机械设计基础-绪论.ppt

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1、课程名称：机械设计基础,任课教师：铁 瑛 院 系：机械工程学院 联系电话：67781235 电子邮件：;,教学内容,常用机构和通用零部件工作原理、结构特点、运动和动力性能、基本设计原理、计算方法及一些零部件的选用和维护。第一部分：机械原理第二部分：机械零件,讲课 96 学时 授课时间： 每周五 5-6 南13017-8 南21039-10 南2103,授课计划,教 材：杨可桢等.机械设计基础，高等教育出版社。 参考书：李柱国.机械设计与原理，科学出版社。,第0章 绪 论,01 本课程研究的对象和内容 02 本课程在教学中的地位 03 机械设计的基本要求和一般过程 04 思考与讨论,从人类发展历

2、史来看，机械的设计和创造一直为人类的一种重要的创造活动，从黄帝的指南车到天工开物中记载的一个个灵巧（捣米机、水排鼓风机、地震仪）的机械，到今天的火星探测车，无一不包含机械设计的成果。在现代生产和日常生活中，机械已成为代替和减轻人类劳动、提高生产率的主要手段，使用机器的水平是衡量一个国家现代化程度的重要标志。,01 本课程研究的对象和内容,普通车床,数控车床,美国西科斯基公司生产的 “黑鹰”直升机,各类型汽车,“神舟五号”发射时的情景。发射塔、运载火箭都是庞大的机器。,微 型 机 械 人,美国山迪亚国家实验室的科学家，成功研制了微型机械人体积只有四分之一立方寸，体重小於一盎司。,1盎司=31.1

3、035克,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。,各类民用和军用飞机,顾名思义，本课程研究对象为：机械,任何机械都经历了：简单复杂的发展过程。,机械人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。,起重机的发展历程：,01 本课程研究的对象和内容,斜面,（包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯电脑控制）。,杠杆,起重轱辘,滑轮组,手动(电动)葫芦,现代起重机,机器根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。,如: 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农

4、用机器、起重机等。,机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同， 但具有相同的基本特征。,机器：,机械设计研究的对象是 机械 ，这里的机械是机器和机构的总称。,机器 是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。机器的特征 是若干物件的组合系统；各部分之间有确定的相对运动；能够完成有用的机械功或转换为机械能与电能。,机器：,机器：,机器分类 动力机（原动机）：提供和转换机械能的机器。如内燃机、燃汽轮机、电动机等。 工作机：利用机械能完成有效功，即实现预期功能的机器。是利用机械能去变换或传递能量、物料、信息的机器。如发电机（机械能转化为电能）、起重机（传递物料）、金属切削机床（变换物料外

5、形）、录音机（变换和传递信息）等都属于工作机。,机器：,工作机的组成：,原动部分是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内燃机。,工作部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。,传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。,控制部分保证机器的启动、停止和正常协调动作。 其关系如下,原动机,传动,工作,控制,机器的组成：功能上 动力部分多是利用电力和热力。 传动部分 执行部分 控制部分包括各种控制机构（如内燃机中的凸轮机构）、电器控制、计算机和液压控制系统、气压控制系统等。,由各种机构组成，是机器的主体。,机器：,机构与机器区别 机构只是一个构件系统，而机器除构件系统之外还包括电气、液压等其它装置； 机

6、构只用于传递运动和力，机器除传递运动和力外，还应具有变换和传递能量、物料、信息的功能。但在研究结构、运动和受力情况时，机器与机构之间并无区别。因此，习惯上用“机械”一词作为机器和机构的总称。,机构能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、 齿轮机构等。种类有限,机构：,同理，通过对典型机构进行分析可知：,机构的共有特征：,人造的实物组合体；,各部分有确定的相对运动；,用来传递力或实现运动的转换。,机构的分类：通用机构和专用机构。,通用机构-用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。,专用机构-只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。,机器与机构的关系：由两个实例推广到一

7、般,任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素,由机器与机构的共有特征可知： 机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不同） ，故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动,典型机器的分析：,1.内燃机,内燃机,组成：,汽缸体1、,活塞2、,进气阀3、,排气阀4、,连杆5、,曲轴6、,凸轮7、,顶杆8、,齿轮9、10,工作原理：,1.活塞下行，进气阀开启，混合气体进入汽缸；,2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点 火燃烧；,3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；,4.活塞上行，排气阀开启，废气体

8、被排出汽缸。,循环运动的结果，使曲轴输出连续的旋转运动,设计：潘存云,进气,压缩,爆炸,排气,内燃机的工作过程：,活塞的往复运动通过连杆转变为 曲轴的连续转动，该组合体称为：,内燃机各部分的作用：,曲柄滑块机构（平面连杆结构第2章）,凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：,凸轮机构（第3章）,两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：,齿轮机构（第4章）,各部分协调动作的结果：,控制器(控制),电动机(原动),带(传动),减速器(传动),波轮(工作),分析自动洗衣机的组成：,如何区分 零件、部件和构件？ 从制造角度看，若干个零件组成了机构，若干个机构组成了机器，零件是制造单元，

9、是机器的基本组成要素。概括地讲机械零件可分为两大类：一是在各种机器中都能用到的零件叫通用零件，如齿轮、螺栓、轴承、带、带轮等；另一类则是在特定类型的机器中才能用到的零件，叫专用零件，如曲轴、吊钩、叶片、叶轮等。此外，常把由一组协同工作的零件组成的独立制造装配的组合件叫做部件，如减速器、离合器、制动器等，部件是装配单元。,01 本课程研究的对象和内容,从机械实现预期运动和功能角度看，机构中形成相对运动的各个运动单元称为构件。构件可以是单一的零件，也可是由若干零件组成的运动单元即是一个构件。,课程的内容、性质和任务,性质 本课程是一门技术基础课，是相关专业的学生学习专业机械设备所必须的理论基础；是

