机械设计基本要求
开篇什：是么机设计械？机器
单：台器机多台机，器组生成线 移产机器，固定动机器典 机器型成组动：，力动，执行机传构，架机传感与控制 原，动：力电（感应、机步、进伺、磁服阻直、、线直流交、 ），发流机，动发电，液机压，气动光，声，风，，磁（电 至伸缩，）记合金忆传 动：减(增)器速机，械无变级，速变频速 变传感：移，位加（速度）视觉，，力，形，变动振噪声，温， ，度位液，电开光 控关：制算计，单片机（机SD）P，LPC远，近）程（控，无制 （）有，遥控线 智能机器人（）：级智低，能高智能级移，动非，动移
《机械
设计（Ⅲ）（零）》件
第章一 械机设计述
概机
械的组
成篇开：什是么机械设计（续？）机器
械机组：机构、结构：部件、成最单小位件 机器机械零组成 （用零件、专用通件零机械、 通用零件：：机、气械、动液） 压设是计新的实现：创设计 创新的是现 实制复器，改机进机器，新 创新机创 复器制部零件改进，部零，创件 创新新部零 创件新科：的想象学力：天梯 新创： 见通用常件：传零件动齿轮、带（传动、传链动常 通见用件： 等零）支撑，件滚（轴承动滑动、轴）承轴，连接，件（ 螺纹键、连轴、器离、器），其它（弹合簧 ）等
舟神”号载五人船飞射升发 (长空征二号F载火箭)运
神舟五号
返回舱
机
械组成的
械的组机
成车汽
机器
焊接
人
1
何如计机设器
失？效念：机概或零器件部法正无工常作 效失念概： 效形失式：机由使器环境与要用决求定失 效形： 常式见失效式形单一（共存）或断：，裂常 见效失形式（单一共或）存 ：形，磨损变，振动，蚀，胶点合温 升，精度， 等破坏失效与性非破性失坏
效轮
齿断折
疲劳点
斜齿轮点蚀蚀
如设计何机？（器）
续计设准：根则失效据式的形理进行设计机设计准则 计设则的确准定根：据主要效失形式 设计则的准定 确变力与静应力：疲应和静强度劳 变力应静与应 力态设静：计低速 静态设计动 态设：高计速动态 计 悬设臂梁设计程过设 计较与核区别
计人员设需求设和计力培养能
需求：极短缺度原，在因设计于要需验的经 积需：求累 设 计能培力养：掌
握3机D设械软件和2计工程D图设的计使用能 力具基有的本结构计设分与析能力机构和分析力能 握通用零掌件的设部计理原方与法 用零部件通的设原计理与方法 掌F握E分析软件M使用的 掌握电设计机的本基理原与法方尝试在 指导实下践2－个3创新计设例
案画动放播
柄曲杆摇构机动画牛 灌奶机动装 画片机动贴 画高绝缘子检测机压器人画
动
2
高压绝缘
子测机器检人
1§. 课程
1介绍1 ..11课程 性的质机械设计
程是课养机培工械程专业学生类 用机通械计设力的主能技术基干课础；机 械设课程计是是学专习业课和程事机械 从品设计的必产基备础
本课
程所涉的及先课程修有： 工程图制：设的图计形达表。工程 料材非金：材属料，金属料材热处及。 机械理造基制础：冷加工工，热艺加工艺工。 公差合与配技术量测：解决精设计度题问 。理力学论：解力分决与析力计算动 材料力学：解决。度分析问题强 。机原械：理解决械的方机案设计。 机械设结计果的现形式为：表机 械程工图说、书明和计机算程。
序1.
