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机 械 设 计 Mechanical Engineering Design Machine Elements Design

机 械 设 计 Mechanical Engineering Design Machine Elements Design. 福州大学机械工程与自动化学院. 教 材. 濮良贵，机械设计（第七版） . 高等教育出版社， 2001. 龚溎义，机械设计课程设计图册（附机械设计作业图例）第三版 . 高等教育出版社， 1997. 龚溎义，机械设计课程设计指导书（第二版） . 高等教育出版社， 1997. Robert, L Mott. Machine Elements in Mechanical Design, 机械工业出版社， 2002. 3

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Presentation Transcript

  1. 机 械 设 计Mechanical Engineering DesignMachine Elements Design 福州大学机械工程与自动化学院

  2. 教 材 • 濮良贵，机械设计（第七版）. 高等教育出版社，2001. • 龚溎义，机械设计课程设计图册（附机械设计作业图例）第三版. 高等教育出版社，1997. • 龚溎义，机械设计课程设计指导书（第二版）. 高等教育出版社，1997. • Robert, L Mott. Machine Elements in Mechanical Design, 机械工业出版社，2002. 3 • Collins, J A. Mechanical design of machine elements and machines, John Wiley Press, 2003 • Mechanical Design, 武汉理工大学出版社，2004

  3. 教 学 参 考 书 • 濮良贵，机械设计学习指南（第四版），高等教育出版社，2001. • 王秉义，计算机辅助机械设计.东北大学出版社.1993 . • 邱宣怀，机械设计（第四版）.高等教育出版社. 1997. • 余 俊，机械设计（第二版）.高等教育出版社. 1986. • 程大先，机械设计手册（第三版）.化学工业出版社.1993. • 戴 同，机构与机械零部件CAD.华中理工大学出版社. 1999. • 陈继平，现代设计方法.华中理工大学出版社. 1997. • 黄纯颖，机械创新设计.高等教育出版社. 2000.

  4. 第一章 绪论 • 第一节　　引　　言 • 一、机械的定义：机器与机构的总称 • Machinery：generally means machines and mechanisms • 机器：人为的构件组合、构件间具有确定的相对运动、能作有用的机械功或完成能量、物料和信息传递的装置 • Machine: an assemblage of parts that transmit forces, motion and energy in a predetermined manner. • 机构：人为的构件组合、构件间具有确定的相对运动 • Mechanism：a combination of rigid or resistant bodies, formed and connected so that they move with definite relative motions with respect to one another

  5. １.１以下哪些属于机械？ • Which one belongs to machinery? • 火车 train, 车站 station, 飞机 plane, 立交桥cloverleaf junction, 太阳系solar • 三峡大坝 three gorge dam, 三峡船闸three gorge ship gate, 石头 stone, 流星meteor • 中华世纪坛 Chinese altar, 枪炮 gun, 坦克 tank, 动物 animal

  6. 1.2 机器的其他形式(other type of Machine) • 器械（装置、设备）：进行物料传递和变换的机器，如：蒸汽锅炉、过滤和分离装置等 • Apparatus (equipment, device):a machine for material conversion and exchanging, such as, boiler, filter and separator

  7. 仪器：进行信息传递和变换的机器，如测量仪、照相机和打字机等仪器：进行信息传递和变换的机器，如测量仪、照相机和打字机等 • Instrument:a machine for information recording, measuring, controlling and exchanging, such as, measuring equipment, , camera, typewriter,

  8. 机械系统：由许多机器、装置、监控仪器等组成的大型工程系统机械系统：由许多机器、装置、监控仪器等组成的大型工程系统 • Mechanical System: a system composed of machines, apparatus and instruments.

  9. 1.3 机器的用途： • 移动物体 • 转换能量形式 • 成形 • 获取信息 • 处理信息 • Application: • Objects Carrying • Energy transfer • Manufacturing • Information Acquiring • Information Processing

  10. 1.4 机器的组成单元：(Structure of machine) • 机械原理：构件—运动单元，由一个或多个零件组成，如：连杆由连杆体、连杆头、螺栓和螺母组成。 • Mechanisms and Machine Theory: link – basic (component) element in kinematics analysis, composed one or more elements, Such as, connecting rod is composed of the body, head, bolts and nuts. • 机械设计：零件—制造单元，如：螺母、连杆头 • Mechanical Design: machine elements – basic manufacturing unit, such as, nut and head.

