机械设计8952120437(1)
机械设计基础全套ppt课件
• 继承设计：根据使用经验和技术发展对已有的机械进行设计更新，以提 高其性能、降低其制造成本或减少其运用费用。
• 变型设计：为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删而发展出 不同于标准型的变型产品。
机械设计原则与方法
机械设计原则与方法
可靠性准则
可靠性是指产品在规定的使用条件下， 在预期的使用寿命内，完成规定功能 的能力。可靠性不仅与产品有关，还 与产品的使用有关。
安全性准则
安全性指产品在流通和使用过程中，有 关危害人身安全与健康的风险大小。
机械设计原则与方法
理论设计
依靠现有的科学理论和试验数据 所进行的设计。它是一种定量设 计，凡属重要和大型的结构均应
分析可靠性设计在实际应用中面临的困难，如数据获取、模型验证等，并探讨未来发展趋势， 如基于大数据和人工智能的可靠性设计等。
THANKS.
机械设计基础全套ppt 课件
目录
• 机械设计概述 • 机械零件设计基础 • 传动系统设计 • 轴系零部件设计 • 连接与紧固件设计 • 液压与气压传动系统设计 • 现代设计方法在机械设计中的应用
机械设计概述
01
机械设计定义与分类
• 机械设计的定义：根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、 力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构 思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
热处理
提高材料力学性能和使用 寿命，如淬火、回火、渗 碳等。
零件结构设计及优化
结构设计原则
01
满足功能要求，力求简单、紧凑、合理。
优化设计方法
机械设计基础概述
机械设计基础概述机械设计是一门涉及机械设备和系统设计的工程学科，它的目标是通过设计和创建机械装置来满足人们的需求。
机械设计师需要掌握一系列的基本原理和技能，同时还需要了解材料科学、动力学、流体力学等相关领域的知识。
本文将对机械设计的基础概念和流程进行概述。
一、机械设计的重要性机械设计在现代工程学中具有重要的地位和作用。
它涵盖了广泛的领域，包括汽车、航空航天、医疗设备、工业系统等。
通过机械设计，人们能够创建出高效、安全、可靠的机械装置，提高生产效率，改善生活质量。
机械设计师的工作不仅仅是设计零件和装置，还包括考虑材料选择、结构实施以及性能测试等方面。
二、机械设计的基本原理1.材料选择：在机械设计中，材料的选择非常重要。
不同的材料具有不同的性能和特点，机械设计师需要根据具体的要求选择合适的材料。
常见的机械材料包括金属材料、塑料、复合材料等。
2.力学原理：力学是机械设计的基础。
机械设计师需要了解静力学和动力学的基本原理，以便在设计过程中考虑到受力和运动的影响。
静力学涉及到平衡和力的分析，而动力学则涉及到速度、加速度和力的变化等方面。
3.热力学原理：热力学在机械设计中也起着重要的作用。
机械装置的能量转换和热效率都与热力学有关。
机械设计师需要了解热力学原理，以便在设计过程中考虑到能量损失和效率提高的问题。
三、机械设计的流程机械设计的流程一般包括以下几个步骤：1.需求分析：在机械设计之前，需要对需求进行详细的分析和了解。
机械设计师需要与客户或用户充分沟通，了解他们的需求和期望。
通过需求分析，可以明确设计目标和要求。
2.概念设计：在需求分析的基础上，进行概念设计。
概念设计是机械设计的初步阶段，设计师需要进行创造性的思考，提出多种可能的设计方案，并从中选取最佳方案。
3.详细设计：在确定了概念设计后，需要进行详细设计。
详细设计包括绘图、计算和模拟等工作，目的是确保设计的可行性和合理性。
在详细设计过程中，设计师需要考虑装置的结构、尺寸、材料等方面。
机械设计介绍课件
设计方法优化
优化设计流程：减少不必要 的步骤，提高设计效率
