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1、課 件 1 機 械 原 理 及 設(shè) 計（ ）2021年 5月 24日 課 件 2 課 件 3 一 、 機 器 的 組 成 （ 本 節(jié) 將 以 汽 車 為 例 講 述 機 器 的 組 成 ）1動 力 部 分 ： 原 動 機 提 供 動 力 （ 蒸 汽 機 、 電 動 機 、 內(nèi) 燃 機 等 ）2執(zhí) 行 部 分 ： 完 成 預 定 的 功 能 （ 車 輪 、 懸 掛 系 統(tǒng) 及 底 盤 、 車 身 ）3傳 動 部 分 ： 轉(zhuǎn) 換 運 動 形 式 、 運 動 及 動 力 參 數(shù) （ 離 合 器 、 變 速 箱 、 傳 動 軸 、 差 速 器 等 ）4控 制 部 分 ： 控 制 運 行 狀 態(tài) （ 方

2、 向 盤 及 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 、 排 擋 桿 及 其 它 各 種 操 作 手 柄 及 剎 車 、 油 門 、 離 合 器 踏 板 ） 5輔 助 系 統(tǒng) ： 反 饋 運 行 狀 態(tài) 并 發(fā) 出 信 號 （ 潤 滑 、 照 明 、 顯 示 、 信 號 等 ） 課 件 4 原 動 機 部 分 傳 動 部 分 執(zhí) 行 部 分輔 助 系 統(tǒng)控 制 系 統(tǒng)框 圖 中 的 部 分 表 示 機 器 的 基 本 組 成 部 分 ， 簡 單 的 機 器 就 只 由這 三 部 分 組 成 ， 隨 著 機 器 功 能 越 來 越 復 雜 ， 對 機 器 的 精 確 度 要 求 也 越來 越 高 ， 輔 助 系 統(tǒng) 、

3、 控 制 系 統(tǒng) 就 應 運 而 生 ， 在 這 些 組 成 部 分 中 ， 絕 大多 數(shù) 機 器 不 可 或 缺 的 組 成 部 分 -傳 動 部 分 （ 尤 其 是 機 械 傳 動 ） ， 這將 是 我 們 講 課 的 重 點 （ 課 程 設(shè) 計 ： 減 速 器 的 設(shè) 計 ） 課 件 5 1功 能 要 求 （ 或 使 用 要 求 ） ： 如 起 動 、 轉(zhuǎn) 彎 半 徑 、 噸 位 速 度 、 制 動2經(jīng) 濟 要 求 ： 如 設(shè) 計 、 制 造 、 使 用 成 本 ， 采 用 標 準 化 、 系 列 化 、 通 用 化 的 零 部 件 （ 底 盤 、 車 橋 等 ）3安 全 性 與 勞 動

4、 保 護 要 求 ： 安 全 裝 置 （ 氣 囊 、 安 全 帶 ） 、 噪 聲4生 態(tài) 環(huán) 境 的 要 求 ： 環(huán) 境 保 護 （ 尾 氣 、 噪 聲 ）5人 機 工 程 與 造 型 ： 操 作 習 慣 、 外 型 美 觀 ， 符 合 美 學 原 則二 、 對 機 器 的 主 要 要 求 : （ 以 汽 車 為 例 ）6可 靠 性 要 求 ： 在 規(guī) 定 的 使 用 條 件 及 使 用 期 限 內(nèi) 不 出 故 障7.其 它 專 用 要 求 ： 特 殊 要 求 （ 防 彈 、 越 野 等 ） 課 件 6 機 器 的 先 進 性 取 決 于 設(shè) 計 者 的 設(shè) 計 的 先 進 水 平 ，機 械

5、設(shè) 計 經(jīng) 過 上 百 年 的 發(fā) 展 形 成 了 自 己 較 為 固 定 的程 序 ， 本 節(jié) 以 農(nóng) 用 車 為 例 結(jié) 合 框 圖 來 闡 述 設(shè) 計 機 器的 一 般 程 序 。設(shè) 計 的 各 個 階 段 是 相 互 聯(lián) 系 、 相 互 影 響 、 相 互 制 約 的 ， 在 設(shè) 計 中 不可 避 免 的 會 出 現(xiàn) 反 反 復 復 ， 在 設(shè) 計 中 要 注 意 運 用 先 進 的 設(shè) 計 方 法 、設(shè) 計 手 段 來 進 行 設(shè) 計 ， 如 采 用 優(yōu) 化 設(shè) 計 、 可 靠 性 設(shè) 計 、 計 算 機 輔 助設(shè) 計 等 來 提 高 設(shè) 計 質(zhì) 量 ， 加 快 設(shè) 計 速 度 ，

