機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)2課件

第六章內(nèi)容總結(jié)要求掌握的內(nèi)容如下:1、結(jié)構(gòu)件的功用2、零件的相關(guān)（含義、分類）3、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的幾個(gè)基本原理（共7個(gè)，含義，特點(diǎn)，用途）4、如何提高結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度5、載荷分流、載荷均化、載荷抵消屬于那些原理的應(yīng)用6、如何從結(jié)構(gòu)上保證支承件的剛度7、零件選擇材料的時(shí)候應(yīng)該注意什么？第七章機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的幾個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題§7-1機(jī)械疲勞設(shè)計(jì)§7-2機(jī)械的抗振性設(shè)計(jì)與低躁聲設(shè)計(jì)§7-3人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)§7-1機(jī)械疲勞設(shè)計(jì)一、疲勞破壞的機(jī)制和特點(diǎn)1.機(jī)制疲勞裂紋的萌生-擴(kuò)展-失穩(wěn)斷裂2.特點(diǎn)1）疲勞破壞是在循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變作用下的破壞，疲勞條件下的破斷應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度，而且可能低于屈服強(qiáng)度2）疲勞破壞必須經(jīng)歷一定的載荷循環(huán)次數(shù)3）零件在整個(gè)疲勞過(guò)程中不發(fā)生宏觀塑性變形，其斷裂方式類似于脆性斷裂4）疲勞斷口上明顯地分為兩個(gè)區(qū)域。二、載荷類型對(duì)稱循環(huán)、脈動(dòng)循環(huán)、不對(duì)稱循環(huán)循環(huán)特性r=-1對(duì)稱循環(huán)r=0脈動(dòng)循環(huán)-1<r<1不對(duì)稱循環(huán)載荷譜：每個(gè)工作周期載荷的變化歷程隨機(jī)載荷三、疲勞應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度、疲勞曲線、疲勞極限1、疲勞應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度疲勞失效：在交變應(yīng)力作用下，構(gòu)件因發(fā)生疲勞破壞而使其喪失正常工作性能的現(xiàn)象疲勞強(qiáng)度：試件抵抗疲勞失效的能力疲勞極限：衡量材料或結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度大小的指標(biāo)2、疲勞曲線在交變載荷作用下，零件承受的交變應(yīng)力和斷裂循環(huán)周次之間的關(guān)系，用疲勞曲線來(lái)表示。四、影響疲勞強(qiáng)度的因素1、應(yīng)力集中的影響2、尺寸效應(yīng)3、表面狀態(tài)的影響五、疲勞設(shè)計(jì)1、名義應(yīng)力疲勞設(shè)計(jì)法2、局部應(yīng)力應(yīng)變分析法3、損傷容限設(shè)計(jì)法4、疲勞可靠性設(shè)計(jì)§7-2機(jī)械的抗振性設(shè)計(jì)與低噪聲設(shè)計(jì)一、抗振性設(shè)計(jì)1、振動(dòng)按產(chǎn)生的原因可以分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)1）自由振動(dòng)：系統(tǒng)平衡破壞后，只靠其彈性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)。頻率為系統(tǒng)的固有頻率2）受迫振動(dòng)：在外界持續(xù)激振力作用下，使系統(tǒng)被迫產(chǎn)生振動(dòng)。3）自激振動(dòng)：由系統(tǒng)自身產(chǎn)生并控制的交變力所激發(fā)引起的一種周期性的振動(dòng)。例：刀具切削工件時(shí)，表面切深的變化，引起切削力的變化。切削力的變化，進(jìn)一步改變切深。2、動(dòng)剛度的基本概念及其影響因素1）動(dòng)剛度：機(jī)器結(jié)構(gòu)在振動(dòng)狀況下，激振力幅值與振幅之比。例：以受簡(jiǎn)諧激振力并具有粘性阻尼的單自由度系統(tǒng)受迫振動(dòng)為例來(lái)說(shuō)明動(dòng)剛度。K----系統(tǒng)彈簧的靜剛度Z----頻率比,其值為,為激振力的頻率,p為系統(tǒng)的固有圓頻率,m為系統(tǒng)的質(zhì)量

