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1、机械设计,主讲:李爱军,联系方式: 2781723(办公室:新实验楼514) 2301648(家),15966970696(手机),64学时:1、3个实验(6学时)2、课程设计(23周)3、作业考试课(闭卷):卷面成绩占80%,平时作业、考勤、实验占20%。,人类在长期的生产和生活实践中创造和发明了机械,其目的是为了减轻或替代人的劳动,提高劳动生产率。在我国,机械的设计、创造、发展及使用有着悠久的历史,三千年前就出现了简单的纺织机;在两千年前,已将绳轮、凸轮、连杆机构等用于生产中。东汉张衡将杆机构巧妙地使用在人类第一台地震仪上。,新中国诞生后,我国的机械工业和机械学科有了很大的发展。目前我国不
2、但能自行设计大型、精密、成套高新技术设备,而且,还大量出口,缩短了与先进工业国家的距离。但在机械工程领域中,我国的机械产品设计水平与国际先进水平还有相当大的差距。为了改变我国机械工业的现状,培养高素质技术应用型专门人才的任务十分紧迫。,绪论,本课程是一门专门介绍和机械设计有关的基础知识、培养学生综合机械设计能力的课程,它是以组成机器的常用机构及通用零部件为研究对象的学科。,本次课: 1、为什么学(重要) 2、学什么(机械结构及其设计) 3、怎么学(理论加实践、多看、勤思、讨论),讨论,1)、通用机械零部件的设计计算;,2)、综合运用本课程和其他先修课程的知识,设计 机械传动装置和一般机械。,1
3、.1性质及特点,机械类 主干课 技术基础课必修课,1. 性质,2)、机器(machine),3)、机构(mechanism),4)、机械零件(零件),2.基本概念(terms),1)、机械及其机械设计,6)构件,思考:零件与构件的关系如何?,5)部件,零件泛指零、部件,机器和机械零部件,机器及基本组成 在人们的生产和生活中广泛地使用着各种类型的机器。常见的如内燃机、机床、汽车、火车、发电机、洗衣机等等,鄂式破碎机简图,自动洗衣机,上盖,控制面板,外箱体,盛水桶,支撑拉杆,脱水桶,电动机,带传动,减速器,波轮,普通车床,数控机床,美国西科斯基公司生产的 “黑鹰”直升机,美国山迪亚国家实验室的科学
4、家,成功研制了相信是世界最小的微型机械人,这微型机械人体积只有四分之一立方寸,体重小于一盎司。,世 界 最 小 的 微 型 机 械 人 Worlds smallest robot,索杰纳火星车 它是美国国家航空航天局于格林威治时间1997年7月4日17时07分发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆,该飞船携带了索杰纳火星车,这也是一种机器。,普通工作条件(温度、湿度、压力)下一般参数的通用零部件。,研究:,3. 本课程的内容,1)主要内容,概论 螺纹联接 轴毂联接 带传动 齿轮传动 蜗杆传动,链传动 轴 滑动轴承 滚动轴承 联轴器和离合器,机械设计,机器种类繁多,形状各异,但就其功能而
5、言,机器是由五个部分组 成:,从装配关系上看各部分内容间的联系:,2) 内容间的联系,1)关系多;2)门类多;3)公式多;4)图形多;5)表格多;6)要求多。,虽繁杂、零碎但不抽象,各零、部件均有实物, 学习时要善于分析比较,理论联系实际,找出部分间的 联系(共性、个性),不要把各部分内容孤立起来。 否则会感到内容杂乱无章。,4. 特点,内容较分散、知识点多、系统性、逻辑性较差 表现为:六个多,5.本课程地位,本课程是一门技术基础课,它综合运用了工程力学、金属工艺学、机械制图、公差配合等先修课程知识,解决常用机构及通用零部件的分析设计问题,较之以往的先修课程更接近工程实际,但也有别于专业课程,
6、它主要是研究各类机械所具有的共性问题,在各类专业课程体系中占有重要位置。,6. 学习方法建议,1)学习态度:调整心态、自主学习、认真完成作业、注意阶段总结。抓重点、要点、攻克难点,以点带面,纲举目张,2)认清“过渡”,3)找相关联的共性和个性,总结普遍规律;,一般先介绍机械零件类型、结构、功能、材料、标准等基本知识,顺序:,4)明确:,5)作业,6)注重复习巩固阶段总结 理论联系实际(多在脑海里建立实物、模型),2)具有运用标准、手册、图表和查阅有关资料的能力,综合运用所学知识,设计出满足使用要求的零部件及简单机器。充分利用图书馆和互联网,培养独立学习和研究的本领 互联网也是一个巨大的资源库,
7、可以借助搜索引擎在网上查找各类信息。,1)掌握通用零件的设计原理、设计方法及一般设计规范,具有设计传动装置和一般机械的能力。,设计、计算是本课程的基本教学内容,但最终目的是综合运用知识,设计机械传动装置和一般机械。,7. 任务,2 设计机器的一般程序,设计阶段是决定机器设计优劣的关键,1.3 机器及其机械零件设计概述,1. 机器及零件应满足的要求,机器应满足的要求:a、b、c、d、e?,机器设计基本要求在满足预定功能的前提下,使设计的机器性能好、效率高、成本低、体积小、重量轻,在预定使用期限内安全可靠、操作方便、经济合理、维修简单和造型美观 。,实现预定功能,设计的机器应能实现预定功能,并在规
