机械设计学 第一章
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机械设计 第1章设计概论
来越广泛和深入，由传统机械向机电一体化、智能化发展，已成为机 械产品发展的大趋势。
3、机械设计的实验研究技术有了很大的发展和提高,
实验与理论相互结合相互促进
1. 2
机械零件设计概述
1.2.1机械零件的应满足的要求及设计步骤
1．要求 １）工作可靠 ２）成本低廉
2．零件设计的一般步骤
1）根据零件的工作条件
2）含有重要的新技术 3 ）具有完全创新的功能
2．优化
１）于经验的优化设计。（人工判断
寻优设计者根据自己的经验通过直观判断， 对事物进行优化 ）
2 ） 基于计算机的枚举寻优（利用
用于机械设计中的参数设计）。
计算机计算结合人工判断对事物进行优化。 ）
3 ） 数学规划寻优（是量化的优化方法，适 4 ）人工智能寻优（根据专家系统技术，实
2
机械设计的基本要求
１）使用要求：指机器能有效地执行预期的全部职
能。
２) 经济性要求（设计经济性和使用经济性） ３）安全性要求 ４）其他要求：环保要求
外观要求 体积重量要求
3．机械设计的一般程序 1）产品规划阶段
根据市场需求、用户反映及本单位的技术情况，制定 设计对象的功能要求、有关指标及限定条件，完成设 计任务书。
凸轮机构
齿轮机构
间歇机构
机构中独立运动的物体称为构件
连杆是内燃机中的一个构件，它由 连杆体1、连杆盖2、轴瓦3、4和5以及螺 栓6、螺母7、开口销8等零件构成。
构件（运动的整体） 零件（制造的单元）
机械零件
齿轮实物
实物
螺纹连接件实物
通用零部件
专用零部件
机械部件
滑动轴承部件
滚动轴承部件
3、机械设计的实验研究技术有了很大的发展和提高,
实验与理论相互结合相互促进
1. 2
机械零件设计概述
1.2.1机械零件的应满足的要求及设计步骤
1．要求 １）工作可靠 ２）成本低廉
2．零件设计的一般步骤
1）根据零件的工作条件
2）含有重要的新技术 3 ）具有完全创新的功能
2．优化
１）于经验的优化设计。（人工判断
寻优设计者根据自己的经验通过直观判断， 对事物进行优化 ）
2 ） 基于计算机的枚举寻优（利用
用于机械设计中的参数设计）。
计算机计算结合人工判断对事物进行优化。 ）
3 ） 数学规划寻优（是量化的优化方法，适 4 ）人工智能寻优（根据专家系统技术，实
2
机械设计的基本要求
１）使用要求：指机器能有效地执行预期的全部职
能。
２) 经济性要求（设计经济性和使用经济性） ３）安全性要求 ４）其他要求：环保要求
外观要求 体积重量要求
3．机械设计的一般程序 1）产品规划阶段
根据市场需求、用户反映及本单位的技术情况，制定 设计对象的功能要求、有关指标及限定条件，完成设 计任务书。
凸轮机构
齿轮机构
间歇机构
机构中独立运动的物体称为构件
连杆是内燃机中的一个构件，它由 连杆体1、连杆盖2、轴瓦3、4和5以及螺 栓6、螺母7、开口销8等零件构成。
构件（运动的整体） 零件（制造的单元）
机械零件
齿轮实物
实物
螺纹连接件实物
通用零部件
专用零部件
机械部件
滑动轴承部件
滚动轴承部件
机械设计基础第1章
两个以上的构件同时在一处用 回转副相连就构成复合铰链。
K个构件具有K-1个转动副.
• 2.局部自由度
与输出构件运动无关的自由度称 为局部自由度。
• 3.虚约束
• 对机构运动不起限制作用的重复约 束称为虚约束。
•
虚约束虽然对运动不起作用，
但有增加构件刚性、使构件受力均
衡等作用。
•
例题４ 例题５
局部自由度
2
2
2
2
1
1 1
Hale Waihona Puke 11(a) 1
2
2
1
2
2
运动副表示
2
1 (b) 1
2 1
2
a)
b) 构件表示
c)
2 构件分类: 1） 固定构件（机架）：用来支承运动构件的构件。 相对地面不动。 2）原动件（主动件）：运动规律已知的活动构件。如： 原动机，又称输入构件。 3）从动件：机构中随着原动件的运动而运动的其余活 动构件。其中输出预期运动规律的从动件称输出构件。
第1章 平面机构的自由度和速度分析
本章要解决问题 构件组合具有确定相对运动的条件是什么？ 怎样绘制机构运动简图。 何谓速度瞬心？速度瞬心有哪些用途？
基本要求 自由度、运动副、瞬心、复铰、局部自由度、虚约束； 能正确计算平面机构的自由度； 能绘制简单机械的机构运动简图；能正确判定瞬心。
重点 机构自由度的计算，机构运动简图绘制。 所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机
• 瞬心数目 一个机构若有Ｎ个构件，则瞬心总数为
•
k=Ｎ(Ｎ-１)/２
瞬心位置 两构件相互接触 分为４种情况
• 三心定理 作平面运动的三构件的三瞬心必位于同一
K个构件具有K-1个转动副.
