机械设计(Mechanical design)

机械设计（Mechanical design ）濮良贵编，《机械设计》第七版，高等教育出版社，2002.1杨明忠主编，《机械设计》，机械工业出版社，2000.12Robert L.Mott 著，《机械设计中的机械零件》，机械工业出版社，2003.1Joseph E.Shigley 著，《机械工程设计》，机械工业出版社，2002.5教科书
参考书
第一篇总论
第一章绪论
一、机器的发展及在经济建设中的作用
✓人力只有1/10～1/7匹马力；
✓马拉车，一般不超过7匹马；
✓19世纪中叶，机械设计和制造的理论系统化；✓形成了机械原理、机械设计等课程；
✓系列化、标准化、机械化、自动化。

二、机器（machine）的组成
机器是由机构或构件组成的；
机器是由许多机械零件组合而成的。

构件（member）
具有确定运动的整体，是运动的最小单元。

机构（mechanism）
是多种实物的人为组合
各实物间具有确定的相对运动。

运动副（kinematic pair）
构件间直接接触，且有确定相对运动的联接。

零件（component ，element ）
组成构件的各个元素，是制造的最小单元。

通用零件（machine element for general application ）
在各种机器中功用相同的零件
专用零件（machine element for special
application ）
只有在特定的机器中才能用的零件
蜗轮的叶片、曲轴、犁等。

螺钉齿轮轴承
联接传动支承
刚
性组合+运动副
能完成
一定的功
能实现
能量转换
零件
构件
机构机器
通称机械
三、本课程的内容、性质和任务
1、内容
总论：零件设计的基本原则、设计计算理论、材料选择、摩擦磨损及润滑等方面的知识。

联接：研究常用联接方法（螺纹、键、花键、过盈配合）的结构、适用范围、设计方法。

传动：带、齿轮、螺旋、蜗杆等传动内容。

轴系：轴承、轴、联轴器和离合器。

其它：弹簧、机座、箱体、减速器。

2、性质
•机械设计是以通用零件的设计为主的设计性技术基础课。

论述通用零件设计的理论和方法，培养机械设计的能力。

3、任务
•掌握一般通用机零的设计原理和方法，具有改造现代机械、设计简单机械的能力。

•具有运用标准、规范、手册、图册及查阅资料的能力。

•掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练。

•树立正确设计思想，了解机械设计的新发展。

四、现代机械设计方法简介
1、设计方法学（design methodology）
设计方法学是研究产品设计的程序、规律及设计中的思维和工作方法的一门新兴综合性学科。

研究设计中创造性的思维方法和技术；
研究系统设计过程及符合设计规律的设计程序；
研究设计中解决问题的合理逻辑步骤和遵循的工作原则，具体的设计方法；
研究设计信息库的建立和应用。

2、优化设计（optimal design）
最优化设计是根据最优化原理，采用最优化数学方法，在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代化设计方法。

•抽象出正确的数学模型；
•选取设计变量；
•列目标函数，给出约束条件；
•采用适当的最优化方法；
•进行寻优求解，得到机械设计的最优方案。

3、相似性设计（comparability design）
相似性设计是相似理论在产品系列设计中的应用。

•在具有相同功能、相同结构方案、相同或相似加工工艺的产品中，选定某一中档的产品为基础；
•通过最佳方案的设计，确定其材料、参数和尺寸；
•按相似理论设计出不同参数和尺寸的其它产品，从而构成不同规格的系列化产品。

4、计算机辅助设计(computer aided design)计算机辅助设计是利用计算机软、硬件
系统辅助设计人员进行工程和产品设计，以实现最佳设计效果的一门涉及图形处理、工程分析、数据管理与数据变换、
图文档案处理及软件设计为基础技术的
多学科高度集合的新技术。

5、可靠性设计（reliability design）
以概率论和数理统计为理论基础，以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以保证产品的可靠性为目标的一种现代设计方法。

可靠性预测
预测零部件或系统可能达到的可靠度及在规定条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。

可靠性分配
将系统容许的失效概率合理地分配给该系统的零部件。

6、有限元法（finite element method ）有限元法是以计算机为工具的一种现代数值计算方法。

✓结构离散化✓单元特性分析✓单元特性集成✓NASTRAN 、ANSYS 、ASKA 、SAP 。

将连续的结构分割成数目有限的单元选函数近似地描述单元内位移的分布规律，建立单元节点力与节点位移的
关系——矩阵集成单元的关系，
形成动力学方程，
引入初始条件和边
界条件进行求解
7、摩擦学设计（tribology design）
摩擦学设计是利用摩擦、磨损及润滑理论，解决机械中具有相对运动的两接触零件的结构与形态设计等问题。

•人工关节、宇航飞行器中的密封等设计中，都用到了摩擦学设计。

工业艺术造型设计、疲劳设计、绿色设计、并行设计、反求设计、虚拟设计、异地设计、智能设计等。