第02章机械零件设计总论

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1、第2章　机械零件设计概论内容提要：本章主要分为两部分：关于机器总体设计的概述和关于机械零件设计的概述。机器总体设计包括：机器的组成、设计机器的一般程序、对机器的主要要求等；机械零件设计包括：机械零件的主要失效形式、设计机械零件时应满足的基本要求、机械零件的计算准则、机械零件的设计方法、机械零件设计的一般步骤、机械零件材料的选用原则、机械零件设计中的标准化等。学习目标：首先要从总体上建立起机器设计，尤其是机械零件设计的总括性的概念，即从机器的总体要求出发，引出对机械零件的要求，根据零件的失效形式，拟订出设计准则，在选择出适用的材料后，按

2、一定的步骤，用理论设计或经验设计的方法，设计出零件来。其次，还要掌握对机器和机械零件的基本要求，即：提高机器总体效益和避免失效。§2-1　机器的组成人们为了满足生产和生活的需要，研制了类型繁多、功能各异的机器。尤其是蒸汽机出现之后，使机器具有了完整的形态。一台完整的机器的组成如下：原动机部分部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原动部分——是驱动整部机器以完成预定功能的动力源。一般来说，它是把其它形式的能量转换为机械能。原动机的动力输出绝大多数呈旋转运动的状态，输出一定的转矩。原动机经历了如下发展

3、过程：人力、畜力—→水力机、风力机—→蒸汽机、内燃机、汽轮机、电动机。现在最常见的是内燃机、电动机。执行部分——是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分，位于传动路线的终点。传动部分——联接原动机和执行部分的中间部分，用来连接原动机部分和执行部分，用来将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。例如：把旋转运动转换为直线运动；高转速变为低转速；小转矩变为大转矩等。机器的传动部分大多数采用机械传动系统，有时也采用液压或电力传动系统。机械传动

4、系统是绝大多数机器不可缺少的重要组成部分。控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动作。传感部分——将机器的工作参数，如位移、速度、加速度、温度、压力等反馈给控制部分。辅助部分——包括机器的润滑、显示、照明等。也是保证机器正常工作不可缺少的部分以汽车为例：§2-2　设计机器的一般程序一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键一环。机械设计是一个创造性的工作过程，实践经验是保证设计质量的重要因素。因此，要求设计者特别注意经验的积累。一部完整的机器是一个复杂的系统，要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。机械设计的一般过程：▲计划阶

5、段▲方案设计阶段▲技术设计阶段▲技术文件编制阶段一、计划阶段包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。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二、方案设计阶段对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出实现方案。在制定功能参数时一定要注意恰当处理需要与可能、理想与现实、长远目标与当前目标等之间的关系。一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。以螺纹制造为例，有车削、滚压、板牙加工等方法。方法不同，其执行部分的工作原理也不同。因此，存在一个方案的比较和取舍问题。方案评价原则：经济性、技术上可行。经济

6、性——总费用最低。方案设计阶段要正确处理好借鉴与创新的关系。同类机器的成功先例应当借鉴，但其中的薄弱环节和不符合现有任务要求的部分应当加以改进或替换。坚决反对：1．保守和照搬原有设计2．一味求新而把合理的原有经验弃置不用总费用设计制造费用使用费用费用复杂程度三、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。为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：(1）机器的运动学设计确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。(2）机器的动力学设计计算构件所受公称载

7、荷（名义载荷）大小和特性。(3）零件的工作能力设计由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本尺寸。(4）部件装配草图及总装配草图的设计——结构设计(5）主要零件的校核计算以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分析和工作能力校核计算。四、技术文件编制技术文件——用来说明产品性能、设计、制造、操作使用、维护或其他所有与产品相关的文档资料。技术文件包括：①设计说明书②使用说明书③零件明细表④标准件汇总表⑤产品验收条件⑥……机器设计的一般流程§2-3　对机器的主要要求在满足预期功能的前提下，要求

8、性能好、效率高、成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全可靠，操作方便、维修简单。设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：具