第二讲机械设计概要.doc

第二章 机械设计概要 内容提要： 本章主要分为两部分：关于机器总体设计的概述和关于机械零件设计的概述。机器总体设计包括：机器的组成、设计机器一般程序、对机器的主要要求等；机械零件设计包括：机械零件的主要失效形式、设计机械零件时应满足的基本要求、机械零件的计算准则、机械零件的设计方法、机械零件设计的一般步骤、机械零件材料的选用原则、机械零件设计中的标准化等。首先要从总体上建立起机器设计，尤其是机械零件设计的总括性的概念，即从机器的总体要求出发，引出对机械零件的要求，根据零件的失效形式，拟订出设计准则，在选择出适用的材料后，按一定的步骤，用理论设计或经验设计的方法，设计出零件来。其次，还要掌握对机器和机械零件的基本要求，即：提高机器总体效益和避免失效。蒸汽机出现以后，机器才具有了完整的形态。一般来说，机器由原动部分、工作（执行）部分、传动部分、控制系统及一些辅助装置等组成。 人力、畜力 —→ 水力机、风力机 —→ 蒸汽机、内燃机、汽轮机、电动机 汽车。 第二节 设计机器的一般程序 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。这里所讨论的设计过程仅指狭义的技术性的设计过程。它是一个创造性的工作过程,同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。根据人们设计机器的长期经验，一部机器的设计程序基本上包含以下几个阶段。 一、计划阶段 　　在根据生产或生活的需要提出所要设计的新机器后，计划阶段只是一个预备阶段。此时，对所要设计的机器仅有一个模糊的概念。 在计划阶段中，应对所设计的机器的需求情况作充分的调查研究和分析。通过分析，进一步明确机器所应具有的功能，并为以后的决策提出由环境、经济、加工以及时限等各方面所确定的约束条件。在此基础上，明确地写出设计任务的全面要求及细节，最后形成设计任务书。 设计任务书大体上应包括：机器的功能，经济性的估计，制造要求方面的大致估计，基本使用要求，以及完成设计任务的预计期限等。此时，对这些要求及条件一般也只能给出一个合理的范围，而不是准确的数字。例如可以用必须达到的要求、最低要求、希望达到的要求等方式予以确定。　 二方案设计阶段 　　机器的功能分析，就是要对设计任务书提出的机器功能各种要求进行综合分析，即这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否替代等。最后确定出功能参数，作为进一步设计的依据。 　　确定出功能参数后，即可提出可能的解决办法，亦可提出可能采用的方案。寻求方案时，按原动部分、传动部分及执行部分分别进行讨论。如果用N1表示原动机的可能方案数，N2和N3分别代表传动部分和执行部分可能的方案数，则机器总体的可能方案数N为： N=N1·N2·N3 在如此众多的方案中，技术上可行的仅有几个。对这几个可行的方案，要从技术方面和经济方面进行综合评价。图示机器经济性——费用曲线,总费用最低处所对应的机器复杂程度就是最优的复杂程度。 　　评价结构方案的设计制造经济性时，还可以用单位功效的成本来表示。进行机器评价时，还必须对机器的可靠性进行分析，把可靠性作为一项评价指标。一般来讲，系统越复杂，可靠性越低。 通过方案评价，最后进行决策，即确定下一步技术设计的原理图或机构运动简图。在方案设计阶段，要正确处理借鉴与创新的关系，既要反对保守和照抄照搬，又要反对一味求新而弃用原有合理经验。 三技术设计阶段 1．机器的运动学设计　 确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）及各运动构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。 2．机器的动力学计算　 计算各主要零件上所受的名义载荷（由于零件尚未设计出来）。 3．零件的工作能力设计　 已知主要零件所受的名义载荷，即可作零、部件的初步设计，确定零、部件的基本尺寸。 部件装配草图及总装配草图的设计　 根据已定出的主要零、部件的基本尺寸，设计出部件装配草图及总装配草图。草图上需对所有零件的外形及尺寸进行结构化设计。需要全面协调各零件结构尺寸，考虑其结构工艺性，使全部零件有最合理的构形。 5.主要零件的校核 有一些零件由于具体的结构未定,只能进行初步计算及设计。在绘出部件装配草图及总装草图以后，所有零件的结构及尺寸均为已知。因此，此时可以对各个零件进行精确校核。 　　草图设计完成以后，即可根据草图已确定的零件基本尺寸，设计零件的工作图。按最后定型的零件工作图上的结构及尺寸，重新绘制部件装配图及总装配图。 四技术文件编制阶段 　　编制设计计算说明书时，应包括方案选择及技术设计的全部结论性的内容。 编制用户的机器使用说明书时，应向用户介绍机器的性能参数范围、使用操作方法、日常保养及简单的维修方法、备用件的目