【正文】 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 主編 濮良貴 參考書： 1. 機(jī)械設(shè)計(jì)，邱宣懷主編，高教出版社 2. 機(jī)械設(shè)計(jì)，吳宗澤主編 ，高教出版社 機(jī)械設(shè)計(jì)課程成績評定 序號 考察項(xiàng)目 成績比例 1 期末考試 80 % 2 平時作業(yè)加實(shí)驗(yàn) 20 % 第一篇 總論 第一章 緒論 第二章 機(jī)械設(shè)計(jì)總論 第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度 第四章 摩擦、磨損及潤滑概述 第一章 總論 167。 11 機(jī)械工業(yè)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用 167。 12 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù) 167。 11 機(jī)械工業(yè)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用 機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的重要標(biāo)志。 機(jī)器是代替人們體力和部分腦力勞動的工具，機(jī)器既能承擔(dān)人力所不能或 不便進(jìn)行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞 動生產(chǎn)率和改善勞動條件。 只有使用機(jī)器，才能便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，尤其是便 于實(shí)現(xiàn)高度的機(jī)械化、電氣化和自動化。 機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各個部門提供裝備和促進(jìn)技術(shù)改造的重任。 大量地設(shè)計(jì)制造和廣泛采用各種先進(jìn)的機(jī)器，可大大加強(qiáng)促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā) 展的力度加速我國的現(xiàn)代化建設(shè)。 （ 一 ） 機(jī)器的基本組成要素 167。 12 本 課程內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù) 機(jī)器：執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置 ， 用來變換或傳遞能量 、 物料或信息 。 機(jī)構(gòu)：能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動的各構(gòu)件 （ 包括機(jī)架 ） 的基本組合體 。 機(jī)械：機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱 。 零件、構(gòu)件、機(jī)構(gòu)、機(jī)器等關(guān)系 零件 剛性 組合 構(gòu)件 機(jī)架 原動件 從動件 運(yùn)動副 組合 機(jī)構(gòu) 機(jī)器 原動機(jī) 工作機(jī) 信息機(jī) 機(jī)器的基本組成要素是機(jī)械零件 機(jī)械零件：組成機(jī)器的不可拆的基本單元 。 部件：為完成同一使命在結(jié)構(gòu)上組合在一起并協(xié)同工作的零件 。 機(jī)械零件 通用件：各種機(jī)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(jié)構(gòu)件、彈簧、機(jī)架、箱體等。 專用件：只在一定類型的機(jī)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(biāo)準(zhǔn)件：經(jīng)過優(yōu)選 、 簡化 、 統(tǒng)一 ， 并給以標(biāo)準(zhǔn)代號的零件和部件 。 易損件：在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中容易損壞 ， 并在規(guī)定期限內(nèi)必須更換的零件或部件 。 （二）本課程的具體內(nèi)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(jī)架 1）總論部分：機(jī)器及零件設(shè)計(jì)的基本原則，設(shè)計(jì)計(jì)算理論，材料選擇，結(jié)構(gòu)要求，以及摩擦、磨損、潤滑等方面的基本知識； 課程性質(zhì)： 一門設(shè)計(jì)性質(zhì)的技術(shù)基礎(chǔ)課 ， 起承上啟下的作用 。 承上：本課程與前面所學(xué)的課程：高數(shù)、制圖、力學(xué)、機(jī)械原理、公差等均有聯(lián)系 啟下：本課程是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)：機(jī)制工藝學(xué)、機(jī)電一體化、機(jī)床、刀具、汽車等 課程目的 （ 任務(wù) ） ：綜合運(yùn)用各種機(jī)械零件 、 各種機(jī)構(gòu)的知識以及其他先修課程的知識 ， 掌握設(shè)計(jì)機(jī)械傳動裝置和一般機(jī)械的能力 。 （ 三 ） 本課程的性質(zhì) 本課程所涉及的先修課程有： 工程制圖：設(shè)計(jì)的圖形表達(dá)。 工程材料：非金屬材料，金屬材料及熱處理。 機(jī)械制造基礎(chǔ)：冷加工工藝，熱加工工藝。 公差配合與技術(shù)測量：解決精度設(shè)計(jì)問題。 理論力學(xué)：解決力分析與動力計(jì)算。 材料力學(xué)：解決強(qiáng)度分析問題。 機(jī)械原理：解決機(jī)械的方案設(shè)計(jì)。 （ 四 ） 本課程的任務(wù) ? 1）有正確的設(shè)計(jì)思想并勇于創(chuàng)新探索； ? 2）掌握通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)原理、方法和一般規(guī)律，進(jìn)而具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識，研究改進(jìn)或開發(fā)新的基礎(chǔ)件及設(shè)計(jì)簡單的機(jī)械的能力； ? 3）具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力； ? 4）掌握典型機(jī)械零件的試驗(yàn)方法，獲得基本的試驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練； ? 5）了解機(jī)械設(shè)計(jì)的最新動態(tài)。 第二章 機(jī)械設(shè)計(jì)總論 167。 21 機(jī)器的組成 167。 22 設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序 167。 23 對機(jī)器的主要要求 167。 24 機(jī)械零件的主要失效形式 167。 25 設(shè)計(jì)機(jī)械零件時應(yīng)滿足的基本要求 167。 26 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 167。 27 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法 167。 28 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟 167。 29 機(jī)械零件的材料及其選用 167。 210 機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化 167。 211 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介 167。 21 機(jī)器的組成 人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，設(shè)計(jì)和制造了類型繁多、功能各異的機(jī)器。 一臺完整的機(jī)器的組成大致可包括： 原動機(jī)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(jī)器只由原動機(jī)部分、傳動部分和執(zhí)行部分這三部分組成，隨著機(jī)器功能越來越復(fù)雜，對機(jī)器的精確度要求也越來越高，輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生。 