【课件】第2章机械零件设计总论改精品版
第二章 机械设计总论
§2-3
二、 经济性要求： 经济性要求：
对机器的主要要求
一、使用功能的要求：要满足预期的使用要求 使用功能的要求：
1）设计制造经济性——成本低 设计制造经济性——成本低
最大限度地采用标准化 系列化及通用化的零 部件。 最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零、部件。 标准化、 的零、 采用现代设计方法，使设计参数最优化。 采用现代设计方法，使设计参数最优化。 尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。 尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。 改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。 改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。
失 共振 胶合 效 (打滑) 打滑) (脱链) 脱链)
零件本身的 固有频率与 激振源的频 率重合或成 整数倍关系
摩擦功在接触 表面间产生瞬 时高温, 时高温,将表面 油膜破坏， 油膜破坏 ， 使 得接触表面间 材料微观熔化 后粘焊现象
带传动中由于 过载导致带与 轮之间发生全 面相对滑动的 现 象
链传动中由于 铰链销轴磨损 导致链节距过 长产生脱链的 现 象
机器可靠性的高低是用可靠度来衡量的。机器的可靠度R， 机器可靠性的高低是用可靠度来衡量的 。 机器的可靠度 ， 是指在规定的使用 时间内和预定的环境条件下机器能够正常工作的概率。机器不能正常工作， 时间内和预定的环境条件下机器能够正常工作的概率。 机器不能正常工作，即机器 由于某种故障而不能完成其预定的功能叫做失效。 由于某种故障而不能完成其预定的功能叫做失效。失效和正常工作是相互独立的一 对互斥事件。因此机器失效的概率F应当为 应当为： 对互斥事件。因此机器失效的概率 应当为：F=1-R。机器的可靠性也是机器的一种 。 固有属性。作为机器的设计者，当然对机器的可靠性能起到决定性的作用。 固有属性。作为机器的设计者，当然对机器的可靠性能起到决定性的作用。
机械零件设计总论52页PPT
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一
机械制造装备设计第二章课件 金属切削机床设计
机械制造装备设计(国家精品课程)目录第一章机械制造装备设计方法第二章金属切削机床设计第三章典型部件设计第七章机械加工生产线总体设计第五章机床夹具设计第二章金属切削机床设计第一节概述第二节金属切削机床设计的基本理论第三节金属切削机床总体设计第四节主传动系设计第五节进给传动系设计第六节机床控制系统设计2.1.1 机床设计应满足的基本要求• 1.机床的工艺范围：机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力，包括加工作业功能（能干什么）和加工作业空间（尺寸范围）。
•a)通用机床具有较宽的工艺范围，在同一台机床上可以满足较多的加工需要，适用于单件小批生产。
•b)专用机床是为特定零件的特定工序而设计的，自动化程度和生产率都较高，但它的加工范围很窄。
•c)数控机床则既有较宽的工艺范围，又能满足零件较高精度的要求，并可实现自动化加工。
2.1.1 机床设计应满足的基本要求•工艺范围之加工作业空间（尺寸参数）机床名称主参数第2主参数普通车床车身上工件最大回转直径工件最大长度摇臂钻床最大钻孔直径最大跨距坐标镗床工作台工作面宽度工作台工作面长度外圆磨床最大磨削直径最大磨削长度2.1.1 机床设计应满足的基本要求• 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。
• 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
• 4.机床的刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于工件在影响加工精度方向变形的能力。
包括静态刚度、动态刚度、热态刚度。
主轴箱温升引起的综合变形2.1.2 机床模块化设计方法选配具有不同性能的，可以互换选用的模块数控车床模块化方案关键：a.模块接合部设计b.模块快速配置和更换2.2 金属切削机床设计的基本理论（一）机床的运动学原理工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来完成的。
机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需要的运动功能配置。
金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必须的运动和动力。
机械系统设计第2章机械系统的方案设计与总体设计.pptx
例如： 化学能
热能
机械能
内燃机能量流
包装物件 包装容器
包装机械 包装机械物料流
包装后成品
光强信号
照相机
光圈电机信号
图像信号
调整电机控制信号
傻瓜照相机信息流
在一些较复杂的机械系统中，能量流、物料流和信息流都 存在，如自走式合物联合收获机。
从这个意义上讲，机械系统可抽象为：实现输入的能量、物
料、信息和输出的能量、物料、信息转化的函数关系的机械装置。
三、确定工艺原理（“黑箱”变成“玻璃箱”）
表示机械系统的“黑箱”建立以后，打开“黑箱”， 实现 “黑箱”的透明化就成为了主要工作。
确定“黑箱”作业对象（物料、能量、信息）转化的工艺原 理，是打开“黑箱”的先决条件。
