机械设计学

第一章

1机械设计的核心内容：1功能思想的提出和发展；2人机学思想的形成和发展；3工业设计学术体系的发展和成熟。学科组成：1功能原理设计；2实用化设计；3商品化设计。

第二章

1机器定义：机器是由两个或者两个以上相互联系配合的构件组成的联合体，通过其中某些构件限定的相对运动，能转变某种原动力和运动，以执行人们的预期工作，在人或其他智能体的操作和控制下实现为之设计的某种或几种功能。

2机器组成：原动机，传动机，工作机和控制器。

3机器的分类：工艺类：对物料进行工艺性加工的机器；非工艺类：不对任何物料进行工艺加工，而只是实现某些特殊的动作性功能。第三章

1功能原理设计：针对该产品的主要功能提出一些原理性的构思。2功能原理设计的工作特点：1用一种新的物理效应来替代旧的物理效应；2引入某种新技术；3使机器品质发生质的变化。

3功能原理设计的工作任务：针对某一确定的“功能目标”，寻求一些“物理效应”并借助某些“作用原理”来秋的一些实现该功能目标的“解法原理”。

4功能原理设计的工作内容：构思实现功能目标的新的解法原理，步骤：1明确目标2创新构思3模型试验进行技术分析4验证原理的可行性5修改完善提高构思5评价对比选择最优。

5功能：对于某一产品特定工作能力的抽象化描述，他和人们常用的“功用”“用途”“性能”“能力”等概念有联系又有区别。

6功能单元：把复杂动作分解为一些基本动作，这些基本动作称为功能元素，不把功能进行过分细分，而只分解到小功能单元层析，它既有一定独立性又有一定的复杂性。

7功能结构图：用来表示各分功能之间关系额框图。

8功能（系统）分析：由总功能分为分功能。

9简单动作功能：有两个或者两个以上具有特殊几何形状的构件组成，利用他们形体上额特征，可以实现互相运动或锁合的动作。

7如何构思简单动作：1明确功能目标2对几个构件的几何形体进行构思。

如何构思复杂动作：基本机构组合法如一些齿轮连杆凸轮螺旋等的基本机构组合。

总结：无论是简单动作还是复杂动作功能，都是纯机械的功能，它们的基本特点是“以形体来实现功能”。这个特征使机械实现动作功能的方式变化无穷而且不可能像设计电子电路那样“功能元素”的串联并联来进行设计。机械动作功能原理实现的好与不好，全在于形体设计的变化。而进行形体设计的思维方法主要要用形象思维，视觉思维和动作思维的思维方式。也就是不能全靠抽象思维。

8工艺功能的特点：工作头的形状运动方式和作用场是完成工艺功能的三个主要因素。这里工作头和工作对象是对立的统一，通过场产生相互作用。

9求解工艺功能很有效的思路：物——场分析法（s-field），一个标准的s-field模型S1→F→S2

其中s1是主体也就是对客体发出作用的物体，F为场，S2是客体被加工物体。如何引用1，F ，S1搜寻 2 完善 3增加 4 变换。

第四章

1机械实现的动作功能：1实现运动形式或者运动规律的动作功能。2利用机构实现开关，联锁和检测等动作功能。3利用机构实现程序控制或者手动控制的功能。

2传动机构：将原动机的运动和动力传递给执行机构，以完成预期的功能。常用：1啮合2摩擦3楔块4流体作用

3执行机构：带动工作头进行工作并使之获得工作力或力矩的机构。作用1实现特定运动规律2实现特定运动轨迹3实现特殊信息传递4工作头：直接接触并携带工作对象完成一定的工作，或是在其上完成一定的工艺动作。作用1夹持2搬运3施加力

5运动循环图：为了清楚的了解各执行机构在完成总功能中的作用和次序，就必须先会出整个机器中执行机构的运动循环图，它表明各机构的配合关系，而且可以由他得出某些机构的原始参数。其有两种方式1极坐标式2直角坐标式。

6绘制运动循环图注意：1以工艺过程开始点作为运动循环图的起始点，并订出最先开始工作的那个机构在循环图上的位置，其他机构按工艺程序的先后依次列出。2不在分配轴上的凸轮，应将其动作所对中心角，将算成分配轴相应的转角。3尽可能使各机构的工作重合，

以便缩短运动周期，提高生产效率。4几个执行机构的动作作用在同一构件上时，当某个机构作用在该构件上动作结束到另一机构开始作用在该构建上之间，应间隔2-3度，以补偿凸轮制造及装配误差。5在不影响工艺要求和生产率的情况下，应尽可能是动作所对应的中心角增大，以便减小压力角。

