機械設計介紹ppt課件.ppt

1、機械設計基礎,1,0.1 機械設計概述,0. 1.1 設計的本質 設計是復雜的思維過程，設計過程蘊涵著創(chuàng)新和發(fā)明的源泉。 設計就是盡可能少地消耗以材料、能源、勞動力、資金等形態(tài)存在的資源，創(chuàng)造出滿足預先設想功能要求的物質實體， 設計是人類進行的一種有目的、有意識、有計劃的創(chuàng)造活動。,2,現代設計強調創(chuàng)造能力開發(fā)和充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性；重視原理方案的設計、開發(fā)和創(chuàng)新產品。 現代設計已不再把時間花費在煩瑣的計算推導及平面圖紙的設計上，現代設計在設計過程中，綜合考慮、分析市場需求、設計、生產、管理、使用、銷售能各方面的因素；綜合運用優(yōu)化系統工程、可靠性理論、價值工程、技術等學科的知識，探索多種解決設計

2、問題的科學途徑。 在這樣一個迅猛發(fā)展的時代 , 人們的要求越來越高, 也就對設計工作者提出了更高的水準。 設計向什么方向發(fā)展, 設計如何解決現代人的需求, 已經成為重要的研究課題。 機械設計基礎課程在產品設計中的作用 ?,3,華中科技大學機械學院 楊家軍,機械設計的一般進程大體上可劃分為 產品規(guī)劃、概念設計、詳細設計試制生產四個階段 需要強調的是, 在概念設計階段, 其中諸如建立功能結構、尋求作用原理、構思總體原理解及布局造型等等, 都是最具創(chuàng)造性的工作 因此也是決定新產品開發(fā)成敗與否的最關鍵階段。 設計進程本身是一個不斷反饋循環(huán)的過程, 設計者在每一步都可能獲得新的信息, 從而反饋到前面的步

3、驟。 因此, 一個出色的設計者往往要經歷多次反復才能真正達到其最優(yōu)效果。,4,創(chuàng)新設計是指充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關科學技術成果（ 含理論、方法、技術原理等）進行創(chuàng)新構思設計出具有新穎性、創(chuàng)造性及實用性的機構或機械產品的一種實踐活動。 歸納起來創(chuàng)新設計具有如下特點 : 創(chuàng)新設計是涉及到多種學科, 包括設計學、創(chuàng)造學、經濟學、社會學、心理學等的復合性工作, 其結果的評價也是多指標、多角度的； 創(chuàng)新設計中相當一部分工作是非數據性、非計算性的, 而是要依靠對各學科知識 的綜合理解與交融, 對已有經驗的歸納與分析, 運用創(chuàng)造性的思維方法與創(chuàng)造學的基本原理開展工作； 創(chuàng)新設計不只是因為問

4、題而設計, 更重要的是提出問題, 解決問題； 創(chuàng)新設計是多種層次的, 不在乎規(guī)模的大小, 也不在乎理論的深淺, 注重的是新穎性、獨創(chuàng)性； 創(chuàng)新設計必須具有實用性，其最終目的在于應用。 學起于思，思緣于疑，如生活中會出現飲水機在倒水時手推開關會把一次性水杯壓扁；臺燈寫字時手會遮住光線留下影子；用墨水瓶吸墨水時會把筆弄臟；電梯按鈕不適合不同身高的人，且只有視覺提示，沒有考慮盲人等特殊人群等問題，將這些問題解決就是創(chuàng)新設計。,5,012 設計的原則,6,“不以規(guī)矩、不成方圓”,7,1、創(chuàng)新原則,創(chuàng)新就是通過引入新概念、新思想、新方法、新技術等或對已有產品的革新來創(chuàng)造具有相當社會價值的事物或形式。,創(chuàng)

