机械设计全册配套完整课件.ppt

1、机械设计全册配套机械设计全册配套 完整课件完整课件 第一章第一章 绪论绪论 1-1机械工业在现代化建设中的作用机械工业在现代化建设中的作用 1-2 机器的基本组成要素机器的基本组成要素 1-3 本课程的内容、性质与任务本课程的内容、性质与任务 下次课预习的内容：下次课预习的内容： 第三章第三章 强度理论强度理论 3-1，3-2，3-3 1-1机械工业在现代化建设中的作用机械工业在现代化建设中的作用 地位地位：在经济建设和现代化建设中处于：在经济建设和现代化建设中处于主导性主导性和和决定性决定性的作用。的作用。 机械制造工业机械制造工业是为国民经济各部门包括工业是为国民经济各部门包括工业、农业农

2、业、 交通运输业交通运输业、商业以及国防商业以及国防、科学技术各行各业提供技术科学技术各行各业提供技术 装备的部门装备的部门，它是各部门实现技术改造和进行现代化建设它是各部门实现技术改造和进行现代化建设 所不可缺少的所不可缺少的重要支柱重要支柱。 我国机械工业在世界排名我国机械工业在世界排名第五第五 中国工业竞争力世界排名中国工业竞争力世界排名37，居中等水平；，居中等水平； 机械工业机械工业-是各行各业技术装备的主要提供者是各行各业技术装备的主要提供者 2004年我国机械工业总产值年我国机械工业总产值32711亿亿； 2005年我国机械工业总产值在年我国机械工业总产值在04年基础上增加年基础

3、上增加18%。 机械工业产值在全国工业中的比重超过机械工业产值在全国工业中的比重超过25%， 重要性重要性: 是一个国家现代化水平的主要标志；是一个国家现代化水平的主要标志； 是一个国家综合国力的具体体现；是一个国家综合国力的具体体现； 机械制造工业水平的高低，直接关系到一个国家人民生活机械制造工业水平的高低，直接关系到一个国家人民生活 水平的高低；水平的高低； 工业现代化工业现代化 农业现代化农业现代化 国防现代化国防现代化 教育和科技现代化教育和科技现代化 综合国力综合国力( Comprehensive National Power ) 是指一个主权国家赖以生存与发展所拥有的全部实力及国际

4、是指一个主权国家赖以生存与发展所拥有的全部实力及国际 影响力的合力。综合国力的内涵非常丰富，它的构成要素中影响力的合力。综合国力的内涵非常丰富，它的构成要素中 既包含自然的，也包含社会的；既包含物质的，也包含精神既包含自然的，也包含社会的；既包含物质的，也包含精神 的；既包含实力，也包含潜力以及由潜力转化为实力的机制，的；既包含实力，也包含潜力以及由潜力转化为实力的机制， 是一个国家的政治、经济、科技、文化、教育、国防、外交、是一个国家的政治、经济、科技、文化、教育、国防、外交、 资源、民族意志、凝聚力等要素有机关联、相互作用的综合体。资源、民族意志、凝聚力等要素有机关联、相互作用的综合体。

5、火箭炮火箭炮 机械制造工业的能力通常标志着一个国家生产军事装备的能力机械制造工业的能力通常标志着一个国家生产军事装备的能力 B-2轰炸机轰炸机 火箭炮火箭炮 美国空军美国空军F117 隐形轰炸机隐形轰炸机 中国空军冲天飞豹中国空军冲天飞豹 FBC-1战斗轰炸机战斗轰炸机 B-52轰炸机轰炸机 科索沃战争的两种轰炸机科索沃战争的两种轰炸机 美国陆军的美国陆军的“阿帕奇阿帕奇”直升机性能也有了长足的提高。新的直升机性能也有了长足的提高。新的“长弓长弓” 型型 “阿帕奇阿帕奇”可以同时辨别可以同时辨别8 8公里外的公里外的128128个目标个目标，并能用新型雷达制，并能用新型雷达制 导导 的的“地狱

6、之火地狱之火”导弹锁定移动目标。据美军计算，新型导弹锁定移动目标。据美军计算，新型“阿帕奇阿帕奇” 与海与海 湾战争中使用的湾战争中使用的“阿帕奇阿帕奇”A A型相比，型相比，攻击能力提高了攻击能力提高了400%400%，而，而生生 存存 能力则提高了能力则提高了720%720% 美军阿帕奇美军阿帕奇”直升机直升机 地狱之火导弹地狱之火导弹 第一次海湾战争美军使用的第一次海湾战争美军使用的 战斧式巡航导弹战斧式巡航导弹 它的英文原名是它的英文原名是“Tomahawk”，意，意 指印第安人用的轻便战斧。这种战指印第安人用的轻便战斧。这种战 斧的使用方式不是持握在手中对敌斧的使用方式不是持握在手中