第五章

1产品设计：根据市场的需求，把资源转换为满足社会需求的工作过程。

2设计活动：1了解社会需求2量化设计要求3拟定设计任务4进行功能原理设计5实用化设计和商品化设计6制造销售六个阶段。

3设计要求和设计空间：产品设计，样机制造和设计鉴定的依据，它对设计全过程起着重要的约束作用，这种约束作用可以理解为一种设计空间，其可以分为两部分1内部空间设计这是主要步骤，将设计要求转换为满足要求的实物产品，所以内部空间设计式设计的核心内容。2外部空间设计，对设计的各项要求和设计工作所应用的技术，4主要设计要求：1功能要求2适应性要求3性能要求4生产能力要求5可靠性要求6使用寿命要求7效率要求8成本要求9人机工程要求10安全性要求11包装运输要求。

5其他设计要求：1强度和刚度要求2制造工艺要求3零件加工技术要求4工作循环图要求。

6实用化设计的任务和主要内容：实用化设计是在功能原理设计的基础上，将原理方案结构化，实体化，把关于原理方案设计的构思转化

为具有使用水平的，达到设计要求的实体产品。它是产品质量的保证，实用化设计阶段的工作既具体又明确，工作量大，工作内容精细，需要处理大量的结构设计和参数设计问题，如零部件的材料，尺寸，形状，工艺，表面特征等。

7实用化设计的步骤：1构思并绘制总体布置图和总装草图；2通过总装草图绘制零部件草图；3审核后绘制完成零部件工作图和总装配图；4编织技术文件。

8整体参数的设计：一，理论计算方法（1机械设备的理论生产率2功率参数（运动参数，力能参数）3质量参数4总体结构参数）二，经验公式法；三相似类比法；四，实验法。

第六章

1零件的功能：正确全面的认识零件的功能是正确进行零件结构设计的前提。机械零件在机械结构中的基本功能：1承载负担，2传递运动和力，3成形，4其他功能。

2零件的相关：在机械装置中，每一个零件都不是独立存在的，机械装置的功能是依靠零部件的形状，尺寸和相对位置关系来实现的。在机械装置中，必须是零部间之间保持确定的关系，才能保证其功能的实现，才能使零件组成机器。这种零件之间的确定性的关系称为零件之间的相关。

3零件的结构要素：零件的形体通常由多个表面构成，这些构成零件形体的表面称为零件的结构要素。

4结构设计的基本原则：1明确（功能明确，原理明确，工作状态明

确）；2简单；3安全可靠（1设计要求的功能要可靠的实现，2在工作中，特别是故障时，保证操作机器的人员安全，3在工作中，尤其是在故障时，保证设备本身及相关设备的安全）

5实现安全可靠的方法：1直接安全技术，2间接安全技术，3提示性安全技术。

6结构设计的原理：1等强原理（确定的结构参数应使结构的各部分具有相同或相似的承载能力），2变形协调原理（在连接结构设计中，应是被连接件的变形方向和变形规律一致，使相对位移量较小，以减小附加变形，使载荷在接触面间均匀分布），3任务分配原理（使机械结构的功能依靠的所有零部件及其结构要素协调工作来实现），4自助原理（在结构设计中通过正确的选择结构形式及零件之间的连接关系，可以使零件及其结构要素之间形成相互支持的关系），5稳定性原理（通过合理的结构设计是干扰因素出现时，系统自动产生一种与之作用相反的作用，使系统保持稳定）。

7提高静强度的设计方法：1采用合理的截面形状；2载荷分流；3载荷均布；4改善轴系支承结构；5充分发挥材料特性；6合理强化（预加载荷（在结构承受工作载荷之前对其施加与工作载荷相反方向的载荷，使机构由于预加紧载荷产生的应力与工作载荷产生的应力可以部分抵消，使结构的最高应力水平降低，）只使材料发生弹性变形，为弹性强化。若发生塑性变形则为塑性强化。）

8提高静刚度的方法：1采用桁架结构；2合理布置支承；3合理布置隔板与肋板。

9提高疲劳强度的设计方法：1缓解应力集中；2避免应力集中源聚集；3降低应力幅。

4提高接触强度与接触刚度的设计方法：1增大综合曲率半径，2增加接触元素数量；3用低副替代高副；4通过预紧提高接触刚度

10误差分类：1原始误差；2原理误差；3工作误差；4回程误差11：提高精度的设计方法：1有利于减少原始误差的结构设计措施；2补偿系统误差；3误差均化；4利用误差传递规律；5合理配置精度；6选择较好的近似机构；7采用有利于施工的结构；8阿贝原则；9减少回程误差。

第八章

产品的价值（V）：产品的功能于实现该功能（F）所耗成本（C），用公式V=F/C表示

价值优化：1进行功能分析，保证产品必要功能，取出多于功能，调整过剩功能，提高产品性能2进行成本分析，注意改善产品的经济性，考虑最大限度的降低产品成本，以提高产品价值，使产品成为物美价廉的商品。