
机械设计基础 第01章 概论20110028ppt课件.ppt
51页机械设计基础 Basis of Mechanical Design,Who ?,路,e-mail: lutony@,北京理工大学机械与车辆工程学院,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,敦,勇,,机械设计基础,第一章 概 论,第二章 平面机构的结构分析,第三章 平面连杆机构,第四章 凸轮机构,第五章 间歇运动机构,第六章 齿轮传动,第七章 蜗杆传动,第八章 带传动,第九章 常见其他传动简介,第 十 章 轮 系,第十一章 联 接,第十二章 轴和联轴器,第十三章 滑动轴承,第十四章 滚动轴承,第十五章 机械的调速和平衡,第十六章 机械系统的设计,第十七章 现代设计方法简介,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,,第一章 概 论,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,第一节 引言,第二节 机械零件材料学基础,第三节 机械设计中的摩擦学基础,,,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,第一节 引 言,一、课程的内容、性质和任务,二、机械设计的一般基本过程简介,三、机械零件的设计准则,,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,一、课程的内容、性质和任务,(一)课程内容(机械原理-机械设计-金属材料热处理-几何精度规范学),研究机械中常用机构和通用机械零部件(各种机械中普遍使用的零部件)的工作原理、结构特点、基本设计理论和方法。
常用机构设计,连杆机构,凸轮机构,间歇运动机构,,,棘轮机构,槽轮机构,不完全齿轮机构,,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,一、课程的内容、性质和任务,通用零部件设计,,联接零件: 螺纹联接、键联接、销联接等轴系零件:轴、 轴承(滑动轴承、滚动轴承)联轴器等机械系统的调速与回转件的平衡,机械系统设计,现代设计法方法简介,传动零件: 齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动等一、课程的内容、性质和任务,齿轮传动,蜗杆传动,带传动,圆柱平摩擦轮传动,链传动,主要传动形式,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,一、课程的内容、性质和任务,(二)与本课程有关的几个基本概念,机械:,机器:,机构:,零件:,构件:,机器和机构的总称machinery,根据某种使用要求设计的一种执行机械运动的装置 可实现能量变换或传递能量、物料或信息 实例:皮带输送机、内燃机、起重汽车、金属切削机床、机和计算机等machine,执行机械运动的装置,与机器一起通称为机械mechanism,由若干零件刚性联接而成,机器中能独立运动的最小单元体link,机器加工制造的最小单元part,数控立式铣床,一、课程的内容、性质和任务,电动机,港口用起重机,订书机,,1-气缸体;2-活塞;3-连杆;4-曲轴 5、6-齿轮;7-凸轮;8-进气阀顶杆,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,一、课程的内容、性质和任务,连杆,曲轴,单缸发动机,,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,一、课程的内容、性质和任务,(三)机器的组成-自行车,原 动 机,传动机构,控制系统,执行机构,辅助系统:,,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,一、课程的内容、性质和任务,(三)机器的组成,原 动 机: 汽油机和柴油机,传动机构:离合器、变速箱、传动轴和差速器。