10、许多理论和实际知识的综合运用；培养学生设计机械传动装置和简单机械的能力；使从事工艺、运行、管理的技术人员，为了解各种机械的传动理论、设备的正确使用和维护及设备的故障分析等方面获得必要的基础知识。,内容 主要学习机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本设计理论和计算方法。,课程的内容、性质和任务,任务 掌握机构的结构分析、运动特性，具有设计常用机构的能力； 掌握通用零件的设计方法，初步具备设计简单机械传动装置的能力； 具有查阅及运用资料手册的能力，并获得实验技能的初步训练。本课程是一门理论性和实践性都很强的机械类及近机械类专业的主干课之一，具有承上启下的作用，是机械工程师和机械管理工

11、程师的必修课程。,课程的内容、性质和任务,学习本课程应注意问题 要理论联系实际； 要抓住设计这条主线，掌握常用机构和机械零件的设计规律； 要努力培养解决工程实际问题的能力； 要综合运用先修课程的知识解决机械设计问题。,机械设计-规划和设计实现预期功能的新机械或改 进原有机械的性能。,基本要求：在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低、安全可靠、操作方便、维修简单和造型美观。,机械设计的内容：,1.确定机械的工作原理，选择合宜的机构；,2. 拟定设计方案；,3. 进行运动分析和动力分析，计算各构件上的载荷；,4. 进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。,03 机械设计的基本要求和一般

12、过程,机械设计应满足的基本要求 机械设计的一般步骤 机械设计方法的新发展,03 机械设计的基本要求和一般过程,机械设计应满足的基本要求,功能性要求 能实现预期的功能，并在预定的工作期内有效可靠地运行。 经济性要求 要使机械的设计、制造、使用和维护的费用少并且效率高。 使用性能要求 要使设计的机械操作方便、省力、安全、可靠。 其它要求 设计的机械应便于安装、运输、拆卸，要考虑环境保护。,机械设计的一般步骤,确定设计任务。根据机械的功能和各项性能指标，研究实现的可能性，最后确定设计目标，编制设计任务书； 方案设计。根据设计目标确定机械的工作原理、传动路线，拟定合理的运动方案，选择合适的机构，并完成

13、运动简图设计； 结构设计。根据机械运动简图，进行运动分析和动力分析，计算作用在各构件上的载荷，进行零部件工作能力计算，确定机械的总体结构，并进一步设计出相应的零部件，绘制零部件工作图，编制必要的技术文件； 改进设计。对设计目标必须进行试制与鉴定，并进行必要的修改和完善以至使产品达到设计要求，提高其生命力。,机械设计方法的新发展,各个领域学科技术的发展，都是现代机械设计理论和方法发展的基础。随着伺服驱动技术、检测传感技术、自动控制技术、信息处理技术、材料及精密机械技术、系统总体技术的飞速发展，使传统机械在产品结构和生产系统结构等方面发生了质的变化，形成了一个崭新的现代机械工业。现代机器已经成为一

14、个以机械技术为基础，以电子技术为核心的高薪技术综合系统。传统的机械设计与现代机械设计区别几种机械设计新方法,传统的机械设计与现代机械设计区别,在上个世纪，通过知识的积累，机械设计已形成了自己的理论和方法，涌现出许多优秀的著作和教材。但今天，机械的面貌已经发生了重大的变化，成为机与电高度融合的整体，不仅成为人类体力的延伸，而且亦成为人类智力的延伸。在上世纪末，一个新的机械设计知识体系正在形成，并将在本世纪发展、成熟、结果。“现代机械设计”有两个含义：一个是现代的“机械设计”；一个是“现代机械”的设计。前者反应现代机械设计的哲理、准则和方法，后者则包含现代机械的组成、结构和设计。我们只讨论前者。,

15、传统的机械设计与现代机械设计区别,设计过程从基于灵感和经验转变为基于设计科学，成为主动、有规律、有意识地向目标挺进的创造过程。 由基于预定功能设计转向要求把设计对象置于“人机环境”。 评价体系由偏重于强度准则转向综合更多学科发展成果，如有限单元、断裂力学、摩擦学设计准则、艺术和美学（工业造型设计准则和方法）、人机工程设计准则和绿色设计准则。 优化设计、健壮设计、遗传算法等理论和方法并借助电子计算机对参数和方案优化取代传统的机械试制。 CAD/CAPP/CAM取代传统的基于手工操作设计过程。,几种机械设计新方法,现代设计方法是科学方法论在设计中的应用，包含信息方法论、系统方法论、动态分析法、最优

16、化、相似模拟法、智能论法、模糊论法、创造性设计法等等。 创新设计 可靠性设计 优化设计 计算机辅助设计,计算机辅助设计,概念是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的一种方法和技术。 特点 它是一门多学科综合应用的新技术，包括图形处理技术、工程分析技术、数据管理与数据交换技术、图文档案处理技术、软件设计技术等。具有设计效率高、利于成组设计、修改设计方便、便于设计与分析的统一、易于实现产品数据的标准化、易于积累产品的设计及技术支承等数据库资源、提供CAM或CIMS的基础等优点。,计算机辅助设计,过程 首先进行功能设计，利用科学的创新设计原理构思； 产品总图的初步设计，设计产品的结构和外观； 由总图派生出零件图，对零件的结构、尺寸进行设计，对零件进行有限元计算，使结构与尺寸及应力相适应；（CAD软件、有限元分析软件） 对零件进行加工模拟，从加工模拟中发现制造问题，进行修改零件结构，对性能分析，优化数值，完成零件图； 制定零件制造工艺； 在相应的设备上进行加工制造零件。,