【正文】 機 械 設 計 主編 濮良貴 參考書： 1. 機械設計，邱宣懷主編，高教出版社 2. 機械設計，吳宗澤主編 ，高教出版社 機械設計課程成績評定 序號 考察項目 成績比例 1 期末考試 80 % 2 平時作業(yè)加實驗 20 % 第一篇 總論 第一章 緒論 第二章 機械設計總論 第三章 機械零件的強度 第四章 摩擦、磨損及潤滑概述 第一章 總論 167。 11 機械工業(yè)在現(xiàn)代化建設中的作用 167。 12 本課程的內容、性質與任務 167。 11 機械工業(yè)在現(xiàn)代化建設中的作用 機械工業(yè)的生產水平是一個國家現(xiàn)代化建設水平的重要標志。 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，又能較人工生產改進產品質量，特別是能夠大大提高勞 動生產率和改善勞動條件。 只有使用機器，才能便于實現(xiàn)產品的標準化、系列化和通用化，尤其是便 于實現(xiàn)高度的機械化、電氣化和自動化。 機械工業(yè)肩負著為國民經濟各個部門提供裝備和促進技術改造的重任。 大量地設計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大加強促進國民經濟發(fā) 展的力度加速我國的現(xiàn)代化建設。 （ 一 ） 機器的基本組成要素 167。 12 本 課程內容、性質與任務 機器：執(zhí)行機械運動的裝置 ， 用來變換或傳遞能量 、 物料或信息 。 機構：能實現(xiàn)預期的機械運動的各構件 （ 包括機架 ） 的基本組合體 。 機械：機器和機構的總稱 。 零件、構件、機構、機器等關系 零件 剛性 組合 構件 機架 原動件 從動件 運動副 組合 機構 機器 原動機 工作機 信息機 機器的基本組成要素是機械零件 機械零件：組成機器的不可拆的基本單元 。 部件：為完成同一使命在結構上組合在一起并協(xié)同工作的零件 。 機械零件 通用件：各種機器中普通使用的零件。 如：齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動、軸、聯(lián)軸器、離合器、滾動軸承、滑動軸承、螺栓、鍵、花鍵、銷、鉚、焊、膠結構件、彈簧、機架、箱體等。 專用件：只在一定類型的機器中使用的零件 。 如：葉片 、 犁鏵 、 槍栓等 。 本課程只研究通用零件。 標準件：經過優(yōu)選 、 簡化 、 統(tǒng)一 ， 并給以標準代號的零件和部件 。 易損件：在正常運轉過程中容易損壞 ， 并在規(guī)定期限內必須更換的零件或部件 。 （二）本課程的具體內容 2）連接部分：螺紋聯(lián)接，鍵聯(lián)接，過盈聯(lián)接，鉚接，焊接 3）傳動部分：螺旋傳動，帶傳動，鏈傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動以及摩擦輪傳動等； 4）軸系部分：軸，滑動軸承，滾動軸承，聯(lián)軸器，離合器 5）其他部分：彈簧，減速器，機架 1）總論部分：機器及零件設計的基本原則，設計計算理論，材料選擇，結構要求，以及摩擦、磨損、潤滑等方面的基本知識； 課程性質： 一門設計性質的技術基礎課 ， 起承上啟下的作用 。 承上：本課程與前面所學的課程：高數(shù)、制圖、力學、機械原理、公差等均有聯(lián)系 啟下：本課程是學習后續(xù)專業(yè)課程的基礎：機制工藝學、機電一體化、機床、刀具、汽車等 課程目的 （ 任務 ） ：綜合運用各種機械零件 、 各種機構的知識以及其他先修課程的知識 ， 掌握設計機械傳動裝置和一般機械的能力 。 （ 三 ） 本課程的性質 本課程所涉及的先修課程有： 工程制圖：設計的圖形表達。 工程材料：非金屬材料，金屬材料及熱處理。 機械制造基礎：冷加工工藝，熱加工工藝。 公差配合與技術測量：解決精度設計問題。 理論力學：解決力分析與動力計算。 材料力學：解決強度分析問題。 