机械设计基础和应用
机械设计原理与应用课件
机械设计原理与应用课件一、引言机械设计原理与应用是一门旨在培养学生机械设计基本理论和实践技能的课程。
本门课程通过讲授机械设计的基本原理和应用案例，旨在帮助学生理解机械设计的核心概念，并能够运用所学知识解决实际工程问题。
本文将针对机械设计原理与应用课程的要点进行介绍。
二、机械设计基础1. 机械设计基本概念机械设计是一门工程学科，研究如何设计和制造机械设备。
机械设计师需要掌握力学、材料科学、热学等基础知识，并具备良好的创新能力和实践经验。
2. 机械设计流程机械设计流程主要包括需求分析、概念设计、详细设计、制造和测试等阶段。
每个阶段都有其特定的任务和要求，需要设计师进行相应的工作。
3. 机械设计软件机械设计师通常使用计算机辅助设计（CAD）软件进行设计工作。
常用的CAD软件包括AutoCAD、SolidWorks和CATIA等，这些软件可以提高设计效率和准确度。
三、机械设计原理1. 静力学静力学是机械设计的基础。
了解物体在静止状态下的平衡条件是进行机械设计的前提。
静力学中的概念有力的作用、力偶、力分解和合成等。
2. 动力学动力学研究物体在受到力的作用下的运动规律。
机械设计师需要掌握动力学的基本原理，以便预测和优化机械系统的运动性能。
3. 刚体力学刚体力学研究刚体在受到外力作用时的变形和运动规律。
设计师需要了解刚体的平衡条件、应力分析和变形分析等内容，以确保设计的机械系统具有足够的强度和刚度。
四、机械设计应用案例1. 传动系统设计传动系统是机械设计中常见的应用之一。
传动系统通常由齿轮、皮带和链条等组成，用于传递动力和转速。
设计师需要根据不同的应用需求选取适当的传动方式，并进行传动比的设计。
2. 结构设计机械结构设计涉及到零件和组件的选择、连接方式、材料选择等。
设计师需要综合考虑结构的刚度、强度、稳定性等因素，确保设计的机械结构满足要求。
3. 运动学分析运动学分析是研究机械系统运动规律的方法。
通过运动学分析，可以确定机械系统的运动路径、速度和加速度等参数，为机械系统的设计和优化提供依据。
《机械设计基础》
绪论
(4)工艺性要求 这包含两个方面1）装配工艺形2）零件加工工艺性。 (5)可靠性要求 要求机械系统在预定的环境条件下和寿命期限内，具有 保持正常工作状态的性能，这就称为可靠性。 2.机械零件设计的基本准则及一般步骤 (1)根据零件的使用要求（如功率、转速等），选择零件 的类型及结构型式，并拟定计算简图。 (2)分析作用在零件上的载荷（拉、压力，剪切力）。 (3)根据零件的工作条件，按照相应的设计准则，确定许 用应力。
1.构件 从运动角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立运动单
元体组合而成的，这些独立运动单元体称为构件。 从加工制造角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立制
造单元体组合而成零件，这些独立制造单元体称为零件。 构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件
组成。图示内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、 连杆头、轴瓦、螺杆、螺母、轴套等零件组成的。这 些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作 为一个整体运动，相互之间不产生相对运动。
（2）机器是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传 递能量、物料和信息。 由实例可看出，各种机器的主要组成部分都是各种机构。 所以可以说，机器乃是一种可用来变换或传递能量、 物料与信息的机构组合体。