.21课程 内容
机的设械的计一程序、般计步骤、设设方计 ，法有标准。关机 设计基械理础，强论设度理论，计摩学擦设计 识知 通用等础基零部件计设理论与方法，传如零动 部设计件方法连、件接设方法、箱体计架 机计方设等
1法1.. 3课程任务
通的过论理习和课程设计学初，步具有个机一械设 工计程所师必具须的备基设本计能。
力.1.4 1学安教排1
9～周，机零件教械学，54学时其，，中堂学习 课约64学，时验实2时，其学学余用于时习、答 疑、笔试等； 复0～121周，图制教及学程设课计备，1准学8时教 学形：课堂式课，授论，讨外作业 课考办核法及间时平时
成绩03％， 笔及试图制作大成绩7业％ 笔试时间初定0第周9星五期4（2月日）1～72节
树
立正确的计设想;思 握掌通用机零械部件的计原理、方设和法一 规般;律掌握 一定的计技设（查阅资能，料用标运 准规范）、 ;握掌型机械典零件的实方验，获法得基 本的实技验;能 解机了械计设的新最动态。
3
1.
15 教.材参考文献
及李柱.国 机械计设与论理 .京：科北技学术出版 ,社2030,8 宗泽. 机吴械设计 .北京高等：育教版出社,2 010, 7Soptts M F and SouhpT .E esDin og fmchiaenel ements(8 n). PredticneHal ,200l 吴4克坚,晓红于,瑞钱.明机设计.械北京：高 等教出育版社,02303,
§1
. 2机设计械述
设概计层的结次 (构 MF pSttos
)设 工计程计设 机械计设 机器设 计
计：针对设品产和程的问题过求 解工，程设计美、学设等 计工程设：计利用工程和学知 科进行识设的，如电器设计计 建筑设计、、机械设等计 械设机：能源计械设计；机 机器设（计结与构运机械动 计设） 课本的程究对象研：机器其 零及部件
机械是机器
和构的机总称工 作：机利用机械能现实作工功能如，机床 台一整完的器的组机成如下
支架基础
：力装置 传感器 动传动装 置感器传 纵操及制控统 系行执装 置感传 辅器助 统系
以
车为例汽 机－器组的成
机器
力动机提：供或换机转能，械如内机
传燃动置装 机 执行装架 置力动
装置操纵 及控制 装置
1
2.1机.设计的械位与地用
设作计是响产品影术技与经指标的济键
关设计占成本 5 设计决%定成
本02 04 60
0
现代业三企部 分开发设计制 市造场销
售7%58
0
成
的设功赢得计了市场设计是 进引技术现实产化的重国环节要 设是科技计果成化为生转力产纽的
带将核
心工作在本企业，两头在内放中，在间
外4
1
..2机械设2计的本要基
机械求计设 的本基要求零 设件计基本的要求 机器计设的基本要求
零
设件计基本要的求
作能力要工：求度、刚强、度耐、寿磨命耐、 热
等机零件的工作械能是力指在定一运动的载、荷和环境条 下 件，预在定的使用期限，内发不失效生 安全， 实规定现能功限度的。
机器
设的基计要求
本用使方的面求：要主指功能要求要 经济性求要
：设制造计经的性济 用使和修的维经济
性工
性要求：艺工和加配装的工工加艺性 济性要经求制：作成本低 其要求：他声噪环保、安全性能等
、社性会求：要全、安环保等
1.2.3机设计的类型械
开性发计 机械产品的工作设理和具原结构体完全等未知
