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工业设计工程基础 设计与工程 产品设计优劣的主观判断标准工作安全可靠 无多余功能功能增加使零部件增加 可靠性降低 产品质量下降 多余功能产生非理性消费 不符合绿色环保设计主题 简洁 没有用不到的零件产品前期考虑完善 结构设计合理 噪音低 发热小结构配合性好 噪音低 能源利用率高 发热小 非标准件应用不多可降低制造成本 但设计余地较小 便于测量 安装 检测便于操作维护便于维修等寿命设计看上去很美 工业设计工程基础 铸造工艺认知 工业设计工程基础 铸造设计要点 铸件形态设计应适宜流体流动 避免尖角 细缝 微孔等结构 材料凝固会产生缩松和缩孔 设计时注意壁厚均匀 铸件内外边倒圆角 铸造工艺认知 工业设计工程基础 铸造设计要点 3 铸造可以生产形态非常复杂的产品 铸造工艺认知 工业设计工程基础 铸造设计要点 4 深腔产品设计拔模斜度 为便于把模型从铸型中或把芯子从芯盒中取出 而在模型或芯盒的起模方向上做出一定的斜度 称为拔模斜度 铸造工艺认知 工业设计工程基础 铸造设计要点 5 避免铸造浇口留在外观面上 塑料的定义与组成 塑料的定义 塑料是指以树脂为主要成分 以添加剂为辅助成分 在加工过程中能流动或塑性成型的材料 塑料的组成 树脂和添加剂 润滑 色料 固化 稳定等填料 塑料的分类 1 按热性能分 热塑性塑料和热固性塑料 A 热塑性塑料能反复加热软化和反复冷却硬化 且在软化状态通过流动能反复模塑成型 塑性较好 但耐热性差 主要有 ABS 聚酰胺 尼龙 聚碳酸酯聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚甲醛 B 热固性塑料初加热时软化 可塑造成形 但固化后 如加入固化剂 用紫外线辐射 再加热将不再软化 也不溶于溶剂 即不再具有可塑性 它有较高的耐热性 不易变形 刚度大 硬度高 主要有 环氧塑料 酚醛塑料 氨基树脂 不饱和聚酯 塑料按其应用范围通常分为三类 通用塑料即力学性能和使用温度较低的塑料 产量大 用途多 价格低廉 主要指聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯 酚醛塑料和氨基塑料等 占塑料总产量的3 4以上 设计中广为应用 工程塑料指作为结构材料在机械装备和工程结构中使用的塑料 常用的品种有聚甲醛 尼龙 聚碳酸酯 聚砜 ABS 聚笨醚 环氧树脂等 其强度较高 刚性较大 韧性也较好 但价格较高 常用于制造机械零件和工程构件等 特种塑料能在较高温度 100 200 以上 下工作的塑料 主要有 聚四氟乙烯 聚三氟氯乙烯 有机硅树脂 环氧树脂等 1 质量小 密度一般在0 9 2 2g cm3之间 平均约为铝的1 2 钢的1 5 2 导热性低 密实塑料的导热系数一般为0 12 0 80W m K 钢为52W m K 3 比强度高 塑料及制品的比强度高 即单位密度的强度高 4 耐腐蚀性好 塑料对酸 碱 盐类的侵蚀 具有较强的抵抗性 5 电绝缘性好 塑料是良好的电绝缘材料 塑料的主要性能 6 装饰性好 塑料具有良好的装饰性能 能制成线条清晰 色彩鲜艳 光泽明亮的图案 7 经济 塑料制品低价格 使有价值高 8 耐热性差 塑料的耐热性比较差 9 易燃塑料 一般是可燃的 而且在燃烧时产生大量的烟雾 还会产生有毒气体 10 易老化 塑料制品在阳光 空气 热等作用下 其性能变差 老化的根本原因是高分子链的交联和裂解 性能恶化的表现 失去弹性 出现龟裂 变应 变软 变粘 变色等 11 降解困难 对环境不友好 与金属相比 工程塑料的优点有 1 比重小 约为钢材的1 6 减重效果好 2 加工性好 生产效率高 3 耐水 耐腐蚀 4 自润滑性好 摩擦系数小 5 可以自由着色 6 容易与玻璃纤维及各种填料复合 7 优异的电绝缘性 8 隔热件优良 导热系数为铁的百分之一 刚的千分之二一下 9 可降低成本 节约能源 颗粒 粉状塑料 注射机料筒 加热熔融 充模 冷却固化 塑件 又称注射成型 InjectionMolding 主要用于热塑性塑料的成型 也可用于热固性塑料的成型 一 注射模塑原理1 成型原理 