（3）机器的结构 传统的机器由如下三个部分组成： 原动件—传动部分—执行部分 现代机器一般由如下四个部分组成 原动件—传动部分—执行部分
构应用最为广泛
整理课件
§1-2 平面机构运动简图
一、用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对 位置，并能完全反映机构特征的简图。
二、绘制：
表1-1
1、运动副的符号
转动副：
整理课件
2、构件符号：
谈《机械设计基础》的教学方法
谈《机械设计基础》的教学方法《机械设计基础》是机械工程专业的核心课程之一，需要学生掌握基本的机械设计理论、设计流程及相关工具的使用。
因此，如何进行有效的教学对学生的学习至关重要。
本文将探讨《机械设计基础》的教学方法。
一、理论教学机械设计理论是《机械设计基础》课程的核心内容。
在教学中，应重点讲解机械设计的基本原理和概念，结合实例进行说明。
同时，应注意避免纯理论讲解，需要注重理论与实践的结合，让学生更好地理解、掌握机械设计的实际应用。
在理论教学中，可以借助多媒体教学手段，例如幻灯片、视频等，提高教学效果。
此外，也可以引导学生进行自主学习，让其通过网络上的各种学习资源进行深入了解。
二、实践教学机械设计的实践应用是《机械设计基础》课程的另一大重点。
在实践教学中，可以引入各种机械设计软件，例如AutoCAD、SolidWorks 等，让学生亲自操作，掌握机械设计的具体方法和技巧。
在实践教学中，应尽量贴近实际生产中的需求，引导学生解决实际的设计问题，增强学生的动手能力和解决问题的能力。
同时，在教学过程中，应注重学生的创造性思维，鼓励学生进行独立思考、探索和创新。
三、与行业对接机械设计行业发展迅速，需要不断更新、改进教学方法，以更好地培养机械设计专业人才。
因此，与行业对接是《机械设计基础》教学方法的重要内容之一。
与行业对接可以包括以下几个方面：1.实习实践让学生参与一定的实习实践，了解机械设计行业最新的发展趋势和技术应用，并将理论所学与实践相结合，拓宽学生的知识面和视野。
2.企业讲座邀请企业代表进行专业讲座，讲解机械设计行业的最新动态和需求，并与学生互动交流，增强学生的实践经验和应用能力。
3.产学研合作加强学校、企业和科研机构之间的产学研合作，共同开展机械设计研究，提高学生的实践能力和学术水平。
四、评价体系教学评价体系是检验教学效果的重要手段之一。
对于《机械设计基础》的教学，应建立科学的评价体系，以更好地检验教学成效。
机械设计基础中的CAE原理与应用
机械设计基础中的CAE原理与应用在机械设计领域中，计算机辅助工程（CAE）是一种应用广泛的方法，它通过计算机模拟和分析技术，对机械系统的设计进行预测、分析和优化。
CAE技术的出现，为机械设计师提供了一种高效、准确的工具，能够在设计阶段就对产品的性能、可靠性进行评估，帮助设计师在短时间内找到最佳方案。
本文将探讨机械设计基础中的CAE原理与应用。
一、CAE的基本原理CAE是计算机辅助工程的缩写，它的基本原理是利用数值计算方法和仿真技术对机械系统进行建模、分析和优化。
CAE主要包括结构力学分析、流体力学分析和热传导分析等方面。
在机械系统设计中，CAE可以帮助设计师预测产品的受力情况、变形情况以及温度分布等，并通过分析这些数据来评估产品的工作性能。
二、CAE在机械设计中的应用1. 结构力学分析结构力学分析是CAE技术中应用最广泛的领域之一。
通过结构力学分析，设计师可以对机械零部件的受力情况进行准确的评估。
例如，在设计机械零部件时，可以通过CAE技术分析零件的应力分布情况，以确保零件的强度和刚度满足设计要求。
