機械設(shè)計概論

1、第第1章章 機械設(shè)計概論機械設(shè)計概論 11 課程性質(zhì)和任務(wù)課程性質(zhì)和任務(wù)12 設(shè)計機器的基本原則和設(shè)計程序設(shè)計機器的基本原則和設(shè)計程序13 機械零件設(shè)計概述機械零件設(shè)計概述14 典型機械簡介典型機械簡介11 課程性質(zhì)和任務(wù)課程性質(zhì)和任務(wù) 性質(zhì)：機械設(shè)計課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機械性質(zhì)：機械設(shè)計課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機械 設(shè)計能力設(shè)計能力的技術(shù)基礎(chǔ)課，屬于設(shè)計性的課程的技術(shù)基礎(chǔ)課，屬于設(shè)計性的課程 。 術(shù)語：術(shù)語：本課程學(xué)習(xí)對象本課程學(xué)習(xí)對象 機械系統(tǒng)機械系統(tǒng)=機械結(jié)構(gòu)機械結(jié)構(gòu) + 驅(qū)動動力驅(qū)動動力 + 檢測與控制檢測與控制 一臺機器的機械結(jié)構(gòu)總是由一些機構(gòu)組成的，每個機構(gòu)又是由一臺機器的機械結(jié)構(gòu)總是由一

2、些機構(gòu)組成的，每個機構(gòu)又是由若干零件組成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為若干零件組成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為通用通用零件零件；有些零件只有在特定的機器中才用到，稱之為；有些零件只有在特定的機器中才用到，稱之為專用零件專用零件。 通用零件包括：通用零件包括：齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動；齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動； 軸、聯(lián)軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承；軸、聯(lián)軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承； 螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；彈簧、機架、箱體等。彈簧、機架、箱體等。 專用零件，例如專用零件，例如葉片、

3、犁鏵、槍栓葉片、犁鏵、槍栓等。等。 任務(wù)：本課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生：任務(wù)：本課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生： （1）樹立正確的設(shè)計思想，初步掌握設(shè)計方法并培養(yǎng)一定的）樹立正確的設(shè)計思想，初步掌握設(shè)計方法并培養(yǎng)一定的設(shè)計能力。設(shè)計能力。 （2）掌握通用機械零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計原理掌握通用機械零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計原理和計算方法。和計算方法。 （3）綜合運用機械零件、）綜合運用機械零件、各種機構(gòu)的知識及先修課程的知識，各種機構(gòu)的知識及先修課程的知識，掌握設(shè)計機械傳動裝置和一般機械的能力。掌握設(shè)計機械傳動裝置和一般機械的能力。 （4）具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料

4、具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力。的能力。 （5）掌握典型機械零件的實驗方法，獲得工程實驗技能的基掌握典型機械零件的實驗方法，獲得工程實驗技能的基本訓(xùn)練。本訓(xùn)練。 （6）掌握計算機技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用，對機械設(shè)計新發(fā)掌握計算機技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用，對機械設(shè)計新發(fā)展有所了解。展有所了解。 內(nèi)容：內(nèi)容：本課程中本課程中“設(shè)計設(shè)計”的含義是指的含義是指: :學(xué)習(xí)機械系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)知識；學(xué)習(xí)機械系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)知識；學(xué)習(xí)一般尺寸和參數(shù)的通用零件設(shè)計方法。學(xué)習(xí)一般尺寸和參數(shù)的通用零件設(shè)計方法。機械裝置的實體設(shè)計機械裝置的實體設(shè)計; ;涉及零件的應(yīng)力、強度的分析計算涉及零件的應(yīng)力、

5、強度的分析計算; ;材料的選擇材料的選擇; ;結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計; ;考慮加工工藝性考慮加工工藝性; ;標準化以及經(jīng)濟性標準化以及經(jīng)濟性; ;環(huán)境保護等環(huán)境保護等。 特點及學(xué)習(xí)方法：特點及學(xué)習(xí)方法：“三性三性”和和 “七多七多 ”?！叭匀浴北憩F(xiàn)為表現(xiàn)為: 1.知識性知識性 由于本課程是針對常用零部件進行分析講解，所以首先要掌握由于本課程是針對常用零部件進行分析講解，所以首先要掌握常用零部件的基本知識，例如各零部件的主要類型、結(jié)構(gòu)、功能、常用零部件的基本知識，例如各零部件的主要類型、結(jié)構(gòu)、功能、材料、制法、標準、優(yōu)缺點、適用場合等材料、制法、標準、優(yōu)缺點、適用場合等 2.設(shè)計性設(shè)計性 由于本課

