华中科技大学机械设计基础篇课件.ppt

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1、,第一章 机械设计概论,1-1 本课程的主要内容及性质,一、课程内容,机械机器与机构的总称组成机械的基本单元： 机构运动单元 机械原理 零件制造单元 机械设计,讨论通用机械零部件的设计方法，如零部件的工作原理、工作能力、参数设计、结构设计等,第一章 概论,关系：,机械设计参数设计和结构方案设计,机械原理原理方案设计,零件,通用零件专用零件,传动件连接件支承件其 他,齿轮、蜗杆、带、链,螺纹、键、花键、销,轴、轴承,联轴器、弹簧、机架,水轮机叶片、活塞、曲轴,机器是由机械零部件组成的整体，各个零件之间有紧密联系。学习时应有整体的设计观念。,本课程重点讨论通用机械零部件的设计方法。,第一章 概论内

2、容、性质及要求,第一章 概论内容、性质及要求,要学习的内容：,第一章 机械设计概论 ,第二章 挠性传动设计 ,第三章 齿轮传动设计 ,第四章 蜗杆传动设计 ,第五章 连接设计 ,第六章 轴设计 ,第七章 滚动轴承的选择与校核 ,第八章 滑动轴承设计 ,第九章 联轴器、离合器和制动器 ,第十章 弹簧设计 ,二、课程的性质及重要性,设计性技术基础课，综合性强,基础课,机械设计,专业课,机械设计是影响机械产品性能、质量和成本的主要因素,三、学习要求,1、掌握通用机械零部件的设计方法和步骤；,2、初步具备设计机械传动装置及简单机械的能力；,3、能在设计中运用各种技术资料（标准、规范、手册）。,第一章

3、概论内容、性质及要求,四、学习方法,1、掌握零件设计时的共性,工作原理、结构、类型、应用场合,受力分析、失效形式,设计准则、设计计算,2、不死记公式，理解并掌握基本概念,着眼于分析问题和解决问题能力的培养。,3、掌握机械设计的特点,解的不唯一性和设计过程的反复性。,第一章 概论内容、性质及要求,教材及实验指导书,1、机械设计（基础篇） 张卫国、饶芳等编，华工出版社2、机械设计课程设计 唐增宝等主编，华工出版社3、机械设计现场教学指导书 ，自编，东一楼205室 周、李4、机械设计实验指导书，自编， 东一楼205室 周、李,第一章 概论内容、性质及要求,五、成绩评定,平时成绩(30) 作业、实验、

4、小测验、考勤、课堂表现,考试成绩(70) 闭卷考试,注意：不无故缺课，不迟到、不早退；,按时完成作业，杜绝抄袭,第一章 概论内容、性质及要求,课堂讲授：28 学时,教 学 安 排,现场教学：2 学时,地点：东一楼 401,带传动实验：2 学时,地点：东一楼101 周老师、李老师,第 3 周周四56节，1205班,第 3 周周四78节，1206 班,第 2 周周三7节，1205班,第 2 周周三8节，1206 班,1-2 机械设计中的一般性问题 （教材1-3）,一、设计机械零件的基本要求,1、满足功能要求 能够准确实现预定的功能2、工作可靠 在预定的工作期限内不能失效3、成本低廉 经济、实用,失

5、效丧失工作能力或达不到设计要求的性能， 不仅仅指破坏。失效形式主要有：,断裂 如轴、齿轮轮齿发生断裂,表面点蚀 表面材料片状剥落,塑性变形 零件发生永久性变形,过大弹性变形,过度磨损,过大振动和噪声、过热等,第一章 概论一般问题,零件的工作能力 ,吊钩最大起重量50 kN工作能力或承载能力50 kN,第一章 概论一般问题,这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，所以又常称为“承载能力”,不失效条件下零件的安全工作限度,二、承载能力判定条件（设计准则）,同一零件可能发生各种不同形式的失效,轴可能出现的失效形式：,断裂,强度条件：工作应力许用应力 或 ,刚度条件： 实际变形量许用变形量 y y、