  11. 1.5 零件分类(Type of components)： • 通用零件：各种机器中普遍使用的零件，如：螺栓 • General purpose components :commonly used in all kinds of machines, such as, bolts • 专用零件：在一定类型的机器中使用的零件，连杆头 • Special purpose components:only used in specialized machine, such as, connecting rod head

  12. 标准件：经过优选、简化、统一，并给以标准代号的零件和部件 • Standard machine components: machine components or assembly, via optimization, simplification and unification, defined by standard code, such as, nuts and rolling bearing • 易损件：正常运转条件下，在规定期限内必须更换的零件或部件 • Damageable components: machine components or assembly must be replaced in specified period during normal working condition

  13. 1.6 机器的基本组成Basic structure of Machine • 原动机(Power)：驱动机器的动力源，电机、柴油机 • 执行部分(executive)：完成机器功能的组成部分 • 传动部分(transmission)：运动形式、动力参数的转变，机械、液压、电气传动 • 辅助系统(Accessory)：照明、润滑、显示 • 控制系统(control)：控制

  14. 二、机械设计的概念 (Concept of Design) • 设计是应用创造性获得特定问题最优结果并且将此结果与其他人交流的过程 • Design is the application of creativity to obtained the optimum solution of a given problem and the communication of that plan to others • 机械设计：设计机器或机构的技术活动 • Machinery Design: Technological activities for machine and mechanism

  15. 　设计的本质是创新 the nature of design is creativity 　设计的优劣对国民经济发展至关重要 economic development determined by the design 65~70%的利润来自设计， design produce 65~70% products profit

  16. 二十世纪工程成就Greatest Engineering Achievements of the 20th Century • 电气化、汽车、飞机、给排水、电子、收音机和电视、农业机械化、计算机、电话、空调和冰箱、高速公路、空间站、网络、探测、家用器械、健身技术、石油和石油化工技术、激光和光纤、核技术、高性能材料 • Electrification, Automobile, Airplane, Water Supply and Distribution, Electronics, Radio and Television, Agricultural Mechanization, Computers, Telephone, Air Conditioning and Refrigeration, Highways, Spacecraft, Internet, Imaging, Household Appliances, Health Technologies, Petroleum andPetrochemical Technologies, Laser and Fiber Optics, Nuclear Technologies, High-performance Materials

  17. 第一节 引 言 • 一、机械的定义 • 1.1 以下哪些属于机械？ • 1.2 机器的其他形式 • 1.3 机器的用途： • 1.4 机器的组成单元 • 1.5 零件分类 • 1.6 机器的基本组成 • 二、机械设计的概念

  18. 第一章 绪论 第二节　本课程内容及学习方法 Contents and study methodology 一、内容（contents） 联接：螺纹联接、键联接、螺旋传动 Joint: threaded fasteners, key, threaded drive 传动：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动 Drive: belt drive, sprocket drive, gear drive, worm drive 轴系：轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器和离合器 Shaft system: shaft, journal bearing, rolling bearing, coupling and clutch

  19. 二、性质(properties) • 技术基础课(fundamental of technological courses) • 考试(exam) • 连接专业课和基础课的桥梁bridge between the fundamental and technological courses • 三、任务(task) • 掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律 • Master the common rules for designing principles and methodology on general purpose components ) • 树立正确设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策 • Establish correct design idea, acquaintance the technological and economical policy

  20. 具有运用标准、规范、手册和图册等查阅有关技术资料的能力具有运用标准、规范、手册和图册等查阅有关技术资料的能力 • Acquire the ability of utilizing standardization, criterion, manual and drawings • 掌握典型零件的实验方法，获得实验技能 • Master experimental method of typical components, and gain the experimental skills • 对机械设计新方法有所了解 • Know new development of design methodologies

  21. 四、特点(characteristic) • 实践性强 practical（经验有关experienced），考虑问题全面all things concerned （运动kinematics、动力dynamic、结构structure、强度intensity、刚度inflexibility等），知识综合knowledge synthesis（力学mechanics、工艺manufacturing techniques、数学mathematics、材料material等）

  22. 五、注意 notice • 公式推导、经验公式、数表、曲线来历只作一般了解 • Understand the origins of equation derivation, empirical formula, table, curves etc • 设计决非是计算，零件和机器的最后尺寸往往由结构设计而定 • Design is not equal to computation, the dimensions mostly are determined by structural design • 教材中例题、习题仅仅表明如何用基础知识和经验资料去解决一个实际问题，不是唯一。 • The examples and practices demonstrated in text book are only shows how to solve these problems, not an unique solution.