6、程是一門從理論性課程過渡到結(jié)合工程實際的設(shè)計性由于本課程是一門從理論性課程過渡到結(jié)合工程實際的設(shè)計性課程，因此它非常強調(diào)各種常用零部件的設(shè)計。課程，因此它非常強調(diào)各種常用零部件的設(shè)計。 3.綜合性綜合性 由于本課程是在機械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料、由于本課程是在機械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料、機械制造基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測量、機械原理等先修課程的基礎(chǔ)上機械制造基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測量、機械原理等先修課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的設(shè)計性課程，因此具有較強的綜合性。開設(shè)的設(shè)計性課程，因此具有較強的綜合性。 關(guān)系多關(guān)系多因與諸多先修課關(guān)系密切。因與諸多先修課關(guān)系密切。要求多要求多強度、剛度、壽命、

7、工藝、重量、安全、強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、 經(jīng)濟性。經(jīng)濟性。 門類多門類多各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。公式多公式多有解析式、半解析式、經(jīng)驗式、半經(jīng)驗式有解析式、半解析式、經(jīng)驗式、半經(jīng)驗式 以及定義式的。以及定義式的。 參數(shù)多參數(shù)多機械零件的結(jié)構(gòu)是由許多尺寸參數(shù)組成的，機械零件的結(jié)構(gòu)是由許多尺寸參數(shù)組成的， 而這些尺寸參數(shù)都是由設(shè)計計算和經(jīng)驗確而這些尺寸參數(shù)都是由設(shè)計計算和經(jīng)驗確 定的。定的。圖形多圖形多結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線 圖。圖。表格多表格多手冊、圖冊、標準、規(guī)范等。手冊、圖冊、標準、規(guī)范

8、等。七多表現(xiàn)為：七多表現(xiàn)為： 要求：要求：（紀律、作業(yè)、聽課、考試）（紀律、作業(yè)、聽課、考試） 上課注意聽講，課后善于歸納，要認清設(shè)計上課注意聽講，課后善于歸納，要認清設(shè)計和計算的關(guān)系，計算只是為結(jié)構(gòu)和計算的關(guān)系，計算只是為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一個基礎(chǔ)，設(shè)計提供一個基礎(chǔ)，而零部件和機器的最后尺寸和形狀，通常都是由結(jié)而零部件和機器的最后尺寸和形狀，通常都是由結(jié)構(gòu)設(shè)計取定的，計算所得的數(shù)字，最后往往會被結(jié)構(gòu)設(shè)計取定的，計算所得的數(shù)字，最后往往會被結(jié)構(gòu)設(shè)計所修改。同時在做作業(yè)時或看例題時要清楚構(gòu)設(shè)計所修改。同時在做作業(yè)時或看例題時要清楚正確的答案并不是唯一的。正確的答案并不是唯一的。 要求：要求：使用、經(jīng)濟

9、、外型、噪音等使用、經(jīng)濟、外型、噪音等 設(shè)計方法：設(shè)計方法： （1 1）內(nèi)插式）內(nèi)插式 （2 2）外插式）外插式 （3 3）開發(fā)式）開發(fā)式 設(shè)計程序：設(shè)計程序： （1）調(diào)查決策）調(diào)查決策 （2）研究設(shè)計）研究設(shè)計 （3）試制）試制 （4）投產(chǎn)銷售）投產(chǎn)銷售 技術(shù)經(jīng)濟評價：技術(shù)經(jīng)濟評價：1-2設(shè)計機器的基本原則和設(shè)計程序設(shè)計機器的基本原則和設(shè)計程序設(shè)計機器的一般程序 一般而言，機器的設(shè)計階段是決定機器好壞的關(guān)鍵一般而言，機器的設(shè)計階段是決定機器好壞的關(guān)鍵一環(huán)。機械設(shè)計是一個創(chuàng)造性的工作過程，實踐經(jīng)驗是一環(huán)。機械設(shè)計是一個創(chuàng)造性的工作過程，實踐經(jīng)驗是保證設(shè)計質(zhì)量的重要因素。因此，要求設(shè)計者特別注意

