机械设计概论

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1、第一章机械设计概论1-1基础知识一、机器的基本组成要素在一部现代化的机器中，常会包含着机械、电气、液压、气动、润滑、冷却、控制、监测等系统的部分或全部，但是机器的主体，仍然是它的机械系统。机械系统总是由一些机构组成；每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素就是机械零件。机械零件可分为两大类：一类是在各种机器中经常都能用到的零件，叫做通用零件，如螺钉、齿轮、链轮等；另一类是在特定类型的机器中才能用到的零件，叫做专用零件，如叶片、螺旋桨、曲轴等。二、设计机器的一般程序一部新机器的设计过程大致有以下几个阶段。1）

2、计划阶段计划阶段是设计机器的预备阶段，其目标是拟定出设计任务书。在此阶段，要根据社会和市场的需求，明确所设计机器的功能范围和性能指标；根据现有的技术资料进行可行性研究，明确设计中要解决的关键问题，最后形成设计任务书。设计任务书应包括机器的功能、经济性估计、制造要求、基本使用要求、预计设计期限等。2）方案设计阶段本阶段对设计机器的成败起关键的作用，其目标是确定一个原理性的设计方案。在此阶段，要按设计任务书的要求，提出可能采用的多种方案，并对这些方案在技术、经济、可靠性等方面进行综合评价，最后进行决策，确定一个可进行技术设

3、计的原理图或机构运动简图。3）技术设计阶段技术设计阶段是产生总装配草图及部件装配草图。在此阶段，要按已确定的设计方案，进行运动学、动力学计算，零件的工作能力计算和结构设计，最后绘制出总装配图、部件装配图和零件图。在这一过程中，计算、绘图、修改常常是反复交叉进行的。本阶段所涉及的问题是机械设计课程最主要的研究任务。4）技术文件编制阶段技术文件编制阶段是设计机器的最后一个阶段，其目标是编写出机器的设计计算说明书、使用说明书等文件。设计计算说明书中应包括方案选择和技术设计的全部结论性内容；使用说明书应向用户介绍机器的性能参数

4、范围、使用操作方法、日常保养及简单的维修方法、备用件目录等。三、设计机器应满足的基本要求l）使用功能要求。所设计的机器必须实现预定的使用功能。为此，正确地选择机器的工作原理是最重要的。此外，还应正确地选择执行机构和机械传动方案等。2）经济性要求。机器的经济性是一个综合性指标，它要求设计和制造的成本低，生产周期短，使用机器的生产率高，效率高，能源和原材料消耗少，维护和管理费用低等。3）劳动保护要求。对所设计的机器，要求操作方便、安全，并对周围环境影响小。设计机器时，操作机构要适应人的生理条件，使操作轻便省力；要保证机器使

5、用人员的人身安全，应设有安全防护装置。同时，应降低机器噪音，防止有害介质的渗漏，减轻对环境的污染。机器的外形和色彩应协调，符合工程美学的要求以美化工作环境。4）可靠性要求。机器的可靠性是指机器在使用中性能的稳定性，是机器的一个重要质量指标。可靠性高，说明机器使用过程中发生故障的概率小，能正常工作的时间长。机器的可靠性高低是用可靠度来衡量的。机器的可靠度是指在规定的工作条件下和预定的使用期内机器能够正常工作的概率。5）其它专用要求。这是对某种类型机器提出的一些特有的要求。例如，食品机器应能保持产品清洁，建筑机器要便于拆装

6、和搬运，飞机应具有质量小、飞行阻力小而运载能力大的性能等。四、设计机械零件应满足的基本要求1）工作能力要求。组成机器的所有零件必须具有相应的工作能力，否则就会失效。为避免在预定寿命期内失效，机械零件应具有强度大、刚度足、抗疲劳、耐磨损和防腐蚀等性能。2）结构工艺性要求。机器零件具有良好的结构工艺性，就是要求零件的结构合理，外形简单，在既定生产条件下易于加工和装配。零件的结构工艺性不仅与毛坏制造、机械加工、装配要求有关，而且还与零件的材料、生产批量、生产设备条件等有关。零件的结构设计对零件的结构工艺性具有决定性的影响，是

7、学习机械设计时应掌握的一个重点内容，要予以足够的重视。3）经济性要求。经济性要求就是要降低零件的生产成本。从经济性考虑，可以采取以下一些措施：尽量采用标准化的零部件以取代需要加工的零部件；采用廉价材料代替贵重材料；采用轻型结构以减少零件的用料；采用少余量或无余量的毛坏或简化零件结构，以减少加工工时；采用装配工艺性良好的结构以减少装配工序和工时等。4）质量小的要求。要尽量减少机械零件的质量，因为这样可减少材料的消耗，降低成本，还可以减小运动零件的惯性以改善机器的动力性能。5）可靠性要求。机器是由许多零件组成的，因而机器的

8、可靠性取决于机械零件的可靠性。为了提高零件的可靠性，应当使工作条件和零件性能的随机变化尽可能小，并在使用中加强维护和对工作条件进行监测。五、机械零件的主要失效形式机械零件由于某种原因不能正常工作，称为失效。机械零件的失效形式主要有：1）整体断裂。整体断裂分为一次断裂和疲劳断裂两类。当零件受外载荷作用下，由于危险截面上应力超过零件的