• 2.局部自由度
与输出构件运动无关的自由度称 为局部自由度。
• 3.虚约束
• 对机构运动不起限制作用的重复约 束称为虚约束。
•
虚约束虽然对运动不起作用，
但有增加构件刚性、使构件受力均
衡等作用。
•
例题４ 例题５
局部自由度
2
2
2
2
1
1 1
Hale Waihona Puke 11(a) 1
2
2
1
2
2
运动副表示
2
1 (b) 1
2 1
2
a)
b) 构件表示
c)
2 构件分类: 1） 固定构件（机架）：用来支承运动构件的构件。 相对地面不动。 2）原动件（主动件）：运动规律已知的活动构件。如： 原动机，又称输入构件。 3）从动件：机构中随着原动件的运动而运动的其余活 动构件。其中输出预期运动规律的从动件称输出构件。
第1章 平面机构的自由度和速度分析
本章要解决问题 构件组合具有确定相对运动的条件是什么？ 怎样绘制机构运动简图。 何谓速度瞬心？速度瞬心有哪些用途？
基本要求 自由度、运动副、瞬心、复铰、局部自由度、虚约束； 能正确计算平面机构的自由度； 能绘制简单机械的机构运动简图；能正确判定瞬心。
重点 机构自由度的计算，机构运动简图绘制。 所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机
• 瞬心数目 一个机构若有Ｎ个构件，则瞬心总数为
•
k=Ｎ(Ｎ-１)/２
瞬心位置 两构件相互接触 分为４种情况
• 三心定理 作平面运动的三构件的三瞬心必位于同一
机械设计第1章绪论
第1章绪论§1－1 机械设计概述(32)§1－2 平面机构的组成原理（34）§1－3 平面机构自由度的计算（31）作业：1-1、1-2、2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9、2-10、2-11、2-12构件（由若干零件组成）根据某种使用要求而设计的一种执缝纫套筒内燃机连杆在各种机器中普遍使用，例如：齿轮、轴、螺栓等。
刚性连接65438712910活塞上行，排气阀开启，废气体被排出气缸。
对已有机械的研究根据运动和动力性能的要求，构思新的机械为学习机械类有关专业课打好基础；为机械产品的创新设计打下良好基础；为现有机械的合理使用和革新改造打下基础。
要有工程观点（选择与比较、工程实际的灵活性、可行性等）运动副元素两个构件直接接触组成的能产生某些相对运动的联接。
o x y BA (x A ,y A )2、约束s 对独立运动所加的限制。
3、运动副例如：滚子凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
A §1－2 平面机构的组成原理——直接接触的部分（点、线、面）轴轴承构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。
若干1个1个或几个三、机构在运动链中，固定某一构件为机架，机架：机架原动件（主动件）：原动件从动件：从动件机构的组成：机构＝§1－2 平面机构的组成原理相对固定不动的构件，如机床床身、车辆底盘。
运动已知的构件，运动输入的构件。
其余活动构件。
机架＋原动件＋从动件并给定一个或数个构件确定的运动，使其余构件的运动随之确定，运动链即成为机构。
569107834颚式破碎机偏心泵2-42134421344平面机构自由度的计算那么，原动件数与自由度有什么关系，才能使机构具有确定的运22计算时计算时减去局部自由度假想将滚子与杆焊死。
机械设计基础第1章 绪论
1.1.2 机械中的构件、零件和部件 1. 构件 机构是由构件组成的，构件在机构中具有独立的运动特性， 在机械中形成一个运动整体。如图1-2（a）所示的内燃机是由 活塞、连杆、曲轴和汽缸等构件构成的一个典型的曲柄滑块机 构，其中，原动件活塞作直线往复运动，通过连杆带动曲轴作 连续转动。
2. 机械零件 机械零件 机械都是由机械零件组成的。 机械都是由机械零件组成的 。 机械零件是指机械中每一个 单独加工的单元体，例如图1-1所示的曲轴 所示的曲轴。 单独加工的单元体，例如图 所示的曲轴。构件可以是单一的 机械零件，也可以是若干机械零件的刚性组合。例如图1-2(b)所 机械零件，也可以是若干机械零件的刚性组合。例如图 所 示的连杆，它是由连杆体、连杆盖、 示的连杆 ， 它是由连杆体 、 连杆盖 、 螺栓和螺母等零件组合而 成的。这些零件之间没有相对运动，是一个运动整体， 成的 。 这些零件之间没有相对运动 ， 是一个运动整体 ， 故属一 个构件。因此，构件是运动的单元，零件是制造单元。 个构件。因此，构件是运动的单元，零件是制造单元。 随着机械的功能和类型的日益增多， 随着机械的功能和类型的日益增多 ， 作为组成机械的最基 本单元的零件更是多种多样。 本单元的零件更是多种多样。 通常将机械零件分为通用机械零 件和专用机械零件两大类。 件和专用机械零件两大类。
1.3 机械零件的材料选择
