《机械设计基础》课件

《机械设计基础》欢迎参加机械工程学院开设的《机械设计基础》课程本课程将由张教授主讲，计划于学年第一学期开展通过系统学习机械设计的基本理论、方2025法与实践技能，您将掌握从概念到实现的完整设计流程机械设计作为工程领域的核心学科，融合了力学、材料、制造等多学科知识，是培养现代机械工程师不可或缺的专业基础希望通过本课程的学习，能激发您对机械设计的热情，培养创新思维与解决复杂工程问题的能力课程概述学习成果掌握机械设计方法与技能教材资源标准教材与补充参考材料课程安排周课程，每周学时163本课程旨在培养学生系统掌握机械设计的理论基础和实践技能，建立工程思维通过课堂讲授、作业练习和设计实践，使学生能够独立完成基础机械系统的设计与分析评分标准包括期末考试（）、平时作业（）和课堂出勤（）三个部分教材采用经典的《机械设计基础》，配合最新行业标60%30%10%准资料和设计手册作为补充参考机械设计的基本概念1概念阶段确定功能需求，提出设计方案2初步设计阶段方案评估，选择最优方案3详细设计阶段完成具体尺寸计算和结构设计4验证阶段通过分析和试验验证设计方案机械设计是将科学原理、工程知识和创造性思维应用于机械系统的构思、分析和实现的过程其核心目的是创造满足特定功能需求、安全可靠且经济合理的机械产品从早期的经验设计到现代的数字化、智能化设计，机械设计经历了巨大的变革当代机械设计呈现出模块化、轻量化、智能化和绿色环保的特点，强调跨学科融合和系统集成能力机械设计的基本原则功能性原则设计的首要目标是满足预期功能需求，确保机械系统能够完成特定任务设计方案应针对具体使用环境、工况条件进行优化，实现最佳性能指标可靠性原则机械系统必须在规定的使用寿命内保持稳定工作，避免发生意外失效这要求合理的尺寸设计、材料选择和结构布置，确保足够的强度、刚度和耐久性经济性原则在满足功能和可靠性要求的前提下，应考虑设计方案的经济合理性，包括制造成本、运行成本和维护成本的综合优化，实现最佳性价比制造工艺性原则设计必须考虑现有制造条件和工艺能力，避免过于复杂或难以实现的结构良好的工艺性设计能够简化制造流程，提高生产效率，降低制造缺陷安全与环保原则是现代机械设计不可忽视的重要因素，要求在设计中充分考虑人身安全防护、环境影响和资源利用效率，符合相关法规标准机械零件的常用材料钢材铸铁强度高，韧性好减震性好，价格低碳素钢灰铸铁••合金钢球墨铸铁••不锈钢可锻铸铁••非金属材料有色金属成型简便，耐腐蚀重量轻，导热性好工程塑料铝及铝合金••复合材料铜及铜合金••陶瓷材料钛合金••材料选择是机械设计的关键环节，应综合考虑功能要求、工作条件、制造工艺和经济因素新型材料如碳纤维复合材料、纳米材料和形状记忆合金等在特殊应用领域展现出广阔前景机械零件的失效形式静载失效疲劳失效磨损与腐蚀失效在静态载荷作用下，材料超过屈服强度在循环载荷作用下，即使应力低于材料表面材料逐渐损失或化学电化学作用导/发生永久变形或超过断裂强度发生破坏屈服强度也可能导致零件破坏是机械致材料性能劣化，影响零件精度和使用常见于一次性大载荷作用的情况零件最常见的失效形式寿命断裂材料完全分离高周疲劳低应力，高循环次数磨粒磨损与粘着磨损•••屈服产生塑性变形低周疲劳高应力，低循环次数化学腐蚀与电化学腐蚀•••典型失效案例分析高速轴断裂通常始于应力集中区域（如键槽、过渡圆角处）的疲劳裂纹，随着运行时间累积逐渐扩展，最终导致突然断裂通过断口形貌分析可识别疲劳源区、裂纹扩展区和最终断裂区机械零件的强度计算静强度计算基于材料的屈服强度或断裂强度，应用许用应力法进行尺寸设计计算公式，其中为安全系数σ≤[σ]=σs/ns ns疲劳强度计算考虑循环载荷作用下材料的疲劳特性，引入应力幅值、平均应力和应力集中因素基于曲线确定疲劳寿命S-N接触强度计算应用赫兹接触理论分析两曲面接触的应力状态，常用于齿轮、轴承等接触副的设计计算公式σH≤[σH]曲线应力循环次数曲线是表征材料疲劳特性的重要工具，横坐标为循环次数S-N-对数坐标，纵坐标为应力幅值曲线显示应力幅值越低，零件能承受的循环次数NS越多铁素体钢材存在明显的疲劳极限，而非铁金属则无明显疲劳极限疲劳强度影响因素

0.6-

0.

