1、第第1章章 機械設計概論機械設計概論 11 課程性質和任務課程性質和任務12 設計機器的基本原則和設計程序設計機器的基本原則和設計程序13 機械零件設計概述機械零件設計概述14 典型機械簡介典型機械簡介11 課程性質和任務課程性質和任務 性質：機械設計課程是一門培養學生機械性質：機械設計課程是一門培養學生機械 設計能力設計能力的技術基礎課，屬于設計性的課程的技術基礎課，屬于設計性的課程 。 術語：術語：本課程學習對象本課程學習對象 機械系統機械系統=機械結構機械結構 + 驅動動力驅動動力 + 檢測與控制檢測與控制 一臺機器的機械結構總是由一些機構組成的，每個機構又是由一臺機器的機械結構總是由一

2、些機構組成的，每個機構又是由若干零件組成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為若干零件組成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為通用通用零件零件；有些零件只有在特定的機器中才用到，稱之為；有些零件只有在特定的機器中才用到，稱之為專用零件專用零件。 通用零件包括：通用零件包括：齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動；齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動； 軸、聯軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承；軸、聯軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承； 螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結構件；螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結構件；彈簧、機架、箱體等。彈簧、機架、箱體等。 專用零件，例如專用零件，例如葉片、

3、犁鏵、槍栓葉片、犁鏵、槍栓等。等。 任務：本課程的主要任務是培養學生：任務：本課程的主要任務是培養學生： （1）樹立正確的設計思想，初步掌握設計方法并培養一定的）樹立正確的設計思想，初步掌握設計方法并培養一定的設計能力。設計能力。 （2）掌握通用機械零部件的工作原理、結構特點、設計原理掌握通用機械零部件的工作原理、結構特點、設計原理和計算方法。和計算方法。 （3）綜合運用機械零件、）綜合運用機械零件、各種機構的知識及先修課程的知識，各種機構的知識及先修課程的知識，掌握設計機械傳動裝置和一般機械的能力。掌握設計機械傳動裝置和一般機械的能力。 （4）具有運用標準、規范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料

4、具有運用標準、規范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料的能力。的能力。 （5）掌握典型機械零件的實驗方法，獲得工程實驗技能的基掌握典型機械零件的實驗方法，獲得工程實驗技能的基本訓練。本訓練。 （6）掌握計算機技術在機械設計中的應用，對機械設計新發掌握計算機技術在機械設計中的應用，對機械設計新發展有所了解。展有所了解。 內容：內容：本課程中本課程中“設計設計”的含義是指的含義是指: :學習機械系統設計的基礎知識；學習機械系統設計的基礎知識；學習一般尺寸和參數的通用零件設計方法。學習一般尺寸和參數的通用零件設計方法。機械裝置的實體設計機械裝置的實體設計; ;涉及零件的應力、強度的分析計算涉及零件的應力、

5、強度的分析計算; ;材料的選擇材料的選擇; ;結構設計結構設計; ;考慮加工工藝性考慮加工工藝性; ;標準化以及經濟性標準化以及經濟性; ;環境保護等環境保護等。 特點及學習方法：特點及學習方法：“三性三性”和和 “七多七多 ”。“三性三性”表現為表現為: 1.知識性知識性 由于本課程是針對常用零部件進行分析講解，所以首先要掌握由于本課程是針對常用零部件進行分析講解，所以首先要掌握常用零部件的基本知識，例如各零部件的主要類型、結構、功能、常用零部件的基本知識，例如各零部件的主要類型、結構、功能、材料、制法、標準、優缺點、適用場合等材料、制法、標準、優缺點、適用場合等 2.設計性設計性 由于本課

6、程是一門從理論性課程過渡到結合工程實際的設計性由于本課程是一門從理論性課程過渡到結合工程實際的設計性課程，因此它非常強調各種常用零部件的設計。課程，因此它非常強調各種常用零部件的設計。 3.綜合性綜合性 由于本課程是在機械制圖、理論力學、材料力學、工程材料、由于本課程是在機械制圖、理論力學、材料力學、工程材料、機械制造基礎、互換性與技術測量、機械原理等先修課程的基礎上機械制造基礎、互換性與技術測量、機械原理等先修課程的基礎上開設的設計性課程，因此具有較強的綜合性。開設的設計性課程，因此具有較強的綜合性。 關系多關系多因與諸多先修課關系密切。因與諸多先修課關系密切。要求多要求多強度、剛度、壽命、

