1、第一章 機械設計概論 一.機械設計的基本要求: 機械設計的任務是在當前技術發(fā)展所能達到的條件下,根據(jù)用戶或市 場的需要提出的.機械設計應滿足以下的基本要求: 1.使用要求 設計的機械零件應在規(guī)定條件下,規(guī)定的壽命期限內(nèi),實現(xiàn)規(guī)定的功能 和效率,有效地實現(xiàn)預期的目的. 2.經(jīng)濟性要求 經(jīng)濟性要求體現(xiàn)在設計,制造和使用的全過程中,設計時應全面綜合的 考慮. 提高經(jīng)濟性指標的主要途徑有: (1)采用現(xiàn)代設計方法,實現(xiàn)設計參數(shù)最優(yōu)化,保證產(chǎn)品可靠性. (2)采用標準化,系列化和通用化的零,部件. (3)采用新技術,新工藝,新結構和新材料. (4)改善零件的結構工藝性,使其用料少,易加工,易裝配. 3.

2、勞動保護要求: (1)是產(chǎn)品操作方便,安全. 設計時按照人機工程學的觀點盡可能減少操作手柄的數(shù)量,操作手柄和按 鈕等應放置在便于操作的位置,合理規(guī)定操作時的驅動力,操作方式要符合人 們的心理和習慣,設置完善的安全防護與保安裝置,報警裝置和顯示裝置等. (2)改善操作者使用環(huán)境 降低機器運轉的噪聲,防止有毒,有害介質的滲漏,對廢氣,廢液,廢水進行 合理治理. 4.可靠性要求 可靠性要求指在規(guī)定的使用壽命內(nèi)和預定的環(huán)境條件下,機械能夠正常工作 的一定概率. (5)提高產(chǎn)品的機械化和自動化水平,提高產(chǎn)品的使用效率. (6)選用高效率的傳動系統(tǒng),降低能源消耗. 二. 機械設計的一般過程 機械設計的一般

3、過程可分為四個階段: 1.可行性研究 對產(chǎn)品的預期需要,工作條件和關鍵技術進行研究,確定設計任務要求,提 出功能性的主要設計參量,論證設計的必要性和先進性,提出可行性設計方案. 2.方案設計 根據(jù)任務書要求構思原理方案,確定功能參數(shù),采用最優(yōu)方案. 3.技術設計 按設計方案的目標,完成總體設計及零,部件的結構設計。完成方案的結構 化,從技術和經(jīng)濟觀點作結構設計和計算. 4.改進設計 根據(jù)加工制造,樣機實驗,技術檢測,使用操作,產(chǎn)品鑒定分析和市場等環(huán)節(jié) 反饋信息對產(chǎn)品作改進技術或技術處理,以確保產(chǎn)品質量,并完善前期設計中 的不足. 機械設計的一般過程如下圖所示: 第二章第二章 機械結構的基本設計

4、準則機械結構的基本設計準則: w1.實現(xiàn)預期功能的設計準則實現(xiàn)預期功能的設計準則 w2.滿足強度要求的設計準則滿足強度要求的設計準則 w3.滿足剛度結構的設計準則滿足剛度結構的設計準則 w4.考慮加工工藝的設計準則考慮加工工藝的設計準則 w5.考慮裝配的設計準則考慮裝配的設計準則 w6.考慮造型設計的準則考慮造型設計的準則 1.實現(xiàn)預期功能的設計準則實現(xiàn)預期功能的設計準則 w明確功能明確功能: 結構設計是要根據(jù)其在機器中的功能和與其他零部件相互的連接關系， 確定參數(shù)尺寸和結構形狀。零部件主要的功能有承受載荷、傳遞運動和動 力，以及保證或保持有關零件或部件之間的相對位置或運動軌跡等。 w功能的合

5、理分配功能的合理分配 : 產(chǎn)品設計時，根據(jù)具體情況，通常有必要將任務進行合理的分配，即 將一個功能分解為多個分功能。每個分功能都要有確定的結構承擔，各部 分結構之間應具有合理、協(xié)調(diào)的聯(lián)系，以達到總功能的實現(xiàn)。如 多結構零 件承擔同一功能可以減輕零件負擔，延長使用壽命 。 w功能集中：功能集中： 為了簡化機械產(chǎn)品的結構，降低加工成本，便于安裝，在某些情況下， 可由一個零件或部件承擔多個功能。功能集中會使零件的形狀更加復雜， 但要有度，否則反而影響加工工藝、增加加工成本，設計時應根據(jù)具體情 況而定。 2.滿足強度要求的設計準則滿足強度要求的設計準則 u 減小應力集中結構減小應力集中結構 設計中應在

