第1章機械設(shè)計概論

1、編輯ppt編輯ppt第一章第一章 緒論緒論機械設(shè)計機械設(shè)計是機械類專業(yè)的一門技術(shù)基是機械類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，既直接面向工程實際，又是后面所礎(chǔ)課，既直接面向工程實際，又是后面所學(xué)設(shè)計類專業(yè)課的基礎(chǔ)。是初步掌握機械學(xué)設(shè)計類專業(yè)課的基礎(chǔ)。是初步掌握機械設(shè)計能力的必然環(huán)節(jié)。設(shè)計能力的必然環(huán)節(jié)。課程的性質(zhì)：課程的性質(zhì)：編輯ppt1.1 1.1 機器和機械零件的基本概念機器和機械零件的基本概念 機械設(shè)計中需要解決的兩個問題機械設(shè)計中需要解決的兩個問題 1 1、為了設(shè)計機器部件和裝置，必須會設(shè)計、為了設(shè)計機器部件和裝置，必須會設(shè)計組成系統(tǒng)的各個零件。組成系統(tǒng)的各個零件。 2 2、同時，也必須能夠把各個零

2、件組合成能、同時，也必須能夠把各個零件組合成能滿足顧客需要的系統(tǒng)。滿足顧客需要的系統(tǒng)。編輯ppt 機器是日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中能滿足人們機器是日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中能滿足人們某種需要，用來執(zhí)行機械運動、變換或傳某種需要，用來執(zhí)行機械運動、變換或傳遞能量、物料、信息的裝置。遞能量、物料、信息的裝置。 例如：機床、汽車、洗衣機、水泵等等。例如：機床、汽車、洗衣機、水泵等等。一、機器的概念一、機器的概念編輯ppt機器組成：機器組成：原動機原動機傳動裝置傳動裝置工作機工作機控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)輔助系統(tǒng)（如儀表、照輔助系統(tǒng)（如儀表、照明等）明等）轎車組成：轎車組成：編輯ppt編輯ppt 任何機器任何機器都是由許

3、多都是由許多零零件件組合而成的。組合而成的。二、機械零件的概念二、機械零件的概念編輯ppt零件零件：組成機器的組成機器的不可拆的基本單元不可拆的基本單元（即即制造制造的基本單元的基本單元） 。編輯ppt部件部件：為完成為完成同一使命同一使命而協(xié)同工作的許多而協(xié)同工作的許多零件的組合零件的組合。滾動軸承滾動軸承聯(lián)軸器聯(lián)軸器。編輯ppt用途用途專用零部件專用零部件：只在只在一定類型機器一定類型機器中使用的零件，如曲軸中使用的零件，如曲軸。通用零部件通用零部件：各種機器各種機器中普遍使用的零部件，如齒輪、螺栓中普遍使用的零部件，如齒輪、螺栓。標準件標準件：制定了：制定了國家標準國家標準，并由，并由專

4、門工廠生產(chǎn)專門工廠生產(chǎn)的零部件。的零部件。 如：滾動軸承、螺栓等。如：滾動軸承、螺栓等。編輯ppt 本課程是以一般通用零件的設(shè)計為核心，本課程是以一般通用零件的設(shè)計為核心，論述它們的基本設(shè)計理論與方法的設(shè)計性論述它們的基本設(shè)計理論與方法的設(shè)計性技術(shù)基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課編輯ppt目的：目的：1 1、通用機械零部件通用機械零部件的設(shè)計計算的設(shè)計計算。2、綜合運用本課程和其它先修課程的知識，綜合運用本課程和其它先修課程的知識，設(shè)計機械傳動裝置設(shè)計機械傳動裝置 和一般機械。和一般機械。編輯ppt編輯ppt1.2 1.2 機械設(shè)計的要求和設(shè)計程序機械設(shè)計的要求和設(shè)計程序一、設(shè)計機器應(yīng)滿足的基本要求一、設(shè)計機

