《機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì).ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì).ppt（69頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第二章 機(jī)械的設(shè)計(jì)與相關(guān)課程簡(jiǎn)介,機(jī)器的認(rèn)知實(shí)踐 通過上周的認(rèn)知實(shí)踐，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)了幾種典型的機(jī)器： 內(nèi)燃機(jī) 牛頭刨床 汽 車 電池自動(dòng)分揀機(jī) 工業(yè)機(jī)器人,回 顧,第一章 機(jī)械的組成、分類與發(fā)展 機(jī)器和它的分類 機(jī)器中的幾個(gè)基本概念 機(jī)器的組成 機(jī)械發(fā)展歷程概述,回 顧,第二章 機(jī)械的設(shè)計(jì)與相關(guān)課程簡(jiǎn)介,內(nèi)容提要,第一節(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì)的要求和內(nèi)容 第二節(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì)的過程和方法 第三節(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì)類課程簡(jiǎn)介,,,,,,,什么是機(jī)械設(shè)計(jì) ？,第一節(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì)的要求和內(nèi)容,機(jī)械設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容,,,機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求,,機(jī)械設(shè)計(jì)的重要地位,,,什么是機(jī)械設(shè)計(jì)？
2、,機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)工作過程。,,返回,,機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求,功能性要求 可靠性要求 經(jīng)濟(jì)性要求 社會(huì)性要求,1功能性要求,機(jī)械產(chǎn)品必須完成規(guī)定的功能。 機(jī)械的功能可表達(dá)為一個(gè)或幾個(gè)功能指標(biāo)。,,主要功能指標(biāo)： 每分鐘分揀電池的個(gè)數(shù)。,主要功能指標(biāo)： （1）被加工工件的尺寸范圍； （2）滑枕應(yīng)具有若干種不同的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度，以滿足不同切削工藝的要求； （3）工作臺(tái)沿橫向應(yīng)能實(shí)現(xiàn)若干種不同的進(jìn)給量； （4）應(yīng)能供給并傳遞足夠的功率，以克服切削力； （5）應(yīng)能保證一定的加工精度。,例：牛頭刨床,機(jī)械功能指標(biāo)的確定： 由用戶提出 由設(shè)計(jì)者與用戶協(xié)商確定 機(jī)械的功能指標(biāo)是機(jī)械設(shè)計(jì)最基本的
3、出發(fā)點(diǎn)。,2可靠性要求,機(jī)械零件的內(nèi)部和表面產(chǎn)生應(yīng)力和變形,機(jī)械要傳遞力和力矩,有可能導(dǎo)致零件的失效,,,,,,,機(jī)械應(yīng)能保證在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi)，零件不發(fā)生各種型式的失效。 為此要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和壽命的計(jì)算，這些計(jì)算在整個(gè)設(shè)計(jì)工作量中占了很大的比例。,3經(jīng)濟(jì)性要求,簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 選用適當(dāng)?shù)牟牧?確定合理的加工精度 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化,降低機(jī)械的能量損失 考慮到維修的方便性和經(jīng)濟(jì)性,成本,,設(shè)計(jì)階段的工作如何，就基本上決定了一個(gè)產(chǎn)品成本的高低。,4社會(huì)性要求,,所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不應(yīng)對(duì)人、環(huán)境和社會(huì)造成消極影響。 操作者的安全性和舒適性 機(jī)械的造型和色彩美觀、大方、宜人 符合國(guó)家在環(huán)境保護(hù)方面的
4、法規(guī),數(shù)控加工中心,機(jī)械是否滿足社會(huì)性要求，完全取決于設(shè)計(jì)。,例：汽 車, ,耐用性,螺紋加工方法,車削加工,絲錐加工,滾壓加工,例：,例： 選礦機(jī)械的 工作原理,選礦機(jī)械的工作原理,螺紋加工的工作原理,,機(jī)械的工作原理不同，機(jī)械的面貌就 完全不同。 確定工作原理是方案設(shè)計(jì)的第一步。,,1. 方案設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械的功能要求，確定機(jī)械的總體方案。,,確定執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng) 選擇原動(dòng)機(jī) 采用哪些機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換 采用哪些機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的轉(zhuǎn)換 確定傳動(dòng)裝置的布局,確定 機(jī)械系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)方案,方案設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步。 它從根本上影響機(jī)械的結(jié)構(gòu)、性能、成本。 應(yīng)充分調(diào)查研究，并集思廣益，