的情况下 ，应用 熟 成的科技学或术经过验实证 是可行的新技明 术开，发设计新品，这产一是种完全创 新设的计。适 性应设计对现 有机产品械工作原理 、的设方 案不变的前计下，仅提作部变更或局增附加功加 能， 在结构作相应调上整 ，产使更品能足使满要求用 。变设计 形械机品产的工原作理 功和结能不构变 ，为了应工适条艺或使件用求 要，变产品的具体改参 和结构数
1
..24机械计的一般设过
机器设程计的一般程过（MF pStostR、udlfoK ollr等）e计划
段
阶可 行性 证论制 定 任务书 抽 象化
方
设案计组 合 及
选 功择能 结 构技 术 经 济 价评粗 略 结 构设 计
术 技设
计 确精 结 设 构 完 善 计 与 查
检施 工设计
零件图 装 配 图
样机 试
制投
产及售后服
务12..5机械零件计设的一过程
般正确定零件的类型选
据根运动及力动数、参况工件条、用状况使等
确定作
用于零件的载上
获荷力得学模型确、定载性质荷
确
零件受定载后所产的应生力应力类
型（单应力向复/应合）、力应力小等大
正
判确零定件的主失要效形式选定 件零的材或材料料合组包毛括坯式、热处理形 法方、度硬等 进行工能力作计算 行进零结件设构计 行进施工设，计绘零件的施制图工
5
直齿
圆柱轮设计齿步骤介简
的轴设计骤步介
简1.2.7
机械零件计设的失效计算准则机
零械件失的形效式失 效—零件丧—失正常作能力或工不达 到计设要求的现 象失形式：效度失效强刚度失、效、磨 损失、效动、噪声失效振、度失精、效可靠
性失
效荷载析分
载
荷 分析
计
算复合力、应力应小大 曲应弯力算计接 应力计触
机械零算件的计准则 算算准则计——以止防产生种各可能效失目为的而 定的零拟件工作能计算力据依基本的原则 ）强度1则
零准件在载荷作下用抵抗破的能坏 力σ⎧ σ (B τ ) B− 性材脆料σ ≤ σ ][= lim[ σ ] Sσl im( τli m) σ ⎪ (SτS ) −性塑材 ⎨料 σ (τ⎪) − 疲 限极τ li ⎩m YY
2
刚）准度
则件零在荷作用载抵抗下性弹形变的力
能y [≤y ]y—
可以—挠是、偏度角转扭转角或
3
耐）磨准则
作相对性运动零的件其作工表抵抗磨面损能的
力 p≤ []p
p
v≤ [p ]
v ≤ τ[ τ]
=[Sτ
]
4）振动
定性稳准则
f p1.1 5 f
1
2.8机.零械部的件准化标系列化和、用化通标准化——
通过零对的件尺、结构要寸素、料材性能、 设方法、制计要求图等，制出大家共定遵同守 标的。准 列系——化将 同类一产品的要参主、数型、尺寸式、基 本构等结次分依，制成系列档化产品以较，少规的格 种满足品户的用泛要广。求通 用化—将—用途结构相、的近零件（部如轴承螺 、等），经栓过一后统实现互；换
5热平衡准则
）∆t ≤ [∆ t ]
6 可）性准则
靠统、机器或零系在件定的规条下和件规定时的间内 完规定功能成能力的
。N
f R= =N − N0 1N0
6
意： 1义)制上可以实造专现业大批量生化产，既可提产品高质 量，能又低成本降 ；)2计方面可设减少计工作设量； )3管维理方面可修少库存减量，便于换损更的零坏件 。准标层：次国标准、国家标准、际行业准、标业企标准 号代为 IS： GOBJ B、H BBQ标 准 质 强制性准标GB（--）-必须-强制行执 推荐性标；（GB/T准）---鼓-励企自愿业采用。
12.9机.设计工具械
设标准计
用零通件部（栓螺、键、动滚承、联轴器、滑 轴动轴、减速承等）器的家标国 准某些零的（件轮齿模、蜗杆数度分圆直、轴径径 等参数标）准
