機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（程軍紅教材）

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（程軍紅教材）演講人：日期:CATALOGUE目錄02機(jī)械原理基礎(chǔ)01機(jī)械設(shè)計(jì)概述03典型零件設(shè)計(jì)04材料工程基礎(chǔ)05制造技術(shù)基礎(chǔ)06創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐01PART機(jī)械設(shè)計(jì)概述基本概念與學(xué)科范疇機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的制造依據(jù)的工作過(guò)程。機(jī)械設(shè)計(jì)定義機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的基礎(chǔ)，是決定機(jī)械性能、品質(zhì)、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要環(huán)節(jié)。機(jī)械設(shè)計(jì)的重要性機(jī)械設(shè)計(jì)涉及力學(xué)、材料科學(xué)、制造工藝、控制理論、優(yōu)化方法等多學(xué)科的知識(shí)，是一門綜合性很強(qiáng)的技術(shù)科學(xué)。學(xué)科范疇0102036px6px現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法分類系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法01包括功能分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元分析等方法，強(qiáng)調(diào)從整體和系統(tǒng)的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。智能化設(shè)計(jì)方法02利用人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)、知識(shí)工程等技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化?；诜抡婧吞摂M現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)方法03通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，模擬機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)和工作環(huán)境，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和驗(yàn)證。定制化設(shè)計(jì)方法04根據(jù)客戶的需求和個(gè)性化要求，利用柔性制造技術(shù)和快速原型制造技術(shù)等方法，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的定制化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)文檔的規(guī)范化包括設(shè)計(jì)圖樣、技術(shù)文件、工藝流程等文檔的編制和審核，確保設(shè)計(jì)信息的準(zhǔn)確傳遞和理解。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用積極推廣先進(jìn)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，促進(jìn)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與反饋對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋，不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制定根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保設(shè)計(jì)的一致性和可制造性。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化體系02PART機(jī)械原理基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析機(jī)構(gòu)組成與自由度計(jì)算介紹機(jī)構(gòu)的組成原理，包括構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副和自由度等概念，以及如何進(jìn)行自由度計(jì)算和分析。運(yùn)動(dòng)分析與仿真研究機(jī)構(gòu)在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括位移、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)的分析，以及運(yùn)動(dòng)仿真和動(dòng)畫(huà)制作方法。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)要求，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能分析。機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模運(yùn)用動(dòng)力學(xué)原理，建立機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，包括質(zhì)量、剛度和阻尼等參數(shù)的確定。01動(dòng)力學(xué)分析與仿真對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，求解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，包括振動(dòng)、沖擊等，并進(jìn)行仿真和驗(yàn)證。02機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力優(yōu)化根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性。03靜力學(xué)基礎(chǔ)與物體受力分析介紹靜力學(xué)的基本原理，包括力、力矩和平衡條件等，以及如何進(jìn)行物體受力分析。力系平衡方程的建立與求解根據(jù)力系平衡原理，建立力系平衡方程，并介紹方程的求解方法和應(yīng)用。平面力系與空間力系的平衡問(wèn)題分別討論平面力系和空間力系的平衡問(wèn)題，介紹相關(guān)的方法和技巧，以及在實(shí)際工程中的應(yīng)用。力系平衡原理應(yīng)用03PART典型零件設(shè)計(jì)軸類零件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則強(qiáng)度和剛度軸類零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受傳遞的扭矩和彎矩，避免發(fā)生塑性變形或斷裂。01耐磨性軸類零件表面應(yīng)有較高的硬度，以提高耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命。02加工性軸類零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)合理，便于加工和裝配，同時(shí)降低制造成本。