01《机械设计学》课程第一章学生版
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机械设计精品课程-课件第1章
四、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 因与诸多先修课关系密切。 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。 强度、 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。 各类零件， 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、 计算多， 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。 及定义式。 图表多─结构图 分析图、原理图、示意图、曲线图、标准、 结构图、 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，要多联系实际，要注重实践性环节。 实践性强 设计问题无统一答案─更多地谈论谁设计得更好，要注意发 设计问题无统一答案 展求异思维。
机械零件是组成机器最小的最基本的单元体。 机械零件是组成机器最小的最基本的单元体。
通用零件
一般参数和尺寸的各种机器上采用的零件； 一般参数和尺寸的各种机器上采用的零件； 齿轮螺栓等等。 像：轴、齿轮螺栓等等。
专用零件
参数和尺寸都很大或很少，用于特征机器 参数和尺寸都很大或很少， 上的零件； 曲轴、叶片、 上的零件；像：曲轴、叶片、起重机转向 齿轮等等。 齿轮等等。
二、机械设计研究的对象
思考： 思考：机械传动系统如 何保证牛头刨床的切削 运动按预期的速度进行 切削？ 切削？
电机
传 动 变速系统
切削运动
简单的传动系统组成. 2.带传动 3.减速器 4.联轴器 5.输送带
减速器由哪些组成? 减速器由哪些组成
二、 机械设计研究的对象
认识实际机器
１．全自动洗衣机
2．牛头刨床
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
机械设计学 第一章
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
《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》课件第1章
由于标准化、系列化、通用化具有明显的优越性，因 此在机械设计中应大力推广“三化”，贯彻采用各种标准。
思考题和习题
1-1 零件机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段
1-2 1-3 1-4 标准化的重要意义是什么？
1.4 机械零件设计的标准化、 系列化及通用化
按规定标准生产的零件称为标准件。标准化给机械制 造带来以下好处:
(1)由专门化 工厂大量生产标准件，能保证质量、节约材料、降低 成本; (2)选用标准件可以简化设计工作，缩短产品的生产周 期;
(4) 设计中选用标准件时，由于受到标准的限制而使选用 不够灵活，若选用系列化产品，则从一定程度上解决了这 一问题。 通用化是指在不同规格的同类产品或不同类产品中采 用同一结构和尺寸的零、部件，以减少零、部件的种类，
设计机械零件必须坚持经济观点，力求综合经济效益 高。为此要注意以下几点:
(1) 合理选择材料，降低材料费用; (2) 保证良好的工艺性，减少制造费用; (3) 尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程，从
2. 机械设计的基本要求 机械产品设计应满足以下几个方面的要求: (1) 实现预定功能。 (2) 满足可靠性要求。 (3) 满足经济性要求。 (4) 操作方便、工作安全。 (5) 造型美观、减少污染。
(4)制造及试验。 经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运 行或在生产现场试用，将试验过程中发现的问题反馈给设
与设计机器一样，设计机械零件也常需拟定出几种不 同方案，经过认真比较，选用其中最好的一种。设计机械 零件的一般步骤如下:
(1)根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零
(2)根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形式，
1.3.2 设计计算准则
同一零件对于不同失效形式的承载能力各不相同。根 据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件，称为设
思考题和习题
1-1 零件机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段