90.7-

0.95尺寸效应系数表面质量系数零件尺寸增大，疲劳强度下降表面粗糙度影响疲劳性能

1.5-

3.0应力集中系数结构不连续处应力显著增大影响疲劳强度的因素众多，需要通过量化分析方法准确评估其影响程度除了尺寸效应、表面质量和应力集中外，还包括载荷性质、工作环境和材料本身的冶金状态等因素疲劳计算实例中，需将标准试样的疲劳极限修正为实际零件的疲劳极限×σ-1=σ-1ε尺寸×表面其中为标准试样疲劳极限，尺寸为尺寸效应系数，表面为表面ε/Kσσ-1εε质量系数，为应力集中系数Kσ应力集中应力集中现象常见结构应力集中过盈配合应力分析结构截面突变处的应力分布不均匀，局部圆孔板、轴肩过渡、键槽和螺纹根部是典过盈配合产生的接触压力导致零件表面径区域应力显著高于名义应力，形成应力集型的应力集中区域应力集中系数与几何向压应力和切向拉应力内外件的应力分中应力集中系数定义为最大应力与名形状密切相关，可通过查表或有限元分析布遵循拉莫公式，最大应力出现在接触表Kσ义应力之比获得面减小应力集中的设计措施包括增大过渡圆角半径、优化结构形状、采用渐变过渡、表面强化处理（如喷丸、滚压）和选用抗应力集中敏感性低的材料等这些措施能有效提高零件的疲劳强度机械制造工艺与公差尺寸公差与配合确保零件功能与互换性几何公差控制形状与位置精度表面粗糙度保证表面质量与性能公差带系统是国际通用的尺寸公差标准，基本孔制和基本轴制是两种常用的公差配合系统基本孔制以为基准，调整轴的公差位置；ISO H基本轴制以为基准，调整孔的公差位置公差等级从到，数字越小精度越高h IT01IT16公差设计需要综合考虑功能要求、制造成本和检测手段过严的公差要求会显著增加制造难度和成本，过松的公差则可能影响产品性能和质量合理的公差设计是实现经济制造与可靠工作平衡的关键螺纹连接基础螺纹参数螺距、螺纹角、中径、大径、小径等基本参数构成了螺纹的几何特征公制螺纹标准角度为°，英制为°6055螺纹类型按用途分为紧固螺纹（如三角螺纹）和传动螺纹（如梯形螺纹）；按牙型分为三角、梯形、锯齿形螺纹等；按旋向分为右旋和左旋螺纹螺纹紧固件标准螺纹紧固件包括螺栓、螺钉、螺母、垫圈等，规格齐全，便于互换和维修，是最常用的机械连接方式螺纹连接的主要特点包括结构简单、拆装方便、标准化程度高、能承受大载荷、自锁性好（当螺纹升角小于等效摩擦角时）但也存在应力集中、抗疲劳性较差等不足螺纹连接的失效模式主要有螺纹滑丝（内外螺纹啮合面剪切破坏）、螺杆断裂（拉伸、弯曲或扭转载荷导致）、松动（振动或冲击载荷作用下）和腐蚀损坏等螺纹连接的强度计算螺栓组连接螺栓组连接是利用多个螺栓共同承担载荷的连接方式，适用于大型或复杂载荷条件螺栓组的受力分析基于力学平衡原理，需考虑轴向力、剪切力和力矩的综合作用载荷分配计算方法有均匀分布法和弹性理论法两种均匀分布法假设各螺栓均匀分担载荷，计算简便但精度较低；弹性理论法考虑螺栓刚度差异和受力变形，结果更准确偏心载荷下，螺栓除承受平均拉力外，还需承受由偏心力矩产生的附加力，远离载荷作用点的螺栓受力最大键连接与花键连接键连接分类花键连接特点键连接是实现轴与轮毂周向固定的简单花键连接是轴上有多个凸齿与轮毂内齿连接形式，主要分为啮合的连接形式平键矩形截面，应用最广泛承载能力大（是键连接的倍）••3-5楔键有微小斜度，自锁性好定心性好，同轴度高••半圆键定位精度高，拆装方便允许轴向移动（直齿花键）••切向键用于大扭矩传递结构复杂，制造成本高••键连接与花键连接的选择取决于载荷大小、工作条件和成本因素一般情况下，小扭矩传递使用键连接，大扭矩或精度要求高时选用花键连接键连接的强度计算主要考虑键的剪切强度和挤压强度计算公式为××和××其中为τ=T/d hl/2≤[τ]p=2T/d lh≤[p]T扭矩，为轴径，为键高，为键长花键连接的承载能力计算需考虑齿数、齿高和有效长度等因素d hl铆接与焊接铆接特点焊接类型铆接是通过铆钉变形连接零件的焊接是通过熔化金属实现连接的永久性连接方式优点是结构简工艺常见焊接类型包括对接单、适用于不同材料连接、疲劳焊缝、角焊缝、搭接焊缝和型T性能好；缺点是不能拆卸、降低焊缝等焊接符号按国标GB/T板材强度、存在应力集中规定，包括基本符号、补充324符号和尺寸标注强度计算铆接强度计算需验证剪切强度和挤压强度焊接强度计算分为对接焊缝和角焊缝两类，对接焊缝按母材截面计算，角焊缝按焊脚截面计算焊接应力计算需考虑工作应力和焊接残余应力叠加焊接变形与应力是影响焊接质量的重要因素焊接变形包括纵向收缩、横向收缩和角变形等；焊接应力源于焊接加热冷却过程中的不均匀温度分布减小焊接变形和应力的措施包括合理的焊接顺序、预变形、刚性固定和焊后热处理等轴的设计基础轴的分类结构设计要点按功能分为传动轴（传递转矩）和支轴的结构设计应遵循阶梯式排布以承轴（支撑回转零件）；按形状分为方便安装；避免突变截面，采用过渡直轴、曲轴和挠性轴；按截面分为实圆角；合理布置轴向固定装置；减少心轴和空心轴每种类型适用于不同加工难度，提高制造工艺性；确保足的工作条件和载荷情况够的强度和刚度以满足工作要求材料选择轴材料通常选用中碳钢和中碳合金钢，如钢、等高速重载轴可选用4540Cr等调质钢轴表面常采用淬火、渗碳等处理方法提高硬度和耐磨性，40CrNiMo改善疲劳性能轴的常见失效形式包括疲劳断裂（最常见）、过度变形（影响传动精度）、过度磨损（配合面）和振动与共振（超过临界转速）轴设计的技术要求需标注材料、热处理方式、硬度要求、加工精度和表面粗糙度等参数轴的强度计算静强度校核计算轴受弯矩、扭矩等载荷产生的应力，验证是否满足强度要求疲劳强度校核考虑循环载荷下的疲劳特性，特别关注应力集中区域刚度校核计算轴的挠度和扭转角，确保不超过允许值临界转速确保工作转速远离轴系统的固有频率，避免共振静强度校核采用第三强度理论（最大切应力理论）或第四强度理论（畸变能理论），计算当量应力并与许用应力比较疲劳强度校核需计算安全系数，考虑尺寸效应、表面质量和应力集中等因素的影响轴的刚度校核主要考察挠度和倾斜角一般要求最大挠度不超过轴长的，支承轴承处倾斜角不超1/5000过弧度临界转速计算可采用瑞利能量法或传递矩阵法，工作转速应避开临界转速的±范围

