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1、机械设计学课程,长春工业大学机电工程学院 郭红,第一节 机械设计的地位和作用 一、机械设计的概念 机械 机械设计 机械设计学 机械设计学研究的对象,机械是依据力学原理组成的各种装置或设备，它在人们的生产和生活中被广泛地使用着。,机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等，进行构思、分析和计算，并将之转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。,机械的产生和存在是以满足需求为目的的，那么在满足需求的前提下，研制出一部机械并且有效地使用它，一般要经过设计、制造、试验、销售、维护和改进等很多环节。,工厂生产某种机械产品，组织生产的基
2、本依据就是设计。 比如说：材料、加工工艺、加工精度、加工设备、生产工时、车间的布局、成品的存储和运送等都是要根据设计来确定。,机械设计学是把机械设计的共性技术与理性化的设计方法有机地结合在一起而形成的一门独立的、综合性的学科。,共性技术是指不论是哪个种类的机械设计，(比如农业机械设计、纺织机械设计、矿山机械设计、汽车设计等),这些专业性的设计存在着许多共性技术。 例如：机构的分析和综合、力和能的计算、传动、润滑、标准化、材料强度学等。都是共性技术。,机械设计学研究的对象： 机械设计学研究机械设计的规律、过程、原理、方法、设计原则以及其它机械设计的共性技术。,第一节 机械设计的地位和作用 二、机
3、械设计的重要性 主要表现在以下几个方面： 设计全面影响产品的性能，设计中的失误将造成极其严重的损失。 设计对企业的生存和发展具有重要意义 设计直接关系人类未来的发展,设计全面影响产品的性能，设计中的失误将造成极其严重的损失。 机械的性能参数、工作过程和质量指标等都是由设计最终确定下来的。,设计对企业的生存和发展具有重要意义 产品生产是企业的中心任务，而产品的竞争力影响企业的生存和发展。 影响产品竞争力的因素在于它的性能、质量及经济性。而这些因素都与设计密切相关。,设计直接关系人类未来的发展 社会在发展，所设计的产品也要紧跟时代步伐，要有一定的预见性。尤其是那些影响面比较大的产品，能够加速促进技
4、术的进步。 机械设计应该是适应技术发展，并努力促进技术发展。,第二节 机械设计的任务 就是根据客观需求，通过人们的创造性思维活动，借助人类已经掌握的各种信息（科学技术知识），经过反复的判断和决策，设计出具有特定功能的技术装置、系统或产品以满足人们日益增长的生产和生活要求。,一、机械设计的类型,按照机械产品开发内容的差异，机械设计有如下三类： 1、开发性设计 2、适应性设计 3、变型设计,第二节 机械设计的任务,1、开发性设计 是指按照需求目标设计过去从未有过的新型机械。这是一种全新的设计。 开发性设计也叫从“零”到“原型”的创新开发,2、适应性设计 是指在原理方案基本保持不变的前提下，对产品作
5、局部的变更或设计一个新部件，使产品在质和量方面更能满足使用要求。,3、变型设计 是指在工作原理和功能结构都不变的前提下，变更现有产品的结构配置和尺寸，使之适应于更多的量的需求。,二、机械设计的过程和任务,过程大致分为四个阶段： 1、可行性研究阶段 2、初步设计阶段 3、详细设计阶段 4、改进设计阶段,第二节 机械设计的任务,机械设计全过程,1、可行性研究阶段 具体任务：从分析需求出发，经过信息交流，寻找问题的解法，进行原理性方案构思，最终得到一组可行的原理性方案，作为本阶段的输出。,2、初步设计阶段 这一阶段的任务是：从上阶段输出的一组可行的原理性方案中选出最优方案，建立相应的数学模型并进行设