1-2 1-3 1-4 标准化的重要意义是什么？
1.4 机械零件设计的标准化、 系列化及通用化
按规定标准生产的零件称为标准件。标准化给机械制 造带来以下好处:
(1)由专门化 工厂大量生产标准件，能保证质量、节约材料、降低 成本; (2)选用标准件可以简化设计工作，缩短产品的生产周 期;
(4) 设计中选用标准件时，由于受到标准的限制而使选用 不够灵活，若选用系列化产品，则从一定程度上解决了这 一问题。 通用化是指在不同规格的同类产品或不同类产品中采 用同一结构和尺寸的零、部件，以减少零、部件的种类，
设计机械零件必须坚持经济观点，力求综合经济效益 高。为此要注意以下几点:
(1) 合理选择材料，降低材料费用; (2) 保证良好的工艺性，减少制造费用; (3) 尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程，从
2. 机械设计的基本要求 机械产品设计应满足以下几个方面的要求: (1) 实现预定功能。 (2) 满足可靠性要求。 (3) 满足经济性要求。 (4) 操作方便、工作安全。 (5) 造型美观、减少污染。
(4)制造及试验。 经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运 行或在生产现场试用，将试验过程中发现的问题反馈给设
与设计机器一样，设计机械零件也常需拟定出几种不 同方案，经过认真比较，选用其中最好的一种。设计机械 零件的一般步骤如下:
(1)根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零
(2)根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形式，
1.3.2 设计计算准则
同一零件对于不同失效形式的承载能力各不相同。根 据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件，称为设
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
《机械设计基础》教学课件第1章机械设计基础知识
任务一 机械的组成
任务导入 图 1－1所示为单缸内燃机,说明单缸内燃机的组成及其
工作原理。
项目一 机械设计基础知识
图 1-1 单缸内燃机
项目一 机械设计基础知识
任务实施
一、 机械的概念 机械是机器和机构的总称。 1. 机器 机器是由若干个机构构成的组合体,是根据某种使用要
求而设计的一种执行机械运动的装置,用来代替或减轻人类 的劳动强度,改善劳动条件,提高劳动生产率。
项目一 机械设计基础知识
图 1-2 工作机各组成部分之间的关系
项目一 机械设计基础知识
2. 机构 机构是由构件组成,用来传递运动和动力或改变运动形 式的装置,如图 1-3 所示的连杆机构和图 1-4 所示的齿轮机构。 只有确定的相对运动,而不能代替人做有用的机械功的 构件组合称为机构。例如,摩托车是机器,而自行车是机构。 机构分为通用机构和专用机构。通用机构的用途广泛, 如齿轮机构、连杆机构等。专用机构只能用于特定场合,如 钟表的擒纵机构。
项目一 机械设计基础知识
(4 )采用组合式零件结构,在零件的工作部分使用贵重材 料,其他非直接工作部分则可采用廉价的材料。例如大直径 的蜗轮,常采用青铜齿圈和铸铁轮芯的组合式结构,以节约大 量的有色金属。
(5 )改善工艺方法,提高材料利用率,降低成本。例如采用 冷镦锥齿轮代替齿形刨削加工,实现无切削加工。
项目一 机械设计基础知识
二、 机械中的构件、 零件及部件 1. 构件 构件是具有各自特定运动的运动单元。 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。图 1-5 ( 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。
任务导入 图 1－1所示为单缸内燃机,说明单缸内燃机的组成及其
工作原理。
项目一 机械设计基础知识
图 1-1 单缸内燃机
项目一 机械设计基础知识
任务实施
一、 机械的概念 机械是机器和机构的总称。 1. 机器 机器是由若干个机构构成的组合体,是根据某种使用要
求而设计的一种执行机械运动的装置,用来代替或减轻人类 的劳动强度,改善劳动条件,提高劳动生产率。
项目一 机械设计基础知识
图 1-2 工作机各组成部分之间的关系
项目一 机械设计基础知识
2. 机构 机构是由构件组成,用来传递运动和动力或改变运动形 式的装置,如图 1-3 所示的连杆机构和图 1-4 所示的齿轮机构。 只有确定的相对运动,而不能代替人做有用的机械功的 构件组合称为机构。例如,摩托车是机器,而自行车是机构。 机构分为通用机构和专用机构。通用机构的用途广泛, 如齿轮机构、连杆机构等。专用机构只能用于特定场合,如 钟表的擒纵机构。