1.3.1 使用要求 按强度条件设计的零件，当其尺寸和重量都受限制时，应 选用强度较高的材料； 按刚度条件设计的零件，应选用弹性模 量较大的材料；若零件表面接触应力较高(如齿轮)，应选用可 以进行表面强化处理的材料(如调质钢、渗碳钢)。此外，对容 易磨损的零件(如蜗轮)，应选用耐磨性好的材料；对滑动摩擦 下工作的零件(如滑动轴承)，应选用减摩性好的材料；对高温 下工作的零件，应选用耐热材料；对腐蚀性介质中工作的零件， 应选用耐腐蚀材料。
机械设计第一章
计算载荷＝载荷系数K×名义载荷 。 （代表机器或零件实际所受载荷） 载荷系数K：用于计入在实际工作中受到的各种动载荷的影响。 额定载荷： 由原动机的额定功率推算出的载荷。
机械零件的失效形式和计算准则
载荷和应力2
2 应力
应力分为
静应力 循环应力：
max─最大应力； min─最小应力 m─平均应力； a─应力幅值 r ─应力比（循环特性） r
机械设计的一般过程和方法
三、机械零件设计的一般步骤 ⒈ 选择零件的材料 在满足工艺要求的条件下，优先考虑国产材料， 尽量选用市场广泛供应、货源充足的材料，并考虑价格、质量等因 素综合评价选择； ⒉ 建立零件的受力模型 对零件进行受力分析，确定零件的计算载 荷，如求计算功率，式中：—— 名义载荷（公称载荷、额定载荷）； K—— 载荷系数 ； ⒊ 选择零件的类型与结构 可参考各种图册和手册，或根据实际经 验确定； ⒋ 理论计算 1）设计计算：由作用到零件上的力求零件的几何尺寸，即根据零 件的主要失效形式确定零件的设计依据和公式，求零件的主要参数、 尺寸。例如根据齿面接触疲劳强度求出齿轮的主要参数——分度圆 直径即为设计计算；
机械设计的一般过程和方法
2）校核计算：即已知零件的几何尺寸求零件的工作能力。例如 根据齿面接触疲劳强度求出齿轮的主要参数——分度圆直径后， 为了保证齿轮的另一种工作能力，即轮齿不被折断，还要再代入 弯曲强度的公式进行核算，此计算称为校核计算； ⒌ 零件的结构设计 设计出零件的全部结构形式及具体几何尺寸； ⒍ 绘制零件的工作图 并编写计算说明书：即绘制出符合生产要 求的零件工作图，包括材料、热处理、形状、尺寸、尺寸公差、 形状位置公差、技术要求等全部内容。
强度准则
强度：指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。
机械零件的失效形式和计算准则
载荷和应力2
2 应力
应力分为
静应力 循环应力：
max─最大应力； min─最小应力 m─平均应力； a─应力幅值 r ─应力比（循环特性） r
机械设计的一般过程和方法
三、机械零件设计的一般步骤 ⒈ 选择零件的材料 在满足工艺要求的条件下，优先考虑国产材料， 尽量选用市场广泛供应、货源充足的材料，并考虑价格、质量等因 素综合评价选择； ⒉ 建立零件的受力模型 对零件进行受力分析，确定零件的计算载 荷，如求计算功率，式中：—— 名义载荷（公称载荷、额定载荷）； K—— 载荷系数 ； ⒊ 选择零件的类型与结构 可参考各种图册和手册，或根据实际经 验确定； ⒋ 理论计算 1）设计计算：由作用到零件上的力求零件的几何尺寸，即根据零 件的主要失效形式确定零件的设计依据和公式，求零件的主要参数、 尺寸。例如根据齿面接触疲劳强度求出齿轮的主要参数——分度圆 直径即为设计计算；
机械设计的一般过程和方法
2）校核计算：即已知零件的几何尺寸求零件的工作能力。例如 根据齿面接触疲劳强度求出齿轮的主要参数——分度圆直径后， 为了保证齿轮的另一种工作能力，即轮齿不被折断，还要再代入 弯曲强度的公式进行核算，此计算称为校核计算； ⒌ 零件的结构设计 设计出零件的全部结构形式及具体几何尺寸； ⒍ 绘制零件的工作图 并编写计算说明书：即绘制出符合生产要 求的零件工作图，包括材料、热处理、形状、尺寸、尺寸公差、 形状位置公差、技术要求等全部内容。
强度准则
强度：指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。
《机械设计基础》课件——第一章 绪论
1.1.1 引言
人类在长期的生产和生活实践中创造和发展了机械，其目的是为
了减轻或替代人的劳动，提高生产率。
东汉张衡将杆机构巧妙地使用在人类第一台地震仪上，根据地动 仪内部机构的推测图（参见图1-2），它的原理是某一方向发生地震 时，使都柱（龙机）向该方向倾斜，带动杆件机构，迫使这个方位的 龙口大张，吐出小铜丸，掉进蟾蜍的嘴里，这样就能自动预报地震发 生的方向。
先以图1-3所示的单缸内燃机为例进行分析。
内燃机是由机架（缸体）1、曲轴2、连杆3、活塞4、进气阀5 、排气阀6、推杆7、凸轮8、齿轮9和10等组成。活塞、连杆、曲轴 和缸体组成主体部分，燃气推动活塞作往复移动，经连杆转变为曲轴 的连续转动；凸轮、进排气阀推杆和缸体组成进排气的控制部分，凸 轮转动，推动气阀按时启闭，分别控制进气和排气；曲轴上的齿轮和 凸轮轴上的齿轮与缸体组成传动部分，曲轴转动，通过齿轮将运动传 给凸轮轴。上述三部分共同将热能转换为曲轴的机械能。
设计零件时应满足的基本要求是从设计机器的要求中提出来的，
一般概括为以下两点：
（1）使用要求
（2）经济性要求
1.4.2 机械零件设计的一般方法
第一章 绪论
第一章 绪论
【引 子】