0.00120%轴的结构优化设计要在满足强度和刚度要求的前提下，尽可能减小尺寸和重量滚动轴承概述球轴承接触面为点接触，代表类型有深沟球轴承、角接触球轴承和推力球轴承球轴承特点是摩擦小、精度高、极限转速高，但承载能力相对较低，适用于高速轻载工况滚子轴承接触面为线接触，代表类型有圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承和调心滚子轴承滚子轴承承载能力大，但摩擦略大，极限转速较低，适用于重载工况轴承代号系统轴承代号由类型、尺寸系列、内径、精度等级和结构特点等信息组成如表示深沟球轴承，内径，带双面金属防尘盖，精度等级6208-2Z/P540mm P5轴承精度等级从高到低依次为、、、、、，为普通精度轴承选择原则需考虑载荷大小和性质、工作转速、温度环境、安装空间、成本预算以及精度要求等因素行业标准包括国标、国际标准和制造商标准，确保全球范围内P2P4P5P0P6P7P0GB/T ISO的互换性滚动轴承的寿命计算基本额定寿命修正额定寿命L₁₀=C/Pᵖ，单位为百万转Lna=a₁·a₂·a₃·L₁₀可靠度影响当量动载荷可靠度越高，₁越小a P=X·Fr+Y·Fa基本额定寿命₁₀表示在规定条件下，的同批轴承能够达到或超过的寿命值指数对于球轴承取，对于滚子轴承取修正额定寿命L90%p310/3考虑了可靠度（₁）、材料特性（₂）和使用条件（₃）的影响a a a当量动载荷是将实际复杂载荷（径向力和轴向力）折算为等效纯径向载荷的计算值，系数和从轴承目录查取₁₀寿命是轴承设计基准，P FrFa XY L实际使用寿命受润滑、安装质量、工作环境等因素影响，通常大于计算寿命滚动轴承的安装与维护轴承配合选择内圈与轴采用过盈配合（防止蠕动），外圈与轴承座采用过渡或间隙配合（便于热膨胀）配合等级与载荷类型、旋转情况相关轻载可选用较松配合，重载需选用较紧配合安装与拆卸方法小型轴承可用压力机安装，大型轴承常采用加热法（油浴或感应加热）安装力应均匀传递至配合面，避免通过滚动体传递拆卸可使用拉拔器或液压法，切勿敲击或撬动3润滑系统设计根据工况选择油脂润滑（简单、密封好、适中速）或油润滑（散热好、适高速）润滑剂选择考虑转速、温度、载荷等因素油脂填充量通常为轴承自由空间的至1/31/2密封结构设计密封防止润滑剂泄漏和外部污染物侵入常用接触式密封（如唇形密封）和非接触式密封（如迷宫密封）高速应采用非接触式，防尘防水要求高则采用接触式轴承故障诊断主要通过振动分析、温度监测和噪声检测常见故障有疲劳剥落、磨损、蠕动、腐蚀和过热等有效预防措施包括正确的选型与安装、定期检查与维护、良好的润滑与密封系统以及防止过载与冲击滑动轴承基础滑动轴承分类流体动力润滑理论材料选择按载荷方向分为径向轴承（支承径向载基于雷诺方程的流体动压润滑理论是滑滑动轴承材料需具备嵌入性、顺应性和荷）和推力轴承（支承轴向载荷）；按动轴承设计的基础油膜压力由轴与轴耐磨性，常用材料有润滑状态分为流体动力润滑、边界润滑承的相对运动产生，形成楔形油膜，支巴氏合金基或基•Sn Pb和干摩擦轴承；按结构分为整体式、剖承载荷并降低摩擦油膜参数包括最小青铜铅青铜、锡青铜分式和瓦块式轴承油膜厚度、最大油膜压力和承载能力•铝合金合金•Al-Sn径向轴承轴颈轴承偏心率（轴偏心量径向间隙）••e/c/非金属尼龙、等•PTFE推力轴承平面、斜面、楔块索默菲尔德数表征承载特性••轴颈轴承设计计算主要考虑比载荷（）、运转温度和最小油膜厚度经验设计数据中低速轴承比载荷，高速轴承p=F/dl1-3MPa比载荷；最小油膜厚度应大于表面粗糙度总和止推轴承应用于大型设备如水轮机、船舶推进器，需考虑承载面积和摩

0.5-

1.5MPa擦功率散热齿轮传动概述齿轮类型按齿线形状分为直齿、斜齿、人字齿和曲线齿；按轮齿位置分为平行轴（直齿、斜齿）、相交轴（锥齿轮）和交错轴（蜗杆、螺旋齿轮）不同类型适用于不同的传动需求和工况条件基本参数模数（）、压力角（）、齿数（）、齿宽（）是齿轮的关键参数节圆直径，齿顶圆直mαz bd=m·z径，齿根圆直径标准压力角为°，模数按优先系列选择da=d+2m df=d-

2.5m20渐开线齿形渐开线齿形的优点包括传动平稳、中心距变化不影响传动比、加工简便、标准化程度高渐开线是圆上一点随着直线在圆上无滑动滚动而形成的轨迹，具有独特的几何特性标准齿轮采用基本齿条作为齿形生成基准，齿顶高系数，齿根高系数变位齿轮通过改变刀ha*=1hf*=

1.25具与毛坯相对位置（变位系数），优化齿形性能，如增大重合度、改善滑动条件、避免根切等x齿轮传动的效率受到摩擦损失、油膜搅拌损失和风阻损失的影响高质量齿轮传动效率可达以上齿轮精98%度按划分为级，数字越小精度越高，精度直接影响传动平稳性、噪声和寿命GB/T100950-12直齿圆柱齿轮设计齿轮参数初选根据传动比和工况条件，初步选择模数、压力角、齿数和齿宽系数模数优先选用、

1、、、、、、、、、；压力角标准为°；小齿轮

1.

251.

