《工业产品设计与表达—机械产品开发概论 教学课件 ppt 作者 蒋亚南 第五章 工业产品设计与工程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业产品设计与表达—机械产品开发概论 教学课件 ppt 作者 蒋亚南 第五章 工业产品设计与工程设计（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 工业产品设计与工程设计,5.1工业产品的设计内容,5.2产品工程设计概述,5.3产品方案设计与零部件设计,5.1工业产品的设计内容,产品的设计包含了工业设计和工程设计两部分，每一个产品的设计必须有工业设计师的参与，也必须有产品工程设计人员的参与。 设计，往往存在两种截然不同的立场、观点和方法，即一类是纯工程的设计，一类是纯艺术的设计。 从现代设计的意义上说，应将两种设计进行有机整合。设计不仅要客观地实现符合该特长功能的一种内在合理机构，并且要寻求一种符合广大消费者审美情趣的能为消费者所接受的形式，并且这种形式与功能必须相适应。,5.1.1产品设计的内涵,一、产品设计 产品设计，指的是根
2、据人们的需求，对产品的造型、结构和功能等方面进行综合性的设计，以便生产出满足人类需要的实用、经济、美观产品。 产品设计重点研究的是有关工程技术和美学艺术问题，并将这些因素有机地协调表现在产品的结构和造型上，创造出既有物质功能又有精神功能的现代工业产品。 在任何工业产品设计中，都存在“人与物”和“物与物”的关系。 所谓“人与物”的关系，即人与产品的关系。它通过对使用者的生理和心理直接影响的因素表现出来，这些由工业设计师解决。 所谓“物与物”关系，即产品的内部构造的关系，表现为构造原理、零部件连接等，决定能否使用，由工程师解决。 所以工业产品的设计既包含工程设计，又包含工业设计。,二、设计的内涵,
3、1.存在着客观需求，需求是设计的动力源泉 2.设计的本质是革新和创造 3.设计是建立技术系统的重要环节 4.设计是把各种先进的技术成果转化为生产力的活动 5.设计不仅仅是计算和绘图 6.设计面临的形势 7.设计的变迁,5.1.2工业产品设计基本要求,1.功能性要求：包括物理功能，即产品的性能、构造、精度和可靠性等；生理功能，即产品使用的方便性、安全性和舒适性等；心理功能，即产品的造型、色彩、肌理和装饰灯给人的愉悦感等；社会功能，即产品象征或显示个人价值、兴趣爱好或社会地位等。 2.审美性要求：产品必须起美观作用，使人得到美的享受。只有具备满足消费者审美的才能实现其审美要求。,3.经济型要求：产
4、品设计必须从消费者的利益出发，在保证质量的前提下，尽量降低产品的成本，做到价廉物美。 4.创新性要求：设计的内涵就是创新。尤其是在今天这个科技高速发展的社会，产品更新换代越来越频繁，周期越来越短，产品设计必须突出创新性，否则很容易在市场竞争中北淘汰。 5.适应性要求：设计的产品是供使用者在特定的使用环境下使用的，因此产品的设计不能不考虑产品与人、与时间、与环境的关系。,5.1.3 工业产品设计流程,一、设计系统 设计系统是一种信息处理系统，输入的是设计要求和约束条件信息，设计者运用一定的知识和方法通过计算机、试验设备等工具进行设计，最后输出的是方案、图纸、程序、文件等设计结果。,二、设计工作阶
5、段与流程,设计过程中表现出的阶段性，又不能截然分开，许多问题在后续阶段中才能充分揭示，这时不可避免地要修改前面各阶段中有关的结论或设计。因此设计既有阶段性，又有一个反复进行的过程。 研究设计过程，拟定科学的、具有普遍适用性的产品设计程序，是设计方法学领域内的重要内容，也是设计工作科学化的基础。 产品设计过程分为五个阶段：计划阶段、设计阶段、试制阶段、批量生产阶段、销售阶段。,5.1.4产品设计中设计图学的运用,一个产品的设计开发过程每一个阶段设计师的目标和任务是不同的，作为设计师最有力的工具-设计图学在每一个阶段的分工和重点也是不同的： 在方针的确定、准备、调查和可行性研究阶段-设计草图 在设