6、计参数的分析，将设计参数定量并加以优化。,3、详细设计阶段 这一阶段的任务是：完成产品的总体设计，确定零件、部件的结构、形状、数量和相互配置关系，绘制全套零件图和总装图，编制技术文件。,4、改进设计阶段 这一阶段的任务：根据制造加工、样机实验、使用、鉴定及市场反馈等环节所暴露出来的问题，进一步对产品各部分作适当的技术处理，以确保产品的质量，从而得到成本低、性能完善、用户欢迎的产品。,第三节 机械设计中的功能原理设计、实用化设计 和商品化设计的特点,机械设计的三个主要内容： (产品开发必须经历三个重要阶段：),功能原理设计 实用化设计 商品化设计,一、功能原理设计,功能原理设计的实质是原理方案的
7、构思和拟定过程。 在这个过程中需要运用创新思维的方法，并借鉴前人有效的设计经验，把设计要求通过功能关系抽象为简单模式，去寻求满足产品主要功能要求的原理方案。,功能原理设计强调创新构思。 在开始阶段，不需要涉及具体解法，而是把问题抽象化，把所设计的机械产品的基本功能和主要约束条件突出出来。在方案构思中，常常是以简图或示意图来表达思维，至于具体的结构、材料、尺寸等细节，可暂时不考虑。,一、功能原理设计,功能原理设计的构思应该是由分散到集中，在多解的思路中寻求最优解。,一、功能原理设计,二、实用化设计,实用化设计的目的： 将原理方案结构化。 考虑总体布局和一系列外围问题，使机械产品能达到实用的要求。
8、,将原理方案结构化是一项复杂的综合性的工作。 实用化设计阶段可以概括为：设计结构、选择材料、确定尺寸。,实用化设计过程： 是一个由初步设计到详细设计的逐步精化的过程。在这个过程中需要做更多的分析、对比和校核及大量的计算和修改，最终要设计出具体实用的机械总装配图和全部零件图。,一般来说，功能原理设计应该是以模型试验来验证构思的可行性。而实用化设计则应该进行样机实验。,三、商品化设计,商品化设计：是侧重于考虑商品化措施的设计。 机械产品也是商品。 为了使产品在市场中收到欢迎，必须在技术、经济和社会三个方面的评价上具有优势。 设计中必须采取必要的商品化措施。,商品化措施主要包括： 1、产品性能的适应
9、性 2、标准化、系列化、模块化 3、产品的工业造型设计 4、产品的价值工程 5、绿色产品设计,第四节 机械设计的思维和方法特点,方法特点,思维,机械设计的思维： 1、首先应该是一种偏重直觉思维形式的创造性思维。 2、是一种针对总功能目标的发散性思维。 3、是一种对多解问题求优的思维。,机械设计的特点之一： 设计是一个创新和综合的过程，也是在继承基础上的创新。 发散性思维是创造性思维的基本形式之一。 对同一现象的不同定义，对同一原理的不同应用，对同一问题的不同解释，这些都是发散性思维的结果。 收敛性思维它是寻求某种确定答案的思维形式。,机械设计的特点之二： 设计是一个迭代过程（信息反馈过程） 基
10、本设计思想：输入信息 加工处理 判断综合 输出信息,机械设计全过程,机械设计的特点之三： 设计过程是在约束条件下的求优过程。 选优应该包括：方案选优、设计参数的优化及整体方案的优化。,机械设计的特点之四： 机械设计过程可作为一个待定的技术系统来处理。 如果我们把机械设计过程作为一个系统的话，那么设计者的任务就是通过分析把整个系统分解成系统单元或分系统，来研究这些系统单元或分系统之间的关系，以取得各种信息。,第五节 机械设计学的学科组成,本章掌握内容,1、机械设计的概念 2、机械设计学的研究对象 3、设计的重要性主要表现在哪几方面 4、机械设计的任务 5、机械设计的类型 6、机械设计的全过程可划分哪四个阶段 7、机械设计的三个主要内容，各是什么？（产品开发必须经历的三个主要阶段） 8、功能原理设计的实质 9、机械设计的思维和方法特点 10、实用化设计的目的 11、简述功能原理设计的过程 12、简述实用化设计的过程 13、商品化措施包括哪几方面,