何建几工模：具Autcao、ProEdUG、、S lidowrkso 等计仿算真工：具Maltab、Ecex、Alsys、nAda m等s
§1
3 机.械件的零设计方
法常规计方法是设指用一定的采理论析和分 算，计合人们结在长的设期和计生产践中实总结出 的方、法公式、表图等进行设的方计。法 理设论 计限性：局 验设经 计模实验设计型
现
设计代方：法
创新计（设Craeitv eedisg）n：贯穿过全程仿生 计设（Boniicsd eisgn）可 靠设计 (R性leiaiblit dysiegn 生态化)设计D（seginfor neirvnomnet）面
环向境、资（源含源物能和源）生物（人、类动、 物植的）计设；
凭有借限的接经直或验接经间验仅对 要重的 零部件进行设计算 计重偏考于产虑自身品能功的现 实用采工计算 手、绘图
计设自动
化：优化设计、虚设拟计协、同设计
、智设计等能
13.1摩.擦设学基计础识
摩知的利擦用克服与摩
会引起零擦表件面磨损温、度高、升量损能耗 由；于损磨失效的零件而占失效件零量的总0％左右8； 据统世计界上业工能源的/31由是于服克摩擦消耗；而 但是摩擦，被还于用传递作工动力缓和冲击、产和生阻尼
摩。分擦
类按 摩擦 的副形 式 分 类 滑动摩 擦摩擦按状态
①干摩
擦：表面 接接直触
性变弹
形边②摩擦：吸 附界膜、化反学应膜，厚度
性塑变形
边界
膜滚动擦摩
擦、摩磨与损滑润的科学总称摩擦学；为 摩学设擦：将计擦学理论应摩于机械用统系计 的设设方法计
③
体摩流擦 ④：混合擦摩：表面 两两表被面压 力少接量触 0.，01µ m体液全完隔
液体
7
动摩滑擦型类及滑状态润断判方法一
：根据厚膜断，但判膜厚测困量 难法二方根：摩据特擦性曲线断判
横坐——摩标擦性特数
系损过磨程
磨损q量
1磨合磨）过损 程面粗表糙 损量迅磨速加， 增磨损率较；高
合磨 损阶段
磨
稳定磨损阶段
剧烈
损阶段
磨
II ∆I
III
ηvq/p
润η剂滑度；v粘速度p；压强
2
稳定）损磨段阶 磨经合的擦表面加摩硬工化， 形 O成了定的稳表粗面糙度，摩条件擦 保持相稳定对，磨较损,缓该时间长段短 映零件的反寿 命）急3剧损阶段磨
磨损
率t∆
时
间
tO
间t时
坐纵—标—摩擦系µ数
稳定磨损后经，件零面表坏破，运副动间隙增→动大振动载 →润状态滑变→改升温↑→磨速损急度上剧升直至→零件失效
磨损类
型根据（坏破机理）1）粘着磨损
式形
抹 涂擦 胶合伤 咬
死减磨损的小方法合理
选择擦摩材料副
发场合
生蜗杆动
传
发部位生
金软属面表层浅 软属表金面浅层一方或 双方较深层
表征
软金硬属转移到金 表属 面划痕表面“撕 脱 无法”对运动相
选
异择种属金脆性、材 提高料抗着磨粘损力能 提；高粘着磨抗能力损；采用 度硬、韧性好材料 高提高抗磨粒损磨力；能 提高磨抗磨损能粒； 力高提面光洁度 表高提疲抗劳损的能磨；力
合理选择润剂滑添及剂
齿加轮蜗、杆传动 颈轴轴与瓦
高粘度润滑
油、极压加剂 添提高抗劳磨疲损力能； 油性极压添和加剂 提高粘抗着磨损能；力
）2磨磨粒损软表：上产 生面划，由外痕硬界粒颗或表面的硬突起所致；
3表面疲劳磨）损：料材 落剥生凹产坑，劳点蚀 疲）腐蚀磨损4
控摩擦副制工条作件
限表制面压、强限表面制温度等制控擦副摩工条作件
其他
包括：动滑 滚动、体润滑、流悬浮等
润滑磁润
