機械設計基礎-緒論.ppt

1、課程名稱：機械設計基礎,任課教師：鐵 瑛 院 系：機械工程學院 聯系電話：67781235 電子郵件：;,教學內容,常用機構和通用零部件工作原理、結構特點、運動和動力性能、基本設計原理、計算方法及一些零部件的選用和維護。 第一部分：機械原理 第二部分：機械零件,講課 96 學時 授課時間： 每周五 5-6 南1301 7-8 南2103 9-10 南2103,授課計劃,教 材：楊可楨等.機械設計基礎，高等教育出版社。 參考書：李柱國.機械設計與原理，科學出版社。,第0章 緒 論,01 本課程研究的對象和內容 02 本課程在教學中的地位 03 機械設計的基本要求和一般過程 04 思考與討論,從人

2、類發(fā)展歷史來看，機械的設計和創(chuàng)造一直為人類的一種重要的創(chuàng)造活動，從黃帝的指南車到天工開物中記載的一個個靈巧（搗米機、水排鼓風機、地震儀）的機械，到今天的火星探測車，無一不包含機械設計的成果。在現代生產和日常生活中，機械已成為代替和減輕人類勞動、提高生產率的主要手段，使用機器的水平是衡量一個國家現代化程度的重要標志。,01 本課程研究的對象和內容,普通車床,數控車床,美國西科斯基公司生產的 “黑鷹”直升機,各類型汽車,“神舟五號”發(fā)射時的情景。發(fā)射塔、運載火箭都是龐大的機器。,微 型 機 械 人,美國山迪亞國家實驗室的科學家，成功研制了微型機械人體積只有四分之一立方寸，體重小於一盎司。,1盎司=

3、31.1035克,索杰納火星車 它是美國國家航空航天局于格林威治時間1997年7月4日17時07分發(fā)射的火星探路者號宇宙飛船成功地在火星表面著陸，該飛船攜帶了索杰納火星車，這也是一種機器。,各類民用和軍用飛機,顧名思義，本課程研究對象為：機械,任何機械都經歷了：簡單復雜的發(fā)展過程。,機械人造的用來減輕或替代人類勞動的多件實物的組合體。,起重機的發(fā)展歷程：,01 本課程研究的對象和內容,斜面,（包括：龍門吊、鶴式吊、汽車吊、卷揚機、叉車、電梯電腦控制）。,杠桿,起重轱轆,滑輪組,手動(電動)葫蘆,現代起重機,機器根據某種具體使用要求而設計的多件實物的組 合體。,如: 縫紉機、洗衣機、各類機床、運

4、輸車輛、農用機器、起重機等。,機器的種類繁多，結構、性能和用途等各不相同， 但具有相同的基本特征。,機器：,機械設計研究的對象是 機械 ，這里的機械是機器和機構的總稱。,機器 是執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能量、物料、信息。 機器的特征 是若干物件的組合系統(tǒng)； 各部分之間有確定的相對運動； 能夠完成有用的機械功或轉換為機械能與電能。,機器：,機器：,機器分類 動力機（原動機）：提供和轉換機械能的機器。如內燃機、燃汽輪機、電動機等。 工作機：利用機械能完成有效功，即實現預期功能的機器。是利用機械能去變換或傳遞能量、物料、信息的機器。如發(fā)電機（機械能轉化為電能）、起重機（傳遞物料）、金屬切削

5、機床（變換物料外形）、錄音機（變換和傳遞信息）等都屬于工作機。,機器：,工作機的組成：,原動部分是工作機動力的來源，最常見的是電動機 和內燃機。,工作部分完成預定的動作，位于傳動路線的終點。,傳動部分聯接原動機和工作部分的中間部分。,控制部分保證機器的啟動、停止和正常協(xié)調動作。 其關系如下,原動機,傳動,工作,控制,機器的組成：功能上 動力部分多是利用電力和熱力。 傳動部分 執(zhí)行部分 控制部分包括各種控制機構（如內燃機中的凸輪機構）、電器控制、計算機和液壓控制系統(tǒng)、氣壓控制系統(tǒng)等。,由各種機構組成，是機器的主體。,機器：,機構與機器區(qū)別 機構只是一個構件系統(tǒng)，而機器除構件系統(tǒng)之外還包括電氣、液

6、壓等其它裝置； 機構只用于傳遞運動和力，機器除傳遞運動和力外，還應具有變換和傳遞能量、物料、信息的功能。 但在研究結構、運動和受力情況時，機器與機構之間并無區(qū)別。因此，習慣上用“機械”一詞作為機器和機構的總稱。,機構能夠用來傳遞運動和力或改變運動形式的多件 實物的組合體。如：連桿機構、凸輪機構、 齒輪機構等。種類有限,機構：,同理，通過對典型機構進行分析可知：,機構的共有特征：,人造的實物組合體；,各部分有確定的相對運動；,用來傳遞力或實現運動的轉換。,機構的分類：通用機構和專用機構。,通用機構-用途廣泛，如齒輪機構、連桿機構等。,專用機構-只能用于特定場合，如鐘表的擒縱機構。,機器與機構的關