项目一 机械设计基础知识
(4 )采用组合式零件结构,在零件的工作部分使用贵重材 料,其他非直接工作部分则可采用廉价的材料。例如大直径 的蜗轮,常采用青铜齿圈和铸铁轮芯的组合式结构,以节约大 量的有色金属。
(5 )改善工艺方法,提高材料利用率,降低成本。例如采用 冷镦锥齿轮代替齿形刨削加工,实现无切削加工。
项目一 机械设计基础知识
二、 机械中的构件、 零件及部件 1. 构件 构件是具有各自特定运动的运动单元。 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。图 1-5 ( 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。
机械设计基础 课件 第1章 机械设计基础概论
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
课程的特点 更接近工程实际
知识面更宽，适应性更广
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论
1.4 机械零件的失效形式及设计准则 1、机械零件的主要失效形式
断裂：零件在拉、弯、扭载荷作用下 ，当 [ ] 或 [ ]
机 器
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论
1.2 机械的组成
辅助系统（润滑、显示 、照明等
原动机
传动系统
工作机
控制系统
原动机： 驱动机器完成预定功能的动力源 工作机： 完成机器预定功能的组成部分 传动系统：传递运动和动力 。有机械传动、电力传动和液力传动等。 本课程只研究机械传动。
《机械设计基础》 第2版
1.机构的组成分析
机构如何表达？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
机构具有确定 运动条件？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
2.常用机构的分析与设计
工作原理 结构特点 运动动力性能 设计方法
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
构件是如何 组成机构的？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
机构的组成 要素？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
课程的特点 更接近工程实际
知识面更宽，适应性更广
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论
1.4 机械零件的失效形式及设计准则 1、机械零件的主要失效形式
断裂：零件在拉、弯、扭载荷作用下 ，当 [ ] 或 [ ]
机 器
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论
1.2 机械的组成
辅助系统（润滑、显示 、照明等
原动机
传动系统
工作机
控制系统
原动机： 驱动机器完成预定功能的动力源 工作机： 完成机器预定功能的组成部分 传动系统：传递运动和动力 。有机械传动、电力传动和液力传动等。 本课程只研究机械传动。
《机械设计基础》 第2版
1.机构的组成分析
机构如何表达？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
机构具有确定 运动条件？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
2.常用机构的分析与设计
工作原理 结构特点 运动动力性能 设计方法
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
构件是如何 组成机构的？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
机构的组成 要素？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
《机械设计基础》 第2版
机械设计第一篇总论优秀课件
共振产生的 滚动轴承、 工作失常 齿 轮 、 滑 动
轴承
R =N /N 0
§ 2-7 机械零件的设计方法
1、理论设计
1）根据使用要求，选择零件的类型和结构。
2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。 （F、P、T）
3）选择适当的材料。
4）根据零件工作能力准则，确定零件的主要尺寸
两种计算方法：
整体断裂（过载和疲劳）：强度极限
过大的残余变形：屈服极限
零件表面的破坏：磨损、腐蚀、接触疲劳 破坏正常工作条件引起的失效：打滑， 共振，胶合
§2-5 设计机械零件的基本要求