10、保證設(shè)計質(zhì)量的重要因素。因此，要求設(shè)計者特別注意經(jīng)驗的積累。經(jīng)驗的積累。一部完整的機器是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，要提高設(shè)計質(zhì)量，必須有一個科學(xué)的設(shè)計程序。機械設(shè)計的一般過程：機械設(shè)計的一般過程： 計劃階段計劃階段 方案設(shè)計階段方案設(shè)計階段 技術(shù)設(shè)計階段技術(shù)設(shè)計階段 技術(shù)文件編制階段技術(shù)文件編制階段技技術(shù)術(shù)設(shè)設(shè)計計方方案案設(shè)設(shè)計計計計劃劃提出任務(wù)提出任務(wù)分析對機器的要求分析對機器的要求確定任務(wù)要求確定任務(wù)要求機器功能分析機器功能分析提出可能的解決辦法提出可能的解決辦法組合幾種可能的方案組合幾種可能的方案決策決策選定方案選定方案明確構(gòu)形要求明確構(gòu)形要求結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化零件設(shè)計零件設(shè)計編制技術(shù)文件編制技術(shù)文件評

11、價評價決策決策確定結(jié)構(gòu)形狀與尺寸確定結(jié)構(gòu)形狀與尺寸評價評價部件設(shè)計部件設(shè)計總體設(shè)計總體設(shè)計機器設(shè)計的一般流程機器設(shè)計的一般流程選擇材料、確定尺寸選擇材料、確定尺寸1-3機械零件設(shè)計概述機械零件設(shè)計概述 要求：工作可靠要求：工作可靠、成本低廉。從設(shè)計和制造入手、成本低廉。從設(shè)計和制造入手 設(shè)計步驟：設(shè)計步驟： （1 1）確定零件的載荷）確定零件的載荷 （2 2）選擇零件的材料）選擇零件的材料 （3 3）根據(jù)工作能力確定零件的主要尺寸，并加以標）根據(jù)工作能力確定零件的主要尺寸，并加以標準化和圓整準化和圓整 （4 4）設(shè)計結(jié)構(gòu)，繪制零件工作圖）設(shè)計結(jié)構(gòu)，繪制零件工作圖機械零件設(shè)計的機械零件設(shè)計的詳細

12、詳細步驟步驟(1)(1) 根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。 為此，必須對各種零件的不同類型、優(yōu)缺點、特為此，必須對各種零件的不同類型、優(yōu)缺點、特性和使用范圍等，進行綜合對比與正確選用。性和使用范圍等，進行綜合對比與正確選用。(2)(2) 根據(jù)機器的工作要求，計算作用在零件上的載荷。根據(jù)機器的工作要求，計算作用在零件上的載荷。(3)(3) 根據(jù)零件的工作條件及對零件的特殊要求根據(jù)零件的工作條件及對零件的特殊要求( (如高溫如高溫 環(huán)境等環(huán)境等) )選擇適當?shù)牟牧稀＿x擇適當?shù)牟牧稀?4)(4) 根據(jù)零件的失效形式，確定零件的計算準則，通根據(jù)零件的

13、失效形式，確定零件的計算準則，通 過計算，確定零件的基本尺寸。過計算，確定零件的基本尺寸。(5)(5) 根據(jù)工藝性和標準化，進行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)工藝性和標準化，進行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。(6)(6) 細節(jié)設(shè)計完成之后，必要時進行詳細的校核計算，細節(jié)設(shè)計完成之后，必要時進行詳細的校核計算， 以判定結(jié)構(gòu)的合理性。以判定結(jié)構(gòu)的合理性。(7)(7) 繪制零件工作圖，并撰寫計算說明書。繪制零件工作圖，并撰寫計算說明書。選擇零件類型、結(jié)構(gòu)選擇零件類型、結(jié)構(gòu)寫出計算說明書寫出計算說明書畫出零件工作圖畫出零件工作圖校校 核核 計計 算算 計算零件上的載荷計算零件上的載荷確定計算準則確定計算準則選擇零件的材料選擇

