《机械设计概论》课件

《机械设计概论》机械设计基础课程，介绍设计原理、工程应用和创新方法课程概述课程目标掌握机械设计基本理论与方法教材资料《机械设计》第九版，机械工业出版社课程安排16周课程，每周3学时考核方式平时作业30%，期末考试70%第一章机械设计基础机械设计定义历史发展现代特点工程师素养创造满足特定功能的机械产从手工设计到数字化智能设集成化、数字化、智能化、创新思维、系统观念、团队品过程计演变绿色化协作机械设计的工作流程需求分析确定产品功能与约束条件概念设计生成并评估可行方案详细设计零部件结构与参数确定原型测试性能验证与优化改进生产制造工艺规划与批量生产机械设计的原则功能性原则可靠性原则经济性原则满足使用要求，实现预期功能保证产品在规定寿命内稳定工作在满足功能前提下降低成本人机工程原则可制造性原则考虑使用者的生理与心理特点便于加工制造与装配机械系统组成控制系统协调各部件动作传动系统传递运动与动力运动机构实现特定运动方式支承结构承载与支撑整体第二章机械设计的力学基础静力学动力学研究物体平衡条件研究运动与力的关系应力分析材料力学研究材料内部应力状态研究变形与内力分布静力学分析方法受力分析绘制自由体图，确定所有作用力建立方程应用平衡条件列出数学方程求解反力计算约束反力及内部载荷分析结果区分静定与静不定问题动力学分析方法牛顿第二定律F=ma，力与加速度关系动量定理冲量等于动量变化量振动分析固有频率与振型计算动力学模型建立运动微分方程应力分析应力分析是确保零件不发生破坏的关键步骤第三章材料与制造工艺工程材料分类金属、非金属、复合材料性能指标强度、硬度、韧性、耐腐蚀性材料选择功能要求与制造工艺相结合常用金属材料材料类型主要特点典型应用碳钢价格低，易加工普通机械零件合金钢高强度，耐热性好高负荷零件铸铁减振性能好，铸造性机床床身，外壳好铝合金轻质，耐腐蚀航空零件钛合金比强度高，耐腐蚀航空航天构件非金属材料工程塑料复合材料工程陶瓷轻质、绝缘、耐腐蚀、易成型高强度、轻质、可设计性强耐高温、硬度高、耐磨损制造工艺概述特种加工激光、电火花、超声波加工切削加工车削、铣削、钻削、磨削塑性加工锻造、冲压、挤压、轧制铸造工艺砂型铸造、压力铸造、精密铸造3D打印选择性激光烧结、光固化成型第四章公差与配合尺寸公差零件尺寸的允许变动范围配合类型间隙配合、过渡配合、过盈配合形位公差控制零件的几何形状与位置精度表面粗糙度表面微观几何形状偏差尺寸公差配合系统基孔制基轴制孔的尺寸固定，轴尺寸变化轴的尺寸固定，孔尺寸变化常用于大多数机械设计适用于标准轴或成套零件形位公差形状公差位置公差直线度、平面度、圆度、圆柱度同轴度、对称度、位置度跳动公差方向公差圆跳动、全跳动平行度、垂直度、倾斜度表面粗糙度Ra

0.8Ra

3.2Ra

12.5精加工普通加工粗加工精密研磨、超精密车削普通车削、铣削粗车、粗铣Ra值越小，表面越光滑，加工成本越高第五章机械零件设计设计通用原则标准件应用•功能实现•优先使用标准件•强度保证•降低成本•制造简便•便于维修更换•装配合理专用件设计•特殊功能实现•系统性能优化•个性化定制轴的设计结构设计确定轴颈直径、轴肩过渡、轴端连接强度计算计算弯矩、扭矩，校核危险截面刚度校核验证变形量在允许范围内振动检查避开危险转速，防止共振轴承选择与设计轴承选型需考虑载荷类型、转速、精度和使用环境齿轮传动设计参数确定模数、齿数、传动比计算几何设计齿形、齿顶高、齿根高确定强度校核弯曲强度与接触强度验证制造考虑加工方法与精度等级选择带传动与链传动V带传动同步带传动链传动运转平稳，缓冲冲击传动精确，无滑动效率高，承载能力强弹簧设计螺纹连接1螺纹标准选择公制、英制，粗牙、细牙2螺栓强度等级常用