7、对敌 人砍杀，而是在远距离投出以击中人砍杀，而是在远距离投出以击中 敌人。巡航导弹的用处和它差不多。敌人。巡航导弹的用处和它差不多。 美国人就因此将其取名为战斧美国人就因此将其取名为战斧 洛杉矶攻击型核潜艇洛杉矶攻击型核潜艇 俄军核潜艇发射洲际导弹俄军核潜艇发射洲际导弹 中国核潜艇中国核潜艇 中国海军汉级核潜艇中国海军汉级核潜艇 俄罗斯基辅级航空母舰俄罗斯基辅级航空母舰 代表了俄罗斯重工业卓越成就代表了俄罗斯重工业卓越成就 美军兰利号航空母舰美军兰利号航空母舰 制造工业是一个国家科技水平的具体体现。制造工业是一个国家科技水平的具体体现。 2003年年10月月15号神州号神州 五号载人飞船发射成

8、功五号载人飞船发射成功 中国太空飞行中国太空飞行 第一人杨利伟第一人杨利伟 2005年年7月月13号美国号美国 发现号航天飞机升空发现号航天飞机升空 女机长艾林女机长艾林 柯林斯柯林斯 1981年年4月月12日日美国发射第一艘航天飞机哥伦比亚号美国发射第一艘航天飞机哥伦比亚号 1961年年4月月12号号前苏联东方一号宇宙飞船环绕地球飞行前苏联东方一号宇宙飞船环绕地球飞行108分分 钟，这是人类航天史上具有划时代意义的一天，宣告了人类航天钟，这是人类航天史上具有划时代意义的一天，宣告了人类航天 时代的到来。时代的到来。 1968年年3月月27日，加加林在驾驶喷气式双座飞机进行训练时坠机身亡，日，

9、加加林在驾驶喷气式双座飞机进行训练时坠机身亡， 尤里尤里 加加林加加林 东方一号宇宙飞船东方一号宇宙飞船 要从要从机械工业机械工业的生产大国变为生产强国的生产大国变为生产强国 要从进口大国变为外贸强国。要从进口大国变为外贸强国。 前途前途: 有高潮低潮，但其地位不会改变，长久不衰有高潮低潮，但其地位不会改变，长久不衰. 机械工业十一五规划目标机械工业十一五规划目标 21世纪中，机械生产的自动化、信息化和智能化将达到更世纪中，机械生产的自动化、信息化和智能化将达到更 高的水平，人将在更大程度上不直接面对机器操作，而是借遥控高的水平，人将在更大程度上不直接面对机器操作，而是借遥控 系统、自动化系统

10、、专家系统和各种各样的智能机械（包括机器系统、自动化系统、专家系统和各种各样的智能机械（包括机器 人）去驾御各种能量交换过程和机械加工过程。产品的生产过程人）去驾御各种能量交换过程和机械加工过程。产品的生产过程 将是机械、电子、光学、流体将是机械、电子、光学、流体的结合，一切可能的技术，物的结合，一切可能的技术，物 理的、化学的、生物的，都将综合应用到生产过程中来，从而理的、化学的、生物的，都将综合应用到生产过程中来，从而 要求大大拓宽机械工程教育的专业面，拓宽学生的技术基础，要求大大拓宽机械工程教育的专业面，拓宽学生的技术基础， 发展学生的学习能力。发展学生的学习能力。 机械行业将进一步向机

11、光电一体化发展，向光加工、环保这样机械行业将进一步向机光电一体化发展，向光加工、环保这样 的新兴领域拓展。虽然目前机械行业境况不佳，但经过国有企业的新兴领域拓展。虽然目前机械行业境况不佳，但经过国有企业 的改革，经过产业结构的调整与人力资源的配置优化，一旦跟上的改革，经过产业结构的调整与人力资源的配置优化，一旦跟上 市场经济和信息时代的步伐，定会显示出强大的生命力市场经济和信息时代的步伐，定会显示出强大的生命力 从机械行业发展来看，印刷机械、数控机床、发电设备、工程从机械行业发展来看，印刷机械、数控机床、发电设备、工程 机械等重头产品前景看好。机械等重头产品前景看好。 下次课预习的内容：下次课

12、预习的内容： 第三章第三章 强度理论强度理论 3-1，3-2，3-3 21世纪世纪，世界机械工业进入前所未有的高速发展阶段，特别是作，世界机械工业进入前所未有的高速发展阶段，特别是作 为有为有“世界工厂世界工厂”之称的中国机械行业更是迅猛发展。之称的中国机械行业更是迅猛发展。 中国机械行业正面临新的机遇和挑战中国机械行业正面临新的机遇和挑战。 由于机械行业地位的重要性和庞大规模，机械类大部专业由于机械行业地位的重要性和庞大规模，机械类大部专业 毕业生在人才市场上仍属毕业生在人才市场上仍属“热销热销”人才。各方面预测表明，人才。各方面预测表明， 机械类人才今后仍会有较大需求，特别是高层次技术人才

