機械設計孫恒課件歡迎來到機械設計課程！本課程旨在為您提供全面的機械設計知識體系，從基本原理到高級技術，再到實際應用，讓您具備獨立完成機械設計任務的能力。我們將一起探索機械設計的奧秘，為您的職業發展奠定堅實的基礎。本課程的目標和內容課程目標本課程旨在培養學生對機械設計的基本概念和方法的理解，使學生能夠運用所學知識進行簡單機械零件和部件的設計計算，并初步具備創新設計的能力。通過本課程的學習，學生將掌握機械設計的基本技能，為后續的專業課程和工程實踐打下堅實基礎。課程內容課程內容涵蓋機械設計的基本原理、零件設計、傳動設計、連接設計、材料選擇、表面處理、公差配合、工藝性、裝配性、可靠性、維修性、制造性、經濟性、設計文件編制、設計流程組織、數字化設計技術、計算機輔助設計、有限元分析技術、三維建模技術、參數化設計技術、產品數據管理技術、案例分析、概率論應用、人機工程學應用、倫理法律問題、未來發展趨勢等方面。機械設計的基本原理強度機械零件在工作過程中必須具有足夠的強度，以承受工作載荷而不發生斷裂或塑性變形。剛度機械零件在工作過程中應具有足夠的剛度，以保證其在載荷作用下產生的變形不超過允許范圍，從而保證機器的正常工作。耐磨性對于有相對運動的機械零件，如軸和軸承，齒輪等，應具有良好的耐磨性，以減少磨損，延長使用壽命。穩定性一些承受壓力的零件，如細長桿、薄壁筒等，應具有良好的穩定性，以防止在載荷作用下發生失穩現象。力的分析1靜力分析靜力分析是研究處于靜止狀態或勻速運動狀態的物體所受力及其平衡關系的分析方法。在機械設計中，靜力分析用于確定零件所受的靜載荷，為強度計算提供依據。2動力分析動力分析是研究運動物體所受力及其運動規律的分析方法。在機械設計中，動力分析用于確定零件所受的動載荷，為強度計算和運動設計提供依據。3沖擊載荷分析沖擊載荷分析是研究物體在瞬間受到巨大沖擊力作用下的受力情況的分析方法。在機械設計中，沖擊載荷分析用于確定零件所受的沖擊載荷，為強度計算和緩沖設計提供依據。應力分析正應力正應力是垂直作用于物體表面上的力引起的應力，分為拉應力和壓應力。拉應力使物體伸長，壓應力使物體縮短。剪應力剪應力是平行于物體表面上的力引起的應力，使物體發生剪切變形。例如，螺栓連接中的螺栓承受剪應力。彎曲應力彎曲應力是由于彎矩作用在物體上引起的應力，物體表面上的應力分布不均勻，有拉應力和壓應力。扭轉應力扭轉應力是由于扭矩作用在物體上引起的應力，物體截面上的應力分布與到圓心的距離成正比。許用應力定義許用應力是指零件在工作時允許承受的最大應力值。它是根據材料的強度極限、屈服極限和安全系數確定的。確定方法許用應力通常由材料的強度極限或屈服極限除以安全系數得到。安全系數的選擇取決于零件的重要性、載荷性質、工作條件等因素。影響因素許用應力的大小受到材料的種類、工作溫度、載荷性質、零件尺寸、表面狀態等多種因素的影響。在設計中應綜合考慮這些因素，選擇合適的許用應力。接觸應力1定義接觸應力是指兩個或多個物體在接觸面處產生的應力。接觸應力通常發生在滾動軸承、齒輪、凸輪等零件中。2影響因素接觸應力的大小受到接觸面的形狀、載荷的大小、材料的彈性模量、泊松比等因素的影響。接觸面越小，載荷越大，材料的彈性模量越高，接觸應力越大。3計算方法接觸應力的計算方法比較復雜，通常需要使用赫茲公式或有限元分析方法進行計算。在設計中應根據實際情況選擇合適的計算方法。安全系數定義安全系數是指零件的強度極限或屈服極限與工作應力之比。安全系數越大，零件的安全性越高。選擇原則安全系數的選擇取決于零件的重要性、載荷性質、工作條件等因素。對于重要的零件，或承受沖擊載荷的零件，或工作條件惡劣的零件，應選擇較大的安全系數。常用取值安全系數的常用取值范圍為1.2～4。在設計中應根據實際情況選擇合適的安全系數。設計中的因素分析功能零件必須滿足預定的功能要求，這是設計的基礎。1強度零件必須具有足夠的強度，以承受工作載荷。2壽命零件必須具有足夠的使用壽命，以保證機器的正常工作。3成本零件的成本應盡可能低，以提高產品的競爭力。