控制系统:方向盘转向系统、排档杆、刹车及其踏板、离合器等执行机构:车轮、悬挂系统和底盘辅助系统:油量表、速度表、里程表、润滑油温度表及蓄电平电流表、电压表等为显示系统;后视镜、车门锁等为其它辅助系统;前后灯、仪表盘灯为照明系统;转向信号灯和车尾 红灯为信号系统机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,一、课程的内容、性质和任务,原动机,传动机构,执行机构,控制系统,,辅助装置(润滑、仪表、空调等),,,,,,,,,,,,机器主体,机器的组成,,090928-4W-1T-2H,机器灵魂,舒适性、宜人性,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,一、课程的内容、性质和任务,(四)课程性质,综合性、应用性强 培养学生设计能力的专业技术基础课 应具有必要的基础理论和金属加工工艺知识必要的先修课程:,高等数学 几何精度规范学 机械制图 金属材料学 工程力学 金工实习,推荐参考书:,孙桓. 机械原理(第六版)[M]. 北京:高等教育出版社 濮良贵. 机械设计(第七版)[M]. 北京:高等教育出版社 申永胜. 机械设计教程[M]. 北京: 清华大学出版社,080917-4W-1T-2H,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,一、课程的内容、性质和任务,(五)课程任务,获得认识、使用和维护机械设备的一些基本知识。
运用设计手册、图册、标准和规范等查询有关设计资料能力通过课程设计训练,了解机器设计原则和主要内容具有运用所学知识设计机械传动装置和简单机械的能力,掌握典型零件的实验方法和培养实验技能 了解常用的现代设计方法及机械工程学科的发展动向 掌握常用机构和通用零、部件的设计理论和方法机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,一、课程的内容、性质和任务,(六)学习方法,注重基础理论知识学习;,注重联系工程实际;,注重独立思考能力的培养,不惟教材和老师观点马首是瞻注重创新设计能力培养,实现由knowledge到ability的转变;,20100308-1W-1T-2H,20110228-1W-1T-2H,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,二、机械设计的一般基本过程简介-串行设计,1. 产品规划-明确机械功能目标 根据社会和市场需求,敏锐地感知市场信号,来确定设计机械(机器)的功能范围和性能指标,拟订设计任务书2. 方案设计-机构设计-机构协调设计按设计任务书的要求,构思出多种可行设计方案,通过对比、筛选,选择出相对最优方案: 功能满足要求、工作原理可靠、结构设计合理、制造成本低廉实例分析:压片机的机构协调设计,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,二、机械设计的一般基本过程简介,图1 粉料成型压片机的工艺流程 a 料桶 b 料斗 c 模具型腔 d 上冲头 e 片状制品 f 下冲头,1)料斗b在型腔c左侧,料桶a向料斗b供料。
2)移动料斗b到模具型腔c的正上方3)振动料斗,使料斗内的粉料落入模具型腔内4)下冲头下降一些,防止上冲头向下冲压时将型腔内粉料扑出5)上冲头向下,下冲头向上,将粉料冲压并保压一段时间, 使片状制品成型良好6)上冲头快速退出,下冲头将片状制品推出型腔,并由其它 机构将制品取走实例分析:压片机的机构协调设计,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,二、机械设计的一般基本过程简介,1. 产品规划-明确机械功能目标,2. 方案设计-机构设计-机构协调设计(压片机),3. 技术和施工图设计-机构设计-总装设计对选定设计方案进行分析计算,确定机构和零件的工作参数以及机械(机器)主要结构尺寸,完成每一个零件的结构设计,按照国家标准,绘制出整台机器的设计总图和全部零件图,编写有关技术文件 4. 试制、调试、鉴定、投产进行样机试制,对样机进行试验、测定,从技术上、经济上作出评定,提出改进意见070925-4W-1T-2H,三、机械零件的设计准则,(一)什么是失效-(工作载荷),失效:在规定工作条件下机械零件丧失正常工作能力的状态Failure:,失效-故障(fault)-不能用,(2) state of being inadequate, not functioning as is expected or required.,(1) lack of success,deform; deformation,振幅超过许用值。