13、机械类人才今后仍会有较大需求，特别是高层次技术人才 将成为争夺的对象。将成为争夺的对象。 机械行业对高校毕业生总体需求较大，机械行业对高校毕业生总体需求较大， 某些门类的工程技术人员缺口较大，如机械设计制造与某些门类的工程技术人员缺口较大，如机械设计制造与 加工专业人才近年需求很高。加工专业人才近年需求很高。 数控专业技术人员短缺。机械行业的很多企业均已进行数控专业技术人员短缺。机械行业的很多企业均已进行 现代生产技术系统的技术更新与改造，数控机床、加工中心等现代生产技术系统的技术更新与改造，数控机床、加工中心等 先进设备逐步替代原有的设备，具有开发能力的高级数控技术先进设备逐步替代原有的设备

14、，具有开发能力的高级数控技术 人才成为各企业争夺的目标。人才成为各企业争夺的目标。 机械行业技术人才需求状况机械行业技术人才需求状况 未来机械行业最缺的人才：未来机械行业最缺的人才： 一一 复合型管理人才，即既懂技术又懂管理，能按市场经济规律复合型管理人才，即既懂技术又懂管理，能按市场经济规律 组织产品生产、把握企业方向的高级人才；组织产品生产、把握企业方向的高级人才； 二二 具有创新意识的高级技术人才；具有创新意识的高级技术人才； 三三 既懂技术又懂营销，了解市场行情，又能改进、设计开发既懂技术又懂营销，了解市场行情，又能改进、设计开发 产品的人才；产品的人才； 四四 高级技工。高级技工。

15、流向国有企业的前列专业：会计学、计算机、通信工程、流向国有企业的前列专业：会计学、计算机、通信工程、 建筑工程、建筑工程、机械设计及制造机械设计及制造、工业自动化、电气工程及自动化、工业自动化、电气工程及自动化、 电力系统自动化、电力系统自动化、机械电子工程机械电子工程。 流向国家科研部门的前十名专业：建筑学、通信工程、流向国家科研部门的前十名专业：建筑学、通信工程、 建筑工程、建筑工程、机械工程机械工程、自动电子工程、计算机科学与技术、自动电子工程、计算机科学与技术、 计算机应用、计算机自动化、电气工程及自动化、工业自动化。计算机应用、计算机自动化、电气工程及自动化、工业自动化。 流向三资企

16、业的前十名专业：会计学、计算机科学与技术、流向三资企业的前十名专业：会计学、计算机科学与技术、 机械工程自动化机械工程自动化、通讯工程、英语、计算机应用、国际金融、通讯工程、英语、计算机应用、国际金融、 电气工程、市场营销、电气工程、市场营销、机械设计与制造机械设计与制造。 近年来高校毕业生就业流向趋势近年来高校毕业生就业流向趋势 1-2 机器的基本组成要素机器的基本组成要素 机器机器 机构机构 构件构件 零件零件 组成机器的基本元素组成机器的基本元素：零件：零件 零件零件 通用零件通用零件 专用零件专用零件 一部机器的性能取决于它的主要零件和关键零件的综合性能一部机器的性能取决于它的主要零件

17、和关键零件的综合性能 本课程讨论的对象本课程讨论的对象： 通用零件（一般尺寸和参数）通用零件（一般尺寸和参数） 1-3 本课程的内容、性质与任务本课程的内容、性质与任务 内容：内容： 1）总论部分）总论部分 2）联接部分）联接部分 3）传动部分）传动部分 4）轴系部分）轴系部分 5）其它部分）其它部分 本课程的培养目标：本课程的培养目标： 1）具有正确设计思想的创新型人才）具有正确设计思想的创新型人才; 2）能运用设计原理、方法和一般规律设计或革新一般机械）能运用设计原理、方法和一般规律设计或革新一般机械; 3）运用标准、规范、手册、图册和查阅资料的能力）运用标准、规范、手册、图册和查阅资料的

18、能力; 4）掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；）掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练； 5）了解国际国内技术经济政策和新技术发展。）了解国际国内技术经济政策和新技术发展。 第二章第二章 机械设计总论机械设计总论 2-1 机器的组成机器的组成 2-2 设计机器的一般程序设计机器的一般程序 2-3 对机器对机器 的主要要求的主要要求 2-4 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式 2-5 设计机械零件时设计机械零件时 应满足的基本要求应满足的基本要求 2-6 机械零件的设计准则机械零件的设计准则 2-7 机械零件的设计准则机械零件的设计准则 2-8 机械零件的

