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1、机械设计学,主讲：龚中良 中南林业科技大学 2012年.春季,本课程的主要内容,第一章：绪论 第二章：机器的组成及典型机器的功能分析 第三章：机械产品的功能原理设计 第四章：机械功能原理的实现-机械运动系统的方案设计 第五章：机械产品的实用化设计 第六章：机械结构设计 第七章：机械产品设计中的几个主要问题,本课程的教学安排,理论课时: 26学时 实验课时：6学时 考试形式: 开卷 考试时间：100分钟 总 成 绩：平时成绩*30%+考试成绩*70% 平时成绩：到课情况+作业 课程目标：培养学生在机械设计中的创新构思和将创新构思迅速转化为竞争力的初步能力。,教材名称,推荐教材：黄靖远、髙志、陈祝
2、林.机械设计学（第版）.机械工业出版社,2006. 参考书目： 1 （美）乌尔曼 著，黄靖远 等译. 机械设计过程（原书第3版）. 机械工业出版社，2006.8. 2 邹慧君主编机械系统设计原理科学出版社，2003. 3 吕仲文主编. 机械创新设计. 机械工业出版社，2004,第一章 绪论,二战结束后，世界从军事斗争经济竞争 从经济竞争中理会出一下三点新认识： 1.人类的一切物质文明都是设计的产物； 2.设计、科学研究、技术三者出发点、目标和结果不同，因而其过程也不同； 3.要为竞争的优势而设计，经济的发展主要是市场驱动，而不完全是技术驱动。,第一章 绪论,1-1 设计与文明 1-2 设计与国
3、家竞争力 1-3 改善设计工作对我国未来至关重要 1-4 设计与科学研究 1-5 近代设计科学的重大发展 1-6 机械设计的地位与作用 1-7 机械设计的任务 1-8 功能原理设计、实用化设计和商品化设计,1-1 设计与文明,自人类进化以来，一切物质文明的产物都体现了人类的创造能力。在创造性劳动和设计中丰富了物质文明，同时也促进了人类的精神文明的成长。 创造是一种从构思到实现的过程，是为了满足某种需求而进行的一种人类特有的活动设计。 设计不是单纯的思维能力，它必须通过制作产品得以实现 设计也不是单纯的制作技能，它必须通过创造性思维创造出过去没有或者比过去好的产品。 物质、精神文明 创造设计能力
4、,1-2 设计与国家竞争力,经济竞争主要体现在国际市场的商品竞争，而商品竞争说到底是国家间设计与制造水平的竞争；(我国是制造大国，如远沿海地区大量的代工工厂等，目前正在努力转型) 科技先进和创造性发达并不能直接解决产品的竞争力，科学和技术必须通过“设计”环节才能变成有竞争力的产品。 Designing for competitive advantage,1-3 改善设计工作对我国未来至关重要,中国市场是国际市场的一部分； 市场的实践才是检验设计好坏的惟一标准； 只有先进制造技术落后的高质量产品；（缝纫机） 只有先进设计技术质量很差的先进产品。（山寨机） 改善设计教育、研究、实践，并与市场竞争紧
5、密联系对中国未来至关重要。,案例：,美国加州大学最近做了一个调查：一个在中国组装生产的苹果IPOD播放器在美国市场卖299美元，苹果总部会得到163美元的利润，而中国方面只得到4美元的劳工费，却产生了150美元的对美贸易顺差。 中国利润：2.4% 其他利润哪里去了？ 类似肯德基、麦当劳,1-4 设计与科学研究、技术的关系,好的设计不能离开科学研究、技术的强大支持（辨证关系） 认识片面性，以为有高水平的科研就一定有高水平的设计。 设计、科研、技术的区别,1-5 近代设计科学的重大发展,一、“设计学”从古代到现代的三个发展阶段 1从古代人类发明工具开始算起：有了原始的功能思想，力学（运动学动力学）
6、尚未成熟。 21854年德国劳莱克斯作为起点：建立了机械设计的基本体系，把设计学分为“机构学”和“机械零件”两门课程。这一阶段的“设计学”其实只是“机械学”，忽略了设计学的核心功能，而一心一意去研究运动学、动力学和强度、断裂、摩擦等问题。 3. 1947年麦尔斯提出的功能的概念算起。表现在三个方面：“功能”思想的提出和被接受、“人机工程”学科的兴起以及“工业设计”学科的成熟。,二、近代“设计学”的重大发展：,二战后，机构设计取得进一步的发展，CAD、CAM、CE（并行工程）基于信息网络的异地协同快速设计技术发展。 1“功能”思想的提出和发展： 名言：顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功能
7、。 功能思想的提出：人们开始打破传统习惯，寻找不同的原理、结构和外形来实现同一种功能。 （如打印机： 字头式、针式、激光、喷墨等） 不同原理与机构实现同一种功能实例：针式、激光打印机原理举例。,不同原理机构实现统一功能实例1,举例1：针式打印机原理,不同原理机构实现统一功能实例2,举例2：激光打印机原理,2“人机学”(ergonomics)思想的形成和发展：“宜人”的宗旨已经成为现代机械设计不能疏忽的观念。,人机工程：驾驶室对比,宜人的设计实例,思考：为什么不按ABCD顺序排列呢？,3“工业设计”(industrial design)学科体系的发展和成熟，技术第一，艺术第二（为大批量生产的工业