6、結構上采取措施，使力流轉向平緩。應力集中是影響零件疲 勞強度的重要因素。結構設計時，應盡量避免或減小應力集中。如增大過度圓 角、采用卸載結構等. u等強度準則等強度準則 零件截面尺寸的變化應與其內(nèi)應力變化相適應，使各截面的強度相等。按等 強度原理設計的結構，材料可以得到充分的利用，從而減輕了重量、降低成本。 如懸臂支架、階梯軸的設計等。如下圖所示. u使載荷平衡結構使載荷平衡結構 在機器工作時，常產(chǎn)生一些無用的力，如慣性力、斜齒輪軸向力等，這些 力不但增加了軸和軸襯等零件的負荷，降低其精度和壽命，同時也降低了機器 的傳動效率。 載荷平衡就是指采取結構措施部分或全部平衡無用力，以減輕或消除其不

7、良的影響。這些結構措施主要采用平衡元件、對稱布置等。 例如，同一軸上的兩個斜齒圓柱齒輪所產(chǎn)生的軸向力，可通過合理選擇輪 齒的旋向及螺旋角的大小使軸向力相互抵消，使軸承負載減小。如下圖所示。 4.考慮加工工藝的設計準則考慮加工工藝的設計準則 3.滿足結構剛度的設計準則滿足結構剛度的設計準則 為保證零件在使用期限內(nèi)正常地實現(xiàn)其功能，必須使其具有足夠的剛度。 機械零部件結構設計的主要目的是：保證功能的實現(xiàn)，使產(chǎn)品達到要求 的性能。但是，結構設計的結果對產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)成本及質量有著不可低 估的影響。因此，在結構設計中應力求使產(chǎn)品有良好的加工工藝性。所謂好 的加工工藝指的是零部件的結構易于加工制造，任

8、何一種加工方法都有可能 不能制造某些結構的零部件，或生產(chǎn)成本很高，或質量受到影響。 因此，對于設計者認識一種加工方法的特點非常重要，以便在設計結構 時盡可能的揚長避短。實際中，零部件結構工藝性受到諸多因素的制約，如 生產(chǎn)批量的大小會影響坯件的生成方法；生產(chǎn)設備的條件可能會限制工件的 尺寸；此外，造型、精度、熱處理、成本等方面都有可能對零部件結構的工 藝性有制約作用。因此，結構設計中應充分考慮上述因素對工藝性的影響。 5.考慮裝配的設計準則考慮裝配的設計準則 w合理劃分裝配單元合理劃分裝配單元 整機應能分解成若干可單獨裝配的單元（部件或組件），以實 現(xiàn)平行且專業(yè)化的裝配作業(yè)，縮短裝配周期，并且便

9、于逐級技術檢驗 和維修。 w使零部件得到正確安裝使零部件得到正確安裝 保證零件準確的定位。如下圖所示的兩法蘭盤用普通螺栓連接。 下圖左圖所示的結構無徑向定位基準，裝配時不能保證兩孔的同軸度； 右圖以相配的圓柱面作為定位基準，結構合理。 避免雙重配合。圖(a)中的零件A有兩個端面與零件B配合，由于制造 誤差，不能保證零件A的正確位置。圖(b）結構合理。 防止裝配錯誤。下圖所示軸承座用兩個銷釘定位。圖(a)中兩銷釘反 向布置，到螺栓的距離相等，裝配時很可能將支座旋轉180安裝，導 致座孔中心線與軸的中心線位置偏差增大。因此，應將兩定位銷布置在 同一側，或使兩定位銷到螺栓的距離不等. w使零部件便于

