机械设计课件第二章_机械设计总论
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机械设计ppt课件第2章机械设计总论
使用功能要求 经济性要求 劳动保护要求 可靠性要求 其它专用要求
详细说明
机械零件的主要失效形式
机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。
（一）整体断裂
整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。
机械零件强度计算
3、许用应力和安全系数
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。
详细介绍
有限寿命时零件的许用应力为：
无寿命时零件的许用应力为：
其中S为安全系数。S（1.3~1.7或1.7~2.5）
机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各异的机器。
一台完整的机器的组成大致可包括：
原动机部分
传动部分
执行部分
润滑、显示、照明等辅助系统
控 制 系 统
传感器
传感器
传感器
设计机器的一般程序
计划阶段
方案设计阶段
技术设计阶段
技术文件编制阶段
零件在工作时会发生那一种失效，这与零件的工作环境、载荷性质等很多因素有关。
有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、腐蚀等因素引起。
设计机械零件时应满足的主要要求
避免在预定寿命期内失效的要求
结构工艺性要求
经济性要求
质量小的要求
可靠性要求
机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：
强制性国家标准：代号为GB ××××(为标准序号) －××××(为批准年代) 强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。
详细说明
机械零件的主要失效形式
机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。
（一）整体断裂
整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。
机械零件强度计算
3、许用应力和安全系数
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。
详细介绍
有限寿命时零件的许用应力为：
无寿命时零件的许用应力为：
其中S为安全系数。S（1.3~1.7或1.7~2.5）
机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各异的机器。
一台完整的机器的组成大致可包括：
原动机部分
传动部分
执行部分
润滑、显示、照明等辅助系统
控 制 系 统
传感器
传感器
传感器
设计机器的一般程序
计划阶段
方案设计阶段
技术设计阶段
技术文件编制阶段
零件在工作时会发生那一种失效，这与零件的工作环境、载荷性质等很多因素有关。
有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、腐蚀等因素引起。
设计机械零件时应满足的主要要求
避免在预定寿命期内失效的要求
结构工艺性要求
经济性要求
质量小的要求
可靠性要求
机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：
强制性国家标准：代号为GB ××××(为标准序号) －××××(为批准年代) 强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。
机械设计总论(ppt 95页)
▲增大零件的截面尺寸或增大惯性矩； ▲缩短支承的跨距或采用多点支承。
3. 寿命要求 影响零件寿命的主要因素有
疲劳破坏 腐蚀 磨损
大部分零件工作在变应力下，疲劳破坏是引起 零件破坏的主要原因。影响疲劳强度的因素有
▲应力集中 ▲零件的尺寸大小 ▲零件表面质量及环境状况 零件处在腐蚀性介质中工作时，可能使材料遭到腐蚀。
2、经过优化的举升液压缸布置方式
3 举升运输装备结构设计
四、技术文件编制
技术文件
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表
试验大纲 ……
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片水平运输时，运输装备图。
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片举升一定角度运输图。
§2-3 对机器的主要要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下， 根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何， 一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：
