第二章創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)目錄2.1機(jī)械系統(tǒng)的組成

2.1.1功能分析

2.1.2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要過(guò)程2.1.3功能分解

2.1.4工藝動(dòng)作設(shè)計(jì)2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析

2.2.1平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2.2平面機(jī)構(gòu)的自由度

2.2.3平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的繪制方法

2.2.4平面機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析2.2.5機(jī)構(gòu)實(shí)例分析

目錄

2.3空間機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

2.3.1空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副

2.3.2空間連桿機(jī)構(gòu)的分類

2.3.3空間連桿機(jī)構(gòu)的自由度

2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述2.4.1失效與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2.4.2常用零件材料及選擇2.4.3機(jī)械零件的加工2.4.4精度設(shè)計(jì)2.4.5零件組裝與連接方法

目錄

2.5機(jī)械傳動(dòng)

2.5.1帶傳動(dòng)

2.5.2鏈傳動(dòng)

2.5.3齒輪傳動(dòng)

2.5.4蝸輪傳動(dòng)2.6典型零部件

2.6.1軸

2.6.2軸承

2.6.3聯(lián)軸器

2.6.4離合器

2.6.5彈簧

2.6.6減速器目錄

2.7密封與潤(rùn)滑2.8摩擦與磨損

2.9機(jī)電一體化系統(tǒng)2.10液壓系統(tǒng)2.11傳感器2.12單片機(jī)

2.1機(jī)械系統(tǒng)的組成?2.1.1

功能分析機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程首先要從機(jī)械系統(tǒng)的角度出發(fā),機(jī)械系統(tǒng)是由若干個(gè)零件、

部件和裝置組成并完成特定功能的系統(tǒng)。

機(jī)械系統(tǒng)又是人-機(jī)-環(huán)境大系統(tǒng)的一部分其內(nèi)部有多個(gè)子系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)能量流、

物質(zhì)流、

信息流的轉(zhuǎn)換。

現(xiàn)代機(jī)械種類繁多,結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜。

但從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的角度看,主要包括下列子系統(tǒng):動(dòng)力系統(tǒng)、

傳動(dòng)系統(tǒng)、

執(zhí)行系統(tǒng)、

操縱和控制系統(tǒng)等,如圖2-1所示。

每個(gè)子系統(tǒng)又可根據(jù)需要繼續(xù)分解為更小的子系統(tǒng),在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能兼顧各個(gè)子系統(tǒng),尋求整體最優(yōu)化設(shè)計(jì)。?2.1.2

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要過(guò)程機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括以下幾方面。1.確定設(shè)計(jì)計(jì)劃,制訂設(shè)計(jì)任務(wù)書2.外部系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.制造和銷售2.1機(jī)械系統(tǒng)的組成?2.1.3

功能分解工作原理的選擇對(duì)于機(jī)械設(shè)備的性能和經(jīng)濟(jì)效益有著至關(guān)重要的影響,基于不同的工作原理,可以設(shè)計(jì)出滿足各種需求的機(jī)械,從而實(shí)現(xiàn)不同的工藝動(dòng)作和功能,所獲得的性能和經(jīng)濟(jì)效益也各不相同。1.機(jī)械總功能的分解2.功能原理方案的確定2.1機(jī)械系統(tǒng)的組成?2.1.3

功能分解以日常熟悉的洗衣機(jī)為例,首先分析洗衣機(jī)工作技術(shù)過(guò)程,如圖2-3所示。2.1機(jī)械系統(tǒng)的組成?2.1.3

功能分解在分析洗衣機(jī)工作技術(shù)過(guò)程的基礎(chǔ)上,對(duì)洗衣機(jī)的總功能進(jìn)行分解。

可以將洗衣機(jī)的總功能分解為A容納衣物和水、B洗滌原理、C運(yùn)動(dòng)傳遞、D控制方式四個(gè)分功能。

在設(shè)計(jì)洗衣機(jī)時(shí),列出可以實(shí)現(xiàn)各分功能的功能載體。

洗衣機(jī)設(shè)計(jì)方案的形態(tài)學(xué)矩陣見表2-1。A容納衣物和水的方式有四種,B洗滌原理有三種,C運(yùn)動(dòng)傳遞原理方案有兩種,D控制方式有三種。