522.53456810mm20齿数最小为（避免根切）；齿宽系数一般取17ψ=b/m5-20受力分析齿轮受三个互相垂直的力切向力（提供转矩）、径向力Ft=2T/d Fr=Ft·tanα（分离齿面）和轴向力（仅斜齿轮有）这些力决定了轴和轴承的设计载荷，Fa也是强度计算的基础强度校核齿轮设计需校核两种强度齿根弯曲强度（防止齿断裂）和齿面接触强度（防止点蚀）齿根应力计算公式；接触应力计算公式σF=Ft/b·m·YF·Yε·Yβ·KA·KV·KFα·KFβ≤[σF]σH=ZE·ZH·Zε·Zβ·√Ft/b·d·KA·KV·KHα·KHβ≤[σH]齿轮参数优化设计需平衡多种因素较大模数提高承载能力但增加尺寸和重量；较大压力角提高弯曲强度但降低重合度；较大齿数改善传动性能但增加尺寸；合理变位可优化齿形性能并避免干涉设计过程通常需要多次迭代，综合考虑强度、精度、经济性等要求斜齿轮与锥齿轮斜齿轮特点锥齿轮分类蜗杆传动特点斜齿轮的齿线与轴线成一定角度（螺旋锥齿轮用于相交轴（通常为°）的转蜗杆传动用于交错轴（通常为°）的9090角通常为°°），具有啮合平稳、动传递，按齿线形状分为传动，特点是β8~20噪声低、承载能力大和寿命长等优点，直齿锥齿轮结构简单，精度低传动比大（可达）••100但产生附加轴向力，需增加轴向轴承弧齿锥齿轮承载能力大，噪声小传动平稳，噪声低••斜齿轮的当量计算采用虚拟齿轮理论，螺旋锥齿轮传动平稳，精度高自锁性好（铅角°）••γ5引入当量齿数，当量模数zv=z/cos³β效率较低（通常）•40%~90%（为端面模数），据此锥齿轮的强度校核采用当量圆柱齿轮法，mn=mt·cosβmt可按直齿轮方法进行强度计算通过虚拟齿数和当量模数转换为等效的蜗杆传动的效率主要受螺旋角和摩擦系直齿圆柱齿轮计算数影响，计算公式η=tanγ/tanγ+μ·tanγ·μ/tanγ+μ齿轮传动的制造与精度齿轮加工方法主要分为成形法（刨齿、铣齿）和展成法（滚齿、插齿）成形法加工简单但精度低；展成法基于齿轮啮合原理，精度高，生产效率高，是主要加工方法高精度齿轮需要经过热处理后进行磨齿、珩齿或研齿等精加工齿轮精度等级按标准分为级，精密仪器传动用级，普通机械用级，粗制齿轮用级齿轮误差来GB/T100950-120-34-89-12源包括制造误差（基圆偏心、齿距不均匀）、安装误差（中心距偏差、不同轴）、弹性变形和热变形等齿轮修形包括齿向修形（端部减薄）和齿廓修形（头部减薄），可改善载荷分布，降低噪声和振动带传动平带传动带传动V传动平稳，高速性能好应用最广泛的带传动形式效率高（左右）传递扭矩能力强•98%•打滑严重，不精确效率中等（）••94-96%张紧装置同步带传动保证带传动正常工作43结合带传动和齿轮传动优点重力式张紧无滑动，传动比准确••弹簧式张紧噪声较大，成本高••带传动的设计计算包括带型号选择、带的根数确定和张紧力计算单根带的额定功率与设计功率关系为，其V[P]Pd Pd=Kα·KL·P中为工况系数，为带长修正系数，为基本功率，然后确定所需带数KαKL Pz=P/[P]链传动链传动类型设计计算链轮设计与维护按链条结构分为链传动设计的主要步骤链轮设计要点滚子链应用最广泛，强度高链型选择根据功率和转速齿形遵循标准，保证啮合•

1.•套筒链结构简单，成本低链节距选定查表获得材料常用钢、等•

2.p•4540Cr齿形链传动平稳，噪声小链轮齿数选择小链轮不低于齿齿面应经热处理硬化•

3.z17•销轴链承载能力大，速度低中心距确定•

4.aa=30~50p链传动维护包括定期润滑、检查磨损和链长计算

5.调整松紧度润滑方式取决于链速，低按排数分为单排链、双排链和多排链，₁₂₂速可用滴油或油池润滑，高速需油浴或Lp=2a/p+z+z/2+z-排数增加提高承载能力但增加宽度和成₁喷油润滑z²/4π²·p/a本链传动与带传动相比，具有传动比准确、承载能力大、效率高（）、不打滑等优点，但也存在冲击载荷大、噪声高、需润η=97-98%滑和精确安装等缺点适用于中低速（）、大功率（可达数百）的传动场合v≤7m/s kW摩擦传动与离合器摩擦传动原理摩擦传动利用两摩擦表面间的摩擦力传递动力，传递扭矩，其中为摩擦系数，为法向压力，为作用半径摩擦传动需避免滑动，要求，其中为切向力，安全系数T=μ·F·RμF RF≥FT/μFTK=

1.5~

2.5离合器类型离合器按结构分为片式离合器（单片、多片）、锥面离合器、离心离合器和液力离合器等按操作方式分为手动离合器（机械、液压传动）和自动离合器（离心、电磁控制）按工作状态分为常接合式和常断开式设计特点离合器设计关键是摩擦片材料选择和结构布置摩擦材料要求耐热、耐磨、摩擦系数稳定；结构设计需考虑比压分布、散热条件和操作力大小离合器的工作寿命主要取决于摩擦副磨损和热负荷典型离合器案例分析汽车单片干式离合器集成了压盘总成、从动盘总成和分离机构压盘通过弹簧提供压力；从动盘包含摩擦片和减振装置；分离机构通过踏板和液压系统传递操作力离合器设计需平衡传递扭矩能力、操作力大小、接合平稳性和散热性能等要求制动器工作原理能量转换与吸收类型与应用2不同结构满足特定需求热分析与冷却确保稳定性能与寿命制动器的工作原理是将机械系统的动能转换为热能并散发到环境中，实现速度降低或停止运动根据摩擦副形式分为块式制动器（鼓式、盘式）、带式制动器和锥式制动器；按操作方式分为手动、脚踏、液压、气压和电磁制动器；按应用场景分为行车制动、驻车制动和紧急制动制动力矩计算基于摩擦力和力臂，如盘式制动器，其中为摩擦系数，为压紧力，为有效半径制动器结构设计需考虑传递力路T=2μFReμF Re径、自增力或自减力特性、散热条件和空间限制热分析是制动器设计的重要环节，需计算单次制动和连续制动的温升，确保制动材料不超过允许工作温度冷却措施包括增大散热面积、设置散热肋、通风和选用导热性好的材料弹簧设计基础弹簧分类弹簧材料与制造按材料分为金属弹簧（钢、铜合金）和非常用弹簧材料有弹簧钢丝（、钢）、6570金属弹簧（橡胶、复合材料）；按载荷类钢琴线、不锈钢丝和铜合金丝弹簧制造型分为压缩、拉伸、扭转和弯曲弹簧；按工艺包括冷卷（适用于直径的钢≤8mm截面形状分为圆截面、矩形截面和特殊截丝）和热卷（适用于直径的钢8mm面弹簧不同类型适用于不同的工作条件丝），制造后需进行热处理以消除内应力，和空间限制提高弹性极限弹簧常数与刚度弹簧常数表示单位变形所需的力，是弹簧刚度的量化指标圆柱螺旋压缩弹簧的弹簧常数kk=Gd⁴/8D³n，其中G为剪切模量，d为钢丝直径，D为平均直径，n为有效圈数弹簧设计中常根据载荷和变形要求确定所需刚度弹簧的应力分析需考虑材料的弹性极限和疲劳特性圆柱螺旋弹簧的最大剪应力，τ=8FD/πd³·K其中为瓦尔应力修正系数，与弹簧指数有关在动态载荷作用下，弹簧的疲劳强度计算需考K C=D/d虑应力集中和表面质量影响弹簧的动态响应涉及自然频率和共振问题，特别是在高速或冲击载荷条件下工作的弹簧自然频率，其中为弹簧有效质量为避免共振，工作频率应远离弹簧自然频率，必要时f=1/2π·√k/m m可采用阻尼措施降低振幅螺旋弹簧设计板弹簧与特种弹簧板弹簧结构与计算碟形弹簧特点特种弹簧应用板弹簧由多片不等长钢板叠加而成，最碟形弹簧是截面为梯形的圆盘状弹簧，特种弹簧针对特定需求开发，包括长的主片两端设有卷耳，其余为辅片通过弹性变形储能主要特点橡胶弹簧减振性好，耐腐蚀•板弹簧结构特点承载能力特大（可达数十吨）•气弹簧阻尼特性好，行程可调•承载能力大•行程短（，为碟高）•