-----阻尼比,.r為系統(tǒng)的粘性阻尼系數(shù)因而其動(dòng)剛度為:在不同的頻率比范圍內(nèi),各參數(shù)對(duì)動(dòng)剛度的影響是不同的,可大致分為三個(gè)區(qū):準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)、共振區(qū)和慣性區(qū)。（1）準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)（z<0.7)1)若z<0.3,動(dòng)靜剛度近似相等。2）若激振力的頻率為0，系統(tǒng)只受到靜載荷的作用，動(dòng)靜剛度相等。提高動(dòng)剛度的措施：1）提高靜剛度2）降低頻率比，也就是減少激振力頻率或提高固有圓頻率（2）慣性區(qū)（z>1.3)提高動(dòng)剛度的措施：1）提高激振力的頻率2）增加系統(tǒng)的質(zhì)量（3）共振區(qū)（0.7<z<1.3)提高動(dòng)剛度的措施：1）適當(dāng)增加系統(tǒng)的阻尼2）加大激振力的頻率和固有圓頻率的差別3、在設(shè)計(jì)中提高機(jī)器結(jié)構(gòu)動(dòng)剛度的措施（1）提高機(jī)器結(jié)構(gòu)的靜剛度1）采用能夠能提高靜剛度的截面形狀2）合理布置加強(qiáng)筋和隔板3）盡量避免在載荷作用區(qū)開(kāi)孔或減少開(kāi)孔尺寸4）加強(qiáng)聯(lián)接部位的局部剛度，防止局部剛度的突然變化（2）改善系統(tǒng)的固有圓頻率（3）改善機(jī)器結(jié)構(gòu)的阻尼特性二、降低噪聲設(shè)計(jì)1、機(jī)械振動(dòng)引起噪聲，低噪聲設(shè)計(jì)的本質(zhì)是減少機(jī)器振動(dòng)2、措施（1）降低激振力1）減少或避免運(yùn)動(dòng)部件的沖擊和碰撞2）提高運(yùn)動(dòng)部件的平衡精度3）用連續(xù)運(yùn)動(dòng)代替間歇運(yùn)動(dòng)4）減小運(yùn)動(dòng)件的重量和速度（2）提高機(jī)器抗振性提高機(jī)器的動(dòng)剛度（3）采用隔聲、吸聲、消聲等措施（4）主動(dòng)消噪技術(shù)§7-3機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)一、概述1、定義：機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是根據(jù)一定的動(dòng)載工況，根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象提出的功能要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按照結(jié)構(gòu)動(dòng)力的分析方法和實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)機(jī)械進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。2、目的：解決機(jī)械結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析、動(dòng)力響應(yīng)以及動(dòng)力修改等重要問(wèn)題3、主要研究?jī)?nèi)容：1）響應(yīng)預(yù)估：已知激勵(lì)(輸入)及系統(tǒng)特性,研究其響應(yīng).用于確定機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)強(qiáng)度、動(dòng)剛度、振動(dòng)及噪聲等。2）系統(tǒng)辨識(shí)：已知激勵(lì)（輸入）和響應(yīng)，研究系統(tǒng)特性（即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，若系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型已知，則問(wèn)題變?yōu)閰?shù)識(shí)別）。用來(lái)獲取機(jī)械結(jié)構(gòu)中的共振頻率及有害振型。3）載荷識(shí)別：已知系統(tǒng)特性和響應(yīng)，研究輸入。用以實(shí)現(xiàn)工作環(huán)境模擬，以便進(jìn)行疲勞壽命實(shí)驗(yàn)及強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)。二、機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的模態(tài)分析法1、結(jié)構(gòu)的模態(tài)和模態(tài)分析1）模態(tài)：指結(jié)構(gòu)在其自由振動(dòng)時(shí)所具有的若干階固有頻率的基本振型。2）模態(tài)參數(shù)：表示模態(tài)特征的一組數(shù)值。一般包括固有頻率、固有振型、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度和阻尼比等。3）模態(tài)分析：建立振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程并確定其模態(tài)參數(shù)的過(guò)程。建模方法：傳遞矩陣、有限元、實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)和混合2、模態(tài)分析原理（1）動(dòng)力學(xué)模型運(yùn)用模態(tài)分析方法，必須將振動(dòng)系統(tǒng)離散成若干個(gè)質(zhì)量集中的子結(jié)構(gòu)，子結(jié)構(gòu)之間由等效彈簧和等效阻尼器聯(lián)接起來(lái)，表示子結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)接剛度和阻尼，構(gòu)成一個(gè)動(dòng)力學(xué)模型。