5、新概念,8,【案例分析】,洗衣機的發(fā)展與創(chuàng)新,第一臺電動洗衣機,第一臺手搖洗衣機,單缸單洗洗衣機,雙缸半自動洗衣機,全自動滾筒洗衣機,9,10,11,雪地自行車,12,【案例分析】,3、經濟原則,木桶,塑料水桶,多功能自行車,13,【案例分析】,4、美觀原則,14,武器 槍,5、道德原則,道德是觀念，產品設計時必須考慮它與人、社會、環(huán)境的關系，要尊重他人知識產權、技術的成果。發(fā)明的產品不能傷害別人的身體，不能污染環(huán)境，如發(fā)明的帶高壓電的防盜網,激光致盲防盜鎖、恐怖玩具就不滿足道德原則，也是法律不允許的。,15,6、技術規(guī)范原則,技術規(guī)范是有關開發(fā)產生技術的知識、領域、方法和規(guī)定的總和。技術規(guī)范

6、有強制性的，也有推薦性的；技術規(guī)范是隨科學技術發(fā)展而發(fā)展的。機械產品設計中要求系列化、通用化、標準化，以便滿足零部件之間方便互換的要求，如螺栓、螺母、墊片與港口運貨的集裝箱（圖0.9）、標準齒輪等，都滿足技術規(guī)范原則。而各種手機電池、充電器沒有采用統一技術標準，給用戶使用中帶來許多麻煩。,16,螺栓,17,7、可持續(xù)發(fā)展原則,白色污染,技術設計的可持續(xù)性發(fā)展原則是指產品的設計既滿足當代發(fā)展的需求，又考慮未來發(fā)展的需求，不以犧牲后人的利益和長遠的利益為代價來滿足當代人的需求，產品的設計要考慮到人類長遠的發(fā)展，資源與能源的合理利用，生態(tài)的平衡等可持續(xù)發(fā)展的因素。,18,太陽能汽車,19,8、安全原

7、則,安全是人類對產品最基本的需求，產品設計必須考慮安全問題。機械安全基本要求是有足夠的抗破壞能力、良好的可靠性和對環(huán)境的適應性，可靠有效的安全防護，履行安全人機學的要求，通過選用適當的設計結構盡可能避免或減少危險，采用本質安全技術，避免銳邊、尖角和凸出部分，防止超載應力 ，避免交變應力，進行回轉件的平衡，采用機械化和自動化技術，減少操作者涉入危險區(qū)的時間，并設置安全裝置。,20,吊具 抓斗,21,9、科學性原則,設計應當符合自然規(guī)律（科學性原則），否則產品就沒有其生存空間。如靈巧機械手、航天飛機的發(fā)明符合科學性原則。電動機、發(fā)電機設計遵循了電磁感應的科學原理，永動機構想則違背能量守恒定律和轉化

8、原理，不符合科學性原則。,22,靈巧機械手 航天飛機,23,課程的性質與任務,是一門介紹常用機構和通用機械零件的基本知識和基本設計方法的技術基礎課。,24,教學內容 1、研究機構的組成及具有確定運動的條件。 2、研究四種基本機構的特性和設計方法。 3、討論機械零部件的設計方法，如零部件的工作能力、參數設計、結構設計、加工工藝等。,25,本課程的基本學習方法,1 著重基本概念的理解和基本設計方法的掌握，不強調系統的理論分析；,2 著重理解公式建立的前提、意義和應用,不 強調對理論公式的具體推導；,3 注意密切聯系生產實際，努力培養(yǎng)解決工程 實際問題的能力。,26,機械(machinery),機器

9、,機構,27,機器(machine) 執(zhí)行機械運動的裝置，它用來變換和傳遞能量、物料與信息,28,用來傳遞運動和力或改 變運動形式的構件系統,機構(machanism),29,機構和機器的區(qū)別,機構只是一個構件系統， 而機器除構件系統外，還包含電氣、液壓等其它系統 機構只用來傳遞運動和力， 而機器除傳遞運動和力外，還具有變換或傳遞能量、物料和信息的功能,30,機器是由機構組成的。 例：內燃機,連桿機構 凸輪機構 齒輪機構,機構運動簡圖,31,由若干機械裝置組成的、完成特定功能的系統。,機械系統,32,構件和零件,機器中的獨立運動單元,零件 機器中的制造單元,機構的組成和運動副,機構的組成要素是

