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1、第二章第二章機械的設(shè)計與相關(guān)課程簡介機械的設(shè)計與相關(guān)課程簡介 機器的認知實踐機器的認知實踐 通過上周的認知實踐，我們已經(jīng)認識了通過上周的認知實踐，我們已經(jīng)認識了幾種典型的機器：幾種典型的機器： 內(nèi)燃機內(nèi)燃機 牛頭刨床牛頭刨床 汽汽 車車 電池自動分揀機電池自動分揀機 工業(yè)機器人工業(yè)機器人回顧第一章第一章機械的組成、分類與發(fā)展機械的組成、分類與發(fā)展 機器和它的分類機器和它的分類 機器中的幾個基本概念機器中的幾個基本概念 機器的組成機器的組成 機械發(fā)展歷程概述機械發(fā)展歷程概述回顧第二章第二章機械的設(shè)計與相關(guān)課程簡介機械的設(shè)計與相關(guān)課程簡介 內(nèi)容提要第一節(jié)第一節(jié) 機械設(shè)計的要求和內(nèi)容機械設(shè)計的要求和

2、內(nèi)容第二節(jié)第二節(jié) 機械設(shè)計的過程和方法機械設(shè)計的過程和方法第三節(jié)第三節(jié) 機械設(shè)計類課程簡介機械設(shè)計類課程簡介 什么是機械設(shè)計什么是機械設(shè)計 ？ 第一節(jié)第一節(jié) 機械設(shè)計的要求和內(nèi)容機械設(shè)計的要求和內(nèi)容機械設(shè)計的基本內(nèi)容機械設(shè)計的基本內(nèi)容機械設(shè)計的基本要求機械設(shè)計的基本要求機械設(shè)計的重要地位機械設(shè)計的重要地位什么是機械設(shè)計？什么是機械設(shè)計？ 機械設(shè)計是一個工作過程。機械設(shè)計是一個工作過程。 構(gòu)思構(gòu)思 決策決策 分析分析 計算計算 繪圖繪圖設(shè)計計算書設(shè)計計算書 全套圖樣全套圖樣使用說明書使用說明書 機械的機械的工作原理工作原理 外觀外觀 運動和力的運動和力的 傳遞方式傳遞方式各個零件的各個零件的材料

3、、形狀、尺寸材料、形狀、尺寸機械的機械的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)根據(jù)社會需求確定設(shè)計任務(wù)返回返回機械設(shè)計的基本要求n功能性要求功能性要求n可靠性要求可靠性要求n經(jīng)濟性要求經(jīng)濟性要求n社會性要求社會性要求1功能性要求功能性要求機械產(chǎn)品必須完成規(guī)定的功能。機械產(chǎn)品必須完成規(guī)定的功能。機械的功能可表達為一個或幾個功能指標(biāo)。機械的功能可表達為一個或幾個功能指標(biāo)。例：例：電池自動分揀機電池自動分揀機圖18 電池自動分揀機電池托盤z向進給機構(gòu)輸送裝置機械手主要功能指標(biāo)：主要功能指標(biāo)：每分鐘分揀電池的個數(shù)。每分鐘分揀電池的個數(shù)。 主要功能指標(biāo)：主要功能指標(biāo)：（1 1）被加工工件的尺寸范圍；）被加工工件的尺寸范圍；（2 2）

4、滑枕應(yīng)具有若干種不同的往）滑枕應(yīng)具有若干種不同的往復(fù)運動速度，以滿足不同切削工復(fù)運動速度，以滿足不同切削工藝的要求；藝的要求；（3 3）工作臺沿橫向應(yīng)能實現(xiàn)若干）工作臺沿橫向應(yīng)能實現(xiàn)若干種不同的進給量；種不同的進給量；（4 4）應(yīng)能供給并傳遞足夠的功率，）應(yīng)能供給并傳遞足夠的功率，以克服切削力；以克服切削力；（5 5）應(yīng)能保證一定的加工精度。）應(yīng)能保證一定的加工精度。 例：例：牛頭刨床牛頭刨床機械功能指標(biāo)的確定：機械功能指標(biāo)的確定：由用戶提出由用戶提出 由設(shè)計者與用戶協(xié)商確定由設(shè)計者與用戶協(xié)商確定機械的功能指標(biāo)是機械設(shè)計最基本的出發(fā)點。機械的功能指標(biāo)是機械設(shè)計最基本的出發(fā)點。2可靠性要求可靠性