將各分功能進(jìn)行功能載體的組合,可以得到N=4×3×2×3=72種不同的組合方案。2.1機(jī)械系統(tǒng)的組成?2.1.4

工藝動(dòng)作設(shè)計(jì)同一功能可以由不同的工作原理來(lái)實(shí)現(xiàn),進(jìn)而工藝動(dòng)作過(guò)程也不同。

工藝動(dòng)作過(guò)程是實(shí)現(xiàn)機(jī)器功能所必需的一系列動(dòng)作的組合,這些動(dòng)作按照特定的順序排列。1.工藝動(dòng)作過(guò)程圖2-4所示為平臺(tái)印刷機(jī)復(fù)印的工作原理,即將鉛版上凸出的痕跡借助于油墨壓印到紙張上。版臺(tái)工作行程的工藝動(dòng)作過(guò)程中有三個(gè)區(qū)段,如圖2-5所示。2.1機(jī)械系統(tǒng)的組成?2.1.4

工藝動(dòng)作設(shè)計(jì)2.系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)在機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。3.工作循環(huán)圖在設(shè)計(jì)有多個(gè)需協(xié)同工作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí),首先需要按機(jī)械預(yù)定的功能和選定的工藝過(guò)程,把各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作次序及時(shí)間用圖形表示出來(lái)。

表示機(jī)械一個(gè)工作循環(huán)中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)配合關(guān)系的圖形,稱為工作循環(huán)圖。2.1機(jī)械系統(tǒng)的組成?2.2.1

平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和設(shè)計(jì)時(shí),為了準(zhǔn)確明了地描述機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系,采用標(biāo)準(zhǔn)畫法繪制的簡(jiǎn)圖,稱為平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件組合而成的,構(gòu)件之間以一定方式相連接,連接使兩個(gè)構(gòu)件形成接觸關(guān)系,也使構(gòu)件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),這種直接接觸形成的可動(dòng)連接稱為運(yùn)動(dòng)副。

平面運(yùn)動(dòng)副的常用符號(hào)和一般構(gòu)件的表示方法見表2-2和表2-3。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.1

平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.1

平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.2

平面機(jī)構(gòu)的自由度構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。

一個(gè)做平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng),即三個(gè)自由度。

用n表示機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件的數(shù)目,Pl表示低副的數(shù)目,Ph表示高副的數(shù)目,則平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式為F=3n-2Pl-Ph。

計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度,要注意復(fù)合鉸鏈、

局部自由度和虛約束幾個(gè)基本概念。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是:機(jī)構(gòu)自由度必須>0,且機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的數(shù)目必須等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.2

平面機(jī)構(gòu)的自由度1.復(fù)合鉸鏈如圖2-7所示機(jī)構(gòu)中,由三個(gè)構(gòu)件組成軸線重合的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副,如果不加以分析,往往容易把它看成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

這種由三個(gè)或三個(gè)以上構(gòu)件組成的軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。

一般由m個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)含有m-1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.2

平面機(jī)構(gòu)的自由度2.局部自由度(多余自由度)如圖2-8a所示的凸輪機(jī)構(gòu),當(dāng)凸輪2繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),凸輪將通過(guò)滾子4迫使構(gòu)件3在固定導(dǎo)路中做往復(fù)運(yùn)動(dòng),顯然該機(jī)構(gòu)的自由度為1。

在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí),由n=3、Pl=3、Ph=1,得到F=3×3-2×3-1=2,與實(shí)際不符。這種不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的個(gè)別構(gòu)件所具有的獨(dú)立自由度,稱為局部自由度或多余自由度。

在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí),應(yīng)將它除去不計(jì)。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.2

平面機(jī)構(gòu)的自由度3.虛約束機(jī)構(gòu)中的約束有些是重復(fù)的,這些重復(fù)的約束對(duì)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立的限制作用,稱之為虛約束,在計(jì)