所谓工艺原理是指自然科学中各种定理、定律、原理及效 应的具体应用。
对于作业对象的一种转化，可以采用不同的工艺原理。
决策论
原
理
功能载体组合
模糊数学
方
功能原理方案(多个)
案
设
原理试验
计
评价决策
最优原理方案
原理参数表、方案原理图
阶 段
步骤
总体设计
结构设计
造型设计
技 结构价值分析
造型价值分析
结构方案(多个) 外观方案(多个)
术
试验
试验模型
设
评价决策
评价决策
最优结构方案 最优造型方案
计
最优技术设计方案
总体布置图、装配 总体效果图、
第二章 机械系统的方案设计与总体设计
第一节 机械系统的方案设计
看课本P16表1-1
计划
研究计划书、设计任务书 调查初研步究设计、方案设计
第2章-机械系统设计(8机座和机架)PPT课件
作用：它既承受其它零部件的重量和工作载荷．又 起保证各零部件相对位置的基准。
分类 机座类——各种机床的床身 底座类——电动绞车的底座 箱体类——减速器的箱体、车床床头箱的箱体
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2 机械系统设计—机座和机架
结构形状
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4
2 机械系统设计—机座和机架
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5
2 机械系统设计—机座和机架
2、机座和箱体受到弯曲或扭转载荷时，截面形状对 于它们的强度和刚度有着很大的影响。
3、正确设计机座和箱体的截面形状，在既不增大截 面面积，又不增大零件质量的条件下，来增大截面系 数及截面的惯性距，从而提高它们的刚度和强度。
2 机械系统设计—机座和机架
机座的典型结构
(1)方形截面机座 结构简单，制造方便，箱体内有较 大的空间来安放其它部件；但刚度稍差，宜用于载荷
任何机械都会发生不同程度的振动。动力、锻压一类机械 尤其严重。即使是旋转机械，也常因轴系的质量不平衡等多种 原因而引起振动。机械设备的振动频率一般约在10~100Hz范围。
由于外界因素的干扰，一般生产车间地基的振动频率约为 2~60Hz，振幅约为1~20μm。
隔振的目的就是要尽量隔离和减轻振动波的传递。常用的方 法是在机器或仪器的底座与基础之间设置弹性零件，通常称为 隔振器或隔振垫，使振波的传递很快衰减。
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机体的结构工艺性
1、减小加工面积； 2、加工表面与非加工表面要区分开； 3、被加工面在同一平面内。
机架零件的结构设计
一、机体的结构形式（以减速器为例）
剖分式：装拆方便，但结构复杂
整体式：刚度高，结构简单，装拆不方便
机体的几何造型
1、从工业美学角度考虑； 2、方型箱体，内六角螺钉、内凸缘、内筋板。
设计机械零件时应满足的基本要求
可靠度=正常工作数／总数
其它：破坏正常工作条件引起的失效（联接松 动、带传动打滑、腐蚀、过热......）
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§2—7 机械零件的设计方法
理论设计 经验设计 模型实验设计
一．理论设计
σ＝Ｆ／Ａ ≤σlim／ｓ
计算 ②σlim的取值
第二章 机械设计总论
§2—4 设计机械零件时应满足的基本要求
强度、刚度、寿命、工艺性、经济性、可靠性等
失效 —机械零件由于某种原因不能正常工作 §2—5 机械零件的主要失效形式及计算准则 一 失效形式→强度、刚度、振动稳定性、
破坏正常工作条件 二 计算准则→ ┌强度准则
├刚度准则 ├振动稳定性准则 └其它准则
└推荐使用： 标准直径
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（一）强度准则 工作应力≤许用应力
（1）失效形式
(2)计算准则
1. 整体强度
静→整体┌整体断裂(脆性材料) B S ┐ 静
应 破坏└过大的残余变形） S S┘ 强
力
（塑性材料）
度
变应力→ 疲劳破坏→疲劳断裂（塑、脆性材料）
2. 表面强度 r S →疲劳强度
表面磨损 p ≤［ p ］（压强） →耐磨性（条件性）
三 .有色金属：有特殊性能(减摩、抗腐、电…） 价昂→少用
四. 非金属： 塑料、橡胶、玻璃
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§2—10 机械零件设计中的标准化
标准化：
两重含意／按有关标准设计机械零件 ＼尽量选用标准件
分类┬按运用范围→ 国际ISO、国家GB、部标 (JB、YB、QB)、企业标准
└使用强制性 → ┬必须执行：制图、公差、 形位……
表面压溃 σj≤ [σj] （挤压应力) →挤压强度 接触疲劳 σH≤[σH] (接触应力) →接触强度(点蚀)
机械系统设计第2章PPT课件
第2章 总体设计
2.3 方案评价
1.客分观析性评原价则是从评多价个人设员计应方站案在中客选观择、最公佳正设的计立方场， 实 案事的求重是要地途进径行。评价。
2.23..可1 比评性价原的则原被则评价的方案之间在基本功能、基
本属性和评价强度等方面应具有可比性。 3.合理性原则 选择的评价指标应能够合理地反映
需求的发现和满足既是产品设计的起源，也是产 品设计的归宿。
第2章 总体设计
1)需求的分类 ①按需求性质划分：物质需求和精神需求； ②按需求特征划分：功能型、经济型、节能型和环 保型等； ③按需求目的划分：生活需求(生存需求和享受需求) 和生产需求。 2)需求的基本特征 ①多样性 用户会有不同的需求； ②可变性 随着社会发展、经济水平提高、人们观念 更新、社会环境变化而发生改变和拓展； ③差异性 由于经济平衡、环境不同和使用条件差别 等因素影响，市场需求也会存在很大差异；
