機(jī)械的設(shè)計(jì)與相關(guān)課程簡(jiǎn)介

機(jī)械的設(shè)計(jì)與相關(guān)課程簡(jiǎn)介

內(nèi)容提要第一節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求和內(nèi)容第二節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程和方法第三節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)類課程簡(jiǎn)介

什么是機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要那些環(huán)節(jié)，采用什么方法圍繞機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，都有那些課程

什么是機(jī)械設(shè)計(jì)？第一節(jié)

機(jī)械設(shè)計(jì)的要求和內(nèi)容

機(jī)械設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求機(jī)械設(shè)計(jì)的重要地位構(gòu)思決策分析計(jì)算繪圖設(shè)計(jì)計(jì)算書全套圖樣

使用說(shuō)明書機(jī)械的工作原理外觀運(yùn)動(dòng)和力的傳遞方式各個(gè)零件的材料、形狀、尺寸機(jī)械的結(jié)構(gòu)根據(jù)社會(huì)需求確定設(shè)計(jì)任務(wù)什么是機(jī)械設(shè)計(jì)？

機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)工作過(guò)程

舉例家用轎車機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的四項(xiàng)基本要求功能性要求經(jīng)濟(jì)性要求可靠性要求社會(huì)性要求1．功能性要求

機(jī)械產(chǎn)品必須完成規(guī)定的功能，可表達(dá)為一個(gè)/幾個(gè)功能指標(biāo)。例：電池自動(dòng)分揀機(jī)圖1－8電池自動(dòng)分揀機(jī)電池托盤z向進(jìn)給機(jī)構(gòu)輸送裝置機(jī)械手主要功能指標(biāo)：每分鐘分揀電池的個(gè)數(shù)。

主要功能指標(biāo)：加工范圍；不同切削速度與進(jìn)給量；傳遞功率；加工精度等。

例：牛頭刨床機(jī)械功能指標(biāo)：由用戶提出、由設(shè)計(jì)者與用戶協(xié)商確定機(jī)械的功能指標(biāo)是機(jī)械設(shè)計(jì)最基本的出發(fā)點(diǎn)。2．可靠性要求機(jī)械零件的內(nèi)部和表面產(chǎn)生應(yīng)力和變形磨損曲軸折斷潘存云教授研制齒輪損壞機(jī)械要傳遞力和力矩有可能導(dǎo)致零件的失效舉例家用轎車保修期

機(jī)械應(yīng)能保證在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi)，零件不發(fā)生各種型式的失效。進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和壽命計(jì)算，而計(jì)算在整個(gè)設(shè)計(jì)工作量中占了很大的比例。3．經(jīng)濟(jì)性要求

制造成本使用成本簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)選用適當(dāng)?shù)牟牧洗_定合理的加工精度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化降低機(jī)械的能量損失考慮到維修的方便性和經(jīng)濟(jì)性成本

設(shè)計(jì)階段的工作如何，就基本上決定了一個(gè)產(chǎn)品成本的高低。

4．社會(huì)性要求

所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不應(yīng)對(duì)人、環(huán)境和社會(huì)造成消極影響。操作者的安全性和舒適性機(jī)械的造型和色彩美觀、大方、宜人符合國(guó)家在環(huán)境保護(hù)方面的法規(guī)數(shù)控加工中心機(jī)械是否滿足社會(huì)性要求，完全取決于設(shè)計(jì)。例：汽車載貨（客）量速度返回舒適性排放量美觀安全性…………耐用性耗油量?jī)r(jià)格機(jī)械設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容方案設(shè)計(jì)確定工作原理

確定機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案

1.方案設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械的功能要求，確定機(jī)械的總體方案。機(jī)械的工作原理不同，機(jī)械的面貌就完全不同。確定工作原理是方案設(shè)計(jì)的第一步。選礦機(jī)械的工作原理螺紋加工的工作原理礦石脈石例：方案設(shè)計(jì)確定執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)選擇原動(dòng)機(jī)采用哪些機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換采用哪些機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的轉(zhuǎn)換確定傳動(dòng)裝置的布局確定機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案

方案設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步。從根本上影響機(jī)械的結(jié)構(gòu)、性能、成本。充分調(diào)查研究，集思廣益，提出多種方案，按四項(xiàng)基本要求，認(rèn)真地進(jìn)行比較、分析，選擇出最優(yōu)方案。例：方案設(shè)計(jì)——牛頭刨床

確定傳動(dòng)裝置中各機(jī)構(gòu)的基本幾何參數(shù)。

牛頭刨床：確定連桿機(jī)構(gòu)的各桿桿長(zhǎng)，來(lái)保證滑枕的速度規(guī)律符合要求；內(nèi)燃機(jī)：確定連桿機(jī)構(gòu)的尺寸，凸輪的輪廓曲線，齒輪的齒數(shù)等。2.運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與設(shè)計(jì)

保證零件在一定的使用期限內(nèi)不發(fā)生失效。通過(guò)設(shè)計(jì)確定零件的參數(shù)和基本尺寸。例如：軸的直徑、齒輪的大小和齒的大小3.工作能力分析與設(shè)計(jì)

