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机械设计基础B

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目录

机械设计概述

机械设计基础知识

典型机械零件设计要点

现代机械设计方法与技术应用

机械设计实践案例分析

总结与展望

01

机械设计概述

机械设计是机械工程的重要组成部分，是根据使用要求对专用机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算，并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。

定义

机械设计是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要因素，机械设计的努力目标是：在各种限定的条件下设计出最好的机械，即做出优化设计。

重要性

从手工设计到计算机辅助设计，再到现代设计方法的广泛应用，机械设计经历了漫长的发展历程。

发展历程

随着科技的进步和制造业的发展，机械设计正朝着智能化、模块化、绿色化等方向发展。

发展趋势

机械设计应遵循功能性、可靠性、经济性、美观性等基本原则。

在满足使用功能的前提下，机械设计应追求结构简单、制造容易、成本低廉、操作方便等目标。

基本要求

基本原则

分类

机械设计可分为新型设计、继承设计和变型设计三类。

应用领域

机械设计广泛应用于制造业各个领域，如汽车、航空航天、机床、农业机械等。

02

机械设计基础知识

研究物体在力系作用下的平衡规律，包括力的合成与分解、力矩与力偶、物体及物体系的平衡等。

静力学

研究物体运动的几何性质，包括点的运动学、刚体的基本运动等。

运动学

研究物体机械运动与作用力之间的关系，包括动力学基本定律、达朗贝尔原理、动量定理、动量矩定理、动能定理等。

动力学

材料力学性能

包括强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等，是选择材料和设计零件的重要依据。

材料选用原则

在满足使用要求的前提下，优先选用常用材料和工艺性好的材料；在多种材料都满足使用要求时，应尽量选择成本低、来源广、对环境影响小的材料。

将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件。

铸造

利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。

锻造

通过加热或加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。

焊接

利用切削工具从工件上切除多余材料，以获得所需形状、尺寸和表面质量的零件的加工方法。

切削加工

根据机器的使用要求和制造条件，合理地规定机器及其零件的制造精度和装配精度。

精度设计

公差是指允许尺寸的变动量，配合是指基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。公差与配合的选择应遵循在满足使用要求的前提下，尽量降低制造成本的原则。

公差与配合

03

典型机械零件设计要点

设计要点

明确轴的受力情况和运动情况，合理选择轴的材料和热处理方式，确定轴的结构形状和尺寸，保证轴的强度和刚度。

注意事项

避免轴的截面尺寸变化过大，以减少应力集中；合理布置轴上的零件，以保证轴的运转平稳；考虑轴的加工和装配工艺性。

根据传动功率、转速和传动比等要求，选择适当的齿轮类型、材料和精度等级；进行齿轮的几何尺寸计算，包括模数、齿数、齿宽等；进行齿轮的强度校核，包括接触强度和弯曲强度。

设计方法

采用变位齿轮传动，以提高齿轮的承载能力和传动平稳性；采用斜齿轮或人字齿轮传动，以减少轴向力；采用高强度材料和表面处理技术，以提高齿轮的耐磨性和抗疲劳强度。

优化策略

类型选择

根据轴承的受力情况、运动情况和工作环境等要求，选择适当的轴承类型，如深沟球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承等。

寿命预测方法

根据轴承的基本额定寿命公式，结合轴承的实际工作条件，如载荷、转速、温度等，进行轴承的寿命计算。同时，考虑轴承的润滑和密封情况，以保证轴承的正常运转。

VS

根据联接的受力情况和工作环境等要求，选择适当的螺栓类型、材料和规格尺寸。同时，考虑螺栓的预紧力、防松措施和拆卸方便性等因素。

键选用原则

根据轴上零件的周向固定和传递转矩等要求，选择适当的键的类型、尺寸和材料等。同时，考虑键的强度、耐磨性和工艺性等因素。

螺栓选用原则

04

现代机械设计方法与技术应用

03

工程分析应用

CAD软件可进行有限元分析、运动仿真等工程分析，为设计者提供科学的决策依据。

01

CAD软件的基本功能和特点

CAD软件具有强大的绘图、编辑、分析和优化功能，可大大提高机械设计效率。

02

三维建模技术

利用CAD软件进行三维建模，使设计者更直观地了解产品的结构和装配关系。

优化设计的基本概念

以数学规划为理论基础，寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。

优化设计方法的分类

包括线性规划、非线性规划、多目标优化等。

优化设计在机械零件设计中的应用实例

如齿轮、轴承等零件的优化设计。

可靠性设计的基本概念

在产品设计阶段就考虑产品的可靠性、维修性和保障性等问题。

可靠性分析方法

包括故障树分析、故障模式影响及危害