1、北華大學機械工程學院北華大學機械工程學院 。第一章第一章 緒論緒論原動機傳動部分執行部分控制系統輔助系統（如儀表、照明）轎車組成：第一章第一章 緒論緒論任何機器都是由許多零件組合而成的。第一章第一章 緒論緒論部件：為完成同一使命而協同工作的許多零件的組合。零件：組成機器的不可拆的基本單元（即制造的基本單元） 。如：滾動軸承、聯軸器。第一章第一章 緒論緒論用途專用零部件 ：只在一定類型機器中使用的零件，如曲軸。通用零部件：各種機器中普遍使用的零部件，如齒輪、螺栓。標準件：制定了國家標準，并由專門工廠生產的零部件。如：滾動軸承、螺栓等。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論關于本課程關于本課

2、程研究對象研究對象通用零件。研究內容研究內容機械裝置的實體設計，涉及零件材料的選擇、受力及強度的分析計算和結構設計等內容，同時要考慮零件的工藝性、標準化、經濟性、環境保護等要求。課程性質課程性質機械類專業的設計性主干技術基礎課。課程任務課程任務1、掌握通用機械零件的設計原理、方法和機械設計的一般規律，突出創新意識和創新能力的培養，具有設計機械傳動裝置和簡單機械的能力；2、樹立正確的設計思想，了解國家當前的有關技術經濟政策；3、具有運用標準、規范、手冊、圖冊等有關技術資料的能力和應用計算機輔助設計的能力；4、掌握典型機械零件的實驗方法，獲得基本實驗技能的訓練；5、對機械設計的新發展有所了解。第一

3、章第一章 緒論緒論課程特點課程特點涉及面廣、實踐性強、無重點又都是重點、設計問題無統一答案。學習方法學習方法本課程研究對象和性質上的特點，決定了內容本身的繁雜性，主要體現在“關系多、門類多、要求多、公式多、圖形多、表格多”。學習時，應注意找出各零件的共性，明確相應的設計規律，使“六多”為我所用，應把主要的精力放在零件的選材、工況和失效形式分析、設計準則的確定、受力及強度計算和結構設計上來，而對公式的推導、曲線的來歷、經驗數據的取得等只作一般的了解。第一章第一章 緒論緒論課堂講授內容課堂講授內容第一篇第一篇 總論總論第五章第五章 螺紋連接和螺螺紋連接和螺旋傳動旋傳動第六章第六章 鍵、花鍵、無鍵、

4、花鍵、無鍵連接和銷連接鍵連接和銷連接第八章第八章 帶傳動帶傳動第九章第九章 鏈傳動鏈傳動第十章第十章 齒輪傳動齒輪傳動第十一章第十一章 蝸桿傳動蝸桿傳動第十二章第十二章 滑動軸承滑動軸承第十三章第十三章 滾動軸承滾動軸承第十四章第十四章 聯軸器和離合器聯軸器和離合器第十五章第十五章 軸軸2-2 2-2 設計機器的一般程序設計機器的一般程序階段階段步驟步驟階段成果階段成果初期規劃設計階段選題調研與預測可行性論證確定設計任務調研報告；產品開發可行性論證報告；設計任務書。總體方案設計階段目標分析創新構思方案擬定方案評價方案決策總體方案示意圖；機械系統方案運動簡圖；運動循環圖；方案設計計算說明書。結構

5、技術設計階段結構方案擬定造型設計結構設計材料選擇與尺寸設計設計圖繪制全套設計圖紙；設計計算說明書。生產施工設計階段工藝設計工裝設計施工設計工藝流程卡片；工裝設計圖；基礎安裝圖；技術文件；使用說明書；備件明細表。一、使用功能要求：一、使用功能要求：要滿足預期的使用要求，即實現預定功能，滿足運動和動力性能等二、二、 經濟性要求：經濟性要求：1）設計制造經濟性設計方案最優，工藝合理，成本低2）使用經濟性高生產率、高效率、低消耗、低維護和管理費用三、勞動保護和環境保護要求：三、勞動保護和環境保護要求： 1）機器的操作要方便、安全 2）操作者及機器的環境要得到改善四、壽命和可靠性要求：四、壽命和可靠性要