機械原理：解決機械的方案設計。 （ 四 ） 本課程的任務 ? 1）有正確的設計思想并勇于創(chuàng)新探索； ? 2）掌握通用機械零部件的設計原理、方法和一般規(guī)律，進而具有綜合運用所學知識，研究改進或開發(fā)新的基礎件及設計簡單的機械的能力； ? 3）具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料的能力； ? 4）掌握典型機械零件的試驗方法，獲得基本的試驗技能的基本訓練； ? 5）了解機械設計的最新動態(tài)。 第二章 機械設計總論 167。 21 機器的組成 167。 22 設計機器的一般程序 167。 23 對機器的主要要求 167。 24 機械零件的主要失效形式 167。 25 設計機械零件時應滿足的基本要求 167。 26 機械零件的設計準則 167。 27 機械零件的設計方法 167。 28 機械零件設計的一般步驟 167。 29 機械零件的材料及其選用 167。 210 機械零件設計中的標準化 167。 211 機械現(xiàn)代設計方法簡介 167。 21 機器的組成 人們?yōu)榱藵M足生產和生活的需要，設計和制造了類型繁多、功能各異的機器。 一臺完整的機器的組成大致可包括： 原動機部分 傳動部分 執(zhí)行部分 輔助系統(tǒng)，例如：潤滑、顯示、照明等 控 制 系 統(tǒng) 傳感器 傳感器 傳感器 簡單的機器只由原動機部分、傳動部分和執(zhí)行部分這三部分組成，隨著機器功能越來越復雜，對機器的精確度要求也越來越高，輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)就應運而生。 機器的組成 （ 本節(jié)將以汽車為例講述機器的組成 ） 1動力部分： 原動機提供動力 （蒸汽機、電動機、內燃機等） 2執(zhí)行部分：完成預定的功能 （車輪、懸掛系統(tǒng)及底盤、車身） 3傳動部分：轉換運動形式、運動及動力參數(shù) （離合器、變速 箱、傳動軸、差速器等） 4控制部分：控制運行狀態(tài) （方向盤及轉向系統(tǒng)、排擋桿及其它 各種操作手柄及剎車、油門、離合器踏板） 5輔助系統(tǒng)：反饋運行狀態(tài)并發(fā)出信號 （潤滑、照明、顯示、 信號等） 1 2 3 4 F ν 6 5 1 －電動機 2 － V 帶傳動 3 －一級 直齒 圓柱齒輪減速器 4 －聯(lián)軸器 5 －卷筒 6 －運輸帶 167。 22 設計機器的一般程序 機器的先進性取決于設計者的設計的先進水平，機械設計經過上百年的發(fā)展形成了自己較為固定的程序，本節(jié)以農用車為例結合框圖來闡述設計機器的一般程序。 設計的各個階段是相互聯(lián)系、相互影響、相互制約的，在設計中不可避免的會出現(xiàn)反反復復，在設計中要注意運用先進的設計方法、設計手段來進行設計，如采用優(yōu)化設計、可靠性設計、計算機輔助設計等來提高設計質量，加快設計速度，縮短開發(fā)周期，使產品盡快地進入市場、占領市場，獲得最大的經濟效益和社會效益。 設計說明書、工藝文件、標準件、自制件、外協(xié)件明細表、使用說明書等 樣機 試制、檢測、驗收、改進原型的設計 市場調研、比較分析并擬定 設計任務書 如 :開發(fā)的噸位、市場的占有率、社會效益、經濟效益、性能的先進性等 計劃階段 (提出問題 ) 技術設計階段 (解決問題 ) 技術文件編制階段 方案設計階段 (分析問題 ) 試制鑒定階段 (驗證問題 ) 對機器進行功能分析，組合出設計方案以供選擇，評價決策、選擇 最終方案 。