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课程名称：制造技术及发展上课时间：周三9-10节（1-15周）上课地点：桃西楼202答疑时间：每周五晚7：00~9：00答疑地点：15号楼404室机械系办公室任课教师：刘军电话：63554632（办）、13015524951办公室：15号楼404机械系办公室考核形式：平时（20%，上课+作业等）+考试(80%)考试时间、地点：教务处安排（从网上查看）制造技术及发展主讲：刘军教材：自编、讲义班级：临班0632（135人）学时：30制造技术及发展•1制造技术与制造系统•2机械工程材料及热处理•3机械设计技术•4材料成型制造技术设计（Design）：是指为某一技术任务给出一个尽可能好的解决方案所必需的一切综合和分析活动。而尽可能好的解决方法是指一个十分可靠的、经济可行的、能满足其它限制条件的解决方法。机械系统设计是根据任务要求，对极小系统各子系统的工作原理、运动方式、3机械设计技术3.1设计的概念2011年3月30日第5次课10学时力和能量的传递方式、结构、材料、尺寸、精度和质量、冷却润滑方法，进行构思、综合分析、计算，并将其形成具体图纸和文件的过程。机械系统设计师从市场的提出到满足的众多环境中的第一个也是基本的一个环节。产品的质量、性能、成本等在很大程度上取决于设计的好坏和质量，据统计，机械产品质量事故约有50%是设计不当造成的，而产品成本的79%～80%在设计阶段就确定了。机械系统设计是一门综合性很强的应用技术科学，它包括许多设计内容，诸如系统总体设计、功能原理设计、结构设计等等。因此是理论性和实践性都很强的创造性工作，同时它涉及丛多的学科领域。图3-1所示是设计工作与一些主要学科间的关系。图3-1设计工作与主要学科间的关系尽管机械产品的种类繁多，用途各异，但其设计类型可以归纳为以下三种类型：（1）开发性设计（或称创新性设计）在工作原理、结构等完全未知的情况下，应用已成熟的科学技术或者已证明是可行的技术，设计迄今尚无的新型机械，如最初的飞机、汽车、蒸汽机等。3.2设计的类型（2）适应性设计在原理基本不变的前提下，对产品仅作局部的变更或增设某些新部件，以扩展产品的功能，提高产品技术性能和经济效益。如内燃机上的增压器用以增加输出功率，加上节油器以节省燃料，这类设计就称为适应性设计。（3）变形设计在工作原理和功能都不变的情况下，变更现有产品的结构配置和尺寸，以适应不同的要求。如改变减速器的传动系统和尺寸以满足不同传动比的要求就属于这一类设计。从系统的角度看，任何系统必然存在于一定的周围环境中，机械系统是人-机-环境这一大系统的组成部分，在设计机械系统或机械产品时必须全面考虑进行系统和人、环境（外部系统之间的联系和制约），也必须了解并满足外部环境对机械3.3机械系统设计的基本原则系统的要求或限制条件，这些就是设计的基本条件，归纳成如图3-2的形式。图3-2技术限制条件（1）对机械系统的基本要求——市场条件任何一个技术系统设计和产品开发都离不开该系统产生和作用的环境，在该环境中对其影响最大的因素则是市场要求。不同的机械系统（或产品）因其用途、功能目标和使用环境不同，对其要求也各有差异，大体上可以归纳如下：1）动力或运动学要求。如功率、转矩、力、速度、加速度、调速范围、位移、行程、运动轨迹、单位时间的物流量或表征系统“能力”的其它参数；2）使用方便、可靠、安全、寿命长；3）体积下、重量轻；4）价廉、使用和维护费用低；5）造型美观、色彩宜人；6）满足环境保护的要求，如噪音、毒气、尘埃的治理、防护等。（2）系统属性条件（接口条件）技术系统一般都不是封闭的，它必须和其它系统一起工作，因此，每个系统一般都必须有一个能量流、物料流和信息流的输入口输出口。