算

機(jī)

構(gòu)

自

由

度

時(shí)

應(yīng)

將

其

全

部

除

去。虛

約

束

的

情

況

相

對(duì)

復(fù)

雜,對(duì)結(jié)構(gòu)精度要求較高,如果不符合結(jié)構(gòu)條件要求,可能會(huì)成為真正約束,使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)受到限制。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.3平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的繪制方法1.繪制平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的過(guò)程2.平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖繪制實(shí)例圖2-9所示的小型壓力機(jī)為例,具體說(shuō)明運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.4平面機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析1.桿組拼接拼接時(shí),首先要分清機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件所占據(jù)的運(yùn)動(dòng)平面,并且使各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)在相互平行的平面內(nèi)進(jìn)行,其目的是避免各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件發(fā)生干涉。所拼接的構(gòu)件以原動(dòng)構(gòu)件作為起始,依運(yùn)動(dòng)傳遞順序?qū)⒏鳁U組由里參考面向外進(jìn)行拼接。

任何平面機(jī)構(gòu)都是由若干個(gè)基本桿組依次連接到原動(dòng)件和機(jī)架上而構(gòu)成的。2.桿組的概念機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是其原動(dòng)件的數(shù)目等于其所具有的自由度的數(shù)目。

因此,如將機(jī)構(gòu)的機(jī)架及與機(jī)架相連的原動(dòng)件從機(jī)構(gòu)中拆分開來(lái),則由其余構(gòu)件構(gòu)成的構(gòu)件組必然是一個(gè)自由度為零的構(gòu)件組。

而這個(gè)自由度為零的構(gòu)件組,有時(shí)還可以拆分成更簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組,將最后不能再拆的最簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組(或阿蘇爾桿組),簡(jiǎn)稱為桿組。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.4平面機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析3.桿組的拆分當(dāng)Ph=0時(shí),桿組中的運(yùn)動(dòng)副全部為低副,稱為低副桿組。由于F=3n-2Pl-Ph=0,故n=2/3Pl,n應(yīng)當(dāng)是2的倍數(shù),而Pl應(yīng)當(dāng)是3的倍數(shù),即n=2,4,6,…;Pl=3,6,9,…。當(dāng)n=2,Pl=3時(shí),基本桿組稱為Ⅱ級(jí)桿組。

Ⅱ級(jí)桿組是應(yīng)用最多的基本桿組,絕大多數(shù)的機(jī)構(gòu)均由Ⅱ級(jí)桿組組成,Ⅱ級(jí)桿組可以有如圖2-10所示的五種不同類型。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.4平面機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析n=4,P1=6時(shí)的基本桿組稱為Ⅲ級(jí)桿組。

常見的Ⅲ級(jí)桿組如圖2-11所示。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.4平面機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析4.機(jī)構(gòu)拆分桿組舉例1)先去掉機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束。2)計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度,確定原動(dòng)件。3)從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的一端開始拆分桿組,每次拆分時(shí),要先試著拆分Ⅱ級(jí)桿組,沒(méi)有Ⅱ級(jí)桿組時(shí),再拆分Ⅲ級(jí)桿組,最后剩下原動(dòng)件和機(jī)架。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.4平面機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析如圖2-12所示機(jī)構(gòu),可先除去K處的局部自由度;然后,計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度;并確定凸輪為原動(dòng)件;拆分出由構(gòu)件4和5組成的Ⅱ級(jí)桿組,再拆分出由構(gòu)件6和7及構(gòu)件3和2組成的兩個(gè)Ⅱ級(jí)桿組,以及由構(gòu)件8組成的單構(gòu)件高副桿組,最后剩下原動(dòng)件1和機(jī)架9。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.5機(jī)構(gòu)實(shí)例分析1.內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)組成:曲柄滑塊與搖桿滑塊組合機(jī)構(gòu),如圖2-13所示。工作特點(diǎn):當(dāng)曲柄1做連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),滑塊6做往復(fù)直線移動(dòng),同時(shí)