6、求：在規定的壽命期內始終能夠安全可靠地工作五、其它專用要求：五、其它專用要求：體積小，重量輕，外形美觀，色彩與機器功能相適應，易于標準化、系列化和通用化2-3 2-3 對機器的主要要求對機器的主要要求主要失效形式主要失效形式4.4.破壞正常工作條件引起的失效破壞正常工作條件引起的失效：打滑、共振、膠合打滑、共振、膠合1.1.整體斷裂整體斷裂2.2.過大的殘余變形過大的殘余變形3.3.零件表面的破壞零件表面的破壞：接觸疲勞、磨損、腐蝕接觸疲勞、磨損、腐蝕 2-4 2-4 機械零件的主要失效形式機械零件的主要失效形式零件在規定的使用期限內喪失工作能力或達不到設計零件在規定的使用期限內喪失工作能力或

7、達不到設計要求的性能。要求的性能。 失效失效注意：注意： 1、失效并不單純指零件的破壞，如帶傳動打滑、螺紋連接松動、軸彈性變形過大、滾動軸承產生初始疲勞點蝕等，雖然零件沒有破壞，但也屬于失效。 2、同一種機械零件可能的失效形式往往有數種。 2-4 2-4 機械零件的主要失效形式機械零件的主要失效形式齒輪輪齒斷裂軸承內圈斷裂齒輪齒面塑形變形軸瓦磨損軸承內圈接觸疲勞失效舉例失效舉例一、避免在預定壽命期限內失效的要求：一、避免在預定壽命期限內失效的要求：1.1.強度：強度：機械零件在載荷作用下抵抗斷裂、塑性變形及表面失效（腐蝕機械零件在載荷作用下抵抗斷裂、塑性變形及表面失效（腐蝕 除外）的能力除外）

8、的能力 。體積強度不足：體積強度不足：塑性變形、脆斷、疲勞斷裂塑性變形、脆斷、疲勞斷裂表面強度不足：表面強度不足：面面 接接 觸觸 壓潰、磨損壓潰、磨損 點、線接觸點、線接觸 疲勞點蝕疲勞點蝕 、磨損、磨損2.2.剛度：剛度：機械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。機械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。 彈性變形不能彈性變形不能超過許用值。超過許用值。二、經濟性要求：二、經濟性要求：要降低零件的生產成本。要降低零件的生產成本。 2-5 2-5 設計零件時應滿足的基本要求設計零件時應滿足的基本要求3.3.壽命：壽命：影響壽命的主要因素有疲勞、磨損、腐蝕影響壽命的主要因素有疲勞、磨損、腐蝕三、質

9、量小的要求：三、質量小的要求：要盡量減輕機械零件的質量，因為這樣可以減少要盡量減輕機械零件的質量，因為這樣可以減少材料的消耗，降低運動零件的慣性以改善機器的動力性能。材料的消耗，降低運動零件的慣性以改善機器的動力性能。五、結構工藝性的要求：五、結構工藝性的要求：機械零件具有良好的結構工藝性，就是要機械零件具有良好的結構工藝性，就是要求所設計的零件結構合理、外形簡單，在既定的生產條件下易于加工求所設計的零件結構合理、外形簡單，在既定的生產條件下易于加工和裝配。和裝配。 四、可靠性要求：四、可靠性要求：機器的可靠性取決于機械零件的可靠性。為提高零機器的可靠性取決于機械零件的可靠性。為提高零件的可靠