0.15~

0.25h h形状记忆合金弹簧温度敏感，可实•摩擦阻尼减振效果好•可组合使用，灵活配置刚度现智能控制•结构紧凑，占用空间小•体积小，占用空间少波形弹簧厚度小，空间利用率高••板弹簧的强度计算公式为，σ=6FL/bh²碟形弹簧串联增大变形量，并联增大承特种弹簧设计需考虑材料特性、工作环其中为支持点间距，为板宽，为板厚，L bh载能力，串并联组合可实现非线性特性境和特殊功能要求，往往需要实验验证多片板弹簧将总应力按比例分配给各片密封装置静密封动密封用于相对静止零件之间的密封，主要有垫片密封（紧固件密封）、填料密封（阀用于相对运动零件之间的密封，主要有接触式密封（唇形密封圈、形密封圈）V门、活塞杆）和气体密封（气体压力形成的膜）静密封的可靠性主要取决于接触和非接触式密封（迷宫密封、液体密封）动密封需兼顾密封性能和摩擦损失，高压力的均匀性和密封材料的抗泄漏性能速场合宜选用非接触式密封以降低摩擦和发热密封材料机械密封密封材料选择需考虑工作条件和环境要求，常用材料有弹性材料（天然橡胶、丁机械密封是用于旋转轴的高性能密封装置，由静环、动环、弹性元件和辅助密封组腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶）、塑料材料（聚四氟乙烯、尼龙）、纤维材料（石棉、成工作原理是依靠流体压力和弹性元件使两个高精度平面紧密接触形成密封适石墨纤维、芳纶）和金属材料（软铜、铝、铅）用于高速、高压和腐蚀性介质条件，广泛应用于泵、压缩机和反应釜等设备密封装置的失效与预防需从设计、材料选择和运行维护三方面考虑常见失效模式有材料老化变形、密封面磨损、安装不当和工作条件超限等预防措施包括选用适合工况的密封类型和材料、确保密封面加工质量和装配精度、避免超温超压工作以及定期检查和维护联轴器与万向节刚性联轴器用于连接同轴线的两轴，要求对中精度高，不能缓冲冲击和补偿偏差常见类型有法兰联轴器（最常用，拆装方便）、套筒联轴器（结构简单，轴向固定好）和夹壳联轴器（适用于大扭矩）选择时应考虑承载能力、轴径大小和安装空间挠性联轴器能补偿轴的轻微偏差并缓冲冲击载荷，提高传动平稳性常见类型有弹性套联轴器（结构简单，维护少）、齿式联轴器（承载大，允许较大角偏差）、膜片联轴器（无间隙，高精度）和鼓形齿联轴器（允许大角偏差）设计计算主要考虑扭矩传递能力和允许偏差范围万向节用于连接不同轴线的两轴，允许较大角度偏差普通万向节在传动过程中存在角速度不均匀问题，当输入轴匀速旋转时，输出轴速度周期性变化，引起振动等速万向节通过双心结构或球笼结构解决了这一问题，实现了等速传动，广泛应用于汽车传动系统安装与维护重点是保证轴承润滑良好，定期检查十字轴磨损情况机架与箱体设计机架的类型与功能箱体的结构设计原则轻量化设计机架是支撑机器各部件的骨架结构，按形状分为底箱体是封闭式支承结构，集成了支承、传动和密封机架与箱体的轻量化设计是提高性能和降低成本的座式、立柱式、框架式和组合式机架的主要功能功能设计原则包括均匀分布壁厚提高整体性；重要途径主要方法有有限元分析优化材料分布；是支撑和定位各工作部件；承受和传递内外载荷；合理布置肋板增强刚度；有效散热减少热变形；便采用高强度轻质材料（铝合金、镁合金）；优化结确保机器整体刚度和精度；减小振动和噪声设计于装配和维修；减小质量降低成本箱体结构设计构拓扑减少不必要材料；设计中空腔体结构；应用中需考虑刚度、强度、稳定性和工艺性要求需平衡功能需求和制造工艺性复合材料提高比强度轻量化需保证足够的刚度和稳定性铸造箱体设计需考虑铸造工艺特点壁厚均匀减少缩孔和变形；避免厚薄交接处产生热节；圆角过渡避免应力集中；合理设置浇注系统和冷铁；便于凝固收缩和清理焊接结构设计重点是合理选择焊缝位置和焊接方法；减小焊接变形和应力；预留装配和调整余量；考虑焊后热处理需求；注重外观质量和防腐处理润滑系统设计润滑原理与方法润滑的主要作用是减少摩擦、降低磨损、散热冷却和防止腐蚀润滑方法分为手动润滑（简单经济但不可靠）；集中润滑（自动定量供给）；循环润滑（油泵持续循环）；喷射润滑（高速部件）；油雾润滑（微量均匀分布）润滑剂选择润滑剂选择基于工作条件（速度、载荷、温度）和环境要求液体润滑剂包括矿物油、合成油和生物油；半固体润滑剂为各类润滑脂；固体润滑剂如石墨、二硫化钼适用于极端环境润滑油的主要性能指标有粘度、粘度指数、倾点、闪点和抗氧化性系统组成与设计完整润滑系统包括储油装置（油箱、油道）；输送装置（油泵、管路）；净化装置（滤油器、油气分离器）；控制装置（压力阀、流量计）；散热装置（冷却器）和监测装置（油位计、压力表）系统设计需综合考虑润滑需求、可靠性和维护便利性油路设计与油泵选择是润滑系统设计的核心油路设计原则保证足够流量和压力；最短路径减少阻力损失；避免产生气穴和油液冲击；设置备用通道提高可靠性；便于清洗和维护油泵选择依据流量、压力和使用条件，常用类型有齿轮泵（结构简单）、叶片泵（压力稳定）和柱塞泵（高压场合）润滑系统的监测与维护对保证设备正常运行至关重要监测内容包括油压、油温、油位、流量、油质（颗粒度、含水量）和过滤器堵塞状况维护措施包括定期更换润滑油和滤芯；清洗油箱和油路；检查油泵和管路密封；调整压力和流量参数；分析油样判断设备磨损状况机械振动基础12π自由度圆频率系数单自由度系统最简分析模型振动周期与频率的关系