机械零件失效实例：
潘存云教授研制
齿轮轮齿折断
潘存云教授研制
轮齿塑性变形
潘存云教授研制
轴承内圈破裂
潘存云教授研制
轴承外圈塑性变形
潘存云教授研制
轴瓦磨损
潘存云教授研制
齿面接触疲劳
失效原因: 强度、刚度4.79%; 腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%，是主要失效原
机器实例
机器实例
控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动 作。
传感部分——将机器的工作参数，如位移、速 度、加速度、温度、压力等反馈给控制部分。
辅助部分——包括机器的润滑、显示、照明等。 也是保证机器正常工作不可缺少的部分
§2-2 设计机器的一般程序
一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的 关键一环。机械设计是一个创造性的工作过程，实 践经验是保证设计质量的重要因素。因此，要求设 计者特别注意经验的积累。
3. 寿命要求 影响零件寿命的主要因素有
疲劳破坏 腐蚀 磨损
大部分零件工作在变应力下，疲劳破坏是引起 零件破坏的主要原因。影响疲劳强度的因素有
▲应力集中 ▲零件的尺寸大小 ▲零件表面质量及环境状况 零件处在腐蚀性介质中工作时，可能使材料遭到腐蚀。
2、经过优化的举升液压缸布置方式
3 举升运输装备结构设计
四、技术文件编制
技术文件
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表
试验大纲 ……
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片水平运输时，运输装备图。
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片举升一定角度运输图。
§2-3 对机器的主要要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下， 根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何， 一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：
机械零件失效实例：
潘存云教授研制
齿轮轮齿折断
潘存云教授研制
轮齿塑性变形
潘存云教授研制
轴承内圈破裂
潘存云教授研制
轴承外圈塑性变形
潘存云教授研制
轴瓦磨损
潘存云教授研制
齿面接触疲劳
失效原因: 强度、刚度4.79%; 腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%，是主要失效原
机器实例
机器实例
控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动 作。
传感部分——将机器的工作参数，如位移、速 度、加速度、温度、压力等反馈给控制部分。
辅助部分——包括机器的润滑、显示、照明等。 也是保证机器正常工作不可缺少的部分
§2-2 设计机器的一般程序
一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的 关键一环。机械设计是一个创造性的工作过程，实 践经验是保证设计质量的重要因素。因此，要求设 计者特别注意经验的积累。
机械设计第二章
破坏正常工作条件引起的失效 胶合
打滑、共振、
机械电子工程学院
机械零件失效的实例：
齿轮轴断裂 整体塑变
轮齿磨损
机械电子工程学院
机械零件失效的实例：
齿轮轮齿折断
轴承内圈破裂
轮齿塑性变形
机械电子工程学院
轴承外圈塑性变形
机械零件失效的实例：
被联件拉断
被联件相对滑移
机械电子工程学院
轴瓦磨损
齿面接触疲劳
机械电子工程学院
2. 经验设计
根据经验关系式，用类比的方法所进行的设计。如：箱
体的结构设计
2016/12/27
48
机械电子工程学院
3. 模型实验设计
把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺
寸样机进行实验。如：飞机、桥梁的风洞实验。
机械电子工程学院
第八节 机械零件设计的一般步骤
机械电子工程学院
机械电子工程学院
四、质量小的要求
减小零件质量的好处： 节约材料。 减小惯性；改善机器的动力性能。 便于运输。
机械电子工程学院
五、可靠性要求
机械零件设计过程中存在不确定因素 参数不确定性：尺寸参数（制造精度） 设计参数（数据不足）
模型不确定性： （1）材料各向同性；
（2）小变形及线弹性；
（3）简化的简支梁； （4）圆柱体接触； （5）齿轮都是刚性体。
编制技术文件
第二节
机器的运动学设计
设计机器的一般程序
根据确定的结构方案 确定原动件参数（功率、转速、线速度） 确定各运动部件的运动参数（转速、速度、加速度）
机器的动力学计算
计算各主要零件所受的名义载荷
零件的工作能力设计