自行车—代步功能和座骑功能是必要功能；而货物 架、书包架等实现的载物功能一般可以认为是辅助功 能。
冰 箱—冷藏冷冻食品功能和保温功能是冰箱的 必要功能；而分隔方便查找功能则是冰箱的非必要功 能。
第2章 总体设计
2)功能分析的方法 系统论：产品可以看作是技术系统； 控制论：由物质、能量和信息三大要素组成。
振摆式、振动式等； ③按壳体的结构形式 可分为整体式、剖分式等； ④按机架的结构形式 可分为悬臂式、单柱式、
龙门式、组合式等； ⑤按动力机的安放位置 可分为前置式、中置式、
后置式等。 3.总体布置示例
示例：车床的总体布置 图2-12
第2章 总体设计
图2-12 车床的总体布置示例
Байду номын сангаас
第2章 总体设计
机械零件设计总论共53页PPT
END
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
机械零件设计总论
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的
机械设计2设计总论
一台完整的机器的组成如下：原动机部分传动部分执行部分润滑、显示、照明等辅助部分控制系统传感器传感器传感器对机器的主要要求：使用功能经济性界面友好可靠性其它专用要求§2.2 设计机器的一般程序机器设计的一般过程：计划阶段需求分析、明确功能、制定设计任务书。
方案设计阶段对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出可行的方案。
技术设计阶段绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部件的外形、基本尺寸和零件工作图。
技术文件编制阶段设计说明书、使用说明书、零件明细表、产品验收条件等。
机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。
常见的失效的形式有：因强度不足而引起的断裂；过大的塑性（残余）变形；因刚度不足而引起的过大弹性变形；零件的表面破坏，如磨损、腐蚀和接触疲劳等；破坏正常工作条件引起的失效，如打滑、过热、联接松动、泄漏、运动精度达不到要求等。
机械零件的失效实例齿轮轮齿折断轴承内圈破裂机械零件的失效实例轮齿塑性变形轴承外圈塑性变形机械零件的失效实例齿面接触疲劳轴瓦磨损§2.4 设计机械零件的基本要求一、避免在预定寿命期内失效的要求零件有足够的强度、刚度、寿命。
二、结构工艺性要求在具体的生产条件下，零件要便于加工而加工费用又很低。
三、经济性要求四、动力性能要求五、可靠性要求为了提高零件的可靠性，应当在工作条件和零件性能两个方面使其随机变化尽可能小。
§2.5 机械零件的设计准则设计零件时，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。
可靠性准则当计及随机因素影响时，仍应采用的准则。
强度准则一般，强度准则是指零件中的应力不得超过许用值，可以是静应力强度、动应力强度、冲击强度或接触强度，其代表性表达式为：刚度准则是指零件在力作用下的弹性变形量不得超过许用值。
第二章机械设计总论
五、可靠性要求 零件的失效是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环
ab3))、合降理环低提能境高耗保自护动化水平和生产率。 cd降色))适采低彩当用噪协延可声 调长靠机（、的器密7密0寿封~封命8，等0（减dB润少）滑或，系消统除净、渗化表漏废面现水保象、护）废气、废液，
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§2-4 机械零件的主要失效形式
机械零件的失效： 机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。
轮齿塑性变形
轴承外圈塑性变形 20
轴瓦磨损
齿面接触疲劳
失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等原因。
统计结果显示： 断裂仅占4.79%; 腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。
--主要失效原因。
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§2-5 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：
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
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机械厂装配车间输送带传动装置设计
1、设计条件
1） 机器功用 由输送带传送机器的零、部件； 2） 工作条件 单向运输，轻度振动，环境温度不超过40℃； 3） 运动要求 输送带运动速度误差不超过5％； 4） 使用寿命 十年，每年300天，每天16小时； 5） 检修周期 一年小修，两年大修； 6） 生产厂型 中型机械厂； 7） 生产批量 中小批生产。
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三、经济性要求 零件的经济性首先表现在零件的生产制造成本上。
▲简化零件的结构，降低材料消耗； ▲采用无余量、少余量的毛坯，减少加工工时； ▲采用廉价而充足的材料代替昂贵材料； ▲大型零件采用组合结构而非整体结构； ▲尽量采用标准件。