机械设计是根据机械的使用要求对其工作原理、结构、运动方式 ，零件的材料、几何形状等进行构思、分析和计算并将其转化为具体 的描述以作为制造依据的工作过程。机械设计是机械工程的重要组成 部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。
1.1 本课程的研究对象
它是机械中的装配单元，如减速器、离合器等。
3．构件 从机械实现预期运动和功能角度看，机构中形成相对运动的各个
运动单元称为构件。构件可以是由单一的零件，也可以是由若干零件 组成的运动单元。如图1-5所示的内燃机连杆是由连杆体1、轴套2、 连杆头3、螺栓4、定位销5、轴瓦6等组成，其一端与活塞相连，另 一端与曲轴相配合。
《机械设计基础》第1章
机械是机器和机构的总称。
常用机构：机器中广泛应用的机构。 如：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间歇运动机 构。
凸轮机构
齿轮机构
间歇运动机构 连杆机构
二、构件和零件
构件：组成机器的若干个运动的实物。
单一零件——曲轴
多个零件的刚性组合——连杆
零件：机械中不可拆的制造单元体。
构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。
（2）执行部分：完成机械预定功能的部分。
（3）传动部分：把动力部分的运动和动力传递给执 行部分。 （4）控制部分：使操作者能随时实现或终止机器各 种预定功能的部分。
2.机 构
机构是用来传递运动和力；有一个构件为机架； 用运动副连接起来
机构主要用来传递或变换运动。
机器主要用来完成有用的机械功或转换机械能。
（A、B、C 三点不得共线）
如何求力系合力？
同在xOy平面内的六个力如图所示， 大小分别为F1=10N，F2=20 N， F3=12N，F4=10 N，F5=30N， F6=12N，求合力的大小。
第一步：将力投射到xy轴上
如何求力系合力？
第二步：分别求各力在X和Y轴上的值
如何求力系合力？
第三步：求合力（注意方向）
为研究对象。
2）以内力代替另一部分对研究对象的作用。 3）对研究对象列出平衡方程，求解内力。
应力概念—单位面积上所受的内力
应力描述了内力在横截面上的分布情况和密集程度，可以判 断构件强度
[例] 图示杆的A、B、C、D点分别作用着大小为5F、8F、4F、 1F 的力，方向如图，试画出杆的轴力图。 O A FA FN1 A B FB B C FC C D FD D
扳手
螺丝起子
机械设计第一章
• 从机械实现预期运动和功能角度看，机构中形 成相对运动的各个运动单元称为构件。构件可以 是单一的零件，也可是由若干零件组成的运动单 元。
▪ 三、机器的组成 ▪ 机器由五部分组成，主要包括： ▪ 动力系统：动力系统包括动力机及其配套装置；它的功能
是向机器提供运动和动力，是机械系统的动力源。 ▪ 执行系统:执行系统包括若干执行机构，它的功能是驱动
▪ 运动副：机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件 的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直 接接触的活动连接称为运动副。两构件直接参与接触而构成运动副的 部分——点、线或面称为运动副元素。
▪ 运动链：两个以上的构件通过运动副联接而成的系统称为运动链。运
动链分为闭式运动链和开式运动链两种。所谓闭式运动链是指组成运动链 的每个构件至少包含两个运动副，组成一个首末封闭的系统；开式运动链 的构件中有的构件只包含一个运动副，它们不能组成一个封闭的系统。
▪ 三、机械零件的结构工艺性 ▪ 机械零件的结构工艺性是指零件在制造、装配、维修等方面的
难易程度。它是评价零件结构设计是否合理的主要技术经济指标。
▪ 零件的结构工艺性应从毛坯制造、热处理、机械加工和装配等 几个生产环节加以考虑。
▪ 1.选择合理的毛坯 ▪ 2.结构简单、便于加工 ▪ 3.便于安装、维修 ▪ 另外，要设计出结构工艺性好的零件，设计者还必须与工艺技
用来传递力、运动或转换运动形式的系统，称为机
构。大多数机器都是由若干基本机构组成，实现预
定的运动。
▪
机器与机构总称为机械。
▪
▪ 二、零件、部件和构件
• 机械零件可分为两大类：一是在各种机器中都能 用到的零件，叫通用零件，如齿轮、螺栓、轴等； 另一类则是在特定类型的机器中才能用到的零件， 叫专用零件。此外，常把由一组协同工作的零件 组成的独立制造装配的组合件叫部件。
▪ 三、机器的组成 ▪ 机器由五部分组成，主要包括： ▪ 动力系统：动力系统包括动力机及其配套装置；它的功能
是向机器提供运动和动力，是机械系统的动力源。 ▪ 执行系统:执行系统包括若干执行机构，它的功能是驱动
▪ 运动副：机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件 的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直 接接触的活动连接称为运动副。两构件直接参与接触而构成运动副的 部分——点、线或面称为运动副元素。
▪ 运动链：两个以上的构件通过运动副联接而成的系统称为运动链。运