优化设计方案：通过分析比 较，选择最优的设计方案， 提高设计质量
采用先进的设计工具：利用 计算机辅助设计（CAD）、 计算机辅助制造（CAM）等 工具提高设计精度和效率
采用模块化设计：将复杂的 系统分解成多个模块，便于 设计和维护，提高设计灵活 性和可扩展性
机械设计的原则
功能原则：满足
1 使用需求，实现 预定功能
安全原则：保证
2 设备、人员安全， 避免事故发生
可靠性原则：保
3 证设备在规定条 件下正常工作， 减少故障率
经济性原则：在 满足功能、安全、
4 可靠性的前提下， 降低成本，提高 经济效益
设计前期准备
明确设计目标 和要求
收集相关数据 和资料
02
详细设计阶段：进行详细的结构设计、计算和选型
03
工艺设计阶段：进行工艺流程设计、工装设计、材料选择等
04
样机制造阶段：制造样机，进行试验和验证，修改和完善设计
设计后期评估
1
评估机械设 计的性能和
效率
2
检查机械设 计的安全性 和可靠性
3
评估机械设 计的成本和 生产可行性
4
评估机械设 计的环保性 和可持续性
应用领域：机械设计方法广泛应 用于汽车、航空、航天、船舶、 、详细设计、样机制造、测试 验证到产品交付的整个过程
设计工具：包括计算机辅助设计 （CAD）、计算机辅助工程 （CAE）、计算机辅助制造 （CAM）等软件工具，以及3D 打印、激光切割等先进制造技术。
案例选择
选择具有代表 性的案例，如
汽车、飞机、 1
机器人等
选择具有教育 4
机械设计ppt课件第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
2024版机械设计的基础知识
contents •机械设计概述•机械设计基本原理•机械设计常用方法与技术•机械设计中的材料选择与处理•机械制造工艺与装备选择•机械设计实践案例分析目录01机械设计概述定义与分类定义分类发展历程及现状发展历程现状现代机械设计已广泛采用CAD、CAE（计算机辅助工程分析）、CAM（计算机辅助制造）等先进技术，实现了设计、分析、制造的一体化。
未来趋势与挑战未来趋势挑战02机械设计基本原理静力学运动学动力学030201力学原理材料力学材料的力学性能研究材料在不同受力状态下的变形、破坏等行为，以及材料的强度、刚度、韧性等力学性能指标。
材料的疲劳与断裂研究材料在交变应力作用下的疲劳破坏行为，以及裂纹的扩展与断裂过程。
复合材料的力学行为研究由两种或两种以上不同性质的材料组成的复合材料的力学行为，如层合板、纤维增强复合材料等。
运动学与动力学机构运动学机构动力学机械振动与冲击03机械设计常用方法与技术创新思维方法TRIZ 理论头脑风暴法一种系统性的创新方法，通过解决矛盾和实现理想化来推动创新。
形态分析法计算机辅助设计技术CAD技术利用计算机进行辅助设计，包括建模、分析和优化等过程。
CAE技术计算机辅助工程分析，用于预测产品性能和优化设计方案。
CAM技术计算机辅助制造，将设计数据转换为制造指令，实现自动化生产。
优化设计方法及应用数学优化方法启发式优化算法多目标优化方法优化设计在机械领域的应用04机械设计中的材料选择与处理材料性能及其影响因素01020304力学性能物理性能化学性能加工性能材料选择原则与方法根据零件的使用要求，如强度、耐磨性等，选择具备相应性能的材料。
考虑材料的加工性能，选择易于加工且能保证加工质量的材料。
在满足使用性能和工艺性能的前提下，选择价格合理、来源广泛的材料。
考虑产品所处的工作环境，选择能够适应特定环境条件的材料。
使用性能原则工艺性能原则经济性原则环境因素原则表面处理与涂层技术表面处理技术01涂层技术02表面改性技术0305机械制造工艺与装备选择制造工艺类型及特点铸造工艺通过将熔融金属浇入铸型，凝固后获得所需形状的零件或毛坯，具有成本低、适应性广等特点。
机械设计的定义与条件
机械设计的定义与条件机械设计是指通过研究和应用机械工程原理和技术来设计、开发和改进机械产品或系统的过程。