5、要求機械零件的內(nèi)部和表機械零件的內(nèi)部和表面產(chǎn)生應(yīng)力和變形面產(chǎn)生應(yīng)力和變形磨損磨損 曲軸折斷曲軸折斷 潘存云教授研制齒輪損壞齒輪損壞 機械要傳遞機械要傳遞力和力矩力和力矩有可能導(dǎo)致有可能導(dǎo)致零件的失效零件的失效 機械應(yīng)能保證在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi)，零件不發(fā)生各種型式的失效。 為此要進行強度、剛度和壽命的計算，這些計算在整個設(shè)計工作量中占了很大的比例。3經(jīng)濟性要求經(jīng)濟性要求 制造成本制造成本 使用成本使用成本 簡化結(jié)構(gòu)簡化結(jié)構(gòu)選用適當(dāng)?shù)牟牧线x用適當(dāng)?shù)牟牧洗_定合理的加工精度確定合理的加工精度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化降低機械的能量損失降低機械的能量損失考慮到維修的方便性和經(jīng)濟性考慮

6、到維修的方便性和經(jīng)濟性成本成本 設(shè)計階段的工作如何，就基本上決定了一設(shè)計階段的工作如何，就基本上決定了一個產(chǎn)品成本的高低。個產(chǎn)品成本的高低。 4社會性要求社會性要求 所設(shè)計的產(chǎn)品不應(yīng)對人、環(huán)境和社會造成所設(shè)計的產(chǎn)品不應(yīng)對人、環(huán)境和社會造成消極影響。消極影響。n 操作者的安全性和舒適性操作者的安全性和舒適性n 機械的造型和色彩美觀、大方、宜人機械的造型和色彩美觀、大方、宜人n 符合國家在環(huán)境保護方面的法規(guī)符合國家在環(huán)境保護方面的法規(guī)數(shù)控加工中心機械是否滿足社會性要求，完全取決于設(shè)計。對機械設(shè)計的四項基本要求功能性功能性要求要求經(jīng)濟性經(jīng)濟性要求要求可靠性可靠性要求要求社會性社會性要求要求例：例：汽

7、汽 車車載貨（客）量載貨（客）量 速度速度 返回返回舒適性舒適性 排放量排放量 美觀美觀安全性安全性 耐用性耐用性 耗油量耗油量 價格價格 機械設(shè)計的基本內(nèi)容方案設(shè)計方案設(shè)計確定工作原理確定工作原理 確定機械系統(tǒng)運動方案確定機械系統(tǒng)運動方案 1. 1. 方案設(shè)計方案設(shè)計根據(jù)機械的功能要求，確定機械的總體方案。根據(jù)機械的功能要求，確定機械的總體方案。螺紋加工方法螺紋加工方法 車削加工車削加工 絲錐加工絲錐加工 滾壓加工滾壓加工 例：例：比重不同比重不同重選磁性不同磁性不同磁選對特定液體泡沫的對特定液體泡沫的吸附性不同吸附性不同浮選例：例：選礦機械的選礦機械的 工作原理工作原理礦石礦石 脈石脈石

8、磁磁 鐵鐵 選礦機械的工作原理選礦機械的工作原理螺紋加工的工作原理螺紋加工的工作原理u 機械的工作原理不同，機械的面貌就 完全不同。u 確定工作原理是方案設(shè)計的第一步。方案設(shè)計方案設(shè)計 確定工作原理確定工作原理 確定機械系統(tǒng)運動方案確定機械系統(tǒng)運動方案 1. 方案設(shè)計方案設(shè)計根據(jù)機械的功能要求，確定機械的總體方案。根據(jù)機械的功能要求，確定機械的總體方案。確定執(zhí)行構(gòu)件的運動確定執(zhí)行構(gòu)件的運動選擇原動機選擇原動機采用哪些機構(gòu)實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換采用哪些機構(gòu)實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換采用哪些機構(gòu)實現(xiàn)運動速度的轉(zhuǎn)換采用哪些機構(gòu)實現(xiàn)運動速度的轉(zhuǎn)換確定傳動裝置的布局確定傳動裝置的布局確定確定機械系統(tǒng)機械系統(tǒng)運動方案

9、運動方案 u 方案設(shè)計是機械設(shè)計中至關(guān)重要的一步。u 它從根本上影響機械的結(jié)構(gòu)、性能、成本。u 應(yīng)充分調(diào)查研究，并集思廣益，提出多種方案，并按照四項基本要求，認真地進行比較、分析，以選擇出最優(yōu)方案。方案設(shè)計方案設(shè)計 確定工作原理確定工作原理 確定機械系統(tǒng)運動方案確定機械系統(tǒng)運動方案 確定傳動裝置中各機構(gòu)的基本幾何參數(shù)。確定傳動裝置中各機構(gòu)的基本幾何參數(shù)。 例如：例如：牛頭刨床：牛頭刨床：確定連桿機構(gòu)的各桿桿長，來保證滑枕的速確定連桿機構(gòu)的各桿桿長，來保證滑枕的速度規(guī)律符合要求；度規(guī)律符合要求；內(nèi)燃機：內(nèi)燃機：確定連桿機構(gòu)的尺寸，凸輪的輪廓曲線，齒輪確定連桿機構(gòu)的尺寸，凸輪的輪廓曲線，齒輪的齒數(shù)

