《机械设计基础》课件

机械设计基础本课程介绍机械设计的核心概念、方法和应用，培养学生的工程思维和实践能力课程介绍与学习目标课程内容能力培养机械原理基础工程分析能力零部件设计方法创新设计思维系统集成与优化实际问题解决机械设计的基本概念设计定义设计流程将需求转化为可实现产品的创需求分析概念设计详细设→→造过程计验证优化→发展历程从经验设计到计算机辅助设计的演变机械设计要素与基本要求功能性满足预期工作目标实现规定技术参数可靠性与安全长期稳定工作能力防止人身伤害设计经济性材料合理使用制造成本最小化可制造与可维护便于加工制造易于检修更换机械产品设计的基本步骤需求分析明确技术指标和功能要求确定设计边界条件方案设计提出多种可行方案评估比较确定最优方案结构与部件设计零件尺寸与材料确定进行强度计算与校核工艺与制造考虑优化可制造性制定装配与检验方案设计规范与国家标准标准体系公差与配合表面粗糙度GB国标与ISO国际尺寸公差分级与配表面质量等级与符标准关系合类型号标注技术文件图纸标准与技术文件规范工程图学基础投影原理第一角法与第三角法表达三视图主视图、俯视图、左视图关系剖视图与断面图内部结构表达方法机械零件的基本分类传动件连接件齿轮、带轮、链轮等螺栓、销、键等弹性元件轴承件弹簧、缓冲器等支撑转动零件常用材料及选材原则材料类型代表牌号主要用途碳钢45钢、Q235轴、齿轮、框架铸铁HT