6、縮 短 開 發(fā) 周 期 ， 使 產(chǎn) 品 盡快 地 進 入 市 場 、 占 領(lǐng) 市 場 ， 獲 得 最 大 的 經(jīng) 濟 效 益 和 社 會 效 益 。 課 件 7試 制 、 檢 測 、 驗 收 、 改 進 原 型 的 設(shè) 計從 小 批 到 中 批 再 到 大 批 ， 注 重 ， 不斷 反 饋 信 息 ， 不 斷 改 進 、 不 斷 提 高 市 場 調(diào) 研 、 比 較 分 析 并 擬 定 如 :開 發(fā) 的 噸 位 、 市 場 的 占 有 率 、 社 會 效 益 、 經(jīng) 濟 效益 、 性 能 的 先 進 性 等 計 劃 階 段(提 出 問 題 )技 術(shù) 設(shè) 計 階 段 (解 決 問 題 )試 制 鑒

7、 定 階 段 (驗 證 問 題 )方 案 設(shè) 計 階 段 (分 析 問 題 ) 產(chǎn) 品 設(shè) 計 定 型批 量 生 產(chǎn) 階 段 對 機 器 進 行 功 能 分 析 ， 組 合 出 設(shè) 計 方 案 以 供 選 擇 ，評 價 決 策 、 選 擇 。 如 ： 四 輪 、 三 輪 ；柴 油 機 、 汽 油 機 ； 有 無 駕 駛 室 ； 傳 動 方 案 （ 皮 帶 、鏈 、 傳 動 軸 ） 等運 動 分 析 ： 原 動 機 參 數(shù) -各 運 動 構(gòu) 件 的 運 動 參 數(shù)動 力 分 析 ： 由 運 動 參 數(shù) 計 算 零 件 所 受 載 荷 的 大 小零 件 工 作 能 力 分 析 ： 由 載 荷 進

8、行 零 件 的 初 步 設(shè) 計圖 紙 設(shè) 計 及 技 術(shù) 文 件 編 制 ： 繪 圖 （ 總 裝 圖 、 部 件圖 、 零 件 圖 ） 、 編 制 技 術(shù) 文 件 （ 設(shè) 計 說 明 書 、 工藝 文 件 、 標 準 件 、 自 制 件 、 外 協(xié) 件 明 細 表 、 使 用說 明 書 ） 等 課 件 8 一 、 設(shè) 計 零 件 應 滿 足 的 基 本 要 求1在 預 定 的 壽 命 期 內(nèi) 安 全 可 靠 、 避 免 失 效 的 要 求 ， 具 體 表 現(xiàn) 為 ： 強 度 不 足 會 引 起 斷 裂 、 較 大 的 殘 余 變 形 （ 塑 性 變 形 ）： 剛 度 不 足 會 造 成 彈 性

9、 變 形 超 過 允 許 的 限 度： 影 響 壽 命 的 主 要 因 素 有 材 料 的 疲 勞 、 材 料 的 腐 蝕 、 磨 損2結(jié) 構(gòu) 工 藝 性 的 要 求 ： 結(jié) 構(gòu) 簡 單 便 于 制 造 加 工 與 裝 拆 、 降 低 成 本3經(jīng) 濟 性 、 質(zhì) 量 小 的 要 求 ： 價 廉 物 美 、 輕 巧 耐 用 （ 遵 循 三 化 原 則 ）4可 靠 性 要 求 ： 零 件 的 可 靠 性 決 定 了 機 器 的 可 靠 性 課 件 9 二 機 械 設(shè) 計 中 的 “ 三 化 ”： 對 零 件 的 尺 寸 、 結(jié) 構(gòu) 要 素 、 材 料 特 性 、 檢 驗方 法 、 設(shè) 計 方 法

10、、 制 圖 要 求 等 制 定 出 統(tǒng) 一 的 共 同 遵 守 的 標準 （ 如 ： 螺 紋 聯(lián) 接 件 ， 滾 動 軸 承 等 用 途 最 廣 的 零 件 進 行 大量 的 、 集 中 制 造 ， 用 戶 根 據(jù) 要 求 選 用 ）： 對 同 一 產(chǎn) 品 ， 為 了 適 應 不 同 的 使 用 條 件 ， 在同 一 基 本 結(jié) 構(gòu) 或 基 本 尺 寸 的 條 件 下 ， 規(guī) 定 出 若 干 個 輔 助 尺 寸不 同 的 產(chǎn) 品 ， 稱 為 不 同 的 系 列 （ 如 ： 滾 動 軸 承 的 直 徑 系 列 、寬 度 系 列 ， 工 程 機 械 的 系 列 化 ）： 不 同 的 產(chǎn) 品 間 ，