此外，结构力学分析还可以帮助设计师优化零件的设计，减少材料的使用量，降低成本。
2. 流体力学分析流体力学分析是CAE技术另一个重要的应用领域。
在机械设计中，流体力学分析可以帮助设计师分析液体或气体在机械系统中的流动情况。
例如，在设计管道系统时，可以通过CAE技术模拟流体在管道中的流动速度、压力分布等，以确保管道的设计符合流体力学要求。
此外，流体力学分析还可以帮助设计师改善流体系统的性能，提高能量利用效率。
3. 热传导分析热传导分析是CAE技术在机械设计中的另一个应用领域。
在机械系统中，热传导分析可以帮助设计师评估机械零件的温度分布情况。
例如，在设计发动机冷却系统时，可以通过CAE技术模拟冷却液在发动机中的流动情况，以评估零件的温度分布情况。
通过热传导分析，设计师可以找到可能存在的热点，并采取相应措施降低零件的温度。
Solid Edge 机械设计基础及应用5 放样与扫掠特征
2017/6/22
一. 扫掠特征
扫掠造型是一个或若干个草图通过指定的一条或若干条曲线形成立体的 一种方法。一个截面草图沿一条曲线（或直线）移动形成立体的方法称为单 路径单截面扫掠。多个草图，多条曲线扫掠称多路径多截面扫掠。扫掠是生 成斜柱体、锥体、曲面立体的重要造型方法。
单路径，单截面：先选路径，确认， 再选截面，确认。 多路径多截面：先选择第一条路径， 确认，再选择第二条路径，确认， 没有第三条路径时选择“下一步”。 依次选择截面，确认即可。
螺旋造型实例：
分析：从零件的视图分析，该零件是由两个立体组成的组合体，一是中心的回 转体1，二是外围的螺旋体2。从螺旋特征的造型过程看，生成的螺旋面的外边缘和
内边缘都是圆柱面，如果先做里面的回转体，由于顶部为类似的锥体，后面做螺旋
体的话，螺旋体不能自动延伸到锥面上，因此应当先做螺旋体，再做回转体。这样 可以使回转体与螺旋体相融合，最后在进行阵列即可。
四. 螺旋造型
螺旋造型不同于螺纹，需要完成真正的螺旋造型设计。一般先画出草 图，再选择螺旋造型命令，然后选择截面草图，轴线，确定，在命令条上 选择选项，设置有关的参数。螺旋法有：螺距圈数，轴长圈数，轴长圈数； 选项有左旋和右旋。
ห้องสมุดไป่ตู้垂直螺旋
水平螺旋
带锥度的螺旋
弹簧的造型还有特殊性，一般端部圆柱压缩弹簧有并紧圈（1.25 圈），螺距等于键簧丝直径，端部还要切平。拉伸弹簧端部需要加上拉 环。
三. 曲面
Solid Edge中曲面设计的功能应该是说一般。Solid Edge提供了“拉伸”、
“旋转”、“扫掠”、“有界”、“蓝面”曲面设计工具，还提供了“偏置”、 “复制”、“修剪”、“延伸”、“分割”、“缝合”、“替换面”的工具。
机械设计基础学习机械工程材料的选择与应用
机械设计基础学习机械工程材料的选择与应用机械设计是机械工程学科的核心领域之一，它涉及到机械元件的设计、制造与应用。
而在机械设计的过程中，材料的选择与应用是至关重要的因素之一。
本文将探讨机械设计中常用的工程材料以及它们的特点与应用。
一、金属材料金属材料是机械设计中最常用的材料之一。
常见的金属材料包括钢、铁、铝、铜等。
钢具有高强度、刚性和耐磨性的特点，广泛应用于制造机械零件和结构件。
铝材轻巧、导热性好，常用于制造轻型机械零件和外壳。
铜材具有良好的导电性和导热性，适用于电子元器件的制造。
在选择金属材料时，需要考虑其强度、耐腐蚀性、导电性等特性，以及成本和可加工性等因素。
二、合成材料合成材料是指由两种或两种以上的材料组合而成的材料。
常见的合成材料有复合材料、聚合材料、陶瓷复合材料等。
复合材料由纤维和基质组成，具有高强度、高刚度和低密度的特点，在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