注射模塑 良好的塑料产品既要美观大方 好用 又要便于成型 1 塑料产品应尽量避免侧壁凹槽或与塑件脱模方向垂直的孔 2 制品的设计应尽量保证壁厚均匀 避免壁厚突然变厚或变薄 3 设计塑料产品结构时 必须考虑足够的脱模斜度 4 加强筋矮一些 多一些 加强筋之间的中心距应大于两倍壁厚 5 塑料产品的底部支承面采用凸台结构效果较好 6 设计注塑圆角 避免应力集中 注塑成型时拔模角度的设计原则注塑产品取出时存在拔模阻力 若阻力过大会使制品被顶裂 变形和擦伤 制品废品率提高 质量下降 为此 通常需要设计拔模斜度 拔模斜度的选取原则是 尺寸要求不高的产品 拔模斜度可以适当放大 以利于制品脱模 收缩率越大的材料 其制品的拔模斜度也应当越大 热固性塑料拔模斜度高于热塑性塑料 壁厚越厚则收缩越大 相应要加大拔模斜度 大尺寸制品拔模斜度可适当减小 只有制品高度很小的时候才允许不设拔模斜度 机械基础 按功能不同 机器分 动力机器 各种能量间的转换 如 发动机 发电机 内燃机 加工机器 改变加工对象的尺寸形状状态或性质 如机床 轻工机械 塑料机械 家电产品等 运输机器 搬运工作对象 如汽车飞机轮船电梯起重机输送机等 信息机器 传递和变换信息 如影视设备 传真机 记数机等 机器是由零件 部件 组件等多个单元体经装配而成的系统 机器的功能主要靠机构传动来实现 因此组成传动的各构件间具有确定的相对运动 各构件应具有相应的强度 刚度及精度要求 机器可用来运输物料 传递或转换能量 实现预期的运动 输出有用的机械功或传递变换信息 机器的特点 机器 具备上述四项 与机构 具备前三项 机械 机器 机构总称 机器 机构 机械 机构和机器的统称 由机构组成 用来完成有益的机械功或用来转换机械能 具有确定相对运动的组合体 是机器的主要组成部分 用于传递运动和力或改变运动形式 构件 在机构传动中 相互接触而又能够产生一定约束的两部分分别称为构件 运动副 两构件相互接触并能实现一定运动的连接 定义 运动副及其分类 运动副 为了组成机构 构件之间需要连接 将这种两构件互相接触并能实现一定相对运动的连接 分类 低副和高副 低副 一对运动副若始终保持接触面的运动副 常见 移动副转动副螺旋副圆柱副 低副 低副 低副的接触是可逆的 低副中构件 固定不动的构件称为固定构件或机架 不动的构件称活动构件 高副 高副 一对运动副若始终保持点或者线接触的运动副 如 齿轮副 凸轮副 机构 在运动副构件系统中 一构件相对固定 另一构件在外动力驱动下按给定的规律独立运动 其余构件随之做确定的运动 此构件系统称为机构 机架 原动件 从动件 运动构件通常称为 杆件 机构运动简图 机构是由若干构件通过若干运动副组合在一起的 在研究机构运动时 为了便于分析 常常瞥开它们因强度等原因形成的复杂外形及具体构造 仅用简单的符号和线条表示 并按一定的比例定出各运动副及构件的位置 这种简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形称为机构运动简图 常用的运动副代表符号见下表 机构的示意图 指为了表明机构结构状况 不要求严格地按比例而绘制的简图 常用运动副和构件的表示方法 自由度的计算 三 平面机构的自由度 F 0 当 原动件的数目 机构有确定运动 F 0不动 多于不确定 少于破坏 1 计算式 1 1 活动构件数 原动件 从动件 低副数目 高副数目 2 机构具有确定运动的条件 3 计算平面机构自由度的注意事项 K 4 n 3 pL 4 pH 0 F 3 3 2 4 0 1 例7 有确定运动 例6 F 0不动 多于不确定 少于破坏 1 找可动构件2 找运动副 低副 高副 连杆 连架杆 连架杆 机架 曲柄 摇杆 摆杆 整转 摆转 机架 连杆 连架杆 机架 参考系 固定件 连架杆 与机架相联连杆 不与机架相联 曲柄 可回转360 的连架杆摇杆 摆角小于360 的连架杆滑块 作往复移动的连架杆 铰链四杆机构 全由转动副相联的平面四杆机构 4 1 1 平面连杆机构的基本形式和应用 一 铰链四杆机构基本类型 按连架杆类型 4 2平面四杆机构的一些基本特性 1 曲柄存在条件 2 推论 实例分析 AB 70 BC 90 CD 110 AD 40 