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1、第一章 机械设计概述,1.1 机械设计的基本要求 1.2 机械设计的内容与步骤 1.3 机械零件的失效形式及设计 1.4 机械 零件设计的标准化、系 列化、通用化计算准则,1、了解机械零件设计和机械设计的基本要求和一般过程 2、熟悉机械零件的失效形式及设计准则,（一）教学要求,（二）教学的重点与难点,机械设计的步骤、机械零件的失效形式及设计准则。,1.1 机械设计的基本要求,一、设计机械零件的基本要求,2、成本低廉 （1）合理选择材料,降低材料费用； （2）保证良好的工艺性,减少制造费用； （3）尽量采用标准化、通用化设计、简化设计过程从而降低成本。,1、工作可靠 零件在一定的工作条件下抵抗可
2、能出现的失效的能力，对载荷而言称为承载能力。,二、机械设计的基本要求,1.实现预定功能,2.满足可靠性要求,设计的机器应能实现预定功能，并在规定的工作条件下、规定的工作期限内能正常运转。,机械产品的可靠性是由组成机械的零、部件的可靠性保证的。只有零、部件的可靠性高，才能使系统的可靠性高。机械系统的零、部件越多，其可靠度越低。因此，在设计机器时应尽量减少零件数目。,3.满足经济性要求,设计的机械产品应先进、功能强、生产效率高、成本低、使用维护方便、在产品寿命周期内用最低的成本实现产品的预定功能。,4.操作方便、工作可靠,操作系统要简便可靠，有利于减轻操作人员的劳动强度。要有各种保险装置以消除由于
3、误操作而引起的危险，避免人身及设备事故的发生。,5.造型美观、减少污染,重视产品的工艺造型设计，不仅要功能强、价格低，而且外型美观、实用，使产品在市场上富有竞争力。尽可能地降低噪声，减轻对环境的污染。,6.推行标准化要求,设计的机械产品规格、参数符合国家标准，零部件应最大限度的与同类产品互换通用，产品应成系列发展，推行标准化、系列化、通用化，提高标准化程度和水平。,1.2 机械设计的内容与步骤,机械设计的内容与步骤：,机械设计的方法：理论设计、经验设计和模型设计,1.产品规划,机械设计的任务是根据生产和市场需求提出的。此时，对所要设计的机械只是个模糊的概念。,2.方案设计,方案设计包括机械系统
4、总体方案设计、 传动系统方案设计、控制系统方案设计和其他辅助系统设计。,3.技术设计阶段,4.制造及试验,机械的结构和技术设计是根据机构运动简图提出合理的结构设计方案，进行产品的总体结构设计，部件和零件设计及绘制全部生产图纸，编制设计计算说明书、机械使用说明书、标准件明细表等技术文件。,经过加工、安装和调试制造出样机，对样机进行试运行或生产现场试用，将试验过程中发现的问题反馈给设计人员，经过修改完善，最后通过鉴定。,机械零件设计的一般步骤：,1、根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零件的载荷 2、根据零件工作情况的分析，确定零件的失效形式，从而确定其计算准则 3、进行主要参数选择，选择材
5、料，根据计算准则定出零件的主要尺寸，考虑热处理及结构工艺性要求等 4、进行结构设计 5、绘制零件工作图，制定技术要求，编写计算说明书及有关技术文件。,带式输送机,1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则,失效：机械零件丧失预订功能或预订功能指标降低到许用值以下的现象。,1.3.1 失效形式,机械零件的断裂通常有以下两种情况： （1）零件在外载荷作用下，某一危险截面上的应力超过零件的强度极限时所发生的过载断裂。 （2）零件在循环变应力作用下，危险截面上的应力超过零件的疲劳强度时会产生疲劳断裂。,1.断裂,2.过量变形,零件上的应力超过了材料的屈服极限时，零件会发生塑性变形；零件在载荷作用下产生的
6、弹性变形超过了机器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降低以至不能正常工作。,3.表面失效,表面失效主要有疲劳点蚀、磨损、压馈和腐蚀等形式。表面失效后会加剧零件的磨损，使零件尺寸发生变化，最终造成零件的报废。,4.破坏正常工作条件引起的失效,如靠表面摩擦力保持工作能力的带传动，当传递的有效圆周力超过临界摩擦力时，就将发生打滑失效。,1.3.2 设计计算准则,在实际工作中，同一种零件可能有几种不同的失效形式，对应于各种失效形式，就会有不同的工作能力。根据不同失效原因建立起来的工作能力判定条件，称为零件的设计计算准则。,1.强度准则 强度是衡量机械零件工作能力最基本的计算准则，是指零件受载后
7、抵抗断裂、塑性变形及表面失效的应力。强度可分为整体强度和表面强度（接触与挤压强度）。,2.刚度计算准则 刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。其刚度条件为：零件在载荷作用下产生的弹性变形量应小于或等于机器工作性能允许的极限值。,3.耐磨性准则 设计时应使零件在预定使用期内的磨损量不超过允许值。,4.散热性准则： 根据热平衡条件，工作温度t不应超过许用工作温度。,5.可靠性准则： 零件的可靠度用零件在规定的使用条件下，在规定的时间内能正常工作的概率来表示，即用在规定的寿命时间内连续工作的件数占总件数的百分比表示。,6.振动稳定性准则： 为避免共振，在设计高速机械中，应进行振动分析和计算，使
8、零件和系统的自振频率与周期性载荷的作用频率错开一定的范围，以确保零件及机械系统的振动稳定性。,1.4 机械零件设计的标准化、系列化、通用化,标准化的好处： （1）由专门化工厂大量生产标准件，能保证质量、节约材料、降低成本； （2）选用标准件可以简化设计工作，缩短产品的生产周期； （3）选用参数标准化的零件，在机械制造过程中可以减少刀具和量具的规格； （4）具有互换性，从而简化机器的安装和维修。,通用化： 指在不同规格的同类产品或不同类产品中采用同一结构和尺寸的零部件，以减少零部件的种类，简化生产管理过程，降低成本和缩短生产周期。,二、机械设计的基本要求： 1、保证产品的功能； 2、保证产品的工
9、艺性； 3、保证产品具有使用和维护要求； 4、保证产品的社会效益和经济效益； 5、保证产品具有创新性。,总 结,一、机械零件设计的基本要求： 1、工作可靠 2、成本低廉,三、机械设计的过程： 1.产品规划 2.方案设计 3.技术设计 4.制造及试验,四、机械零件设计的一般步骤： 1.确定零件的载荷 2.确定零件的失效形式，从而确定其计算准则 3.进行主要参数选择 4.进行结构设计 5.绘制零件工作图,五、失效形式 1.断裂（过载断裂、疲劳断裂） 2.过量变形 3.表面失效 4.破坏正常工作条件引起的失效,六、设计计算准则 1.强度准则（整体强度、表面强度） 2.刚度准则 3.耐磨性准则 4.散热性准则 5.可靠性准则,七、三化：标准化、系列化、通用化,1、机械零件设计及机械设计的基本要求包括哪些方面？ 2、机械设计的一般程序如何？ 3、机械零件设计有哪些一般步骤？ 4、机械零件最常见的失效形式有哪几种？ 5、机械零件设计有哪些常用计算准则？,复习思考题,