动链分为闭式运动链和开式运动链两种。所谓闭式运动链是指组成运动链 的每个构件至少包含两个运动副，组成一个首末封闭的系统；开式运动链 的构件中有的构件只包含一个运动副，它们不能组成一个封闭的系统。
▪ 三、机械零件的结构工艺性 ▪ 机械零件的结构工艺性是指零件在制造、装配、维修等方面的
难易程度。它是评价零件结构设计是否合理的主要技术经济指标。
▪ 零件的结构工艺性应从毛坯制造、热处理、机械加工和装配等 几个生产环节加以考虑。
▪ 1.选择合理的毛坯 ▪ 2.结构简单、便于加工 ▪ 3.便于安装、维修 ▪ 另外，要设计出结构工艺性好的零件，设计者还必须与工艺技
用来传递力、运动或转换运动形式的系统，称为机
构。大多数机器都是由若干基本机构组成，实现预
定的运动。
▪
机器与机构总称为机械。
▪
▪ 二、零件、部件和构件
• 机械零件可分为两大类：一是在各种机器中都能 用到的零件，叫通用零件，如齿轮、螺栓、轴等； 另一类则是在特定类型的机器中才能用到的零件， 叫专用零件。此外，常把由一组协同工作的零件 组成的独立制造装配的组合件叫部件。
机械设计基础第1章 机械设计基础概论
1.2 本课程的内容、性质和任务
本课程的研究对象是一般工作条件下 的常用机构和通用机械零部件。对于巨型、 微型、以及高速、高温、高压或低温条件 下工作的通用零部件, 则在有关专门课程 中研究。
1.3 机器应满足的要求和设计制造 程序
1. 机器应满足要求
机器应满足下列要求。
1. 使用要求 2. 经济性要求
3. 执行装置
执行装置是直接完成机器预定功能的 工作部分, 如车床的卡盘和刀架, 汽车的 车轮, 船舶的螺旋桨, 带式输送机的输送 带等。
4. 操纵、控制及辅助装置
操纵和控制装置用以控制机器的起动、 停车、正反转、运动和动力参数改变及各 执行装置间的动作协调等。自动化机器的 控制系统能使机器进行自动检测、自动数 据处理和显示、自动控制和调节、故障诊 断、自动保护等。辅助装置则有照明、润 滑、冷却装置等。
图1-1 牛头刨床的传动系统 图
图1-2 单缸四冲程内燃 机
通常将机器和机构统称为机械。构件 是运动的单元, 而零件是制造的单元。通 常把为协同完成某一功能而装配在一起的 若干个零件的装配体称为部件, 只在某些 特定类型的机器中才使用的零件, 称为专 用零件。
按照用途的不同, 可把机器分为动力 机器、工作机器和信息机器。动力机器用 来实现其他形式的能量与机械能间的转换, 工作机器用来做机械功或搬动物品, 即变 换物料, 信息机器用来获取或变换信息, 现代机器一般由动力装置、传动装置、执 行装置和操纵控制装置四个部分组成。此 外, 还有必要的辅助装置。
■1. 动力装置
动力装置是机器的动力来源，有电动机、内燃机、燃 气轮机、液压马达、气功马达等。现代机器大多采用 电动机，而内燃机主要用于运输机械、工程机械和农 业机械。
机械设计学课本
机械设计学课本第⼀章绪论1.机械设计学学科的三个组成部分：功能原理设计、实⽤化设计、商品化设计。
2.机械设计具有哪些主要特点？（多解性、系统性、创新性）3.近代“设计学”的重⼤发展（功能思想的提出和发展；⼈机学思想的形成和发展；⼯业设计学科体系的发展和成熟）4.从设计构思的⾓度将机械设计步骤归纳为哪三⼤步？（创意、构思、实现）第⼆章机器的组成及典型机器的功能分析1.机器的定义：有两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运动，能将某种原动⼒和运动转变，以执⾏⼈们预期的⼯作，在⼈或其他智能体的操作或控制下，实现为之设计的某种或⼏种功能。
2.从不同⾓度看机器的组成：从机构学的⾓度看：各种基本机构，⾃由度=原动机数；从结构学的⾓度看：各种基本零件；从专业的⾓度看：各种主要部件3.从功能的观点看机器的组成：机器由多个主要分功能系统构成，它们的协调⼯作实现了实现了机器的总功能。
⼜可进⼀步分为：⼯作机（⼯作头、执⾏机构）传动机原动机控制器。
4.从功能的观点看机器的分类可分为：⼯艺类机器：对物料进⾏⼯艺性加⼯的机器，主要特征是具有专⽤的⼯作头并进⾏独特的⼯艺加⼯动作；⾮⼯艺类-不对任何物料进⾏⼯艺性加⼯，只实现某些特殊的动作性的机器。
5.家⽤缝纫机是⼀种典型的⼯艺类机器。
⼯艺⽅式：⼀是采⽤针尖引线的⽅法代替针尾引线；⼆是采⽤双线互锁交织的⽅法代替反复穿刺。
功能分析：（1）总功能：将线按⼀定规律缝于缝料上，它可使⼀根线或多根线通过⾃连、互连、交织，在缝料上形成⼀定形式的线迹。
（2）主要功能：引⾯线造环功能，勾⾯线扩环供给和收回⾯线的功能，输送缝料的功能。
（3）辅助功能：调节⾯线和底线阻尼的功能，调节压脚和压紧⼒的功能，调节送布针距的功能，绕底线功能。
（4）控制功能：机械控制功能，⼈机控制功能，电⼦控制功能。
6.现代银⾏点钞机是⼀种典型的机电⼀体化系统，属于⼯艺类机器。
功能要求：要有堆放准备清点纸币的空间，并能将纸币连续输⼊，直到最后⼀张；要有能把纸币逐张分开，避免两张当做⼀张计数的机构；要有准确计数的装置，清理完毕的纸币要整理成⼀叠。
机械设计基础第一章
机械设计基础第一章：绪论1.1引言机械设计是机械工程领域的重要组成部分，它涉及到机械产品的构思、设计、分析、制造、试验和优化等方面。