8、产品进行造型和色彩设计，使产品的视觉形象具有更“迷人”的效果。,外形设计,工业设计目的：使人、产品、环境的适应和协调。,色彩设计,工业设计师首先是工业技术专家，而不首先是艺术家。,机械设计学三大部分之一：功能原理设计,1.内容：用功能的概念来认识、分析和设计机器的功能原理。 2.实质：原理方案的构思和拟定的过程。 3.方法：以简图或示意图来进行方案构思。 举例：船用抽水机功能原理设计 要求在不利用另外提供动力的前提下，利用船舶自身的环境条件，将船舱内积水排出。 （学生思考各种方案，并交流）,船用抽水机功能原理设计（方案一）,船用抽水机功能原理设计（方案一）,船用抽水机功能原理设计（方案三）,机
9、械设计学三大部分之二：实用化设计,以总体设计为主线，以结构设计为骨架，然后把已经发展成熟了的机械学知识应用于其中，使结构设计合理化，最后从人机学的观点，完善人机接口的设计，并用适于制造、装配、维修、使用维护、避免腐蚀、便于回收等观点加以全面考察。 工作：总体设计、结构设计、选择材料、确定尺寸。 特点：从初步设计到详细设计再到设计完善的由粗到细的过程。 要求：明确、简单、安全可靠、掌握和遵循其内在规律和一般原理。 核心：产品有优良性能。,机械设计学三大部分之二：商品化设计,商品化设计属于产品进入市场前的精心打扮。 前提：产品有商品化的基础，即有先进的功能原理和优越的实用化性能。 商品化设计不仅仅
10、是单纯的“包装”，有科学技术的内容。如工业设计、价值工程、标准化、系列化等。,凡有动作的设计就是机械设计，服装设计就不是。 机械设计：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、润滑方式等进行构思、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。 努力目标：在各种限定的条件下设计出较好的机械优化设计。 机械设计学：将机械设计的共性技术与理性化的设计方法有机的结合在一起而形成的一门独立的、综合性的学科。研究机械设计的规律、过程、原理、方法、设计原则以及其他机械设计的共性技术。,1-6 机械设计概述,创造设计活动过程,敏感的人更具有创意，
11、更容易提出需求，重点在新颖性，如：sony的Walkman,重点在于创造，构思一种新的技术方向或功能原理来实现创意,重点在于验证构思的合理性。可完善甚至修正构思。,举例：复杂环境下的车辆调平,毕业设计举例：,控制部分要求：,1-7 机械设计的类型,机械设计三种类型（德国） 1.适应性设计：仅改变一些尺寸、外形。 2.变型设计：不改变基本原理，但在机构、结构以及辅助原理方面有较大改变。 3.创新设计：基本原理有实质性改变。 机械设计两种类型（美国） 1.创新设计(New Product Design) ：设计过去从未有过的产品. 2.更新设计(Reverse Engineering,Revers
12、e Design) ：对现有产品的更新换代。,三种不同类型的设计任务（德国提出）,1 创新性设计：基本原理有实质创新。 2 适应性设计：仅改变一些尺寸和外形。,3. 变型设计：不改变基本原理，但在机构、结构及辅助原理方面有较大的变动。,1-8 概念设计,“机械产品设计”与传统“机械设计”的区别： 机械设计 强调对构成机器的基本元件的研究。材料、结构、机构、运动规律等。 机械产品设计研究总体设计问题，核心是研究如何产生产品、如何评价产品的概念、如何组织产品开发以获得竞争力。,1-8 概念设计,概念设计（Conceptual Design） 对一种产品创意性的描述，是对产品总体性想法，并没有限定为
13、专指某些具体方面。 如1920S MIT：程序控制机床；Sony的WALKMAN;车展上的“概念车”、原子能电池等。,概念设计特点,1.有突出的创意； 2.为同类产品开创出一个全新的方向或产品； 3.和需求关系更加密切，可能产生广阔的应用前景； 4.这种概念不应该是一种空想，要和现有的科学技术发展相适应。 思考：如何解决城市中心停车难？,1. 新兴技术的应用，使产品的功能和结构产生很大的变化。正向着机械-电子-信息一体化的技术方向发展。,机械式洗衣机,超声波洗衣机,机械设计与其他学科和科技的关系,2.科学技术的发展促使设计方法和技术的现代化。CAD、CAM。,应力场、应变场、温度场、流场的仿真分析与优化。,机械产品设计的作用 1是联接需求到满足需求这一链条上的最基本的环节 2机械产品的质量、性能和成本，在很大程度上是由设计阶段的工作决定的 3. 设计水平与工业发展水平是相互影响的。,机械产品设计,满足需求,需求,Question?,试预测在家用电器产品中，下一代可能风行市场的新产品将有什么？（产品方向预测） 试预测下一代的电风扇的技术新特色是什么？（技术方向预测） 试提出 鼠标 的创意设计。 自学附录B: 质量功能配置（QFD-quality function deployment) 质量屋（quality house）的构建,