19、一般设计步骤机械零件的一般设计步骤 2-9 机械零件的材料及其选用机械零件的材料及其选用 2-10 机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化 2-10 现代设计方法简介现代设计方法简介 2-1 机器的组成机器的组成 原动机部分原动机部分 传动部分传动部分 执行部分执行部分 辅助部系统：润滑、显示、照明等辅助部系统：润滑、显示、照明等 控控 制制 系系 统统 原动机的发展历程原动机的发展历程 古代：古代：人力、畜力人力、畜力 近代：近代：蒸汽机、内燃机蒸汽机、内燃机 现代：现代：电动机、热力机电动机、热力机 机器的传动部分机器的传动部分 机械传动机械传动 电力传动电力传动 液压传动液压传动

20、以汽车为例：以汽车为例： 传动部分：传动部分：离合器、变速箱、传动轴、差速器离合器、变速箱、传动轴、差速器 执行部分：执行部分：车轮、悬挂系统、底盘车轮、悬挂系统、底盘 控制系统：控制系统：转向盘、转向系统、排档杆、刹车、踏板、油门转向盘、转向系统、排档杆、刹车、踏板、油门 辅助系统：辅助系统：速度表、油量表、里程表、后视镜、车门锁速度表、油量表、里程表、后视镜、车门锁 照明灯、车尾红灯等照明灯、车尾红灯等 原动部分：原动部分：发动机（汽油机或柴油机）发动机（汽油机或柴油机） 一汽解放牌卡车一汽解放牌卡车 2-2 设计机器的一般程序设计机器的一般程序 （一）计划阶段（一）计划阶段 （二）方案设

21、计阶段（二）方案设计阶段 （三）技术设计阶段（三）技术设计阶段 （四）技术文件编制阶段（四）技术文件编制阶段 一部机器的质量取决于一部机器的质量取决于 设计质量设计质量首要因素首要因素 制造质量制造质量实现保证因素实现保证因素 机器的设计阶段是决定机器好坏的关键机器的设计阶段是决定机器好坏的关键 科学的设计程序是提高设计质量必要保证科学的设计程序是提高设计质量必要保证 设计程序一般为：设计程序一般为： （一）计划阶段（一）计划阶段 根据生产和生活的需要，提出新机器目标根据生产和生活的需要，提出新机器目标 针对欲设计的新机器针对欲设计的新机器 进行市场调查研究和分析进行市场调查研究和分析 相关产

22、品调查相关产品调查 市场需求调查市场需求调查 生产能力和约束条件分析生产能力和约束条件分析 形成设计任务书形成设计任务书 上述程序见表上述程序见表2-1（P6） ： （二）方案设计阶段（二）方案设计阶段 本阶段的重要程度：本阶段的重要程度：对设计的成败起到关键作用对设计的成败起到关键作用 方案设计过程是在若干方案中确定最佳方案的过程方案设计过程是在若干方案中确定最佳方案的过程 方案设计过程是充分表现创新性的过程方案设计过程是充分表现创新性的过程 方案设计阶段的具体步骤为：方案设计阶段的具体步骤为： 机器的功能分析机器的功能分析 提出机器应达到的必须要求、最低或期望要求提出机器应达到的必须要求、

23、最低或期望要求分析比较；分析比较； 分析各功能之间有无矛盾；分析各功能之间有无矛盾； 各功能之间是否能相互替代。各功能之间是否能相互替代。 具体内容具体内容 功能参数功能参数 初定若干方案初定若干方案 确定可行方案确定可行方案 确定方案时的工作顺序：确定方案时的工作顺序： 执行部分（执行部分（N3） 原动部分（原动部分（N1） 传动部分（传动部分（N2 ） 方案总数：方案总数： 123 NNNN从中确定最佳方案从中确定最佳方案 （三）技术设计阶段（三）技术设计阶段 技术设计阶段目标：技术设计阶段目标： 总装草图、部件装配草图总装草图、部件装配草图 零、部件外形尺寸零、部件外形尺寸 正式零件工作

24、图、总装配图正式零件工作图、总装配图 确定零、部件外形尺寸的工作内容：确定零、部件外形尺寸的工作内容： 1）机器的运动学设计机器的运动学设计 原动机的运动参数（功率、转速、线速原动机的运动参数（功率、转速、线速 度），各运动构件的运动参数（转速、速度、加速度）；度），各运动构件的运动参数（转速、速度、加速度）； 2）动力学计算动力学计算 主要零件的载荷大小和特性；主要零件的载荷大小和特性； 3）零件的工作能力计算零件的工作能力计算 参照零件的失效形式、工作环境条件参照零件的失效形式、工作环境条件 依据强度、刚度、振动稳定性、寿命、可靠性原则进行类依据强度、刚度、振动稳定性、寿命、可靠性原则进行