4零件設計1確定零件的幾何形狀2選擇合適的材料3進行強度計算4進行剛度計算5進行耐磨性計算軸的設計1確定軸的結構形式2選擇軸的材料3進行強度計算4進行剛度計算鍵和銷的設計鍵的設計鍵是用于連接軸和輪轂的零件，傳遞扭矩。鍵的設計包括選擇鍵的類型、確定鍵的尺寸、進行強度計算等。常用的鍵有平鍵、花鍵、楔鍵等。銷的設計銷是用于連接兩個或多個零件的零件，主要用于定位和固定。銷的設計包括選擇銷的類型、確定銷的尺寸、進行強度計算等。常用的銷有圓柱銷、圓錐銷、開口銷等。聯軸器的設計剛性聯軸器剛性聯軸器用于連接兩根軸，傳遞扭矩，并保持兩根軸的相對位置不變。剛性聯軸器不能補償兩根軸的相對位移。撓性聯軸器撓性聯軸器用于連接兩根軸，傳遞扭矩，并允許兩根軸之間存在一定的相對位移。撓性聯軸器可以補償兩根軸的相對位移。萬向聯軸器萬向聯軸器用于連接兩根軸，傳遞扭矩，并允許兩根軸之間存在較大的角度偏差。萬向聯軸器可以補償兩根軸的角度偏差。軸承的設計滑動軸承滑動軸承是軸頸與軸承之間通過滑動摩擦來支撐軸的軸承。滑動軸承具有結構簡單、成本低廉、承載能力強等優點，但摩擦阻力大、發熱量高。滾動軸承滾動軸承是軸頸與軸承之間通過滾動摩擦來支撐軸的軸承。滾動軸承具有摩擦阻力小、發熱量低、精度高等優點，但結構復雜、成本較高。選擇原則軸承的選擇應根據軸的轉速、載荷大小、工作溫度、潤滑條件等因素進行綜合考慮。在設計中應選擇合適的軸承類型和尺寸。齒輪的設計1齒輪類型選擇齒輪的設計首先需要根據傳遞功率、轉速比、工作條件等因素選擇合適的齒輪類型，例如直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、蝸輪蝸桿等。2齒輪參數確定確定齒輪的模數、齒數、壓力角、齒寬等參數，這些參數直接影響齒輪的強度、精度和傳動性能。3齒輪強度計算進行齒輪的彎曲強度計算和齒面接觸強度計算，確保齒輪在工作載荷下具有足夠的強度和壽命。帶傳動的設計帶的選擇根據傳遞功率、轉速比、工作條件等因素選擇合適的帶的類型，例如V帶、平帶、同步帶等。帶輪設計帶輪的設計包括確定帶輪的直徑、輪槽形狀、輪槽角度等參數，這些參數直接影響帶傳動的傳動效率和壽命。張緊力計算計算帶的張緊力，確保帶傳動具有足夠的摩擦力，防止打滑。鏈傳動的設計1鏈的選擇根據傳遞功率、轉速比、工作條件等因素選擇合適的鏈的類型，例如滾子鏈、套筒鏈、齒形鏈等。2鏈輪設計鏈輪的設計包括確定鏈輪的齒數、齒形、齒寬等參數，這些參數直接影響鏈傳動的傳動精度和壽命。3張緊裝置設計張緊裝置，確保鏈傳動具有合適的張緊力，防止跳齒和脫鏈。螺旋傳動的設計類型選擇根據傳遞功率、轉速比、工作條件等因素選擇合適的螺旋傳動類型，例如梯形螺紋、矩形螺紋、三角螺紋等。螺紋參數確定螺紋的螺距、螺紋升角、螺紋牙型等參數，這些參數直接影響螺旋傳動的傳動效率和自鎖性能。強度計算進行螺紋的強度計算，確保螺紋在工作載荷下具有足夠的強度。制動裝置的設計類型選擇根據制動要求、工作條件等因素選擇合適的制動器類型，例如蹄式制動器、盤式制動器、帶式制動器等。1制動參數確定制動器的制動摩擦力矩、制動時間、制動距離等參數，這些參數直接影響制動器的制動性能。2結構設計進行制動器的結構設計，確保制動器具有足夠的強度和剛度，并能可靠地工作。3彈簧的設計1類型選擇2參數確定3強度計算4穩定性分析5疲勞壽命焊接結構的設計1焊縫類型2焊接方法3焊接工藝4焊接檢驗鉚接結構的設計鉚釘選擇鉚釘的材質、規格、尺寸等選擇，根據連接的強度要求、材料特性等因素確定。鉚接工藝鉚接工藝流程，包括沖孔、對齊、鉚接等步驟，確保鉚接質量和連接強度。強度計算對鉚接結構的強度進行計算，驗證其是否滿足設計要求，包括抗拉強度、抗剪強度等。緊固件的設計螺栓螺栓的種類、規格、強度等級等選擇，根據連接的強度要求、預緊力等因素確定。螺母螺母的種類、規格、強度等級等選擇，與螺栓相匹配，確保連接的可靠性。墊圈墊圈的作用是增大接觸面積、減少摩擦、防止松動等，根據連接的需要選擇合適的墊圈。