聚合材料如塑料、橡胶等具有良好的抗腐蚀性和绝缘性能，常用于制造密封件和电气元件。
陶瓷复合材料具有高温耐磨性和绝缘性能，适用于高温和腐蚀环境下的应用。
三、非金属材料非金属材料包括塑料、橡胶、玻璃等。
塑料具有良好的韧性和绝缘性能，广泛应用于电器、家具等领域。
橡胶具有良好的弹性和耐磨性，适用于制造密封件和减震器等。
玻璃具有透明的特性，适用于制造光学元件和仪器。
四、选材原则在机械设计中，选材的原则是根据机械零件所处的工作环境和工作要求来选择合适的材料。
首先，要考虑材料的强度和刚度，以保证机械零件在工作负荷下不发生变形和破坏。
其次，要考虑材料的耐磨性和耐腐蚀性，以延长机械零件的使用寿命。
同时，还需考虑材料的导热性、导电性和绝缘性能，以满足特定工作要求。
最后，成本和可加工性也是选材的考虑因素之一。
五、材料应用案例1. 在汽车制造领域，使用高强度的钢材制造车身和车架，以提高碰撞安全性能。
2. 在飞机制造领域，使用复合材料制造机翼和机身，以提高飞机的轻量化和燃油效率。
机械设计基础机械设计中的人体工程学原理与应用
机械设计基础机械设计中的人体工程学原理与应用机械设计基础：机械设计中的人体工程学原理与应用机械设计是现代工程领域中重要的一环，它涉及到满足人类需求以及人机交互的各个方面。
在机械设计当中，人体工程学原理和应用起着至关重要的作用。
本文将探讨机械设计中人体工程学的原理和应用，重点介绍其在设计过程中的重要性以及如何运用这些原理。
第一部分：人体工程学概述人体工程学是研究人类与机器、工具及环境之间关系的科学，它考虑人的能力、限制和需求，并以此来优化设计。
在机械设计中，人体工程学原理被广泛应用，以确保设计的产品符合人们的使用需求。
从人类的身体尺寸到操作习惯，人体工程学涵盖了众多因素。
第二部分：人体测量与模型在机械设计中，人体测量是理解人类身体尺寸和比例的重要环节。
通过对人体关键部位的测量，如手臂长度、腿部长度以及手指的灵活度等，工程师能够根据这些数据制定出更符合人体特征的产品设计。
此外，人体模型的建立也是人体工程学应用的关键一环。
通过使用人体模型，设计师可以在设计阶段进行虚拟验证和优化，以实现更好的人机交互性能。
第三部分：人机界面设计在机械设计中，人机界面是人体工程学的重要应用。
人机界面设计要考虑到人类的感知能力和操作习惯，旨在实现用户友好的交互体验。
合适的按键排布、易于理解的指示灯和符号、人性化的操作逻辑等都是人机界面设计的要点。
通过合理的人机界面设计，产品的易用性和用户满意度能够得到有效提升。
第四部分：工作环境设计机械设备常常在特定的工作环境中使用，因此工作环境设计是人体工程学的另一个重要应用。
工作环境应该为操作者提供舒适、安全和高效的工作条件。
例如，在工程设备的设计过程中，需要考虑到工作人员的工作姿势、运动范围以及眼睛的疲劳程度等因素，以减少工作压力，提高工作效率。
第五部分：产品安全性设计人体工程学在机械设计中还扮演着重要的角色，以确保产品的安全性。
产品的安全性设计需要综合考虑人体的强度、灵活性和反应速度等因素。
机械设计基础常见机械元件的分类与应用
机械设计基础常见机械元件的分类与应用机械设计是现代工程领域中不可或缺的一部分，它涉及到各种机械设备和结构的设计与制造。
在机械设计中，机械元件是组成机械装置的基本组成部分。
本文将介绍常见的机械元件及其分类与应用。
一、机械元件的分类机械元件按照其功能和用途可以分为以下几类：1. 连接元件：连接元件主要用于连接和固定机械结构中的各个部分。
常见的连接元件有螺栓、螺母、垫圈、销钉等。
螺栓和螺母是最常用的连接元件，用于连接两个或多个零部件。
垫圈用于增加接触面积，分散受力，并防止松动。
销钉则用于固定轴和轴套的位置。
