俞愛林廣東工業(yè)大學機電學院電話：39322212EMAIL：allan75@126.com機械設(shè)計

DesignofMachinery

第2章機械設(shè)計總論2-1機械的組成2-2

設(shè)計機器的一般程序2-3

對機器的主要要求2-4機械零件的主要失效形式及其設(shè)計準則2-5

設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的基本要求2-6

機械零件的設(shè)計方法及步驟2-7機械零件的材料及其選用2-8

機械零件設(shè)計過程中的標準化本章重點：掌握機械零件的主要失效形式一、機器的組成§2-1機器的組成原動機部分傳動部分控制系統(tǒng)執(zhí)行部分輔助系統(tǒng)，例如：潤滑、顯示、照明等產(chǎn)品規(guī)劃結(jié)構(gòu)方案設(shè)計原理方案設(shè)計總體設(shè)計施工設(shè)計試制、批量生產(chǎn)、銷售可行性報告設(shè)計任務(wù)書原理方案圖結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖總裝配圖部裝圖、零件圖技術(shù)文檔機械設(shè)計基礎(chǔ)內(nèi)容§2-2設(shè)計機器的一般程序計劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計技術(shù)文件的編制一、機器的主要要求§2-3對機器的主要要求使用功能要求

能夠準確實現(xiàn)預定的功能經(jīng)濟性要求勞動保護和環(huán)境保護要求壽命與可靠性要求

預定的壽命內(nèi)不能失效，工作可靠其他專用要求失效：喪失預定功能或預定功能指標降低到許用值以下。失效的主要形式是破壞，但不僅僅指破壞。常見主要失效形式有：斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂表面點蝕：工作表面片狀剝落塑性變形：零件發(fā)生永久性變形過大彈性變形表面破壞過大振動和噪聲、過熱等例如軸可能的失效形式：斷裂、塑性變形、過大彈性變形、共振強度問題剛度問題耐磨性問題Fn§2-4機械零件的主要失效形式及其設(shè)計準則一、機械零件的常見失效形式工作能力：不失效條件下零件的安全工作限度這個限度通常是以零件承受載荷的大小來表示，所以又常稱為“承載能力”如：吊鉤最大起重量——50kN工作能力或承載能力——50kN工作能力準則：衡量零件工作能力的指標對零件設(shè)計，針對其主要失效形式選擇適合的工作能力準則進行設(shè)計具體有：強度準則、剛度準則、耐磨性準則、振動穩(wěn)定性準則、耐熱性準則50kN二、設(shè)計準則—工作能力準則1強度準則機械零件工作能力的最基本準則強度：材料抵抗斷裂或殘余變形的能力強度準則：工作應(yīng)力≤許用應(yīng)力

σ≤[σ]或τ≤[τ]針對失效形式：斷裂、疲勞破壞、殘余變形典型零部件：軸、齒輪、帶輪等正應(yīng)力：剪應(yīng)力：極限應(yīng)力表面磨損:p≤[p](比壓、壓強)→耐磨性表面壓潰:p≤[p](擠壓應(yīng)力)→擠壓強度接觸疲勞:

H≤[H](接觸應(yīng)力)→接觸強度(點蝕)（齒輪為例）表面強度→疲勞破壞整體斷裂(脆性材料)過大的殘余變形（塑性材料）→整體

破壞靜強度→疲勞斷裂(塑、脆性材料)→疲勞強度整體強度變應(yīng)力靜應(yīng)力動畫1

動畫2動畫3齒輪、滾動軸承等2剛度準則剛度：材料抵抗彈性變形的能力剛度準則：實際變形量≤許用變形量彎曲剛度：撓度條件：y≤[y]

傾角條件：θ≤[θ]

扭曲剛度：扭角條件：j≤[j]針對失效形式：過大的彈性變形典型零部件：軸、蝸桿等Fn3耐磨性準則耐磨性：零件抗磨損的能力磨損是相當復雜的物理化學過程影響磨損的因素包括載荷的大小和性質(zhì)、滑動速度、潤滑劑的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)等具體有：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損、微動磨損耐磨性準則：

P

針對失效形式：零件表面破壞典型零部件：齒輪、軸承、鏈等4耐熱性準則高溫引起承載能力降低、蠕變，也會造成熱變形、附加熱應(yīng)力，破壞正常的潤滑條件，改變零件間的間隙，降低精度等耐熱性準則：工作溫度低于許用值針對失效形式：高溫引起的潤滑不良、蠕變典型零部件：蝸桿、齒輪、滑動軸承等7振動穩(wěn)定性準則共振：當機器的自振固有頻率f與周期性激振頻率相同或整數(shù)倍時，就會發(fā)生共振，此時振幅急劇增大，導致零件破壞或機器工作條件失常等振動穩(wěn)定性：機器工作時振幅不能超過許可值振動穩(wěn)定性準則：0.85f>fp

或

1.15f<fp針對失效形式：共振產(chǎn)生的工作失常典型零部件：軸等8其它

破壞正常工作條件引起的失效（聯(lián)接松動、帶傳動打滑、腐蝕、過熱高溫蠕變......）一、零件的基本要求§2-5設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的基本要求