10、等。的齒數(shù)等。2.2.運動學(xué)分析與設(shè)計運動學(xué)分析與設(shè)計 保證零件在一定的使用期限內(nèi)不發(fā)生失效。通過設(shè)計確保證零件在一定的使用期限內(nèi)不發(fā)生失效。通過設(shè)計確定零件的參數(shù)和基本尺寸。定零件的參數(shù)和基本尺寸。例如：例如：軸的直徑軸的直徑齒輪的大小和齒的大小齒輪的大小和齒的大小3. 3. 工作能力分析與設(shè)計工作能力分析與設(shè)計 對運轉(zhuǎn)速度較高的機械，會產(chǎn)生振動和速度波動對運轉(zhuǎn)速度較高的機械，會產(chǎn)生振動和速度波動等有害的動力學(xué)現(xiàn)象，應(yīng)進行必要的動力學(xué)分析。等有害的動力學(xué)現(xiàn)象，應(yīng)進行必要的動力學(xué)分析。 在此基礎(chǔ)上對參數(shù)進行必要的修改，或采取一些在此基礎(chǔ)上對參數(shù)進行必要的修改，或采取一些措施減輕其影響。措施減輕

11、其影響。4. 4. 動力學(xué)分析與設(shè)計動力學(xué)分析與設(shè)計 在確定了各個零件基本參數(shù)的基礎(chǔ)上，對各零件的在確定了各個零件基本參數(shù)的基礎(chǔ)上，對各零件的結(jié)構(gòu)進行構(gòu)思，確定零件的全部尺寸。結(jié)構(gòu)進行構(gòu)思，確定零件的全部尺寸。 這部分設(shè)計工作主要體現(xiàn)在圖樣上。這部分設(shè)計工作主要體現(xiàn)在圖樣上。5.5.結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計 作為制造的依據(jù)，應(yīng)繪制出整個機械的裝配圖、組作為制造的依據(jù)，應(yīng)繪制出整個機械的裝配圖、組成機械的各個部件的裝配圖，以及全部非標(biāo)準(zhǔn)化零件成機械的各個部件的裝配圖，以及全部非標(biāo)準(zhǔn)化零件的零件圖。的零件圖。圖樣上應(yīng)標(biāo)明制造所需要的全部信息：材料、熱處圖樣上應(yīng)標(biāo)明制造所需要的全部信息：材料、熱處理、基本參

12、數(shù)和所有必要的尺寸，以及加工精度等技理、基本參數(shù)和所有必要的尺寸，以及加工精度等技術(shù)條件。此外，還應(yīng)提出所有外購件的明細表。術(shù)條件。此外，還應(yīng)提出所有外購件的明細表。6.6.裝配圖和零件圖的繪制裝配圖和零件圖的繪制返回返回 機械設(shè)計的重要地位機械設(shè)計的重要地位 u 中國啟動了創(chuàng)新型國家的建設(shè)中國啟動了創(chuàng)新型國家的建設(shè) u 擁有自主的知識產(chǎn)權(quán)，機械設(shè)計至關(guān)重要擁有自主的知識產(chǎn)權(quán)，機械設(shè)計至關(guān)重要u 在若干重要領(lǐng)域掌握一批核心技術(shù)，擁有在若干重要領(lǐng)域掌握一批核心技術(shù)，擁有一批自主知識產(chǎn)權(quán)，造就一批具有國際競爭力一批自主知識產(chǎn)權(quán)，造就一批具有國際競爭力的企業(yè)，大幅度提高國家競爭力。的企業(yè)，大幅度提高

13、國家競爭力。 u 培養(yǎng)造就富有創(chuàng)新精神的人才隊伍。培養(yǎng)造就富有創(chuàng)新精神的人才隊伍。 u 真正的核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)真正的核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù) 是買不來的，必須依靠自主創(chuàng)新。是買不來的，必須依靠自主創(chuàng)新。u 建設(shè)創(chuàng)新型國家。建設(shè)創(chuàng)新型國家。 機械的功能指標(biāo)是機械機械的功能指標(biāo)是機械設(shè)計最基本的出發(fā)點。設(shè)計最基本的出發(fā)點。方案設(shè)計方案設(shè)計從根本上影響從根本上影響機械的結(jié)構(gòu)、性能、成本。機械的結(jié)構(gòu)、性能、成本。機械應(yīng)能保證不發(fā)生各種型式的失機械應(yīng)能保證不發(fā)生各種型式的失效。為此要進行強度、剛度和壽命效。為此要進行強度、剛度和壽命的計算，占設(shè)計工作的很大比例。的計算，占設(shè)計工作的很大比例。設(shè)計階段的工作如

