哈工大机械设计_宋宝玉_第1章第2章绪论(推荐文档)
23-现代机械设计方法简介-宋宝玉版
•现代机械设计方法简介
•六、有限元设计
• 2、基本步骤
•三个阶段，前置处理、计算求解和后置处理。
•1）问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物 理性质和几何区域。
•2）求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形 状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限 元网络划分一。
•现代机械设计方法简介
• (3)当ur-us<0时, ZR<0, R<0.5,且σr、σs增大,R将朝着 减小的方向变化，此时Sn<1,这种情况在用安全系数法设 计时是不允许的.
•
由此可见,安全系数设计法存在不合理现象,没有考虑
强度及应力的离差σr、σs的影响.
•现代机械设计方法简介
•例: 图10所示为一受拉圆型载面杆,已知力和截面直径服从 正态分布,分别为N(uP、σP)、N(ud、σd),屈服强度亦服从 正态分布N(ur,σr).设可靠度为R,试进行强度可靠性设计(求直 径均值和离差)：当R=0.999时，d=?
•现代机械设计方法简介
•六、有限元设计
振动模态分析
• 节点268793个；SOLID92单元157923个
•现代机械设计方法简介
阶数 频率(Hz) 转速(r/min)
1 186.0 11160
固有频率
2
3
197.7
220.3
11862
13218
4 238.88 14332.8
5 331.8 19908
• 6、机械系统可靠性设计
•现代机械设计方法简介
•六、有限元设计
• 1、起源
•现代机械设计方法简介
•六、有限元设计
• 1、起源
•现代机械设计方法简介
机械设计基础第,章讲稿
热处理方法 退火 正火 淬火 回火 调质 表面淬火 表 面 化 学 热 处 理 渗碳 氮化 氰化 碳氮共渗
热处理过程 加热温度 保温 随炉冷却 冷却方式 临界温度+（20-30）℃ √ √至 500℃ 空气中冷却 临界温度+（30-50）℃ √ × 空气中冷却 临界温度+（30-50）℃ √ × 水，盐水或油中急冷 临界温度以下 √ × 空气，水或油中冷却 淬火+高温回火（500-600）℃ 火焰（高频感应电流）迅速加热表面→立即淬火（一般需回火） 低碳钢件放到大量含碳的固体或气体中→加热到 850-950℃→保温→淬火→ 低温回火 钢件→含氮的介子中或氮气中→加热到 500-620℃→保温 20-50 小时 钢件→含氰盐或氰根的介子中或氮气中→加热到 500-620℃（或 750-850℃） →保温一段时间（有剧毒） 钢件→渗碳气体+渗氮气体→860℃→保温 5-5 小时
钢热处理的方法：退火，正火，淬火，回火，调质及表面淬火。
• ① 退火 退火：将钢件加热到临界温度以上20－30℃，经保温一段时间 后随热处理炉（或埋入石灰石、沙中冷却）缓慢冷却至500 ℃以 下，然后在空气中冷却。 目的：降低钢的硬度，改善切削性能；细化钢的晶粒，减少组 织的不均匀性，消去工件在锻造、铸造中出现的内应力。 • ② 正火 正火：将钢件加热到临界温度以上30－50 ℃ ，保温一段时间 后从炉中取出，在空气中冷却。 目的：正火和退火相似，但正火后机械强度略高。 • ③ 淬火 淬火：淬火是将工件加热到临界温度以上30－50 ℃ ，保温一 定时间，然后在水或盐水或油中急速冷却。 目的：提高钢的硬度和强度。但急速冷却引起内应力，使钢变 脆，所以淬火后必须回火，以得到较高的强度、硬度和韧性。
三、机械设计中的标准化
《机械设计基础》课程学习指南(doc 8页)
《机械设计基础》课程学习指南(doc 8页)教学日历《机械设计基础》（80 学时）课程学习指南一、基本情况1 、课程名称：机械设计基础课程英文译名：MACHINE DESIGN BASIS2 、主要教材及参考书：《机械设计基础》，宋宝玉主编，哈工大出版社出版。
《机械设计课程设计》，王连明主编，哈工大出版社。
《机械设计作业指导》，陈铁鸣、王连明主编，哈工大教材科。
《机械基础实验教材》，哈工大教材科3 、教学时数80 学时（讲课：68 学时、习题课：2 学时、实验10 学时）4 、考核方式及记分办法：平时作业10 分实验10 分随堂测试10 分期末考试70 分二、作业与实验1、每章后的习题与作业各主要章的课后习题作业有：第一章：P3 ：1-1 题。
