机械的设计与相关课程简介

机械的设计与相关课程简介

内容提要第一节机械设计的要求和内容第二节机械设计的过程和方法第三节机械设计类课程简介

什么是机械设计机械产品设计需要那些环节，采用什么方法围绕机械产品设计，都有那些课程

什么是机械设计？第一节

机械设计的要求和内容

机械设计的基本内容机械设计的基本要求机械设计的重要地位构思决策分析计算绘图设计计算书全套图样

使用说明书机械的工作原理外观运动和力的传递方式各个零件的材料、形状、尺寸机械的结构根据社会需求确定设计任务什么是机械设计？

机械设计是一个工作过程

举例家用轿车机械设计的基本要求对机械设计的四项基本要求功能性要求经济性要求可靠性要求社会性要求1．功能性要求

机械产品必须完成规定的功能，可表达为一个/几个功能指标。例：电池自动分拣机图1－8电池自动分拣机电池托盘z向进给机构输送装置机械手主要功能指标：每分钟分拣电池的个数。

主要功能指标：加工范围；不同切削速度与进给量；传递功率；加工精度等。

例：牛头刨床机械功能指标：由用户提出、由设计者与用户协商确定机械的功能指标是机械设计最基本的出发点。2．可靠性要求机械零件的内部和表面产生应力和变形磨损曲轴折断潘存云教授研制齿轮损坏机械要传递力和力矩有可能导致零件的失效举例家用轿车保修期

机械应能保证在规定的使用寿命期限内，零件不发生各种型式的失效。进行强度、刚度和寿命计算，而计算在整个设计工作量中占了很大的比例。3．经济性要求

制造成本使用成本简化结构选用适当的材料确定合理的加工精度标准化、系列化和通用化降低机械的能量损失考虑到维修的方便性和经济性成本

设计阶段的工作如何，就基本上决定了一个产品成本的高低。

4．社会性要求

所设计的产品不应对人、环境和社会造成消极影响。操作者的安全性和舒适性机械的造型和色彩美观、大方、宜人符合国家在环境保护方面的法规数控加工中心机械是否满足社会性要求，完全取决于设计。例：汽车载货（客）量速度返回舒适性排放量美观安全性…………耐用性耗油量价格机械设计的基本内容方案设计确定工作原理

确定机械系统运动方案

1.方案设计根据机械的功能要求，确定机械的总体方案。机械的工作原理不同，机械的面貌就完全不同。确定工作原理是方案设计的第一步。选矿机械的工作原理螺纹加工的工作原理矿石脉石例：方案设计确定执行构件的运动选择原动机采用哪些机构实现运动形式的转换采用哪些机构实现运动速度的转换确定传动装置的布局确定机械系统运动方案

方案设计是机械设计中至关重要的一步。从根本上影响机械的结构、性能、成本。充分调查研究，集思广益，提出多种方案，按四项基本要求，认真地进行比较、分析，选择出最优方案。例：方案设计——牛头刨床

确定传动装置中各机构的基本几何参数。

牛头刨床：确定连杆机构的各杆杆长，来保证滑枕的速度规律符合要求；内燃机：确定连杆机构的尺寸，凸轮的轮廓曲线，齿轮的齿数等。2.运动学分析与设计

保证零件在一定的使用期限内不发生失效。通过设计确定零件的参数和基本尺寸。例如：轴的直径、齿轮的大小和齿的大小3.工作能力分析与设计

对运转速度较高的机械，会产生振动和速度波动等有害的动力学现象，应进行必要的动力学分析。在此基础上对参数进行必要的修改，或采取一些措施减轻其影响。4.动力学分析与设计

在确定了各个零件基本参数的基础上，对各零件的结构进行构思，确定零件的全部尺寸。这部分设计工作主要体现在图样上。5.结构设计

作为制造的依据，应绘制出整个机械的装配图、组成机械的各个部件的装配图，以及全部非标准化零件的零件图。图样上应标明制造所需要的全部信息：材料、热处理、基本参数和所有必要的尺寸，以及加工精度等技术条件。此外，还应提出所有外购件的明细表。6.装配图和零件图的绘制机械设计的重要地位

中国启动了创新型国家的建设

拥有自主的知识产权，机械设计至关重要

机械设计的过程第二节

机械设计的过程和方法机械设计的方法一、机械设计的过程设计的类型适应性设计开发性设计参数化设计工作原理主体结构功能三者中至少应该有一项是首创的开发性设计三者中至少应该有一项是首创的实例照相机数码照相机手机上的照相机工作原理功能

主体结构老式照相机数码照相机手机上的照相机单缸洗衣机

双缸洗衣机普通车床工作原理功能

主体结构

双缸洗衣机立式车床立式车床三者中至少应该有一项是首创的实现自主创新，拥有自主自主知识产权主要依靠开发性设计。创新性最强、过程最完整。对现有的机械进行局部的修改或增补。不改变机械的基本结构、只改变机械功能的范围、机械的尺度和参数。一、机械设计的过程设计的类型适应性设计开发性设计参数化设计工作原理主体结构功能三者中至少应该有一项是首创的机械设计的完整过程投产以后

