第2章机械设计总论hm.ppt
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1、第二章 机械设计总论,2-1 机器的组成,机械,天然工具,简单机器,工业革命,现代机器,改革开放后:我国机械工业得到了长足发展。,如:火车发展:,蒸汽机车,内燃机车,电力机车,磁浮列车(常导高温超导),高速列车,轿车发展:,红旗,桑塔纳、捷达、奥迪,别克、本田、帕萨特,蒸汽机车,内燃机车,电力机车,高速列车,磁浮列车,机器组成:,轿车组成:,一、原动机部分 包括原动机及其配套装置,是实现能量转换,为机械系统提供动力的部分。,(1)电动机:普通电动机(交流和直流)、 特种电机(隔爆型、起重冶金用、船用、纺织用、木工用、潜水泵用)、控制电动机(步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机)。,(2)
2、内燃机:柴油机、汽油机。,(3)液压泵:齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。,(4)空气压缩机。,二、执行部分 执行系统是利用机械能(或液压能或气压能)完成机械系统预定工作任务的装置。 运动:直线、回转、间歇 动力:力(F)、力矩(MT)、功率(P),三、传动系统 通常原动机的运动和动力不能直接满足执行系统的要求,传动系统就是把原动机的运动和动力进行适当变换后传递给执行系统的中间装置,其主要功能包括减速或增速、变速;改变运动规律或运动形式;起动、制动和反向;传递功率、转矩或力等。,四、操纵和控制系统 操纵系统和控制系统是使动力系统、传动系统和执行系统彼此协调运行,并准确可靠地完成整机功能的装置。,五、辅助
3、系统 冷却、润滑、电系、指示等。,2-2 设计机器的一般程序,机器设计是一个创新与借鉴相结合的过程,一般程序如下:,一部机器的质量基本上决定于设计质量,机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。,机械产品从计划、设计、制造、安装、运行直至报废所经历的时间称为寿命周期 。,机械系统本身是人-机-环境系统的组成部分。,机械产品传统的设计制造过程,2-3 对机器的主要要求,一、使用功能要求,实现预定功能,工作可靠。,二、经济性要求,三方面:生产成本低、使用消耗小、维护费用低。,措 施:,1)设计中采用“三化”零部件;,2)应用成熟的新技术、新材料。 3)选用高效率设备,减少动力、燃料消耗。,三、劳动保护和
4、环境保护要求,四、寿命与可靠性的要求,五、其他专用要求,2-4 机械零件的主要失效形式,失效:零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能。,常见失效形式:整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破 坏、破坏正常工作条件引起的失效。,(一)整体断裂,整体断裂是指零件在载荷作用下,其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂,或在变应力作用下,危险截面发生的疲劳断裂。,(四)破坏正常工作条件引起的失效,零件在工作时会发生哪一种失效,这与零件的工作环境、载荷性质等很多因素有关。,统计结果表明: 一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、腐蚀等因素引起。,2-5 设计机械零件时应满足的基本要求,1、避免在预期
5、寿命内失效的要求(强度、刚度、寿命) 强度:零件在工作中发生断裂或不允许的残余变形统属于强度不足。 刚度:零件在工作时所产生的弹性变形不超过允许的限度。 寿命:零件正常工作延续的时间。,2、结构工艺性要求(便于加工、装配),3、经济性要求(材料、加工方法、精度等级),4、质量小的要求(节约材料、惯性力),5、可靠性要求,2-6 机械零件的设计准则,零件工作,承受载荷,零件据自身结构、材料反抗失效,反抗失效失效,解决办法:合理设计,设计零件时,首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。,强度准则,刚度准则,寿命准则,振动稳定性准则,可靠性准则,确保零件不发生断裂破坏或过大的塑
6、性变形,是最基本的设计准则。,确保零件不发生过大的弹性变形。,通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。,高速运转机械的设计应注重此项准则。,当计及随机因素影响时,仍应确保上述各项准则。,一、强度准则 零件危险截面中的最大应力不超过材料许用应力。,强度:零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力。,方法:,S 安全系数,S1,S:经济,不安全,二、刚度准则 零件危险截面中的最大应力不超过材料许用应力。刚度准则是零件在载荷作用下产生的弹性变形量 y,不超过机械工作性能所允许的极限值 yP。,2. 扭转刚度 扭转角,刚度:抵抗弹性变形的能力。,1. 弯曲刚度 挠度 偏转角,三、寿命准则 腐蚀、磨损和疲劳 腐蚀、磨
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