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1、第二章 机械设计总论,21 机器组成再论,辅助系统 动力系统 传动系统 执行系统 控制系统 图2-1 机器的组成,计划 市场调研 可行性研究,22 机器设计的一般程序,提出任务,确定设计任务,需求分析,设计结果 （表现形式） 设计任务书,方案设计 加工机理 工艺原理,功能分析,解（方案）对比、评价,可能解,设计结果 原理方案 原理图 运动简图,决策 （确定方案）,技术设计 工作原理设计 结构方案设计,确定构形及要求,方案分析、评价,主要性能参数分析、计算,设计结果 机器总图 零部件草图 装配图 零件图,决策（确定主要结构形状及尺寸方案）,总体设计,零（部）件设计,编制技术文件 设计阶段结束,设
2、计任务书,设计结果 各种技术文件,设计计算说明书 标准件明细表等,安装运输说明书,使用说明书,其它技术文件,制造阶段,设计是一项发明创造活动； 在前人设计的基础上，要勇于创新；上述程序不是一成不变的； 要具体情况具体对待； 理论联系实际。,23 对机器的主要要求,一、使用功能 1) 基本功能与辅助功能 2) 多功能问题,二、经济性 1) 机器制造成本（措施） 2) 机器的使用成本（措施）,三、劳动保护和环境保护 1) 机器对外界 2) 外界对机器 3）符合法令,四、寿命与可靠性,五、其他专用（特殊）要求,设计时如何处理? 1、尽可能完善完美（满足所有要求）； 2、抓主要，兼顾次要。,24 机械
3、零件的主要失效形式,一、整体断裂机械零件在受到外载荷（力） 作用时，由于某一截面上的应 力超过零件的强度极限而发生 的断裂。 常应力超过零件的强度极限（断裂）； 变应力作用下发生的疲劳断裂； 二、过大的残余变形当作用于零件上的应力 超过了制作零件的材料 的屈服极限时，零件产 生残余变形。 零件失去工作要求的结构形状。,三、表面破坏 腐蚀（化学或电化学浸蚀）锈蚀； 交变应力下的腐蚀疲劳； 磨损（两接触表面相互运动中） 尺寸变小； 接触疲劳（接触变应力长期作用） 裂纹、微粒剥落； 四、破坏正常工作条件引起的失效,一、避免零件在预定寿命期内失效 1、强度 零件在工作中发生断裂或不允许的残余变形均属强
4、度不足。 提高机械零件强度的措施： 1）高强度材料； 2）足够的截面尺寸； 3）热处理方法； 4）合理设计零件截面形状，以增加惯性矩； 5）提高制造精度（降低运动件的动载荷）； 6）合理配置零件在机器中的相互位置，以降低零件上的载荷。,25 设计机械零件的基本要求,2、刚度 零件在工作时所产生的弹性变形不超过允许的限度。 整体变形刚度在载荷作用下发生的伸长、缩短、挠曲、扭转等弹性变形的程度； 表面接触刚度在外载荷作用下，两表面接触后变形而导致两零件相对位置变化的程度。 提高零件刚度的措施： 1）增大零件截面尺寸或截面的惯性矩（整体）； 2）缩短支承跨距或多点支承（整体）； 3）增大贴合面积、提
5、高加工精度。,引起零件疲劳（疲劳强度下降）的因素： 1）应力集中； 2）零件主要受力处尺寸小（截面）； 3）零件表面品质及工作环境差。,二、结构工艺性（制造的难易程度）,三、经济性,四、质量小（重量轻）,五、可靠性,3、寿命 影响零件寿命的因素：材料的疲劳；腐蚀；磨损,工作能力零件不发生失效时的安全工作限度。,计算准则为防止产生各种可能失效，而拟定的 零件工作能力计算依据的基本原则。,26 机械零件的设计准则,一、强度准则,强度零件在载荷作用下抵抗破坏的能力。 强度准则零件中的应力不得超过允许的限度。 对一次断裂，应力不超过材料的强度极限； 对疲劳，应力不超过零件的疲劳极限； 对残余变形，应力
6、不超过材料的屈服极限。,二、刚度准则,刚度零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。 刚度准则零件在载荷作用下产生的弹性变形 量不得超过允许的限度。,y可以是挠度、偏转角或扭转角。,强度计算公式,S设计安全系数（安全系数）,三、寿命准则（疲劳、腐蚀、磨损）,四、振动稳定性准则,五、可靠性准则,各零件的固有频率(f)与激振频率(fp)错开 防止共振,27 机械零件设计方法,一、理论设计,设计计算：,校核计算：,这里 -安全系数计算值，计算安全系数。,二、经验设计,三、模型实验设计,1）按照使用要求，选类型与结构； 2）受力分析、建立受力模型，确定计算载荷； 3）分析判断可能的失效形式，确定计算准则；
7、4）选择制作零件的材料； 5）分析与计算，确定零件基本结构尺寸； 6）尺寸圆整、标准化，进行结构设计； 7）相关校核、审查、评价； 8）绘制零件工作图，编写计算说明书。,28 机械零件设计的一般步骤,上述设计步骤不是一成不变的， 针对设计对象，具体情况具体对待。,29 机械零件材料及其选择,一、机械零件常用材料,1、金属材料（无机材料）,铸铁 铸钢,碳钢 合金钢,有色金属,铝合金,铜合金,黑色金属,2、高分子材料（有机材料） 塑料 橡胶 合成纤维,3、陶瓷材料（无机材料）,4、复合材料,二、机械零件材料选用原则,1、使用要求（载荷、应力状况）； 2、工作条件（特别是极端工况下）； 3、零件结构
8、状况（尺寸、质量）； 4、制造及加工工艺性； 5、经济性（价格、加工费用、利用率等）； 6、供应状况。,三、材料处理方法（热处理）,210 机械设计的标准化,产品设计标准化 “三化” 规格系列化 零部件通用化,零件的尺寸、结构要素、材料、检验方法、设计方法、制图等，按照统一的要求（标准）进行设计零部件通用化。,简化设计过程，提高设计效率；便于制造，保证工质量，降低制造成本；方便使用，维修等；,、部标（行标）、企标。,一、发展 1、设计理论不断完善与发展； 2、设计手段和方法的不断更新； 3、综合化，学科交叉机电一体化； 4、实验技术，实验与理论相互促进。,211 机械设计的发展与现代设计方法,二、现代设计方法特点 1、动代静 2、量代性 3、变代常 4、优化设计取代可行性设计 5、并行设计取代串行设计 6、微代宏 7、系统代分部 8、自动化代人工,本章要点： 1、了解机器、机械零件的一般设计步骤 2、了解机器的设计要求 3、掌握机械零件的主要失效形式 4、掌握一些基本概念 5、了解设计机械零件时的基本要求 6、了解机械零件的设计准则、设计方法 7、了解机械零件的材料选择方法 8、了解机械零件设计的标准化,