200、QT400机座、箱体有色金属LY

12、ZL101轻量化零件工程塑料PA

66、POM轻载荷零件机械设计中的力学基础36载荷类型基本应力静载、动载、冲击载荷拉伸、压缩、剪切、弯曲、扭转、复合4关键参数屈服强度、极限强度、安全系数、疲劳极限静力学与受力分析基础力的合成与分解矢量运算与平衡方程拉伸与压缩分析σ=F/A应力计算原则剪切应力计算τ=F/A剪切面分析弯曲与扭转分析截面系数与力矩关系连接与联接件概述永久连接焊接、铆接、胶接可拆连接螺纹连接、键连接、销连接过盈连接热装配或压装螺纹连接设计键连接和销连接键连接类型键连接计算销连接类型平键剪切强度校核圆柱销半圆键挤压强度校核圆锥销花键计算公式τ=2T/d·h·l弹性销特点传递扭矩特点定位或防转锲连接与过盈连接锲连接过盈连接过盈量计算通过楔形件传递载荷利用材料弹性变形需考虑接触压力适用于轴向力传递常用于轮毂与轴连接计算公式δ=d·p·C₁+C₂焊接与铆接结构焊接类型铆接类型对接焊、角焊、搭接焊单排铆、多排铆、花纹铆工艺考虑强度计算变形控制与残余应力焊缝有效长度与截面轴及其设计轴的常见结构及计算轴承基础知识分类滚动轴承与滑动轴承选型载荷、转速、精度、环境寿命额定寿命L₁₀计算润滑油膜形成与维护滚动轴承选型与计算确定轴承类型深沟球、角接触、圆锥、调心等基本额定寿命计算L₁₀=C/Pᵖ，球轴承p=3，滚子轴承p=10/3结构设计轴承座、配合公差、轴向固定装配与维护安装方法与定期检查联轴器类型与应用刚性联轴器法兰联轴器套筒联轴器特点无弹性变形弹性联轴器柱销弹性联轴器橡胶弹性联轴器特点缓冲减震万向联轴器十字轴式球笼式特点允许偏心转动选型原则转速与扭矩轴线不对中量环境条件适应性离合器、制动器基础离合器类型离合器工作原理制动器类型制动器工作原理摩擦式离合器接合传递动力鼓式制动器摩擦力制动齿式离合器分离中断传动盘式制动器能量转换机械热能→液力离合器设计关键接合平稳带式制动器设计关键散热性能电磁离合器锥式制动器机械传动概述带传动链传动平稳无冲击、效率中等无滑动、可在恶劣环境工作齿轮传动螺旋传动高效精密、噪声较大传递大运动比、自锁性好带传动设计32带类型主要优势V带、平带、同步带结构简单、运转平稳498%设计参数传动效率中心距、包角、张紧力、打滑率V带效率范围95-98%链传动与螺旋传动链传动特点传递功率范围广、无滑动损失链传动计算链节数Z=2a/p+2+（z₂-z₁）²/πa螺旋传动应用升降机构、精密进给、大传动比场合螺旋副效率自锁条件当摩擦角φ螺旋升角λ时齿轮传动基础基本参数啮合条件传动比模数、压力角、齿数、渐开线啮合、齿数比与i=z₂/z₁=ω₁/ω₂=n₁/n₂分度圆中心距设计要点变位系数、根切避免、重合度齿轮形状与种类齿轮传动设计要点齿形设计渐开线齿形与修形方法几何参数优化变位系数选择、齿高系数调整材料与热处理根据载荷选择适当的材料与硬化方式制造精度控制4精度等级确定与公差分配齿轮强度计算载荷分析1确定计算载荷Ft、Fr、Fa接触强度校核2σH=ZE·√Ft·KH/b·d1·ZH≤[σH]弯曲强度校核3σF=Ft·KF·YF·Yε/b·m≤[σF]安全系数确定4根据工作条件选择适当安全系数润滑与密封技术润滑方法润滑剂选择密封类型密封件材料人工加油矿物油静密封橡胶飞溅润滑合成油动密封聚四氟乙烯压力润滑润滑脂接触式密封合成材料油雾润滑固体润滑剂非接触式密封金属材料弹性元件及其应用压缩弹簧拉伸弹簧扭转弹簧碟形弹簧受压变短，用于缓冲与储能受拉变长，用于连接与拉紧受扭变形，用于角度回位大载荷小位移，可组合使用常用弹簧设计与校核减振与缓冲装置减振原理弹性支承隔离、阻尼能量消耗橡胶减振器简单可靠、成本低、效果中等液压缓冲器阻尼可调、吸收能量大磁流变减振器智能控制、响应速度快典型机构四连杆机构运动特性基本结构四种基本形式双曲柄、曲柄-摇杆、双机架、曲柄、连杆、摇杆四部分摇杆、曲柄-滑块应用实例4设计计算汽车雨刷、铰接门、工程机械格拉肖夫定理与杆长比关系凸轮机构与分度机构凸轮轮廓设计位移函数选择等加速、正弦等基圆与压力角压力角控制在25°以内避免卡滞从动件类型尖顶、滚子、平底三种形式分度机构日内瓦机构、棘轮机构等实现间歇运动机械效率及能量分析能量输入原动机提供的功率Pin测量方法扭矩×转速传递过程各环节效率η=Pout/Pin损耗类型摩擦、冲击、润滑搅拌能量输出有效功率计算系统总效率η总=η₁×η₂×...×ηₙ节能措施减小摩擦损失优化传动链结构机构运动分析方法矢量图解法速度和加速度多边形解析法数学建模与微分方程求解计算机仿真Adams、MATLAB等软件分析机械结构创新设计方法理论形态分析法头脑风暴法TRIZ矛盾解决、理想最终结参数组合与筛选评价自由发散思维与协作创果新仿生设计借鉴自然结构与功能原理机械可靠性设计多重保障冗余设计与失效安全寿命预测疲劳分析与寿命估算失效模式分析FMEA方法识别薄弱环节可靠度指标无故障工作时间、故障率曲线装配、制造与工艺影响装配工艺考虑装配基准一致性互换性与组装顺序定位与紧固方式工艺性改进简化加工工序减少特殊工装需求标准化与模块化制造方法影响铸造、锻造、焊接切削加工与精密成形3D打印与增材制造工艺优化原则降低制造成本提高生产效率保证产品质量产品可维护性设计易达性设计维修部位容易触及模块化结构故障单元快速更换状态监测接口预留测量与检测点维护文档详细的维修手册与流程图机械及三维建模概述CAD基础草图约束与参数化设计特征建模基体特征和扣除特征创建装配设计3零部件定位与约束关系工程图生成自动生成视图与尺寸标注机械设计中的仿真与分析绿色设计与可持续性低碳设计可回收材料减少能耗与碳排放设计便于拆解与材料分类寿命优化减少污染延长使用周期与升级改造替代有害物质与清洁制造机械安全性与标准规范本质安全消除危险源安全防护隔离危险区域警示标识明确标出危险培训操作规范操作流程常见设计失误与经验教训设计错误类型常见表现预防措施强度不足断裂、变形提高安全系数疲劳失效裂纹扩展避免应力集中润滑不良磨损加剧优化润滑系统装配干涉无法组装严格公差控制环境不适应腐蚀、老化材料防护处理机械行业发展趋势智能制造增材制造数字孪生柔性生产线与智能工厂复杂结构一体化成形虚实融合与预测维护案例分析一减速器的整体设计案例分析二升降机结构创新传统方案创新方案比较分析链条传动螺旋升降承载能力相当液压驱动伺服电机驱动能耗降低30%剪叉式结构平行四边形机构维护成本降低50%缺点维护复杂优点定位精度高使用寿命提高25%总结与展望基础能力培养掌握机械设计核心原理建立系统工程思维应用能力提升结合实际案例分析熟练运用设计工具创新能力发展培养创新设计方法跟踪行业前沿技术后续学习方向专业领域深入研究交叉学科知识拓展。