0.05~

0.2阻尼比范围常见机械系统阻尼特性振动的基本概念包括自由振动（无外力作用）与强迫振动（外力驱动）；阻尼振动（能量耗散）与无阻尼振动（理想状态）；线性振动（满足叠加原理）与非线性振动（参数变化）单自由度系统振动分析是理解复杂振动系统的基础，特征参数包括固有频率、阻尼比和振幅放大系数ωn=√k/mζ=c/2√km振动测量常用传感器包括加速度传感器（压电或电容式）、速度传感器和位移传感器振动分析方法有时域分析和频域分析，后者通过傅里叶变换将时域信号转换为频谱，便于识别振动源振动评价标准通常基于振动位移、速度或加速度的有效值，如规定了不同设备的振动允许值振动控制方法包ISO10816括减少激振源（平衡、对中）；隔离传递路径（减振器、隔振垫）和改变系统特性（改变质量、刚度或增加阻尼）机械系统的平衡技术刚体平衡原理旋转体平衡方法平衡机与现场平衡刚体的不平衡分为静不平衡和动不平衡两种旋转体平衡方法包括平衡机分类静平衡要求质心位于旋转轴上，即主矢量平单面平衡适用于盘状件，只需静平衡硬支承平衡机精度高，操作复杂••衡；动平衡要求惯性矩主矩为零，∑miρi=0双面平衡适用于轴状件，需在两个平软支承平衡机灵敏度高，操作简便即主矩平衡旋转体需同时满足••∑miρizi=0面加平衡质量静平衡和动平衡，即完全平衡状态，才能避准共振平衡机灵敏度特高，专用性强•免离心力和力矩的影响多面平衡用于复杂或长轴系，需多平•现场平衡技术用于无法拆卸的设备，如风机、面校正透平机等，通过振动传感器测量并计算校正平衡质量计算基于径向测量的振动或位移，质量，常用方法有三次运行法和系数法通过影响系数法或平衡化计算确定校正质量平衡质量的计算与分布是平衡技术的核心平衡质量大小与不平衡量和校正半径有关，，其中为不平衡量，为校正半径平衡精度m=U/r Ur等级按标准分为至，数字越小要求越高，如精密仪器要求，电机要求，风机要求实际平衡操作中需ISO1940G