：滑向擦摩面表入润滑剂加润 滑作的用：小摩减擦、减磨损、小低温度、降
防止锈蚀缓冲、、洗污垢等作用清； 滑剂类润型及主性能 要滑油润有机 、油矿油、合成物
油能指标： 性）粘度1 4闪）点和点 燃）2性 油）5极压能性 3凝）点6 ）氧化稳定性
度粘
力粘度
动运
粘动度
压
力、温对粘度的影度
响齿
轮用齿油轮， 内燃用内燃机油机
8
润滑
脂
钙基润滑、脂钠润滑脂基锂基润、脂滑2） 滴点3 ）定安性
润滑油润滑时的
4种滑状态：
润边界润滑：对于边界应擦摩 混润滑：对应合混于摩擦 合弹性流润体:滑度粘压力影受 响体流滑：润对于流应摩擦
体
能指标：性1 ）入度针
固
润体剂滑
蜡 聚氟乙烯、、酚 树醛脂 石墨二、化钼硫氮、硼化高 、温低、温空环境中使用
真§1.4 机
零械常件材料
用⎧ ⎧⎧⎧ 铸铁 (灰 HT) :宜制作 体箱、机和座 机架等零 ⎪件⎪ ⎪ ⎪ 墨铸铁球 (T Q)强度： 比TH高 常，来用代替钢制⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪铁 ⎨铸造复零杂如件曲轴等 ⎪⎪色黑金材属料⎨ ⎪ 可锻铁铸( K T)⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪金属料材 ⎨⎩ 特殊性 铸能铁 ⎨ ⎪⎪⎩ :钢应 最广，用度、强性韧 塑、性都比铸铁高 ⎪⎪ 铜⎧金合用来：制滑动 轴承的轴造承、衬蜗轮、 弹簧 ⎪ 等 ⎪⎪ 有色金属材料 ⎪轴⎪合承金：用滑作轴动 中轴承承衬材料的⎨ ⎪ ⎪⎪⎪ ⎪ 铝合⎩金锡：铝合也可金 作滑用动承衬轴材料 ⎩ 层 ⎩非金⎪属材料 :如工程 塑、橡料胶等成分
结
构的类钢别用途
品与 普质通钢 ≤P0.04%5 S≤.050% 0碳钢素优质钢 机（性械 和能化成学分 时保证）同P、S均 0≤035. %碳低 钢0.250.6 碳含碳量 特点 只保械机性能 不化保学分 常成牌见 号型典应用 2Q53Q2,75 受应静的一力般零件 冲 件压焊接、 件、渗碳等 件轮、轴齿、等 弹键、簧凸等轮
塑
性、韧性、焊 5、20 接性能好1强度 ，低4 5合综性好能高 度、强弹高性 入加、锰 钼加铬入 6
0
合金钢 优质碳在素钢中，加合入金元素 改以善钢性能
的强↑度、韧性、耐↑磨性↑硬 ↑高度温度强↑耐↑蚀
材料择的选本要基求一：之用使求
零要件受的载
对于受承拉伸荷为载的主零件，用钢而不宜用宜铁铸；对于 受压承载缩为荷主的件，选用铸零； 铁于对应变的零件，选择力劳疲强度限的高材料 ；于承受冲击载对荷的件，零选韧性用较的零件好 对于；作工面产生较大接触表应的零件，选力有利择表 于面化强处的理材料
。材料选
择基的要求之本二工艺要求
热：工加艺工冷、工工加艺
铸毛坯造 焊毛接坯冲压 模锻毛坯 热处需理零件切 削工
加零件的
作条工件指（工作环境、质、介度、温摩 、擦损等磨情况
）对于相作运动对的零件选用减，摩耐磨、材料 ；
对于高下工作温作的零件，选工耐择高的温料材； 对在腐于性介质中工作蚀零的，件采用蚀材耐。料
9
材料选择的本要求基之三：济经要求
加热工工艺、加冷工艺工考
材虑的相料价格对 ； 虑考不同料的材加成本 ； 采工用部品局的质原则；材料的利 用率 ；考虑料的材应供状及况运成储本
铸
的结造构艺工性1)(
铸造的结构工艺
性2()
造的锻结构工艺性
接焊及热理处结的构艺工性
切加工的结构工艺性削
10
装拆结构工的性艺
11