机械零件设计的基本要求：
• 避免在预期寿命期内失效的要求（强度、刚度、寿 命、耐磨性、振动稳定性、可靠性等）
• 结构工艺性的要求 • 经济性要求 • 质量小的要求 • 可靠性要求
⑤设计是影响产品技术与经济指标的关键
现代企业三部分
开发设计
制造
市场销售
将核心工作放在本企业，两头在内，中间在外
二、机械的基本组成
机械的主体是机械系统，机械系统总是由一些机构组 成，每个机构又是由许多零部件组成的。 所以机械的基本组成要素就是机械零部件。 零件：组成机器的不可拆的基本单元（即制造单元）。 部件：为完成同一使命而协同工作的许多零件的组合。 如：滚动轴承、联轴器。机械零件 零件又分为：通用零件 、专用零件
2、机械工业在国民经济中起着重要作用
机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平 的主要标志之一。
以机械科学为基础的制造业是一个国家的支柱产 业，是社会的财富，也是国家富强和国防稳固的基 础。据报道，美国约60%的财富来源于制造业，日 本约50%的国民生产总值是由制造业创造的。
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
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§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。
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• 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……) 。
《机械设计基础 》课件第1章
2. 因机构由若干具有相对运动的构件组成，所以每个构件 都以一定的方式与其他构件相互联接，这种联接不是固定联 接，而是允许有一定相对运动的联接。这种两个构件直接接 触并允许有一定相对运动的联接称为运动副。例如，轴与轴 承的联接、活塞与汽缸的联接、传动齿轮的两个轮齿间的联 接等都构成运动副。两构件组成运动副后，其独立的相对运
F ＝3n-2PL-PH
(1-1)
式(1-1)就是平面机构自由度的计算公式。由公式可知， 机构自由度F取决于活动构件的数目以及运动副的性质和 数目，F必须大于零，构件组合才能够运动。
1.3.2
机构的自由度也就是机构所具有的独立运动的个数。由 前述可知，从动件是不能独立运动的，只有主动件才能独立 运动。通常每个主动件只具有一个独立运动，因此，构件组 合具有确定的相对运动的条件是：机构自由度F＞0，且F等
例1-1 试绘制如图1-7(a)
图1-7 (Байду номын сангаас) 颚式破碎机；(b)
解 (1) 确定构件数，辨清主、从动件。 颚式破碎机的主体机构由机架1、偏心轴2(与带轮固连)、 动颚3(与衬板固连)、肘板4共四个构件组成。其工作原理是： 当电动机通过带拖动带轮和与之固联的偏心轴2绕轴线A转动 时，驱使动颚3作平面复杂运动，从而将矿石轧碎。显然， 偏心轴2是运动和动力输入构件，即主动件，动颚3是输出构
对于机械中常用的构件和零件，有时也可采用惯用画 法，例如用粗实线或点划线画出一对节圆来表示互相啮合的 齿轮，用完整的轮廓曲线来表示凸轮。其他常用零部件的表 示方法可参看GB 4460—84《机构运动简图符号》
(1) 固定构件(机架)——用来支撑活动构件的构件。研究 机构中活动构件的运动时，一般以固定构件作为参考坐标系。
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第一章 绪论
机械设计全过程
第三节 机械设计中的功能原理设计、实用
化设第计 一章 绪论
和商品化设
计的特点
机械设计的三个主要内容：
(产品开发必须经历三个重要阶段：)
• 功能原理设计 • 实用化设计 • 商品化设计
下一节
第四节 机械设计的思维和方法特点
一、第功一能原章理设绪计论
• 功能原理设计的实质是原理方案的构思和拟定过程。 在这个过程中需要运用创新思维的方法，并借
第四第节一机章械设绪计论的思维和方法特点思维方法特点下一节
第五节 机械设计学的学科组 成
第一章 绪论
• 机械设计的思维： 1、首先应该是一种偏重直觉思维形式的创
造性思维。 2、是一种针对总功能目标的发散性思维。 3、是一种对多解问题求优的思维。
第一章 绪论
• 机械设计的特点之一：
设计是一个创新和综合的过程，也是在继 承基础上的创新。
• 例如：机构的分析和综合、力和能的计 算、传动、润滑、标准化、材料强度学 等。都是共性技术。
第一章 绪论
第一节 机械设计的地位和作用 二、机械设计的重要性 主要表现在以下几个方面：
• 设计全面影响产品的性能，设计中的失误将造 成极其严重的损失。
• 设计对企业的生存和发展具有重要意义 • 设计直接关系人类未来的发展