動(dòng)力學(xué)方程為：[m]:質(zhì)量矩陣[k]:剛度矩陣[c]:阻尼矩陣[p]:激振力（2）固有頻率和主振型已知系統(tǒng)自由振動(dòng)可以分解為一系列簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加，所以其解的形式為：代入上式，可以得到{A}為非零解的條件是主振型為：2)運(yùn)動(dòng)方程的解耦:彈性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)方程組,通常都是內(nèi)部耦合的,可通過(guò)坐標(biāo)變換來(lái)解耦,使方程組中每個(gè)方程都成為獨(dú)立的單自由度形式的運(yùn)動(dòng)方程式,坐標(biāo)變換關(guān)系為:2)主振型的共軛性任選振動(dòng)系統(tǒng)的兩階固有頻率以及對(duì)應(yīng)的主振型,可以證明3、模態(tài)坐標(biāo)和模態(tài)參數(shù)由于主振型對(duì)于[m]和[k]都具有共軛性，因此以主振型組成的矩陣作為變換矩陣，對(duì)原方程進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，便可使質(zhì)量矩陣和剛度矩陣對(duì)角化而解耦，這是可以證明的。新坐標(biāo)下的運(yùn)動(dòng)方程為：可寫(xiě)成[m]與[K]矩陣中非對(duì)角元素符合共軛性，數(shù)值為零，對(duì)角元素不為零，構(gòu)成對(duì)角陣，即可表示為這樣，完全解決了耦合的運(yùn)動(dòng)方程稱為模態(tài)方程，式中參數(shù)稱為模態(tài)參數(shù)3、模態(tài)分析的目的和意義目的:1)獲得機(jī)械動(dòng)態(tài)特性和工作載荷下的響應(yīng)等方面的可靠數(shù)據(jù),并能了解結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系和整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力特性.2)對(duì)現(xiàn)有機(jī)械的承載能力、動(dòng)態(tài)特性等的鑒定和改進(jìn)提供可靠的方法。意義：1）利用模態(tài)分析法可以把求解多自由度耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，變成求解對(duì)角化的單自由度獨(dú)立系統(tǒng)的疊加處理。2）對(duì)機(jī)械動(dòng)態(tài)性能起主要影響的只是低頻段有限的幾階模態(tài)。3）利用模態(tài)綜合技術(shù)，可以由子結(jié)構(gòu)推知組合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性4）理論模態(tài)和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析處理?！?-3人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)一、概述1、人機(jī)工程學(xué)定義1）國(guó)際人機(jī)工程學(xué)會(huì)（InternationalErgonomicsAssociation）：研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素，研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用，研究在工作中、生活中和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問(wèn)題的學(xué)科。2）《中國(guó)企業(yè)管理百科全書(shū)》將人機(jī)工程學(xué)定義為：研究人和機(jī)器、環(huán)境的相互作用及其合理結(jié)合，使設(shè)計(jì)的機(jī)器與環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理、心理等特點(diǎn)，達(dá)到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康和舒適的目的。綜上所述可以認(rèn)為：人機(jī)工程學(xué)是以人的生理、心理特性為依據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，分析研究人與機(jī)械、人與環(huán)境以及機(jī)械與環(huán)境之間的相互作用，為設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)便省力、安全、舒適，人—機(jī)—環(huán)境的配合達(dá)到最佳狀態(tài)的工程系統(tǒng)提供理論和方法的科學(xué)。因此，人機(jī)工程學(xué)可定義為：按照人的特性設(shè)計(jì)和改善人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的科學(xué)。