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王小芳第一章绪论《机械设计》是机械类专业的一门技术基础课，既直接面向工程实际，又是后面所学设计类专业课的基础。是初步掌握机械设计能力的必然环节。课程的性质：1.1机器和机械零件的基本概念•机械设计中需要解决的两个问题•1、为了设计机器部件和装置，必须会设计组成系统的各个零件。•2、同时，也必须能够把各个零件组合成能满足顾客需要的系统。•机器是日常生活和工业生产中能满足人们某种需要，用来执行机械运动、变换或传递能量、物料、信息的装置。•例如：机床、汽车、洗衣机、水泵等等。一、机器的概念机器组成：原动机传动装置—工作机—控制系统辅助系统（如仪表、照明等）轿车组成：任何机器都是由许多零件组合而成的。二、机械零件的概念零件：组成机器的不可拆的基本单元（即制造的基本单元）。部件：为完成同一使命而协同工作的许多零件的组合。滚动轴承联轴器。用途专用零部件：只在一定类型机器中使用的零件，如曲轴。通用零部件：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。标准件：制定了国家标准，并由专门工厂生产的零部件。如：滚动轴承、螺栓等。•本课程是以一般通用零件的设计为核心，论述它们的基本设计理论与方法的设计性技术基础课目的：1、通用机械零部件的设计计算。2、综合运用本课程和其它先修课程的知识，设计机械传动装置和一般机械。1.2机械设计的要求和设计程序一、设计机器应满足的基本要求1、功能要求实现预定功能，工作可靠。措施：2、经济性要求三方面：生产成本低、使用消耗小、维护费用低。1）设计中采用“三化”零部件；标准化、系列化、通用化2）应用成熟的新技术、新材料。3）选用高效率设备，减少动力、燃料消耗。3、外观造型要求颜色、造型4、环保要求噪音、废气、废液。•例1：深水水样采集器•设计一种可以抛入水中自动沉入500米深处采集水样的装置，要求每次采集0.5升体积的水样，然后自动浮出水面，采集的水样深度误差在正负10米范围•例2可折叠变升程梯•设计一种可以折叠的新型梯子，要求具有变升程功能，最大高度可达6米，载重量可达200公斤，要求使用方便、可以实现完全折叠、强度可靠、总量限定在可以人力搬运的范围内。二、设计方法1.内插式设计:这种方法有成功的经验可以借鉴。设计时作一些技术改进。无论所设计的装置多么新颖独特，对实现类似功能的装置的了解都是十分重要。2.外推式设计:有部分经验可以借鉴，但外推部分处于未知领域。3.开发性设计:应用新原理，新技术设计新型技术装备。机械设计的一般程序市场调研可行性研究原理方案设计技术设计试制试验小批生产试销投产设计任务书定出最佳方案装配图、零件图、技术文件样机评价改进考核工艺性收集用户意见产品销售机械设计是一个创新与借鉴相结合的过程1.3机械零件的设计要求和设计过程一、机械零件设计要求：零件：满足功能、安全可靠、成本低廉。1.安全可靠：需要根据可能发生的失效，确定零件在强度、刚度、振动稳定性、耐磨性、耐温性等方面必须满足的条件。（这些条件是判断零件工作能力准则）•2.成本低廉：设计和制造考虑：正确选材，结构合理，公差等级合理，加工和安装的工艺性。•3.设计是一个比较、优化的过程二、设计过程1.确定零件的载荷----根据零件的工作情况和简化计算方案----名义载荷：根据额定功率，用力学公式计算出作用在零件上的载荷。F----计算载荷：反映了实际载荷不均匀性及其它影响。Fc=KF由于载荷作用的不平稳性、分布的不均匀性等因素，实际载荷大于名义载荷。——载荷系数K•2.选择零件的材料•----根据零件的工作要求，考虑材料的力学性能、物理、性质、经济因素、可获得性•3.