第二章：P48~49 ：2-14 ，2-24 （ a ）(c),2-25 题。
第三章：P67 ：3-10 ，3-12 ，3-15 题。
第四章：P83 ：4-9 题。
第五章：P103 ：5-9 题。
钢的热处理方法及应用；各种公差、粗糙度的选用；机构自由度的计算。
第三章平面连杆机构（4h）内容及基本要求：1 ）掌握平面四杆机构的类型，压力角、传动角、死点位置等概念。
2 ）掌握平面四杆机构的演化，平面四杆机构的设计。
3 ）会判断曲柄是否存在。
重点与难点：平面四杆机构的设计。
第四章凸轮机构（4h）内容及基本要求：1 ）掌握凸轮机构的应用及分类，从动件运动规律。
2 ）掌握压力角对凸轮机构受力及尺寸的影响。
3 ）学会图解法设计凸轮轮廓。
重点与难点：反转法设计凸轮轮廓要正确确定从动件的反转方向、从动件在反转运动中占据的位置及从动件的位移量。
第五章带传动和链传动（4h）内容及基本要求：1 ）了解带传动的类型、工作原理、特点及应用。
2 ）掌握带传动的受力分析、应力分析与应力分布图、弹性滑动和打滑的基本理论。
3 ）掌握带传动的失效形式、设计准则、普通V 带传动的设计计算方法。
机械设计基础课程设计2011-12-18(宋宝玉)
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eated with Aspose.S訾lide克s fo明r .NE桂T 3艳.5 Client Profile 5.2.0
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2011.12.19
第一章 绪论
一、课程设计的目的（综合训练） 1.巩固、加Ev深alu和at扩ion大on在ly.本课程和先修 eated wit课h A程sp学ose到.S的lid知es 识for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 2C.培opy养rig机ht械20设04计-20一11般As方po法se Pty Ltd. 3.进行机械设计基本技能的训练
2.设计轴时应按其输入功率计算、设计传动零
件时应按主动轴的输出功率计算
(因轴承和齿轮工作时有损耗)
列汇总表：P14
滚筒轴
3轴 2轴
1轴
电动机轴
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学号后两位为21－30传动方案
4、二级直齿圆柱齿轮减速器
电动机
V带传动
直齿圆柱齿轮减速器
联轴器 卷筒
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eated运w输ith带Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0
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7 6.8 6.8 6.5 6.5 6.0 6.0 5.5 5.5
24-课程总结-宋宝玉版
《机械设计》课程
42
课程总结
《机械设计》课程
4、齿面胶合 常在高、低速重载齿轮传动中
胶合现象：两表面尖峰接触后粘结，再被撕开
冷胶合：低速重载或偏载，润滑油膜难形成
胶合原因：
热胶合：高速重载，压力和相对滑动速度大
胶合后果：产生振动、噪声，不能工作
防止胶合：减小模数、降低齿高、提高齿面硬度、改善材料
及加极压添加剂
43
课程总结
《机械设计》课程
5、轮齿塑性变形 常见于软齿面、低速重载与频繁启动传动
齿体塑性变形：突然过载，引起齿体歪斜 齿面塑性变形：齿面表层材料沿摩擦力方向流动 塑性变形原因：齿面软，润滑失效、摩擦变大 塑性变形后果：齿廓形状变化，破坏正确啮合 防止塑性变形：提高齿面硬度、提高润滑油粘度
44
课程总结
2、带传动
《机械设计》课程
不可避免 主动轮圆周速度大于带速 大于从动轮圆周速度 损失部分能量，降低传动 效率，使带的温度升高 引起传动带磨损
若传递的基本载荷超过最大有效圆周力,带在带轮上发生 显著的相对滑动即打滑 打滑造成带的严重磨损并使带的运动处于不稳定状态
