绪论与机械设计概述.ppt

1,1-1 研究对象和内容1-2 课程和机械设计地位1-3 基本要求和设计过程1-4 机械设计方法简介,第1章 绪 论,机械设计基础 绪论,2,绪论 研究对象和内容,一、研究对象机械Machinery:机器和机构的总称。,机器Machine：由制造单元经装配而成的组合体 结构各实物之间具有确定的相对运动 运动能完成机械功或转换能量 能量机构Mechanism：平面机构、空间机构由制造单元经装配而成的组合体 结构各实物之间具有确定的相对运动 运动机器可以由一个机构组成，也可以由若干个机构组合而成,举例说明,机械设计基础 绪论,3,机器：机器是具有确定运动的构件的组合体，它用来转换能量，改变或传递物料和处理信息，以代替和减轻人的体力和脑力劳动。,4,机构：机构是实现传递机械运动和动力或改变机械运动形式的构件组合体。例如我们在工程上或生活中常见的齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、带传动和链传动机构等等。,5,在长期的生产实践中，人们为了改善劳动强度，提高劳动生产率，创造和发展了各种机器。机器的种类很多，根据其用途不同，可以分为：动力机器（如电动机、内燃机、发电机等）、加工机器（如机床、纺织机、包装机等）、运输机器（如汽车、拖拉机、输送机等）和信息处理机器（如计算机、机械积分仪、记帐机等）。back,6,机械手,电力装置,控制器（计算机）,液压站,工业机器人,机械设计基础 绪论,7,内燃机,内燃机：（构件）气缸、活塞、连杆、曲轴、齿轮、凸轮、推杆内燃机：（机构）连杆机构（气缸、活塞、连杆、曲轴）齿轮机构（齿轮）凸轮机构（气缸、凸轮、推杆）,气缸体,活塞,连杆,曲轴,齿轮,凸轮,推杆,机械设计基础 绪论,8,常用机构,机械设计基础 绪论,9,二、研究内容,常用机构的运动特性、结构分析及设计方法连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、间歇运动机构、组合机构机械动力学设计通用机械零件的工作能力的验算与设计通用机械零件的结构设计,机械设计基础 绪论,10,1-2 课程和机械设计地位,一、课程 1.特点:是一门具有工程特色的、极为重要的技术基础课,联系工程实际紧密、讨论共性问题.2.先修课程高等数学 普通物理 机械制图 工程力学、金工实习,基础课,技术基础课,专业课,机械设计基础,比基础课更接近工程实际,承上启下,比专业课有更宽的研究面和更广的适应性,机械设计基础 绪论,11,3.学习本课程的目的,为后续课打好理论基础为机械产品的创新设计打下良好基础为现有机械的合理使用和革新改造打基础培养综合考虑问题的能力,机械设计基础 绪论,4.学习方法 1.学习知识的同时，注重能力的培养 2.注重逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养 3.注重实践，多观察、分析与思考 4.善于发现事物的共性、个性5.学习要求 建立基本概念 理解基本原理 掌握基本方法 了解国家规范,12,二、机械设计在国民经济中的地位,1 经济竞争归根结底是设计和制造能力竞争工业化国家的财富6080%是制造业创造的制造是将科技转化为财富的最后环节各发达国家重新重视制造业2 机械制造业生产管理模式的转变,中小批量、个性化、柔性生产管理模式,大批量、单一化、流水作业生产管理模式,机械设计基础 绪论,13,3 制造业市场竞争围绕 TQCSF 展开,上市时间 Time质量 Quality产品成本 Cost服务 Service灵活性 Flexible,4 竞争的焦点之一是设计成功的设计赢得了市场设计是科技成果转化为生产力的纽带设计是引进技术实现国产化的重要环节没有现代化设计就没有现代化产品,创新设计,机械设计基础 绪论,14,5 设计在生产中的地位,设计是影响产品技术与经济指标的关键,设计占成本 5%,设计决定成本 75%,开发设计,制造,市场销售,机械设计基础 绪论,15,1-1基本要求和设计过程,机械设计基础 绪论,什么是机械设计？机械设计是一个工作过程。利用新技术开发创造新机械包括两种：在原有机械基础上重新设计或 进 行局部改造。,16,返回,17,一 机械设计的基本要求,功能性要求可靠性要求经济性要求社会性要求,18,1功能性要求,机械产品必须完成规定的功能。机械的功能可表达为一个或几个功能指标。,主要功能指标：每分钟分拣电池的个数。,19,主要功能指标：（1）被加工工件的尺寸范围；（2）滑枕应具有若干种不同的往复运动速度，以满足不同切削工艺的要求；（3）工作台沿横向应能实现若干种不同的进给量；（4）应能供给并传递足够的功率，以克服切削力；（5）应能保证一定的加工精度。,例：牛头刨床,20,机械功能指标的确定：由用户提出 由设计者与用户协商确定机械的功能指标是机械设计最基本的出发点。,21,2可靠性要求,机械零件的内部和表面产生应力和变形,机械要传递力和力矩,有可能导致零件的失效,22,机械应能保证在规定的使用寿命期限内，零件不发生各种型式的失效。