动态设计应解决问题二)机械零件的主要失效形式,——如何进行机械故障诊断?,思考,振动过大 :,零件表面失效:,零件在拉、弯、扭载荷作用下 ,可能发生断裂,强度不合格 主要有过载断裂和疲劳断裂两种形式fracture,零件过大弹性变形超过许用值,为刚度不合格vibration,过大接触应力作用造成主要有点蚀(疲劳磨 损)、磨损失效(磨粒磨损)、胶合失效(黏着磨损)、塑性变型、腐蚀机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,三、机械零件的设计准则,(三)机械零设计时应满足的基本要求,强度准则,刚度准则,振动稳定性准则,,挠度,偏转角,扭转角,(1)避免在预定寿命内失效-设计准则,表面强度,(2)工艺性和经济性要好,(3)符合人因工程学要求-宜人性,(4)可靠性要高-在规定时间内正常工作的概率,第二节 机械零件材料学基础,金属材料,机械零件通常都是由金属材料制成的,有时也用非金属材料、复合材料制造机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,铸铁:含碳量大于2%的铁碳合金,,钢:含碳量小于2%,大于0.7%的铁碳合金,有色金属:主要有铜合金和铝合金,,碳素钢,,碳素结构钢,碳素工具钢:T7、T8,,普通碳素结构钢 如Q235、Q275等,优质碳素结构钢,,低碳钢C<0.25% 如20,合金钢,,合金结构钢,合金工具钢,特殊钢: 不锈钢,如2Cr13、滚动轴承钢,如GGr9SiMn、耐热钢,如3Gr18Ni25Si2等。
合金结构钢 如35CrMn2,40CrNiMoA(优质),低合金结构钢 如12Mn,弹簧钢 如60Si2MnA,中碳钢0.6%<C<0.25% 如45,高碳钢0.6%<C 如60,钢,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,第二节 机械零件材料学基础,,一般合金工具钢,高速工具钢,硬质合金工具钢,080919-4W-2T-4H,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,第二节 机械零件材料学基础,钢的优点:钢具有较高的强度、韧性和塑性,可以借助合理的热处理方法来改善其力学性能和加工性能;钢制零件可以锻造、冲压、焊接等主要方法获得,应用广泛090930-4W-2T-4H,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,第二节 机械零件材料学基础,,铸铁,灰铸铁:HT100、HT300,良好的铸造性、切削加工性、耐磨性, 消振性,但抗拉强度低球墨铸铁:QT400-18、QT500-7,强度和塑性比灰铸铁有很大提高,具有良好的耐磨性,但铸造性较差可锻铸铁: KTH300-06 ,强度、塑性、韧性、耐磨性均较高,能承受冲击振动 , 但生产周期长,成本较高铸造大尺零件较困难机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,第二节 机械零件材料学基础,铸铁优点:成本低廉具有优良的铸造性能、良好的易熔性和液流动性,易于铸造形状复杂的零件;具有优异的减振性能和良好的耐磨性能(自润滑性)。
铸铁缺点:铸铁的疲劳强度和塑性性能不如钢,不能承受较大冲击载荷机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,第二节 机械零件材料学基础,3 有色金属,(1)铜合金黄铜 铜与锌的合金,含少量锰、铝等元素,如 ZCuZn38等青铜 青铜以主加元素的不同又可分为锡青铜和铝青铜等,如CuAl10Fe3、 ZCuSn5PbZn5青铜比黄铜有更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性2)铝及铝合金铝合金密度只有钢材的1/3,但其强度和刚度接近于钢铝合金具有良好的导热、导电性能,其导电性能大约为铜的60%, 但由于重量轻,在远距离输送电时所用电缆中常由铝代替铜线无毒具有良好的抗腐蚀性,用于建筑结构工业、电器工业和航空航天工业中,例如波音747飞机上81%的材料都是铝合金20100310-1W-2T-4H,20110303-1W-2T-4H,机械设计基础(BIT)-by 路敦勇,第二节 机械零件材料学基础,二、非金属材料,1.工程塑料(1)尼龙 品种、数量及应用上居工程塑料之首,它强度高,耐磨性好,耐化学腐蚀但易吸收水分而影响尺寸的稳定性2)聚碳酸脂 在工程塑料中韧性最好,透光率达90%,连续使用温度135℃~145℃,它正取代玻璃和有机玻璃,作为飞机上的挡风夹层和天窗。
3)聚甲苯 在工程塑料中弹性模量最高,并有高硬度,低摩擦系数和较好的耐疲劳性能,适用于制造小齿轮及轴套等4)聚苯醚 在工程塑料中硬度最高,热膨胀系数最小,最耐热5)ABS 具有良好的综合性能广泛应用在管材、家用电器和纺织机械 中用ABS制成的泡沫夹层板,可作小轿车的车身ABS:(1)[汽] anti-lock braking system. 防抱死刹车系统 (2) [化]丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,。