5、器應(yīng)滿足的基本要求1 1、功能要求、功能要求實現(xiàn)預(yù)定功能，工作可靠。實現(xiàn)預(yù)定功能，工作可靠。措施：措施：2 2、經(jīng)濟性要求、經(jīng)濟性要求三方面：生產(chǎn)成本低、使用消耗小、維護費用低。三方面：生產(chǎn)成本低、使用消耗小、維護費用低。1 1）設(shè)計中采用）設(shè)計中采用“三化三化”零部件；零部件；標準化、系列化、通用化標準化、系列化、通用化2 2）應(yīng)用成熟的新技術(shù)、新材料。）應(yīng)用成熟的新技術(shù)、新材料。3 3）選用高效率設(shè)備，減少動力、燃料消耗。）選用高效率設(shè)備，減少動力、燃料消耗。3 3、外觀造型要求、外觀造型要求顏色、造型顏色、造型4 4、環(huán)保要求、環(huán)保要求噪音、廢氣、廢液。噪音、廢氣、廢液。編輯ppt 例例

6、1 1：深水水樣采集器：深水水樣采集器 設(shè)計一種可以拋入水中自動沉入設(shè)計一種可以拋入水中自動沉入500500米深處米深處采集水樣的裝置，要求每次采集采集水樣的裝置，要求每次采集0.50.5升體積升體積的水樣，然后自動浮出水面，采集的水樣的水樣，然后自動浮出水面，采集的水樣深度誤差在正負深度誤差在正負1010米范圍米范圍編輯ppt 例例2 2 可折疊變升程梯可折疊變升程梯 設(shè)計一種可以折疊的新型梯子，要求具有設(shè)計一種可以折疊的新型梯子，要求具有變升程功能，最大高度可達變升程功能，最大高度可達6 6米，載重量可米，載重量可達達200200公斤，要求使用方便、可以實現(xiàn)完全公斤，要求使用方便、可以實現(xiàn)

7、完全折疊、強度可靠、總量限定在可以人力搬折疊、強度可靠、總量限定在可以人力搬運的范圍內(nèi)。運的范圍內(nèi)。編輯ppt二、二、 設(shè)計方法設(shè)計方法1.1.內(nèi)插式設(shè)計內(nèi)插式設(shè)計: : 這種方法有成功的經(jīng)驗可以借鑒。設(shè)計時作一些技這種方法有成功的經(jīng)驗可以借鑒。設(shè)計時作一些技術(shù)改進。術(shù)改進。 無論所設(shè)計的裝置多么新穎獨特，對實現(xiàn)類似功能的無論所設(shè)計的裝置多么新穎獨特，對實現(xiàn)類似功能的裝置的了解都是十分重要。裝置的了解都是十分重要。2.2.外推式設(shè)計外推式設(shè)計: : 有部分經(jīng)驗可以借鑒，但外推部分處于未知領(lǐng)域。有部分經(jīng)驗可以借鑒，但外推部分處于未知領(lǐng)域。3.3.開發(fā)性設(shè)計開發(fā)性設(shè)計: : 應(yīng)用新原理，新技術(shù)設(shè)計

8、新型技術(shù)裝備。應(yīng)用新原理，新技術(shù)設(shè)計新型技術(shù)裝備。編輯ppt機械設(shè)計的一般程序機械設(shè)計的一般程序 市場調(diào)市場調(diào)研研可行性可行性研究研究原理原理方案方案設(shè)計設(shè)計技 術(shù)技 術(shù)設(shè)設(shè) 計計試制試制試驗試驗小批生小批生產(chǎn)試銷產(chǎn)試銷投投產(chǎn)產(chǎn)設(shè)設(shè)計計任任務(wù)務(wù)書書定定出出最最佳佳方方案案裝配圖、裝配圖、零件圖、零件圖、技術(shù)文技術(shù)文件件樣樣機機評評價價改改進進考核考核工藝工藝性收性收集用集用戶意戶意見見產(chǎn)產(chǎn)品品銷銷售售機械設(shè)計是一個機械設(shè)計是一個創(chuàng)新創(chuàng)新與與借鑒借鑒相結(jié)合的過程相結(jié)合的過程編輯ppt1.3 1.3 機械零件的設(shè)計要求和設(shè)計過程機械零件的設(shè)計要求和設(shè)計過程一、一、 機械零件設(shè)計要求：機械零件設(shè)計要