搖

桿3做

往

復(fù)

擺

動(dòng),帶動(dòng)滑塊5做往復(fù)直線移動(dòng)。該機(jī)構(gòu)用于內(nèi)燃機(jī)中,滑塊6在壓力氣體作用下做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)(故滑塊6是實(shí)際的主動(dòng)件),帶動(dòng)曲柄1回轉(zhuǎn)并使滑塊5往復(fù)運(yùn)動(dòng),使壓力氣體通過(guò)不同路徑進(jìn)入滑塊6的左右端并實(shí)現(xiàn)進(jìn)、

排氣。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.5機(jī)構(gòu)實(shí)例分析2.牛頭刨床機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)組成:牛頭刨床機(jī)構(gòu)由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)與雙滑塊機(jī)構(gòu)組成。

在圖2-14a中,構(gòu)件2、3、4組成兩個(gè)同方位的移動(dòng)副,且構(gòu)件3與其他構(gòu)件組成移動(dòng)副兩次;而圖2-14b則是將圖2-14a中的D點(diǎn)滑塊移至B點(diǎn),使B點(diǎn)移動(dòng)副在機(jī)箱底處,易于潤(rùn)滑,使移動(dòng)副摩擦損失減少,機(jī)構(gòu)工作性能得到改善。

圖2-14a和圖2-14b所示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性完全相同。工作特點(diǎn):當(dāng)曲柄1回轉(zhuǎn)時(shí),構(gòu)件3繞點(diǎn)A擺動(dòng)并具有急回性質(zhì),使連桿5完成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),并具有工作行程慢、

非工作行程快回的特點(diǎn)。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.2.5機(jī)構(gòu)實(shí)例分析3.篩料機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)組成:該機(jī)構(gòu)由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)組成,其

中

齒

輪5與

搖

桿2形

成

剛

性

連接,如

圖2-15所示。工作特點(diǎn):曲柄1回轉(zhuǎn)時(shí),連桿2驅(qū)動(dòng)搖桿3擺動(dòng),從而通過(guò)齒輪5與齒輪4的嚙合驅(qū)動(dòng)齒輪4回轉(zhuǎn)。由于搖桿3往復(fù)擺動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)齒輪4的往復(fù)回轉(zhuǎn)。2.2平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析?2.3空間機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)至少含有一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)稱為空間機(jī)構(gòu),空間運(yùn)動(dòng)副的常用符號(hào)見表2-4。2.3空間機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)?2.3.1空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副有兩種分類方法。

其一是按照運(yùn)動(dòng)副提供的約束分類,其二是按照運(yùn)動(dòng)副的自由度分類。2.3空間機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)?2.3.2空間連桿機(jī)構(gòu)的分類空間機(jī)構(gòu)的名稱用運(yùn)動(dòng)副名稱表示。

第一個(gè)字母一般是原動(dòng)件與機(jī)架連接的運(yùn)動(dòng)副的名稱,然后按順序依次排列,各類常用空間運(yùn)動(dòng)副的字母表示見表2-5。2.3空間機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)?2.3.2空間連桿機(jī)構(gòu)的分類1.閉鏈連桿機(jī)構(gòu)和開鏈連桿機(jī)構(gòu)按組成空間連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)欠穹忾],空間連桿機(jī)構(gòu)可分為閉鏈連桿機(jī)構(gòu)和開鏈連桿機(jī)構(gòu)。2.3空間機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)?2.3.2空間連桿機(jī)構(gòu)的分類2.串聯(lián)連桿機(jī)構(gòu)和并聯(lián)連桿機(jī)構(gòu)按組成空間連桿機(jī)構(gòu)的連桿之間的串并聯(lián)關(guān)系,空間連桿機(jī)構(gòu)可分為串聯(lián)連桿機(jī)構(gòu)和并聯(lián)連桿機(jī)構(gòu)。2.3空間機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)?2.3.3空間連桿機(jī)構(gòu)的自由度三維空間中的每個(gè)自由構(gòu)件有6個(gè)自由度,n個(gè)構(gòu)件則有6n個(gè)自由度。