25、类 比计算或理论计算最终确定零件的尺寸；比计算或理论计算最终确定零件的尺寸； 4）绘制部件装配草图、总装配草图；绘制部件装配草图、总装配草图； 5）主要零件的校核主要零件的校核 （四）技术文件编制阶段（四）技术文件编制阶段 2-3 对机器对机器 的主要要求的主要要求 （一）使用功能要求（一）使用功能要求 （二）经济性要求（二）经济性要求 （三）劳动保护和环境保护要求（三）劳动保护和环境保护要求 （四）可靠性要求（四）可靠性要求 军 用 起 重 机 军 用 起 重 机 桥式起重机桥式起重机 （五）其它专用要求（五）其它专用要求 （一）使用功能要求（一）使用功能要求 满足使用功能要求的的几个方面：

26、满足使用功能要求的的几个方面： 1 正确选择机器的工作原理正确选择机器的工作原理 2 正确设计和选用机器的原动机，传动机构，执行机构；正确设计和选用机器的原动机，传动机构，执行机构； 3 合理配置必要的辅助系统合理配置必要的辅助系统 龙门铣床龙门铣床 C620车床车床 （二）经济性要求（二）经济性要求 提高设计和制造经济性指标的途径为：提高设计和制造经济性指标的途径为： 1. 尽可能采用现代化新方法，和尽可能采用现代化新方法，和CAD技术；技术； 2. 最大限度采用三化（最大限度采用三化（标准化、系列化、通用化标准化、系列化、通用化）零、部件；）零、部件； 3. 尽可能做到尽可能做到四新四新（

27、新技术、新工艺、新结构、新材料新技术、新工艺、新结构、新材料）；）； 4. 合理组织设计和制造过程。合理组织设计和制造过程。 制造经济性要求制造经济性要求表现为机器的低成本表现为机器的低成本 使用经济性要求使用经济性要求表现为机器的高生产率、高效率、表现为机器的高生产率、高效率、 低能耗、低维护费用低能耗、低维护费用 。 简言之简言之：科学设计和制造：科学设计和制造 提高使用经济性指标的途径为：提高使用经济性指标的途径为： 1. 合理提高机器的机械化、自动化水平，以提高机器的合理提高机器的机械化、自动化水平，以提高机器的 生产率和产品质量；生产率和产品质量； 2. 选用高效率的传动系统，尽可能

28、减少传动的中间环节，选用高效率的传动系统，尽可能减少传动的中间环节， 以提高机器的生产率和产品质量；以提高机器的生产率和产品质量； 3. 适当采用防护措施如润滑、闭式传动、表面处理（防适当采用防护措施如润滑、闭式传动、表面处理（防 护），以延长机器的使用寿命；护），以延长机器的使用寿命； 4. 采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象；采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象； 简言之：合理使用简言之：合理使用 （三）劳动保护和环境保护要求（三）劳动保护和环境保护要求 1. 人性化设计人性化设计 考虑人的安全需要（水壶鸣哨、考虑人的安全需要（水壶鸣哨、 电梯超载报警装置）电梯超载报警装置） 考虑人的心理和

29、习惯（汽车方向盘）考虑人的心理和习惯（汽车方向盘） 2. 环境无毒无害环境无毒无害，机器外形满足人的感官舒适要求（如汽车，机器外形满足人的感官舒适要求（如汽车 外形的流线型设计和色彩）外形的流线型设计和色彩）早期福特公司汽车早期福特公司汽车 （四）可靠性要求（四）可靠性要求 机器可靠性的衡量机器可靠性的衡量可靠度可靠度 可靠度可靠度在在规定的时间规定的时间（寿命）内和（寿命）内和预定的环境条件预定的环境条件下下 机器能够正常工作的机器能够正常工作的概率概率。 机器可靠性机器可靠性 固有可靠性固有可靠性机器出厂时已决定的可靠性机器出厂时已决定的可靠性 使用可靠性使用可靠性由用户具体使用状况（经验

30、、由用户具体使用状况（经验、 维修能力、操作技能）决定。维修能力、操作技能）决定。 2-4 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式 （一）整体断裂（一）整体断裂 1. 过载断裂过载断裂危险截面上的应力超过零件的强度极限危险截面上的应力超过零件的强度极限 B B 2. 疲劳断裂疲劳断裂变应力长期作用的结果变应力长期作用的结果 rrN 0 NN ， 常见实例：常见实例：螺栓的断裂、螺栓的断裂、 齿轮齿根的断裂等。齿轮齿根的断裂等。 2005年年11月月14日济宁日济宁 一驳船船体突然断裂一驳船船体突然断裂 800吨煤炭沉入京杭运河吨煤炭沉入京杭运河 2-4 机械零件的主要失效形式机械零件的主

