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1、第一章 机械及机械零件的基本要求和设计过程,第二章 机械零件的失效形式及设计准则,第一章 机械与机械零件的基本要求和设计过程,1.2 机械及机械零件的基本要求,1.3 机械及机械零件的一般设计过程,1.4 本课程的内容和学习要求,1.1 机械系统及人-机-环境系统,认识机器,全自动洗衣机,减速器与变速器,工业机器人,汽车防抱死系统,机器人焊接,机器人去毛刺,在学习机械设计课程之初，有必要对机械的组成，机械的基本要素有一个感性的了解。下面先看几个例子。,工业机器人,柔性加工系统中的工业机器人,示教板 用于输入控制命令 或控制程序,控制系统 用于控制操作机各关节内伺服电机的运动,工业机器人的组成,
2、操作机 在控制系统的控制下，实现各种复杂运动。每个关节内有电动机和减速器,工业机器人,机械与机械系统,机械是各种机构、装置、器械、仪器和机器的总称。 现代机械的种类繁多，其用途、结构、性能千差万别，但从系统的观点看，任何机械都是一个系统，都是一个由若干装置、部件和零件组成的具有特定功能的机械系统。,机械系统的组成,1、动力系统：包括动力机及其配套装置，是实现能量转换，为机械系统提供动力的部分。动力机主要有: （1）电动机：普通电动机(交流和直流), 特种电机（隔爆型、起重冶金用、船用、纺织用、木工用、潜水泵用），控制电动机（步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机）。 （2）内燃机：柴油机、
3、汽油机 （3）液压泵：齿轮泵、叶片泵和柱塞泵 （4）空气压缩机,机械系统的组成,2、执行系统：执行系统是利用机械能（或液压能或气压能）完成机械系统预定工作任务的装置。 运动：直线、回转、间歇； 动力：力（F)、力矩(MT)、功率(P) 3、传动系统：通常动力机的运动和动力不能直接满足执行系统的要求，传动系统就是把动力机的运动和动力进行适当变换后传递给执行系统的中间装置，其主要功能包括减速或增速、变速；改变运动规律或运动形式；起动、制动和反向；传递功率、转矩或力等 4、操纵和控制系统：操纵系统和控制系统是使动力系统、传动系统和执行系统彼此协调运行，并准确可靠地完成整机功能的装置 5、辅助系统：冷
4、却、润滑、电系、指示等,机械系统与机械零件,认识机器5,工业机器人操作机,机械系统与机械零件,认识机器5,机械零件是构成机械系统的最基本要素，也是机械加工制造的基本单元。,通用零件：在各种机械中普遍都能用到的机械零件。 如：螺钉、键、齿轮、蜗杆与蜗轮、带与带轮、链与链轮等,专用零件：只有在一定类型的机械中才能用到的机械零件。 如：汽轮机的叶片、起重机的吊钩、汽车的轮箍、冲床的曲轴等,部件：为制造和装配的方便，常把一些为实现同一功能、在结构上紧密相关的零件组合体称为部件。 如：普通车床的主轴箱、进给箱、溜板箱、尾座、床身等部件； 汽车的变速箱、转向器、差速器、前桥、后桥等部件,本课程的主要学习通
5、用零件的设计，而专用零件的设计方法应在有关专业 课中学习。,人-机-环境系统,机械产品从计划、设计、制造、安装、运行直至报废所经历的时间称为 寿命周期 。,环 境,环境状况（振动,噪声,粉尘、废水、废气、废物排放与治理，对周围机械设备的影响等）； 资源利用（能源、原材料、水、土地等）； 市场态势（竞争形势、供求状况、交货期、资金回收等）； 生产条件（设备、技术、人员、工作环境、资金筹措等）； 法律、法规与政策,人 员,操作人员的技术状况及操作熟练程度； 操作人员及周边人员的健康与安全要求（操作轻便性、舒适性、宜人性，产品的造型设计，安全保护与防护措施等）,机 械,功能的合理性与性能的先进性；
6、执行预期功能的安全性（强度、刚度、寿命、稳定性等）； 可靠性； 经济性； 工艺性； 操作性； 维修性,机械系统本身是人-机-环境系统的组成部分。,机械及机械零件的基本要求,设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：,使用功能要求 经济性要求 劳动保护要求 可靠性要求 其它专用要求,详细说明,机械设计的一般过程,一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。 机械产品的设计是一个创造性的复杂的劳动过程。,必须指出，设计具有多解性，不存在绝对正确的方案，任何产品都可不断改进。在设