7、系：由兩個實例推廣到一般,任意復雜的機器都是由若干組機構按一定規(guī)律組合而成的。實際機器的種類有成千上萬種，但機構的種類確有限。類似關系：化合物與化學元素,由機器與機構的共有特征可知： 機器與機構在結構和運動方面并無區(qū)別（僅作用不同） ，故統(tǒng)稱為機械。人造的組合體、有確定的相對運動,典型機器的分析：,1.內燃機,內燃機,組成：,汽缸體1、,活塞2、,進氣閥3、,排氣閥4、,連桿5、,曲軸6、,凸輪7、,頂桿8、,齒輪9、10,工作原理：,1.活塞下行，進氣閥開啟，混合氣體 進入汽缸；,2.活塞上行，氣閥關閉，混合氣體被壓縮， 在頂部點 火燃燒；,3.高壓燃燒氣體推動活塞下行，兩氣閥關閉；,4.活

8、塞上行，排氣閥開啟，廢氣體被排出汽缸。,循環(huán)運動的結果，使曲軸輸出連續(xù)的旋轉運動,設計：潘存云,進氣,壓縮,爆炸,排氣,內燃機的工作過程：,活塞的往復運動通過連桿轉變?yōu)?曲軸的連續(xù)轉動，該組合體稱為：,內燃機各部分的作用：,曲柄滑塊機構（平面連桿結構第2章）,凸輪和頂桿用來啟閉進氣閥和排氣閥；稱為：,凸輪機構（第3章）,兩個齒輪用來保證進、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調動作，稱為：,齒輪機構（第4章）,各部分協(xié)調動作的結果：,控制器(控制),電動機(原動),帶(傳動),減速器(傳動),波輪(工作),分析自動洗衣機的組成：,如何區(qū)分 零件、部件和構件？從制造角度看，若干個零件組成了機構，若干個機構組成

9、了機器，零件是制造單元，是機器的基本組成要素。概括地講機械零件可分為兩大類：一是在各種機器中都能用到的零件叫通用零件，如齒輪、螺栓、軸承、帶、帶輪等；另一類則是在特定類型的機器中才能用到的零件，叫專用零件，如曲軸、吊鉤、葉片、葉輪等。此外，常把由一組協(xié)同工作的零件組成的獨立制造裝配的組合件叫做部件，如減速器、離合器、制動器等，部件是裝配單元。,01 本課程研究的對象和內容,從機械實現預期運動和功能角度看，機構中形成相對運動的各個運動單元稱為構件。構件可以是單一的零件，也可是由若干零件組成的運動單元即是一個構件。,課程的內容、性質和任務,性質 本課程是一門技術基礎課，是相關專業(yè)的學生學習專業(yè) 機

10、械設備所必須的理論基礎； 是許多理論和實際知識的綜合運用； 培養(yǎng)學生設計機械傳動裝置和簡單機械的能力； 使從事工藝、運行、管理的技術人員，為了解各種 機械的傳動理論、設備的正確使用和維護及設備的 故障分析等方面獲得必要的基礎知識。,內容 主要學習機械中的常用機構和通用零件的工作原理、結構特點、基本設計理論和計算方法。,課程的內容、性質和任務,任務 掌握機構的結構分析、運動特性，具有設計常用機構的能力； 掌握通用零件的設計方法，初步具備設計簡單機械傳動裝置的能力； 具有查閱及運用資料手冊的能力，并獲得實驗技能的初步訓練。 本課程是一門理論性和實踐性都很強的機械類及近機械類專業(yè)的主干課之一，具有承

11、上啟下的作用，是機械工程師和機械管理工程師的必修課程。,課程的內容、性質和任務,學習本課程應注意問題 要理論聯系實際； 要抓住設計這條主線，掌握常用機構和機械零件的設計規(guī)律； 要努力培養(yǎng)解決工程實際問題的能力； 要綜合運用先修課程的知識解決機械設計問題。,機械設計-規(guī)劃和設計實現預期功能的新機械或改 進原有機械的性能。,基本要求：在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、成本低、安全可靠、操作方便、維修簡單和造型美觀。,機械設計的內容：,1.確定機械的工作原理，選擇合宜的機構；,2. 擬定設計方案；,3. 進行運動分析和動力分析，計算各構件上的載荷；,4. 進行零部件工作能力計算、總體設計和結構