2. 传动元件：传动元件主要用于实现机械装置中的动力传递和转换。
常见的传动元件有轴、齿轮、皮带、链条等。
轴是主要的传动元件，用于连接和传递扭矩。
齿轮用于实现不同转速和转矩的传递。
皮带和链条常用于长距离传动，具有较大的传动比和不变的传动比特点。
3. 转动支撑元件：转动支撑元件用于支撑和承载旋转部件。
常见的转动支撑元件有轴承和轴承座。
轴承用于减小摩擦和支撑轴的转动。
轴承座则用于固定轴承和轴的位置。
4. 导向与定位元件：导向与定位元件用于确保机械装置中各个部件的相对位置和运动路径。
常见的导向与定位元件有销子、销轴、销销孔等。
销子常用于固定和连接零部件，销轴用于定位和支撑零部件，销销孔用于实现相对位置的固定。
二、机械元件的应用不同的机械元件在机械设计中有着不同的应用。
1. 连接元件的应用：连接元件主要用于将机械结构中的各个零部件连接起来。
在实际应用中，螺栓和螺母常用于连接金属结构，如钢框架、机床床身等。
垫圈则广泛应用于汽车、机械设备等领域，用于防止松动和减小受力面积。
销钉常用于连接和固定机械结构中的两个部分，如轴和轴套的连接。
2. 传动元件的应用：传动元件主要用于实现机械装置中的动力传递和转换。
轴是最基本的传动元件，在各种机械装置和设备中广泛应用。
齿轮传动常见于汽车、机床等领域，用于实现不同转速和转矩的传递。
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机械设计的重要性
产品 设计
工艺 设计
生产 控制
产品 质量
机械设计的重要性
产品的质量和经济效益取决于设计、制造和管 理的综合水平，而产品设计是关键。
❖ 产品的质量事故50％是由于设计失误造成； ❖ 产品60％～70％的成本取决于设计； ❖ 设计周期占了产品开发总周期的40％左右。
设计体现了时代性和创造性
✓ 机械设计：设计者为满足社会和人们对机械产 品功能的需要，运用基础知识、专业知识、实 践经验和系统工程等方法，进行设想和构思、 计算和分析，最后以技术文件的形式，提供产 品制造依据的全过程工作；
✓ 机械设计的任务都是围绕着开发新的机械产品 或改造老的机械产品而进行的；
✓ 机械设计的最终目的是提供满足人们需求、具 有一定功能、优质高效、价廉物美，并具有市 场竞争力的机械产品。
1-1 机械结构分析
• 什么是机器？
• 机器( machine)：凡能完成特定任务(如材料成 型)，实现运动和动力的传递和转换的机械系统。
• 机器可实现确定的机械运动，又能做有用的机械 功或完成能量、物料与信息的转换和传递，其具 有以下特征：
• ①机器是人为的实物组合； • ②机器各部分间有确定的相对运动； • ③机器可以用来代替或减轻人类的体力劳动，实
1-1 机械结构分析
• 1.机器的组成及分类 牛头刨床
图1-2为牛头刨床的传动系统，电动机经带传动和齿轮传动装 置实现减速过摆动导杆机构将齿轮的转动转换为滑枕的往复 直线移动，从而进行刨削加工。
1-1 机械结构分析
• 1.机器的组成及分类 牛头刨床
图1-2为牛头刨床的传动系 统，电动机经带传动和齿轮 传动装置实现减速过摆动导 杆机构将齿轮的转动转换为 滑枕的往复直线移动，从而 进行刨削加工。
现有用的机械功或能量的转换。
1-1 机械结构分析
• 什么是机构？
• 机构( mechanism)：用以将一个或多个物体的运 动和力转化为其他物体上的约束运动和力的物体 系统。
• 机构实质是有一个构件被固定的运动链。 • 机构只具有两个特征：机构只能用来传递运动和
力或改变运动形式，如连杆机构、齿轮机构等。 但从运动的观点来看，两者之间并无区别，所以 一般将机器和机构统称为机械。
零件分类？
• 根据零件使用率分为通用零件和专用零件。 • 通用零件：各种机器中普遍使用的零件称为通用零件
