工业设计工程基础课件

作业
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第二章：扩展篇
课题四：机械机构探索
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课题四：机械机构探索
课程目标
理解机构的概念和运动副的概念。 熟悉机构的类型和机构运动的原理。
重点和难点：机构的类型和机构运动 的原理。
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课题四：机械机构探索
机构
机构是一个具体特定的机械运动的构件系统， 或者称它是用来传递运动和动力的可动装置。
机构就是由若干构件和若干运动副组成。
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课题四：机械机构探索
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课题四：机械机构探索 平面运动副
• 平面运动副的每个构件都不是自由件。 • 构件间的连接限制了各构件的部分相对运动。
按运动类型分类
• 移动副 • 转动副
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课题四：机械机构探索 约束
• 运动副对于构件间相对运动的限制。
自由度
• 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的 数目，称为机构自由度。
机构的自由度为组成杆件自由度之和减去运动 副的约束。 约束增加，自由度就减少。
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课题四：机械机构探索
连杆机构
构件间只用低副连接的机构。
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课题一：塑料产品设计初步
加
料
合模压制
开模取件
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课题一：塑料产品设计初步
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课题一：塑料产品设计初步 吸塑
• 将塑料片加热到软化，利用吸塑模具内腔的小孔吸 合塑料片，冷却后得到塑料制件的过程。 • 适用于薄板塑料制作的各种容器和包装盒。 • 工作条件平和，对模具材料要求不高。 • 由于吸塑产品在脱模后有一定程度的回复，其形态 精度不高，材料本身强度也不高。
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课题四：机械机构探索
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课题四：机械机构探索
齿轮机构
用来传递空间任意两轴间的运动和动力。 结构紧凑、工作可靠、传动平稳、效率高、寿 命长、能保证恒定的传动比，而且其传递的功 率和适用的速度范围大。 制造安装费用高、低精度齿轮传动的噪声大。
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课题一：塑料产品设计初步
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课题一：塑料产品设计初步
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课题一：塑料产品设计初步 注塑产品结构设计概要 拔模角度，起模斜度
• 由于材料在凝固后会收缩，强大的收缩力会使深腔 产品紧紧地裹着凸模，使得产品和模具分离困难， 因此需要在深腔产品的侧壁设计向开口外方向的偏 角。
课题三：桁架结构设计
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课题三：桁架结构设计
课程目标
认识桁架结构的力学性能。 了解桁架结构的实现方式。
重点和难点：桁架结构的力学性能。
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课题三：桁架结构设计
桁架的概念
桁架是一种主要承受轴向力的直杆在相应的节 点上连接成几何不变的格构式承重结构。 桁架是一种特殊的工程结构，其主体结构全部 是杆件，能够表现出非常好的力学性能，同时 非常节省材料和成本。 桁架适用于较大跨度的承重结构和高耸结构， 如屋架、桥梁、输电线路塔、卫星发射塔、水 工闸门、起重机架等。
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课题三：桁架结构设计
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课题三：桁架结构设计
桁架的分类
结构分类：
• 三角形桁架 • 梯形桁架 • 多边形桁架 • 空腹桁架
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课题三：桁架结构设计 产品分类：
• 固定桁架 • 折叠桁架 • 蝴蝶桁架 • 球节桁架
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课题三：桁架结构设计
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课题三：桁架结构设计
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课题三：桁架结构设计
小结
桁架结构的身影在建筑中处处可见，其优 异的力学性能、经济的成本以及独特的外 观，对产品设计也有很大的启发。
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课题三：桁架结构设计
1.从结构的角度设计一件塑料产品。 2.用身边的材料（一次性筷子、牙签等） 设计制作一个桁架桥。
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课题一：塑料产品设计初步 圆润过渡构造
• 圆润的过渡可以减小或消除应力集中。 • 塑料在注射时存在流动阻力，也需要一个圆润的过 渡来连接塑料产品结构的不同特征。
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课题一：塑料产品设计初步 结构的补强
• 在受力明显又有外观要求的地方，一般会构建加强 筋/肋结构。 • 加强筋结构也能防止薄壁塑料件脱模冷却时发生翘 曲和变形。 • 加强筋的构造原则：
–替代壁厚增加带来的力学效能 –避免材料的局部堆积 –加强筋高度不高于构件端面
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课题一：塑料产品设计初步
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课题一：塑料产品设计初步 合理的体感
• 如果空间结构不合理，残余应力会使产品变形、翘 曲，甚至开裂、破坏。 • 主观判断空间结构是否合理，可以观察其结构分布 是否均匀，是否有体感。
按构件间的相对运动：
• 平面机构 • 空间机构
按运动副类别：
• 低副机构 • 高副机构
按结构特征：
• 连杆机构、齿轮机构、棘轮机构等
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课题四：机械机构探索 按所转换的运动或力的特征
• • • • 匀速和非匀速转动机构 直线运动机构 换向机构 间歇运动机构
按功用：
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课题一：塑料产品设计初步 无装配性要求、无曲面质量要求、无力学要求 型产品
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ห้องสมุดไป่ตู้
课题一：塑料产品设计初步
小结
塑料材料是产品中使用最多范围最广的材 料，学习塑料材料的特性，掌握塑料加工 工艺，对塑料产品的设计会很有帮助。
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第二章：扩展篇
• 构件：机构中的运动单元。
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课题四：机械机构探索 机构和机器的区别 机构只产生运动的转换，目的是传递或变换运 动。 机器同时产生运动和能的转换 ，目的是利用或 转换机械能以代替或减轻人的劳动。 机器由各种机构组成。
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课题四：机械机构探索
机构的分类