對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高的機(jī)械，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和速度波動(dòng)等有害的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行必要的動(dòng)力學(xué)分析。在此基礎(chǔ)上對(duì)參數(shù)進(jìn)行必要的修改，或采取一些措施減輕其影響。4.動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)

在確定了各個(gè)零件基本參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)各零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)思，確定零件的全部尺寸。這部分設(shè)計(jì)工作主要體現(xiàn)在圖樣上。5.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作為制造的依據(jù)，應(yīng)繪制出整個(gè)機(jī)械的裝配圖、組成機(jī)械的各個(gè)部件的裝配圖，以及全部非標(biāo)準(zhǔn)化零件的零件圖。圖樣上應(yīng)標(biāo)明制造所需要的全部信息：材料、熱處理、基本參數(shù)和所有必要的尺寸，以及加工精度等技術(shù)條件。此外，還應(yīng)提出所有外購(gòu)件的明細(xì)表。6.裝配圖和零件圖的繪制機(jī)械設(shè)計(jì)的重要地位

中國(guó)啟動(dòng)了創(chuàng)新型國(guó)家的建設(shè)

擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，機(jī)械設(shè)計(jì)至關(guān)重要

機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程第二節(jié)

機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程和方法機(jī)械設(shè)計(jì)的方法一、機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程設(shè)計(jì)的類型適應(yīng)性設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)工作原理主體結(jié)構(gòu)功能三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的開發(fā)性設(shè)計(jì)三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的實(shí)例照相機(jī)數(shù)碼照相機(jī)手機(jī)上的照相機(jī)工作原理功能

主體結(jié)構(gòu)老式照相機(jī)數(shù)碼照相機(jī)手機(jī)上的照相機(jī)單缸洗衣機(jī)

雙缸洗衣機(jī)普通車床工作原理功能

主體結(jié)構(gòu)

雙缸洗衣機(jī)立式車床立式車床三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，擁有自主自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)主要依靠開發(fā)性設(shè)計(jì)。創(chuàng)新性最強(qiáng)、過(guò)程最完整。對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械進(jìn)行局部的修改或增補(bǔ)。不改變機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)、只改變機(jī)械功能的范圍、機(jī)械的尺度和參數(shù)。一、機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程設(shè)計(jì)的類型適應(yīng)性設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)工作原理主體結(jié)構(gòu)功能三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的機(jī)械設(shè)計(jì)的完整過(guò)程投產(chǎn)以后

計(jì)劃階段

方案設(shè)計(jì)階段試制試驗(yàn)階段

技術(shù)設(shè)計(jì)階段

舉例：汽車、登月車二、機(jī)械設(shè)計(jì)的方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法工業(yè)革命以來(lái)力學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)工作能力的分析與設(shè)計(jì)產(chǎn)生的時(shí)代：產(chǎn)生的基礎(chǔ)：基本內(nèi)容：產(chǎn)生的時(shí)代：產(chǎn)生的基礎(chǔ)：20世紀(jì)下半頁(yè)計(jì)算機(jī)的發(fā)明與快速發(fā)展

方案設(shè)計(jì)

運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)

零件工作能力設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)造性主要依靠經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)類比方法進(jìn)行主要依賴于設(shè)計(jì)者的靈感有系統(tǒng)的理論方法，但往往只能近似滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)要求受到計(jì)算手段的制約，分析較簡(jiǎn)單。常將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)化，得出近似公式或經(jīng)驗(yàn)公式。一般按靜載荷計(jì)算，引入動(dòng)載系數(shù)常采用類比的方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法有如下不足：

方案設(shè)計(jì)過(guò)分依賴設(shè)計(jì)者個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和水平；一般滿足于獲得一個(gè)可用方案，而不是最佳方案；受計(jì)算手段的限制，簡(jiǎn)化假定較多，影響了設(shè)計(jì)質(zhì)量；設(shè)計(jì)工作周期長(zhǎng)、效率低，不能滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、產(chǎn)品更新速度加快的新形勢(shì)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)優(yōu)越性：提高效率，縮短設(shè)計(jì)周期，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。給出多個(gè)方案，供設(shè)計(jì)者比較、選擇，確定最佳方案。從繁瑣的重復(fù)性工作中解脫出來(lái)，將時(shí)間和精力集中到創(chuàng)造性的工作上。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

運(yùn)算快速準(zhǔn)確

存儲(chǔ)量大

邏輯判斷功能強(qiáng)輔助設(shè)計(jì)者進(jìn)行設(shè)計(jì)舉例汽車機(jī)械設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)

（ExpertSystem）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在上世紀(jì)90年代的新發(fā)展。

專家系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)程序，它使計(jì)算機(jī)具有學(xué)習(xí)、推理、決策和創(chuàng)造等智能行為，并能夠在專家的水平上工作。CAD機(jī)械設(shè)計(jì)活動(dòng)

數(shù)值計(jì)算型的工作（計(jì)算與繪圖）符號(hào)推理型的工作（方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）專家系統(tǒng)