机械设计基础是机械工程专业的基础课程，旨在为学生提供机械设计的基本理论和实践方法。
本章将介绍机械设计的基本概念、设计过程、设计方法和设计原则，为后续章节的学习奠定基础。
1.2机械设计的基本概念机械设计是指根据产品功能、性能、可靠性和经济性等要求，运用科学理论和工程技术，进行机械系统的构思、分析和计算，并最终形成设计方案的过程。
机械设计的目标是创造具有优良性能、可靠性和经济性的机械产品。
1.3机械设计过程机械设计过程是一个复杂而有序的创造性工作过程，它包括需求分析、方案设计、详细设计、制造和试验等阶段。
需求分析阶段是确定设计任务和目标，明确产品功能和性能要求；方案设计阶段是形成设计方案，包括选择合适的机构和结构形式；详细设计阶段是进行零件和装配图的绘制，确定零件的尺寸和形状；制造阶段是将设计方案转化为实际产品；试验阶段是对产品进行性能测试和可靠性验证。
1.4机械设计方法机械设计方法是指在机械设计过程中采用的科学方法和工程技术。
常用的机械设计方法包括经验设计法、计算设计法和优化设计法。
经验设计法是基于设计经验和常识进行设计的方法；计算设计法是通过数学模型和计算方法进行设计的方法；优化设计法是通过优化算法和计算机辅助设计软件进行设计的方法。
1.5机械设计原则机械设计原则是指在机械设计过程中应遵循的基本原则和规范。
机械设计原则包括可靠性原则、安全性原则、经济性原则、环保性原则和创新性原则。
可靠性原则要求机械产品具有稳定的性能和长的使用寿命；安全性原则要求机械产品在使用过程中不会对人员和环境造成伤害；经济性原则要求机械产品在成本和效益方面具有竞争力；环保性原则要求机械产品对环境的影响最小化；创新性原则要求机械产品具有新颖的结构和功能。
1.6机械设计的基本要求机械设计的基本要求包括功能要求、性能要求、可靠性和耐久性要求、经济性要求、安全性和环保性要求。
机械设计第一章(西北工业大学出版社)(第八版)详解
为什么学？---机械工业在国民经济中的重要作用
各种机床
为什么学？---机械工业在国民经济中的重要作用
工业机器人 ：焊接、搬运、装配、喷涂
为什么学？---机械工业在国民经济中的重要作用
为什么学？---机械工业在国民经济中的重要作用
空间机器人 ：星球探测器、飞船
勇气号火星探测器
太空机器人Dextre （灵巧）
学什么？---本课程的主要内容
一、机器的功能组成 辅助系统（润滑、显示、照明等） 原动机部分 传动部分 执行部分
控制系统
机器的组成举例
机械电子工程学院
机器的组成举例
执行系统 动力系统
机械电子工程学院
机器的组成举例
操纵及控制系统
机械电子工程学院
传动系统
机械电子工程学院
学什么？---本课程的主要内容
机械设计
第一章 绪论
电子科技大学 凌丹
2018/10/31
1
1 3
Why----为什么学？ What---学什么？ How---怎么学？
2 3
什么是机械？
“机械”是机构（mechanism）和机器（machine）的总称
机构
是一种人为的实物 构件的组合； 各部分之间具有确 定的相对运动。
机械
机器
2018/10/31 47
运用先修知识
学习方法
抓住设计主线
理论联系实际
解决工程问题
机械电子工程学院
2018/10/31
48
“Enthusiasm is one of the most powerful engines of success. When you do a thing, do it with all your might（力量）. Put your whole soul into it. Stamp it with your own personality. Be active, be energetic, be enthusiastic and faithful and you will accomplish your object. Nothing great was ever achieved without enthusiasm"
机械设计第1章绪论
连杆体
垫圈 螺母
轴瓦
连杆盖
机构
机械
原动机
机器 工作机
工作机的组成：
原动部分——是工作机动力的来源，最常见的是电动 机和内燃机。
工作部分——完成预定的动作，位于传动路线的终点。
传动部分——联接原动机和工作部分的中间部分。
控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动作。
其关系如下
原动机
传动
工作
控制
机器（Machine）的基本组成要素
▲ 内容繁杂 • 本课内容广泛； • 各章之间联系少。 • 有“机械零乱”之称。
注意处理好几个关系 ▲ 零件的设计与选用 ——零件设计的两个主要途径。 ▲ 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。
1) 亚历山大利亚城的希罗（Hero of Alexandria，公元1世纪） 最早讨论了机械的基本要素，他认为机械的要素有五类：轮与 轴，杠杆，滑车，尖劈，螺旋。
2) 1724年，德国莱比锡的机械士廖波尔特（Leopold）给出的定义 是：“机械或工具是一种人造的设备，用它来产生有利的运动； 同时在不能用其他方法节省时间和力量的地方，它能做到节省。
