機(jī)械原理及設(shè)計(jì)（Ⅱ）第二章機(jī)械設(shè)計(jì)總論Monday,February6,20231課件第二章機(jī)械設(shè)計(jì)總論§2-1設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)應(yīng)滿足的基本要求§2-2設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序§2-3機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述§2-4機(jī)械零件的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2課件一、機(jī)器的組成（本節(jié)將以汽車為例講述機(jī)器的組成）§2-1設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)應(yīng)滿足的基本要求1·動(dòng)力部分：原動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力（蒸汽機(jī)、電動(dòng)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(pán)、車身）3·傳動(dòng)部分：轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)（離合器、變速箱、傳動(dòng)軸、差速器等）4·控制部分：控制運(yùn)行狀態(tài)（方向盤(pán)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、排擋桿及其它各種操作手柄及剎車、油門(mén)、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(hào)（潤(rùn)滑、照明、顯示、信號(hào)等）3課件1·功能要求（或使用要求）：如起動(dòng)、轉(zhuǎn)彎半徑、噸位速度、制動(dòng)2·經(jīng)濟(jì)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(pán)、車橋等）3·安全性與勞動(dòng)保護(hù)要求：安全裝置（氣囊、安全帶）、噪聲4·生態(tài)環(huán)境的要求：環(huán)境保護(hù)（尾氣、噪聲）5·人機(jī)工程與造型：操作習(xí)慣、外型美觀，符合美學(xué)原則二、對(duì)機(jī)器的主要要求:（以汽車為例）6·可靠性要求：在規(guī)定的使用條件及使用期限內(nèi)不出故障7.其它專用要求：特殊要求（防彈、越野等）

5課件§2-2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(guò)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(lái)闡述設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序。設(shè)計(jì)的各個(gè)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(huì)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(lái)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(lái)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快設(shè)計(jì)速度，縮短開(kāi)發(fā)周期，使產(chǎn)品盡快地進(jìn)入市場(chǎng)、占領(lǐng)市場(chǎng)，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。6課件樣機(jī)試制、檢測(cè)、驗(yàn)收、改進(jìn)原型的設(shè)計(jì)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)、不斷提高市場(chǎng)調(diào)研、比較分析并擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)如:開(kāi)發(fā)的噸位、市場(chǎng)的占有率、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、性能的先進(jìn)性等

計(jì)劃階段(提出問(wèn)題)技術(shù)設(shè)計(jì)階段

(解決問(wèn)題)試制鑒定階段

(驗(yàn)證問(wèn)題)方案設(shè)計(jì)階段

(分析問(wèn)題)產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型批量生產(chǎn)階段對(duì)機(jī)器進(jìn)行功能分析，組合出設(shè)計(jì)方案以供選擇，評(píng)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(wú)駕駛室；傳動(dòng)方案（皮帶、鏈、傳動(dòng)軸）等運(yùn)動(dòng)分析：原動(dòng)機(jī)參數(shù)--各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)力分析：由運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算零件所受載荷的大小零件工作能力分析：由載荷進(jìn)行零件的初步設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及技術(shù)文件編制：繪圖（總裝圖、部件圖、零件圖）、編制技術(shù)文件（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、工藝文件、標(biāo)準(zhǔn)件、自制件、外協(xié)件明細(xì)表、使用說(shuō)明書(shū)）等7課件二．機(jī)械設(shè)計(jì)中的“三化”1·標(biāo)準(zhǔn)化：對(duì)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(dòng)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(duì)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(gè)輔助尺寸不同的產(chǎn)品，稱為不同的系列（如：滾動(dòng)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）9課件我國(guó)標(biāo)準(zhǔn):

國(guó)標(biāo)(GB)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如JB)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn):