如：四輪、三輪；柴油機、汽油機；有無駕駛室；傳動方案（皮帶、鏈、傳動軸）等 機器運動學設計 ：原動機參數(shù) 各運動構件的運動參數(shù)機器動力學計算： 由運動參數(shù)計算零件所受載荷的大小零件工作能力設計： 由載荷進行零件的初步設計 部件裝配草圖及總裝配草圖設計： 繪圖 （總裝圖、部件圖、零件圖 主要零件的校核 初步計算及設計 產品設計定型 批量生產階段 從小批到中批再到大批，注重 售后服務 ，不斷反饋信息，不斷改進、不斷提高 （一）使用功能要求 機器應具有預定的使用功能 如起動、轉彎半徑、噸位、速度、制動等 （二）經濟性要求： 如設計、制造、使用成本，采用標準化、系列化、通用化的零部件（底盤、車橋等） （三）勞動保護和環(huán)境保護要求 安全裝置（氣囊、安全帶）、噪聲；環(huán)境保護（尾氣、噪聲） （以汽車為例） （六） 其它專用要求： 特殊要求（防彈、越野等） 167。 23 對機器的主要要求 （四）壽命與可靠性的要求 在規(guī)定的使用條件及使用期限內不出故障 （五） 人機工程與造型： 操作習慣、外型美觀，符合美學原則 機械設計中的“三化” 1標準化 ： 對零件的尺寸、結構要素、材料特性、檢驗方法、設計方法、制圖要求等制定出統(tǒng)一的共同遵守的標準（如：螺紋聯(lián)接件，滾動軸承等用途最廣的零件進行大量的、集中制造，用戶根據(jù)要求選用） 2系列化 ： 對同一產品，為了適應不同的使用條件，在同一基本結構或基本尺寸的條件下，規(guī)定出若干個輔助尺寸不同的產品，稱為不同的系列（如：滾動軸承的直徑系列、寬度系列，工程機械的系列化） 3通用化 ： 不同的產品間，零部件要能相互通用（如：汽車與農用車之間零部件的通用） 167。 24 機械零件的主要失效形式 失效：機械零件喪失工作能力或達不到設計要求性能時 ， 稱為失效 。 同一種零件發(fā)生失效的形式可能有多種 ， 不同的工作條件 ， 失效形式不同 。 工作能力：零件不發(fā)生失效時的安全工作限度稱為工作能力 。 機械零件常見的失效形式有：整體斷裂、過大的殘余變形、零件的表面破壞以及破壞正常工作條件引起的失效等。 （一）整體斷裂 整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險截面的應力超過零件的強度極限而導致的斷裂，或在變應力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。 齒輪輪齒斷裂 軸承內圈斷裂 （二）過大的殘余變形 當作用于零件上的應力超過了材料的屈服極限，零件將產生殘余變形。 齒輪齒面塑形變形 軸承外圈塑性變形 （三）零件的表面破壞 零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。 齒面接觸疲勞 軸瓦磨損 （四）破壞正常工作條件引起的失效 有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如： 液體摩擦的滑動軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時才能正常工作。 帶傳動只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。 高速轉動的零件，只有在轉速與轉動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當?shù)拈g隔才能正常工作。 零件在工作時會發(fā)生哪一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性質等很多因素有關。 有統(tǒng)計結果表明，一般機械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等因素引起。 （一）避免在預定壽命期內失效的要求 ： 強度不足會引起斷裂、較大的殘余變形（塑性變形） ： 剛度不足會造成彈性變形超過允許的限度 ：零件正常工作延續(xù)的時間， 影響壽命的主要因素有材料的疲勞、材料的腐蝕、磨損 167。 25 設計機械零件時應滿足的基本要求 （二） 結構工藝性的要求 結構簡單便于制造加工與裝配 （三）經濟性 零件應有合理的生產加工和使用維護的成本。價廉物美（遵循三化原則）