這些構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副連接組成機(jī)構(gòu)后,構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)就會(huì)受到運(yùn)動(dòng)副的約束。n個(gè)構(gòu)件的自由度總數(shù)6n減去各運(yùn)動(dòng)副的約束總數(shù),就是機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)。設(shè)機(jī)構(gòu)中的Ⅰ類副數(shù)目為P1,則其提供的約束為1P1;Ⅱ類副數(shù)目為P2,則其提供的約束為2P2個(gè);Ⅲ類副的數(shù)目為P3,則其提供的約束為3P3;Ⅳ類副的數(shù)目為P4,則其提供的約束為4P4;Ⅴ類副的數(shù)目為P5,則其提供的約束為5P5。

空間機(jī)構(gòu)的自由度為:F=6n-(1P1+2P2+3P3+4P4+5P5)=6n-∑iPi式中,i表示第i類運(yùn)動(dòng)副提供的約束數(shù)目;Pi表示第i類運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目。若將其中一個(gè)構(gòu)件固定為機(jī)架,則活動(dòng)構(gòu)件的數(shù)量變?yōu)閚-1,那么此時(shí)機(jī)構(gòu)自由度總數(shù)為6(n-1)。2.3空間機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)?2.4.1失效與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.失效機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作時(shí),稱為失效。零件失效的形式有多種,包括斷裂、

塑性變形、

過(guò)大彈性變形、

表面過(guò)度磨損、

強(qiáng)烈振動(dòng)、

連接松弛和摩擦打滑等。

2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則機(jī)械零件的失效形式多樣,針對(duì)這些不同的問(wèn)題,需要采用相應(yīng)的工作能力判定標(biāo)準(zhǔn)。這些判定標(biāo)準(zhǔn)是為了防止失效而設(shè)定的,通常稱為工作能力計(jì)算準(zhǔn)則也稱為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要包括強(qiáng)度準(zhǔn)則、

剛度準(zhǔn)則、

壽命準(zhǔn)則、

振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則和可靠性準(zhǔn)則等。

2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述?2.4.2常用零件材料及選擇1.常用零件材料(1)金屬

組成機(jī)器的零件多種多樣,零件最常用的金屬材料是黑色金屬(鐵、

錳、鉻及其合金),如碳素鋼和鑄鐵,其次是有色金屬(即除黑色金屬以外的金屬及其合金)合金。

(2)非金屬

在機(jī)械制造領(lǐng)域,很多零部件會(huì)用到非金屬材料,包括塑料、

橡膠、

陶瓷、木料、

毛氈、

皮革以及棉絲等。2.在材料選擇的過(guò)程中,設(shè)計(jì)者需全面考慮零件的用途、

工作條件以及材料的物理、

化學(xué)、

力學(xué)和工藝性能等因素,同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)因素。2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述?2.4.3機(jī)械零件的加工零件結(jié)構(gòu)工藝性是指這種結(jié)構(gòu)的零件被加工制造的難易程度,與零件的生產(chǎn)批量及具體生產(chǎn)條件相關(guān)。

設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí),不僅應(yīng)使它滿足使用要求,還應(yīng)當(dāng)滿足生產(chǎn)要求,考慮采用何種加工工藝,加工工藝是否經(jīng)濟(jì),是否具有良好的工藝性。機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程是將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^(guò)程。1.零件加工工藝的基本要求2.零件加工方法3.零件加工舉例2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述2.4.4

精度設(shè)計(jì)公稱尺寸(或基本尺寸)：

完成機(jī)械零件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)后,確定的尺寸。互換性是零件在裝配時(shí),不需要選擇和附加加工的就能滿足預(yù)期技術(shù)與使用要求的特性。為實(shí)現(xiàn)零件的互換性,需要確保零部件的尺寸、

幾何形狀、

相對(duì)位置以及表面粗糙度具有一致性。2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述2.4.4

