸显示。为了有效地处理，和切割速度必须适应具体零件的水平刀。通常，工件材料越硬，率降低。微观看改造的必要性 从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺
15、序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了柔性自动化。 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的
16、核心技术和基础技术。宏观看改造的必要性 从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国
17、机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已达20.8，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。机床与生产线数控化改造的市场机床数控化改造的市场 我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。我国机床役龄10年以上的占60以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和
18、企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。进口设备和生产线的数控化改造市场 我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从19791988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚
19、至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。 这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘
20、活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。数控化改造的内容及优缺国外改造业的兴起 在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）
21、服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。数控化改造的内容机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点： 其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；其四是技术
22、更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。数控化改造的优缺减少投资额、交货期短 同购置新机床相比，一般可以节省6080的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高23倍，与购置新机床相比，只能节省投资50左右。机械性能稳定可靠，结构受限The machine Mechanical design is a through the design of
23、new products or improving old products to meet the demand of human application science and technology. It involves field of engineering technology, main research product size, shape, the detailed structure basic idea, theproduct but also in the aspects of manufacture, sale and use question. Design p
24、ersonnel or machine design engineer is to point to in a variety of mechanical design work. Mechanical design is a creative work. They at work to not only creative and must be in mechanical drawing engineering material, materials mechanics and machine manufacture technology has the deep elementary kn
25、owledge. Mechanical design is the purpose of manufacturing products can satisfy human needs. Only when the invention, discovery, and knowledge of science and technology has been applied on tproducts to produce benefits benefits it brings to mankind. Thus, should realize before a good particular prod
26、uct to carry on the design, must first determine whether people need this product. Machinery and other components of the machine. It is a device used to convert transfer energy, for example: motor, worm gear machines, vehicles, cranes, printing machine, washing machine, camera, camera and so on. Man
27、y of the principles and the design method is suitable for the machine and the machine design. Terms of the meaning of mechanical design rather than mechanical design is more widely some, mechanism design, including mechanical design. Based on the analysis of motion and the design structure, want to
28、the products and future maintenance in mechanical design must also be considered. In the field of mechanical engineering and other engineering fields, all of which need to mechanical equipment, such as switches, CAM, valves, vessels, mixer, etc. A complete machine design is a complicated process.Any
29、 product the first step is to choose the product in the design of each part of the composition of the material. Todays designers use many materials. Is very important for the function of the product, its appearance, material cost, manufacturing cost to make the necessary choices. On the material pro
30、perties must be carefully assessed in advance. One of the first steps in the design of any product is to select the material from which each part is to be made. Numerous materials are available to todays designers. The function of the product, its appearance, the cost of the material, and the cost o
31、f fabrication are important in making a selection. A careful evaluation of the properties of a. material must be made prior to any calculations. In the force analysis of spur gears, the forces are assumed to act in a single plane.We shall study gears in which the forces have three dimensions. The re
32、ason for this ,in the case of helical gears, is that the teeth are not parallel to the axis of rotation. And in the case of bevel gears, the rotational axes are not parallel to each other. There are also other reasons, as we shall learn. Helical gears are used to transmit motion between parallel sha
33、fts. The helix angle is the same on each gear, but one gear must have a right-hand helix and the other a left-hand helix. The shape of the tooth is an involute helicoid. If a piece of paper cut in the shape of a parallelogram is wrapped around a cylinder, the angular edge of the paper becomes a heli
34、x. If we unwind this paper, each point on the angular edge generates an involute curve. The surface obtained when every point on the edge generates an involute is called an involute helicoid. The initial contact of spur-gear teeth is a line extending all the way across the face of the tooth. The ini
35、tial contact of helical gear teeth is a point, which changes into a line as the teeth come into more engagement. In spur gears the line of contact is parallel to the axis of the rotation; in helical gears, the line is diagonal acrossthe face of the tooth. It is this gradual of the teeth and the smoo
36、th transfer of load from one tooth to another, which give helical gears the ability to transmit heavy loads at high speeds. Helical gears subject the shaft bearings to both radial and thrust loads. When the thrust loads become high or are objectionable for other reasons, it may be desirable to use d
37、ouble helical gears. A double helical gear(herringbone) is equivalent to two helical gears of opposite hand, mounted side by side on the same shaft. They develop opposite thrust reactions and thus cancel out the thrust load. When two or more single helical gears are mounted on the same shaft,the han
38、d of the gears should be selected so as to produce the minimum thrust load.Crossed-helical, or spiral, gears are those in which the shaft centerlines are neither parallel nor intersecting. The teeth of crossed-helical fears have point contact with each other, which changes to line contact as the gea
39、rs wear in. For this reason they will carry out very small loads and are mainly for instrumental applications, and are definitely not recommended for use in the transmission of power.There is on difference between a crossed heli cal gear and a helical gear until they are mounted in mesh with each ot
40、her. They are manufactured in the same way. A pair of meshed crossed helical gears usually have the same hand; that is ,a right-hand driver goes with a right-hand driven. In the design of crossed-helical gears, the minimum sliding velocity is obtained when the helix angle are equal. However, when th
41、e helix angle are not equal, the gear with the larger helix angle should be used as the driver if both gears have the same Hand. Worm gears are similar to crossed helical gears. The pinion or worm has a small number of teeth, usually one to four, and since they completely wrap around the pitch cylin
42、der they are called threads. Its mating gear is called a worm gear, which is not a true helical gear. A worm and worm gear are used to provide a high angular-velocity reduction between nonintersecting shafts which are usually at right angle. The worm gear is not a helical gear because its face is ma
43、de concave to fit the curvature of the worm in order to provide line contact instead of point contact. However, a disadvantage of worm gearing is the high sliding velocities across the teeth, the same as with crossed helical gears. Worm gearing are either single or double enveloping. A single-envelo
44、ping gearing is one in which the gear wraps around or partially encloses the worm. A gearing in which each element partially encloses the other is, of course, a double-enveloping worm gearing. The important difference between the two is that area contact exists between the teeth of double-enveloping
45、 gears while only line contact between those of single-enveloping gears. The worm and worm gear of a set have the same hand of helix as for crossed helical gears, but the helix angles are usually quite different. The helix angle on the worm is generally quite large, and that on the gear very small.
46、Because of this, it is usual to specify the lead angle on the worm, which is the complement of the worm helix angle, and the helix angle on the gear; the two angles are equal for a 90-deg. Shaft angle.When gears are to be used to transmit motion between intersecting shaft, some of bevel gear is requ
47、ired. Although bevel gear are usually made for a shaft angle of 90 deg. They may be produced for almost any shaft angle. The teeth may be cast, milled,or generated. Only the generated teeth may be classed as accurate. In a typical bevelgear mounting, one of the gear is often mounted outboard of the
48、bearing. This means that shaft deflection can be more pronounced and have a greater effect on the contact of teeth. Another difficulty, which occurs in predicting the stress in bevel-gear teeth, is the fact the teeth are tapered. It is frequently desirable, as in the case of automotive differential
49、applications, to have gearing similar to bevel gears but with the shaft offset. Such gears are called hypoid gears because their pitch surfaces are hyperboloids of revolution.The tooth action between such gears is a combination of rolling and sliding along a straight line and has much in common with that of worm gears. A shaft is a rotating or stationary member, usually of circular cross section, h