2、近期國(guó)內(nèi)外人機(jī)工程學(xué)研究的方向歸納如下1）工作負(fù)荷研究，包括體力活動(dòng)、智力活動(dòng)、工作緊張等因素引起的生理負(fù)荷和心理負(fù)荷。2）工作環(huán)境的研究，包括各種工作環(huán)境條件下的生理效應(yīng)，以及一般工作與生活環(huán)境中振動(dòng)、噪音、空氣、照明等因素的人機(jī)工程學(xué)的研究。3）工作場(chǎng)地、工作空間、工具裝備的人機(jī)工程學(xué)的研究。4）信息顯示的人機(jī)工程學(xué)問(wèn)題，特別是計(jì)算機(jī)終端顯示中人的因素研究。5）計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與人機(jī)工程學(xué)研究。6）工作成效的測(cè)量與評(píng)定。7）機(jī)器人設(shè)計(jì)的智能模擬等。8）人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中心理學(xué)的研究。3、人機(jī)工程學(xué)研究的方法：

測(cè)量人體各部分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；調(diào)查、詢問(wèn)或直接觀察人在作業(yè)時(shí)的行為和反應(yīng)特征；對(duì)時(shí)間和動(dòng)作的分析研究；測(cè)量人在作業(yè)前后以及作業(yè)過(guò)程中的心理狀態(tài)和各種生理指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化；觀察和分析作業(yè)過(guò)程和工藝流程中存在的問(wèn)題；分析差錯(cuò)和意外事故的原因；進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)或用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)；運(yùn)用數(shù)字和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法找出各變數(shù)之間的相互關(guān)系，以便從中得出正確的結(jié)論或發(fā)展有關(guān)理論。目前常用的研究方法有：研究方法觀察法實(shí)測(cè)法實(shí)驗(yàn)法計(jì)算機(jī)數(shù)值仿法調(diào)查研究法分析法專題操縱裝置設(shè)計(jì)操縱裝置的特征編碼與識(shí)別旋鈕、手柄、按鈕、按鍵設(shè)計(jì)工作椅設(shè)計(jì)的主要依據(jù)手握式工具的設(shè)計(jì)操縱裝置的特征編碼與識(shí)別形狀編碼大小編碼顏色編碼標(biāo)志編碼形狀編碼形象化的飛機(jī)操縱器形狀與功能有直接的聯(lián)系，如輪形的操縱器可用來(lái)操縱飛機(jī)的起落架，翼形操縱器則用于副翼或襟翼的操縱，這種形象化的操縱器有利于減少飛行事故。形狀編碼旋鈕的形狀編碼在(a)、(b)、(c)三類旋鈕之間不易混淆，而同一類之間容易混淆；(a)和(b)類旋鈕適合作360度以上旋轉(zhuǎn)操作；(c)類旋鈕適合360度以內(nèi)旋轉(zhuǎn)操作；(d)類適合作定位指示調(diào)節(jié)。大小編碼操縱器采用大小編碼時(shí)，一般說(shuō)來(lái)，大操作器的尺寸要比小操縱器的大20%以上，才有準(zhǔn)確操縱的把握，而這一點(diǎn)是較難保證的，所以，大小編碼形式的使用是有限的。顏色編碼形體和顏色是物體的外部特征，因此，可用顏色編碼來(lái)區(qū)分操縱器，人眼雖然分辨各種顏色,但用于操縱器的編碼顏色，一般只有紅、橙、黃、綠等五種，色相多了，容易混淆。操縱器的顏色編碼一般只能同形狀和大小編碼合并使用，而且只能靠視覺(jué)辨認(rèn)，還容易受照度的影響，故使用范圍有限。顏色編碼標(biāo)志編碼

當(dāng)操縱器數(shù)量很多，而形狀又難區(qū)分時(shí)，可采用標(biāo)志編碼，即在操縱器上刻以適當(dāng)?shù)姆?hào)以示區(qū)別，符號(hào)的設(shè)計(jì)應(yīng)只靠觸覺(jué)就能清楚地識(shí)別。因此，符號(hào)應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)明易辨，有很強(qiáng)的外形特征。如下列所示：可用觸覺(jué)辨別的標(biāo)志編碼旋鈕、手柄、按鈕、按鍵設(shè)計(jì)旋鈕的形體設(shè)計(jì)旋鈕的操縱力和適宜尺寸（mm)旋鈕、手柄、按鈕、按鍵設(shè)計(jì)旋鈕的形體設(shè)計(jì)指示型旋鈕的尺寸和式樣旋鈕、手柄、按鈕、按鍵設(shè)計(jì)手柄的形體設(shè)計(jì)手柄形式和著力方式比較要求：手握舒適、施力方便，不產(chǎn)生滑動(dòng)，同時(shí)還需控制它的動(dòng)作，因此，手柄和尺寸應(yīng)按手的結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)：旋鈕、手柄、按鈕、按鍵設(shè)計(jì)手柄的形體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄的推薦尺寸旋鈕、手柄、按鈕、按鍵設(shè)計(jì)按鈕的形體設(shè)計(jì)