0.4G4000G

0.4G

2.5G

6.3注意安全转速控制、校正质量固定方式和设备结构限制等问题机械传动系统设计功能需求分析确定速度、扭矩和效率要求传动方案选择选择合适的传动形式组合传动比分配各级传动比的合理安排各部件详细设计零部件参数确定与验证传动系统的组成与功能包括动力源（电动机、内燃机）；传动装置（齿轮、带传动、链传动）；速度转向变换装置（变速器、换向器）；中间连接装置（轴、联/轴器）和辅助装置（润滑、冷却）系统设计目标是在满足功能需求的前提下，实现高效率、低成本、长寿命和易维护传动比的合理分配是系统设计的重点多级传动的总传动比₁×₂××，各级传动比分配原则高速级选小传动比减少动载荷；低速级选大传动比提高承载i=i i...iₙ能力；尽量使各级传动比接近，避免某级过大；考虑标准化减少定制零件变速装置设计原则包括速比级差均匀；传动效率高；操作简便安全；可靠性好且成本适中减速器设计减速器类型总体布置热平衡校核减速器按传动形式分为圆柱齿轮减速器（效率高、减速器总体布置需遵循传动路线简短合理；支承减速器的热平衡校核用于验证正常工作温度是否在通用性好）；蜗杆减速器（结构紧凑、传动比大）；轴承位置优化；装配拆卸方便；润滑条件良好；密允许范围内校核公式₀，其中η·Q=Kt·A·t-t行星减速器（体积小、承载能力大）和谐波减速器封有效可靠；结构紧凑轻量布置方式有单轴心式、为效率，为输入功率，为传热系数，为散ηQ KtA（传动比大、精度高、体积小）选择类型需考虑双轴心式和多轴心式，需根据传动级数和空间限制热面积，和₀分别为工作温度和环境温度一般t t传动比、效率、空间限制和成本等因素选择要求工作温度不超过℃，否则需增加散热措施80或强制冷却轴系设计与轴承选择是减速器设计的关键环节轴系设计需同时考虑强度、刚度和布置合理性，通常高速轴采用较短悬臂以减小挠度，低速轴可适当增加悬臂以便于安装大齿轮轴承选择原则是高速轴优先考虑球轴承；中低速重载轴选用滚子轴承；需承受轴向力时选择推力轴承或角接触轴承；所有轴承寿命应协调，避免某个轴承成为薄弱环节变速器设计机械变速器液力变速器通过齿轮组合实现多级速度利用液体传递动力平滑变速2无级变速器电控变速器4连续平滑变化速比电子控制实现智能换挡变速器的工作原理是通过改变传动比实现输出转速和扭矩的调节机械变速器通过不同齿轮组合啮合实现定级变速；液力变速器利用液体动能传递动力实现平顺换挡；电控变速器通过电子系统控制液压执行机构完成自动换挡；无级变速器则能在一定范围内连续调节传动比齿轮变速器设计需重点考虑换挡机构的可靠性和操作性；同步器设计以实现平顺换挡；轴的布置和轴承选择；润滑系统设计确保各部位润滑充分；壳体结构设计兼顾强度和工艺性无级变速器的特点是能实现无极调速，主要类型有带式无级变速器（金属带或橡胶带）、摩擦轮式变速器和液压无级变速器，适用于需要精确速度控制的场合自动变速器的控制系统通过传感器网络、执行机构和电子控制单元，根据车速、发动机转速和驾驶习惯等信息，自动选择最佳的传动比在机械设计中的应用CAD/CAE三维建模技术有限元分析运动学与动力学仿真三维建模技术是现代机械设计的基础，主流软有限元分析将复杂结构离散为有限个单运动学仿真分析机构的运动轨迹、速度和加速FEA件包括、、等建元，通过数值计算求解力学问题常见分析类度，不考虑力的作用；动力学仿真则考虑力和SolidWorks CATIACreo模方法包括特征建模（基于草图和特征操作）、型包括静力学分析（应力分布）、动力学分力矩对运动的影响，能预测系统的动态响应自由曲面建模（复杂形状表面）和参数化建模析（振动特性）、热分析（温度场）和疲劳分多体动力学软件如能对复杂机械系统ADAMS（通过参数控制几何形状）三维模型便于可析（寿命预测）有限元分析能在制造前预测进行仿真，分析关键参数如接触力、关节反力视化、干涉检查和生成工程图纸产品性能，降低设计风险和振动特性优化设计方法利用计算机算法寻找最佳设计方案常用方法包括参数优化（改变设计变量寻找最优解）、拓扑优化（确定材料最佳分布）、形状优化（调整边界形状）和尺寸优化（确定最佳尺寸参数）优化目标通常是最小化质量、最大化刚度或最佳化动态特性等数字样机技术整合了三维建模、仿真分析和虚拟装配，创建产品的完整数字模型数字样机能进行干涉检查、装配验证、人机工程评估和制造工艺分析，大幅DMU减少实物样机的需求，缩短开发周期，降低设计成本先进的数字样机还结合了增强现实和虚拟现实技术，提供更直观的设计体验AR VR机械设计中的工程材料选择功能需求分析确定材料必须满足的功能特性，如强度、刚度、韧性、耐磨性、导热性、电性能等这一步确立了材料选择的基本条件和约束约束条件确定考虑环境条件（温度、湿度、腐蚀性）、制造工艺限制、成本预算和可获得性等约束因素，进一步缩小备选材料范围材料性能对比利用材料性能图表或数据库，对比分析不同材料的综合性能，选出最适合的材料类型和具体牌号验证与优化通过计算分析和必要的实验验证材料选择的合理性，必要时进行调整优化，确保最终选择满足设计要求材料性能数据库应用是现代材料选择的重要工具常用数据库包括材料选择器、和材料数据库等，提供成千上万种材料的详细性能数据设计师可通过设置筛选条件，如密度范围、弹性模量、CES MatWebASM屈服强度和耐热性等，快速找到满足需求的候选材料数据库通常还提供材料性能的图形化比较，便于直观评估不同材料的优劣材料与加工工艺的匹配是成功设计的关键不同材料适合不同的加工工艺铸铁适合铸造但不适合锻造；低碳钢易于焊接而高碳钢焊接性差；铝合金易于切削和挤压成形；工程塑料适合注塑但耐热性有限选择材料时必须考虑可行的加工方法，确保零件能够以合理成本制造出来，并达到设计要求的尺寸精度和表面质量机械设计中的创新方法理论应用仿生设计方法模块化设计原则TRIZ发明问题解决理论是一套系统化的创仿生设计从自然界生物结构和功能中汲取灵模块化设计将复杂系统分解为功能独立的标TRIZ新方法论，基于对大量专利的分析总结核感，运用到工程设计中仿生设计流程准模块，各模块通过标准接口连接优势包心工具包括括确定设计目标和功能需求

1.个发明原理解决技术矛盾减少设计和制造时间•40寻找自然界中实现类似功能的生物系统•

2.物理矛盾分离原则提高产品可维护性•分析生物学原理和结构特点•

3.个标准解解决系统问题方便升级和定制化•76提取关键机制转化为工程方案•

4.理想最终结果导向设计降低开发风险和成本•设计和优化技术实现方案•

5.资源分析充分利用现有条件•模块划分应基于功能分析，确保模块内高内仿生设计已成功应用于流体力学、材料科学聚，模块间低耦合，接口简单明确可将具体问题抽象化，通过标准方法寻和机构设计等领域TRIZ找解决方案，再转化为具体技术实现创新设计案例分析某企业应用理论解决了热交换器效率与体积的矛盾通过物质场分析识别系统不足，应用嵌套结构和多孔材料原理，TRIZ-开发出微通道结构热交换器，在相同体积下提高换热效率，同时减轻重量30%20%机械设计可靠性