14、何，就基本上設(shè)計階段的工作如何，就基本上 決定了一個產(chǎn)品成本的高低。決定了一個產(chǎn)品成本的高低。機械是否滿足社會性要求，機械是否滿足社會性要求，完全取決于設(shè)計。完全取決于設(shè)計。功能性功能性要求要求可靠性可靠性要求要求經(jīng)濟性經(jīng)濟性要求要求社會性社會性要求要求實現(xiàn)自主創(chuàng)新?lián)碛歇毩⒅R產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)返回返回 機械設(shè)計的過程機械設(shè)計的過程 第二節(jié)第二節(jié) 機械設(shè)計的過程和方法機械設(shè)計的過程和方法機械設(shè)計的方法機械設(shè)計的方法一、機械設(shè)計的過程設(shè)設(shè)計計的的類類型型適應(yīng)性設(shè)計適應(yīng)性設(shè)計開發(fā)性設(shè)計開發(fā)性設(shè)計參數(shù)化設(shè)計參數(shù)化設(shè)計工作工作 原理原理主體主體 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)功能功能 三者中至少應(yīng)該有一項是首創(chuàng)的三者中至少應(yīng)該

15、有一項是首創(chuàng)的開發(fā)性設(shè)計開發(fā)性設(shè)計三者中至少應(yīng)該有一項是首創(chuàng)的三者中至少應(yīng)該有一項是首創(chuàng)的實例實例照相機照相機數(shù)碼照相機數(shù)碼照相機手機上的照相機手機上的照相機工作原理工作原理 功能功能 主體結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu) 老式照相機老式照相機數(shù)碼照相機數(shù)碼照相機手機上的照相機手機上的照相機單缸洗衣機單缸洗衣機 雙缸洗衣機雙缸洗衣機普通車床普通車床 工作原理工作原理 功能功能 主體結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu) 雙缸洗衣機雙缸洗衣機立立式式車車床床 立立式式車車床床 三者中至少應(yīng)該有一項是首創(chuàng)的三者中至少應(yīng)該有一項是首創(chuàng)的實現(xiàn)自主創(chuàng)新，擁有自主自主實現(xiàn)自主創(chuàng)新，擁有自主自主知識產(chǎn)權(quán)主要依靠開發(fā)性設(shè)計。知識產(chǎn)權(quán)主要依靠開發(fā)性設(shè)計。創(chuàng)

16、新性最強、過程最完整。創(chuàng)新性最強、過程最完整。對現(xiàn)有的機械進行對現(xiàn)有的機械進行局部的修改或增補局部的修改或增補 。 不改變機械的基本結(jié)構(gòu)、只不改變機械的基本結(jié)構(gòu)、只改變機械功能的范圍、機械改變機械功能的范圍、機械的尺度和參數(shù)。的尺度和參數(shù)。一、機械設(shè)計的過程設(shè)設(shè)計計的的類類型型適應(yīng)性設(shè)計適應(yīng)性設(shè)計開發(fā)性設(shè)計開發(fā)性設(shè)計參數(shù)化設(shè)計參數(shù)化設(shè)計工作工作 原理原理主體主體 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)功能功能 三者中至少應(yīng)該有一項是首創(chuàng)的三者中至少應(yīng)該有一項是首創(chuàng)的 機械設(shè)計的完整過程機械設(shè)計的完整過程投產(chǎn)以后投產(chǎn)以后 計劃階段計劃階段 方案設(shè)計階段方案設(shè)計階段 試制試驗階段試制試驗階段 技術(shù)設(shè)計階段技術(shù)設(shè)計階段 n 提出

17、設(shè)計任務(wù)（市場需求，用戶委托，提出設(shè)計任務(wù)（市場需求，用戶委托，主管部門下達）主管部門下達）n 可行性研究可行性研究 （重大問題應(yīng)召開論證會）（重大問題應(yīng)召開論證會）n 編制設(shè)計任務(wù)書編制設(shè)計任務(wù)書計劃階段計劃階段 n 提出機械的工作原理提出機械的工作原理 （通過調(diào)查研究和（通過調(diào)查研究和必要的分析，還可能需要進行原理性試驗）必要的分析，還可能需要進行原理性試驗）n 提出幾種機械系統(tǒng)運動方案提出幾種機械系統(tǒng)運動方案 （進行必要（進行必要的運動學(xué)設(shè)計，一般是初步的、粗略的）的運動學(xué)設(shè)計，一般是初步的、粗略的）n 確定出最佳總體方案確定出最佳總體方案 （經(jīng)過分析、對比（經(jīng)過分析、對比和評價，作出決