ISO標(biāo)準(zhǔn)三．機(jī)械零件設(shè)計(jì)步驟1．類型選擇（選型）：選擇符合要求的零件類型與結(jié)構(gòu)2．受力分析：計(jì)算載荷、求作用力3．材料選擇：選擇合適的材料5．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)工藝及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4．承載能力計(jì)算：分析零件的失效形式，確定計(jì)算準(zhǔn)則，確定零件的基本尺寸設(shè)計(jì)是一個(gè)邊計(jì)算、邊畫(huà)圖、邊修改的反復(fù)過(guò)程，上述步驟要反復(fù)地進(jìn)行才能設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的產(chǎn)品來(lái)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)內(nèi)容之一標(biāo)準(zhǔn)分類6．校核計(jì)算、畫(huà)零件工作圖、編寫(xiě)技術(shù)資料10課件四．機(jī)械零件的常規(guī)設(shè)計(jì)方法：1·經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)對(duì)某類零件已有的設(shè)計(jì)與使用實(shí)踐而歸納出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計(jì)者本人的經(jīng)驗(yàn)用類比的辦法所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。如：箱體、機(jī)架、傳動(dòng)零件的各結(jié)構(gòu)要素等，一般用在不重要的場(chǎng)合。2·模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：對(duì)一些尺寸巨大而結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件尤其是一些重型整體機(jī)械零件，為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，可采用此方法。即根據(jù)相似理論的方法做模型，從對(duì)模型的模擬工作狀態(tài)中取得數(shù)據(jù)后再作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步的修改，直至完善。如：飛機(jī)的風(fēng)洞試驗(yàn)、橋梁、水壩、大型的發(fā)電機(jī)組（從小到大逐步開(kāi)發(fā)）。3·理論設(shè)計(jì)：根據(jù)在模型實(shí)驗(yàn)與科學(xué)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，應(yīng)用形式有：⑴設(shè)計(jì)計(jì)算（由已知載荷與材料性能求零件的尺寸）；⑵校核計(jì)算（已知零件尺寸，校核其是否滿足使用的要求）。11課件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度條件：有二種表達(dá)形式失效形式：塑變或斷裂（靜強(qiáng)度斷裂、疲勞斷裂）一1．應(yīng)力表示法：正應(yīng)力剪應(yīng)力2．安全系數(shù)表示法：正應(yīng)力剪應(yīng)力13課件討論：σ越小，或Sca越大，則強(qiáng)度越好?說(shuō)明：1·σlim為極限應(yīng)力，即：

σB強(qiáng)度極限---靜強(qiáng)度斷裂；

σs屈服極限---塑性變形；

σr疲勞極限---疲勞斷裂（在第三章講述）

σHlim接觸疲勞極限---疲勞點(diǎn)蝕（在第三章講述）

2·Sca為計(jì)算的安全系數(shù)

3·τ也與之相同14課件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：剛度準(zhǔn)則失效形式：過(guò)大的彈性變形問(wèn)：合金鋼代替碳鋼能否提高零件的剛度？二剛度條件：彎曲剛度：撓度y≤[y]扭轉(zhuǎn)剛度：扭轉(zhuǎn)角φ≤[φ]

TφT偏轉(zhuǎn)角θ≤[θ]yθ15課件振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：固有頻率f與激振頻率fp之間滿足0·85f＞fp或1·15f＜fp的關(guān)系。四失效形式：破壞正常的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工作，當(dāng)條件被破壞是就不能正常工作，從而導(dǎo)致失效。如表現(xiàn)為：帶傳動(dòng)及摩擦輪傳動(dòng)中，傳遞的有效圓周力大于臨界摩擦力，將發(fā)生打滑的失效。完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承中的完整潤(rùn)滑油膜被破壞，將發(fā)生過(guò)熱、膠合、磨損等失效。高速轉(zhuǎn)動(dòng)的零件（轉(zhuǎn)子）的固有頻率接近激振頻率時(shí)將發(fā)生共振引起振幅過(guò)大，引起斷裂的失效。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：防止零件的正常工作條件被破壞，避免失效的發(fā)生。如采用限制工作載荷、供油充分、避開(kāi)激振頻率（振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則）等來(lái)確保零件的正常工作條件17課件