第1章+机设学-绪论

机械设计学
主讲：龚中良 中南林业科技大学 2012年.春季
本课程的主要内容
第一章：绪论 第二章：机器的组成及典型机器的功能分析 第三章：机械产品的功能原理设计 第四章：机械功能原理的实现-机械运动系统的方案设计 第五章：机械产品的实用化设计 第六章：机械结构设计 第七章：机械产品设计中的几个主要问题
只是“机械学”，忽略了设计学的核心——功能，而一心一意去研究运 动学、动力学和强度、断裂、摩擦等问题。
3. 1947年麦尔斯提出的功能的概念算起。表现在三个方面：“功能”思想 的提出和被接受、“人机工程”学科的兴起以及“工业设计”学科的成 熟。
二、近代“设计学”的重大发展：
二战后，机构设计取得进一步的发展，CAD、CAM、CE（并行工程） 基于信息网络的异地协同快速设计技术发展。
1．‚功能‛思想的提出和发展： 名言：顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功能。 功能思想的提出：人们开始打破传统习惯，寻找不同的 原理、结构和外形来实现同一种功能。 （如打印机： 字头式、针式、激光、喷墨等） 不同原理与机构实现同一种功能实例：针式、激光打印 机原理举例。
不同原理机构实现统一功能实例1
创造设计活动过程
认识需求 创意 界定目标 求解问题 分析和选优 评价和决策 表达(写、说、画) 实现 实现 构思 重点在于创造，构思一种新的技 术方向或功能原理来实现创意 敏感的人更具有创意，更容易提 出需求，重点在新颖性，如： sony的Walkman
重点在于验证构思的合理性。可 完善甚至修正构思。
举例：船用抽水机功能原理设计 要求在不利用另外提供动力的前提下，利用船舶自身的 环境条件，将船舱内积水排出。 （学生思考各种方案，并交流）
船用抽水机功能原理设计（方案一）
船用抽水机功能原理设计（方案一）
船用抽水机功能原理设计（方案三）
机械设计学三大部分之二：实用化设计
以总体设计为主线，以结构设计为骨架，然后把已经发展 成熟了的机械学知识应用于其中，使结构设计合理化，最后从 人机学的观点，完善人机接口的设计，并用适于制造、装配、 维修、使用维护、避免腐蚀、便于回收等观点加以全面考察。 工作：总体设计、结构设计、选择材料、确定尺寸。 特点：从初步设计到详细设计再到设计完善的由粗到细的过程。 要求：明确、简单、安全可靠、掌握和遵循其内在规律和一般 原理。 核心：产品有优良性能。
需求
机械产品设计
满足需求
Question?
1. 试预测在家用电器产品中，下一代可能风行市场的新 产品将有什么？（产品方向预测） 2. 试预测下一代的电风扇的技术新特色是什么？（技术 方向预测） 3. 试提出 鼠标 的创意设计。
自学附录B: 质量功能配置（QFD-quality function deployment) 质量屋（quality house）的构建

Designing for competitive advantage
§1-3 改善设计工作对我国未来至关重要
中国市场是国际市场的一部分； 市场的实践才是检验设计好坏的惟一标准； 只技术质量很差的先进产品。（山寨机） 改善设计教育、研究、实践，并与市场竞争紧密联系— —对中国未来至关重要。
1.人类的一切物质文明都是设计的产物；
2.设计、科学研究、技术三者出发点、目标和结果不同， 因而其过程也不同； 3.要为竞争的优势而设计，经济的发展主要是市场驱动， 而不完全是技术驱动。
第一章 绪论
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4 §1-5 §1-6 §1-7 §1-8 设计与文明 设计与国家竞争力 改善设计工作对我国未来至关重要 设计与科学研究 近代设计科学的重大发展 机械设计的地位与作用 机械设计的任务 功能原理设计、实用化设计和商品化设计
车”、、原子能电池等。
概念设计特点
1.有突出的创意； 2.为同类产品开创出一个全新的方向或产品； 3.和需求关系更加密切，可能产生广阔的应用 前景； 4.这种概念不应该是一种空想，要和现有的科 学技术发展相适应。
思考：如何解决城市中心停车难？
机械设计与其他学科和科技的关系
1. 新兴技术的应用，使产品的功能和结构产生很大的变化。 正向着机械-电子-信息一体化的技术方向发展。
举例1：针式打印 机原理
不同原理机构实现统一功能实例2
举例2：激光打印机原理
2．‚人机学‛(ergonomics)思想的形成和发展：‚宜 人‛的宗旨已经成为现代机械设计不能疏忽的观念。
人机工程：驾驶室对比
宜人的设计实例
思考：为什么不按ABCD…顺序排列呢？
3．‚工业设计‛(industrial design)学科体系的发展和 成熟，技术第一，艺术第二（为大批量生产的工业产品进 行造型和色彩设计，使产品的视觉形象具有更‚迷人‛的 效果。
工业设计目的：使人、 产品、环境的适应和 协调。
外形设计
工业设计师首先是工业技 术专家，而不首先是艺术 家。
色彩设计
机械设计学三大部分之一：功能原理设计
1.内容：用‘功能’的概念来认识、分析和设计机器 的功能原理。 2.实质：原理方案的构思和拟定的过程。 3.方法：以简图或示意图来进行方案构思。
本课程的教学安排
理论课时: 26学时 实验课时：6学时 考试形式: 开卷 考试时间：100分钟 总 成 绩：平时成绩*30%+考试成绩*70% 平时成绩：到课情况+作业
课程目标：培养学生在机械设计中的创新构思和将创 新构思迅速转化为竞争力的初步能力。
教材名称
推荐教材：黄靖远、髙志、陈祝林.机械设计学（第３