18、策）和評價，作出決策）方案設(shè)計階段方案設(shè)計階段 n 運動學(xué)分析與設(shè)計運動學(xué)分析與設(shè)計n 工作能力分析與設(shè)計工作能力分析與設(shè)計n 動力學(xué)分析與設(shè)計動力學(xué)分析與設(shè)計n 結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計n 裝配圖和零件圖的繪制裝配圖和零件圖的繪制技術(shù)設(shè)計階段技術(shù)設(shè)計階段 n 通過試制和試驗，發(fā)現(xiàn)問題，加以改進，通過試制和試驗，發(fā)現(xiàn)問題，加以改進，修改某一部分設(shè)計結(jié)果。修改某一部分設(shè)計結(jié)果。試制試驗階段試制試驗階段 n 收集用戶反饋意見，研究使用中發(fā)現(xiàn)的問收集用戶反饋意見，研究使用中發(fā)現(xiàn)的問題，進行改進。題，進行改進。n 收集市場變化的情況，為可能提出新的設(shè)收集市場變化的情況，為可能提出新的設(shè)計計劃準(zhǔn)備資料。計計劃準(zhǔn)

19、備資料。投產(chǎn)以后投產(chǎn)以后 返回返回 二、機械設(shè)計的方法常規(guī)設(shè)計方法常規(guī)設(shè)計方法現(xiàn)代設(shè)計方法現(xiàn)代設(shè)計方法工業(yè)革命以來工業(yè)革命以來力學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展力學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展運動學(xué)分析與設(shè)計運動學(xué)分析與設(shè)計動力學(xué)分析與設(shè)計動力學(xué)分析與設(shè)計工作能力的分析與設(shè)計工作能力的分析與設(shè)計產(chǎn)生的時代：產(chǎn)生的時代：產(chǎn)生的基礎(chǔ)：產(chǎn)生的基礎(chǔ)：基本內(nèi)容：基本內(nèi)容：產(chǎn)生的時代：產(chǎn)生的時代：產(chǎn)生的基礎(chǔ)：產(chǎn)生的基礎(chǔ)：20世紀(jì)下半頁世紀(jì)下半頁計算機的發(fā)明與快速發(fā)展計算機的發(fā)明與快速發(fā)展 方案設(shè)計方案設(shè)計 運動學(xué)分運動學(xué)分 析與設(shè)計析與設(shè)計動力學(xué)分動力學(xué)分析與設(shè)計析與設(shè)計 零件工作零件工作 能力設(shè)計能力設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計 創(chuàng)造性

20、創(chuàng)造性主要依靠經(jīng)驗，通主要依靠經(jīng)驗，通過類比方法進行過類比方法進行主要依賴于設(shè)計者主要依賴于設(shè)計者的靈感的靈感有系統(tǒng)的理論有系統(tǒng)的理論方法，但往往方法，但往往只能近似滿足只能近似滿足運動學(xué)要求運動學(xué)要求受到計算手段受到計算手段的制約，分析的制約，分析較簡單。較簡單。常將復(fù)雜問題簡化，得出近常將復(fù)雜問題簡化，得出近似公式或經(jīng)驗公式。一般按似公式或經(jīng)驗公式。一般按靜載荷計算，引入動載系數(shù)靜載荷計算，引入動載系數(shù)常采用類比常采用類比的方法的方法常規(guī)設(shè)計方法有如下不足：常規(guī)設(shè)計方法有如下不足：n 方案設(shè)計過分依賴設(shè)計者個人的經(jīng)驗和水平；方案設(shè)計過分依賴設(shè)計者個人的經(jīng)驗和水平；n 一般滿足于獲得一個可用

21、方案，而不是最佳方案；一般滿足于獲得一個可用方案，而不是最佳方案；n 受計算手段的限制，簡化假定較多，影響了設(shè)計質(zhì)量；受計算手段的限制，簡化假定較多，影響了設(shè)計質(zhì)量；n 設(shè)計工作周期長、效率低，不能滿足市場競爭激烈、產(chǎn)設(shè)計工作周期長、效率低，不能滿足市場競爭激烈、產(chǎn)品更新速度加快的新形勢。品更新速度加快的新形勢。 盡管現(xiàn)代設(shè)計方法已經(jīng)興起，但常規(guī)設(shè)計盡管現(xiàn)代設(shè)計方法已經(jīng)興起，但常規(guī)設(shè)計目前仍被廣泛應(yīng)用。目前仍被廣泛應(yīng)用。 設(shè)計者應(yīng)該首先掌握常規(guī)設(shè)計方法，才能設(shè)計者應(yīng)該首先掌握常規(guī)設(shè)計方法，才能進一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計方法。進一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計方法。 本課程的內(nèi)容主要是介紹常規(guī)設(shè)計方法。本課程的內(nèi)容主要