5、提出多種方案，并按照四項(xiàng)基本要求，認(rèn)真地進(jìn)行比較、分析，以選擇出最優(yōu)方案。,確定傳動(dòng)裝置中各機(jī)構(gòu)的基本幾何參數(shù)。 例如： 牛頭刨床：確定連桿機(jī)構(gòu)的各桿桿長(zhǎng)，來保證滑枕的速度規(guī)律符合要求； 內(nèi)燃機(jī)：確定連桿機(jī)構(gòu)的尺寸，凸輪的輪廓曲線，齒輪的齒數(shù)等。,保證零件在一定的使用期限內(nèi)不發(fā)生失效。通過設(shè)計(jì)確定零件的參數(shù)和基本尺寸。 例如： 軸的直徑 齒輪的大小和齒的大小,對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高的機(jī)械，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和速度波動(dòng)等有害的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行必要的動(dòng)力學(xué)分析。 在此基礎(chǔ)上對(duì)參數(shù)進(jìn)行必要的修改，或采取一些措施減輕其影響。,在確定了各個(gè)零件基本參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)各零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)思，確定零件的全部尺寸。 這部
6、分設(shè)計(jì)工作主要體現(xiàn)在圖樣上。,作為制造的依據(jù)，應(yīng)繪制出整個(gè)機(jī)械的裝配圖、組成機(jī)械的各個(gè)部件的裝配圖，以及全部非標(biāo)準(zhǔn)化零件的零件圖。 圖樣上應(yīng)標(biāo)明制造所需要的全部信息：材料、熱處理、基本參數(shù)和所有必要的尺寸，以及加工精度等技術(shù)條件。此外，還應(yīng)提出所有外購(gòu)件的明細(xì)表。,,,機(jī)械設(shè)計(jì)的重要地位,中國(guó)啟動(dòng)了創(chuàng)新型國(guó)家的建設(shè),擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，機(jī)械設(shè)計(jì)至關(guān)重要,在若干重要領(lǐng)域掌握一批核心技術(shù)，擁有一批自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，造就一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)，大幅度提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力。 培養(yǎng)造就富有創(chuàng)新精神的人才隊(duì)伍。,設(shè)計(jì)階段的工作如何，就基本上 決定了一個(gè)產(chǎn)品成本的高低。,機(jī)械是否滿足社會(huì)性要求，完全取決于設(shè)計(jì)。,,
7、,機(jī)械設(shè)計(jì)的過程,第二節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)的過程和方法,,機(jī)械設(shè)計(jì)的方法,一、機(jī)械設(shè)計(jì)的過程,,設(shè) 計(jì) 的 類 型,三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的,照相機(jī),,單缸洗衣機(jī),雙缸洗衣機(jī),普通車床,,立式車床,,三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的,實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，擁有自主自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)主要依靠開發(fā)性設(shè)計(jì)。 創(chuàng)新性最強(qiáng)、過程最完整。,一、機(jī)械設(shè)計(jì)的過程,,設(shè) 計(jì) 的 類 型,,,,,機(jī)械設(shè)計(jì)的完整過程,投產(chǎn)以后,,計(jì)劃階段,方案設(shè)計(jì)階段,試制試驗(yàn)階段,技術(shù)設(shè)計(jì)階段,,,,,提出設(shè)計(jì)任務(wù)（市場(chǎng)需求，用戶委托，主管部門下達(dá)） 可行性研究 （重大問題應(yīng)召開論證會(huì)） 編制設(shè)計(jì)任務(wù)書,提出機(jī)械的工作原理 （通過調(diào)查研究和必要的分析，
8、還可能需要進(jìn)行原理性試驗(yàn)） 提出幾種機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案 （進(jìn)行必要的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)，一般是初步的、粗略的） 確定出最佳總體方案 （經(jīng)過分析、對(duì)比和評(píng)價(jià)，作出決策）,運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與設(shè)計(jì) 工作能力分析與設(shè)計(jì) 動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 裝配圖和零件圖的繪制,通過試制和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題，加以改進(jìn)，修改某一部分設(shè)計(jì)結(jié)果。,收集用戶反饋意見，研究使用中發(fā)現(xiàn)的問題，進(jìn)行改進(jìn)。 收集市場(chǎng)變化的情況，為可能提出新的設(shè)計(jì)計(jì)劃準(zhǔn)備資料。,返回,,二、機(jī)械設(shè)計(jì)的方法,常規(guī)設(shè)計(jì)方法 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法,工業(yè)革命以來 力學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展,運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與設(shè)計(jì) 動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì) 工作能力的分析與設(shè)計(jì),20世紀(jì)下半頁(yè) 計(jì)算機(jī)的發(fā)明與快速發(fā)展