9、求： 零件：滿足功能、安全可靠、成本低廉零件：滿足功能、安全可靠、成本低廉 。 1.1.安全可靠：需要根據(jù)可能發(fā)生的失效，確定零安全可靠：需要根據(jù)可能發(fā)生的失效，確定零件在強度、剛度、振動穩(wěn)定性、件在強度、剛度、振動穩(wěn)定性、 耐磨性、耐溫耐磨性、耐溫性等方面必須滿足的條件。（這些條件是判斷零性等方面必須滿足的條件。（這些條件是判斷零件工作能力準則）件工作能力準則）編輯ppt 2.2.成本低廉：成本低廉： 設(shè)計和制造考慮：正確選材，結(jié)設(shè)計和制造考慮：正確選材，結(jié) 構(gòu)合理，公差等級合理，構(gòu)合理，公差等級合理， 加工和加工和 安裝的工藝性。安裝的工藝性。 3.3.設(shè)計是一個比較、優(yōu)化的過程設(shè)計是一個

10、比較、優(yōu)化的過程編輯ppt二、設(shè)計過程二、設(shè)計過程1.1.確定零件的載荷確定零件的載荷-根據(jù)零件的工作情況和根據(jù)零件的工作情況和簡化計算方案簡化計算方案 -名義載荷：名義載荷：根據(jù)額定功率，用力學(xué)公式根據(jù)額定功率，用力學(xué)公式 計算出作用在零件上的載荷。計算出作用在零件上的載荷。F F - - 計算載荷：計算載荷：反映了實際載荷不均勻性反映了實際載荷不均勻性 及其它影響。及其它影響。F Fc c=KF=KF 由于載荷作用的不平穩(wěn)性、分布的不均勻由于載荷作用的不平穩(wěn)性、分布的不均勻 性等因素，性等因素， 實際載荷大于名義載荷實際載荷大于名義載荷。載荷系數(shù)載荷系數(shù)K K編輯ppt 2.2.選擇零件的

11、材料選擇零件的材料 -根據(jù)零件的工作要求，考慮材料的力根據(jù)零件的工作要求，考慮材料的力學(xué)性能、物理、性質(zhì)、經(jīng)濟因素、可獲學(xué)性能、物理、性質(zhì)、經(jīng)濟因素、可獲得性得性 3.3.確定零件的主要尺寸確定零件的主要尺寸 -根據(jù)工作能力準則確定，標準化或圓根據(jù)工作能力準則確定，標準化或圓 整。整。 4.4.繪制零件圖繪制零件圖編輯ppt1.41.4零件的計算方法和標準化原理零件的計算方法和標準化原理 一、零件的計算方法：一、零件的計算方法： 1.1.設(shè)計計算設(shè)計計算-根據(jù)零件的工作情況和根據(jù)零件的工作情況和 選定的工作準則擬定安全條件選定的工作準則擬定安全條件 -求出危險剖面尺寸求出危險剖面尺寸 2.2.

