机械设计基础（程军红教材）

机械设计基础（程军红教材）演讲人：日期:CATALOGUE目录02机械原理基础01机械设计概述03典型零件设计04材料工程基础05制造技术基础06创新设计实践01PART机械设计概述基本概念与学科范畴机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的制造依据的工作过程。机械设计定义机械设计是机械工程的基础，是决定机械性能、品质、可靠性、经济性和安全性的重要环节。机械设计的重要性机械设计涉及力学、材料科学、制造工艺、控制理论、优化方法等多学科的知识，是一门综合性很强的技术科学。学科范畴0102036px6px现代设计方法分类系统化设计方法01包括功能分析、优化设计、可靠性设计、有限元分析等方法，强调从整体和系统的角度进行设计。智能化设计方法02利用人工智能技术、专家系统、知识工程等技术进行设计，可以实现设计过程的自动化和智能化。基于仿真和虚拟现实的设计方法03通过计算机仿真和虚拟现实技术，模拟机械的运行状态和工作环境，进行设计方案的优化和验证。定制化设计方法04根据客户的需求和个性化要求，利用柔性制造技术和快速原型制造技术等方法，实现产品的定制化设计。设计文档的规范化包括设计图样、技术文件、工艺流程等文档的编制和审核，确保设计信息的准确传递和理解。设计标准的推广应用积极推广先进的设计标准和技术，促进行业的技术进步和发展。设计评价与反馈对设计结果进行评价和反馈，不断改进设计质量和效率，提高产品的市场竞争力。设计标准的制定根据国家标准、行业标准和企业标准，制定设计规范和标准，确保设计的一致性和可制造性。设计标准化体系02PART机械原理基础机构运动学分析机构组成与自由度计算介绍机构的组成原理，包括构件、运动副和自由度等概念，以及如何进行自由度计算和分析。运动分析与仿真研究机构在不同运动状态下的运动规律，包括位移、速度和加速度等运动参数的分析，以及运动仿真和动画制作方法。机构运动方案设计与优化根据机械系统的运动要求，设计机构运动方案，并进行优化设计和性能分析。机械动力学基础机械系统动力学建模运用动力学原理，建立机械系统的动力学模型，包括质量、刚度和阻尼等参数的确定。01动力学分析与仿真对机械系统进行动力学分析，求解系统的动态响应，包括振动、冲击等，并进行仿真和验证。02机械系统动力优化根据动力学分析结果，对机械系统进行优化设计，提高系统的动态性能和稳定性。03静力学基础与物体受力分析介绍静力学的基本原理，包括力、力矩和平衡条件等，以及如何进行物体受力分析。力系平衡方程的建立与求解根据力系平衡原理，建立力系平衡方程，并介绍方程的求解方法和应用。平面力系与空间力系的平衡问题分别讨论平面力系和空间力系的平衡问题，介绍相关的方法和技巧，以及在实际工程中的应用。力系平衡原理应用03PART典型零件设计轴类零件设计准则强度和刚度轴类零件应有足够的强度和刚度，以承受传递的扭矩和弯矩，避免发生塑性变形或断裂。01耐磨性轴类零件表面应有较高的硬度，以提高耐磨性，延长使用寿命。02加工性轴类零件的结构应合理，便于加工和装配，同时降低制造成本。03材料选择根据工作条件和要求，选择适当的材料，如碳素钢、合金钢等。04齿轮的模数和齿数根据传动比、齿轮大小和强度等因素，合理选择齿轮的模数和齿数。齿轮传动设计要点01齿轮的精度齿轮的精度对传动的平稳性、噪声和寿命有重要影响，应根据使用要求确定。02齿轮的材料和热处理选择适合的材料和热处理方式，提高齿轮的硬度、耐磨性和疲劳强度。03润滑和冷却合理的润滑和冷却措施可以减小齿轮传动的摩擦和磨损，延长使用寿命。04轴承选型计算方法轴承类型选择根据轴承的工作条件、承受载荷和转速等因素，选择合适的轴承类型。轴承尺寸确定根据轴承的承载能力和刚度要求，计算并确定轴承的尺寸。轴承的寿命计算根据轴承的转速、载荷和润滑条件，计算轴承的寿命，确保轴承在预期寿命内可靠工作。轴承的配合和安装轴承的配合和安装方法对轴承的性能和使用寿命有很大影响，应按照规范进行。04PART材料工程基础金属材料力学特性金属材料在受力时抵抗变形和断裂的能力，通常分为屈服强度、抗拉强度等。强度金属材料在塑性变形过程中不易破裂的能力，常用延伸率和断面收缩率来表示。