二、方案设计阶段
机器功能分析
多功能间有无矛盾，相互间能 否替代等，原动机、执行机和 传动机构方案的选择与确定
提出可能的解决方案
费用
总费用
组合几种可能的方案
设计制造费用
使用费用
评价
-
+
复机杂械性设计总论[1] 决策——选定方案
三、技术设计阶段
明确构形要求
主要工作 运动学设计 动力学设计 工作能力设计 部件及总装图设计 主要零件校核
件的互换和组织专业化的大生产，以降低生产成本。
与设计有关的标准:
国际标准 国家标准 行业标准 企业标准等
如： ISO
GB JB、HB
QB
国标分为：强制标准 GB ×××× － ××××
(标准序号) (批准年代)
强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。
推荐标准 GB／T ××××－×××× 这类标准占整个国标中的绝大多数。如无特殊 理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取
设计机器的一般程序： 计划阶段 方案设计阶段 技术设计阶段 技术文件编制阶段
机械设计总论[1]
一、计划阶段
提出任务
机器的功能 环境、经济、加工以及时限等约束条件
分析对机器的需求
机器的功能 经济性估计 制造要求的估计 基本使用要求 完成设计任务的预计期机限械等设计总论[1]
确定任务要求
对设计任务书提出的机器必须 达到的要求、最低要求及希望 达到的要求进行综合分析
失效形式：过大的弹性变形
设计准则：y≤[y]
可用措施： 3、寿命
增大截面尺寸或增大截面惯性矩； 缩短支承跨距或采用多支点结构； 增大贴合面降低压力； 采用精加工降低表面不平度。
定义：零件正常工作延续的时间
影响因素：
材料疲劳
材机料械腐设计蚀总论[1] 零件间的磨损
二、结构工艺性要求
1、良好的结构工艺性指在既定的生产条件下，能方便 而经济地生产出来，并便于装配成机器。
境条件下机器能正常工作的概率。
机械设计总论[1]
五、其他专用要求
机械设计总论[1]
§2-4 机械零件的主要失效形式
机械设计总论[1]
一、整体断裂
整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应 力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用 下，危险截面发生的疲劳断裂。
齿轮轮齿断裂
轴承内圈断裂
机械设计总论[1]
●确定量 随机量 ─如可靠性设计；
●可行性设计 优化设计 ─如优化设计； ●串行设计 并行设计 ─如并行设计；
●宏观的 微观的 ─如微－纳米摩擦学设计；
●分部处理法 系统工程法 ─如系统工程；
第二章 机械设计总论
机械设计总论[1]
§2-1 机器的组成
机械设计总论[1]
一、机器的组成
一台完整的机器的组成大致可包括：
润滑、显示、照明等辅助系统
原动机部分
传感器
传动部分
传感器
执行部分
传感器
控制系统
机械设计总论[1]
普通车床
一、机器的组成
机械设计总论[1]
一、机器的组成
数控车床
计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来， 使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化。
F
A lim
S ca
S机械设计总论[1]
lim
S
lim
二、经验设计
适用条件： 使用要求变动不大而结构形状已典型化的零件
设计方法： ➢根据某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式； ➢根据设计者本人的工作经验用类比的方法进行设计
机械设计总论[1]
三、模型试验设计
适用条件： 尺寸巨大结构又很复杂的特别重要的零件设计
2、着眼点：毛坯制造、机械加工、装配等生产环节。
机械设计总论[1]
三、经济性要求
降低材料消耗 ➢采用廉价而供应充足的材料代替贵重材料 ➢采用组合结构代替整体结构
减少工时 ——采用少余量或无余量毛坯或简化零件
降低加工和装配费用 ——工艺性
尽可能采用标准化零、部件
机械设计总论[1]
四、质量小的要求
机械设计总论[1]
21.33%
其他
73.88%
4.79%断裂
磨损腐蚀疲劳破 坏引起的失效
机械设计总论[1]
§2-5 设计机械零件时 应满足的基本要求
机械设计总论[1]
一、避免在预定寿命期内失效的要求
1、强度 设计准则： 工作应力≤许用应力
可用措施： 2、刚度
采用高强度材料； 足够的截面尺寸； 合理的截面形状，以增大惯性矩； 采用热处理和化学热处理方法，提高材料的力学性能 提高运动零件的制造精度，以降低动载荷； 合理配置零件的位置，降低零件上的载荷。
四、振动稳定性准则
设计准则： 避开共振区域，0.85f>fp或1.15f<fp