22、是介紹常規(guī)設(shè)計方法?，F(xiàn)代設(shè)計方法計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計機械設(shè)計專家系統(tǒng)機械設(shè)計專家系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計動態(tài)設(shè)計動態(tài)設(shè)計可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計創(chuàng)造性設(shè)計創(chuàng)造性設(shè)計 近數(shù)十年來，社會需求呈現(xiàn)多樣化的趨勢，產(chǎn)品更近數(shù)十年來，社會需求呈現(xiàn)多樣化的趨勢，產(chǎn)品更新速度加快。如果設(shè)計速度慢，就會貽誤商機，造成不新速度加快。如果設(shè)計速度慢，就會貽誤商機，造成不可彌補的經(jīng)濟損失。可彌補的經(jīng)濟損失。計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計 （Computer-Aided Design, CAD)計算繪計算繪圖工作圖工作量太大量太大有的計算工作量大到根本無法用手有的計算工作量大到根本無法用手工方法計算的程度。工方法計算的程

23、度。圖樣總數(shù)可能達到數(shù)百、數(shù)千張。圖樣總數(shù)可能達到數(shù)百、數(shù)千張。繁瑣的重繁瑣的重 復(fù)性工作復(fù)性工作 提高設(shè)計速度成為設(shè)計方法革新的最主要的目標(biāo)。提高設(shè)計速度成為設(shè)計方法革新的最主要的目標(biāo)。 優(yōu)越性：優(yōu)越性：n 提高效率，縮短設(shè)計周期，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，增強市提高效率，縮短設(shè)計周期，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，增強市場競爭能力。場競爭能力。n 給出多個方案，供設(shè)計者比較、選擇，確定最佳方案。給出多個方案，供設(shè)計者比較、選擇，確定最佳方案。n 從繁瑣的重復(fù)性工作中解脫出來，將時間和精力集中到從繁瑣的重復(fù)性工作中解脫出來，將時間和精力集中到創(chuàng)造性的工作上。創(chuàng)造性的工作上。計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計 運算快速

24、準(zhǔn)確 存儲量大 邏輯判斷功能強 輔助設(shè)計者進行設(shè)計機械設(shè)計專家系統(tǒng)機械設(shè)計專家系統(tǒng) （Expert System） 計算機輔助設(shè)計在上世紀(jì)計算機輔助設(shè)計在上世紀(jì)90年代的新發(fā)展。年代的新發(fā)展。 專家系統(tǒng)是一種計算機程序，它使計算機具有學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)是一種計算機程序，它使計算機具有學(xué)習(xí)、推理、決策和創(chuàng)造等智能行為，并能夠在專家的水平上推理、決策和創(chuàng)造等智能行為，并能夠在專家的水平上工作。工作。CAD機械設(shè)計活動機械設(shè)計活動 數(shù)值計算型的工作數(shù)值計算型的工作 （計算與繪圖）（計算與繪圖） 符號推理型的工作符號推理型的工作 （方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計）（方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計） 專家系統(tǒng) 優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計（O

25、ptimal Design）可行方案與最優(yōu)方案可行方案與最優(yōu)方案最優(yōu)，就是使某一項指標(biāo)達到最小（如重量）或最大最優(yōu)，就是使某一項指標(biāo)達到最小（如重量）或最大（如效率）。（如效率）。機械設(shè)計的問題一般都較復(fù)雜，求最小值或最大值的機械設(shè)計的問題一般都較復(fù)雜，求最小值或最大值的問題并不是用微分方法求極值就能簡單地予以解決的。問題并不是用微分方法求極值就能簡單地予以解決的。數(shù)學(xué)領(lǐng)域的分支數(shù)學(xué)領(lǐng)域的分支數(shù)學(xué)規(guī)劃理論數(shù)學(xué)規(guī)劃理論，提供了很多求優(yōu)，提供了很多求優(yōu)的數(shù)值方法，這些方法都以在計算機上進行的大量的數(shù)的數(shù)值方法，這些方法都以在計算機上進行的大量的數(shù)值疊代計算為基礎(chǔ)。值疊代計算為基礎(chǔ)。為了采用這些優(yōu)化