其外形常為圓心和矩形，有的還帶有信號(hào)燈。按鈕通常用作系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)停。其工作狀態(tài)有單工位和雙工位，單工位按鈕是手按后，它處于工作狀態(tài)，手指一離開(kāi)按鈕就自動(dòng)脫離工作狀態(tài)，回復(fù)原位；雙工位的按鈕是一經(jīng)手指按下就一直處于工作狀態(tài)，當(dāng)手指在按一下時(shí)，它才回復(fù)原位。在選用時(shí)，要注意它們的區(qū)別。

按鈕的尺寸主要按成人手指端的尺寸和操作要求而定。一般圓弧形按鈕直徑以8—18mm為宜，矩形按鈕以10*10、10*15或15*20為宜，按鈕應(yīng)高出盤(pán)面5—12mm，行程為3—6mm,按鈕間距一般為12.5—25mm,最小不得小于6mm。旋鈕、手柄、按鈕、按鍵設(shè)計(jì)按鍵的形體設(shè)計(jì)常用計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)（QW—ERTY)鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮人手指按壓鍵盤(pán)的力度、回彈時(shí)間及使用頻度、手指移動(dòng)距離等因素。人們使用鍵盤(pán)的最高擊鍵速度可以達(dá)到15次/s,一個(gè)熟練的使用者平均擊鍵速度為5次/s.旋鈕、手柄、按鈕、按鍵設(shè)計(jì)按鍵的形體設(shè)計(jì)按鍵的形式和尺寸電話數(shù)字鍵盤(pán)與計(jì)算器數(shù)字鍵盤(pán)為什么不一樣？工作椅設(shè)計(jì)主要依據(jù)坐姿的優(yōu)點(diǎn)

當(dāng)人站立時(shí)，人體的足裸、腰部、臀部和脊椎等關(guān)節(jié)部位受到靜肌力作用，以維持直立狀態(tài)，而坐時(shí)，可免除這些肌力，減少人體能耗，消除疲勞，坐姿態(tài)比站立更有利于血液循環(huán)，而且有利于保持身體的穩(wěn)定。

目前，大多數(shù)辦公室人員、腦力勞動(dòng)者、部分體力勞動(dòng)者都采用坐姿工作。隨著技術(shù)的進(jìn)步，愈來(lái)愈多的體力勞動(dòng)者也將采取坐姿工作，因而工作坐椅設(shè)計(jì)和相關(guān)的坐姿分析日益成為人機(jī)工程學(xué)工作者和設(shè)計(jì)師們關(guān)注的研究課題。工作椅設(shè)計(jì)主要依據(jù)脊柱結(jié)構(gòu)—坐姿生理學(xué)712554工作椅設(shè)計(jì)主要依據(jù)腰曲弧線—坐姿生理學(xué)從坐姿生理學(xué)角度，應(yīng)保證腰弧曲線正常。工作椅設(shè)計(jì)主要依據(jù)—坐姿生理學(xué)腰椎后突和前突工作椅設(shè)計(jì)主要依據(jù)—坐姿生物力學(xué)體壓分布工作椅設(shè)計(jì)主要依據(jù)—坐姿生物力學(xué)股骨受力分析工作椅設(shè)計(jì)主要依據(jù)—坐姿生物力學(xué)椎間盤(pán)受力分析從坐姿生物力學(xué)角度，應(yīng)保證肢體免受異常力作用。工作椅設(shè)計(jì)主要依據(jù)1、使操作者在工作中保持身體舒適、穩(wěn)定并能進(jìn)行準(zhǔn)確的控制和操作。2、座高（360—480mm)和腰靠高(165—210mm)必須是可調(diào)節(jié)的。3、椅坐面和腰靠結(jié)構(gòu)應(yīng)使其感到安全、舒適。4、腰靠結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的彈性和足夠的剛性，腰靠?jī)A角不得超過(guò)115度。5、工作坐椅一般不設(shè)扶手，需設(shè)扶手的必須保證操作人員作業(yè)活動(dòng)的安全。6、其結(jié)構(gòu)材料應(yīng)耐用、阻燃、無(wú)毒。坐墊、腰靠、扶手的覆蓋層應(yīng)使用柔軟、防滑、透氣性好、吸汗的不導(dǎo)電材料制造。設(shè)計(jì)要點(diǎn)工作椅設(shè)計(jì)主要依據(jù)座椅的結(jié)構(gòu)形式工作椅設(shè)計(jì)主要依據(jù)主要參數(shù)坐面傾角：3—4度腰靠?jī)A角：110度手握式工具設(shè)計(jì)手的解剖及其與工具使用有關(guān)的疾患人體手部的掌側(cè)觀模型手握式工具設(shè)計(jì)手的解剖及其與工具使用有關(guān)的疾患腕關(guān)節(jié)動(dòng)作狀態(tài)手握式工具設(shè)計(jì)手握式工具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則：必須有效地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能；必須與操作者身體成適當(dāng)比例，使操作者發(fā)揮最大效率；適當(dāng)考慮性別、訓(xùn)練程度和身體素質(zhì)的差異；作業(yè)姿勢(shì)不能引起過(guò)度疲勞。