7、工藝、重量、安全、強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、 經濟性。經濟性。 門類多門類多各類零件，各有特點，設計方法各異。各類零件，各有特點，設計方法各異。公式多公式多有解析式、半解析式、經驗式、半經驗式有解析式、半解析式、經驗式、半經驗式 以及定義式的。以及定義式的。 參數多參數多機械零件的結構是由許多尺寸參數組成的，機械零件的結構是由許多尺寸參數組成的， 而這些尺寸參數都是由設計計算和經驗確而這些尺寸參數都是由設計計算和經驗確 定的。定的。圖形多圖形多結構圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線結構圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線 圖。圖。表格多表格多手冊、圖冊、標準、規范等。手冊、圖冊、標準、規范

8、等。七多表現為：七多表現為： 要求：要求：（紀律、作業、聽課、考試）（紀律、作業、聽課、考試） 上課注意聽講，課后善于歸納，要認清設計上課注意聽講，課后善于歸納，要認清設計和計算的關系，計算只是為結構和計算的關系，計算只是為結構設計提供一個基礎，設計提供一個基礎，而零部件和機器的最后尺寸和形狀，通常都是由結而零部件和機器的最后尺寸和形狀，通常都是由結構設計取定的，計算所得的數字，最后往往會被結構設計取定的，計算所得的數字，最后往往會被結構設計所修改。同時在做作業時或看例題時要清楚構設計所修改。同時在做作業時或看例題時要清楚正確的答案并不是唯一的。正確的答案并不是唯一的。 要求：要求：使用、經濟

9、、外型、噪音等使用、經濟、外型、噪音等 設計方法：設計方法： （1 1）內插式）內插式 （2 2）外插式）外插式 （3 3）開發式）開發式 設計程序：設計程序： （1）調查決策）調查決策 （2）研究設計）研究設計 （3）試制）試制 （4）投產銷售）投產銷售 技術經濟評價：技術經濟評價：1-2設計機器的基本原則和設計程序設計機器的基本原則和設計程序設計機器的一般程序 一般而言，機器的設計階段是決定機器好壞的關鍵一般而言，機器的設計階段是決定機器好壞的關鍵一環。機械設計是一個創造性的工作過程，實踐經驗是一環。機械設計是一個創造性的工作過程，實踐經驗是保證設計質量的重要因素。因此，要求設計者特別注意

10、保證設計質量的重要因素。因此，要求設計者特別注意經驗的積累。經驗的積累。一部完整的機器是一個復雜的系統，要提高設計質量，必須有一個科學的設計程序。機械設計的一般過程：機械設計的一般過程： 計劃階段計劃階段 方案設計階段方案設計階段 技術設計階段技術設計階段 技術文件編制階段技術文件編制階段技技術術設設計計方方案案設設計計計計劃劃提出任務提出任務分析對機器的要求分析對機器的要求確定任務要求確定任務要求機器功能分析機器功能分析提出可能的解決辦法提出可能的解決辦法組合幾種可能的方案組合幾種可能的方案決策決策選定方案選定方案明確構形要求明確構形要求結構化結構化零件設計零件設計編制技術文件編制技術文件評

11、價評價決策決策確定結構形狀與尺寸確定結構形狀與尺寸評價評價部件設計部件設計總體設計總體設計機器設計的一般流程機器設計的一般流程選擇材料、確定尺寸選擇材料、確定尺寸1-3機械零件設計概述機械零件設計概述 要求：工作可靠要求：工作可靠、成本低廉。從設計和制造入手、成本低廉。從設計和制造入手 設計步驟：設計步驟： （1 1）確定零件的載荷）確定零件的載荷 （2 2）選擇零件的材料）選擇零件的材料 （3 3）根據工作能力確定零件的主要尺寸，并加以標）根據工作能力確定零件的主要尺寸，并加以標準化和圓整準化和圓整 （4 4）設計結構，繪制零件工作圖）設計結構，繪制零件工作圖機械零件設計的機械零件設計的詳細

12、詳細步驟步驟(1)(1) 根據零件的使用要求，選擇零件的類型和結構。根據零件的使用要求，選擇零件的類型和結構。 為此，必須對各種零件的不同類型、優缺點、特為此，必須對各種零件的不同類型、優缺點、特性和使用范圍等，進行綜合對比與正確選用。性和使用范圍等，進行綜合對比與正確選用。(2)(2) 根據機器的工作要求，計算作用在零件上的載荷。根據機器的工作要求，計算作用在零件上的載荷。(3)(3) 根據零件的工作條件及對零件的特殊要求根據零件的工作條件及對零件的特殊要求( (如高溫如高溫 環境等環境等) )選擇適當的材料。選擇適當的材料。(4)(4) 根據零件的失效形式，確定零件的計算準則，通根據零件的