10、性，設計零件時，盡量使零件的性能滿足工作環境條件的要件的可靠性，設計零件時，盡量使零件的性能滿足工作環境條件的要求，并在使用時加強維護，對工作條件進行檢測。求，并在使用時加強維護，對工作條件進行檢測。 2-5 2-5 設計零件時應滿足的基本要求設計零件時應滿足的基本要求1.1.機加工零件的工藝性機加工零件的工藝性1 1）要能加工）要能加工 加工不出來一切免談。加工不出來一切免談。2 2）便于加工）便于加工 減小輔助時間（減少裝夾和換刀時間）。減小輔助時間（減少裝夾和換刀時間）。1.1.機加工零件的工藝性機加工零件的工藝性3 3）保證精度）保證精度 減少變形減少變形( (車工怕長杠、刨工車工怕長

11、杠、刨工怕大板怕大板) )，減少裝夾。，減少裝夾。4 4）提高刀具壽命）提高刀具壽命 避免在曲面或斜面鉆孔、避免在曲面或斜面鉆孔、深孔和盲孔。深孔和盲孔。2-5 2-5 設計零件時應滿足的基本要求設計零件時應滿足的基本要求2.2.裝配零件的工藝性裝配零件的工藝性1）能裝能拆）能裝能拆2 2）提高效率）提高效率 避免過定位和輔助加工。避免過定位和輔助加工。盡可能使受熱變型一致：要求避盡可能使受熱變型一致：要求避免尖角、壁厚均勻、形狀對稱，免尖角、壁厚均勻、形狀對稱，少用細長桿、大薄板。少用細長桿、大薄板。3.3.熱處理零件的工藝性熱處理零件的工藝性2.2.裝配零件的工藝性裝配零件的工藝性3 3）

12、保證裝配質量）保證裝配質量 合理的定位結構。合理的定位結構。2-5 2-5 設計零件時應滿足的基本要求設計零件時應滿足的基本要求2-6 2-6 機械零件的設計準則機械零件的設計準則在設計中，應保證所設計的機械零件在正常工作中不發生任在設計中，應保證所設計的機械零件在正常工作中不發生任何失效。為此對于每種失效形式都制定了防止這種失效應滿何失效。為此對于每種失效形式都制定了防止這種失效應滿足的條件，這樣的條件就是所謂的機械零件設計準則。足的條件，這樣的條件就是所謂的機械零件設計準則。設計準則設計準則它是設計機械零件的理論依據。主要設計準則有強度、剛它是設計機械零件的理論依據。主要設計準則有強度、剛

13、度、壽命、振動穩定性、耐熱性和可靠性準則等。度、壽命、振動穩定性、耐熱性和可靠性準則等。2-6 2-6 機械零件的設計準則機械零件的設計準則必須采用先進的設計方法和手段！必須采用先進的設計方法和手段！激烈的競爭傳統的手段手工繪圖常規的計算 方法簡單的計算 工具碰撞CAD2-7 2-7 機械零件的設計方法機械零件的設計方法1 1、理論設計（半經驗設計）、理論設計（半經驗設計）a）設計計算：直接求出危險截面尺寸A。 FA2-7 2-7 機械零件的設計方法機械零件的設計方法1 1）設計計算）設計計算先分析零件的可能失效形式，根據該失效形先分析零件的可能失效形式，根據該失效形式的計算準則通過計算確定零

14、件的結構尺寸。式的計算準則通過計算確定零件的結構尺寸。2 2）校核計算）校核計算先根據經驗確定零件的結構尺寸，然后再驗先根據經驗確定零件的結構尺寸，然后再驗算零件是否滿足計算準則。如不滿足，則應修改零件的尺寸。算零件是否滿足計算準則。如不滿足，則應修改零件的尺寸。 b）校核計算：其他方法初步設計 驗算。 ?FA 傳統設計方法傳統設計方法2 2、經驗設計、經驗設計根據經驗關系式或設計者的經驗，用類比的方法所進行的設計。如：箱體、傳動零件個各結構要素等2-7 2-7 機械零件的設計方法機械零件的設計方法3 3、模型實驗設計、模型實驗設計把初步設計的零、部件或機器作成小模型或小尺寸樣機進行實驗。如：