手握式工具設(shè)計(jì)幾個(gè)避免問(wèn)題：避免靜肌負(fù)荷手握式工具設(shè)計(jì)避免手碗處于順直狀態(tài)手握式工具設(shè)計(jì)把手彎曲式工具設(shè)計(jì)手握式工具設(shè)計(jì)避免掌部組織受壓力手握式工具設(shè)計(jì)避免手指重復(fù)動(dòng)作手握式工具設(shè)計(jì)把手設(shè)計(jì)參數(shù)：直徑：著力抓握30—40；精密抓握8—16長(zhǎng)度：100—125；形狀：圓形、三角形、矩形、丁字形、斜丁字形等；彎角：10度左右；雙把手工具與用手習(xí)慣和性別差異：第八章機(jī)械產(chǎn)品的商品化設(shè)計(jì)§8-1產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和商品化設(shè)計(jì)§8-2措施一:機(jī)械產(chǎn)品的藝術(shù)造型§8-3措施二:價(jià)值優(yōu)化設(shè)計(jì)§8-4措施三:產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化設(shè)計(jì)§8-1產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和商品化設(shè)計(jì)一、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力三要素1）產(chǎn)品功能原理的新穎性-----競(jìng)爭(zhēng)力的核心要素2）產(chǎn)品技術(shù)性能的先進(jìn)性-----競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)要素3）適應(yīng)市場(chǎng)需求------競(jìng)爭(zhēng)力的心理要素二、商品化設(shè)計(jì)措施1、注重外觀設(shè)計(jì)2、降低產(chǎn)品成本3、提高適用性和縮短設(shè)計(jì)周期§8-2措施一：機(jī)械產(chǎn)品的藝術(shù)造型一、機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的概念1、以機(jī)械產(chǎn)品為主要對(duì)象，著重對(duì)于造型有關(guān)的功能、結(jié)構(gòu)、材料、工藝、美學(xué)基礎(chǔ)、宜人性以及市場(chǎng)關(guān)系等諸方面進(jìn)行綜合的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)活動(dòng)2、造型設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一二、造型設(shè)計(jì)的基本原則1、實(shí)用：造型設(shè)計(jì)必須有良好的使用功能2、經(jīng)濟(jì)：用價(jià)值工程理論指導(dǎo)產(chǎn)品造型，使材料和工藝恰如其分的運(yùn)用，構(gòu)成產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)品質(zhì)3、美觀：產(chǎn)品整體各種美感的綜合體現(xiàn)三、造型設(shè)計(jì)的要素1、功能基礎(chǔ)功能是產(chǎn)品特定的技術(shù)功能，功能將決定產(chǎn)品形體的整體布局和外型輪廓2、物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)主要指的是結(jié)構(gòu)、材料、工藝、配件的選擇。3、藝術(shù)形象四、機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的美學(xué)法則1、統(tǒng)一與變化2、對(duì)比與調(diào)和3、穩(wěn)定與輕巧4、對(duì)稱與均衡5、比例與尺度§8-3措施之三：價(jià)值優(yōu)化設(shè)計(jì)一、價(jià)值和價(jià)值優(yōu)化設(shè)計(jì)1、價(jià)值定義：產(chǎn)品的功能與實(shí)現(xiàn)該功能所耗成本V=F/C2、價(jià)值優(yōu)化1）V=F/C,表示通過(guò)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品功能同時(shí)降低成本，使產(chǎn)品的價(jià)值得到較大的提高2）V=F/C,表示保持產(chǎn)品成本不變的情況下，由改進(jìn)設(shè)計(jì)來(lái)提高產(chǎn)品功能，從而提高產(chǎn)品的價(jià)值3）V=F/C，表示保持產(chǎn)品功能不變的條件下，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)或采用新工藝、新材料或改進(jìn)實(shí)現(xiàn)功能的手段等，使成本有所降低，從而使產(chǎn)品的價(jià)值得到提高4）V=F/C,表示成本略有提高的情況下改進(jìn)設(shè)計(jì)使產(chǎn)品的功能大幅度提高5）V=F/C,表示不影響產(chǎn)品主要功能前提下，改進(jìn)設(shè)計(jì)略降低某些次要功能或減少某些無(wú)關(guān)功能，以求得產(chǎn)品成本大大降低達(dá)到提高產(chǎn)品的價(jià)值。