10、裝配和拆卸使零部件便于裝配和拆卸 結構設計中，應保證有足夠的裝配空間，如扳手空間； 避免過長配合以免增加裝配難度，使配合面擦傷，如有些階 梯軸的設計；為便于拆卸零件，應給出安放拆卸工具的位置 . 6.考慮造型設計的準則考慮造型設計的準則 w尺寸比例協(xié)調(diào)尺寸比例協(xié)調(diào) 在結構設計時，應注意保持外形輪廓各部分尺寸之間 均勻協(xié)調(diào)的比例關系，應有意識地應用黃金分割法來確 定尺寸，使產(chǎn)品造型更具美感。 w形狀簡單統(tǒng)一形狀簡單統(tǒng)一 機械產(chǎn)品的外形通常由各種基本的幾何形體（長方體、 圓柱體、錐體等）組合而成。結構設計時，應使這些形狀 配合適當，基本形狀應在視覺上平衡，接近對稱又不完全 對稱的外形易產(chǎn)生傾倒的感

11、覺；盡量減少形狀和位置的變 化，避免過分凌亂； w色彩、圖案的支持和點綴色彩、圖案的支持和點綴 在機械產(chǎn)品表面涂漆，除具有防止腐蝕的功能外，還 可增強視覺效果。恰當?shù)纳士墒共僮髡哐劬Φ钠诔潭?降低，并能提高對設備顯示信息的辨別能力。 舒服的色彩大約位于從淺黃、綠黃到棕的區(qū)域。這個趨勢是漸暖，正黃正綠往 往顯得不舒服；強烈的灰色調(diào)顯得壓抑。對于冷環(huán)境應用暖色，如黃、橙黃和紅。 對于熱環(huán)境用冷色，如淺藍。 另外，通過一定的色彩配置可使產(chǎn)品顯得安全、穩(wěn)固。將形狀變化小的、面 積較大的平面配置淺色，而將運動、活躍輪廓的元件配置深色；深色應安置于機 械的下部，淺色置于上部。 小結: 因此，機械結構設

12、計是一項綜合性的技 術工作。由于結構設計的錯誤或不合理，可 能造成零部件不應有的失效，使機器達不到 設計精度的要求，給裝配和維修帶來極大的 不方便。所以這就要求我們在日常的工作學 習中注重實踐與總結,以期達到完美的結構設 計. 第三章 機械動力系統(tǒng) w1、按所用的燃料分：按所用的燃料分： （1）液體燃料發(fā)動機）液體燃料發(fā)動機 汽油機汽油機 柴油機柴油機 （2）氣體燃料發(fā)動機：壓縮天然氣發(fā)動機）氣體燃料發(fā)動機：壓縮天然氣發(fā)動機 液化石油氣發(fā)動機液化石油氣發(fā)動機 w2、按發(fā)火方式分、按發(fā)火方式分:（1）點燃式發(fā)動機（如汽油機、氣體燃料發(fā)動機）點燃式發(fā)動機（如汽油機、氣體燃料發(fā)動機） （2）壓燃式發(fā)

13、動機（如柴油機）。）壓燃式發(fā)動機（如柴油機）。 一一.內(nèi)燃機的分類內(nèi)燃機的分類: w3、按工作循環(huán)的沖程數(shù)分：、按工作循環(huán)的沖程數(shù)分： （1）四沖程發(fā)動機）四沖程發(fā)動機 （2）二沖程發(fā)動機）二沖程發(fā)動機 w4、按冷卻方式分：、按冷卻方式分： （1）水冷發(fā)動機）水冷發(fā)動機 （2）風冷發(fā)動機）風冷發(fā)動機 5、按進氣方式分：按進氣方式分： （1）自然吸氣式發(fā)動機）自然吸氣式發(fā)動機 （2）強制吸氣式）強制吸氣式 w6、按氣缸數(shù)分：、按氣缸數(shù)分： （1）單缸發(fā)動機）單缸發(fā)動機 (2）多缸發(fā)動機）多缸發(fā)動機 7、按氣缸排列方式分：（、按氣缸排列方式分：（1）單列發(fā)動機：直立式發(fā)動機、平臥式發(fā)動機）單列發(fā)動

14、機：直立式發(fā)動機、平臥式發(fā)動機 （2）雙列發(fā)動機：）雙列發(fā)動機： V型發(fā)動機、水平對置式發(fā)動機型發(fā)動機、水平對置式發(fā)動機 二二.內(nèi)燃機構造及工作循環(huán)內(nèi)燃機構造及工作循環(huán) 構造及術語構造及術語: : 往復活塞式發(fā)動機往復活塞式發(fā)動機上死上死點與點與下死下死點點壓縮比壓縮比 內(nèi)燃機工作循環(huán)內(nèi)燃機工作循環(huán): 顎顎圓循環(huán)圓循環(huán) 狄塞狄塞爾循環(huán)爾循環(huán)雙燃循環(huán)雙燃循環(huán) 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 汽缸蓋與汽缸體汽缸蓋與汽缸體 汽缸蓋汽缸蓋 水冷式汽缸體水冷式汽缸體 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要