机械设计学三大部分之二：商品化设计
商品化设计属于产品进入市场前的精心打扮。 前提：产品有商品化的基础，即有先进的功能原理和优越 的实用化性能。 商品化设计不仅仅是单纯的‚包装‛，有科学技术的内容。 如工业设计、价值工程、标准化、系列化等。
§1-6 机械设计概述
凡有动作的设计就是机械设计，服装设计就不是。 机械设计：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、 润滑方式等进行构思、分析和计算并将之转化为具体的描 述，以作为制造依据的工作过程。 努力目标：在各种限定的条件下设计出较好的机械——优 化设计。 机械设计学：将机械设计的共性技术与理性化的设计方法 有机的结合在一起而形成的一门独立的、综合性的学科。 研究机械设计的规律、过程、原理、方法、设计原则以及 其他机械设计的共性技术。
§1-1 设计与文明
自人类进化以来，一切物质文明的产物都体现了人类的创造能 力。在创造性劳动和设计中丰富了物质文明，同时也促进了人 类的精神文明的成长。 创造是一种从构思到实现的过程，是为了满足某种需求而进行 的一种人类特有的活动——设计。 设计不是单纯的思维能力，它必须通过制作产品得以实现 设计也不是单纯的制作技能，它必须通过创造性思维创造出过 去没有或者比过去好的产品。
机械产品设计——研究总体设计问题，核心是研究 如何产生产品、如何评价产品的概念、如何组织产品 开发以获得竞争力。
§1-8 概念设计
概念设计（Conceptual Design）
对一种产品创意性的描述，是对产品总体性想法，并没有限定为专指某 些具体方面。
如1920’S MIT：程序控制机床；Sony的WALKMAN;车展上的“概念
物质、精神文明
创造设计能力
§1-2 设计与国家竞争力
经济竞争主要体现在国际市场的商品竞争，而商品竞
争说到底是国家间设计与制造水平的竞争；(我国是制造
大国，如远沿海地区大量的代工工厂等，目前正在努力转型)
科技先进和创造性发达并不能直接解决产品的竞争力，
科学和技术必须通过“设计”环节才能变成有竞争力 的产品。
举例：复杂环境下的车辆调平
毕业设计举例：
控制部分要求：
§1-7 机械设计的类型
机械设计三种类型（德国）
1.适应性设计：仅改变一些尺寸、外形。 2.变型设计：不改变基本原理，但在机构、结构以及辅助原理方面有
较大改变。
3.创新设计：基本原理有实质性改变。 机械设计两种类型（美国） 1.创新设计(New Product Design) ：设计过去从未有过的产品. 2.更新设计(Reverse Engineering,Reverse Design) ：对现有产品 的更新换代。
版）.机械工业出版社,2006. 参考书目： [1] （美）乌尔曼 著，黄靖远 等译. 机械设计过程（原书 第3版）. 机械工业出版社，2006.8.
[2] 邹慧君主编．机械系统设计原理．科学出版社，2003.
[3] 吕仲文主编. 机械创新设计. 机械工业出版社，2004．
第一章 绪论
二战结束后，世界从军事斗争——》经济竞争 从经济竞争中理会出一下三点新认识：
机械式洗衣机
超声波洗衣机
2.科学技术的发展促使设计方法和技术的现 代化。CAD、CAM。
应力场、应变场、温度场、流场的仿真分析与优化。
机械产品设计的作用 1．是联接需求到满足需求这一链条上的最基本的 环节 2．机械产品的质量、性能和成本，在很大程度上 是由设计阶段的工作决定的 3. 设计水平与工业发展水平是相互影响的。
发现自然规律
需求
发明新产品 开发新工艺、 新材料
制造
§1-5 近代设计科学的重大发展
一、“设计学”从古代到现代的三个发展阶段
1．从古代人类发明工具开始算起：有了原始的功能思想，力学（运动学— 动力学）尚未成熟。
2．1854年德国劳莱克斯作为起点：建立了机械设计的基本体系，把设计学
分为“机构学”和“机械零件”两门课程。这一阶段的“设计学”其实
三种不同类型的设计任务（德国提出）
1． 创新性设计：基本原理有实质创新。