13、失效形式，確定零件的計算準則，通 過計算，確定零件的基本尺寸。過計算，確定零件的基本尺寸。(5)(5) 根據工藝性和標準化，進行零件的結構設計。根據工藝性和標準化，進行零件的結構設計。(6)(6) 細節設計完成之后，必要時進行詳細的校核計算，細節設計完成之后，必要時進行詳細的校核計算， 以判定結構的合理性。以判定結構的合理性。(7)(7) 繪制零件工作圖，并撰寫計算說明書。繪制零件工作圖，并撰寫計算說明書。選擇零件類型、結構選擇零件類型、結構寫出計算說明書寫出計算說明書畫出零件工作圖畫出零件工作圖校校 核核 計計 算算 計算零件上的載荷計算零件上的載荷確定計算準則確定計算準則選擇零件的材料選擇

14、零件的材料確定零件的基本尺寸確定零件的基本尺寸結結 構構 設設 計計零件的設計流程圖零件的設計流程圖 設計中的其它問題：設計中的其它問題： 三化、結構、復查、人員素質、發展趨勢三化、結構、復查、人員素質、發展趨勢 機械設計學習解決的問題：機械設計學習解決的問題： （1 1）工作原理）工作原理 （2 2）結構特點）結構特點 （3 3）設計和計算（選用）設計和計算（選用） （4 4）維護和改進）維護和改進在學習機械設計課程之初，有必要對機械的組成、機械的基本要素有一個感性的認識。下面先看幾個例子。典型機械實例：典型機械實例：機械控制式機械控制式電氣控制式電氣控制式模糊控制式模糊控制式除了控制方式以

15、外，上述三種洗衣機的主要傳動系統除了控制方式以外，上述三種洗衣機的主要傳動系統沒有很大的差別。沒有很大的差別。全自動洗衣機；全自動洗衣機； 減速器；減速器； 工業機器人工業機器人。1-4典型機械簡介典型機械簡介潘存云教授研制全自動洗衣機；全自動洗衣機；潘存云教授研制自動洗衣機的組成：自動洗衣機的組成：上蓋上蓋控制面板控制面板進水口進水口排水管排水管外箱體外箱體盛水桶盛水桶支撐拉桿支撐拉桿脫水桶脫水桶電動機電動機帶傳動帶傳動減速器減速器波輪波輪潘存云教授研制洗滌：洗滌：A A制動，制動，B B放開，運動經電動機、帶傳動、中心齒輪、放開，運動經電動機、帶傳動、中心齒輪、行星輪、行星架、帶動波輪旋轉

16、。行星輪、行星架、帶動波輪旋轉。脫水：脫水：A A放開，放開，B B制動，運動經電動機、帶傳動、內齒圈（脫制動，運動經電動機、帶傳動、內齒圈（脫水桶）、中心齒輪、行星架，波輪與脫水桶等速旋轉。水桶）、中心齒輪、行星架，波輪與脫水桶等速旋轉。AB洗衣機系統簡圖洗衣機系統簡圖帶傳動帶傳動脫水桶脫水桶波輪波輪自動洗衣機的工作原理自動洗衣機的工作原理：典型機械實例：典型機械實例：減速器減速器 潘存云教授研制典型機械實例：典型機械實例：工業機器人工業機器人潘存云教授研制典型機械實例：典型機械實例：工業機器人工業機器人典型機械實例：典型機械實例：潘存云教授研制工業機器人工業機器人典型機械實例：典型機械實例

17、：潘存云教授研制工業機器人工業機器人典型機械實例：典型機械實例：潘存云教授研制工業機器人工業機器人典型機械實例：典型機械實例：潘存云教授研制工業機器人工業機器人潘存云教授研制潘存云教授研制 示教盒用于輸示教盒用于輸入控制命令或入控制命令或控制程序。控制程序。控制系統用于控制控制系統用于控制操作機各關節內伺操作機各關節內伺服電機的運動。服電機的運動。工業機器人的組成工業機器人的組成 操作手在控制系統操作手在控制系統的指揮下，完成各的指揮下，完成各種復雜的作業。種復雜的作業。示教盒（編程器）示教盒（編程器）控制系統控制系統 操作手操作手 典型機械實例：典型機械實例：全自動洗衣機；全自動洗衣機；減速器；減速器；工業機器人工業機器人由以上實例，可歸納得出以下幾點：由以上實例，可歸納得出以下幾點： 1. 一個機械系統包含著機械結構系統、驅動動力系統、一個機械系統包含著機械結構系統、驅動動力系統、檢測與控制系統檢測與控制系統；2. 現代機器不僅可以代替人類的體力勞動，還可以代現代機器不僅可以代替人