6、计展开阶段，设计师在进行产品结构设计时，要考虑各种要素之间的协调关系。要通过各种图纸来展现产品的结构与功能，零件图、装配图以及计算机图形技术是这个阶段的主要技术文件与设计实现手段。 现代设计图学已开始关注研究动态的、与使用者相关的人机界面问题。 设计图学对产品的形态的研究，还包括产品的形体构造和表面属性。而表面属性就是色彩及材料表面肌理效果。我们可以通过各种图形技术提供逼真的色彩还原，使设计人员在整个过程中，直观地评估表面的质量和设计的美观程度。 设计图学可以承上启下，客观的反映产品设计的全过程。并且在实施过程中，设计图学也起到了一个沟通设计师和企业决策者的桥梁作用。,5.2产品工程设计概述,
7、5.2.1工程设计的概念 工程设计的最终目的是为市场提供优质高效、价廉物美的工业产品，在市场竞争中取得优势，赢得用户，取得良好的经济效益。 设计概念趋于广义化，被认为是“一种始于辨识需要，终于需要满足的装置或系统的创造过程。”横向上，设计包括了设计对象、设计进程甚至设计思路的设计；纵向上，设计贯穿于产品孕育至消亡的全寿命周期，涵盖了需求辨识、概念设计、总体设计、技术设计、生产设计、营销回收处理等设计活动，起到促进科学研究、生产经营和社会需求之间互动的中介作用。,5.2.2工程设计类型与设计原则,一、设计类型 （1）开发性设计 在设计原理、设计方案全都未知的情况下，根据产品总功能和约束条件，进行
8、全新的创造。这种设计是在国内外尚无类似产品情况下的创新，如发明性产品属于开发性设计。 （2）适应型设计 在总的方案和原理不变的条件下，根据生产技术的发展和使用部门的要求，对产品结构和性能进行更新改造，使它适应某种附加要求。如电冰箱，从单开门变双开门，单缸洗衣机变双缸洗衣机等。 （3）变参数型设计 在功能、原理、方案不变的情况下，只是对结构设置和尺寸加以改变，使之满足功率、速比不同要求。如：不同中心距的减速器系列设计；中心高不同的车床设计。,二、设计原则,1. 满足社会需求 工业产品的设计总是以社会需求为前提，一项产品的性能应尽量满足用户的需求。 2.创新原则 设计本身就是创造性思维活动，只有大
9、胆创新才能有所发明，有所创造。在继承的基础上创新是一条重要原则。 3.可靠原则 产品设计力求技术上先进，但更要保证使用中的可靠性，即无故障运行的时间长短，是评价产品质量优劣的一个重要指标。 4.效益原则 在可靠的前提下，力求做到经济合理，使产品“价廉物美”，才有较大的竞争能力，创造较高的技术经济效益和社会效益。,5.安全性要求 （1） 产品执行预期功能的安全性，即机器运行时系统本身的安全性，如满足必要的强度、刚度、稳定性、耐磨性等要求。 （2） 人-机-环境系统的安全性 机器是为人类服务的，同时它又在一定的环境中工作，人、机、环境三者构成一个特的系统。机器工作时不仅机器本身应具有良好的安全性，
10、而且对使用机器的人员及周围的环境也应有良好的安全性。 6.审核原则 设计过程是一种设计信息加工、处理、分析、判断决策、修正的过程。为减少设计失误、实现高效、优质、经济地设计，必须对每一设计程序的信息，随时进行审核，决不许有错误的信息流人下一道工序。,三、设计过程中的方法与理论,设计过程中的方法与理论,5.3产品方案设计与零部件设计,5.3.1 工程设计的一般过程 产品的开发性设计过程大致包括规划设计、方案设计、技术设计、施工设计及改造设计等三个阶段 1.规划设计 1） 市场调查 2） 可行性分析3） 技术任务书 2.方案设计 方案设计包括产品功能分析、功能原理求解、方案的综合及评价决策，最后得
11、到最佳功能原理方案。对于现代 机械产品来说，其机械系统（传动系统和执行系统）的方案设计往往表现为机械运动示意图（机械运动方案图）和机械运动简图的设计。,3.技术设计 技术设计的任务是将功能原理方案得以具体化，成为机器及其零部件的合理结构。在此阶段要完成产品的参数设计（初定参数、尺寸、材料、精度等）、总体设计（包括总体布置图、传动系统图、液压系统图、电气系统图等）、结构设计、人机工程设计、环境系统设计及造型设计等，最后得到总装配草图。 4.施工设计 施工设计工作内容包括由总装草图分拆零件图，进行零部件设计，绘制零件工作图、部件装配图；最后绘制总装图；编制技术文件，如设计说明书、标准件及外购件明细