優(yōu)化設(shè)計(jì)（OptimalDesign）可行方案與最優(yōu)方案機(jī)械設(shè)計(jì)的問(wèn)題一般都較復(fù)雜，求最小值或最大值的問(wèn)題并不是用微分方法求極值就能簡(jiǎn)單地予以解決的。數(shù)學(xué)領(lǐng)域的分支——數(shù)學(xué)規(guī)劃理論，提供了很多求優(yōu)的數(shù)值方法，這些方法都以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的大量的數(shù)值疊代計(jì)算為基礎(chǔ)。為了采用這些優(yōu)化方法，就需要將具體設(shè)計(jì)問(wèn)題的物理模型轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)學(xué)模型。

高速化推動(dòng)了機(jī)械動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。

精密化要求機(jī)械的實(shí)際運(yùn)動(dòng)盡可能與期望運(yùn)動(dòng)相一致。在分析誤差時(shí)必須盡可能地計(jì)入各種因素的影響。振動(dòng)和噪聲過(guò)大，則會(huì)影響車輛的舒適性并污染環(huán)境。

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)：考慮機(jī)械的動(dòng)態(tài)載荷和系統(tǒng)的動(dòng)特性，以動(dòng)力學(xué)分析為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械。需要在計(jì)算機(jī)上用數(shù)值疊代算法求解微分方程。所以，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)獲得普遍應(yīng)用后才能發(fā)展起來(lái)。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

(DynamicDesign)舉例內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪可靠性設(shè)計(jì)（ReliabilityDesign）將概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)引入機(jī)械設(shè)計(jì)中而形成的一種設(shè)計(jì)技術(shù)。將物理量都視為按某種規(guī)律分布的隨機(jī)變量，用概率統(tǒng)計(jì)的方法確定零、部件的主要參數(shù)和尺寸，使機(jī)械滿足所提出的可靠性指標(biāo)。

二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)由于飛行故障而損失的飛機(jī)比被擊落的飛機(jī)多1.5倍。應(yīng)航天計(jì)劃的需要，興起在上世紀(jì)60年代的美國(guó)。

可靠性設(shè)計(jì)已應(yīng)用于從宇宙飛船到家用電器的廣闊領(lǐng)域。舉例飛機(jī)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)（CreativeDesign）利用人類已有的科技成果，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)出新機(jī)構(gòu)和新機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程。幾千年來(lái)，機(jī)械的發(fā)明依靠的是能工巧匠和專家學(xué)者的靈感和創(chuàng)造性的思維。如何產(chǎn)生靈感？如何進(jìn)行創(chuàng)造性的思維？在歷史的長(zhǎng)河中，這些智慧的火花是零散的而非系統(tǒng)的，多種多樣的而非單一的。對(duì)歷史上大量發(fā)明構(gòu)思的過(guò)程進(jìn)行了分析和歸納，總結(jié)出一些進(jìn)行創(chuàng)造性思維的方法，形成了“創(chuàng)造學(xué)”。創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，特指以創(chuàng)造學(xué)理論為基礎(chǔ)進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新的方法。

盡管現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法已經(jīng)興起，但常規(guī)設(shè)計(jì)目前仍被廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)者應(yīng)該首先掌握常規(guī)設(shè)計(jì)方法，才能進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。

本課程的內(nèi)容主要是介紹常規(guī)設(shè)計(jì)方法。

對(duì)設(shè)計(jì)者的基本要求第三節(jié)

機(jī)械設(shè)計(jì)類課程簡(jiǎn)介機(jī)械設(shè)計(jì)類課程簡(jiǎn)介機(jī)械原理課程的研究?jī)?nèi)容對(duì)設(shè)計(jì)者的基本要求基本理論基本知識(shí)基本技能創(chuàng)新精神團(tuán)隊(duì)精神認(rèn)真作風(fēng)

在大學(xué)機(jī)械類專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中，安排了一組機(jī)械設(shè)計(jì)類課程。這些課程的目的是向?qū)W生提供機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基本理論和知識(shí)，并通過(guò)各種教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生具備進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的基本能力，并具備進(jìn)行機(jī)械試驗(yàn)的動(dòng)手能力。通過(guò)這些課程和相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)精神和工作作風(fēng)。機(jī)械設(shè)計(jì)類課程簡(jiǎn)介

機(jī)械設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容機(jī)械制圖機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械原理必修課機(jī)械原理課程主要研究?jī)?nèi)容

機(jī)構(gòu)的組成與分析機(jī)構(gòu)是怎樣組成的?機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類如何用機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖表示機(jī)構(gòu)常用機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。分章介紹這些機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、類型、原理、運(yùn)動(dòng)、應(yīng)用、分析和設(shè)計(jì)。機(jī)械原理課程主要研究?jī)?nèi)容

機(jī)器動(dòng)力學(xué)

分析機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的受力情況分析機(jī)器在已知外力下的運(yùn)動(dòng)情況解決機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中的速度波動(dòng)和振動(dòng)問(wèn)題機(jī)械原理課程主要研究?jī)?nèi)容