依据零件的设计准则和名义载荷，确定零部 件的基本尺寸
第二章 机械设计概论_PPT幻灯片
2）选择零件的类型与结构 3）选择零件的材料 4）按可能的失效形式确定零件的计算准则，并确定 零件的基本尺寸，并加于标准化和圆整 5）零件的结构设计 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书
2
2.2 机械零件的载荷与应力
2.2.1 载荷的分类
静载荷： 不随时间变化或缓慢变化的载荷
变载荷：
1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷
13
注意：
1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 γ =C的 情况计算
2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命
要求设计零件时，即应力循环次数103(104)<N<No时， 这时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限
N
m
N0 N
，即应以σ-1N
代σ-1
，以σoN代σo
3）当未知工作应力点所在区域时，应同时考虑可能出现
硬度≥350HBS钢， No=(10 - 25)x107
有色金属(无水平部分)，规定当No>25x107时,近似为无限寿命
区
② m—指数与应力与材料的种类有关。
钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 m=6——接触应力
青铜 m=9——弯曲应力
m=8——接触应力
10
3）影响机械零件疲劳强度的主要因素
由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、 应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响 使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤1、应力集中的影响——有效应力集中系数 k (k )
零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感
2
2.2 机械零件的载荷与应力
2.2.1 载荷的分类
静载荷： 不随时间变化或缓慢变化的载荷
变载荷：
1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷
13
注意：
1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 γ =C的 情况计算
2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命
要求设计零件时，即应力循环次数103(104)<N<No时， 这时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限
N
m
N0 N
，即应以σ-1N
代σ-1
，以σoN代σo
3）当未知工作应力点所在区域时，应同时考虑可能出现
硬度≥350HBS钢， No=(10 - 25)x107
有色金属(无水平部分)，规定当No>25x107时,近似为无限寿命
区
② m—指数与应力与材料的种类有关。
钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 m=6——接触应力
青铜 m=9——弯曲应力
m=8——接触应力
10
3）影响机械零件疲劳强度的主要因素
由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、 应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响 使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤1、应力集中的影响——有效应力集中系数 k (k )
零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感
机械设计ppt课件第2章 机械零件的设计
fp f ≥ 0.15f
式中，f为零件的固有频率，fp为激振源的频率。
第2章 机械零件的设计
（4）寿命准则：
影响零件寿命的主要因素是磨损、腐蚀 和疲劳破坏。关于疲劳寿命，通常是求出使 用寿命时的疲劳极限来作为计算的依据。腐 蚀和磨损各自发展过程的规律不同。迄今为 止，工程上还没有提出实用有效的能够进行 定量计算的方法。
考虑材料的机械性能 随温度而变化的情况。零 件在工作中有可能发生磨 损，为了提高其表面硬度， 以增加耐磨性，应选择适 于进行表面处理的的淬火 钢、渗碳钢、氮化钢等品 种。
第2章 机械零件的设计
（3）工艺方便性要求：必须要考虑机械零件从毛坯到 成品都能方便地制造出来。
铸造材料、非金属注塑材料和粉末冶金材料的工 艺性是指材料的液态流动性、收缩率、偏析程度及产 生缩孔的倾向性等。