15、飛機、橋梁的風洞實驗。2-7 2-7 機械零件的設計方法機械零件的設計方法二十世紀六十年代以來，機械產品設計領域相繼出現了一系二十世紀六十年代以來，機械產品設計領域相繼出現了一系列新興的理論與方法。為區別于過去的傳統的方法，把這些列新興的理論與方法。為區別于過去的傳統的方法，把這些稱為現代設計方法。稱為現代設計方法。設計方法學優化設計可靠性設計計算機輔助設計有限元法工業設計專家系統價值工程相似性設計動態設計人工智能模塊化設計摩擦學設計反求工程主要現代設計理論與方法 現代設計方法現代設計方法2-7 2-7 機械零件的設計方法機械零件的設計方法6 6、繪制零件工作圖。工作圖必須符合國家制圖標準，尺

16、寸齊全、繪制零件工作圖。工作圖必須符合國家制圖標準，尺寸齊全并標注必要的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度及技術條件等。并標注必要的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度及技術條件等。2-8 2-8 機械零件設計的一般步驟機械零件設計的一般步驟1 1、根據總體設計的要求，選擇零件的類型；、根據總體設計的要求，選擇零件的類型；2 2、根據機器的工作情況，確定作用在零件上的載荷，進行受、根據機器的工作情況，確定作用在零件上的載荷，進行受力分析；力分析；3 3、根據零件的工作條件及受力情況，選擇材料及熱處理方式，、根據零件的工作條件及受力情況，選擇材料及熱處理方式，并確定其許用應力；并確定其許用應力；4 4、根

17、據失效分析，確定零件的設計計算準則，應用理論設計、根據失效分析，確定零件的設計計算準則，應用理論設計方法或經驗設計方法進行設計計算；方法或經驗設計方法進行設計計算；5 5、根據計算結果，同時考慮零件的加工和裝配工藝等要求，、根據計算結果，同時考慮零件的加工和裝配工藝等要求，對零件進行結構設計；對零件進行結構設計；一、常用材料一、常用材料1. 1. 鑄鐵鑄鐵 性脆、不能碾壓或鍛造；易熔、液態流動性好；減震性、耐性脆、不能碾壓或鍛造；易熔、液態流動性好；減震性、耐磨性好；有的易切削，有的強度高，廣泛用作機架等復雜零件。分為磨性好；有的易切削，有的強度高，廣泛用作機架等復雜零件。分為灰鐵、球鐵、蠕鐵

18、、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。灰鐵、球鐵、蠕鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。2. 2. 鋼鋼 有較好的機械、熱處理和切削性能；分為碳鋼和合金鋼，含碳有較好的機械、熱處理和切削性能；分為碳鋼和合金鋼，含碳量有高、中、低之分；一般含碳量量有高、中、低之分；一般含碳量強度、硬度強度、硬度塑性、韌性塑性、韌性，可，可通過熱處理改善性能；常用中碳鋼、通過熱處理改善性能；常用中碳鋼、 中碳合金鋼。中碳合金鋼。3. 3. 鑄鋼鑄鋼 強度、切削性優于鑄鐵，易熔性、流動性較鑄鐵差，強度、切削性優于鑄鐵，易熔性、流動性較鑄鐵差， 適合作大尺寸零件。適合作大尺寸零件。4. 4. 有色金屬有色金屬 鋁合金強密比高，宜作高速、輕質