9、,方案設(shè)計(jì),運(yùn)動(dòng)學(xué)分 析與設(shè)計(jì),動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì),零件工作 能力設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),創(chuàng)造性,主要依賴于設(shè)計(jì)者 的靈感,,常規(guī)設(shè)計(jì)方法有如下不足： 方案設(shè)計(jì)過分依賴設(shè)計(jì)者個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和水平； 一般滿足于獲得一個(gè)可用方案，而不是最佳方案； 受計(jì)算手段的限制，簡(jiǎn)化假定較多，影響了設(shè)計(jì)質(zhì)量； 設(shè)計(jì)工作周期長(zhǎng)、效率低，不能滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、產(chǎn)品更新速度加快的新形勢(shì)。,盡管現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法已經(jīng)興起，但常規(guī)設(shè)計(jì)目前仍被廣泛應(yīng)用。 設(shè)計(jì)者應(yīng)該首先掌握常規(guī)設(shè)計(jì)方法，才能進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。 本課程的內(nèi)容主要是介紹常規(guī)設(shè)計(jì)方法。,現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法,近數(shù)十年來，社會(huì)需求呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，產(chǎn)品更新速度加快。如果設(shè)計(jì)速度
10、慢，就會(huì)貽誤商機(jī)，造成不可彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)損失。,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) （Computer-Aided Design, CAD),,提高設(shè)計(jì)速度成為設(shè)計(jì)方法革新的最主要的目標(biāo)。,優(yōu)越性： 提高效率，縮短設(shè)計(jì)周期，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 給出多個(gè)方案，供設(shè)計(jì)者比較、選擇，確定最佳方案。 從繁瑣的重復(fù)性工作中解脫出來，將時(shí)間和精力集中到創(chuàng)造性的工作上。,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),運(yùn)算快速準(zhǔn)確,存儲(chǔ)量大,邏輯判斷功能強(qiáng),,輔助設(shè)計(jì)者 進(jìn)行設(shè)計(jì),機(jī)械設(shè)計(jì)專家系統(tǒng) （Expert System） 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在上世紀(jì)90年代的新發(fā)展。 專家系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)程序，它使計(jì)算機(jī)具有學(xué)習(xí)、推理、決策和創(chuàng)
11、造等智能行為，并能夠在專家的水平上工作。,CAD,機(jī)械設(shè)計(jì)活動(dòng),,數(shù)值計(jì)算型的工作 （計(jì)算與繪圖）,符號(hào)推理型的工作 （方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）,專家系統(tǒng),優(yōu)化設(shè)計(jì)（Optimal Design） 可行方案與最優(yōu)方案 最優(yōu)，就是使某一項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最?。ㄈ缰亓浚┗蜃畲螅ㄈ缧剩?。 機(jī)械設(shè)計(jì)的問題一般都較復(fù)雜，求最小值或最大值的問題并不是用微分方法求極值就能簡(jiǎn)單地予以解決的。 數(shù)學(xué)領(lǐng)域的分支數(shù)學(xué)規(guī)劃理論，提供了很多求優(yōu)的數(shù)值方法，這些方法都以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的大量的數(shù)值疊代計(jì)算為基礎(chǔ)。 為了采用這些優(yōu)化方法，就需要將具體設(shè)計(jì)問題的物理模型轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)學(xué)模型。,、,高速化推動(dòng)了機(jī)械動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。 精密化
12、要求機(jī)械的實(shí)際運(yùn)動(dòng)盡可能與期望運(yùn)動(dòng)相一致。在分析誤差時(shí)必須盡可能地計(jì)入各種因素的影響。 振動(dòng)和噪聲過大，則會(huì)影響車輛的舒適性并污染環(huán)境。 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)：考慮機(jī)械的動(dòng)態(tài)載荷和系統(tǒng)的動(dòng)特性，以動(dòng)力學(xué)分析為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)機(jī)械。 需要在計(jì)算機(jī)上用數(shù)值疊代算法求解微分方程。所以，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)獲得普遍應(yīng)用后才能發(fā)展起來。,動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) (Dynamic Design),可靠性設(shè)計(jì)（Reliability Design） 將概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)引入機(jī)械設(shè)計(jì)中而形成的一種設(shè)計(jì)技術(shù)。 將物理量都視為按某種規(guī)律分布的隨機(jī)變量，用概率統(tǒng)計(jì)的方法確定零、部件的主要參數(shù)和尺寸，使機(jī)械滿足所提出的可靠性指標(biāo)。,式中,為桿件的截