避免在預定壽命期內(nèi)失效的要求

強度、剛度、壽命

結(jié)構(gòu)工藝性要求

經(jīng)濟性要求

質(zhì)量小的要求

可靠性要求

可靠度=正常工作數(shù)／總數(shù)理論設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計模型實驗設(shè)計關(guān)鍵:①σ的計算②σlim的取值①設(shè)計計算②校核計算強度條件：其中選類型載荷計算確定計算準則選材確定基本尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計校核畫零件工作圖等?！?-6機械零件設(shè)計的方法與步驟一、設(shè)計方法—常規(guī)、現(xiàn)代二、設(shè)計步驟鋼和鑄鐵，其次是有色金屬和非金屬1金屬材料（1）鑄鐵含Ｃ＞2％的鐵碳合金稱為鑄鐵→良好的液態(tài)流動性（易成型）、吸振、耐磨、價廉。（2）鋼

含Ｃ量＜2％的鐵碳合金稱為鋼→具有高的強度、韌性和塑性，可用熱處理改變其特性按化學成分，鋼分為：

A.碳素鋼低碳鋼(C)<0.25%、中碳鋼(C)=0.25%～0.55%

高碳鋼(C)＞0.55%(性質(zhì)取決于含碳量,含碳量越高，則強度越高）

B.合金鋼（加入了合金元素的鋼）§2-7機械零件的材料及其選用一、常見材料按用途鋼分為結(jié)構(gòu)鋼（制造各種機械零件和工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件）

工具鋼（制造各種刃具、模具和量具）

特殊鋼（如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等，用于…)（3）銅合金青銅和黃銅

黃銅銅和鋅的合金，塑性和流動性好，可輾壓和鑄造

青銅減摩和抗腐蝕較好2非金屬材料（1）橡膠彈性好，能吸收震動和緩和沖擊（2）塑料

比重小，易于制成形狀復雜的零件，應(yīng)用越來越廣泛1目的2方法退火退火、正火、淬火、回火、表面熱處理正火將零件加熱到某一溫度→保溫→隨爐冷卻加熱到某一溫度→保溫→較快冷卻(例空冷)→消除內(nèi)應(yīng)力,硬度減小→改善切削性能

（1）改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)提高材料力學性能（2）消除內(nèi)應(yīng)力(加工,熱處理)→韌度,強度有所提高消除內(nèi)應(yīng)力(不如退火)二、材料的熱處理淬火回火硬度大大提高→耐磨性,疲勞強度提高內(nèi)應(yīng)力增大→需消除(回火)→綜合力學性能較好(強度、硬度、塑性、韌性)→重要零件調(diào)質(zhì)內(nèi)應(yīng)力及脆性均較大↓,硬度↓,彈性↑→彈簧內(nèi)應(yīng)力及脆性均↓,硬度及強度均較高→刀具高溫～→加熱到某一溫度→保溫→急速冷卻

將淬硬的鋼件加熱到某一溫度(較低)→保溫→冷卻(空冷)低溫～→中溫～→表面熱處理強化零件表面→表面淬火,化學熱處理→表面硬度及耐磨性↑芯部韌性不變將某種化學元素(活性原子)滲入零件表面→力學性能↑→表面很硬,芯韌表面硬度、耐磨性、抗蝕性、疲勞強度↑→表面迅速加熱→急冷→低溫回火滲碳(碳原子):氮化(氮原子):氰化(碳+氮):表面淬火化學熱處理彈性極限：sP抗拉強度：sB屈服強度：sS硬度：HBS:布氏硬度硬度機壓頭為淬火鋼球，不能測太硬的材料，一般HBS<450HRC、HRB、HRA:洛氏硬度120o金剛石錐體，載荷150kgf,不能測硬、脆的薄層零件HV:維氏硬度136o金剛石四角錐體，載荷小，5-30kgf(千克力,9.8N

)三種硬度單位之比較：HV(維氏)≈HBS(布氏)；HRC(洛氏)×10≈HBSspsSsBesABCDE三、材料的力學指標使用要求：使用環(huán)境、載荷性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、重要程度...工藝要求：零件及其毛坯的形狀、批量、加工方法...經(jīng)濟要求：材料價格結(jié)合加工費用、材料利用率...四、材料的選擇原則通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗方法、制圖要求等，制定出各式各樣的大家共同遵守的標準。產(chǎn)品標準化包括

產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化

零部件的通用化

產(chǎn)品質(zhì)量標準化產(chǎn)品標準化的優(yōu)點節(jié)約材料能源,降低成本,提高質(zhì)量.具有互換性.統(tǒng)一零件性能指標,提高可靠性.縮短設(shè)計制造周期.減少刀具和量具規(guī)格.§2-8機械零件設(shè)計中的標準化分類使用強制性推薦使用（GB/T）：制圖、公差、形位、模數(shù)……

標準直徑手冊必須執(zhí)行（GB）：運用范圍→國際ISO、國