0.9910^-6目标可靠度允许失效率关键系统的典型设计目标安全关键部件的要求级别5-10安全系数范围不同工况的设计系数选择可靠性设计的基本概念包括可靠度表示系统在规定时间内正常工作的概率；失效率表示单位Rtλ时间内发生失效的概率；平均无故障时间表示两次故障之间的平均时间可靠性设计采MTBF=1/λ用概率统计方法处理不确定性因素，确保系统在预期寿命期内满足功能要求失效模式与影响分析是系统识别潜在失效并评估其影响的方法步骤包括确定系统FMEA FMEA功能和组件；识别可能的失效模式；分析每种失效的原因和影响；评估严重度、发生率和探测度；计算风险优先数；制定改进措施可靠性评估方法包括应力强度干涉理论、蒙特卡洛模拟和加RPN-速寿命试验冗余设计通过功能备份提高可靠性，方式包括主动冗余（并联工作）、待机冗余（故障时启动）和混合冗余容错设计则允许系统在部分失效情况下继续安全运行机械产品的环保设计绿色设计原则绿色设计（又称生态设计）是考虑产品全生命周期环境影响的设计方法核心原则包括最小化资源消耗；使用环保材料；提高能源效率；减少废弃物产生；延长使用寿命；便于拆解和回收设计决策需平衡环境影响、性能要求和经济可行性生命周期分析生命周期分析评估产品从原材料获取、制造、使用到最终处置的全过程环境影响流程包括目LCA LCA标与范围定义；清单分析（资源投入和排放输出）；影响评估（转化为环境影响类别）；结果解释与改进建议帮助识别环境热点，指导设计优化方向LCA能耗与排放控制能耗控制措施包括优化传动效率；减少摩擦损失；采用智能节能控制；合理匹配动力系统排放控制关注有害物质减少，包括选择低材料；使用无铅焊接；避免有害表面处理；减少噪声和振动；提高燃烧VOC效率减少尾气排放材料回收与再利用是环保设计的重要方面设计策略包括选择可回收材料（标准塑料、常见合金）；减少材料种类提高分选效率；避免材料复合难以分离；使用标准化连接件便于拆卸；设计模块化结构便于更换与升级；标记材料类型辅助回收分类先进设计方法如可拆解性设计和再制造设计进一步提高产品的循环经济价值DFD DFR环保法规与标准日益完善，对机械产品设计提出更高要求主要法规包括指令（限制有害物质使用）；RoHS指令（电子电气设备废弃物处理）；指令（能源使用产品生态设计）；法规（化学品注册与限WEEE EuPREACH制）环保认证如环境管理体系和能源之星效率标识，以及各类环保标签，对产品市场准入和竞争力ISO14001有重要影响机械系统的噪声控制机械设计标准化国家与行业标准我国机械领域标准体系包括国家标准、行业标准和企业标准国家标准分为强制性标准和推荐性标准，GB JBGB GB/T涉及安全、健康和环保的通常为强制性标准机械行业标准主要由工信部主管，覆盖材料、零部件、制造工艺和检测方法等方面设计师必须熟悉相关标准要求，确保产品合规国际标准国际标准化组织制定的标准被全球广泛采用，特别是在国际贸易中具有重要地位机械设计相关的重要标准包括ISO ISO质量管理系列、环境管理系列、机械安全、尺寸公差、几何公差等ISO9000ISO14000ISO12100ISO286ISO1101随着全球化发展，国内标准逐步与国际标准接轨，采用标准号表示等同采用的标准GB/T ISOISO标准件应用标准件是按照国家或行业标准生产的通用零部件，如螺栓、轴承、键、销等使用标准件的优势包括互换性好便于维修更换；成本低批量采购优惠；供应稳定易于采购；质量可靠符合标准要求设计中应优先选用标准件，减少专用件设计，缩短开发周期，降低制造和维护成本公差标准化公差与配合标准化是机械互换性的基础我国采用的系列标准与一致，规定了尺寸公差带和配合系统GB/T1800ISO286几何公差标准对形状、位置公差作出规定，表面粗糙度标准规定了表面质量评定方法标准化的公GB/T1182GB/T1031差系统便于设计师选择合适的精度等级，保证零件功能和经济性标准化对设计的影响是深远的，促进了模块化设计和系列化设计的发展标准化不仅简化了设计过程，还提高了生产效率，降低了制造和库存成本，便于质量控制和管理然而，过度标准化可能限制创新，设计师需在标准规范和创新设计之间找到平衡点，在遵循标准的前提下追求性能和功能的优化机械设计实例分析机床主轴系统设计汽车传动系统设计工业机器人机构设计机床主轴系统设计需考虑高精度、高刚度和良好的动态汽车传动系统设计需平衡动力性、经济性和可靠性设工业机器人机构设计侧重于运动精度和灵活性设计重特性关键设计点包括轴承排布采用前双后单结构提计要点离合器选用单片干式摩擦离合器，兼顾传扭能点关节驱动采用减速器配合伺服电机，实现高精RV高刚度；前轴承预紧采用弹簧预紧机构确保温升后仍保力和操控感；变速器采用速手动变速箱，优化各挡位度和高刚度；机械臂结构采用轻量化设计，通过拓扑优5持适当预紧力；轴径阶跃处设计合理过渡半径减小应力传动比确保加速性和燃油经济性；等速万向节采用双球化减重；末端执行器设计模块化接口，便于更换不30%集中；主轴材料选用调质处理的钢保证强度和笼式结构，允许较大转向角且传动平稳；差速器设计有同工具；传感系统集成位置、力矩反馈，实现精确控制；42CrMo稳定性；冷却系统设计确保温升控制在℃以内限滑差机构，提高湿滑路面牵引能力；传动轴采用铝合轴承选用预紧角接触球轴承，消除间隙提高定位精度10金管材减轻质量并提高临界转速风力发电机传动系统面临大扭矩、变速运行和长寿命要求设计方案采用行星齿轮与平行轴组合的多级增速结构，输入扭矩分流到多个行星轮降低单齿承载；轴承采用双列圆锥滚子轴承承受复合载荷；润滑系统设计强制循环式，配备精细过滤和冷却装置；变桨控制机构采用电动驱动，精确调节桨叶角度应对不同风速；机舱结构采用铸钢底座，提供高刚度支撑减小振动机械设计发展趋势智能化与数字化设计轻量化与高性能材料机械设计正向智能化和数字化方向快速发展人轻量化设计是降低能耗和提高性能的关键途径工智能技术赋能设计流程，基于机器学习的设计新型材料推动轻量化进程，包括高强钢材（强优化系统能自动生成和评估方案；数字孪生技术度提高）；铝镁合金（密度低，比强30-50%构建虚拟模型与实体产品的映射关系，实现全生度高）；碳纤维复合材料（质量仅为钢的，1/4命周期监控和预测；基于知识的工程设计系统汇强度可达倍）；金属基复合材料（兼具金属韧2集专家经验，提高决策效率；云计算平台支持分性和陶瓷硬度）；纳米材料（特殊力学和物理特布式协同设计，打破地域限制性）多材料混合结构设计成为主流增材制造技术影响增材制造（打印）技术正深刻改变设计思维和制造方式设计自由度大幅提高，复杂内部结构和仿生结3D构变得可行；功能集成设计减少零件数量，提高可靠性；按需生产降低库存和物流成本；拓扑优化与增材制造结合，创造出轻量化和高性能结构；材料利用率提高，减少废料，符合绿色制造理念虚拟现实与人机交互设计为机械产品开发提供新工具技术使设计师能身临其境体验产品，直观发现问题；增VR强现实辅助装配和维护，投影指导信息提高效率和准确性；自然交互界面如手势识别、语音控制简化操作；数AR字人体工程学分析确保产品符合人体工学原理；实时仿真与可视化技术加速设计评审和决策过程可持续发展与循环经济理念深入机械设计各环节设计考虑全生命周期环境影响，从源头减少资源消耗和污染排放；模块化设计便于维修和升级，延长产品寿命；共享经济模式推动产品耐用性设计；再制造设计预留再生空间，提高零部件再利用率；工业生态系统设计一个企业的废弃物成为另一企业的资源，形成闭环生产链，实现资源最大化利用。