机械设计旨在满足特定的功能要求，并考虑到可行性、性能、安全性和可靠性等因素。
机械设计的定义机械设计是一种创造性的过程，涉及到将原始想法转化为具体和可实施的机械产品或系统。
它不仅仅包括绘制图纸和制造产品的过程，还涉及到从概念设计到详细设计的全过程。
在机械设计中，设计师需要了解机械工程原理，运用相关的技术和工具，如计算机辅助设计软件和模拟仿真工具，以确保设计的可行性和有效性。
机械设计的条件机械设计需要满足一些条件，以确保设计的质量和可靠性。
以下是一些常见的机械设计条件：1.功能要求：机械设计必须满足所需功能和性能指标。
设计师需要明确理解用户的需求和使用环境，以确保设计能够满足这些要求。
2.可行性：机械设计必须在技术和经济可行的范围内进行。
设计师需要考虑材料、制造工艺、生产成本等因素，以确保设计的可行性。
3.安全性：机械设计必须考虑使用过程中的安全性。
设计师需要识别潜在的危险因素并采取措施来降低风险，如添加安全装置或采用符合相关标准的设计。
4.可靠性：机械设计必须具有足够的可靠性和耐久性，以应对长时间和重复使用的需求。
设计师需要在设计中考虑寿命预测、材料强度和可维护性等因素。
5.环境要求：机械设计必须考虑环境因素对产品性能和寿命的影响。
设计师需要考虑温度、湿度、腐蚀等因素，以选择适合的材料和涂层。
机械设计是一个综合性的过程，涉及到多个学科和技术领域的知识。
设计师需要具备创造性思维、实践经验和专业知识，以实现优秀的机械产品和系统设计。
参考资料：机械设计与工艺原理](https:___)机械设计学](https:___)。
2024版机械设计基础全套PPT电子课件教案完整版
机械设计基础全套PPT电子课件教案完整版目录•机械设计概述•机械零件设计基础•机构设计基础•连接与紧固设计•传动设计•轴系零部件设计•机械设计实践与应用01机械设计概述机械设计的定义与重要性定义机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
重要性机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要因素。
功能需求原则可靠性原则经济性原则安全性原则机械设计的基本原则设计应满足机器或设备的预定功能要求。
设计应追求最佳的经济效益，包括降低成本、提高生产率和产品质量等。
设计应确保机器或设备的可靠性，使其在规定的条件下和规定的时间内完成规定的功能。
设计应确保机器或设备在使用过程中的安全性，防止对人员和环境造成危害。
机械设计的发展历程与趋势发展历程从传统的经验设计、类比设计到现代的优化设计、创新设计，机械设计经历了从简单到复杂、从低级到高级的发展过程。
发展趋势未来机械设计将更加注重创新、智能化、绿色化和人性化等方面的发展，同时还将涉及到更多的新材料、新工艺和新技术等领域。
02机械零件设计基础包括齿轮、带轮、链轮等，用于传递动力和扭矩。
传动零件包括轴、轴承、联轴器等，用于支撑和定位旋转部件。
轴系零件包括螺栓、键、销等，用于连接和固定各部件。
连接零件包括密封垫、密封圈等，用于防止泄漏和保持压力。
密封零件机械零件的分类与功能满足功能要求，保证可靠性，降低成本，便于制造和装配。
设计准则理论设计、经验设计、模型试验和有限元分析等。
设计方法运用数学优化方法，寻求最佳设计方案。
优化设计机械零件的设计准则与方法机械零件的材料选择与强度计算材料选择根据零件的工作条件和性能要求，选择合适的材料，如钢、铸铁、有色金属等。
强度计算根据零件的受力情况和材料的力学性能，进行强度校核和寿命估算。
机械设计基础概述
机械设计基础概述机械设计是一门涉及工程学、物理学、材料学和数学等多学科交叉的学科，旨在通过系统地设计和分析机械产品、机械系统和机械结构，以满足特定需求和目标。
本文将对机械设计的基础知识进行概述，介绍其主要内容和设计方法。
一、机械设计的基本原理机械设计的基本原理包括力学基础、工程材料和结构强度分析。
力学基础涉及牛顿力学、静力学和动力学等，用于分析物体的运动和受力情况。