12、表、备件和专用工具明细表等。 5.改进设计 改进设计包括样机试制、测试、综合评价及改进，以及工艺设计、小批生产、市场销售及定型生产等环节。,5.3.2方案设计和机械零部件设计概述,机械系统的方案设计和机械零部件设计是产品工程设计过程的重要内容，是决定工业产品质量、水平、性能和经济效益的关键。 一、 方案设计的主要内容及要求 1. 方案设计的主要内容 功能原理设计 根据产品所要实现的功能，提出一些工作原理方案及相应的工艺动作构思。 机械运动原理方案设计 根据功能原理方案设计中提出的工艺动作过程及各动作的运动规律要求，选择若干种类型的机构，用一定的顺序把它们组合成一个机构系统，该系统能合理地、可靠
13、地完成上述工艺动作过程，机械运动原理方案设计又称为机构的型综合。 机械运动简图设计 根据各工艺动作的运动规律和运动协调条件，确定机械运动方案中各机构的运动尺寸。,2.方案设计的基本要求 根据机械设计的基本要求，在方案设计阶段应满足的主要要求是： 运动要求 机构系统应满足工艺动作提出的运动形式、运动规律、运动协调性及运动精度等要求。 动力要求 机构系统的动力参数应满足机械的工作要求，具有机械效率高、速度波动小、平衡精度高、冲击振动小等良好的动力特征。 经济性要求 机构系统应满足机构结构组成简单、布局合理、易加工制造、使用维修方便等要求。,二、机械零部件设计概述,1.设计的主要内容和要求 机械零部
14、件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。 机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零件图和部件装配图。,机械零部件设计应满足的要求为： 工作能力要求 具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等； 工艺性要求 加工、装配具有良好的工艺性及维修方便； 经济性要求 主要指生产成本要低。,2.零件的失效形式和计算准则 机械零件由于各种原因不能正常工作而失
15、效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。 常用的计算准则有： 强度准则 强度是机械零件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。 刚度准则 刚度是指零件在载荷的作用下，抵抗弹性变形的能力。 振动稳定性准则 对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。 耐热性准则 机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起润滑油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零件失效或机械精度降低。 耐磨性准则 耐磨性是指相互接触并运动零件的工作表面抵抗磨损的能力。,3.机械零件的设计计算 机械零件的主要尺寸常常需要通过理论计算确定
16、。理论设计计算是根据零件的结构特点和工作情况，将它合理简化成一定的物理模型，运用理论力学、材料力学、流体力学、摩擦学、热力学、机械振动学等理论或利用这些理论推倒出设计公式、实验数据进行设计。,4.机械零部件的标准化 在机械设计中应尽可能地遵循标准化的原则。机械产品标准化的内容包括标准化、系列化和通用化等三方面，简称机械产品的“三化”。 标准化是对机械零件的种类、尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、公差配合及制图规范等制定出相应的标准，供设计、制造及修配中共同遵照使用。如螺栓、螺母、垫圈等的标准化。 系列化是指产品按主要参数分档，形成一定系列的产品，这样可用较少规格的产品满足不同的需要，如圆柱齿轮减速器系列，系列化是标准化的重要组成部分。 通用化是对不同规格的同类产品或不同类产品，在设计中尽量采用相同的零件或部件，如几种类型不同的轿车可以采用相同的轮胎。通用化是广义的标准化。,