12、設計。,03 機械設計的基本要求和一般過程,機械設計應滿足的基本要求 機械設計的一般步驟 機械設計方法的新發(fā)展,03 機械設計的基本要求和一般過程,機械設計應滿足的基本要求,功能性要求 能實現預期的功能，并在預定的工作期內有效可靠地運行。 經濟性要求 要使機械的設計、制造、使用和維護的費用少并且效率高。 使用性能要求 要使設計的機械操作方便、省力、安全、可靠。 其它要求 設計的機械應便于安裝、運輸、拆卸，要考慮環(huán)境保護。,機械設計的一般步驟,確定設計任務。根據機械的功能和各項性能指標，研究實現的可能性，最后確定設計目標，編制設計任務書； 方案設計。根據設計目標確定機械的工作原理、傳動路線，擬定

13、合理的運動方案，選擇合適的機構，并完成運動簡圖設計； 結構設計。根據機械運動簡圖，進行運動分析和動力分析，計算作用在各構件上的載荷，進行零部件工作能力計算，確定機械的總體結構，并進一步設計出相應的零部件，繪制零部件工作圖，編制必要的技術文件； 改進設計。對設計目標必須進行試制與鑒定，并進行必要的修改和完善以至使產品達到設計要求，提高其生命力。,機械設計方法的新發(fā)展,各個領域學科技術的發(fā)展，都是現代機械設計理論和方法發(fā)展的基礎。隨著伺服驅動技術、檢測傳感技術、自動控制技術、信息處理技術、材料及精密機械技術、系統(tǒng)總體技術的飛速發(fā)展，使傳統(tǒng)機械在產品結構和生產系統(tǒng)結構等方面發(fā)生了質的變化，形成了一個

14、嶄新的現代機械工業(yè)?，F代機器已經成為一個以機械技術為基礎，以電子技術為核心的高薪技術綜合系統(tǒng)。 傳統(tǒng)的機械設計與現代機械設計區(qū)別 幾種機械設計新方法,傳統(tǒng)的機械設計與現代機械設計區(qū)別,在上個世紀，通過知識的積累，機械設計已形成了自己的理論和方法，涌現出許多優(yōu)秀的著作和教材。但今天，機械的面貌已經發(fā)生了重大的變化，成為機與電高度融合的整體，不僅成為人類體力的延伸，而且亦成為人類智力的延伸。在上世紀末，一個新的機械設計知識體系正在形成，并將在本世紀發(fā)展、成熟、結果。 “現代機械設計”有兩個含義：一個是現代的“機械設計”；一個是“現代機械”的設計。前者反應現代機械設計的哲理、準則和方法，后者則包含現

15、代機械的組成、結構和設計。我們只討論前者。,傳統(tǒng)的機械設計與現代機械設計區(qū)別,設計過程從基于靈感和經驗轉變?yōu)榛谠O計科學，成為主動、有規(guī)律、有意識地向目標挺進的創(chuàng)造過程。 由基于預定功能設計轉向要求把設計對象置于“人機環(huán)境”。 評價體系由偏重于強度準則轉向綜合更多學科發(fā)展成果，如有限單元、斷裂力學、摩擦學設計準則、藝術和美學（工業(yè)造型設計準則和方法）、人機工程設計準則和綠色設計準則。 優(yōu)化設計、健壯設計、遺傳算法等理論和方法并借助電子計算機對參數和方案優(yōu)化取代傳統(tǒng)的機械試制。 CAD/CAPP/CAM取代傳統(tǒng)的基于手工操作設計過程。,幾種機械設計新方法,現代設計方法是科學方法論在設計中的應用，

16、包含信息方法論、系統(tǒng)方法論、動態(tài)分析法、最優(yōu)化、相似模擬法、智能論法、模糊論法、創(chuàng)造性設計法等等。 創(chuàng)新設計 可靠性設計 優(yōu)化設計 計算機輔助設計,計算機輔助設計,概念是利用計算機硬、軟件系統(tǒng)輔助人們對產品或工程進行設計的一種方法和技術。 特點 它是一門多學科綜合應用的新技術，包括圖形處理技術、工程分析技術、數據管理與數據交換技術、圖文檔案處理技術、軟件設計技術等。具有設計效率高、利于成組設計、修改設計方便、便于設計與分析的統(tǒng)一、易于實現產品數據的標準化、易于積累產品的設計及技術支承等數據庫資源、提供CAM或CIMS的基礎等優(yōu)點。,計算機輔助設計,過程 首先進行功能設計，利用科學的創(chuàng)新設計原理構思； 產品總圖的初步設計，設計產品的結構和外觀； 由總圖派生出零件圖，對零件的結構、尺寸進行設計，對零件進行有限元計算，使結構與尺寸及應力相適應；（CAD軟件、有限元分析軟件） 對零件進行加工模擬，從加工模擬中發(fā)現制造問題，進行修改零件