  23. 六、学习方法 study methodology • 一听、二看、三通过，独立完成作业 • Listen carefully, reading widely, do practice independently • 七、评分原则 • 作业２０％ homework • 实验５％ experiments • 大作业１０％ projects • 期末考试６５％ exam • 作业、实验和大作业分Ａ（２０）、Ｂ（１６）、Ｃ（１４）、Ｄ（１２）、Ｅ（８）五级。

  24. “抓” ？ 不抓？

  25. 第二节　本课程内容及学习方法 • 一、内容 • 二、性质 • 三、任务 • 四、特点 • 五、注意 • 六、学习方法 • 七、评分原则

  26. 第一章 绪论 第三节　机械设计过程简介 Introduction to machinery Design Process 3.1 机器和机械零件设计应满足的基本要求(Basic requirements in machine and machine components design) 机器(machine)： 　职能要求(Function)、寿命(Life)、效率(efficiency)、成本(cost)、重量(weight)、制造(manufacturability)、使用(useable)、维修(maintenance)、安全(safety)、外观（appearance）、噪音(noise)、民族(nationality), 习惯(custom)、环境(environment)等。

  27. 机械零件(machine components)：工艺性(manufacturing techniques)、加工(manufacturability)、装配(assemblable)、运输(transportation)等

  28. 3.2 机器和机械零件设计过程 • Design Process for Machine and machine components • 设计过程:创造性过程、继承和创新相结合、科学设计 • Design process: creationary process, inherit and innovate combined, scientific design • 一、计划阶段 (Plan) • 任务书(work scheme)，机器的功能(function)，经济性估计(economic)、制造要求(manufacturing)，使用要求(use)，完成设计时间(design period)。例如：擦玻璃机器人window mopping robot、剥核桃机器walnut rind machine等。

  29. 二、方案设计 scheme design 　根据任务书确定功能参数，提出方案 Functional parameters determined by design task, the schemes are proposed. 原动机 (power) N1 执行机构(executive) N2 传动方案(transmission) N3 总体方案 total ：N=N1*N2*N3

  30. 三、技术设计阶段 technical (detail) design 装配图assemble drawing、草图draft、部件图sub assembly drawing、零件图parts drawing、运动学kinematic analysis、动力学dynamitic analysis、零部件工作能力 part work abilities、系统工作能力 system abilities 四、编制技术文件 write technical file 说明书 (specification sheets)、工艺文件(manufacturing techniques file)等

  31. 3.3 机械设计的方法和新发展 • Design methodology and its new development • 一、设计方法　 Design methodology • 理论设计:科学理论结合实践总结的设计方法 • theoretical method • 经验设计：无充分理论分析，但根据实践经验，参考同类零件的类比设计方法 • Experienced method • 模型和实验设计：较新较高要求的零件，无资料参考或计算方法 • Model and experimental method

  32. 二、新发展new development • 有限元法: 有限力学单元、平衡关系、变形协调、解强度、刚度、稳定性 • Finite Element Method • 断裂力学：允许有裂纹存在，科学掌握扩展特性，预估安全效果 • Fracture mechanics • 优化 • Optimal design • 可靠性 • Reliability design • ＣＡＤ • 弹性流体动力润滑理论 • Elastic fluid dynamic lubrication theory

  33. 设计方法学 • Design methodology • 虚拟设计 • Virtual Design • 生命周期设计 • Life cycle design • 00年45万辆汽车报废，世界每年1000亿吨垃圾 • 并行工程设计 • Concurrent engineering design • 反求工程 • Reverse engineering

  34. 第三节　机械设计过程简介 • 3.1 机器和机械零件设计应满足的基本要求 • 3.2 机器和机械零件设计过程 • 一、计划阶段 • 二、方案设计 • 三、技术设计阶段 • 四、编制技术文件 • 3.3 机械设计的方法和新发展 • 一、设计方法 • 二、新发展

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