通常两个系统的过渡部位称为接口。接口可以是两个机器或部件（子系统）之间的连接，或仪器上的插接件，或材料加工设备的送接设备等。由于机械系统必须与外部技术系统（如电网、电子仪器）或生物系统（人）共同工作，所以又出现了另外一些接口。1）用于能量系统、物料、信号信息联系的凸缘、插头、连轴器、漏斗等的某种几何结构、数据、构型数据、尺寸数据等，如插头—插座、产品—集装箱、车辆—隧道和桥梁等。2）用于衡量能量流或信息流以及物流通过能力的功率数据、转矩、转速、电流强度、电压、频率等。3）重量和轮廓尺寸数据，例如对车辆来说，桥梁的承重及隧道的尺寸等数据。4）人和工程中的工效数据。在设计时必须充分了解满足接口条件，否则该系统就无法工作。（3）环境条件由于机械系统是在环境中工作的，系统与环境之间都有相互作用，所以所设计的系统必须承受环境的作用，而且对于来自环境的干扰不敏感，即系统具有很好的鲁棒性（Robstic），反之，系统也不应干扰或损坏环境。1）环境对系统的干扰。物理干扰：冷凝水、海水、雨水、空气温度、火、气压、雷电、地震、冷热、服饰、电磁、静电等；化学干扰：空气湿度、有害气体、氧化、腐蚀、老化等；生物干扰：细菌、昆虫侵蚀、人的误操作等。2）系统对环境和人的干扰。物理干扰：振动、噪声、强光、热、电和磁辐射，人身伤害等；化学干扰：废气、废液、废渣、有害有毒物排放等。（4）其他方面的条件1）制造工艺及制造厂家生产能力的限制条件。设计师必须首先是好的工艺师，同时全面熟悉工厂的生产能力和资源情况（设备种类、技术水平等），才能设计出工艺性、结构性、装配性良好，费用低、生产周期短的技术系统和产品。2）运输包装方面的条件。产品从生产厂家到用户之间的包装、运输方法和相应的费用，对设计提出了重量、尺寸方面的限制条件，如集装箱、隧道、桥梁、立交桥、穿行门洞的限制。此外，在运输中往往伴有起吊、冲击振动、气候变化等，设计时应考虑这些条件。3）政策、法律、标准方面的限制条件。为了维护本国利益，各国在不同时期均会制订出许多政策和法规，设计时应充分了解这些法律法规，才会使产品具有合法的市场，特别是进入WTO以后更是如此。4）文化背景、宗教信仰以及民族特色方面的限制条件。上述这些来自个方面的限制条件是设计工作中应当充分考虑的影响因素，也增加了设计工作的难度，设计的艺术就在于找到符合各种限制条件的适宜措施，正确评价各种条件的重要性，找到一个与限制条件重要程度相匹配的最佳解决方法。按传统设计方法，机械系统设计可分为五个阶段，即计划阶段、设计阶段、试制阶段、批量生产阶段、销售阶段。（1）计划阶段在这个阶段通过市场调研和预测，进行可行性研究，制定产品开发计划，用可行性研究报告和设计任务书的形式明确提出设计要求和设计任务。3.4机械系统开发设计程序（2）设计阶段在这个阶段分几个步骤：1）原理方案的提出。用到创造性科学方法、系统化设计法、机构综合设计法、参数优化法、相似设计法和模块设计法。2）结构方案设计。确定结构形式、尺寸、材料；进行强度、刚度、可靠性计算；画出结构草图。用到结构设计原理及方法、结构优化设计、有限元计算等。3）总体设计。确定总体布局、人机工程设计和造型设计，得到总装配图。可由计算机辅助设计完成。4）零部件设计。根据总装配图完成零件、部件图纸的设计和相关的技术文件。可由计算机辅助设计完成。（3）试制阶段制定零件加工和机器的装配工艺过程，试制样机，并对样机进行试验。根据试验数据修改图纸和工艺过程。（4）批量生产解决在样机试制中发现的问题，改进设计和工艺，正式投入批量生产。（5）销售开发市场、技术服务和用户访问，进行信息反馈。3.5机械系统开发设计举例2011年4月6日第6次课12学时习题1．什么是机械设计？机械设计的类型有哪些？2．机械系统设计时有哪些技术限制条件？每人任选1题2011年4月20日交（第3章完）