31、要失效形式 （一）整体断裂（一）整体断裂 （二）过大的残余变形（二）过大的残余变形 原因原因：作用在零件的应力超过了材料的屈服极限：作用在零件的应力超过了材料的屈服极限 齿轮的滚压塑性变形齿轮的滚压塑性变形 主动轮主动轮 从从 动轮动轮 （三）零件的表面破坏（三）零件的表面破坏 破坏形式破坏形式：腐蚀、磨损、接触疲劳：腐蚀、磨损、接触疲劳 腐蚀腐蚀发生在金属表面的一种电化学或化学侵蚀现象发生在金属表面的一种电化学或化学侵蚀现象 腐蚀的形式一般表现为生锈。腐蚀的形式一般表现为生锈。 磨损磨损两个接触表面在作相对运动的两个接触表面在作相对运动的 过程中表面物质丧失或转移的现象。过程中表面物质丧失或

32、转移的现象。 接触疲劳接触疲劳两接触表面长期在接触两接触表面长期在接触 变应力作用下，表面产生裂纹、变应力作用下，表面产生裂纹、 麻点（微粒剥落）现象。麻点（微粒剥落）现象。 2-4 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式 （一）整体断裂（一）整体断裂 （二）过大的残余变形（二）过大的残余变形 （四）破坏正常工作条件引起的失效（四）破坏正常工作条件引起的失效 常见实例常见实例 1. 温升过高导致滑动轴承动压润滑油膜破裂而造成温升过高导致滑动轴承动压润滑油膜破裂而造成 滑动轴承的胶合、磨损、过热等失效；滑动轴承的胶合、磨损、过热等失效； 2. 所传递的有效圆周力大于皮带锁具有的极限摩擦所传

33、递的有效圆周力大于皮带锁具有的极限摩擦 力而导致的皮带打滑；力而导致的皮带打滑； 3. 高速轴的转速等于其自身的固有频率重合而引起高速轴的转速等于其自身的固有频率重合而引起 的共振现象的共振现象 。 2-4 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式 （一）整体断裂（一）整体断裂 （二）过大的残余变形（二）过大的残余变形 （三）零件的表面破坏（三）零件的表面破坏 1986年年4月月26日前日前苏联切尔诺贝利核电站发生大爆炸，其放射苏联切尔诺贝利核电站发生大爆炸，其放射 云团直抵西欧，造成云团直抵西欧，造成8000人死于辐射导致的各种疾病人死于辐射导致的各种疾病 19861986年年4月月25

34、日，切尔诺贝利核电站第日，切尔诺贝利核电站第4号反应堆的工作人员号反应堆的工作人员 违反操作规程违反操作规程连续切断反应堆的电源，使主要冷却系统停止连续切断反应堆的电源，使主要冷却系统停止 工作。于是堆芯温度迅速升高，造成氢气过浓，以至工作。于是堆芯温度迅速升高，造成氢气过浓，以至26日凌晨日凌晨 发生猛烈爆炸，爆炸引起机房起火，浓烟使人呼吸困难，放射发生猛烈爆炸，爆炸引起机房起火，浓烟使人呼吸困难，放射 性物质不断外溢。性物质不断外溢。 切尔诺贝利核电站外观切尔诺贝利核电站外观 20周年祭周年祭 1939年年5月月23日日，美国海军，美国海军s-192“角鲨”号潜艇经过大修后开角鲨”号潜艇经

35、过大修后开 始试航，由于通气管挡板没有完全关闭，造成海水涌进主机舱，始试航，由于通气管挡板没有完全关闭，造成海水涌进主机舱， 27人遇难。人遇难。 1942年年11月月4日日，日本海军“吕，日本海军“吕-65”潜艇紧急下潜时，由于操潜艇紧急下潜时，由于操 作作 失误，导致海水涌进舱室，失误，导致海水涌进舱室，17人遇难。人遇难。 2-5 设计机械零件时设计机械零件时 应满足的基本要求应满足的基本要求 （一）避免在预定寿命期内失效的要求（一）避免在预定寿命期内失效的要求 1. 强度要求强度要求 2. 刚度要求刚度要求 3. 寿命要求寿命要求 影响寿命的主要因素影响寿命的主要因素 材料的疲劳材料的

