第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論

機(jī)械設(shè)計(jì)第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論第一章緒論《機(jī)械設(shè)計(jì)》是機(jī)械類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，既直接面向工程實(shí)際，又是后面所學(xué)設(shè)計(jì)類專業(yè)課的基礎(chǔ)。是初步掌握機(jī)械設(shè)計(jì)能力的必然環(huán)節(jié)。課程的性質(zhì)：第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論1.1機(jī)器和機(jī)械零件的基本概念機(jī)械設(shè)計(jì)中需要解決的兩個(gè)問(wèn)題1、為了設(shè)計(jì)機(jī)器部件和裝置，必須會(huì)設(shè)計(jì)組成系統(tǒng)的各個(gè)零件。2、同時(shí)，也必須能夠把各個(gè)零件組合成能滿足顧客需要的系統(tǒng)。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論機(jī)器是日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中能滿足人們某種需要，用來(lái)執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)、變換或傳遞能量、物料、信息的裝置。例如：機(jī)床、汽車、洗衣機(jī)、水泵等等。一、機(jī)器的概念第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論機(jī)器組成：原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置—→工作機(jī)—→控制系統(tǒng)輔助系統(tǒng)（如儀表、照明等）轎車組成：第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論

任何機(jī)器都是由許多零件組合而成的。二、機(jī)械零件的概念第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論零件：組成機(jī)器的不可拆的基本單元（即制造的基本單元）。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論部件：為完成同一使命而協(xié)同工作的許多零件的組合。滾動(dòng)軸承聯(lián)軸器。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論用途專用零部件：只在一定類型機(jī)器中使用的零件，如曲軸。通用零部件：各種機(jī)器中普遍使用的零部件，如齒輪、螺栓。標(biāo)準(zhǔn)件：制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并由專門工廠生產(chǎn)的零部件。如：滾動(dòng)軸承、螺栓等。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論本課程是以一般通用零件的設(shè)計(jì)為核心，論述它們的基本設(shè)計(jì)理論與方法的設(shè)計(jì)性技術(shù)基礎(chǔ)課第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論目的：1、通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。2、綜合運(yùn)用本課程和其它先修課程的知識(shí)，設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置和一般機(jī)械。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的要求和設(shè)計(jì)程序一、設(shè)計(jì)機(jī)器應(yīng)滿足的基本要求1、功能要求實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，工作可靠。措施：2、經(jīng)濟(jì)性要求三方面：生產(chǎn)成本低、使用消耗小、維護(hù)費(fèi)用低。1）設(shè)計(jì)中采用“三化”零部件；標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化2）應(yīng)用成熟的新技術(shù)、新材料。3）選用高效率設(shè)備，減少動(dòng)力、燃料消耗。3、外觀造型要求顏色、造型4、環(huán)保要求噪音、廢氣、廢液。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論例1：深水水樣采集器設(shè)計(jì)一種可以拋入水中自動(dòng)沉入500米深處采集水樣的裝置，要求每次采集0.5升體積的水樣，然后自動(dòng)浮出水面，采集的水樣深度誤差在正負(fù)10米范圍第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論例2可折疊變升程梯設(shè)計(jì)一種可以折疊的新型梯子，要求具有變升程功能，最大高度可達(dá)6米，載重量可達(dá)200公斤，要求使用方便、可以實(shí)現(xiàn)完全折疊、強(qiáng)度可靠、總量限定在可以人力搬運(yùn)的范圍內(nèi)。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論二、設(shè)計(jì)方法1.內(nèi)插式設(shè)計(jì):

這種方法有成功的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。設(shè)計(jì)時(shí)作一些技術(shù)改進(jìn)。無(wú)論所設(shè)計(jì)的裝置多么新穎獨(dú)特，對(duì)實(shí)現(xiàn)類似功能的裝置的了解都是十分重要。2.外推式設(shè)計(jì):

有部分經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，但外推部分處于未知領(lǐng)域。3.開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì):

應(yīng)用新原理，新技術(shù)設(shè)計(jì)新型技術(shù)裝備。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序

市場(chǎng)調(diào)研可行性研究原理方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)試制試驗(yàn)小批生產(chǎn)試銷投產(chǎn)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)定出最佳方案裝配圖、零件圖、技術(shù)文件樣機(jī)評(píng)價(jià)改進(jìn)考核工藝性收集用戶意見(jiàn)產(chǎn)品銷售機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)新與借鑒相結(jié)合的過(guò)程第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論1.3機(jī)械零件的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)過(guò)程一、機(jī)械零件設(shè)計(jì)要求：零件：滿足功能、安全可靠、成本低廉。1.安全可靠：需要根據(jù)可能發(fā)生的失效，確定零件在強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性、耐磨性、耐溫性等方面必須滿足的條件。（這些條件是判斷零件工作能力準(zhǔn)則）第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論2.成本低廉：設(shè)計(jì)和制造考慮：正確選材，結(jié)構(gòu)合理，公差等級(jí)合理，加工和安裝的工藝性。3.設(shè)計(jì)是一個(gè)比較、優(yōu)化的過(guò)程第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論二、設(shè)計(jì)過(guò)程1.確定零件的載荷----根據(jù)零件的工作情況和簡(jiǎn)化計(jì)算方案