一般应考虑产品制造过程中材料的相对价格、加工 费用、利用率、市场供应等方面。还要考虑特殊材料及 一般材料经各种强化工艺处理后材料之间的可替换性。
第2章 机械零件的设计
（5）零件的尺寸及质量要求：零件的尺寸及质量的大 小与材料的品种和毛坯制取方法有关。
当用铸造材料制造毛坯时，一般可以不受尺寸及质 量大小的限制；
整体断裂
常 见
过大变形
失
效
表面失效
形
式
破坏正常
工作条件
第2章 机械零件的设计
机械零件的失效形式与许多因素有关，具体取决 于该零件的工作条件、材质、受载状态及其所产生的 应力性质等多种因素。
即使是同一种零件，由于材质及工作情况不同， 也可能出现各种不同的失效形式。如轴工作时，由于 受载情况不同，可能出现断裂、过大塑性变形、磨损 等失效形式。
第2章 机械零件的设计
式中，f为零件的固有频率，fp为激振源的频率。
第2章 机械零件的设计
（4）寿命准则：
影响零件寿命的主要因素是磨损、腐蚀 和疲劳破坏。关于疲劳寿命，通常是求出使 用寿命时的疲劳极限来作为计算的依据。腐 蚀和磨损各自发展过程的规律不同。迄今为 止，工程上还没有提出实用有效的能够进行 定量计算的方法。
考虑材料的机械性能 随温度而变化的情况。零 件在工作中有可能发生磨 损，为了提高其表面硬度， 以增加耐磨性，应选择适 于进行表面处理的的淬火 钢、渗碳钢、氮化钢等品 种。
第2章 机械零件的设计
（3）工艺方便性要求：必须要考虑机械零件从毛坯到 成品都能方便地制造出来。
铸造材料、非金属注塑材料和粉末冶金材料的工 艺性是指材料的液态流动性、收缩率、偏析程度及产 生缩孔的倾向性等。
一般应考虑产品制造过程中材料的相对价格、加工 费用、利用率、市场供应等方面。还要考虑特殊材料及 一般材料经各种强化工艺处理后材料之间的可替换性。
第2章 机械零件的设计
（5）零件的尺寸及质量要求：零件的尺寸及质量的大 小与材料的品种和毛坯制取方法有关。
当用铸造材料制造毛坯时，一般可以不受尺寸及质 量大小的限制；
整体断裂
常 见
过大变形
失
效
表面失效
形
式
破坏正常
工作条件
第2章 机械零件的设计
机械零件的失效形式与许多因素有关，具体取决 于该零件的工作条件、材质、受载状态及其所产生的 应力性质等多种因素。
即使是同一种零件，由于材质及工作情况不同， 也可能出现各种不同的失效形式。如轴工作时，由于 受载情况不同，可能出现断裂、过大塑性变形、磨损 等失效形式。
第2章 机械零件的设计
第二章机械设计总论PPT课件
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热胶合：润滑不良引起的齿面破坏
18.07.2020
47
疲劳点蚀
18.07.2020
48
整体塑变
18.07.2020
49
螺栓联接滑移 被联接件断裂
被联件拉断
被联件相对滑移
18.07.2020
50
机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。
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§ 2.5 设计机械零件时应满足的基本要求
5
运动速度的转换
传动装置解决原动机速度和执行装置速度不匹配的问题。
鼠笼式
一般的普通交流电动机速度是固定的。
交流电动机的 同步转速
（r/min）
带、5链00 传动600
一般机器执行部分速度低于原动机的转速, 各种齿50轮1 1705传000 动
需要减速。
减速器502 1500 3000
（也有相反的情况，需要增速）。
§ 2.8 机械零件的设计的一般步骤 § 2.9 机械零件的材料及其选用 § 2.10 机械零件的设计中的标准化
第三部分:机械现代设计方法简介
§ 2.11 机械现代设计方法简介
3
§ 2.1 机器的组成 如牛头刨床、空气压缩机
传统机器都包含如下三个部分：
驱动装置
传动装置
执行装置
常称为原动机，是机器 的动力来源。 常用：电动机、内燃机 、液压缸和气动缸， 以各种电动机的应用最 为普遍。
18.07.2020
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方案设计阶段
提出机械的工作原理 （通过调查研究和 必要的分析，还可能需要进行原理性试验）
提出几种机械系统运动方案 （进行必要 的运动学设计，一般是初步的、粗略的）
机械设计总论学习课件教学课件
灰铸铁 (TH300) 铸铁 球墨铸铁(QT500-5)
…
金属材料
黑色金属 钢
低碳钢 (08F) 中碳钢 (45) 高碳钢 (60) 合金钢 (1Cr18）
有色金属
… 铝合金 (LY12)
铜
合
金
(ZCuSn10P1)
非金属材料
高分子材料 陶瓷材料 复合材料
第二章 机械设计总论
第十节 机械零件设计中的标准化
件失效的比率定义为失效率，即：
dN
(t) dt
N
第二章 机械设计总论
将上式分离变量并积分，
t
(t)dt
N dN ln N
ln R
0
N N0
N0
t
R
(t )dte 0这就是可靠度和失效率的关系.