打滑总是在小轮上先开始，避免过载就可避免打滑32
课程总结
2、带传动
《机械设计》课程
带传动的失效形式：打滑和疲劳破坏
带传动的设计准则：在保证带工作时不打滑的条 件下，具有一定的疲劳强度和寿命
m a 1 x b 1 c [ ]
当 max[]时
带传动将发挥最大效能
在一定条件下，由带的疲 劳强度决定的许用拉应力
1[]b 1c
33
课程总结
常在润滑良好的闭式软齿面传动中 节线附近的齿根部分
《机械设计》课程
机械设计基础(哈理工大学编)
2.1 机械制图基本标准
2.1.1 图纸幅面
2.1.2 图样比例
2.1.3 字体
图样和技术文件中书写的汉字、数字、字母都应遵循 GB/T14691—93规定。 字体高度代表字体号数，其公称尺寸系列为：1.8，2.5，
3.5，5，7，10，14，20mm。
2.1.4 图线
2.1.5 剖面符号
（1）相邻零件 （2）剖面线的画法 （3）紧固件及实心零件的表达方法
3．尺寸标注
（1）规格（性能）尺寸 （2）配合尺寸 （3）安装尺寸 （4）外形尺寸 （5）其他重要尺寸 在装配图中，除上述尺寸外还有 其他一些重要尺寸需要标注，如某些重要零件之间及到 尺寸基准的定位尺寸、主要运动件的运动行程及极限位 置等。机器不同，这类尺寸的多少也不同。
2.1.6尺寸标注
1．基本规则
① 机件的实际大小应以图上所注尺寸数值为依据， 与图形的大小和绘图的准确度无关。 ② 图样中的尺寸以毫米为单位，不需标注计量单 位的代号或名称。如采用其他单位则必须注明其相应 的计量单位的代号或名称。 ③ 图样中标注的尺寸为该图所示机件的最后完工 尺寸，否则应加以说明。机件的每一尺寸，一般只标 注一次，并应标注在表示该结构最清晰的图形上。
0.2
1.6
3.2 精
6.3
12.5 粗
精 精 精 精 精 粗 粗 粗
粗
粗
研磨
返回
2.4 零件图和装配图
2.4.1 零件工作图
零件工作图是零件制造、检验和制订工艺规程的基本技 术文件。它既要反映出设计意图，又要考虑到制造的可能性 和合理性。因此零件工作图应包括制造和检验零件所需全部 内容，如图形、尺寸及其公差、表面粗糙度、形位公差、对 材料和热处理的说明及其他技术要求、标题栏等。
第1章 绪论
• CAD/CAM • 基于网络的数字化设计 • 基于虚拟现实的数字化设计
24
现实产品开发过程
原料
人员
设计 试制
报
废 品 原料
人员
评价 制造
报 废
品 产品
设备
厂房
设备
厂房
外在因素变化
25
虚拟产品开发
报废品
市 场
设计
信
反
息
馈
虚拟加工
信
虚拟装配
息
原料 人员 产
虚拟检测
数据/信息
品
虚拟样机 评价
原动机
传动
工作
控制
2
内燃机
焊接机器人
3
2、机器的组成：
液压站
机械手
控制器 （计算机）
工业机器人
电力装置
4
零件:制造的单元
5
传动零件 轴系零件 联接零件 机架及附件
6
二、本课程的研究内容
学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。 1、联接部分：螺纹联接、键联接、销联接等。
7
二、本课程的研究内容
机械设计绪论
使用教材 ★《机械设计》 杨恩霞 主编
哈尔滨工程大学出版社出版
教学参考书
★濮良贵 纪名刚 主编《机械设计》第七版 高等教育出版社
★吴宗泽主编《机械设计》高等教育出版社
1
§0-1 本课程研究的对象和内容
一、研究对象
机械Machinery: 机器和机构的总称
1、机器Machine：
机器包括： 原动部分、工作部分、传动部分、控制部分。
部装图、零件图 技术文档
产品是否具有 创新性，很大 程度上取决于 原理方案设计， 而这正是机械 原理课程所研 究的主要内容
《 机械设计基础 》 课程学习指南
《机械设计基础》课程学习指南《机械设计基础》（80 学时）课程学习指南一、差不多情形1 、课程名称：机械设计基础课程英文译名：MACHINE DESIGN BASIS2 、要紧教材及参考书：《机械设计基础》，宋宝玉主编，哈工大出版社出版。
《机械设计课程设计》，王连明主编，哈工大出版社。
《机械设计作业指导》，陈铁鸣、王连明主编，哈工大教材科。
《机械基础实验教材》，哈工大教材科3 、教学时数80 学时（讲课：68 学时、习题课：2 学时、实验1 0 学时）4 、考核方式及记分方法：平常作业10 分实验10 分随堂测试10 分期末考试70 分二、作业与实验1、每章后的习题与作业各要紧章的课后习题作业有：第一章：P3 ：1-1 题。