機(jī)器的組成 （ 本節(jié)將以汽車為例講述機(jī)器的組成 ） 1動力部分： 原動機(jī)提供動力 （蒸汽機(jī)、電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等） 2執(zhí)行部分：完成預(yù)定的功能 （車輪、懸掛系統(tǒng)及底盤、車身） 3傳動部分：轉(zhuǎn)換運(yùn)動形式、運(yùn)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(yùn)行狀態(tài) （方向盤及轉(zhuǎn)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(yùn)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(jī) 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(yùn)輸帶 167。 22 設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序 機(jī)器的先進(jìn)性取決于設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)的先進(jìn)水平，機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)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(nóng)用車為例結(jié)合框圖來闡述設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序。 設(shè)計(jì)的各個階段是相互聯(lián)系、相互影響、相互制約的，在設(shè)計(jì)中不可避免的會出現(xiàn)反反復(fù)復(fù)，在設(shè)計(jì)中要注意運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)手段來進(jìn)行設(shè)計(jì)，如采用優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等來提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快設(shè)計(jì)速度，縮短開發(fā)周期，使產(chǎn)品盡快地進(jìn)入市場、占領(lǐng)市場，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 設(shè)計(jì)說明書、工藝文件、標(biāo)準(zhǔn)件、自制件、外協(xié)件明細(xì)表、使用說明書等 樣機(jī) 試制、檢測、驗(yàn)收、改進(jìn)原型的設(shè)計(jì) 市場調(diào)研、比較分析并擬定 設(shè)計(jì)任務(wù)書 如 :開發(fā)的噸位、市場的占有率、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益、性能的先進(jìn)性等 計(jì)劃階段 (提出問題 ) 技術(shù)設(shè)計(jì)階段 (解決問題 ) 技術(shù)文件編制階段 方案設(shè)計(jì)階段 (分析問題 ) 試制鑒定階段 (驗(yàn)證問題 ) 對機(jī)器進(jìn)行功能分析，組合出設(shè)計(jì)方案以供選擇，評價(jià)決策、選擇 最終方案 。如：四輪、三輪；柴油機(jī)、汽油機(jī)；有無駕駛室；傳動方案（皮帶、鏈、傳動軸）等 機(jī)器運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì) ：原動機(jī)參數(shù) 各運(yùn)動構(gòu)件的運(yùn)動參數(shù)機(jī)器動力學(xué)計(jì)算： 由運(yùn)動參數(shù)計(jì)算零件所受載荷的大小零件工作能力設(shè)計(jì)： 由載荷進(jìn)行零件的初步設(shè)計(jì) 部件裝配草圖及總裝配草圖設(shè)計(jì)： 繪圖 （總裝圖、部件圖、零件圖 主要零件的校核 初步計(jì)算及設(shè)計(jì) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型 批量生產(chǎn)階段 從小批到中批再到大批，注重 售后服務(wù) ，不斷反饋信息，不斷改進(jìn)、不斷提高 （一）使用功能要求 機(jī)器應(yīng)具有預(yù)定的使用功能 如起動、轉(zhuǎn)彎半徑、噸位、速度、制動等 （二）經(jīng)濟(jì)性要求： 如設(shè)計(jì)、制造、使用成本，采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的零部件（底盤、車橋等） （三）勞動保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求 安全裝置（氣囊、安全帶）、噪聲；環(huán)境保護(hù)（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(jī)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(nèi)不出故障 （五） 人機(jī)工程與造型： 操作習(xí)慣、外型美觀，符合美學(xué)原則 機(jī)械設(shè)計(jì)中的“三化” 1標(biāo)準(zhǔn)化 ： 對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料特性、檢驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等制定出統(tǒng)一的共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)（如：螺紋聯(lián)接件，滾動軸承等用途最廣的零件進(jìn)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(chǎn)品，為了適應(yīng)不同的使用條件，在同一基本結(jié)構(gòu)或基本尺寸的條件下，規(guī)定出若干個輔助尺寸不同的產(chǎn)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(jī)械的系列化） 3通用化 ： 不同的產(chǎn)品間，零部件要能相互通用（如：汽車與農(nóng)用車之間零部件的通用） 167。 24 機(jī)械零件的主要失效形式 失效：機(jī)械零件喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)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(jī)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(xiǎn)截面的應(yīng)力超過零件的強(qiáng)度極限而導(dǎo)致的斷裂，或在變應(yīng)力作用下，危險(xiǎn)截面發(fā)生的疲勞斷裂。 齒輪輪齒斷裂 軸承內(nèi)圈斷裂 （二）過大的殘余變形 當(dāng)作用于零件上的應(yīng)力超過了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)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(diǎn)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(zhuǎn)動的零件，只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當(dāng)?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(zhì)等很多因素有關(guān)。 有統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，一般機(jī)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(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求 ： 強(qiáng)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(shè)計(jì)機(jī)械零件時應(yīng)滿足的基本要求 （二） 結(jié)構(gòu)工藝性的要求 結(jié)構(gòu)簡單便于制造加工與裝配 （三）經(jīng)濟(jì)性 零件應(yīng)有合理的生產(chǎn)加工和使用維護(hù)的成本。價(jià)廉物美（遵循三化原則）