鉴前人有效的设计经验，把设计要求通过功能关系 抽象为简单模式，去寻求满足产品主要功能要求的 原理方案。
第一章 绪论
一、功能原理设计
• 功能原理设计强调创新构思。 在开始阶段，不需要涉及具体解法，而是把问
题抽象化，把所设计的机械产品的基本功能和主要 约束条件突出出来。在方案构思中，常常是以简图 或示意图来表达思维，至于具体的结构、材料、尺 寸等细节，可暂时不考虑。
• 发散性思维是创造性思维的基本形式之一。 • 对同一现象的不同定义，对同一原理的不同应用，对
同一问题的不同解释，这些都是发散性思维的结果。 • 收敛性思维它是寻求某种确定答案的思维形式。
第一章 绪论
• 机械设计的特点之二：
设计是一个迭代过程（信息反馈过程） 基本设计思想：输入信息 加工处理
判断综合 输出信息
三、第商一品化章设计绪论
商品化设计：是侧重于考虑商品化措施的 设计。
• 机械产品也是商品。 • 为了使产品在市场中收到欢迎，必须在
技术、经济和社会三个方面的评价上具 有优势。 • 设计中必须采取必要的商品化措施。
第一章 绪论
商品化措施主要包括： 1、产品性能的适应性 2、标准化、系列化、模块化 3、产品的工业造型设计 4、产品的价值工程 5、绿色产品设计
机械设计全过程
第一章 绪论
• 机械设计的特点之三： 设计过程是在约束条件下的求优过程。
选优应该包括：方案选优、设计参数的优化及整 体方案的优化。
第一章 绪论
• 机械设计的特点之四： 机械设计过程可作为一个待定的技术
系统来处理。
• 如果我们把机械设计过程作为一个系统的话，那么设 计者的任务就是通过分析把整个系统分解成系统单元 或分系统，来研究这些系统单元或分系统之间的关系， 以取得各种信息。
下一节
第二节、机械设计的任务
第一章 绪论
第二节 机械设计的任务
就是根据客观需求，通过人们的创造性思 维活动，借助人类已经掌握的各种信息（科学 技术知识），经过反复的判断和决策，设计出 具有特定功能的技术装置、系统或产品以满足 人们日益增长的生产和生活要求。
一、第机械一设章计的类绪型论
第二节 机械设计的任务
第一章 绪论
3、变型设计
• 是指在工作原理和功能结构都不变的前提 下，变更现有产品的结构配置和尺寸，使 之适应于更多的量的需求。
二、机第械一设计章的过绪程和论任务
第二节 机械设计的任务
过程大致分为四个阶段：
1、可行性研究阶段 2、初步设计阶段 3、详细设计阶段 4、改进设计阶段
下一节
第三节 机械设计中的功能原理设计
《机械设计学》课程
第一章 绪论
第一节 机械设计的地位和作用 一、机械设计的概念
机械 机械设计 机械设计学 机械设计学研究的对象
下一节
二、机械设计的重要性
第一章 绪论
• 机械的产生和存在是以满足需求为目的 的，那么在满足需求的前提下，研制出 一部机械并且有效地使用它，一般要经 过设计、制造、试验、销售、维护和改 进等很多环节。
第五第节一机械章设计绪学的论学科组成
第一章 绪论
本章掌握内容
1、机械设计的概念 2、机械设计学的研究对象 3、设计的重要性主要表现在哪几方面 4、机械设计的任务 5、机械设计的类型 6、机械设计的全过程可划分哪四个阶段 7、机械设计的三个主要内容，各是什么？（产品开发必须经历的
按照机械产品开发内容的差异，机械设计有如下三类： 1、开发性设计 2、适应性设计 3、变型设计
下一课
二、机械设计的过程
第一章 绪论
1、开发性设计
• 是指按照需求目标设计过去从未有过的新型 机械。这是一种全新的设计。
• 开发性设计也叫从“零”到“原型”的创新 开发
第一章 绪论
2、适应性设计
• 是指在原理方案基本保持不变的前提下，对产 品作局部的变更或设计一个新部件，使产品在 质和量方面更能满足使用要求。
第一章 绪论
一、功能原理设计
• 功能原理设计的构思应该是由分散到集中，在多解 的思路中寻求最优解。
二、第实一用化章设计绪论
实用化设计的目的： • 将原理方案结构化。 • 考虑总体布局和一系列外围问题，使
机械产品能达到实用的要求。
第一章 绪论
• 将原理方案结构化是一项复杂的综合性 的工作。
• 实用化设计阶段可以概括为：设计结构、 选择材料、确定尺寸。
第一章 绪论
实用化设计过程： • 是一个由初步设计到详细设计的逐步精
化的过程。在这个过程中需要做更多的 分析、对比和校核及大量的计算和修改， 最终要设计出具体实用的机械总装配图 和全部零件图。
第一章 绪论
• 一般来说，功能原理设计应该是以模型 试验来验证构思的可行性。而实用化设 计则应该进行样机实验。
第一章 绪论
• 工厂生产某种机械产品，组织生产的基 本依据就是设计。
• 比如说：材料、加工工艺、加工精度、 加工设备、生产工时、车间的布局、成 品的存储和运送等都是要根据设计来确 定。
第一章 绪论
• 共性技术是指不论是哪个种类的机械设 计，(比如农业机械设计、纺织机械设计、 矿山机械设计、汽车设计等),这些专业 性的设计存在着许多共性技术。