工程材料研究材料的性能和特性，包括强度、刚度、耐磨性等，并选择合适的材料用于设计。
结构强度分析是通过应力和应变的计算和验证，保证设计的机械结构能够满足使用要求。
二、机械设计的基本步骤机械设计的基本步骤包括需求分析、概念设计、详细设计和制造及试验验证。
需求分析是通过与用户沟通和研究市场需求，明确设计的目标和要求。
概念设计阶段是通过草图、模型和计算，生成初步的设计方案。
详细设计阶段考虑设计的可行性和可制造性，并进行更加精细的设计。
最后，制造及试验验证阶段将设计转化为实际的产品，并进行制造和测试来验证设计的可行性和性能。
三、机械设计的常用工具和软件机械设计中常用的工具包括CAD（计算机辅助设计）软件和CAE （计算机辅助工程）软件。
CAD软件用于绘制、建模和分析机械产品和结构，如AutoCAD、SolidWorks等。
CAE软件用于进行工程分析和仿真，如ANSYS、ABAQUS等。
这些工具和软件能够提高设计效率和准确性，提供全面的设计评估和优化选项。
四、机械设计的发展趋势随着科技的进步和工业的发展，机械设计领域也在不断演变和进步。
其中，数字化设计和智能化制造是当前的发展趋势。
数字化设计利用先进的计算机技术和软件，实现设计的数字化、模拟化和虚拟化，使得设计过程更加高效和精确。
智能化制造则借助人工智能、物联网和大数据等技术，实现机械产品的智能化生产和智能化运行。
结论机械设计是一门应用广泛的学科，涉及面广且复杂。
本文对机械设计的基础概述进行了简要介绍，包括基本原理、设计步骤、常用工具和软件以及发展趋势等。
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胶合、磨损、塑性变形等失效运用上述准则，并作相应考虑
具体工作条件下，如何运用上述准则
工作条件
软齿面 闭式传动 (硬度 ≤ 350HBS)
硬齿面 (硬度 > 350HBS)
设计准则 按齿面接触疲劳强度条件设计 按轮齿弯曲疲劳强度条件校核 按轮齿弯曲疲劳强度条件设计 按齿面接触疲劳强度条件校核
开式传动
按轮齿弯曲疲劳强度条件设计
为降低装配精度要求，取 b1 = b2 + (5~10) mm
1
不能全
2
பைடு நூலகம்
齿啮合
1
保证全
2
齿啮合
b2 = b = ψd d1 齿宽应圆整
b1=b2
b1>b2
提高齿面接触疲劳强度的主要措施
减小接 触应力
增大许 用应力
● 增大齿轮直径 d 或中心距 a ； ● 适当增大齿宽 b ； ● 提高齿轮精度等级、降低齿面粗糙度值 ； ● 改用机械性能更好的齿轮材料； ● 改变热处理方法，提高齿面硬度。
– 摩擦型带传动,过载保护
– 中心距大，传动距离远， 结构简单，成本低廉，装 拆方便
• 摩擦型带传动:
– 弹性滑动，传动比不能恒定 – 不宜用于高温、易燃等场合
• 外廓尺寸较大，结构不紧 凑
效率较低
注意事项
• 为便于调节轴间距离和初拉力，没有张紧轮的传动，要求 其中一根轴的轴承位置能在带长方向移动
机械设计8952120437(1)
2020/8/14
（一）概述 1、带传动的特点
传动功率一般 P≤80kW、 线速度v=5~25(40)m/s、 传动比2~4(10)
• 传动原理:
以张紧在至少两轮上带 作为中间挠性件，靠带 与轮接触面间产生摩擦 力来传递运动与动力
• 优点：
– 弹性，能缓冲、吸振，故 传动平稳、噪声小
故，设计时应取σHP = min {σHP1, σHP2} 求出 d1 →选择 z1 →计算 m = d1/z1 →计算 a = m(z1+z2)/2 模数 m 应向大的方向靠标准值，且 m ≥ 1.5； 按标准模数反算 d1、d2，至少精确到小数点后两位； 中心距 a 应为整数，便于箱体座孔的加工测量， 若 a 不是整数，则将其圆整，并对齿轮进行变位。
1. 齿轮材料 金属材料
45钢 中碳合金钢 低碳合金钢 铸钢 铸铁