改善方法： ➢改变零件及系统的刚性； ➢改变支承位置； ➢增加或减少辅助支承 ➢激振源与零件隔离 ➢增加阻尼减小振幅
机械设计总论[1]
五、可靠性准则
可靠度：
可靠度=正常工作数／总数
浴盆曲线： ➢Ⅰ:早期失效阶段
失效率
➢Ⅱ：正常使用阶段 ➢Ⅲ：损坏阶段
结构化
选择材料、决定尺寸
评价
-
+
决策——确定结构形状及尺寸
总体设计
部件设机计械设计总论[1]
零件设计
四、技术文件的编制
编制技术文件
机械设计总论[1]
五、计算机在机械设计中的应用
1、 辅助设计类： CAD； Proe Solidworks
2、计算分析类 MATLAB； Adams； Ansys
机械设计总论[1]
五、可靠性要求
1、失效的发生都是随机的 2、使工作条件和零件的性能两方面使其随机
变化尽可能小 3、使用中加强维护和对工作条件进行监测
机械设计总论[1]
§2-6 机械零件的设计准则
机械设计总论[1]
失效形式 脆性断裂 塑性形变 疲劳破坏
一、强度准则
计算准则
强度极限
B S
屈服极限
S S
疲劳强度
r S
齿轮轴断裂—失效
二、过大的残余变形
当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残 余变形。
齿轮齿面塑形变形
轴承外圈塑性变形
机械设计总论[1]
三、零件的表面破坏
零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。
轴瓦磨损
机械设计总论[1]
齿面接触疲劳
四、破坏正常工作条件引起的失效
有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如：
机械设计总论[1]
1、原动机形式
★原动机
人力或畜力
水力机
风力机
蒸汽机
内燃机
电动机
热力机
2、输出运动和动力
旋转运动
转矩
直线运动
机械设计总论[1]
推力或拉力
★执行部分
执行部分：完成机器预定功能的组成部分
机械设计总论[1]
★执行部分
执行部分：完成机器预定功能的组成部分
功用： 压碎物料
偏心轴5 动颚板6
非金属材料 陶瓷 ：强如钢、轻如铝、硬如金刚石
复合材料：强度高、弹性模量大、质量轻
机械设计总论[1]
二、机械零件材料的选择原则
1、载荷、应力的大小和性质
脆性材料适用于静载荷下的零件 塑性材料适用于冲击载荷及动载荷 金属材料的性能可以通过热处理手段加以提高
2、零件的工作情况
考虑环境特点、工作温度、摩擦磨损程度
§2-9 机械零件的材料及其选用
机械设计总论[1]
一、机械零件常用材料
金属材料
黑色金属
铁 ：灰铸铁、球墨铸铁… (如：TH300 QT500-5)
钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢… (如：08F 45 60 1Cr18）
有色金属 ：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1)…...
高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维
7、钢的选用原则： 优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。
材料
热轧圆钢 铸件
表3-1 常用材料的相对价格
种类规格
碳素结构钢Q235 （φ 33~42） 优质碳素钢 （φ 29~50） 合金结构钢（φ 29~50） 滚动轴承钢（φ 29~50） 合金工具钢（φ 29~50） 4Cr9Si2耐热钢（φ 29~50）
3、零件的尺寸及质量 4、零件结构的复杂程度及材料的加工可能性
结构复杂零件宜选用铸造毛坯或焊接方法 结构简单宜用锻造法制取毛坯
5、材料的经济性
材料本身的相对价格；材料的加工费用；材料的利用率； 组合结构；节约稀有材料
6、材料的供应状况
同一部机器上材料机品械设种计总和论规[1] 格尽量少
二、机械零件材料的选择原则
§2-3 对机器的主要要求
机械设计总论[1]
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下， 根据生产及生活的需要提出的。
不管机器的类型如何，一般要求 劳动保护和环境保护要求 寿命与可靠性要求 其他专用要求
机械设计总论[1]
一、使用功能要求
1.正确地选择机器的工作原理 2.正确地设计或选用能够全面实现功能要求的
机械设计总论[1]
失效形式： 过大的弹性形变
设计准则： y≤[y]
弹性变形y的表现形式： ➢挠度 ➢扭转角
二、刚度准则
机械设计总论[1]
三、寿命准则
腐蚀： 尚无有效的腐蚀寿命计算方法
磨损： 类型众多，机理不清，工程实际定量计算方法不定
疲劳： 以使用寿命的疲劳极限或额定动载荷为计算依据
机械设计总论[1]