36、疲劳 材料的腐蚀材料的腐蚀 相对运动零件接触表面的磨损相对运动零件接触表面的磨损 （二）结构工艺性要求（二）结构工艺性要求 结构工艺性结构工艺性在既定（现有的）生产条件下，零件能方便、在既定（现有的）生产条件下，零件能方便、 、经济地生产出来，且能方便的安装成机器的特性。、经济地生产出来，且能方便的安装成机器的特性。 2-5 设计机械零件时设计机械零件时 应满足的基本要求应满足的基本要求 （一）避免在预定寿命期内失效的要求（一）避免在预定寿命期内失效的要求 下次课预习的内容：下次课预习的内容： 第三章第三章 强度理论强度理论 3-1，3-2，3-3 （三）经济性要求（三）经济性要求 核心问题是

37、要降低零件的生产成本核心问题是要降低零件的生产成本 具体措施：具体措施： 1. 应按最小消耗原则设计零件应按最小消耗原则设计零件：节省工时和人工消耗：节省工时和人工消耗 （消除多于操作动作、提高效率）；（消除多于操作动作、提高效率）； 2. 降低材料消耗降低材料消耗：采用少余量或无余量的毛坯或简化零：采用少余量或无余量的毛坯或简化零 件结构，以减少加工工时；件结构，以减少加工工时； 3. 降低材料费用降低材料费用：尽量采用价廉而供应充足的材料代替：尽量采用价廉而供应充足的材料代替 贵重材料，对大型零件采用组合结构代替整体结构。贵重材料，对大型零件采用组合结构代替整体结构。 4. 尽量采用标准化

38、的零部件尽量采用标准化的零部件 2-5 设计机械零件时设计机械零件时 应满足的基本要求应满足的基本要求 （一）避免在预定寿命期内失效的要求（一）避免在预定寿命期内失效的要求 （二）结构工艺性要求（二）结构工艺性要求 （四）质量小的要求（四）质量小的要求 （五）可靠性要求（五）可靠性要求 2-5 设计机械零件时设计机械零件时 应满足的基本要求应满足的基本要求 （一）避免在预定寿命期内失效的要求（一）避免在预定寿命期内失效的要求 （二）结构工艺性要求（二）结构工艺性要求 （三）经济性要求（三）经济性要求 2-6 机械零件的设计准则机械零件的设计准则 （一）强度准则（一）强度准则 lim S （二）

39、刚度准则（二）刚度准则 yy 弹性变形量弹性变形量 y 强度准则是指零件中的应力不准超过允许的限度。强度准则是指零件中的应力不准超过允许的限度。 强度准则代表性表达式为强度准则代表性表达式为 刚度准则是指零件在载荷作用下产生的弹性变形量刚度准则是指零件在载荷作用下产生的弹性变形量y小于或等小于或等 于及其工作性能所允许的极限值于及其工作性能所允许的极限值 y。 刚度准则代表性表达式为刚度准则代表性表达式为 （一）强度准则（一）强度准则 2-6 机械零件的设计准则机械零件的设计准则 （二）刚度准则（二）刚度准则 （三）寿命准则（三）寿命准则 影响寿命的主要三因素影响寿命的主要三因素：腐蚀、磨损、

40、疲劳：腐蚀、磨损、疲劳 目前，仅有目前，仅有疲劳寿命疲劳寿命的计算较为成熟的计算较为成熟 具体方法为具体方法为： 确定出在确定出在一定使用寿命一定使用寿命下的下的疲劳极限疲劳极限或或额定动载荷额定动载荷 （一）强度准则（一）强度准则 2-6 机械零件的设计准则机械零件的设计准则 （二）刚度准则（二）刚度准则 （三）寿命准则（三）寿命准则 （四）振动稳定性准则（四）振动稳定性准则 共振发生的原因共振发生的原因：零件本身的固有频率与激振源频率重合：零件本身的固有频率与激振源频率重合 或呈整数倍关系时，零件会发生共振。或呈整数倍关系时，零件会发生共振。 满足振动稳定性准则的条件为：满足振动稳定性准则

41、的条件为：使零件的固有频率与激振使零件的固有频率与激振 源的频率错开。即：源的频率错开。即： 15. 185. 0 PP f f f f 零件的固有频率零件的固有频率 P f零件的激震源频率零件的激震源频率 （一）强度准则（一）强度准则 2-6 机械零件的设计准则机械零件的设计准则 （二）刚度准则（二）刚度准则 （三）寿命准则（三）寿命准则 （四）振动稳定性准则（四）振动稳定性准则 （五）可靠性准则（五）可靠性准则 可靠性可靠性指：一大批指：一大批N0个零件在个零件在一定条件下一定条件下工作了工作了t 时间后，时间后， 仍有仍有 N 件能正常工作，则该批零件在件能正常工作，则该批零件在该条件下