(如螺钉、齿轮、轴等)，其标准化程度高，行业通用性 强； • • • • • • •
零件分类？
• 根据零件使用率分为通用零件和专用零件。 • 专用零件：而只在某些特定类型的机器中使用的零件，
单元一 机械结构分析与设计概述
• 案例导入
图1-1为一颚式破碎机，它由电动机1、带轮2、V带3、带 轮4、偏心轴5、动颚板6、摇杆7、定颚板8及机架组成。电动 机的转动通过带传动带动偏心轮转动，进而使动颚板产生平 面运动，与定颚板一起实现压碎物料的功能。
单元一 机械结构分析与设计概述
• 案例导入：颚式破碎机
机械设计
基础与应用
机械设计
1.1.1 设计的广义概念
• 杠杆撬石头 • 钻木取火
创造性劳动
• 衣：动物皮
• 住：石洞
• 美：贝壳项链
• ……衣食住行…… 创造性设计
1.1.1 设计的广义概念
设计：从构思到实现的过程。（创造）
是为了满足某种需求而进行的一种人类特有的活动。
设计的成果以物质形式体现在人们的眼前： 文物、产品。
也可以是由几个零件组成
的刚性结构，如图1-4所示
的内燃机中的连杆。
1连杆体、 4连杆盖、 2螺栓、 3螺母、 5轴瓦、 6轴套
1-1 机械结构分析
• 什么是零件？什么是部件？
• 零件(parts)是机器中不可拆分的制造单元。 • 部件：通常把为协同完成某一功能而装配在一起
的若干个零件的装配体。如联轴器、轴承、减速 器等。
单元一 机械结构分析与设计概述
• 案例导入：颚式破碎机
单元一 机械结构分析与设计概述
• 案例导入：抽油机
单元一 机械结构分析与设计概述
• 案例导入：风扇
1-1 机械结构分析
• 1.机器的组成及分类
机器的种类繁多。在生产中常见的机器如汽车、拖拉 机、电动机、各种机床等；生活中常用的洗衣机、缝纫机、 电风扇、摩托车等，它们的构造、性能和用途等各不相同， 但从机器的组成分析，又有其共同点。
设计是为提供社会所需的产品进入市 场所必要的一系列创新思维和活动。
1.1.2 设计的重要意义
国际竞争： 经济竞争——市场竞争——设计与制造水平的竞争。
德国：50年代初：关键在于设计； 英国：80年代； 美国：90年代末：为竞争的优势而设计
（Designing for Competitive Advantage）；
1-1 机械结构分析
• 1.机器的组成及分类 内燃机
图1-3单缸四冲程内燃机，由气缸体1、活塞2、连杆3、曲轴4、齿 轮和6、凸轮7、顶杆8等组成，凸轮和顶杆是用来启、闭进气阀和 排气阀的。燃气推动活塞移动，经连杆使曲轴作连续转动，从而将 燃气的热能转换为曲轴转动的机械能，再通过曲轴将动力传递出去。
“21世纪将是设计的世纪”
1.1.2 设计的重要意义
1.1.3 设计的分类
➢ 服装设计；
➢ 公路设计；工艺过程设计；
➢ 室内设计；
➢ 风景设计；
➢ 船舶设计；
➢ 热力系统设计；
➢ 工程设计（水利工程）； ➢ 采暖通风设计；…
1.1.4 机械设计及其在机械工业中的地位与作用
1-1 机械结构分析
• 1.机器的组成及分类 内燃机
图1-3单缸四冲程内燃机，由气缸体1、活塞2、连杆3、曲轴4、齿 轮和6、凸轮7、顶杆8等组成，凸轮和顶杆是用来启、闭进气阀和 排气阀的。燃气推动活塞移动，经连杆使曲轴作连续转动，从而将 燃气的热能转换为曲轴转动的机械能，再通过曲轴将动力传递出去。
1-1 机械结构分析 • 机器与机构的区别？
机器
实体装置 各种机构组合
举例： 内燃机、牛头刨床
机构
完成一定的 相对运动
举例： 内燃机的凸轮机构、 牛头刨床的齿轮机构
1-1 机械结构分析
• 什么是构件？
• 构件(link)：组成机器的各个相对运动的单元体 (即携带运动副元素的机构元件)。
单一的零件， 如曲轴；