15、裝置 汽缸蓋與汽缸體汽缸蓋與汽缸體 氣冷式汽缸體氣冷式汽缸體濕式（左圖）及乾式（右圖）汽缸體濕式（左圖）及乾式（右圖）汽缸體 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 曲柄連桿機構曲柄連桿機構 曲柄連桿機構曲柄連桿機構活塞與活塞環(huán)活塞與活塞環(huán) 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 曲柄連桿機構曲柄連桿機構 橢圓形活塞橢圓形活塞活塞裙裂槽設計活塞裙裂槽設計 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 曲柄連桿機構曲柄連桿機構 曲軸總成曲軸總成飛輪的構造飛輪的構造 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 汽門機構汽門機構 汽門機構頂置汽門式汽門機構頂置汽門式凸輪軸凸輪軸 3-5

16、 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 汽門機構汽門機構 頂上汽門式汽門機構頂上汽門式汽門機構頂上凸輪軸式汽門機構頂上凸輪軸式汽門機構 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 化油器燃料供給系統(tǒng)與廢氣排放系統(tǒng)化油器燃料供給系統(tǒng)與廢氣排放系統(tǒng) 燃料供給系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)濕式與乾式空氣清濾器濕式與乾式空氣清濾器 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 化油器燃料供給系統(tǒng)與廢氣排放系統(tǒng)化油器燃料供給系統(tǒng)與廢氣排放系統(tǒng) 文氏管效應與化油器構造文氏管效應與化油器構造進排氣管岐管構造進排氣管岐管構造 3-6 柴油引擎之主要裝置柴油引擎之主要裝置 供油泵供油泵 單作用式供油泵單作用式供油泵 雙作用

17、式供油泵雙作用式供油泵 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 汽油噴射式引擎燃料系統(tǒng)汽油噴射式引擎燃料系統(tǒng) 直接噴射直接噴射進氣口噴射進氣口噴射節(jié)氣門噴射節(jié)氣門噴射 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 汽油噴射式引擎燃料系統(tǒng)汽油噴射式引擎燃料系統(tǒng) 1.1.汽油汽油 2.2.空氣空氣 3.3.節(jié)氣門節(jié)氣門 4.4.進氣岐管進氣岐管 5.5.噴嘴噴嘴 6.6.引擎機體引擎機體 單點噴射與多點噴射單點噴射與多點噴射 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 汽油噴射式引擎燃料系統(tǒng)汽油噴射式引擎燃料系統(tǒng) 機械控制式噴射機械控制式噴射 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置

18、汽油噴射式引擎燃料系統(tǒng)汽油噴射式引擎燃料系統(tǒng) 電子機械式噴射系統(tǒng)電子機械式噴射系統(tǒng)電腦汽油噴射裝置電腦汽油噴射裝置 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng) 潤滑油路循環(huán)系統(tǒng)潤滑油路循環(huán)系統(tǒng) 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng) 氣冷式冷卻系統(tǒng)氣冷式冷卻系統(tǒng)水冷式冷卻系統(tǒng)水冷式冷卻系統(tǒng) 3-5 汽油引擎之主要裝置汽油引擎之主要裝置 點火系統(tǒng)點火系統(tǒng) 白金點火系統(tǒng)白金點火系統(tǒng)起動系統(tǒng)起動系統(tǒng) 起動系統(tǒng)起動系統(tǒng) 3-6 柴油引擎之主要裝置柴油引擎之主要裝置 柴油引擎燃料供給系統(tǒng)柴油引擎燃料供給系統(tǒng) 3-6 柴油引擎之主要裝置柴油引擎之主要裝置 供油泵供油泵 柱塞式供油柱塞式供油泵泵 柱塞式供油柱塞式供油泵泵柱塞式供油泵安裝位置柱塞式供油泵安裝位置 膜片式供油泵膜片式供油泵 3-6 柴油引擎之主要裝置柴油引擎之主要裝置 供