12、校核計算校核計算-參照現(xiàn)有的圖紙、實參照現(xiàn)有的圖紙、實 物、和經(jīng)驗數(shù)據(jù)擬定有關(guān)尺寸，根物、和經(jīng)驗數(shù)據(jù)擬定有關(guān)尺寸，根 據(jù)工作準則據(jù)工作準則-校核危險剖面安全性校核危險剖面安全性 精確校核計算精確校核計算-充分考慮各有關(guān)因充分考慮各有關(guān)因 素的校核計算。素的校核計算。編輯ppt 3.3.條件性計算條件性計算( (設(shè)計、校核）設(shè)計、校核） -合理的簡化計算合理的簡化計算。 4.“4.“安全安全-壽命壽命”和和“破損破損-安全安全” 的設(shè)計思想的設(shè)計思想 “安全安全-壽命壽命”：沒有裂紋為基礎(chǔ)。：沒有裂紋為基礎(chǔ)。 為本教材所介紹的方法為本教材所介紹的方法 “破損破損-安全安全”：允許裂紋存在，掌：允

13、許裂紋存在，掌 握裂紋的擴展規(guī)律。握裂紋的擴展規(guī)律。編輯ppt 5.5.經(jīng)驗數(shù)據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù), ,模型試驗?zāi)Ｐ驮囼? ,實物實驗的重要性實物實驗的重要性 機械零件的設(shè)計不能完全依賴于理論計算，對機械零件的設(shè)計不能完全依賴于理論計算，對于復(fù)雜的零件，有時可以通過模型試驗或?qū)嵨镌囉趶?fù)雜的零件，有時可以通過模型試驗或?qū)嵨镌囼炦M行確定，尤其是復(fù)雜零件。驗進行確定，尤其是復(fù)雜零件。 6.6.優(yōu)化設(shè)計的思想優(yōu)化設(shè)計的思想 首先是建立能反映設(shè)計變量與工作性能首先是建立能反映設(shè)計變量與工作性能 關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，然后在給定的約束條件關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，然后在給定的約束條件 下，每改變一組設(shè)計變量即可構(gòu)成一種設(shè)下，每改變

14、一組設(shè)計變量即可構(gòu)成一種設(shè) 計方案，經(jīng)過若干次計算機運算，可從中計方案，經(jīng)過若干次計算機運算，可從中 選擇最佳的設(shè)計方案。選擇最佳的設(shè)計方案。編輯ppt二、二、 標準化、系列化、通用化標準化、系列化、通用化標準化標準化：通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料：通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗方法、設(shè)計方法、制圖要求等，制性能、檢驗方法、設(shè)計方法、制圖要求等，制定出各式各樣的大家共同遵守的標準。定出各式各樣的大家共同遵守的標準。系列化系列化：按尺寸大小系列化。：按尺寸大小系列化。通用化通用化：系列之間和之內(nèi)盡量采用同一結(jié)構(gòu)和：系列之間和之內(nèi)盡量采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸。尺寸。 目前我國的標準化體系

15、分為：國家標準（目前我國的標準化體系分為：國家標準（GBGB）、）、專業(yè)標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準、國際標準等。專業(yè)標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準、國際標準等。目前的標準體系正逐漸向國際標準靠近和接軌。目前的標準體系正逐漸向國際標準靠近和接軌。編輯ppt編輯ppt采用三化具有以下一些優(yōu)點采用三化具有以下一些優(yōu)點： 1) 1) 減輕設(shè)計工作量，避免重復(fù)勞動，節(jié)省精力以減輕設(shè)計工作量，避免重復(fù)勞動，節(jié)省精力以應(yīng)用于關(guān)鍵設(shè)計的活動中；應(yīng)用于關(guān)鍵設(shè)計的活動中； 2) 2) 可以減少技術(shù)過失的重復(fù)出現(xiàn)，增大互換性，可以減少技術(shù)過失的重復(fù)出現(xiàn)，增大互換性，便于維修和裝配；便于維修和裝配； 3) 3) 可以安排專門