42、、该条件下、t 时间时间的可靠度为：的可靠度为： 0 N N R 随着时间不断延长，随着时间不断延长，N 将不断减少，将不断减少，R，R 是时间的函数是时间的函数 0 N N R 可靠度：可靠度： 失效率失效率：在在dt时间间隔（时间间隔（ ）内，失效零件数为）内，失效零件数为dN 则则失效率失效率为为: ttdt N dtdN / 浴盆曲线浴盆曲线失效率失效率 与时间与时间t 的关系曲线的关系曲线 t 第第段：段：早期失效阶段早期失效阶段 第第段：段：正常使用阶段正常使用阶段 第第段：段：损坏阶段损坏阶段 2-7 机械零件的设计方法机械零件的设计方法 （一）理论设计（一）理论设计 1. 校核

43、计算校核计算 F F F A 1）一般校核计算）一般校核计算 2. 设计计算设计计算 Ca S 2）精确校核计算）精确校核计算 A lim S lim S lim SF A 2-7 机械零件的设计方法机械零件的设计方法 （一）理论设计（一）理论设计 （二）经验设计（二）经验设计 根据已有零件的设计和使用经验，用类比的方法根据已有零件的设计和使用经验，用类比的方法 （参照同类产品设计）所进行的设计叫做（参照同类产品设计）所进行的设计叫做经验设计经验设计也也 叫作叫作类比设计类比设计 （三）模型试验设计（三）模型试验设计 1. 先将大型零件做成小模型；先将大型零件做成小模型； 2. 再将模型放入模

44、拟环境进行特性试验；再将模型放入模拟环境进行特性试验； 3. 根据实验结果修改定型。根据实验结果修改定型。 2-8 机械零件的设计的一般步骤机械零件的设计的一般步骤 1. 根据使用要求选择零件的类型和结构；根据使用要求选择零件的类型和结构； 2. 根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷；根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷； 3. 分析零件的失效，确定零件的设计准则；分析零件的失效，确定零件的设计准则； 4. 选择适用的零件材料；选择适用的零件材料； 5. 确定零件的基本尺寸；确定零件的基本尺寸； 6. 进行零件的结构设计；进行零件的结构设计； 7. 校核零件；校核零件； 8. 画零

45、件的工作图，并写出计算说明书。画零件的工作图，并写出计算说明书。 2-9 机械零件的材料及其选用机械零件的材料及其选用 （一）机械零件常用的材料（一）机械零件常用的材料 1. 金属材料金属材料 钢铁钢铁 有色金属有色金属 2. 高分子材料高分子材料 塑料塑料 橡胶橡胶 合成纤维合成纤维 3. 陶瓷材料陶瓷材料优点优点：强、硬、轻；：强、硬、轻；缺点：缺点：脆、贵、工艺差脆、贵、工艺差 4. 复合材料复合材料优点优点：强、刚、轻；：强、刚、轻；缺点：缺点：耐热耐热 ，导热，导热 、 导电差导电差，价格价格 （二）机械零件材料的选用原则（二）机械零件材料的选用原则 1. 零件的受载情况和工作状况零

46、件的受载情况和工作状况 受载的情况指载荷的大小和应力的种类受载的情况指载荷的大小和应力的种类脆性材料不易受变载和冲击载荷脆性材料不易受变载和冲击载荷 工作状况指零件所处的环境工作状况指零件所处的环境( 如介质、工作温度、摩擦性质等）如介质、工作温度、摩擦性质等） 1）湿热环境湿热环境要求要求防锈防锈和和耐腐蚀：耐腐蚀：采用合金钢、铜合金等采用合金钢、铜合金等 2）高温环境影响：高温环境影响：要求相配合两零件材料线膨胀系数相近要求相配合两零件材料线膨胀系数相近 以免产生过大的热应力。以免产生过大的热应力。 使用要求使用要求 工艺要求工艺要求 经济性要求经济性要求 选用材料应主要考虑的三个方面要求

47、选用材料应主要考虑的三个方面要求 使用要求包括：使用要求包括： 按使用要求选择材料的一般性原则：按使用要求选择材料的一般性原则： 当载荷大，又要求结构紧凑、重量轻时，宜选用当载荷大，又要求结构紧凑、重量轻时，宜选用高强度材料高强度材料 变载荷变载荷 静载荷静载荷 载荷分布均匀载荷分布均匀选用屈服极限高、材质均匀的材料；选用屈服极限高、材质均匀的材料； 载荷分布载荷分布不不均匀均匀应采用屈服极限高的材料并用应采用屈服极限高的材料并用 热处理来提高受载大部位的强度。热处理来提高受载大部位的强度。 载荷平稳载荷平稳采用疲劳强度较高的材料（优质碳素钢）采用疲劳强度较高的材料（优质碳素钢） 有冲击载荷有冲击载荷采用疲劳强度较高并具有一定抗冲击采用疲劳强度较高并具有一定抗冲击 能力的材料（优