26、方法，就需要將具體設(shè)計問題的物為了采用這些優(yōu)化方法，就需要將具體設(shè)計問題的物理模型轉(zhuǎn)化為一個理模型轉(zhuǎn)化為一個數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型。u 高速化高速化推動了機械動力學(xué)的發(fā)展。推動了機械動力學(xué)的發(fā)展。u 精密化精密化要求機械的實際運動盡可能與期望運動相一要求機械的實際運動盡可能與期望運動相一致。在分析誤差時必須盡可能地計入各種因素的影響。致。在分析誤差時必須盡可能地計入各種因素的影響。u 振動和噪聲過大，則會影響車輛的舒適性并污染環(huán)振動和噪聲過大，則會影響車輛的舒適性并污染環(huán)境。境。u 動態(tài)設(shè)計：考慮機械的動態(tài)載荷和系統(tǒng)的動特性，動態(tài)設(shè)計：考慮機械的動態(tài)載荷和系統(tǒng)的動特性，以動力學(xué)分析為基礎(chǔ)來設(shè)計機械。

27、以動力學(xué)分析為基礎(chǔ)來設(shè)計機械。u 需要在計算機上用數(shù)值疊代算法求解微分方程。所需要在計算機上用數(shù)值疊代算法求解微分方程。所以，動態(tài)設(shè)計在計算機獲得普遍應(yīng)用后才能發(fā)展起來。以，動態(tài)設(shè)計在計算機獲得普遍應(yīng)用后才能發(fā)展起來。動態(tài)設(shè)計動態(tài)設(shè)計 (Dynamic Design)可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計（Reliability Design）u 將概率論、數(shù)理統(tǒng)計引入機械設(shè)計中而形成的一種將概率論、數(shù)理統(tǒng)計引入機械設(shè)計中而形成的一種設(shè)計技術(shù)。設(shè)計技術(shù)。u 將物理量都視為按某種規(guī)律分布的將物理量都視為按某種規(guī)律分布的隨機變量隨機變量，用概，用概率統(tǒng)計的方法確定零、部件的主要參數(shù)和尺寸，使機械率統(tǒng)計的方法確定零、

28、部件的主要參數(shù)和尺寸，使機械滿足所提出的可靠性指標(biāo)。滿足所提出的可靠性指標(biāo)。u 二次世界大戰(zhàn)期間，美國由于飛行故障而損失的飛二次世界大戰(zhàn)期間，美國由于飛行故障而損失的飛機比被擊落的飛機多機比被擊落的飛機多1.51.5倍。倍。u 應(yīng)航天計劃的需要，興起在上世紀(jì)應(yīng)航天計劃的需要，興起在上世紀(jì)6060年代的美國。年代的美國。u 可靠性設(shè)計已應(yīng)用于從宇宙飛船到家用電器的廣闊可靠性設(shè)計已應(yīng)用于從宇宙飛船到家用電器的廣闊領(lǐng)域。領(lǐng)域。 創(chuàng)造性設(shè)計創(chuàng)造性設(shè)計（Creative Design）利用人類已有的科技成果，充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，利用人類已有的科技成果，充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，設(shè)計出新機構(gòu)和新機械產(chǎn)品

29、的設(shè)計過程。設(shè)計出新機構(gòu)和新機械產(chǎn)品的設(shè)計過程。幾千年來，機械的發(fā)明依靠的是能工巧匠和專家學(xué)者幾千年來，機械的發(fā)明依靠的是能工巧匠和專家學(xué)者的靈感和創(chuàng)造性的思維。的靈感和創(chuàng)造性的思維。如何產(chǎn)生靈感？如何進行創(chuàng)造性的思維？在歷史的長如何產(chǎn)生靈感？如何進行創(chuàng)造性的思維？在歷史的長河中，這些智慧的火花是零散的而非系統(tǒng)的，多種多樣河中，這些智慧的火花是零散的而非系統(tǒng)的，多種多樣的而非單一的。的而非單一的。對歷史上大量發(fā)明構(gòu)思的過程進行了分析和歸納，總對歷史上大量發(fā)明構(gòu)思的過程進行了分析和歸納，總結(jié)出一些進行創(chuàng)造性思維的方法，形成了結(jié)出一些進行創(chuàng)造性思維的方法，形成了“創(chuàng)造學(xué)創(chuàng)造學(xué)”。創(chuàng)造性設(shè)計，特指以

30、創(chuàng)造學(xué)理論為基礎(chǔ)進行機械創(chuàng)新創(chuàng)造性設(shè)計，特指以創(chuàng)造學(xué)理論為基礎(chǔ)進行機械創(chuàng)新的方法。的方法?，F(xiàn)代設(shè)計方法計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計機械設(shè)計專家系統(tǒng)機械設(shè)計專家系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計動態(tài)設(shè)計動態(tài)設(shè)計可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計創(chuàng)造性設(shè)計創(chuàng)造性設(shè)計 對設(shè)計者的基本要求對設(shè)計者的基本要求 第三節(jié)第三節(jié) 機械設(shè)計類課程簡介機械設(shè)計類課程簡介機械設(shè)計類課程簡介機械設(shè)計類課程簡介機械原理與機械設(shè)計課程機械原理與機械設(shè)計課程對設(shè)計者的基本要求基本理論基本理論基本知識基本知識 基本技能基本技能 創(chuàng)新精神創(chuàng)新精神 團隊精神團隊精神認真作風(fēng)認真作風(fēng) 在大學(xué)機械類專業(yè)的教學(xué)計劃中，安排了一組在大學(xué)機械類專業(yè)的教學(xué)計劃中，安排