为此要进行强度、刚度和寿命的计算，这些计算在整个设计工作量中占了很大的比例。,23,3经济性要求,简化结构选用适当的材料确定合理的加工精度标准化、系列化和通用化,降低机械的能量损失考虑到维修的方便性和经济性,成本,设计阶段的工作如何，就基本上决定了一个产品成本的高低。,24,4社会性要求,所设计的产品不应对人、环境和社会造成消极影响。操作者的安全性和舒适性 机械的造型和色彩美观、大方、宜人 符合国家在环境保护方面的法规,数控加工中心,机械是否满足社会性要求，完全取决于设计。,25,26,例：汽 车,耐用性,27,28,螺纹加工方法,车削加工,丝锥加工,滚压加工,例：,29,例：选矿机械的 工作原理,30,选矿机械的工作原理,螺纹加工的工作原理,机械的工作原理不同，机械的面貌就 完全不同。确定工作原理是方案设计的第一步。,31,1.方案设计根据机械的功能要求，确定机械的总体方案。,32,确定执行构件的运动选择原动机采用哪些机构实现运动形式的转换采用哪些机构实现运动速度的转换确定传动装置的布局,确定机械系统运动方案,33,方案设计是机械设计中至关重要的一步。它从根本上影响机械的结构、性能、成本。应充分调查研究，并集思广益，提出多种方案，并按照四项基本要求，认真地进行比较、分析，以选择出最优方案。,34,确定传动装置中各机构的基本几何参数。例如：牛头刨床：确定连杆机构的各杆杆长，来保证滑枕的速度规律符合要求；内燃机：确定连杆机构的尺寸，凸轮的轮廓曲线，齿轮的齿数等。,35,保证零件在一定的使用期限内不发生失效。通过设计确定零件的参数和基本尺寸。例如：轴的直径齿轮的大小和齿的大小,36,对运转速度较高的机械，会产生振动和速度波动等有害的动力学现象，应进行必要的动力学分析。在此基础上对参数进行必要的修改，或采取一些措施减轻其影响。,37,在确定了各个零件基本参数的基础上，对各零件的结构进行构思，确定零件的全部尺寸。这部分设计工作主要体现在图样上。,38,作为制造的依据，应绘制出整个机械的装配图、组成机械的各个部件的装配图，以及全部非标准化零件的零件图。图样上应标明制造所需要的全部信息：材料、热处理、基本参数和所有必要的尺寸，以及加工精度等技术条件。此外，还应提出所有外购件的明细表。,39,三、机械设计的一般过程,1 机器的组成,原动机部分,传动部分,执行部分,古代机械,机械人,机械设计基础 绪论,40,2.设计过程,产品是否具有创新性，很大程度上取决于原理方案设计，而这正是机械原理课程所研究的主要内容,原理方案图,结构设计草图,总装配图,机械设计基础 绪论,41,1-2 机械设计方法简介和零件失效形式,一、基础设计理论和方法（传统方法）二、现代设计理论和方法三、数字化设计理论与技术,机械设计基础 绪论,42,一、基础设计方法,摩擦学机械动力学机械的损伤和强度理论现代机构学典型零部件设计理论和方法,机械结构损伤和强度理论机械结构应力分析与监控结构疲劳强度理论和寿命预测机械强度可靠性理论与试验技术系统可靠性分析与设计,机械设计基础 绪论,43,1、失效形式,断裂过量变形表面失效破坏正常工作条件引起的失效,机械设计基础 绪论,2、设计计算准则,强度准则刚度准则耐磨性准则振动噪声准则散热性准则可靠性准则,44,1、强度准则,2、刚度准则,零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力,零件在载荷作用下抵抗破坏的能力,y可以是挠度、偏转角或扭转角,45,3、耐磨性准则,作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力,4、振动和噪声准则,5、热平衡准则,6、可靠性准则,系统、机器或零件在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。,46,：可靠度表示零件在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率,N个相同零件在同样条件下同时工作，在规定的时间内有Nf个失效，剩下Nt个仍继续工作，则,不可靠度（失效概率）：,n个零件组成的串联系统，单个零件的可靠度:R1、R2、Rn，则系统的可靠度为Rf=R1R2Rn,47,二、现代设计方法,智能设计、优化设计、可靠性设计、并行设计、网络化协同设计、异地设计等,激烈的竞争,传统的手段,手工绘图,常规的计算方法,简单的计算工具,碰撞,CAD,机械设计基础 绪论,48,三、数字化设计方法,CAD/CAM基于网络的数字化设计基于虚拟现实的数字化设计,CAD,机械设计基础 绪论,49,现实产品开发过程,设计,评价,产品,报废品,报废品,制造,试制,机械设计基础 绪论,50,虚拟产品开发,数据/信息,产品,实际制造,市场信息,机械设计基础 绪论,51,机械零件设计的“三化”,标准化系列化通用化,预 习,自由度的概念，约束的概念，自由度的计算 作 业上网查找有关我国机械设计的先进技术，跟国外相比较有何优缺点？,52,