----名義載荷：根據(jù)額定功率，用力學(xué)公式計(jì)算出作用在零件上的載荷。F----

計(jì)算載荷：反映了實(shí)際載荷不均勻性及其它影響。Fc=KF

由于載荷作用的不平穩(wěn)性、分布的不均勻性等因素，

實(shí)際載荷大于名義載荷?！d荷系數(shù)K第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論2.選擇零件的材料----根據(jù)零件的工作要求，考慮材料的力學(xué)性能、物理、性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)因素、可獲得性3.確定零件的主要尺寸----根據(jù)工作能力準(zhǔn)則確定，標(biāo)準(zhǔn)化或圓整。4.繪制零件圖第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論1.4零件的計(jì)算方法和標(biāo)準(zhǔn)化原理一、零件的計(jì)算方法：1.設(shè)計(jì)計(jì)算----根據(jù)零件的工作情況和選定的工作準(zhǔn)則擬定安全條件

----求出危險(xiǎn)剖面尺寸2.校核計(jì)算----參照現(xiàn)有的圖紙、實(shí)物、和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬定有關(guān)尺寸，根據(jù)工作準(zhǔn)則----校核危險(xiǎn)剖面安全性

精確校核計(jì)算----充分考慮各有關(guān)因素的校核計(jì)算。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論3.條件性計(jì)算(設(shè)計(jì)、校核）

----合理的簡(jiǎn)化計(jì)算。4.“安全---壽命”和“破損---安全”的設(shè)計(jì)思想“安全---壽命”：沒(méi)有裂紋為基礎(chǔ)。

為本教材所介紹的方法“破損---安全”：允許裂紋存在，掌握裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論5.經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),模型試驗(yàn),實(shí)物實(shí)驗(yàn)的重要性機(jī)械零件的設(shè)計(jì)不能完全依賴于理論計(jì)算，對(duì)于復(fù)雜的零件，有時(shí)可以通過(guò)模型試驗(yàn)或?qū)嵨镌囼?yàn)進(jìn)行確定，尤其是復(fù)雜零件。

6.優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想首先是建立能反映設(shè)計(jì)變量與工作性能關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，然后在給定的約束條件下，每改變一組設(shè)計(jì)變量即可構(gòu)成一種設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)若干次計(jì)算機(jī)運(yùn)算，可從中選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論二、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化標(biāo)準(zhǔn)化：通過(guò)對(duì)零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等，制定出各式各樣的大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。系列化：按尺寸大小系列化。通用化：系列之間和之內(nèi)盡量采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸。目前我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)化體系分為：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等。目前的標(biāo)準(zhǔn)體系正逐漸向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠近和接軌。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論采用三化具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：1)減輕設(shè)計(jì)工作量，避免重復(fù)勞動(dòng)，節(jié)省精力以應(yīng)用于關(guān)鍵設(shè)計(jì)的活動(dòng)中；2)可以減少技術(shù)過(guò)失的重復(fù)出現(xiàn)，增大互換性，便于維修和裝配；3)可以安排專門工廠采用專業(yè)設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)零件，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能；4)有利于提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造速度，增加產(chǎn)品品種、擴(kuò)大生產(chǎn)批量，達(dá)到產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低消耗。三化程度是衡量產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)之一。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論1.5機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科現(xiàn)狀和對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求一、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科的發(fā)展1．相關(guān)新學(xué)科的出現(xiàn)帶動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科的進(jìn)步摩擦學(xué)，斷裂力學(xué)；2．動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)成為機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展方向傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)每個(gè)零件的設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)孤立，隨著機(jī)械動(dòng)力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前正向以多種零件的綜合或整機(jī)系統(tǒng)為對(duì)象的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方向發(fā)展；

第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論3．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)的新發(fā)展一系列先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法的出現(xiàn)，如：優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、價(jià)值工程、造型設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、反求設(shè)計(jì)、優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、有限元方法、數(shù)值模擬、人工智能等；4．機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科正面臨重要的機(jī)遇和挑戰(zhàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的CAD技術(shù)的發(fā)展，其功能已經(jīng)不是簡(jiǎn)單地?cái)?shù)值計(jì)算和繪圖，已經(jīng)能夠利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行邏輯推理、智能化設(shè)計(jì)、方案構(gòu)思、決策判斷等人力難以完成的工作，因此，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科正面臨新的轉(zhuǎn)折和挑戰(zhàn)；5．微納米技術(shù)為機(jī)械設(shè)計(jì)提出了新的發(fā)展領(lǐng)域以納米尺度的機(jī)器和零部件為設(shè)計(jì)對(duì)象。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論二、對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求1．要不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)、富于探索和進(jìn)取精神；2．要有高度的責(zé)任心，強(qiáng)化法律和道德觀念；3．要培養(yǎng)和具備創(chuàng)新的能力。第1章機(jī)械設(shè)計(jì)概論復(fù)習(xí)思考題

1、通用零件和專用零件有何區(qū)別？

2、本課程的學(xué)習(xí)目的是什么？

3、設(shè)計(jì)機(jī)器應(yīng)滿足的要求有哪些？

4、常用設(shè)計(jì)方法有哪幾種？

5、機(jī)器的一般設(shè)