7、计过程中，对很多问题的认识也在不断深化。因此，设计过程就是一个不断否定、持续改进、渐趋完善的过程，不要企求一次成功。 要正确处理好借鉴与创新的关系，既要借鉴成功的经验，也要积极创新。,机械零件设计的一般过程,装配图是机械零件设计的依据，零件设计时需确定制造零件所需的所有尺寸及其偏差、表面粗糙度、材料与热处理及技术要求等。 机械零件设计的一般过程如下： 根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。 根据确定的方案，计算作用在零件上的载荷。 根据零件的使用要求、载荷大小及变动状况，选择合适的材料及热处理要求。 分析零件的失效形式，按相应的设计准则计算零件的主要尺寸，并进行标准化或圆整。 根据该零件的
8、工作要求及与相关零件的配合和位置要求，进行结构设计，确定零件的形状、全部尺寸及极限偏差、表面粗糙度、形位公差及技术要求，绘制零件工作图样。,本课程的性质、内容和特点,本课程的主要内容是：学习机械系统设计的基础知识； 学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。,本课程中“设计”的含义是指机械装置的实体设计，涉及零件的应力、强度 的分析计算，材料的选择、结构设计，考虑加工工艺性、标准化以及经济 性、环境保护等。,机械设计结果的表现形式为：机械工程图、说明书和计算机程序。,本课程所涉及的先修课程有：,工程材料：非金属材料，金属材料及热处理。,工程制图：设计的图形表达。,机械制造基础：冷加工工艺，热加工工
9、艺。,公差配合与技术测量：解决精度设计问题。,理论力学：解决力分析与动力计算。,材料力学：解决强度分析问题。,机械原理：解决机械系统的方案设计。,本课程的性质、内容和特点,第一章 机械及机械零件的基本要求和设计过程,第二章 机械零件的失效形式及设计准则,第三章 机械零件的强度,第四章 摩擦、磨损与润滑概述,第十章 螺旋传动,第十六章 键联接,第十七章 其他联接,第六章 带传动,第七章 链传动,第八章 齿轮传动,第九章 蜗杆传动,第十三章 滑动轴承,第十四章 滚动轴承,第十二章 联轴器和离合器,第十一章 轴,第十八章 弹 簧,第二十章 机架和箱体简介,第十九章 减速器与变速器,第五章 现代设计方
10、法简介,第十五章 螺纹联接,本课程的性质、内容和特点,本课程的几个特点,涉及面广 关系多因与诸多先修课关系密切。 要求多强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。 门类多各类零件，各有特点，设计方法各异。 公式多计算多，有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式。 图表多结构图、分析图、原理图、示意图、曲线图、标准、经验数表。,实践性强不仅读懂书就行，要多联系实际，要注重实践性环节。,无重点又都是重点，设计工作必须详尽，细小的疏忽也会导致严重事故。,设计问题无统一答案更多地谈论谁设计得更好，要注意发展求异思维。,本课程的性质、内容和特点,注意处理好几个关系,零件的设计与选用 零件设计的两个
11、主要途径。,设计计算与结构设计 设计决非只是计算，更应重视结构设计的学习。,性能要求与经济性 永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。,经验设计与现代设计 二者均重要，前者是后者的基础。,具体的设计方法与一般的设计能力 前者是学习的形式，后者是学习的目的。,树立正确的设计观念,产品设计是造物的构思，从服装到建筑，从汽车到飞机，从手机到电视机，凡是人类想造的物品都需要从设计构思开始。 产品设计的描述预示物质生产要实现的东西，设计的过程是寻找产品期望功能的实现途径。设计要回答：想造什么？怎么造？ 设计的结果，即产品的几何和技术特征是以工程图样、几何模型和产品数据等文档表达，是产品形成过程中所有
12、后续工作的出发点。,树立正确的设计观念,树立正确的设计观念,决定一个产品在市场成功与否的产品形态和总体特征都是在设计过程中确定的。 设计确定了产品的结构、材料、加工工艺和装配方法、以及主要配套元器件。 设计决定了 6070% 的产品生产成本，而它的花费却不到10%。 在设计阶段进行工程更改花费的代价较小，而在投入生产后进行工程更改花费的代价很大。,树立正确的设计观念,树立正确的设计观念,树立正确的设计观念,$10,$100,$1,000,$10,000,$100,000,$ ?,在产品生命周期不同阶段 工程更改的费用将以指数增加,设计 概念模型 快速制模 生产模具 投入批产 市场销售,产品设计决定企业兴衰,课程考核方式,考核方式：采用期末理论考试和过程考核相结合方式进行考核。 其中： 理论考核占 50%， 课外设计实践占 30%， 实验占 10%， 平时考勤和作业完成情况占 10%,思考题,思考题： 1、现代机械有哪些基本要求？ 2、如何提高机械产品的经济性？,