精度設(shè)計(jì)幾何公差是指實(shí)際被測(cè)要素對(duì)圖樣上給定的理想形狀、

理想方向和位置的允許變動(dòng)量,其特征項(xiàng)目分為形狀公差、

方向公差、

位置公差和跳動(dòng)公差四大類,共有19個(gè),如圖2-22所示。零件表面的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度。表面粗糙度的常用評(píng)定參數(shù)之一是輪廓算術(shù)平均偏差Ra。機(jī)械零件精度等級(jí)的選用原則是在滿足使用要求的前提下,盡量采用低的公差等級(jí)。2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述2.4.5零件組裝與連接方法

根據(jù)公差帶的相對(duì)位置,配合方式主要分為三大類:間隙配合、

過(guò)渡配合和過(guò)盈配合。常見的機(jī)械連接方式：螺紋連接、鍵連接、銷連接等。1.螺紋連接螺紋連接和螺旋傳動(dòng)都是利用螺紋零件工作的,常用螺紋類型很多,例如,用于緊固的粗牙普通螺紋、細(xì)牙普通螺紋、圓柱管螺紋、圓錐管螺紋和圓錐螺紋;用于傳動(dòng)的矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋。2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述

2.4.5零件組裝與連接方法

2.鍵、花鍵和銷鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件,通常用于實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定,并傳遞轉(zhuǎn)矩,主要類型有普通平鍵、

導(dǎo)向平鍵、

滑鍵、

半圓鍵、

楔鍵和切向鍵。花鍵連接由外花鍵和內(nèi)花鍵組成。花鍵連接按其齒形不同,分為矩形花鍵、漸開線花鍵和三角形花鍵。銷主要用來(lái)固定零件之間的相對(duì)位置,也可用于軸與轂的連接或其他零件的連接,并可傳遞不大的載荷。銷可分為圓柱銷、

圓錐銷、

槽銷、

開口銷等。2.4機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述

2.4.5零件組裝與連接方法

3.鉚接、

焊接、

膠接鉚接是一種簡(jiǎn)單的機(jī)械連接,主要由鉚釘和被連接件組成。

典型的鉚縫結(jié)構(gòu)形式為搭接縫、

單蓋板對(duì)接縫和雙蓋板對(duì)接縫。焊接的方法很多,如電焊、

氣焊和電渣焊,其中尤以電焊應(yīng)用最廣。膠接是利用黏接劑在一定條件下把預(yù)制元件連接在一起,并具有一定的連接強(qiáng)度。2.5機(jī)械傳動(dòng)

2.5.1帶傳動(dòng)

帶傳動(dòng)是一種常見的機(jī)械傳動(dòng),有平帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)等類型。如圖所示,帶傳動(dòng)主要由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和環(huán)形帶組成。2.5機(jī)械傳動(dòng)

2.5.2鏈傳動(dòng)

鏈傳動(dòng)也是應(yīng)用較廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng),主要用在要求工作可靠,且兩軸相距較遠(yuǎn)以及其他不宜采用齒輪傳動(dòng)的場(chǎng)合。滾子鏈組成：滾子、

套筒、銷軸、

內(nèi)鏈板和外鏈板。

2.5機(jī)械傳動(dòng)

2.5.3齒輪傳動(dòng)

齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最主要的一類傳動(dòng),形式很多,應(yīng)用廣泛。常用齒輪傳動(dòng)：直齒圓柱齒輪傳動(dòng)、人字齒圓柱齒輪傳動(dòng)、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、

直齒圓錐齒輪傳動(dòng)和曲齒圓錐齒傳動(dòng)。2.5機(jī)械傳動(dòng)

2.5.4蝸輪傳動(dòng)

蝸桿傳動(dòng)是用來(lái)傳遞空間互相垂直交錯(cuò)的兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),具有傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比大且結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。2.6典型零部件

2.6.1軸

軸是組成機(jī)器的主要零件之一,一切回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件,都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及傳遞動(dòng)力。軸的常見種類有直軸、階梯軸、空心軸、曲軸及鋼絲軟軸。直軸按承受載荷性質(zhì)的不同,可分為心軸、轉(zhuǎn)軸和傳動(dòng)軸。心軸只承受彎矩;轉(zhuǎn)軸既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩;傳動(dòng)軸則主要承受轉(zhuǎn)矩。設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí),一方面要考慮軸上零件的定位,另一方面要合理確定軸的外形和結(jié)構(gòu)尺寸。2.6典型零部件