8、定的工作条件下、规定的工作期限内能正常运转。为此,必须正确选择机器的工作原理、机构的类型和机械传动方案,合理设计零件,满足强度、刚度、耐磨性等方面的要求。,满足可靠性要求,机械产品的可靠性是由组成机械的所有零、部件的可靠性保证的。只有零、部件的可靠性高,才能使机械系统的可靠性高。机械系统的零、部件越多,其可靠度越低。为此,要尽量减少机械系统的零件数目,并对系统可靠性有关键影响的零件,必须保证其必要的可靠性。,符合经济合理性要求,设计的机械产品应先进、功能强、生产效率高、成本低、使用维护方便、在产品寿命周期内用最低的成本实现产品的预定功能(使用成本)。,确保安全性要求,要能保证操作者的安全和机械
9、设备的安全,以及保证设备对周围环境无危害,要设置过载保护安全互锁等装置。安全警示! 人机系统,考虑操作者的舒适性、安全性等。,推行标准化要求,设计的机械产品规格、参数符合国家标准,零部件应最大限度的与同类产品互换通用,产品应成系列发展,推行标准化、系列化、通用化,提高标准化程度和水平。,体现工艺造型美观要求,重视产品的工艺造型设计,不仅要功能强、价格低,而且外型美观、实用,使产品在市场上富有竞争力 ; 色彩要求。汽车、电器、,环保设计要求,噪声要尽可能低,废气的循环利用(利用汽车尾气),废水(石料加工厂)的循环利用等;尽可能的不用对大气、水带来污染的材料;,对设计人员的要求,博学、严谨、创新、
10、团队(协作) 举例:美国挑战者号1986焊点虚焊、哥伦比亚号2003隔热层上的隔热瓦脱落航天飞机实事原因分析,2) 计算作用于零件的载荷,4 ) 根据计算准则,确定零件的主要尺寸(有些须圆整或标准化),3) 合理选材,5)绘制零件图:尺寸、公差、粗糙度、技术要求。,名义载荷 计算载荷 计算载荷载荷系数K名义载荷,2 . 零件的一般设计步骤,1) 分析零件受力,画受力简图,条件性计算:,3.设计计算和校核计算,设计计算:,校核计算:,合理的简化计算。当问题过于复杂或其内在规律还没有完全被掌握时,根据充分掌握的试验数据做合理的假设简化。计算虽然不够精确,但在公式的使用条件范围内具有一定的可靠度。如
11、 :轴承寿命可靠度R=90%。,4.传统设计方法和现代设计方法,机械设计的方法,1:类比(相似)设计 2:外推设计 3:开发(创新)设计 机械设计中安全-寿命设计与失效(破损)-安全设计的本质区别(举例,现代设计方法是由传统设计方法发展而来的,利用新的设计理论和手段(计算机)来弥补传统设计的不足,他不能完全取代传统设计方法,因为现代设计方法离不开传统设计方法。,1. 明确本课程的内容、性质、特点以及相应的学习方法,对整个课程有一个大致的了解。,2. 了解机械零件设计的基本步骤,弄清零件设计在机械设计中的地位。,3.了解机械设计的基本原则和设计程序。,返回,认清本课程起承先启后的桥梁作用.,关于
12、机械设计的基本概念; 机械零件的设计步骤。,机器人化摊铺机,任何机器都是由零件组合而成的。,蒸汽机车,内燃机车,电力机车,高速列车,磁浮列车,部件:为完成同一使命而协同工作的许多零件的组合。,零件:组成机器的不可拆的基本单元(即制造的基本单元) 。,如:滚动轴承,、联轴器。,参考书目,1.机械设计濮良贵 纪名刚主编 高等教育出版社 2.Machine Elements in Mechanical Design Robert L,Mott 3. Design of Machine Elements S.F.Spotts 机械工业出版社 4.机械零件设计禁忌手册,“我国机械零部件方法和设计理论现状
13、,与世界先进水平差距” 综述报告,课程发展的主要历史沿革:,本课程发展可分为四个阶段: 解放前1953年,课程名称为机械设计,采用欧美教材,主要内容包括现今的机械原理、机械设计以及工程热学的部分,其涵盖面较广,强调应用。 19531960年,课程名称为机械零件,全面采用前苏联体系,采用翻译前苏联教材,主要内容与现今的机械设计的主要内容类似(机械原理和工程热学部分内容分别组成新的教材)。 19601995年,采用国内学者编写的教材,其中以许镇宇的机械零件为代表,内容与体系承袭前苏联模式,也受到德国尼曼教材的影响。这时期教材比较强调理论性,尤其是1977年文革后由原北京钢铁学院等校编的机械零件教材
14、,强调理论性至极。1987年将课程名称由机械零件改为机械设计。 1996至今,教育部启动面向21世纪教改计划以来,出现了一批改革力度加大的教材,新老多种教材并存,并朝立体化教材发展。,思考题,1 、为什么说机械零件是组成机器的基本 要素?根据什么原则把机械零件分为通用零件 和专用零件?什么叫一般参数的通用零件?2 、选定一台你熟悉的机器,分析其中哪些 是联接部分,哪些是传动部分,哪些是轴系部分; 各用到哪些零件,另外还用到哪些其他零件?3 、本课程的性质和任务是什么?和前面学 过的几门技术基础课程相比,本课程有什么特点?4 、什么是名义载荷、计算载荷?二者有何 关系?对零件进行计算时,应按哪种载荷计算?,5、设计机械零件时应满足哪些基本要求? 为什么设计零件时不能离开机器的整体要求?6 、设计计算和校核计算有什么区别? 各在什么条件下采用?7 、零件的一般设计步骤有哪些?,8、 通用零件?你知道的有哪些? 9、计算载荷=K名义载荷,10、 你未来欲从事什么职业 ?,职业生涯规划一旦设定,将时时提醒你已经 取得了哪些成绩以及你的进展如何。一个没有计划的人生就像一场没有球门的足球赛: 对球员和观众都兴味索然。,