11、 零 部 件 要 能 相 互 通 用 （ 如 ：汽 車 與 農(nóng) 用 車 之 間 零 部 件 的 通 用 ） 課 件 10 : 國 標 (G B)、 行 業(yè) 標 準 (如 JB)、 企 業(yè) 標 準: ISO 標 準三 機 械 零 件 設(shè) 計 步 驟1 類 型 選 擇 （ 選 型 ） ： 選 擇 符 合 要 求 的 零 件 類 型 與 結(jié) 構(gòu)2 受 力 分 析 ： 計 算 載 荷 、 求 作 用 力3 材 料 選 擇 ： 選 擇 合 適 的 材 料5 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 ： 根 據(jù) 工 藝 及 標 準 化 進 行 零 件 的4 承 載 能 力 計 算 ： 分 析 零 件 的 失 效 形 式 ， 確 定

12、 計 算 準 則 ，確 定 零 件 的 基 本 尺 寸 設(shè) 計 是 一 個 邊 計 算 、 邊 畫 圖 、 邊 修 改 的 反 復 過 程 ， 上 述 步 驟 要 反 復地 進 行 才 能 設(shè) 計 出 優(yōu) 秀 的 產(chǎn) 品 來 ， 是 機 械 設(shè) 計 的 重要 設(shè) 計 內(nèi) 容 之 一 標 準分 類 6 校 核 計 算 、 畫 零 件 工 作 圖 、 編 寫 技 術(shù) 資 料 課 件 11 四 機 械 零 件 的 常 規(guī) 設(shè) 計 方 法 ：1經(jīng) 驗 設(shè) 計 ： 根 據(jù) 對 某 類 零 件 已 有 的 設(shè) 計 與 使 用 實 踐 而 歸 納 出 的 經(jīng)驗 關(guān) 系 式 ， 或 根 據(jù) 設(shè) 計 者 本 人

13、 的 經(jīng) 驗 用 類 比 的 辦 法 所 進 行 的 設(shè) 計 。 如 ：箱 體 、 機 架 、 傳 動 零 件 的 各 結(jié) 構(gòu) 要 素 等 ， 一 般 用 在 不 重 要 的 場 合 。2模 型 實 驗 設(shè) 計 ： 對 一 些 尺 寸 巨 大 而 結(jié) 構(gòu) 又 很 復 雜 的 重 要 零 件 尤 其是 一 些 重 型 整 體 機 械 零 件 ， 為 提 高 設(shè) 計 質(zhì) 量 ， 可 采 用 此 方 法 。 即 根 據(jù)相 似 理 論 的 方 法 做 模 型 ， 從 對 模 型 的 模 擬 工 作 狀 態(tài) 中 取 得 數(shù) 據(jù) 后 再 作為 設(shè) 計 的 依 據(jù) ， 對 設(shè) 計 進 行 逐 步 的 修 改

14、 ， 直 至 完 善 。 如 ： 飛 機 的 風 洞試 驗 、 橋 梁 、 水 壩 、 大 型 的 發(fā) 電 機 組 （ 從 小 到 大 逐 步 開 發(fā) ） 。3理 論 設(shè) 計 ： 根 據(jù) 在 模 型 實 驗 與 科 學 理 論 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來 的 設(shè) 計 理 論 進 行 設(shè) 計 的 方 法 ， 應 用 形 式 有 ： （ 由 已 知 載 荷 與 材 料 性能 求 零 件 的 尺 寸 ） ； （ 已 知 零 件 尺 寸 ， 校 核 其 是 否 滿 足 使用 的 要 求 ） 。 課 件 12 是 指 零 件 失 去 了 正 常 的 工 作 能 力 ， 零件 的 失 效 將 不 可 避

15、免 的 導 致 機 器 的 失 效 ， 零 件 的 性 能 與 質(zhì) 量直 接 影 響 機 器 的 性 能 與 質(zhì) 量 。下 面 將 把 失 效 形 式 和 與 其 對 應 的 設(shè) 計 準 則 結(jié) 合 起 來 進 行 講 解 課 件 13 設(shè) 計 準 則 ：強 度 條 件 ： 有 二 種 表 達 形 式失 效 形 式 ：一 1 應 力 表 示 法 ：正 應 力剪 應 力 slim, slim, 2 安 全 系 數(shù) 表 示 法 ：正 應 力剪 應 力 ss ca lim ss ca lim 課 件 14討 論 ： 越 小 ， 或 Sca越 大 ， 則 強 度 越 好 ? 說 明 ： 1lim為 極