2.6.2軸承

1.滑動(dòng)軸承滑動(dòng)摩擦軸承簡(jiǎn)稱滑動(dòng)軸承,用來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件。

按其所能承受的載荷方向不同,有向心滑動(dòng)軸承與推力滑動(dòng)軸承之分。

在滑動(dòng)軸承中,軸瓦是直接與軸頸接觸的零件,是軸承的重要組成部分,常用的軸瓦可分為整體式和剖分式兩種結(jié)構(gòu)。2.滾動(dòng)軸承

滾動(dòng)軸承由內(nèi)圈、

外圈、滾動(dòng)體和保持架四部分組成。

滾動(dòng)體是形成滾動(dòng)摩擦的基本元件。滾動(dòng)軸承按承受的外載荷不同,可以概括地分為向心軸承、

推力軸承和向心推力軸承三大類。2.6典型零部件

2.6.3連軸器

1.剛性聯(lián)軸器常用的剛性聯(lián)軸器有套筒聯(lián)軸器、

夾殼聯(lián)軸器和凸緣聯(lián)軸器等。2.撓性聯(lián)軸器(1)剛性可移式聯(lián)軸器(2)彈性聯(lián)軸器1)彈性柱銷聯(lián)軸器2)彈性套柱銷聯(lián)軸器2.6典型零部件

2.6.4離合器

離合器也用來(lái)連接軸與軸以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩,能在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中將傳動(dòng)系統(tǒng)隨時(shí)分離或接合,分為牙嵌離合器、摩擦離合器和特殊結(jié)構(gòu)與功能的離合器三大類型。1.牙嵌離合器2.摩擦離合器3.特殊結(jié)構(gòu)與功能的離合器2.6典型零部件

2.6.5彈簧

彈簧是一種彈性元件,它具有多次重復(fù)地隨外載荷的大小而作相應(yīng)的彈性變形,卸載后又能立即恢復(fù)原狀的特性。彈簧種類較多,但應(yīng)用最多的是圓柱形螺旋彈簧。按照所承受的載荷分,彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧四種基本類型。

按照外形的不同,又可分為螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、碟形彈簧、板簧和盤簧等。2.6典型零部件

2.6.6減速器

減速器指原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置,用來(lái)降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩。減速器的種類很多,例如,單級(jí)圓柱齒輪減速器、雙級(jí)展開式圓柱齒輪減速器、單級(jí)圓錐齒輪減速器、蝸桿減速器等。2.7密封與潤(rùn)滑

2.7密封與潤(rùn)滑

在摩擦面間加入潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑,有利于降低摩擦,減輕磨損,保護(hù)零件不遭銹蝕,而且在采用循環(huán)潤(rùn)滑時(shí)可起到散熱降溫的作用。常用的潤(rùn)滑裝置有：手工加油潤(rùn)滑用的壓注油杯、

旋套式注油杯、手動(dòng)式滴油杯、油芯式油杯等,（適用于使用潤(rùn)滑油分散潤(rùn)滑的機(jī)器）與直通式壓注油杯和連續(xù)壓注油杯等。機(jī)器常用的密封裝置可分為接觸式與非接觸式兩種,接觸式密封形式：氈圈密封、唇形密封件密封。非接觸式密封方式：迷宮密封槽密封和油溝密封槽密封。2.8摩擦與磨損

2.8摩擦與磨損

摩擦與磨損是機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可避免的現(xiàn)象,對(duì)力學(xué)性能、效率及使用壽命均會(huì)產(chǎn)生影響,設(shè)計(jì)者往往需要采取一定措施來(lái)減少摩擦與磨損。控制摩擦和磨損的手段：（1）通過(guò)在零件摩擦表面添加潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂,（2）采用表面工程技術(shù)降低磨損,