(2024年)机械设计基础共59张

机械设计基础共59张12024/3/26目录机械设计概述机械零件设计机械传动设计机械结构设计机械制造工艺设计机械设计实践与应用22024/3/26机械设计概述0132024/3/26定义机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。重要性机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要因素。机械设计的定义与重要性42024/3/26机械设计的历史可以追溯到古代，如中国的指南车、记里鼓车等都是古代机械设计的杰作。随着工业革命的兴起，机械设计得到了飞速的发展，出现了许多新的设计理论和设计方法。历史现代机械设计已经发展成为一个综合性的学科，涉及到力学、材料学、热力学、控制学等多个领域。同时，随着计算机技术的发展，计算机辅助设计（CAD）已经成为机械设计的重要手段。发展机械设计的历史与发展52024/3/26环保性原则在设计中应尽量采用可再生资源和环保材料，减少对环境的污染。安全性原则机械设计必须考虑到操作人员的安全，采取必要的防护措施。可靠性原则设计出来的机械应该具有足够的强度和刚度，以保证在规定的条件下能够正常工作。功能原则机械设计必须满足预定的功能要求，这是设计的核心。经济性原则在满足功能要求的前提下，尽量降低制造成本和使用成本。机械设计的基本原则62024/3/26机械零件设计0272024/3/26用于支撑旋转部件，传递扭矩和承受弯矩，如轴承、轴颈等。轴类零件用于传递动力和改变转速，包括直齿、斜齿、锥齿等类型。齿轮类零件用于支撑和固定其他零件，构成机器的主体框架，如机座、箱体等。箱体类零件用于连接和固定各个零件，如螺栓、螺母、垫圈等。紧固件零件的类型与功能82024/3/26设计原则满足使用要求，保证可靠性，实现经济合理，注意工艺性和美观性。设计方法理论设计、经验设计和模型试验设计。其中理论设计基于力学、材料学等基础理论进行计算；经验设计则依赖于设计师的经验和现有资料；模型试验设计通过制作缩小比例模型进行试验，以验证设计的可行性。零件的设计原则与方法92024/3/26根据零件的受力情况和材料的力学性能，进行应力分析和强度校核，以确保零件在正常工作条件下不会发生破坏。强度计算分析零件在受力作用下的变形情况，计算其刚度指标，以确保零件的变形不会影响机器的正常运行和精度要求。刚度计算零件的强度与刚度计算102024/3/26选择耐磨材料，降低表面粗糙度，采用合理的润滑方式和润滑剂，以减小零件的磨损速率，延长使用寿命。针对零件可能接触的腐蚀性介质，选用耐腐蚀材料，采取合理的结构设计，如避免缝隙和死角，以防止腐蚀的发生和扩展。零件的耐磨性与耐腐蚀性设计耐腐蚀性设计耐磨性设计112024/3/26机械传动设计03122024/3/26010203利用摩擦力传递动力，如带传动、摩擦轮传动等。具有结构简单、制造容易、运转平稳、过载打滑等特点。摩擦传动利用齿轮、链轮等啮合元件传递动力。具有传动比准确、效率高、结构紧凑等特点。啮合传动利用液体静压力传递动力，如液压泵、液压马达等。具有传动平稳、无级调速、易于实现自动化等特点。液压传动传动类型与特点132024/3/26传动比与传动效率计算传动比输入转速与输出转速之比，或输入转矩与输出转矩之比。用于描述传动的变速或变矩特性。传动效率输出功率与输入功率之比，用于衡量传动的能量损失情况。影响传动效率的因素包括摩擦、啮合损失、泄漏等。142024/3/26确保传动件在承受载荷时不会发生破坏或过量变形。需进行应力分析、疲劳强度校核等。强度设计保证传动件在承受载荷时不会发生过量弹性变形，以确保传动的准确性和稳定性。需进行刚度计算、变形分析等。刚度设计传动件的强度与刚度设计152024/3/26传动系统的振动与噪声控制通过优化结构设计、采用减振措施等方法，降低传动系统的振动幅度和频率，提高系统稳定性。振动控制通过降低噪声源强度、采用隔声措施等方法，减少传动系统产生的噪声对环境和人员的影响。噪声控制162024/3/26机械结构设计04172024/3/2601框架式结构由横梁和立柱构成，承载能力强，适用于大型设备。02箱体式结构具有完整的箱壁，刚度高，密封性好，适用于高精度设备。