确定零件的主要尺寸•----根据工作能力准则确定，标准化或圆整。•4.绘制零件图1.4零件的计算方法和标准化原理•一、零件的计算方法：•1.设计计算----根据零件的工作情况和选定的工作准则拟定安全条件----求出危险剖面尺寸•2.校核计算----参照现有的图纸、实物、和经验数据拟定有关尺寸，根据工作准则----校核危险剖面安全性•精确校核计算----充分考虑各有关因素的校核计算。•3.条件性计算(设计、校核）----合理的简化计算。•4.“安全---寿命”和“破损---安全”的设计思想“安全---寿命”：没有裂纹为基础。为本教材所介绍的方法“破损---安全”：允许裂纹存在，掌握裂纹的扩展规律。•5.经验数据,模型试验,实物实验的重要性•机械零件的设计不能完全依赖于理论计算，对于复杂的零件，有时可以通过模型试验或实物试验进行确定，尤其是复杂零件。•6.优化设计的思想首先是建立能反映设计变量与工作性能关系的数学模型，然后在给定的约束条件下，每改变一组设计变量即可构成一种设计方案，经过若干次计算机运算，可从中选择最佳的设计方案。二、标准化、系列化、通用化标准化：通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、制图要求等，制定出各式各样的大家共同遵守的标准。系列化：按尺寸大小系列化。通用化：系列之间和之内尽量采用同一结构和尺寸。目前我国的标准化体系分为：国家标准（GB）、专业标准、行业标准、企业标准、国际标准等。目前的标准体系正逐渐向国际标准靠近和接轨。采用三化具有以下一些优点：•1)减轻设计工作量，避免重复劳动，节省精力以应用于关键设计的活动中；•2)可以减少技术过失的重复出现，增大互换性，便于维修和装配；•3)可以安排专门工厂采用专业设备和先进技术生产标准零件，实现最优的技术经济性能；•4)有利于提高产品的设计、制造速度，增加产品品种、扩大生产批量，达到产品的优质、高产和低消耗。•三化程度是衡量产品性能的重要指标之一。1.5机械设计学科现状和对设计人员的要求一、机械设计学科的发展1．相关新学科的出现带动机械设计学科的进步摩擦学，断裂力学；2．动态设计成为机械设计的发展方向传统的机械设计每个零件的设计过程相对孤立，随着机械动力学学科的发展，特别是计算机技术的发展，目前正向以多种零件的综合或整机系统为对象的动态设计方向发展；3．计算机辅助设计推动了机械设计的新发展一系列先进的设计方法的出现，如：优化设计系统设计、可靠性设计、设计方法学、价值工程、造型设计、模块化设计、并行设计、反求设计、优势设计、绿色设计、有限元方法、数值模拟、人工智能等；4．机械设计学科正面临重要的机遇和挑战机械设计的CAD技术的发展，其功能已经不是简单地数值计算和绘图，已经能够利用计算机进行逻辑推理、智能化设计、方案构思、决策判断等人力难以完成的工作，因此，传统的机械设计学科正面临新的转折和挑战；5．微纳米技术为机械设计提出了新的发展领域以纳米尺度的机器和零部件为设计对象。二、对设计人员的要求1．要不断学习新知识、富于探索和进取精神；2．要有高度的责任心，强化法律和道德观念；3．要培养和具备创新的能力。复习思考题1、通用零件和专用零件有何区别？2、本课程的学习目的是什么？3、设计机器应满足的要求有哪些？4、常用设计方法有哪几种？5、机器的一般设计程序是怎样的？6、何谓零件的工作能力准则？7、零件的一般设计步骤如何？8、何谓名义载荷和计算载荷？两者有何关系？9、何谓机械零件的“三化”？10、国标代号是什么？SEMINARTOPIC结合实际谈谈机械设计在工程实际中的重要性。通过本章学习使你对机械设计的认识又有了哪些方面的改变和提高？