3、價(jià)值優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的兩個(gè)方面1）進(jìn)行功能分析，保證產(chǎn)品必要的功能，去除多余功能，提高產(chǎn)品性能2）進(jìn)行成本分析注意改善產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，考慮最大幅度降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品價(jià)值二、價(jià)值優(yōu)化對(duì)象的選擇1、選擇的依據(jù)提高產(chǎn)品功能和降低成本上有較大潛力的產(chǎn)品都可以作為選擇對(duì)象2、選擇方法（1）功值系數(shù)法1）功能系數(shù)：表示零件對(duì)產(chǎn)品功能的影響，反映了該零件在產(chǎn)品中的重要程度。功能系數(shù)越大，該零件對(duì)產(chǎn)品功能影響越大、越重要。例：設(shè)有零件A、B、C等8種，首先根據(jù)在產(chǎn)品中的重要性對(duì)比，分別為各零件評(píng)分。例如A較B重要，則取A/B為1，否則為0。則零件的總評(píng)分為：零件A的功能系數(shù)為：零件名稱一對(duì)一比較評(píng)分Pi功能系數(shù)FiABCDEFGHAX110111160.214B0X10111150.170C00X0111130.107D111X111170.250E0000X01010.036F00001X1020.073G000000X000H0010111X40.1432)成本系數(shù)：表示零件所占總成本的份額。若第i種零件成本為Ci，產(chǎn)品總成本為C總,則成本系數(shù)定義為3）功值系數(shù)：零件功能系數(shù)與成本系數(shù)之比（2）“ABC”分析法首先要按產(chǎn)品的零部件列出各自所占總成本的份額，然后按所占成本份額的大小進(jìn)行排列，最后將一產(chǎn)品的全部零部件分為ABC三類取占零件總數(shù)的10%，但其成本約占產(chǎn)品總成本的60%-70%的零件屬于A類取占零件總數(shù)的20%，成本約占總成本的20%的零件屬于B類取占零件總數(shù)的70%，成本約占總成本的10%-20%的零件屬于C類§8-4措施之三：標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化標(biāo)準(zhǔn)化：通過(guò)對(duì)零件尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能及檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法和制圖要求等制訂出各種各樣的大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)系列化：按標(biāo)準(zhǔn)化原理，以基型產(chǎn)品為基礎(chǔ)，依據(jù)社會(huì)需求，將其主要參數(shù)及形式變化排成系列，以設(shè)計(jì)出同一系列內(nèi)各種形式、規(guī)格的產(chǎn)品。模塊化：在市場(chǎng)調(diào)研基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品功能分析，劃分基本模塊、通用模塊或?qū)Ｓ媚K，以模塊為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第九章設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)：用來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中，其功能原理的可行性，設(shè)計(jì)參量的合理性以及力學(xué)性能的確實(shí)性而采用的一種方法§9-1功能原理設(shè)計(jì)階段的模型試驗(yàn)§9-2模型試驗(yàn)中的相似理論§9-3實(shí)用化設(shè)計(jì)階段中的樣機(jī)試驗(yàn)§9-1功能原理設(shè)計(jì)階段的模型試驗(yàn)§9-2模型試驗(yàn)中的相似理論一、相似概念、相似比和相似模型1、相似：在相應(yīng)時(shí)刻、相應(yīng)參數(shù)之間的比例關(guān)系應(yīng)保持為常數(shù)2、相似模型：將原型的各種物理現(xiàn)象如長(zhǎng)度、時(shí)間、力、速度等縮小或擴(kuò)大并據(jù)此作出樣品來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)的裝置二、相似定理1、第一相似定理：彼此相似的現(xiàn)象必定具有數(shù)值相同的同名相似準(zhǔn)則，且相應(yīng)的相似指標(biāo)等于12、第二相似定理：有n個(gè)物理量所表示的物理系統(tǒng)，其中k個(gè)物理量的量綱是相互獨(dú)立的，則此n個(gè)物理量可表示為(n-k)個(gè)相似準(zhǔn)則的函數(shù)關(guān)系3、第三相似定理：判斷同一現(xiàn)象（過(guò)程）相似的必要和充分條件是單值條件相似和同名的決定性相似準(zhǔn)則相等。