13、面積，,為許用應(yīng)力，,為材料的屈服極限，,為安全系數(shù)。,、材料的性能,、截面積,二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)由于飛行故障而損失的飛機(jī)比被擊落的飛機(jī)多1.5倍。 應(yīng)航天計(jì)劃的需要，興起在上世紀(jì)60年代的美國(guó)。 可靠性設(shè)計(jì)已應(yīng)用于從宇宙飛船到家用電器的廣闊領(lǐng)域。,創(chuàng)造性設(shè)計(jì)（Creative Design） 利用人類已有的科技成果，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)出新機(jī)構(gòu)和新機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程。 幾千年來，機(jī)械的發(fā)明依靠的是能工巧匠和專家學(xué)者的靈感和創(chuàng)造性的思維。 如何產(chǎn)生靈感？如何進(jìn)行創(chuàng)造性的思維？在歷史的長(zhǎng)河中，這些智慧的火花是零散的而非系統(tǒng)的，多種多樣的而非單一的。 對(duì)歷史上大量發(fā)明構(gòu)思的過程進(jìn)行了分
14、析和歸納，總結(jié)出一些進(jìn)行創(chuàng)造性思維的方法，形成了“創(chuàng)造學(xué)”。 創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，特指以創(chuàng)造學(xué)理論為基礎(chǔ)進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新的方法。,現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法,,,,對(duì)設(shè)計(jì)者的基本要求,第三節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)類課程簡(jiǎn)介,,機(jī)械設(shè)計(jì)類課程簡(jiǎn)介,,機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程,,,在大學(xué)機(jī)械類專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中，安排了一組機(jī)械設(shè)計(jì)類課程。 這些課程的目的是向?qū)W生提供機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基本理論和知識(shí)，并通過各種教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生具備進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的基本能力，并具備進(jìn)行機(jī)械試驗(yàn)的動(dòng)手能力。 通過這些課程和相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)精神和工作作風(fēng)。,機(jī)械設(shè)計(jì)類課程簡(jiǎn)介,機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程,,,機(jī)構(gòu)的組成與分析 機(jī)構(gòu)是怎樣組成的? 機(jī)構(gòu)具有確定
15、運(yùn)動(dòng)的條件 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類 如何用機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖表示機(jī)構(gòu),,,,常用機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。 分章介紹這些機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、類型、原理、運(yùn)動(dòng)、應(yīng)用、分析和設(shè)計(jì)。,,,機(jī)器動(dòng)力學(xué) 分析機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的受力情況 分析機(jī)器在已知外力下的運(yùn)動(dòng)情況 解決機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中的速度波動(dòng)和振動(dòng)問題,,,,,機(jī)械零部件的工作能力設(shè)計(jì) 常用機(jī)械零件的類型、原理、標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用、失效、分析和設(shè)計(jì)方法。,,,機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 常用機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。,,,,,機(jī)械系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)的選型和組合 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 結(jié)合課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生具有： 初步的擬定機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的能力。 設(shè)計(jì)由通用零件組成的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的能力。,掌握了設(shè)計(jì)理論與方法 掌握了方案設(shè)計(jì)的基本知識(shí) 進(jìn)行了設(shè)計(jì)機(jī)械的基本訓(xùn)練,學(xué)習(xí)機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程的目的,為后續(xù)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ),認(rèn)識(shí)機(jī)械,分析機(jī)械,設(shè)計(jì)機(jī)械,掌握了分析方法，對(duì)機(jī)械的認(rèn)識(shí)提高到理性認(rèn)識(shí)的高度 具備了對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械進(jìn)行分析的能力,為今后參加實(shí)際工程中的機(jī)械設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ),
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