塑性金属材料抵抗局部变形，特别是压入变形的能力，常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度等。硬度金属材料在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的能力，韧性越好，抗冲击性能越强。韧性正火将金属加热到临界点以上，保持一定时间后在空气中冷却，以获得较细的组织和较高的综合力学性能。回火淬火后将金属加热到较低温度，保温后冷却，以消除淬火应力、稳定组织、提高塑性和韧性。淬火将金属加热到临界点以上，迅速冷却以获得马氏体组织，从而提高硬度和强度。退火将金属加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，以消除应力、降低硬度、提高塑性。热处理工艺选择如形状记忆合金、压电陶瓷、磁性材料等，具有特殊的物理或化学性质，在特定领域有独特应用。高分子材料如塑料、橡胶、合成纤维等，具有密度小、耐腐蚀、易加工等特点，在机械设计中广泛应用。陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、高抗压强度等特点，常用于制造刀具、轴承等零件。复合材料由两种或多种不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成，具有优异的综合性能，如玻璃钢、碳纤维等。功能材料非金属材料应用0103020405PART制造技术基础切削加工原理切削力与切削热切削加工是通过刀具与工件之间的相对运动，实现工件表面材料的去除。切削力和切削热是切削过程中的两个重要物理现象，对切削效率、刀具磨损和工件质量有直接影响。刀具几何参数与切削性能刀具的几何参数包括前角、后角、主偏角、副偏角等，这些参数直接影响切削过程的切削力、切削热和切屑的排出。合理选择刀具几何参数，可以提高切削效率和加工质量。切屑控制与排屑切削过程中产生的切屑会影响切削过程的稳定性和加工质量。通过选择合适的切削参数和刀具结构，可以有效地控制切屑的形状、大小和排出方向，从而确保加工过程的顺利进行。成型工艺分类铸造工艺铸造是将熔融的金属液浇入铸型中，待其凝固后获得所需形状和尺寸的工艺方法。铸造工艺适用于制造形状复杂、尺寸较大的零件。锻压工艺锻压是通过压力使金属坯料产生塑性变形，从而获得所需形状和性能的工艺方法。锻压工艺可以提高金属的致密性和强度，常用于制造受力较大、形状简单的零件。焊接工艺焊接是通过加热或加压等方式，使两个或多个金属接头达到原子间结合的一种工艺方法。焊接工艺具有连接强度高、密封性好等优点，广泛应用于各种金属结构的制造中。机械加工机械加工是通过切削、磨削等方式，从原材料上去除多余的部分，从而获得所需形状和尺寸的工艺方法。机械加工具有精度高、效率高、加工范围广等优点，是现代制造业中最常用的工艺方法之一。公差是指零件尺寸允许的变动量。在机械制造中，由于各种因素的影响，零件的实际尺寸往往与设计尺寸存在一定的偏差。为了保证零件的互换性和装配精度，必须规定公差范围。公差的基本概念公差与配合的选择应根据零件的使用要求、加工精度和经济性等因素综合考虑。合理的公差配合可以提高零件的互换性和装配精度，降低制造成本和使用成本。公差与配合的选择配合是指两个或多个零件在装配时，其尺寸、形状和位置等要素之间相互适应的程度。根据配合性质的不同，配合可以分为间隙配合、过盈配合和过渡配合三种类型。配合的基本概念010302公差与配合标准在图纸上，公差与配合通常通过特定的符号和文字来标注。这些标注信息包括公差带的大小、公差带的位置和配合类型等。正确标注公差与配合是保证机械加工质量的重要措施之一。公差与配合的标注0406PART创新设计实践案例选择标准创新性、实用性、技术可行性、经济可行性。案例分析方法结构分析、运动分析、力学分析、优化设计。案例评估指标性能、成本、可靠性、可维护性、环保性。设计案例分析框架计算机辅助设计工具AutoCAD、SolidWorks、Inventor等。CAD软件ANSYS、Abaqus、SolidWorksSimulation等。CAE软件Mastercam、GibbsCAM、D