零件可靠度可用另一个指标表示，即零件的平均 工作时间（也称零件的平均寿命MTTF）。
第二章 机械设计总论
3）零件的工作能力设计
4）部件装配草图及总装配草图的设计----结构设计
5）主要零件的校核计算
第二章 机械设计总论
技术文件编制阶段：技术文件：用来说明产品性 能、设计、制造、操作使用、维护、或其它所有与 产品相关的文档资料。包括：设计说明书、使用说 明书、零件明细表、标准件汇总、产品验收条件等 等。
模型实验设计：把初步设计的零、部件或机器做成 小模型或小尺寸样机，经过试验的手段对其特性进 行检验，根据实验结果再对设计进行逐步修改，达 到完善。 这种方法对于那些尺寸巨大而结构又很复杂的重要 零件的设计是一种很有效的方法。
第二章 机械设计总论
上世纪60年代末开始，设计领域中相继出现了 一系列新兴理论和方法，运用到了现代数学、力学、 计算机科学、信息科学等方面的最新成果。是过去 长期的传统设计活动的延伸和发展。
第二章机械设计总论课件
一、计划阶段 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。
包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。
设计任务书
机器的功能 经济性估计 制造要求的大致估计 基本使用要求 预计的设计周期
二、方案设计阶段
对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出实现方案。
在制定功能参数时一定要注意恰当处理需要与可能、理想与现 实、长远目标与当前目标等之间的关系。 一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。以螺纹制 造为例：有车削、滚压、板牙加工等方法。方法不同，其执 行部分的工作原理也不同。
第二章 机械设计总论
基本要求：
1、明确本课程的内容、性质、特点以及相应的学 习方法，对整个课程有一个大致的了解。
2、了解机械零件设计的基本步骤，弄清零件设计 在机械设计中的地位。
3、了解机械设计的基本原则和设计程序。
§2-1 机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，研制了类型繁多、功能各异 的机器。尤其是蒸汽机出现之后，使机器具有了完整的形态。
• catia 做的曲面设计不错， 一般都是用了设计飞机 。3D软件中是上流，但最近才有针对中小用户的 软件，现在设计公司用的不多。
• catia的参数关联性、曲面 、分析、知识专家都是比 UG强。同时Catia对硬件的要求也是比UG高的，特 别耗内存。
• ug的特征建模的方法比较简便，2维作图比较容易 。
工作能力----在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限 度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为：承载能力
。
整体断裂；
零件的失效形式
过大的残余变形； 零件的表面破坏；
破坏正常的工作条件；
例如：发生强烈的振动、联接的松弛、 摩擦传动的打滑等。
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以动态的取代静态的─如机器结构动力学计算。 以定量的取代定性的─如有限元计算。 以随机量取代确定量─如可靠性设计。 以优化设计取代可行性设计─如优化设计。 并行设计取代串行设计─如并行设计。 微观的取代宏观的─如微－纳米摩擦学设计。 系统工程法取代分部处理法─如系统工程。 自动化设计取代人工设计的转化─如计算机辅助设计。
一、常用材料 黑色金属
金属材料
机械零件材料的选用原则
机械零件材料的选用原则1
铁：灰铸铁、球墨铸铁… (如：TH300 QT500-5)
钢 ：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢…
(如：08F 45
60 1Cr18）
有色金属 ：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1)…...