03板块式结构由平板和肋板构成，重量轻，承载能力强，适用于中小型设备。结构类型与特点182024/3/26静力学分析研究结构在静载荷作用下的应力、应变和位移，确保结构强度和刚度满足要求。动力学分析研究结构在动载荷作用下的振动、冲击和稳定性问题，确保结构动态性能稳定。有限元分析利用有限元方法对结构进行离散化建模和求解，实现复杂结构的精确分析。结构分析与设计方法192024/3/26拓扑优化通过改变结构拓扑形状实现性能最优，如减少材料用量、提高刚度等。形状优化通过改变结构截面形状实现性能最优，如提高抗弯刚度、降低应力集中等。尺寸优化通过改变结构尺寸实现性能最优，如调整板厚、梁高等。轻量化设计采用高强度轻质材料、优化截面形状和尺寸等措施，实现结构轻量化。结构优化与轻量化设计202024/3/26断裂力学分析应用断裂力学理论和方法对结构进行裂纹扩展分析和剩余寿命评估，确保结构安全可靠。预防措施采取降低应力集中、提高材料韧性、控制裂纹扩展等措施预防结构疲劳和断裂。疲劳强度设计根据疲劳载荷谱和疲劳强度曲线进行疲劳强度校核和设计，确保结构具有足够的疲劳寿命。结构疲劳与断裂预防212024/3/26机械制造工艺设计05222024/3/2601020304铸造工艺：通过熔炼金属并倒入模具中冷却凝固，获得所需形状和性能的毛坯或零件。铸造工艺具有成本低、适应性强、可制造复杂形状等优点，但也存在精度低、表面粗糙等缺点。锻造工艺：利用压力或冲击力使金属坯料产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸和性能的锻件。锻造工艺具有改善金属组织、提高力学性能、节约金属消耗等优点，但需要较大的变形力和较高的设备吨位。焊接工艺：通过加热或加压使两个分离的金属表面产生原子间的结合力而连接在一起。焊接工艺具有连接强度高、密封性好、适应性强等优点，但也存在变形、裂纹等缺陷。切削加工工艺：利用切削工具从工件上切除多余材料，使工件获得所需形状、尺寸和表面质量的加工方法。切削加工工艺具有精度高、表面质量好等优点，但成本较高、生产效率较低。制造工艺类型与特点232024/3/2601020304根据零件图和产品技术要求，确定零件的加工方法、加工顺序和加工设备，编制工艺路线。工艺路线设计针对每个工序，确定加工余量、切削用量、工装夹具等参数，编制工序卡片。工序设计根据工序要求，设计或选用合适的刀具、夹具、量具等工艺装备，确保加工精度和效率。工艺装备设计通过改进加工方法、提高设备精度、优化切削参数等措施，提高加工效率和质量，降低成本。工艺优化制造工艺规划与设计方法242024/3/26通过合理的工艺设计和加工方法选择，控制零件的形状误差、位置误差和尺寸误差等精度指标。精度控制通过选用合适的切削参数和刀具材料，控制零件的表面粗糙度、残余应力和金相组织等表面质量指标。表面质量控制对加工过程中产生的误差进行分析和补偿，提高零件的精度和质量稳定性。误差分析与补偿制造精度与表面质量控制252024/3/26在加工过程中采用在线检测或离线检测方式，对零件的尺寸、形状和位置等精度指标进行实时监测和控制。加工过程检测对加工设备进行定期调试和维护，确保设备的精度和稳定性满足加工要求。设备调试与维护定期对工艺纪律进行检查和评估，确保工艺文件的正确性和有效性。工艺纪律检查对加工过程中出现的问题进行分析和处理，及时采取纠正措施，确保生产顺利进行。问题分析与处理制造过程中的检测与调试262024/3/26机械设计实践与应用06272024/3/26高精度机床设计。涉及关键技术、设计流程、结构优化等方面的分析。案例一案例二案例三智能机器人设计。探讨机器人机构设计、控制系统设计、传感器应用等。轻量化汽车设计。研究材料选择、结构拓扑优化、制造工艺等。030201设计案例分析与讨论282024/3/2603虚拟现实（VR）技术用于产品原型展示、人机交互设计验证。01有限元分析（FEA）用于预测产品性能、优化设计方案。02计算机辅助设计（CAD）提高设计效率、实现参数化设计。现代设计方法与工具应用292024/3/26创新设计思维培养设计师的创新意识，鼓励跨界思维。知识产权保护申请专利、商标、著作权等，确保创新成果得到保护。设计竞赛与成果转化参加国内外设计竞赛，推动创