14、零件的材料確定零件的基本尺寸確定零件的基本尺寸結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 設(shè)設(shè) 計計零件的設(shè)計流程圖零件的設(shè)計流程圖 設(shè)計中的其它問題：設(shè)計中的其它問題： 三化、結(jié)構(gòu)、復(fù)查、人員素質(zhì)、發(fā)展趨勢三化、結(jié)構(gòu)、復(fù)查、人員素質(zhì)、發(fā)展趨勢 機械設(shè)計學(xué)習(xí)解決的問題：機械設(shè)計學(xué)習(xí)解決的問題： （1 1）工作原理）工作原理 （2 2）結(jié)構(gòu)特點）結(jié)構(gòu)特點 （3 3）設(shè)計和計算（選用）設(shè)計和計算（選用） （4 4）維護和改進）維護和改進在學(xué)習(xí)機械設(shè)計課程之初，有必要對機械的組成、機械的基本要素有一個感性的認識。下面先看幾個例子。典型機械實例：典型機械實例：機械控制式機械控制式電氣控制式電氣控制式模糊控制式模糊控制式除了控制方式以

15、外，上述三種洗衣機的主要傳動系統(tǒng)除了控制方式以外，上述三種洗衣機的主要傳動系統(tǒng)沒有很大的差別。沒有很大的差別。全自動洗衣機；全自動洗衣機； 減速器；減速器； 工業(yè)機器人工業(yè)機器人。1-4典型機械簡介典型機械簡介潘存云教授研制全自動洗衣機；全自動洗衣機；潘存云教授研制自動洗衣機的組成：自動洗衣機的組成：上蓋上蓋控制面板控制面板進水口進水口排水管排水管外箱體外箱體盛水桶盛水桶支撐拉桿支撐拉桿脫水桶脫水桶電動機電動機帶傳動帶傳動減速器減速器波輪波輪潘存云教授研制洗滌：洗滌：A A制動，制動，B B放開，運動經(jīng)電動機、帶傳動、中心齒輪、放開，運動經(jīng)電動機、帶傳動、中心齒輪、行星輪、行星架、帶動波輪旋轉(zhuǎn)

16、。行星輪、行星架、帶動波輪旋轉(zhuǎn)。脫水：脫水：A A放開，放開，B B制動，運動經(jīng)電動機、帶傳動、內(nèi)齒圈（脫制動，運動經(jīng)電動機、帶傳動、內(nèi)齒圈（脫水桶）、中心齒輪、行星架，波輪與脫水桶等速旋轉(zhuǎn)。水桶）、中心齒輪、行星架，波輪與脫水桶等速旋轉(zhuǎn)。AB洗衣機系統(tǒng)簡圖洗衣機系統(tǒng)簡圖帶傳動帶傳動脫水桶脫水桶波輪波輪自動洗衣機的工作原理自動洗衣機的工作原理：典型機械實例：典型機械實例：減速器減速器 潘存云教授研制典型機械實例：典型機械實例：工業(yè)機器人工業(yè)機器人潘存云教授研制典型機械實例：典型機械實例：工業(yè)機器人工業(yè)機器人典型機械實例：典型機械實例：潘存云教授研制工業(yè)機器人工業(yè)機器人典型機械實例：典型機械實例

17、：潘存云教授研制工業(yè)機器人工業(yè)機器人典型機械實例：典型機械實例：潘存云教授研制工業(yè)機器人工業(yè)機器人典型機械實例：典型機械實例：潘存云教授研制工業(yè)機器人工業(yè)機器人潘存云教授研制潘存云教授研制 示教盒用于輸示教盒用于輸入控制命令或入控制命令或控制程序?？刂瞥绦颉？刂葡到y(tǒng)用于控制控制系統(tǒng)用于控制操作機各關(guān)節(jié)內(nèi)伺操作機各關(guān)節(jié)內(nèi)伺服電機的運動。服電機的運動。工業(yè)機器人的組成工業(yè)機器人的組成 操作手在控制系統(tǒng)操作手在控制系統(tǒng)的指揮下，完成各的指揮下，完成各種復(fù)雜的作業(yè)。種復(fù)雜的作業(yè)。示教盒（編程器）示教盒（編程器）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 操作手操作手 典型機械實例：典型機械實例：全自動洗衣機；全自動洗衣機；減速器；減速器；工業(yè)機器人工業(yè)機器人由以上實例，可歸納得出以下幾點：由以上實例，可歸納得出以下幾點： 1. 一個機械系統(tǒng)包含著機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動動力系統(tǒng)、一個機械系統(tǒng)包含著機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動動力系統(tǒng)、檢測與控制系統(tǒng)檢測與控制系統(tǒng)；2. 現(xiàn)代機器不僅可以代替人類的體力勞動，還可以代現(xiàn)代機器不僅可以代替人