03材料選擇根據(jù)工作條件和要求，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，如碳素鋼、合金鋼等?4齒輪的模數(shù)和齒數(shù)根據(jù)傳動(dòng)比、齒輪大小和強(qiáng)度等因素，合理選擇齒輪的模數(shù)和齒數(shù)。齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)01齒輪的精度齒輪的精度對(duì)傳動(dòng)的平穩(wěn)性、噪聲和壽命有重要影響，應(yīng)根據(jù)使用要求確定。02齒輪的材料和熱處理選擇適合的材料和熱處理方式，提高齒輪的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。03潤(rùn)滑和冷卻合理的潤(rùn)滑和冷卻措施可以減小齒輪傳動(dòng)的摩擦和磨損，延長(zhǎng)使用壽命。04軸承選型計(jì)算方法軸承類型選擇根據(jù)軸承的工作條件、承受載荷和轉(zhuǎn)速等因素，選擇合適的軸承類型。軸承尺寸確定根據(jù)軸承的承載能力和剛度要求，計(jì)算并確定軸承的尺寸。軸承的壽命計(jì)算根據(jù)軸承的轉(zhuǎn)速、載荷和潤(rùn)滑條件，計(jì)算軸承的壽命，確保軸承在預(yù)期壽命內(nèi)可靠工作。軸承的配合和安裝軸承的配合和安裝方法對(duì)軸承的性能和使用壽命有很大影響，應(yīng)按照規(guī)范進(jìn)行。04PART材料工程基礎(chǔ)金屬材料力學(xué)特性金屬材料在受力時(shí)抵抗變形和斷裂的能力，通常分為屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。強(qiáng)度金屬材料在塑性變形過(guò)程中不易破裂的能力，常用延伸率和斷面收縮率來(lái)表示。塑性金屬材料抵抗局部變形，特別是壓入變形的能力，常見(jiàn)的硬度測(cè)試方法有布氏硬度、洛氏硬度等。硬度金屬材料在塑性變形和斷裂全過(guò)程中吸收能量的能力，韌性越好，抗沖擊性能越強(qiáng)。韌性正火將金屬加熱到臨界點(diǎn)以上，保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻，以獲得較細(xì)的組織和較高的綜合力學(xué)性能?；鼗鸫慊鸷髮⒔饘偌訜岬捷^低溫度，保溫后冷卻，以消除淬火應(yīng)力、穩(wěn)定組織、提高塑性和韌性。淬火將金屬加熱到臨界點(diǎn)以上，迅速冷卻以獲得馬氏體組織，從而提高硬度和強(qiáng)度。退火將金屬加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，以消除應(yīng)力、降低硬度、提高塑性。熱處理工藝選擇如形狀記憶合金、壓電陶瓷、磁性材料等，具有特殊的物理或化學(xué)性質(zhì)，在特定領(lǐng)域有獨(dú)特應(yīng)用。高分子材料如塑料、橡膠、合成纖維等，具有密度小、耐腐蝕、易加工等特點(diǎn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、高抗壓強(qiáng)度等特點(diǎn)，常用于制造刀具、軸承等零件。復(fù)合材料由兩種或多種不同性質(zhì)的材料通過(guò)物理或化學(xué)方法組合而成，具有優(yōu)異的綜合性能，如玻璃鋼、碳纖維等。功能材料非金屬材料應(yīng)用0103020405PART制造技術(shù)基礎(chǔ)切削加工原理切削力與切削熱切削加工是通過(guò)刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件表面材料的去除。切削力和切削熱是切削過(guò)程中的兩個(gè)重要物理現(xiàn)象，對(duì)切削效率、刀具磨損和工件質(zhì)量有直接影響。刀具幾何參數(shù)與切削性能刀具的幾何參數(shù)包括前角、后角、主偏角、副偏角等，這些參數(shù)直接影響切削過(guò)程的切削力、切削熱和切屑的排出。合理選擇刀具幾何參數(shù)，可以提高切削效率和加工質(zhì)量。切屑控制與排屑切削過(guò)程中產(chǎn)生的切屑會(huì)影響切削過(guò)程的穩(wěn)定性和加工質(zhì)量。通過(guò)選擇合適的切削參數(shù)和刀具結(jié)構(gòu)，可以有效地控制切屑的形狀、大小和排出方向，從而確保加工過(guò)程的順利進(jìn)行。成型工藝分類鑄造工藝鑄造是將熔融的金屬液澆入鑄型中，待其凝固后獲得所需形狀和尺寸的工藝方法。鑄造工藝適用于制造形狀復(fù)雜、尺寸較大的零件。鍛壓工藝鍛壓是通過(guò)壓力使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和性能的工藝方法。鍛壓工藝可以提高金屬的致密性和強(qiáng)度，常用于制造受力較大、形狀簡(jiǎn)單的零件。焊接工藝焊接是通過(guò)加熱或加壓等方式，使兩個(gè)或多個(gè)金屬接頭達(dá)到原子間結(jié)合的一種工藝方法。焊接工藝具有連接強(qiáng)度高、密封性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種金屬結(jié)構(gòu)的制造中。機(jī)械加工機(jī)械加工是通過(guò)切削、磨削等方式，從原材料上去除多余的部分，從而獲得所需形狀和尺寸的工藝方法。機(jī)械加工具有精度高、效率高、加工范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代制造業(yè)中最常用的工藝方法之一。公差是指零件尺寸允許的變動(dòng)量。在機(jī)械制造中，由于各種因素的影響，零件的實(shí)際尺寸往往與設(shè)計(jì)尺寸存在一定的偏差。為了保證零件的互換性和裝配精度，必須規(guī)定公差范圍。公差的基本概念公差與配合的選擇應(yīng)根據(jù)零件的使用要求、加工精度和經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮。合理的公差配合可以提高零件的互換性和裝配精度，降低制造成本和使用成本。公差與配合的選擇配合是指兩個(gè)或多個(gè)零件在裝配時(shí)，其尺寸、形狀和位置等要素之間相互適應(yīng)的程度。根據(jù)配合性質(zhì)的不同，配合可以分為間隙配合、過(guò)盈配合和過(guò)渡配合三種類型。配合的基本概念010302公差與配合標(biāo)準(zhǔn)在圖紙上，公差與配合通常通過(guò)特定的符號(hào)和文字來(lái)標(biāo)注。這些標(biāo)注信息包括公差帶的大小、公差帶的位置和配合類型等。正確標(biāo)注公差與配合是保證機(jī)械加工質(zhì)量的重要措施之一。公差與配合的標(biāo)注0406PART創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐案例選擇標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新性、實(shí)用性、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性。案例分析方法結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、力學(xué)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)。案例評(píng)估指標(biāo)性能、成本、可靠性、可維護(hù)性、環(huán)保性。設(shè)計(jì)案例分析框架計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具AutoCAD、SolidWorks、Inventor等。CAD軟件ANSYS、Abaqus、SolidWorksSimulation等。CAE軟件Mastercam、GibbsCAM、D