4.8级、

8.8级、

10.9级3防松设计弹簧垫圈、尼龙嵌入螺母、锁紧胶4紧固力矩计算M=K·F·d，K为扭矩系数键连接与花键普通键花键连接•平键最常用•直齿花键、渐开线花键•强度计算基于剪切•承载能力强•适用一般传动•适用高转矩传递焊接连接设计要点合理结构，可焊性考虑强度计算基于焊缝几何尺寸焊接方法电弧焊、气焊、激光焊接头类型对接、T型、角接、搭接第六章机械系统设计支承系统控制系统结构支撑，稳定性保证运动控制，参数调节传动系统安全系统功率传递，转速调整防护措施，故障保护4传动系统设计方案选择对比齿轮、带、链等传动形式传动比分配合理分配各级传动比布局设计3空间布置与轴系安排效率计算计算总传动效率支承结构设计基础结构箱体设计轻量化保证整体刚度与稳定性封闭式结构，便于装配优化材料分布，减重增维护效有限元分析应力分布模拟，优化结构形式机械系统可靠性第七章计算机辅助设计CAD技术二维绘图，三维建模，装配设计3D建模特征建模，参数化设计CAE分析有限元分析，运动仿真参数化设计设计变量关联，快速修改建模技术3D草图绘制创建二维轮廓与约束特征建模拉伸、旋转、扫描、放样等装配设计零件组合与约束工程图生成投影视图与技术要求标注有限元分析基础几何简化简化模型，去除非关键特征网格划分将模型离散为有限元边界条件施加约束、载荷和接触求解计算数值迭代求解方程组结果分析应力、变形、振型等结果评估运动学与动力学仿真运动定义轨迹分析1设置关节类型与运动约束追踪关键点运动路径载荷分析干涉检查计算动态载荷与反力验证零件间无碰撞现象第八章机械创新设计创新思维TRIZ理论仿生设计突破常规，多角度思考问题系统化创新方法与工具从自然获取灵感与解决方案创新设计方法头脑风暴法•自由发散思维•不评价，不批判•追求数量形态分析法•拆解功能模块•列出解决方案•组合新方案功能分析法•确定主要功能•分解子功能•寻找功能实现途径价值工程•功能/成本比评估•识别低价值环节•优化设计方案理论应用TRIZ矛盾识别确定技术矛盾与物理矛盾矛盾矩阵查找39个发明原理科学效应应用物理、化学、几何效应理想解追求系统自我解决问题仿生设计仿生设计从自然界获取灵感，解决工程难题第九章机械设计实例减速器设计机床主轴输送机械机器人机构传动系统经典设计案精度与刚度关键设计物料搬运系统设计灵活多自由度机构设例计减速器设计案例30:195%传动比效率二级圆柱齿轮减速高效传动设计15kW功率中等负载应用减速器采用整体式铸铁箱体，双级渐开线齿轮传动，滚动轴承支承机床主轴系统设计动平衡性减少振动与噪声热稳定性减小热变形影响运动精度降低跳动与偏心结构刚度抵抗切削力变形输送机械设计带式输送机螺旋输送机链式输送机•水平或倾斜输送•粉状物料输送•重载物料输送•皮带张紧装置•螺旋叶片设计•链轮与链条选择•托辊与导向系统•密封与驱动系统•导轨与支撑结构机器人机构设计第十章绿色设计与可持续发展绿色设计回收设计环保材料，节能结构便于拆解，材料分离生命周期减量化全过程环境影响评估精简结构，减少材料绿色设计方法材料选择可再生、无毒、可降解材料能源效率减少摩擦损失，优化传动效率污染控制减少噪声、振动与排放评价指标碳足迹、能耗、材料消耗量数字化与智能设计数字孪生云设计平台人工智能虚拟模型与物理产品同步协同设计，资源共享智能推荐设计方案设计项目管理文档管理质量保证建立规范的设计文档系统进度控制设计评审与标准检查任务分解制定进度表，监控关键路径将设计目标分解为可执行任务课程总结与展望知识体系发展趋势学习建议•力学基础•智能化设计•理论结合实践•零部件设计•轻量化结构•掌握数字工具•系统集成•绿色制造•跨学科学习•创新方法•多学科融合•参与工程项目。