高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维
非金属材料 陶瓷 ：强如钢、轻如铝、硬如金刚石
复合材料：强度高、弹性模量大、质量轻
二、机械零件材料的选用原则
载荷及应力的大小和性质 零件的尺寸及重量 材料的经济性
零件的工作情况
零件的结构及加工性
机械零件设计中的标准化
机械零件设计中的标准化1
标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要
使用功能要求 经济性要求 劳动保护要求 可靠性要求 其它专用要求
机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式1
机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件 的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。 （一）整体断裂
整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的 强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断 裂。
零件在工作时会发生那一种失效，这与零件的工作环境、载荷性 质等很多因素有关。
有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、 腐蚀等因素引起。
设计机械零件时应满足的基本要求
设计机械零件时应满足的基本 要求
机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本 要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：
求等，制定出大家共同遵守的标准。
标准化的益处： 标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织
专业化的大生产，以降低生产成本。
与设计有关的标准:
国际标准 国家标准 行业标准
如： ISO
GB JB、HB
国标分为：强制标准和推荐标准
企业标准等 QB
强制性国家标准：代号为GB ××××(为标准序号) －××××(为批准年代) 强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。
齿轮轮齿断裂
轴承内圈断裂
（二）过大的残余变形
机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式2
当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残余 变形。
齿轮齿面塑形变形
轴承外圈塑性变形
（三）零件的表面破坏
机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式3
零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。
第二章 机械设计总论
§2-1 机器的组成 §2-2 设计机器的一般程序 §2-3 对机器的主要要求 §2-4 机械零件的主要失效形式 §2-5 设计机械零件时应满足的基本要求 §2-6 机械零件的计算准则 §2-7 机械零件的设计方法 §2-8 机械零件设计的一般步骤 §2-9 机械零件材料的选用原则 §2-10 机械零件设计中的标准化 §2-11 机械现代设计方法简介
作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。要提高设计质量， 必须有一个科学的设计程序。
设计机器的一般程序：
计划阶段
方案设计阶段
技术设计阶段
技术文件编制阶段
对机器的主要要求
对机器的主要要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据 生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般来说，对 机器都要提出以下的基本要求：
可靠性准则 ：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。
机械零件的设计方法
机械零件的设计方法
机械零件的设计方法通常分为常规设计方法和现代设计方法 两大类。
常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在 长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计 的方法。它又可分为：
理论设计
经验设计
轴瓦磨损
齿面接触疲劳
机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式4
（四）破坏正常工作条件引起的失效
有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如：
液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作。 带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作。 高速转动的零件，只有在转速与转动件系统的固有频率避开一个适当 的间隔才能正常工作。
模型实验设计
现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完善、科 学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。如机械 优化设计、机械可靠性设计、计算机辅助设计等等。
机械零件设计的一般步骤
机械零件设计的一般步骤
机械零件的设计一般要经过以下几个步骤： 选择零件类型、结构 计算零件上的载荷 确定计算准则 选择零件的材料 确定零件的基本尺寸 结构设计 校核计算 画出零件工作图 写出计算说明书
机器的组成
机器的组成1
人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各 异的机器。
一台完整的机器的组成大致可包括：
润滑、显示、照明等辅助系统
原动机部分
传感器
传动部分
传感器
执行部分
传感器
控制系统
设计机器的一般程序
设计机器的一般程序
一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定 机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能 多地利用已有的成功经验的工作。
设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相 应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则：
强度准则 ：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基 本的设计准则。
刚度准则 ：确保零件不发生过大的弹性变形。
寿命准则 ：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
振动稳定性准则 ：高速运转机械的设计应注重此项准则。
推荐性国家标准：代号为GB／T ××××－××××，这类标准占整个国标 中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半 功倍的效果。
机械现代通常是相对传统的设计方法而言的。 现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学、应用力学、微电 子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下列转换：
避免在预定寿命期内失效的要求 应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。
结构工艺性要求 设计的结构应便于加工和装配。
经济性要求 零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。
质量小的要求 质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。
可靠性要求 应降低零件发生故障的可能性（概率）。
机械零件的设计准则
机械零件的计算准则1
一、常用材料 黑色金属
金属材料
机械零件材料的选用原则
机械零件材料的选用原则1
铁：灰铸铁、球墨铸铁… (如：TH300 QT500-5)
钢 ：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢…
(如：08F 45
60 1Cr18）
有色金属 ：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1)…...