16、 限 應 力 ， 即 ： B 強 度 極 限 -靜 強 度 斷 裂 ； s 屈 服 極 限 -塑 性 變 形 ； r -疲 勞 斷 裂 （ 在 第 三 章 講 述 ） Hlim -疲 勞 點 蝕 （ 在 第 三 章 講 述 ） 2Sca為 計 算 的 安 全 系 數(shù) 3也 與 之 相 同 課 件 15 設(shè) 計 準 則 ：失 效 形 式 ：問 ： 合 金 鋼 代 替 碳 鋼 能 否 提 高 零 件 的 剛 度 ？二 剛 度 條 件 ：彎 曲 剛 度 ： 撓 度 y y 扭 轉(zhuǎn) 剛 度 ： 扭 轉(zhuǎn) 角 T T偏 轉(zhuǎn) 角 y 課 件 16 設(shè) 計 準 則 ： 。 影 響 壽 命 的 主 要 因 素

17、是 腐 蝕 、 過 度 磨損 、 疲 勞 （ 表 面 接 觸 疲 勞 、 整 體 疲 勞 簡 稱 疲 勞 ） 。1. 對 于 腐 蝕 、 磨 損 由 于 因 素 很 復 雜 ， 無 有 效 的 定 量 的 計 算 方 法 ， 一般 只 作 條 件 性 計 算 。 如 （ “ ）2. 對 于 疲 勞 是 求 出 使 用 壽 命 時 的 疲 勞 極 限 來 作 為 計 算 的 依 據(jù) （見 前 面 的 部 分 ） ， 在 軸 承 的 壽 命 計 算 中 我 們 將 具 體 的應 用 到 和 后 面 將 要 將 要 講 的失 效 形 式 ： （ 表 現(xiàn) 為 ： 腐 蝕 、 磨 損 、 接 觸 疲 勞

18、 ）pp 防 止 壓 力 過 大 而 產(chǎn) 生 過 度 磨 損vv 防 止 速 度 過 高 而 產(chǎn) 生 過 度 磨 損pvpv 防 止 溫 度 過 高 而 發(fā) 生 膠 合三 耐 磨 性 準 則 （ 條 件 性 計 算 ： 如 在 不 完 全 液 體 潤 滑 滑 動 軸 承 的 設(shè) 計 計 算 中 ） 課 件 17振 動 穩(wěn) 定 性 準 則 ： 固 有 頻 率 f與 激 振 頻 率 fp 之 間 滿足 085f fp或 115f fp的 關(guān) 系 。 四 失 效 形 式 ： 。 有 些 零 件 只有 在 一 定 的 工 作 條 件 下 才 能 正 常 工 作 ， 當 條 件 被 破 壞是 就 不 能

19、 正 常 工 作 ， 從 而 導 致 失 效 。 如 表 現(xiàn) 為 ：1. 帶 傳 動 及 摩 擦 輪 傳 動 中 ， 傳 遞 的 有 效 圓 周 力 大 于 臨 界摩 擦 力 ， 將 發(fā) 生 打 滑 的 失 效 。2. 完 全 液 體 潤 滑 滑 動 軸 承 中 的 完 整 潤 滑 油 膜 被 破 壞 ， 將發(fā) 生 過 熱 、 膠 合 、 磨 損 等 失 效 。3. 高 速 轉(zhuǎn) 動 的 零 件 （ 轉(zhuǎn) 子 ） 的 固 有 頻 率 接 近 激 振 頻 率 時將 發(fā) 生 共 振 引 起 振 幅 過 大 ， 引 起 斷 裂 的 失 效 。設(shè) 計 準 則 ：。 如 采 用 限 制 工 作 載 荷 、

20、供 油 充 分 、 避 開 激 振 頻 率 （） 等 來 確 保 零 件 的 正 常 工 作 條 件 課 件 18 一 耐 熱 性 準 則 ： 一 些 特 殊 的 零 件 特 殊 要 求二 可 靠 性 準 則： 指 產(chǎn) 品 在 規(guī) 定 條 件 下 和 規(guī) 定 時 間 內(nèi) ， 完 成 規(guī)定 功 能 的 概 率 。 一 批 零 件 ， 設(shè) 個 同 樣 零 件 ， 在 規(guī) 定 時 間 內(nèi) 有 N f 個 失 效 ， Nt 個 仍 能 正 常 工 作 ， 則 可 靠 度 為 ：1 1 tt ftt FR NNNNR 應 力 /強 度應力強度 分布密度 應 力 強 度lim 五 課 件 19本 章 結(jié) 束 課 件 20謝 謝 大 家 ！ 謝 謝 大 家 ！