三、模型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的條件1）模型和原型應(yīng)幾何相似2）模型和原型的現(xiàn)象應(yīng)屬于同一類的性質(zhì)3）模型和原型的對(duì)應(yīng)同名物理量應(yīng)相似4）模型和原型的同名已定的相似準(zhǔn)則在數(shù)值上應(yīng)相等5）模型和原型的初始條件與邊界條件應(yīng)相似6）模型材料應(yīng)盡量與原型相同四、模型設(shè)計(jì)中幾個(gè)注意的問(wèn)題1、模型材料的選擇2、模型尺寸確定3、模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)提綱第一章：緒論1、具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品須經(jīng)過(guò)的三個(gè)設(shè)計(jì)階段2、近代設(shè)計(jì)科學(xué)的三項(xiàng)重大的發(fā)展3、設(shè)計(jì)任務(wù)的三種類型第二章：機(jī)器的組成和典型機(jī)器的功能分析1、現(xiàn)代機(jī)器的定義2、現(xiàn)代機(jī)器的組成（各種角度）3、功能觀點(diǎn)下的機(jī)器的分類第三章：功能原理設(shè)計(jì)1、功能原理的特點(diǎn)2、功能原理設(shè)計(jì)的任務(wù)和工作內(nèi)容3、功能原理設(shè)計(jì)的基本步驟4、功能的概念（系統(tǒng)工程學(xué)角度和傳統(tǒng)意義）5、黑箱法求解系統(tǒng)的總功能6、功能結(jié)構(gòu)的三種形式7、功能結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)步驟8、功能分析方法的應(yīng)用9、功能原理的類型10、各種功能原理類型的特點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的求解思路第四章:機(jī)械功能原理的實(shí)現(xiàn)1、選擇機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能原理的原則和范圍2、選擇機(jī)構(gòu)類型和擬定機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖應(yīng)注意的問(wèn)題3、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)的概念4、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的概念5、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)常采用的途徑有哪些6、分配軸的概念7、運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的概念、形式、能讀懂運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，分析執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的先后關(guān)系第五章：機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)用化設(shè)計(jì)1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心和外圍問(wèn)題有哪些2、實(shí)用化設(shè)計(jì)的任務(wù)和內(nèi)容3、機(jī)械化生產(chǎn)線和生產(chǎn)作業(yè)機(jī)械的布置原則4、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的類型、特點(diǎn)和用途5、外聯(lián)傳動(dòng)和內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)的概念、設(shè)計(jì)時(shí)注意的問(wèn)題習(xí)題課1、硬幣分選計(jì)數(shù)機(jī)的總功能如下圖所示，試分析要實(shí)現(xiàn)總功能，必須要有哪些分功能單元，畫(huà)出功能結(jié)構(gòu)圖，并簡(jiǎn)要說(shuō)明計(jì)數(shù)功能如何實(shí)現(xiàn)。

解：硬幣分選計(jì)數(shù)機(jī)必須包括計(jì)數(shù)、包卷、堆放，輸送、分選排列、分選計(jì)數(shù)2、以前制造平板玻璃，采用“垂直引上法”，是將半流體的玻璃從熔池中不斷上引，開(kāi)始時(shí)通過(guò)軋輥控制厚度，以后邊向上引邊凝固。這種方法制造出來(lái)的玻璃表面總是有波紋并且厚度不均。試用物—場(chǎng)分析法分析產(chǎn)生波紋和厚度不均問(wèn)題的原因，并說(shuō)明改進(jìn)措施。

用物場(chǎng)分析法分析，可以看出，在整個(gè)工藝過(guò)程中，玻璃S2在凝固前大部分時(shí)間中缺少F和S1（重力無(wú)積極效果，不看作為F）。 近年來(lái)出現(xiàn)了一種新工藝，讓液態(tài)玻璃漂浮在低熔點(diǎn)金屬的表面上，邊向前流動(dòng)邊凝固。這樣制成的平板玻璃不但厚薄均勻，而且沒(méi)有波紋，這就是“浮法”制造平面玻璃的功能原理解法。顯然，浮法工藝是補(bǔ)充了低熔點(diǎn)合金的液面作為S1，又利用該合金液體的表面張力作為一種特殊的力場(chǎng)F，既浮起了玻璃又使玻璃表面保持水平、光滑、均勻。3、圖示為車螺紋的傳動(dòng)鏈，圖中U1、U2為變傳動(dòng)比的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分析該設(shè)計(jì)方案是否合理，并說(shuō)明理由，指出改進(jìn)方案。