最常用，经济、货源充足 35SiMn、40MnB、40Cr等 20Cr、20CrMnTi等 ZG310-570、ZG340-640等 HT350、QT600-3等
非金属材料 塑料、夹布胶木等
选材时考虑：工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等 齿轮毛坯锻造 — 选可锻材料；铸造 — 选可铸材料
齿根弯曲应力：
Fn=Ft /cosα
分子、分母 同除以 m 2
σF
弯矩：M = F1 ·hF = K FncosαF ·hF 抗弯剖面系数：W = b ·SF2/6（矩形截面 ）
对称布置
取小值
④ 齿轮非对称布置、轴的变形 原动机
载荷集中
电动机 多缸内燃机
均匀 1.0 ～ 1.2 1.2 ～ 1.6
工作机械的载荷特性 中等冲击
1.2 ～ 1.6 1.6 ～ 1.8
较大冲击 1.6 ～ 1.8 1.9 ～ 2.1
齿面接触疲劳强度条件
（校核式）
讨论
齿面接触疲劳强度主要取决于分度圆直径 d d 越大， σH 越小, 接触强度 越高 (Fn 减小;齿廓平直)
• 传动的结构便于V带的安装与更换，应考虑带传动的防护 • 水平或接近水平的带传动，带的紧边在下，松边在上 • 平带传动与V带传动的小轮包角，应分别大于160度与120
度 • 当两带轮中心线与水平线的夹角大于60度时，其传递的动
力比水平状态递减 • 使用中更换V带时，新带的标准长度应与原设计一致 • 多根V带传动，为使各V带间的载荷分配均匀，V带的配组
原因： 根部受交变弯曲应力作用
根部应力集中、材料较脆 ➢过载折断 (静强度问题)
弯曲疲劳极限
原因： 脆性材料、突然过载或冲击
措施：增大齿根圆角半径、 提高齿面精度、正变位、 增大模数（主要方法）等
(二) 设计准则
失效形式
齿面间的接触疲劳点蚀 轮齿的弯曲疲劳折断
设计准则
齿面接触疲劳强度条件 轮齿弯曲疲劳强度条件
允差应符合国标规定 • 在易燃易爆场合下工作，应选用抗静电性能的传动带 • 对长期使用的带传动为了延长带的寿命，应限制初拉力F0
本章小结
● 带传动的工作原理及特点
摩擦传动，结构简单，中心距大，平稳，吸振，适 合于高速级（转速高则转矩小，有利于带传动） ● 带传动受力分析、应力分析 F、Ff、F1、F2、F0之间的关系，欧拉公式的含义； 三种应力，变化规律，与带传动参数之关系
ⅠⅡⅢ
齿厚下偏差代号
齿厚上偏差代号 若三项精度相同，则记为： 8－FL
2. 计算载荷
计算载荷(考虑实际因素的载荷) 名义载荷(理论载荷)
载荷系数
① 原动机与工作机的工作特性 振动、冲击
② 齿轮制造误差、两基节不等 附加动载荷
③ 制造与安装误差，对于同时参 与啮合的两对轮齿 载荷分配不等
斜齿、 速度低、 精度高、 齿宽小、
3、齿轮传动的精度等级
GB10095-1988将齿轮精度分为三个公差组： 第Ⅰ公差组 － 反映运动精度，即运动的准确性； 第Ⅱ公差组 － 反映工作平稳性精度； 第Ⅲ公差组 － 反映接触精度，影响载荷分布的均匀性。
每个公差组有12个精度等级，1级最高，12级最低。 常用6～9级。且三个公差组可取不同等级。 精度标注示例： 8－8－7－FL 按表选取精度等级
● 弹性滑动 产生的原因，不可避免，使传动比不恒定，与打滑 有本质区别
● 失效形式及设计准则 打滑、疲劳破坏；在保证不打滑的前提下使带具有 足够的疲劳寿命
二、齿轮传动的失效形式及
设计准则
Fn
(一) 失效形式
轮齿折断
➢疲劳折断
现象： 齿根处产生裂纹
扩展
断齿
全齿折断—常发生于齿宽较小的齿轮 局部折断—常发生于斜齿轮或齿宽较大的直齿轮
模数 m 的大小对接触强度无直接影响 两齿轮的接触应力相等，σH1＝σH2
d1＝m z1
齿宽 b 的大小应适当， b 过大会引起偏载
为限制齿宽，令： 则 b =ψd d1
— 齿宽系数 根据具体情况选取
将 b =ψd d1 代入校核式，整理后得设计式：
（设计式）
因σH1 = σH2，而σHP1 ≠ σHP2 σHP 越小，强度越低， 应按强度低的齿轮设计，