机械设计基本原理 参赛课件

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1、机械设计基本原理参赛选手：8888参考书目1）机械分析与机械设计（美）A.H.伯尔2）材料与设计杨杰章编译3）机械概率设计（美）E.B.豪根4）德国技术准则—设计技术之四5）工程设计学（徳）帕尔毛谦徳译第一章序言§1－1设计理论的概念在自然科学和技术科学之间可以划出一条明显的界线。自然科学研究领域主要是寻求揭示自然规律和相应的研究分析方法，从而在不同的自然科学领域形成了与该领域相对应的理论和方法（如：数学、化学、物理、天文学、力学……）。技术科学是应用科学，在已揭示的自然科学规律和相应理论基础上，解决人类自身生存和发展所面对的各种要求和需求的一门科学。它也有相应的理

2、论和方法作为支撑,有固有的内在规律需要揭示。技术科学的发展受到自然科学发展的推动和影响(当然也受到社会科学的影响)。技术科学的核心往往是设计。而此处所讲的设计是广义的，不仅涉及商品的设计,而且包括实验分析仪器,装置（民用，军事）,大型工程项目,征服自然和宇宙的工具、手段和方法，所以设计是一门科学，同样有其内在的规律和所需遵循的原则。我们将设计科学中相关的内容(知识)上升到理论高度,使其更清晰和条理化，所以引出设计理论和设计原理的概念。研究设计的内在规律和相应的方法就构成设计理论。设计理论和其他学科的理论一样要服务于设计实践,并在设计实践中得到完善和提高。§1-2机械

3、设计理论一定义机械设计理论是研究机械设计的内涵及其内在规律的一门学科(它将人们对机械设计的感性认识上升到理性认识)。机械设计将涉及四方面的知识:1)经典科学(例:数学、物理学等)；2)技术科学（机械学、材料学、制造学……）；3)实用工程理论（工程力学，材料力学……）；4)社会学和美学；（机械设计理论涉及范围广，我们可以从不同的角度去归纳和总结）二机械设计理论的分类1）从工程角度可分为：工程分析理论－确定变量的种类和数量、材料性能、物理参数和数学常数。建立工程各主要过程的静、动状态数学模型。如：运动过程（静止、启动、加速、制动）、振动规律、能量传递过程、物料流程……工

4、程设计理论－在设计人员的直接参与下，确定工程系统的主要设计参数的种类，在初步预测初始条件，边界条件和载荷条件的情况下，预测系统性能，优化设计参数，即根据一般的性能预测系统的特殊性能（如：强度分析和动态分析）2）从设计角度可分为：参数优化理论结构形状优化理论（有限元法、能量法）最优设计方法（三次设计法、系统分析法、动态设计法、创新设计法）科学设计过程（研究设计的规律和所遵循的思维过程）评价和决策理论（主要用于方案设计和成果鉴定）3）从强度设计角度可分为：等强度设计理论（临界强度设计理论）疲劳强度设计理论（包括机械疲劳和热疲劳）4)从失效分析角度可分为：a)力和温度引起

5、的弹性变形失效（弹性变形量达到干扰机器实现其功能的情况。）b)屈服失效（塑性变形达到干扰机器完满实现功能的情况。）c)曲面变形失效（两接触曲面间静态力产生局部屈服，使表面一定范围内产生不连续的现象。如轴承滚道点蚀；汽车吊工作时液压支撑。）d)塑性断裂失效（塑性变形达到断裂程度）e)脆性断裂失效（弹性变形达到原子键破裂程度）f)疲劳失效。包括：◆高周疲劳；◆低周疲劳；◆热疲劳－交变温度场引起的失效◆表面疲劳－滚动接触表面因开裂、点蚀、脱落引起失效。◆冲击疲劳－反复冲击载荷引起的疲劳裂纹的产生和扩展◆腐蚀疲劳－腐蚀和疲劳交互作用◆微振疲劳－高频微振动引起所交变载荷和交变

6、应作用引起裂纹产生和发展g)腐蚀失效，包括：◆直接化学腐蚀◆电化学腐蚀◆晶间腐蚀◆选取腐蚀－固态合金中某一元素被过滤掉引起腐蚀◆空泡腐蚀－气蚀◆氢腐蚀－氢气泡、氢脆、氢侵袭◆生物腐蚀◆应力腐蚀h)磨损失效－接触表面质点逐渐被磨掉，尺寸变化而发生失效。可分为：◆粘附磨损－局部高压使粗糙接触点产生冷焊现象。随运动而引起的塑性变形，粗糙接触点破裂，导致局部金属磨掉（脱落）◆磨粒磨损◆表面疲劳磨损◆变形磨损◆冲击磨损◆微振磨损（港务局端环经向表面与曲轨间的磨损）i)冲击失效－动载或冲击载荷引起应力和变形，使构件功能失效。可分为：◆冲击断裂◆冲击变形◆冲击磨损◆冲击疲劳j)蠕

7、变失效（曲轨伸长、螺栓防松）k)高温蠕变断裂l)应力松弛m)热冲击n)胶合失效o)辐射损伤－部件受辐射而改变了材料的性能，使其功能失效5)从设计寿命角度a)无限设计寿命理论（雷达）b)有限设计寿命理论（飞机）c)等寿命设计理论（日本汽车）d)临界设计寿命设计理论（安全保护作用）6)从安全性、可靠性角度a)安全系数法b)可靠性设计理论7)人－机关系协调理论§1－3机械设计理论研究状况和发展趋势目前机械设计处于半经验半理论设计阶段，不完全成熟，还需要进一步研究设计的内在规律和特征。设计的发展趋势是：设计由静态走向动态；由单参数走向多参数；由安全走向可靠；方案设计由单