10、構件和運動副,構件,33,其中，運動規(guī)律已知的活動構件稱為原動件， 輸出運動或動力的從動件稱為輸出件。,34,1-連桿體 2-螺栓 3-螺母 4-連桿蓋,由若干零件組成的構件連桿,35,二、運動副及其分類,運動副：機構中兩構件直接接觸的可動聯接。,運動副元素：兩構件上參加接觸而構成運動副 的部分，如點、線、面。,36,運動副的分類,根據運動副的接觸形式，運動副歸為兩類 1）低副：面接觸的運動副。如 :,移動副,轉動副,37,運動副的分類,2）高副：點或線接觸的運動副。 如 :,齒輪副,凸輪副,38,機械零件,水輪機葉片、活塞、曲軸,本課程重點討論通用零件的設計。,39,1-2 機械零件的工作能

11、力和計算準則,一、設計機械零件的基本要求,1、滿足功能要求，能夠準確實現預定的功能； 2、工作可靠在預定的工作期限內不能失效； 3、成本低廉。,失效喪失工作能力或達不到設計要求的性能，不僅僅指 破壞。主要有：,斷裂。如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂,表面點蝕。工作表面片狀剝落,塑性變形。零件發(fā)生永久性變形,過大彈性變形,過度磨損,過大振動和噪聲、過熱等,40,工作能力不失效條件下零件的安全工作限度。 這個限度通常是以零件承受載荷的大小來表示， 所以又常稱為“承載能力”,吊鉤最大起重量50 kN 工作能力或承載能力50 kN,41,二、承載能力判定條件,同一零件可能發(fā)生各種不同形式的失效,軸可能的失效形式

12、：,斷裂、過大彈性變形、塑性變形、共振,強度條件：工作應力許用應力 或 ,剛度條件： 實際變形量許用變形量 y y、 、 ,耐磨性條件,振動和噪聲條件,熱平衡條件,42,三、機械零件的一般設計步驟,3、選擇材料,4、確定計算準則,5、理論設計計算,1、類型選擇,2、受力分析,6、結構設計,7、繪制零件工作圖,8、編寫設計計算說明書,43,許用應力和安全系數,一、載荷及應力的分類,1、載荷的分類,靜載荷 變載荷,不隨時間改變或變化緩慢,隨時間作周期性或非周期性變化,工作載荷 名義載荷 計算載荷,根據原動機功率求得的載荷,對名義載荷進行修正得到的近似值,計算載荷,名義載荷,=,K ,？,實際工作條

13、件下的載荷,44,2、應力的分類,靜應力 變應力,不隨時間改變或變化緩慢,隨時間作周期性或非周期性變化,變應力,穩(wěn)定變應力周期性循環(huán)變應力,非穩(wěn)定變應力非周期性循環(huán)變應力,穩(wěn)定變應力,非對稱循環(huán)變應力,對稱循環(huán)變應力,脈動循環(huán)變應力,45,t,對稱循環(huán)變應力,脈動循環(huán)變應力,非對稱循環(huán)變應力,靜應力,O,46,幾個應力參數,循環(huán)特征：,表示應力變化的情況,對稱循環(huán) r =,1；,脈動循環(huán) r =,0；,非對稱循環(huán),r 0 且 | r | 1;,靜應力 r =,+1,平均應力：,應 力 幅：,對稱循環(huán):m= 0; a=max,脈動循環(huán):m=a=max / 2,47,注意：,變載荷 變應力,靜載荷 靜應力 ？,或變應力, a,二、靜應力作用下的強度問題,主要失效形式：斷裂或塑性變形,強度條件： 或 ,塑性材料：,許用應力：,lim 、lim 極限應力 s 安全系數,lim = s ；lim = s,脆性材料：,lim = B ；lim = B,s、s 材料屈服極限 B、B 材料強度極限,48,三、變應力作用下的強度問題,主要失效形式：疲勞破壞,強度條件： ,lim = ？,疲勞破壞與零件的變應力循環(huán)次數有關,N 應力循環(huán)次數,rN 疲勞極限（對應于N）,N0 循環(huán)基數,r 持久極限,由此得：,與應力狀