6、 、 ,第一章 概论一般问题,稳定性条件： 工作转速 n 许用转速 n,塑性变形,过大弹性变形,共振,三、机械零件的设计步骤,3、选择材料；,4、根据失效形式选用承载能力判定条件，,5、结构设计，绘制零件工作图。,传统设计方法：,理论设计（半经验设计）,1、拟订零件的设计简图；,2、确定载荷的大小及位置；,第一章 概论一般问题,设计出零件的主要参数；,设计式,校核式,类比设计,与已有的同类产品进行比较来设计新产品。这种方法在工程实际中用得较多，特点是节省时间，较可靠。,经验设计,根据实践中归纳出的经验公式和经验数据进行设计，缺乏创新。,模型实验设计,用于大型、复杂零件的设计。,第一章 概论一般

7、问题,现代设计方法：,优化设计,对工程实际问题进行抽象，建立数学模型，用优化方法求解，得出最佳设计结果。,计算机辅助设计（CAD）,包括设计、绘图和工程分析。,概率设计（可靠性）,将概率论与数理统计理论运用于机械设计。,有限元设计,并行设计,第一章 概论一般问题,虚拟设计,1-3 机械设计中的强度问题 （教材1-3-四）,一、载荷及应力的分类,1、载荷的分类,静载荷变载荷,不随时间改变或变化缓慢,随时间作周期性或非周期性变化,名义载荷计算载荷,理想工作条件下的载荷,作用于零件的实际载荷,计算载荷,名义载荷,=,K ,？,载荷作用于零件上的力或力矩,第一章 概论机械零件的强度,即：Fca = K

8、F,或 Tca = KT,1,2、应力的分类,静应力变应力,不随时间改变或变化缓慢,随时间作周期性或非周期性变化,变应力,稳定变应力周期性循环变应力,非稳定变应力非周期性变应力,稳定变应力,非对称循环变应力,对称循环变应力,脉动循环变应力,第一章 概论机械零件的强度,载荷引起的表面应力或体积应力,对称循环变应力,脉动循环变应力,非对称循环变应力,静应力,第一章 概论机械零件的强度,几个应力参数,循环特征：,表示应力变化的情况,对称循环 r =,-1；,脉动循环 r =,0；,非对称循环 ,r 0 且 | r | 1;,静应力 r =,+1,用r 表示循环特征为 r 的变应力。如 -1、0 等,

9、平均应力：,应 力 幅：,对称循环:m= 0; a =max,脉动循环:m=a =max / 2,第一章 概论机械零件的强度,注意：,变载荷 变应力,静载荷 静应力 ？,或 变应力, a,二、静应力作用下的强度问题(静强度),主要失效形式：塑性变形或断裂,强度条件：ca 或 ca ,塑性材料：,许用应力：,lim 、lim 极限应力 S 安全系数,lim = s ；lim = s,脆性材料：,lim = b ；lim = b,s、s 材料屈服极限,第一章 概论机械零件的强度, a,b、b 材料强度极限,三、变应力作用下的强度问题(疲劳强度),主要失效形式：疲劳破坏,强度条件：ca ,lim =

10、 ？,疲劳破坏与零件的变应力循环次数有关,N 应力循环次数,rN 疲劳极限（对应于N）,N0 循环基数,r 持久极限,由此得：,与应力状态有关的指数,第一章 概论机械零件的强度,四、安全系数 S,通常 S 1,变应力时，取 lim =rN（有限寿命 N N0 ） 或 lim =r （无限寿命 N N0 ）,各种材料的r 可从有关设计手册中查取,第一章 概论机械零件的强度,重要情况下或受力分析等精确性较差时 S 取大些；,否则， S 取小些。,结束,第一章 概论,传动件,齿轮传动,蜗杆传动,带传动,链传动,螺旋传动,第一章 概论,连接件,螺纹连接,键连接,花键连接,销连接,第一章 概论,支承件,轴,滚动轴承,滑动轴承,第一章 概论,其他通用零件,弹簧,联轴器,机架,第一章 概论,专用零件,曲轴,活塞,