计划阶段

方案设计阶段试制试验阶段

技术设计阶段

举例：汽车、登月车二、机械设计的方法常规设计方法现代设计方法工业革命以来力学和材料科学的发展运动学分析与设计动力学分析与设计工作能力的分析与设计产生的时代：产生的基础：基本内容：产生的时代：产生的基础：20世纪下半页计算机的发明与快速发展

方案设计

运动学分析与设计动力学分析与设计

零件工作能力设计结构设计创造性主要依靠经验，通过类比方法进行主要依赖于设计者的灵感有系统的理论方法，但往往只能近似满足运动学要求受到计算手段的制约，分析较简单。常将复杂问题简化，得出近似公式或经验公式。一般按静载荷计算，引入动载系数常采用类比的方法常规设计方法有如下不足：

方案设计过分依赖设计者个人的经验和水平；一般满足于获得一个可用方案，而不是最佳方案；受计算手段的限制，简化假定较多，影响了设计质量；设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争激烈、产品更新速度加快的新形势。现代设计方法计算机辅助设计机械设计专家系统优化设计动态设计可靠性设计创造性设计优越性：提高效率，缩短设计周期，加快产品更新换代，增强市场竞争能力。给出多个方案，供设计者比较、选择，确定最佳方案。从繁琐的重复性工作中解脱出来，将时间和精力集中到创造性的工作上。计算机辅助设计

运算快速准确

存储量大

逻辑判断功能强辅助设计者进行设计举例汽车机械设计专家系统

（ExpertSystem）计算机辅助设计在上世纪90年代的新发展。

专家系统是一种计算机程序，它使计算机具有学习、推理、决策和创造等智能行为，并能够在专家的水平上工作。CAD机械设计活动

数值计算型的工作（计算与绘图）符号推理型的工作（方案设计、结构设计）专家系统

优化设计（OptimalDesign）可行方案与最优方案机械设计的问题一般都较复杂，求最小值或最大值的问题并不是用微分方法求极值就能简单地予以解决的。数学领域的分支——数学规划理论，提供了很多求优的数值方法，这些方法都以在计算机上进行的大量的数值叠代计算为基础。为了采用这些优化方法，就需要将具体设计问题的物理模型转化为一个数学模型。

高速化推动了机械动力学的发展。

精密化要求机械的实际运动尽可能与期望运动相一致。在分析误差时必须尽可能地计入各种因素的影响。振动和噪声过大，则会影响车辆的舒适性并污染环境。

动态设计：考虑机械的动态载荷和系统的动特性，以动力学分析为基础来设计机械。需要在计算机上用数值叠代算法求解微分方程。所以，动态设计在计算机获得普遍应用后才能发展起来。动态设计

(DynamicDesign)举例内燃机配气凸轮可靠性设计（ReliabilityDesign）将概率论、数理统计引入机械设计中而形成的一种设计技术。将物理量都视为按某种规律分布的随机变量，用概率统计的方法确定零、部件的主要参数和尺寸，使机械满足所提出的可靠性指标。

二次世界大战期间，美国由于飞行故障而损失的飞机比被击落的飞机多1.5倍。应航天计划的需要，兴起在上世纪60年代的美国。

可靠性设计已应用于从宇宙飞船到家用电器的广阔领域。举例飞机创造性设计（CreativeDesign）利用人类已有的科技成果，充分发挥设计者的创造力，设计出新机构和新机械产品的设计过程。几千年来，机械的发明依靠的是能工巧匠和专家学者的灵感和创造性的思维。如何产生灵感？如何进行创造性的思维？在历史的长河中，这些智慧的火花是零散的而非系统的，多种多样的而非单一的。对历史上大量发明构思的过程进行了分析和归纳，总结出一些进行创造性思维的方法，形成了“创造学”。创造性设计，特指以创造学理论为基础进行机械创新的方法。

尽管现代设计方法已经兴起，但常规设计目前仍被广泛应用。设计者应该首先掌握常规设计方法，才能进一步学习现代设计方法。

本课程的内容主要是介绍常规设计方法。

对设计者的基本要求第三节

机械设计类课程简介机械设计类课程简介机械原理课程的研究内容对设计者的基本要求基本理论基本知识基本技能创新精神团队精神认真作风

在大学机械类专业的教学计划中，安排了一组机械设计类课程。这些课程的目的是向学生提供机械设计方面的基本理论和知识，并通过各种教学环节使学生具备进行机械设计的基本能力，并具备进行机械试验的动手能力。通过这些课程和相关的实践活动，培养同学们的创新精神、团队精神和工作作风。机械设计类课程简介

机械设计的基本内容机械制图机械设计机械原理必修课机械原理课程主要研究内容

机构的组成与分析机构是怎样组成的?机构具有确定运动的条件机构的结构分类如何用机构简图表示机构常用机构及其设计连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和间歇运动机构等。分章介绍这些机构的结构、类型、原理、运动、应用、分析和设计。机械原理课程主要研究内容

机器动力学

分析机器在运转过程中的受力情况分析机器在已知外力下的运动情况解决机器在运转中的速度波动和振动问题机械原理课程主要研究内容