▲ 实践性强——只有理论知识不行，要多联系实际，要
注重实践性环节。 ▲ 设计结果不唯一——体现个性化，没有最好，只有更
好。
▲ 教材论述机械零（部）件的一般顺序及目的 • 零（部）件的类型、构造、功能、材料、制法、标
准、优缺点、适用场合等； • 然后论述工作情况、受力分析、应力状态、失效形
机械设计学第1章
适应性设计：在主功能的实现原理或者结构方案保 持基本不变的情况下，产品局部的变更或设计, 增 补或减少产品的某些功能，或局部更改某些功能的 原理或结构，使产品适应特定的使用条件或者用户 特殊要求所进行的设计。
内燃机----增加增压器----输出功率增大
36
§1-8概念设计
• 概念设计：是指对一种产品的创意性的形象化描述，对 产品总体设计方面的一些有特殊意义的想法。 这些想法有以下特点：
持作用。这对中国的未来是至关重要的。
19
§1-4 产品设计、科学研究、技术
20
§1-5近代设计科学的重大发展
• 一、“设计学”从古代到现代的三个发展阶段-------设 计学的发展简史
①第一阶段：从古代人类发明工具开始算起，有了原始的功 能思想（力学尚未成熟） ：由于生产、生活和战争的需要， 推动了各种简单工具及武器的发明，为实现某种功能目标而 发明的某种器械，其中所用知识涉及初步的材料知识和力学 原理，这一时期的设计体现个人设计艺术的天才。如：中国 的水排，指南车等。
• 努力目标
• 在各种限定的条件下设计出较好的机械产品——优化设计。
14
• 机械设计的任务: • 都是围绕着开发新的机械产品或改造老的机械产品
而进行的，机械设计的最终目的是提供满足人们需 求、具有一定功能、优质高效、价廉物美，并具有 市场竞争力的机械产品。 • 机械设计具有如下主要特点 : • (1)多解性 (2)系统性 (3)创新性 。
③应用工具的产生：计算机和信息技术的发展，为设计学的 研究提供了物质基础条件。
17
§1-3改善设计工作对中国的未来至关重要
现代机械设计在中国的发展简史
早在20世纪20年代，中国的一些工科大学就开设了机 械设计课程，主要由外籍教授讲授。 20世纪50年代以后，全面引进了当时苏联的机械原理 和机械零件教材以及全面的教学手段(习题、模型、实 验、课程设计……) 。
内燃机----增加增压器----输出功率增大
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§1-8概念设计
• 概念设计：是指对一种产品的创意性的形象化描述，对 产品总体设计方面的一些有特殊意义的想法。 这些想法有以下特点：
持作用。这对中国的未来是至关重要的。
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§1-4 产品设计、科学研究、技术
20
§1-5近代设计科学的重大发展
• 一、“设计学”从古代到现代的三个发展阶段-------设 计学的发展简史
①第一阶段：从古代人类发明工具开始算起，有了原始的功 能思想（力学尚未成熟） ：由于生产、生活和战争的需要， 推动了各种简单工具及武器的发明，为实现某种功能目标而 发明的某种器械，其中所用知识涉及初步的材料知识和力学 原理，这一时期的设计体现个人设计艺术的天才。如：中国 的水排，指南车等。
• 努力目标
• 在各种限定的条件下设计出较好的机械产品——优化设计。
14
• 机械设计的任务: • 都是围绕着开发新的机械产品或改造老的机械产品
而进行的，机械设计的最终目的是提供满足人们需 求、具有一定功能、优质高效、价廉物美，并具有 市场竞争力的机械产品。 • 机械设计具有如下主要特点 : • (1)多解性 (2)系统性 (3)创新性 。
③应用工具的产生：计算机和信息技术的发展，为设计学的 研究提供了物质基础条件。
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§1-3改善设计工作对中国的未来至关重要
现代机械设计在中国的发展简史
早在20世纪20年代，中国的一些工科大学就开设了机 械设计课程，主要由外籍教授讲授。 20世纪50年代以后，全面引进了当时苏联的机械原理 和机械零件教材以及全面的教学手段(习题、模型、实 验、课程设计……) 。
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第一章 绪论
1.4设计与科学研究 科学研究与工程设计互相联系，互相渗透。 工程设计需要科学研究为其提供科学原理， 科学研究也需要工程设计为其提供工具及实 验装置。 与科学研究相比，工程设计工作更需要 创造性，更具有综合性。 科学技术是潜在的生产力，必须通过 设计，熔入产品，进入市场，才成为现实 的生产力。
教学环节
1.讲课 2.习题 3.现场课（1 ~ 2次） 4. 研究课题或设计作业（选作） 5.期末考试
主 要 参 考 书
第一章 绪论
1.1 设计与文明 设计是人类特有的思维活动 一切物质文明都是设计的产物
第一章 绪论