高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维
非金属材料 陶瓷 ：强如钢、轻如铝、硬如金刚石
复合材料：强度高、弹性模量大、质量轻
二、机械零件材料的选用原则
载荷及应力的大小和性质 零件的尺寸及重量 材料的经济性
零件的工作情况
零件的结构及加工性
机械零件设计中的标准化
机械零件设计中的标准化1
标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要
使用功能要求 经济性要求 劳动保护要求 可靠性要求 其它专用要求
机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式1
机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件 的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。 （一）整体断裂
整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的 强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断 裂。
零件在工作时会发生那一种失效，这与零件的工作环境、载荷性 质等很多因素有关。
有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、 腐蚀等因素引起。
设计机械零件时应满足的基本要求
设计机械零件时应满足的基本 要求
机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本 要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：
求等，制定出大家共同遵守的标准。
标准化的益处： 标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织
专业化的大生产，以降低生产成本。
与设计有关的标准:
国际标准 国家标准 行业标准
如： ISO
GB JB、HB
国标分为：强制标准和推荐标准
企业标准等 QB
强制性国家标准：代号为GB ××××(为标准序号) －××××(为批准年代) 强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。
齿轮轮齿断裂
轴承内圈断裂
（二）过大的残余变形
机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式2
当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残余 变形。
齿轮齿面塑形变形
轴承外圈塑性变形
（三）零件的表面破坏
机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式3
零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。
第二章 机械设计总论
§2-1 机器的组成 §2-2 设计机器的一般程序 §2-3 对机器的主要要求 §2-4 机械零件的主要失效形式 §2-5 设计机械零件时应满足的基本要求 §2-6 机械零件的计算准则 §2-7 机械零件的设计方法 §2-8 机械零件设计的一般步骤 §2-9 机械零件材料的选用原则 §2-10 机械零件设计中的标准化 §2-11 机械现代设计方法简介
作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。要提高设计质量， 必须有一个科学的设计程序。
设计机器的一般程序：
计划阶段
方案设计阶段
技术设计阶段
技术文件编制阶段
对机器的主要要求
对机器的主要要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据 生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般来说，对 机器都要提出以下的基本要求：
可靠性准则 ：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。
机械零件的设计方法
机械零件的设计方法
机械零件的设计方法通常分为常规设计方法和现代设计方法 两大类。
常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在 长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计 的方法。它又可分为：
理论设计
经验设计
轴瓦磨损
齿面接触疲劳
机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式4
（四）破坏正常工作条件引起的失效
有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如：
液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作。 带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作。 高速转动的零件，只有在转速与转动件系统的固有频率避开一个适当 的间隔才能正常工作。
模型实验设计
现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完善、科 学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。如机械 优化设计、机械可靠性设计、计算机辅助设计等等。
机械零件设计的一般步骤
机械零件设计的一般步骤
机械零件的设计一般要经过以下几个步骤： 选择零件类型、结构 计算零件上的载荷 确定计算准则 选择零件的材料 确定零件的基本尺寸 结构设计 校核计算 画出零件工作图 写出计算说明书
机器的组成
机器的组成1
人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各 异的机器。
一台完整的机器的组成大致可包括：
润滑、显示、照明等辅助系统
原动机部分
传感器
传动部分
传感器
执行部分
传感器
控制系统
设计机器的一般程序
设计机器的一般程序
一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定 机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能 多地利用已有的成功经验的工作。
设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相 应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则：
强度准则 ：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基 本的设计准则。
刚度准则 ：确保零件不发生过大的弹性变形。
寿命准则 ：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
振动稳定性准则 ：高速运转机械的设计应注重此项准则。
推荐性国家标准：代号为GB／T ××××－××××，这类标准占整个国标 中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半 功倍的效果。
机械现代通常是相对传统的设计方法而言的。 现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学、应用力学、微电 子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下列转换：
避免在预定寿命期内失效的要求 应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。
结构工艺性要求 设计的结构应便于加工和装配。
经济性要求 零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。
质量小的要求 质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。
可靠性要求 应降低零件发生故障的可能性（概率）。
机械零件的设计准则
机械零件的计算准则1