材料的選擇強度材料的強度是零件承受載荷的能力，應選擇具有足夠強度的材料。剛度材料的剛度是零件抵抗變形的能力，應選擇具有足夠剛度的材料。耐磨性材料的耐磨性是零件抵抗磨損的能力，對于有相對運動的零件，應選擇具有良好耐磨性的材料。零件表面處理1噴漆噴漆可以提高零件的耐腐蝕性、美觀性。2電鍍電鍍可以提高零件的耐磨性、耐腐蝕性、導電性。3熱處理熱處理可以提高零件的強度、硬度、耐磨性。零件的公差和配合公差公差是指允許的尺寸變動量，合理的公差可以保證零件的互換性和裝配精度。配合配合是指兩個或多個零件之間的結合關系，合理的配合可以保證零件之間的正常工作。選擇原則公差和配合的選擇應根據零件的功能要求、加工精度、裝配要求等因素進行綜合考慮。工藝性的考慮1零件形狀零件的形狀應盡可能簡單，便于加工和制造。2加工方法零件的加工方法應盡可能先進，以提高生產效率和加工精度。3加工設備零件的加工設備應盡可能通用，以降低生產成本。裝配性的考慮零件數量零件的數量應盡可能少，以簡化裝配過程。裝配方向零件的裝配方向應盡可能一致，便于自動化裝配。裝配順序零件的裝配順序應盡可能合理，以提高裝配效率?？煽啃缘目紤]失效模式分析分析零件可能出現的失效模式，例如斷裂、磨損、腐蝕等。1可靠性設計采取措施提高零件的可靠性，例如選擇合適的材料、提高加工精度、進行表面處理等。2可靠性試驗進行可靠性試驗，驗證零件的可靠性是否滿足設計要求。3可維修性的考慮1易損件更換2維修空間3通用工具4維修手冊5模塊化可制造性的考慮1零件設計2工藝選擇3設備利用4成本控制經濟性的考慮材料成本選擇合適的材料，降低材料成本，同時滿足設計要求。加工成本采用先進的加工工藝，提高生產效率，降低加工成本。裝配成本簡化裝配過程，提高裝配效率，降低裝配成本。設計文件的編制零件圖零件圖是描述零件的幾何形狀、尺寸、技術要求等信息的技術文件。裝配圖裝配圖是描述機器或部件的結構、零件之間的連接關系等信息的技術文件。技術說明書技術說明書是描述機器或部件的功能、性能、使用方法等信息的技術文件。設計流程的組織需求分析明確設計目標和要求。方案設計提出多種設計方案，進行比較和選擇。詳細設計對選定的方案進行詳細設計，包括零件設計、結構設計、計算等。數字化設計技術1計算機輔助設計利用計算機軟件進行設計，提高設計效率和精度。2有限元分析利用有限元軟件進行強度、剛度、振動等分析，優化設計方案。3三維建模利用三維建模軟件進行零件和裝配體的建模，直觀地展現設計結果。計算機輔助設計CAD軟件利用CAD軟件進行二維繪圖和三維建模，提高設計效率和精度。仿真分析利用CAD軟件進行仿真分析，驗證設計方案的合理性。自動化設計利用CAD軟件進行自動化設計，提高設計效率和質量。有限元分析技術1模型建立建立零件或裝配體的有限元模型。2網格劃分將模型劃分為有限個單元。3載荷施加在模型上施加載荷和約束。三維建模技術實體建模通過構建實體模型來描述零件的幾何形狀。曲面建模通過構建曲面模型來描述零件的復雜曲面?；旌辖嶓w建模和曲面建模結合起來，描述零件的復雜形狀。參數化設計技術參數定義定義零件的幾何參數和材料參數。1參數關系建立參數之間的關系，實現參數的聯動。2模型更新通過修改參數值，自動更新模型。3產品數據管理技術1數據存儲2版本控制3權限管理4流程管理5協同設計機械設計案例分析1案例選擇2問題分析3方案設計4結果評估概率論在機械設計中的應用可靠性分析利用概率論進行可靠性分析，評估零件的失效概率。公差設計利用概率論進行公差設計，保證零件的互換性和裝配精度。壽命預測利用概率論進行壽命預測，評估零件的使用壽命。人機工程學在機械設計中的應用人機工程學人機工程學是一門研究人與機器、環境之間相互作用的學科。操作舒適性在機械設計中，應考慮操作者的舒適性，例如操作高度、操作力度、操作空間等。安全性在機械設計中，應考慮操作者的安全性，例如防護裝置、警示標志等。機械設計中的倫理和法律問題安全責任設計師有責任確保設計的機械產品安全可靠，保障用戶的人身安全。知識產權設計師應尊重知識