1.2 设计与国际竞争 在制造能力相对不足的时代，商品竞争的主要手 段是提高生产能力。 在制造能力相对过剩的时代，商品竞争的主要手 段是提高设计水平。
第一章 绪论
1.3 改善设计工作对中国的未来至关重要 优秀的设计是使产品占领市场的关键因素
自 主 产 权 的 高 科 技 机 电 产 品 ）
（ 外 国 打 不 进 中 国 市 场 的 一 种 有
电 动 自 行 车 电 动 轮 毂
中国80年代开发成功 年代开发成功） 点钞机原型（中国 年代开发成功
“50年前，企业是价格上的竞争， 50年前，企业是价格上的竞争， 年前 如今是质量上的竞争， 如今是质量上的竞争，而未来则 是设计上的竞争” 是设计上的竞争”
－－哈佛商学院罗伯特.海斯曼
第一章 绪论
1.2 设计与国际竞争 德国人认为，对比起‘制造技术’ 德国人认为，对比起‘制造技术’来，‘设 计技术’ 瓶颈’ 计技术’是‘瓶颈’ 美国人认为， 现代设计技术’ 美国人认为，‘现代设计技术’是‘现代制 造技术’ 造技术’的前提和重点 美国人在二十世纪九十年代提出了： 美国人在二十世纪九十年代提出了：“为竞 争的优势而设计” 争的优势而设计” ( Designing for Competitive Advantage )的口号 的口号
本周作业：
1·试分析物体的几何形状能 产生那些效应？ 2·试预测下一代电扇将有那 些新的技术特色？
第一章 绪论
1.5机械设计学的重大发展 机械设计学的三个发展阶段
原始设计学阶段 16世纪达 世纪达. 以16世纪达.芬奇 (L.D.Vinci) 的创造活动为顶点
第一章 绪论
1.5机械设计学的重大发展 机械设计学的三个发展阶段 近代设计学阶段（实际上是‘ 近代设计学阶段（实际上是‘ 机械学 ’） 19世纪中叶德国劳莱克斯 世纪中叶德国劳莱克斯(F.Reuleaux) 以19世纪中叶德国劳莱克斯(F.Reuleaux) 机械制造中的机械原理》为起点， 的《机械制造中的机械原理》为起点，建立 了独立的“机械学”学科体系。 了独立的“机械学设计学的重大发展 20世纪50年代以来 世纪50年代以来， 设计学” 20世纪50年代以来， “设计学”的三个重 大发展，打下了“现代设计学” 大发展，打下了“现代设计学”学科的理论 基础。 基础。 功能”(Function)思想的重新提出和发展 “功能”(Function)思想的重新提出和发展 人机学” factor)思 “人机学”(Ergonomics, Human factor)思 想的出现和广泛应用 工业设计” design)学科的 “工业设计”(Industrial design)学科的 发展和成熟
第一章 绪论
1.5机械设计学的重大发展 机械设计学的三个发展阶段 现代设计学阶段 美国工程师麦尔斯（es） 美国工程师麦尔斯（es）重新提 功能”的概念， 出“功能”的概念，使得设计人员重新回到 功能分析”出发，解决设计问题的道路。 从“功能分析”出发，解决设计问题的道路。 麦尔斯提出： 麦尔斯提出：“顾客购买的不是产品本 而是产品所具有的功能。 身，而是产品所具有的功能。”
（ 日 本 90 年 代 改 进 ）
新 型 点 钞 机
第一章 绪论
1.4设计与科学研究
人类的实践活动按照内容的新颖程度可分为 1.重复性活动 2.模仿性活动 3.探索性活动 4.创造性活动
第一章 绪论
1.4设计与科学研究
出发点： 科学研究：好奇心 工程设计：需求 目标： 科学研究：发现规律 工程设计：新产品 结果： 科学研究：更好地认识世界 工程设计：创造更美好的世界
第一章 绪论
1.3 改善设计工作对中国的未来至关重要 企业合资使我们看到外资的商品开 发模式，归国留学生使我国引进了所有 先进的单项设计技术，国家曾多次大力 推广多项单项技术及管理方法，但是中 国的大量企业仍受到自主开发能力不足 的困扰。
第一章 绪论
1.3 改善设计工作对中国的未来至关重要 我国传统的设计教育强调对知识体 系的完整、深入的理解，强调对基本理 论，基本方法，基本技能的掌握。 我国的设计人员可以应用正确的方 法对设计模型进行精确的分析，作出在 给定模型条件下的优秀设计，但是在提 出的新模型、新方法方面表现出能力不 足。
势 而 设 计 ” 白 皮 书
美 国 “ 为 竞 争 的 优
第一章 绪论
1.3 改善设计工作对中国的未来至关重要 中国的设计曾经辉煌 美国学者罗伯特·坦普尔：现代社会赖以 建立的基础，有一半要依赖于中国人的 发明。 马克思：中国的三大发明是资本主义发 展的必要前提。
第一章 绪论
1.3 改善设计工作对中国的未来至关重要 我国传统的计划经济体制制约了设 计技术的发展，它使生产者失去开发新 产品的内在动力。 改革开放初期的市场繁荣使生产能 力得到迅速发展，但是普遍的商品总量 不足使得买卖双方都缺乏改善设计的欲 望。
机械设计学
第一章 绪论
与先修课的关系
在《机械原理》课程中认识了多种机 构，学习了运动分析方法，学习了根据机 械的运动学要求设计机械机构的方法。 在《机械设计》课程中认识了多种结 构，学习了失效分析方法，学习了根据机 械的功能要求，工艺要求等，确定机械结 构的方法。 本课程学习从机械的功能原理出发， 进行创新设计的方法，以及提高机械性能 的设计方法。