1 最短与最长杆之和小于其它两杆之和 2 最短的构件在连架杆或机架上 满足条件1 1 最短杆在机架上 2 最短杆在机架邻边 3 最短杆在机架对边 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 AD CD 40 110 150 AB BC 160 当 AD为机架 AB或DC为机架 BC为机架 双曲柄 曲柄摇杆 双摇杆 平面四杆机构具有整转副 则可能存在曲柄 工业设计工程基础 常用典型机构 平面连杆机构齿轮机构凸轮机构带传动装置链传动斜面机构及螺旋机构 间歇运动机构 掌握槽轮机构 棘轮机构凸轮式间歇运动机构 不完全齿轮机构 产品功能部件固定连接方式有铆接 焊接 键连接 销连接和螺纹连接等 活动连接方式有滑动轴承连接 转动轴承连接 齿轮连接 弹簧连接 万向轴连接 皮带连接等 塑料产品功能结构设计 连接结构 自攻螺丝连接螺栓螺母连接预埋螺钉 螺母连接卡簧 卡扣连接弹性卡扣连接防滑 棘齿 塑料钉连接过盈连接粘接焊接 产品收纳结构类型 堆叠结构 使制品间发生套叠关系 减少运输中的储运空间 折叠结构 使用时展开 不用时收折 易拆装结构 产品易组装 拆卸 方便运输和储存 伸缩结构 改变产品尺寸 易于储运 柔性结构 材料柔软易折 收纳体积小 堆叠结构 使制品间发生套叠关系 减少运输中的储运空间 堆叠结构主要是通过结构设计使制品空间发生套叠关系 从而实现在储运过程中减少空间占用的目的 好的堆叠结构可以有效 便捷 经济的实现储运需求 同时还可以使产品充满智慧和情趣 堆叠结构在设计过程中 不仅要考虑堆叠过程 还要考虑拆分过程 尽量使堆叠和拆分都比较容易 避免在拆分或堆叠过程中产生擦伤和缺损 堆叠的结构主要是空间的设计 灵活应用产品的空间形态和拓扑结构加以创造堆叠设计重要的是空间设计 经验和借鉴也很有必要 标准化 为在一定的范围内获得最佳秩序 对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动 称为标准化 它包括制定 发布及实施标准的过程 标准化的重要意义是改进产品 过程和服务的适用性 防止贸易壁垒 促进技术合作 标准化原理是 统一原理 最优化原理 简化原理 协调原理 产品设计之模块化设计 模块化设计是对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能 不同规格的产品进行功能分析的基础上 划分并设计出一系列功能模块 通过模块的选择和组合构成不同的顾客定制的产品 以满足市场的不同需求 模块的基本特性 一是具备通用性 一个模块至少要能够担任两个角色 越多越好 手机的USB接口既可以用来连接电源充电 也能直接连接电脑 传输数据 二是具有通用的接口 至少同一功能的不同模块 接口应当相当 国家颁布法令要求各手机充电器统一规格 采用同一接口 提高互换性 模块是模块化设计和制造的功能单元 具有三大特征 1 相对独立性 可以对模块单独进行设计 制造 调试 修改和存储 这便于由不同的专业化企业分别进行生产 2 互换性 模块接口部位的结构 尺寸和参数标准化 容易实现模块间的互换 从而使模块满足更大数量的不同产品的需要 3 通用性 有利于实现横系列 纵系列产品间的模块的通用 实现跨系列产品间的模块的通用 工业设计中的表面技术一般可分为三类 表面覆盖技术 喷漆 贴膜 丝印 移印表面改性技术 电镀 阳极氧化 化学热处理等表面削除技术 车 铣 刨 磨等 表面改性技术通过改变原来表面的成分 组织来提高或改变表面性能的技术 又称薄膜技术 常见的表面改性技术有 1 化学热处理 2 气相沉积技术 3 激光相变硬化 激光上光 激光重溶 激光合金化 4 电子束相变硬化 电子束蒸镀 离子镀 5 离子束技术 6 溅射技术 7 阳极氧化 热着色 8 喷丸表面强化 滚压强化 挤压强化 表面改性技术不改变或很少改变工件表面的尺寸和几何形状 仅进行表面处理 渗碳 渗硼 退火 激光强化 绿色产品 凡产品或服务对环境及社会品质的表现 比传统或竞争产品所能提供的有明显优异者即绿色产品 绿色设计原则 1 产品全生命周期并行的闭环设计原则 2 资源最佳利用原则 尽可能用可再生资源 在保证产品功能质量的前提