16、工廠采用專業(yè)設(shè)備和先進技術(shù)生可以安排專門工廠采用專業(yè)設(shè)備和先進技術(shù)生產(chǎn)標準零件，實現(xiàn)最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟性能；產(chǎn)標準零件，實現(xiàn)最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟性能； 4) 4) 有利于提高產(chǎn)品的設(shè)計、制造速度，增加產(chǎn)品有利于提高產(chǎn)品的設(shè)計、制造速度，增加產(chǎn)品品種、擴大生產(chǎn)批量，達到產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和品種、擴大生產(chǎn)批量，達到產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低消耗。低消耗。 三化程度是衡量產(chǎn)品性能的重要指標之一。三化程度是衡量產(chǎn)品性能的重要指標之一。編輯ppt1.5 1.5 機械設(shè)計學(xué)科現(xiàn)狀和對設(shè)計人員的要求機械設(shè)計學(xué)科現(xiàn)狀和對設(shè)計人員的要求一、機械設(shè)計學(xué)科的發(fā)展一、機械設(shè)計學(xué)科的發(fā)展 1 1相關(guān)新學(xué)科的出現(xiàn)帶動機械設(shè)計學(xué)科的進步相關(guān)

17、新學(xué)科的出現(xiàn)帶動機械設(shè)計學(xué)科的進步 摩擦學(xué)，斷裂力學(xué)；摩擦學(xué)，斷裂力學(xué)；2 2動態(tài)設(shè)計成為機械設(shè)計的發(fā)展方向動態(tài)設(shè)計成為機械設(shè)計的發(fā)展方向 傳統(tǒng)的機械設(shè)計每個零件的設(shè)計過程相對孤立，傳統(tǒng)的機械設(shè)計每個零件的設(shè)計過程相對孤立，隨著機械動力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)隨著機械動力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，目前正向以多種零件的綜合或整機系統(tǒng)的發(fā)展，目前正向以多種零件的綜合或整機系統(tǒng)為對象的動態(tài)設(shè)計方向發(fā)展；為對象的動態(tài)設(shè)計方向發(fā)展； 編輯ppt3 3計算機輔助設(shè)計推動了機械設(shè)計的新發(fā)展計算機輔助設(shè)計推動了機械設(shè)計的新發(fā)展 一系列先進的設(shè)計方法的出現(xiàn)，如：優(yōu)化設(shè)計一系列先進的設(shè)計方法的出

18、現(xiàn)，如：優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計、可靠性設(shè)計、設(shè)計方法學(xué)、價值工程、系統(tǒng)設(shè)計、可靠性設(shè)計、設(shè)計方法學(xué)、價值工程、造型設(shè)計、模塊化設(shè)計、并行設(shè)計、反求設(shè)計、造型設(shè)計、模塊化設(shè)計、并行設(shè)計、反求設(shè)計、優(yōu)勢設(shè)計、綠色設(shè)計、有限元方法、數(shù)值模擬、優(yōu)勢設(shè)計、綠色設(shè)計、有限元方法、數(shù)值模擬、人工智能等；人工智能等； 4 4機械設(shè)計學(xué)科正面臨重要的機遇和挑戰(zhàn)機械設(shè)計學(xué)科正面臨重要的機遇和挑戰(zhàn) 機械設(shè)計的機械設(shè)計的CADCAD技術(shù)的發(fā)展，其功能已經(jīng)不技術(shù)的發(fā)展，其功能已經(jīng)不是簡單地數(shù)值計算和繪圖，已經(jīng)能夠利用計算機是簡單地數(shù)值計算和繪圖，已經(jīng)能夠利用計算機進行邏輯推理、智能化設(shè)計、方案構(gòu)思、決策判進行邏輯推理、智能化設(shè)計、方案構(gòu)思、決策判斷等人力難以完成的工作斷等人力難以完成的工作 ，因此，傳統(tǒng)的機械設(shè)，因此，傳統(tǒng)的機械設(shè)計學(xué)科正面臨新的轉(zhuǎn)折和挑戰(zhàn)計學(xué)科正面臨新的轉(zhuǎn)折和挑戰(zhàn) ；5 5微納米技術(shù)為機械設(shè)計提出了新的發(fā)展領(lǐng)域