第二章：P48~49 ：2-14 ，2-24 （a ）(c),2-25 题。
第三章：P67 ：3-10 ，3-12 ，3-15 题。
第四章：P83 ：4-9 题。
第五章：P103 ：5-9 题。
第六章：P136 ：6-12 ，6-13 ，6-14 ，6-15 题。
第七章：P149 ：7-9 ，7-10 题。
第八章：P160~161 ：8-5 ，8-10 题。
第九章：P170 ：9-4 题。
第十章：P194 ：10-13 ，10-14 ，10-15 题。
第十一章：P211~212 ：11-5 ，11-9 ，11-11 题。
第十二章：P230 ：12-1 ，12-4 ，12-5 题。
第十三章：P247 ：13-5 题。
第十四章：P256 ：14-4 题。
第十五章：P267 ：15-1 题。
2、设计性大作业•平面四杆机构设计•盘形凸轮机构设计•齿轮传动设计•螺旋起重器设计•轴系部件设计共五个设计性大作业，每个大作业都包括设计图纸一张和设计运算讲明书一份。
3、实验①机构运动简图测绘实验（2h ）；②齿轮范成实验（2h ）；③带传动实验（2h ）；④轴承部件拆装测绘实验（4h ）；每个实验项目都有实验指导书。
哈尔滨工程大学机械原理课件第1章
8
F＝3n－2PL－PH+ P- F ＝3 7－2 9－ 1 + 0 - 1
＝1
1
例6
F＝3n－2PL－PH ＝3 8 －2 11 －1 ＝1
§4 机构的组成原理和结构分析 1.4.1 平面机构的高副低代
根据一定的条件对平面机构中的高副虚拟地用低副来替代， 这种以低副代替高副的方法称为高副低代。 条件一：代替前后机构的自由度不变
原动件
从动件
基本杆组
二、运动链成为机构的条件：F > 0, 原动件数目等于自由度数目 平面运动链自由度计算方法和注意事项
三、机构运动简图的绘制
复
复
复
3.注意事项（续）
3
两构件间构成多个运动副
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 －1 ＝1 对
移动副导路平行 转动副轴线重合 平面高副接触点共法线
“移动副”
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 3 －1 ＝ -1
2 1
错
“转动副”
虚约束常发生在下列情况
1.轨迹重合 转动副联接的两构件上联接点的轨迹重合
2
1
5 4
3
虚
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 4－2 6 －0 + 1 ＝1
3.对传递运动不起独立作用的重复部分
3
2 1 2
虚
虚
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 4－2 4 －4 + 1 ＝1
P＝2Pl +Ph －3n ＝ 2 2 + 4 － 3 2 ＝2
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 5－25 －6 + 2 ＝1
结构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少 越好。
《机械设计》课程教学大纲
《机械设计》课程教学大纲课程名称: 机械设计课程英文名称: MACHINE DESIGN总学时:60 讲课学时:48 实验学时:12 上机学时:20（单独安排学时）学分：3课程类型：必修课开课单位：机电工程学院机械设计系授课对象: 机电工程学院机械设计制造及其自动化专业能源工程学院能源与环境工程系，飞行器推进及流体动力系其它有关专业先修课程：工程图学；材料力学；机械精度设计与检测技术；机械工程材料；金属工艺学；机械原理开课时间：第五学期教材与主要参考书：[1] 宋宝玉，王黎钦主编.机械设计.北京：高等教育出版社，2010.5.[2] 王黎钦，陈铁鸣主编.机械设计.第四版.哈尔滨工业大学出版社，2008.8.[3] 宋宝玉主编.机械设计课程设计指导书.高等教育出版社，2010.5.[4] 王连明,宋宝玉主编.机械设计课程设计.第三版. 哈尔滨工业大学出版社, 2007.12[5] 张锋,宋宝玉主编.机械设计大作业指导书.