19、零件，多用鑄鋁；鋁合金強密比高，宜作高速、輕質零件，多用鑄鋁；銅合金導熱、導電性好，減摩、耐磨、抗膠合性能好，宜作電器接插銅合金導熱、導電性好，減摩、耐磨、抗膠合性能好，宜作電器接插件、軸瓦、蝸輪等；軸承合金專門用來做軸承。件、軸瓦、蝸輪等；軸承合金專門用來做軸承。5. 5. 非金屬非金屬 橡膠宜做密封件、緩沖減震件、傳動帶等；塑料一橡膠宜做密封件、緩沖減震件、傳動帶等；塑料一 般用作減摩材料或復雜輕載件。般用作減摩材料或復雜輕載件。2-9 2-9 機械零件的材料及其選用機械零件的材料及其選用二、常用熱處理方法二、常用熱處理方法1.1.淬火淬火 加熱至臨界溫度，保溫，急冷。提高硬度、耐磨性。加

20、熱至臨界溫度，保溫，急冷。提高硬度、耐磨性。 以表面淬火常用。以表面淬火常用。2.2.滲碳淬火滲碳淬火 滲碳然后淬火。使零件外硬內韌，耐磨、耐沖滲碳然后淬火。使零件外硬內韌，耐磨、耐沖 擊。擊。3.3.碳氮共滲碳氮共滲 亦稱氰化，目的同上。現在應用不多。亦稱氰化，目的同上。現在應用不多。4.4.滲氮滲氮 熱處理溫度低，表面硬度大于滲碳淬火，適于硬化熱處理溫度低，表面硬度大于滲碳淬火，適于硬化 后不磨削的零件，不耐沖擊。后不磨削的零件，不耐沖擊。5.5.調質調質 淬火后高溫回火；綜合機械性能較好，也便于切淬火后高溫回火；綜合機械性能較好，也便于切 削。最常用的熱處理方法之一。削。最常用的熱處理方

21、法之一。6.6.正火（常化）正火（常化） 調整硬度、細化晶粒、便于切削。不重要調整硬度、細化晶粒、便于切削。不重要 的零件可作為最終熱處理。的零件可作為最終熱處理。7.7.退火退火 降低硬度、均勻組織、消除內應力。對鑄、鍛、焊降低硬度、均勻組織、消除內應力。對鑄、鍛、焊 零件是常用的消除內應力的方法。零件是常用的消除內應力的方法。2-9 2-9 機械零件的材料及其選用機械零件的材料及其選用1 .1 . 使 用 要 求使 用 要 求2.2.工藝要求工藝要求3.3.經濟性經濟性 有強度和重量要求，選強密比高的；有剛度要求，選彈性模量大有強度和重量要求，選強密比高的；有剛度要求，選彈性模量大的（對碳

22、鋼，這種情況下寧肯用較低強度的材料）；有接觸強度和耐的（對碳鋼，這種情況下寧肯用較低強度的材料）；有接觸強度和耐磨要求，選表面可強化處理的。磨要求，選表面可強化處理的。 毛坯要與生產規模相適應，大批量宜用鑄造、模鍛，小批量宜用毛坯要與生產規模相適應，大批量宜用鑄造、模鍛，小批量宜用焊接、自由鍛。相應的：鑄件要求液態流動性好、縮孔和偏析傾向小；焊接、自由鍛。相應的：鑄件要求液態流動性好、縮孔和偏析傾向小；焊件要求可焊性好、不易開裂；鍛件要求延展性好、熱脆性小；切削焊件要求可焊性好、不易開裂；鍛件要求延展性好、熱脆性小；切削加工件要便于切削、表面要光整；熱處理件要求可淬性、淬透性好，加工件要便于切削、表面要光整；熱處理件要求可淬性、淬透性好，變形傾向小。變形傾向小。 相對價格要低、材料利用率要高、加工費用要少，最終要與生產相對價格要低、材料利用率要高、加工費用要少，最終要與生產規模相適應。規模相適應。2-9 2-9 機械零件的材料及其選用機械零件的材料及其選用三、材料選用原則三、材料選用原則機械零件設計中的標準化12-10 2-10 機械零件設計中的標準化機械零件設計中的標準化 標準化的益處：標準化的