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课题一：塑料产品设计初步 薄壁构造
• 薄壁构造如果设计得恰当，在节约材料和成本的同 时，也可以提高外观质量。 • 在设计过程中，一般可以先设计成实心构造，再对 其进行薄壁化处理。
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课题一：塑料产品设计初步 均匀薄壁构造
• 均匀的薄壁结构能够大大提高产品的表面质量。 • 均匀薄壁的设计涉及力学结构、产品内部的零部件 安装空间等。 • 孔结构的设计。
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课题一：塑料产品设计初步
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课题一：塑料产品设计初步 注射
• 利用铸造的原理。 • 由于塑料材料的流动性较差、黏度较大等原因，不 能够自由流动填充型腔，所以应当通过加压的方式 填充型腔。 • 主要针对热塑性塑料，也适用于热固性塑料。 • 批量生产效率高，成型自由度高，给了设计师最大 限度的自由。
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课题一：塑料产品设计初步
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课题一：塑料产品设计初步
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课题一：塑料产品设计初步 塑料成型工艺 吹塑成型
• 像吹气球一样把塑料充气成型，而这个形状由模具 的形状决定。 • 使用吹塑模可以制造微小的产品细节。
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课题一：塑料产品设计初步
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课题一：塑料产品设计初步 挤吹
挤出毛坯
合模切断
吹塑成型
取出塑件
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课题一：塑料产品设计初步
切口痕迹
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课题一：塑料产品设计初步 模压
• 把塑料粉料加入压模型腔，加热加压后得到产品。 • 主要用于热固性塑料，也适用于热塑性塑料材料和 金属材料。 • 可以得到比较理想的表面质量，但其合模处容易产 生飞边，需要手工去除。 • 成本小，但速度慢、效率低。
课题四：机械机构探索
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课题四：机械机构探索
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课题三：桁架结构设计
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课题三：桁架结构设计 杆件的受力 杆件会受到拉压、弯曲、剪切和扭转等力的作 用。
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课题三：桁架结构设计 杆件对于受到的拉压力能表现出比较理想的强 度。 杆件的弯曲、剪切和扭转计算比拉压复杂，为 了让杆件受力简化，因此要尽量让杆件受拉压 力。
材料与拔模角度 聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯 ABS、尼龙、聚甲醛、氯化聚醚、聚苯醚 硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚苯乙烯、有机玻璃 热固性塑料 30′~1° 40′~1° 30′ 50′~2° 20′~2°
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课题一：塑料产品设计初步 拔模角度选取原则
• 尺寸要求不高的，拔模角度可以适当放大 • 收缩率越大的材料，其制品的拔模角度应当越大 • 热固性塑料拔模角度要高于热塑性塑料 • 薄厚越厚则收缩率越大，相应要加大拔模角度 • 对于大尺寸制品，拔模角度可以相应减小 • 只有当制品高度很小的时候才允许不设计拔模角度
第二章：扩展篇
课题一：塑料产品设计初步
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课题一：塑料产品设计初步
课程目标
熟悉常见的塑料成型工艺。 理解注塑产品的结构设计要求。
重点和难点：注塑产品的结构设计要 求。
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课题一：塑料产品设计初步 模具 利用其本身特定形状去成型具有一定形状和尺 寸的制品的工具。
课题四：机械机构探索
连杆机构的分类
按相对运动
• 平面连杆机构、空间连杆机构
按构件数目
• 四杆机构、五杆机构、六杆机构等
按自由度
• 单自由度连杆机构、多自由度连杆机构
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课题四：机械机构探索
连杆机构的特点
优点
• 接触面所受压力较小，便于润滑，磨损小； • 制造方便，易获得较高的精度； • 两构件之间的接触靠本身的几何封闭来维系。
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课题一：塑料产品设计初步 挤压、挤出
• 通过螺杆塑料挤出机，在加热塑料颗粒状原料的同 时，通过螺杆旋转将塑料从特定形状的模口挤出成 型，在空气中或通过水冷却。 • 成型产品连续不断，生产效率高。 • 主要用于加工管材、型材等截面形状不变的制品。
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课题一：塑料产品设计初步
缺点
• 只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹； • 给定的运动要求越复杂，需要的构件数和运动副越 多，则结构越复杂，工作效率越低； • 构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较 大的振动。
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课题四：机械机构探索
平面四杆机构
由四个刚性构件用低副链接组成的，各个运动 构件均在同一平面内运动的机构。
• 安全保险机构 • 联锁机构 • 擒纵机构
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课题四：机械机构探索
运动副
两构件直接接触并能产生相对运动的活动联接 称为运动副。 运动副的分类：
• • • • 按接触形式：低副、高副 按空间结构：平面运动副、空间运动副 按相对运动：转动副、移动副 按几何形状：平面副、圆柱副、球面副、螺旋副等
课题三：桁架结构设计
桁架的特性
当荷载只作用在结点上时，各杆只有压力和拉 力。 各杆件截面上的应力分布均匀，可以充分发挥 材料的作用。
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课题三：桁架结构设计
桁架的应用
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课题三：桁架结构设计
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课题三：桁架结构设计
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课题四：机械机构探索
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课题四：机械机构探索
平顶山工业职业技术学院
课题四：机械机构探索
平顶山工业职业技术学院
课题四：机械机构探索
平顶山工业职业技术学院
课题四：机械机构探索
平顶山工业职业技术学院
课题四：机械机构探索
平顶山工业职业技术学院
课题四：机械机构探索
课题一：塑料产品设计初步
平顶山工业职业技术学院
课题一：塑料产品设计初步
注射毛坯
更换模腔
吹塑成型
取出塑件
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课题一：塑料产品设计初步
进料痕迹
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课题一：塑料产品设计初步 轮压
• 主要针对热固性塑料，也可加工热熔性塑料材料。 • 通常用于浴帘、桌布等薄膜类产品的初始工序。