高等教育出版社，2010.5[6] 机械设计教学组编.机械设计实验教材. 哈尔滨工业大学教材科.[7] 机械设计教学组编.机械设计电算教材.哈尔滨工业大学教材科.一、课程的教学目的机械设计课程是一门用以培养学生机械设计能力的技术基础课，本课程主要研究一般工作条件和常用参数范围内的通用机械零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法，以及机械系统方案的设计与选择，其主要任务是培养学生：1．树立正确的设计思想，理论联系实际，具有创新精神；2．掌握设计或选用通用机械零部件的基本理论、基本知识和基本技能，了解机械设计的一般规律，具有设计机械传动装置和一般机械的能力；3．具有计算能力、绘图能力、运用计算机进行辅助设计的能力和运用标准、规范及查阅技术资料的能力。
4．掌握机械设计的实验原理和方法，具有进行实验研究的初步能力。
5．了解机械设计的新理论、新方法及发展趋向（了解机械设计的新发展）。
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三、学习机械设计课的目的：初步掌握机械 设计的能力 1）机械系统的总体方案设计 2）零部件工作能力设计：强度、刚度等设 计计算 3）结构设计能力
课程性质：设计性课程 技术基础课
1-2 设计机械时应满足的基本要求和步骤 一 、基本要求
1 满足需要原则 2 经济合理原则 3 可靠性原则 4 优化原则
绘制零件工作图。工作图必须符合国家制图 标准，尺寸齐全并标注必要的尺寸公差、形 位公差、表面粗糙度及技术条件等
1-4 后续课程应用到的几个基本概念
失效：机械零件在设计预定的期间内，并在规 定条件下，不能完成正常的功能
强度:是零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形 及表面失效（磨损、腐蚀除外）的能力
刚度:是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力
1-5机械设计课的特点和学习方法 课程的特点:
1实践性 2综合性
学习方法： 1 在学习本课程的同时要及时复习和巩固 有关先修课程的知识。 2 弄清设计原理和设计公式的应用条件及 公式中各量之间的相互关系
3 正确对待理论设计和经验设计的关系 4 正确处理计算与绘图的关系 5 正确对待设计计算结果 6 重视培养结构设计能力 7 注意培养综合运用所学知识的能力 8 重视培养整机设计能力 9 注意创新能力的培养及创新技法的学习
二 机械零件设计的一般程序 根据总体设计的要求，选择零件的类型
根据机器的工作情况，确定作用在零件 上的载荷，进行受力分析
根据零件的工作条件及受力情况，选择材 料及热处理方式，并确定其许用应力
根据失效分析,确定零件的设计计算准则， 并进行理论设计计算
根据计算结果，同时考虑零件的加工和装 配工艺等要求，对零件进行结构设计
6 安全性原则 7 人机工程原则 8 工艺性原则
5 标准化原则
二 、基本步骤
设计任务
调
查 调查研究
决
策
阶 段
开发计划书
研 究
试验研究
设
计
阶 技术设计
段
试
样机试制、实验
制 阶
段
技术经济评价
生产设计投 产销源自售小批试制阶
段
正式投产
销售服务
1-3 设计机械零件应满足的基本要求及 基本步骤
一 基本要求： 1 满足对零件的使用要求，并且在预定寿 命内不失效。 2 工艺性好 3 经济性好
{专用零件：气轮机的叶片；汽缸 通用零件：齿轮；螺栓 机械部件：是机械制造过程中为完成同一目 的而由若干协同工作的零件组合在一起的组 合体。例如：轴承，联轴器，发动机是机械 制造过程中
二、机械设计课的研究对象： 简单机械的设计
机械设计课的重点内容： 机械中一般工作条件下、常用参数范围
内的通用零部件的工作原理、结构特点、基 本设计理论、设计计算方法。
1-6 教学过程的安排
课堂教学： 讲大课、习题课
实践教学： 实验、大作业、小作业
课外： 科技制作
第一章 绪论 1-1 机械的组成及本课程研究对象
一、机械的组成： 1、从功能看 三个基本部分、三个辅助部分
其它辅助系统：例如润滑、显示、照明等
动力系统 传动系统
执行系统
操作系统和控制系统
飞机
舰船
汽车
2、从制造安装方面看：
任何机械设备都是由许多机械零部件 组成的。
机械零件：是机械制造过程中不可分拆的 最小单元