31、了一組機械設(shè)計類課程。機械設(shè)計類課程。 這些課程的目的是向?qū)W生提供機械設(shè)計方面的這些課程的目的是向?qū)W生提供機械設(shè)計方面的基本理論和知識基本理論和知識，并通過各種教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生具備，并通過各種教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生具備進行機械設(shè)計的進行機械設(shè)計的基本能力基本能力，并具備進行機械試驗的并具備進行機械試驗的動手能力動手能力。通過這些課程和相關(guān)的實踐活動，培養(yǎng)同學(xué)們的通過這些課程和相關(guān)的實踐活動，培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新精神、團隊精神和工作作風(fēng)創(chuàng)新精神、團隊精神和工作作風(fēng)。機械設(shè)計類課程簡介機械設(shè)計類課程簡介 機械設(shè)計系列課程機械制圖 機械設(shè)計 機械原理 機械創(chuàng)新設(shè)計 現(xiàn)代設(shè)計方法 必修課必修課 選修課選修課 機械設(shè)

32、計的基本內(nèi)容機械制圖 機械設(shè)計 機械原理 必修課必修課 機械原理與機械設(shè)計機械原理與機械設(shè)計 課程體系課程體系機械原理與機械設(shè)計 課程體系課程體系機構(gòu)的組成與分析機構(gòu)是怎樣組成的機構(gòu)是怎樣組成的? ?機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類如何用機構(gòu)簡圖表示機構(gòu)如何用機構(gòu)簡圖表示機構(gòu)機械原理與機械設(shè)計 課程體系課程體系常用機構(gòu)及其設(shè)計連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和間歇運動機構(gòu)等。連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和間歇運動機構(gòu)等。分章介紹這些機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、類型、原理、運動、應(yīng)用、分章介紹這些機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、類型、原理、運動、應(yīng)用、分析和設(shè)計。分析和設(shè)計。機械原理與機械設(shè)計

33、課程體系課程體系 機器動力學(xué)機器動力學(xué) 分析機器在運轉(zhuǎn)過程中的受力情況分析機器在運轉(zhuǎn)過程中的受力情況 分析機器在已知外力下的運動情況分析機器在已知外力下的運動情況 解決機器在運轉(zhuǎn)中的速度波動和振動問題解決機器在運轉(zhuǎn)中的速度波動和振動問題機械原理與機械設(shè)計 課程體系課程體系機械零部件的工作能力設(shè)計機械零部件的工作能力設(shè)計 常用機械零件的類型、原理、標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用、失效、分析和常用機械零件的類型、原理、標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用、失效、分析和設(shè)計方法。設(shè)計方法。機械原理與機械設(shè)計 課程體系課程體系機械零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計機械零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 常用機械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。常用機械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。機械原理與機械設(shè)計 課程

34、體系課程體系機械系統(tǒng)方案的設(shè)計機械系統(tǒng)方案的設(shè)計 u 機構(gòu)的選型和組合機構(gòu)的選型和組合u 機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計u 結(jié)合課程設(shè)計，使學(xué)生具結(jié)合課程設(shè)計，使學(xué)生具有：有：p 初步的擬定機械系統(tǒng)運動初步的擬定機械系統(tǒng)運動方案的能力方案的能力。p 設(shè)計由通用零件組成的機設(shè)計由通用零件組成的機械傳動系統(tǒng)的能力。械傳動系統(tǒng)的能力。掌握了設(shè)計理論與方法掌握了設(shè)計理論與方法掌握了方案設(shè)計的基本知識掌握了方案設(shè)計的基本知識進行了設(shè)計機械的基本訓(xùn)練進行了設(shè)計機械的基本訓(xùn)練學(xué)習(xí)機械原理與機械設(shè)計課程的目的學(xué)習(xí)機械原理與機械設(shè)計課程的目的為后續(xù)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)為后續(xù)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)認識機械認識機械分析機械分析機械設(shè)計機械設(shè)計機械掌握了分析方法，對機械的認識提高掌握了分析方法，對機械的認識提高到理性認識的高度到理性認識的高度具備了對現(xiàn)有的機械進行分析的能力具備了對現(xiàn)有的機械進行分析的能力為今后參加實際工程中的機械設(shè)計奠定了基礎(chǔ)為今后參加實際工程中的機械設(shè)計奠定了基礎(chǔ)