机械设计的基本要求、程序与步骤
陈立德第五版-机械设计基础 第1章机械设计概述
一、设计机械零件的基本要求
工作可靠并且成本低廉;
零件的工作能力是指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力，对载荷而言称为承载能力。
设计机械零件要注意以下几点：
（1）合理选择材料，降低材料费用；
（2）保证良好的工艺性，减少制造费用；
（3）尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程从而降低成本。
产品规划 设计任务书 原理方案设计 原理方案图 结构方案设计 总体布局设计 总装配图 施工设计 试制、实验、批 量生产、销售
由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较，从中优选出一种方案。
设计结果以工程图及计算书的形式表达出来。
经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运行或在生产现场试用。
机械设计的内容与过程
市场调查 可行性研究 …… 功能分析 原理方案设计 …… 主参数匹配设计 主结构构形设计 …… 人机工程设计 外观设计 …… 产品部件设计 产品零件设计 …… 技术文档 样机试制 性能试验 定型批产 ……
使用功能要求 经济性要求 可靠性要求 劳动保护要求－操作方便、工作安全 造型美观、减少污染 其它专用要求
二、机械设计的基本要求
机械设计的基本要求
一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。
§1.1 机械设计的基本要求 §1.2 机械设计的内容与过程 §1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则 §1.4 机械零件的接触强度 §1.5 机械零件的标准化 §1.6 现代机械设计理论概述
第1章 机械设计概述
1.1 机械设计的基本要求
机械设计包括以下两种设计:
机械设计课程设计基本要求
机械设计课程设计基本要求一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握机械设计的基本原理和概念；2. 掌握机械设计中的主要参数计算和选择方法；3. 了解机械设计中的工程图纸表达及标准规范；4. 掌握机械结构设计的基本步骤和技巧。
技能目标：1. 能够运用所学知识进行简单的机械设计；2. 能够运用计算机辅助设计（CAD）软件进行机械部件的绘图和设计；3. 能够运用工程手册和资料进行参数查询和选择；4. 能够分析和解决机械设计中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱机械工程，增强对机械设计的兴趣和热情；2. 培养学生的团队合作意识和沟通能力，提高解决问题的自信心；3. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程素养，注重工程伦理和环保意识；4. 培养学生面对复杂工程问题时，敢于创新，勇于实践的精神。
本课程针对高中年级学生，充分考虑学生的认知水平、兴趣和实际需求，结合机械设计课程性质，强调理论知识与实践技能相结合。
课程目标具体、明确，旨在帮助学生掌握机械设计的基本知识和技能，培养他们解决实际问题的能力，同时激发他们对机械工程的热爱，提高工程素养和价值观。
后续教学设计和评估将围绕这些具体学习成果展开。
二、教学内容1. 机械设计基本原理：包括机械设计的基本概念、设计原则、设计方法和流程；- 教材章节：第一章 机械设计概述2. 机械零件设计计算：涵盖传动系统、联接件、轴承、机械密封等主要零件的设计计算方法和步骤；- 教材章节：第二章-第五章 机械零件设计3. 计算机辅助设计（CAD）：介绍CAD软件的基本操作，以及运用CAD进行机械部件的绘制和设计；- 教材章节：第六章 计算机辅助设计4. 机械结构设计：讲解机械结构设计的基本方法、步骤和注意事项，包括结构分析、强度计算等；- 教材章节：第七章 机械结构设计5. 工程图纸表达：学习机械设计图纸的绘制规范，掌握图纸表达的基本技巧；- 教材章节：第八章 工程图纸表达6. 机械设计实例分析：通过分析典型机械设计实例，使学生了解实际工程问题的解决方法；- 教材章节：第九章 机械设计实例分析教学内容根据课程目标进行科学性和系统性的组织，制定详细的教学大纲，确保教学内容的合理安排和进度。
机械设计 分析与思考 简答题专用 参考机械设计第四版和第八版
第一章 机械设计概论第二章 机械零件的工作能力和计算准则二、分析与思考题1、机械设计的基本要求包括哪些方面？答：功能要求；安全可靠性要求；经济性；其他要求2、机械设计的一般程序如何？答：设计任务→调查研究→开发计划书→实验研究→技术设计→样机试制→样机试验→技术经济评价→生产设计→小批试制→正式投产→销售服务3、对机械零件设计有哪些一般步骤？答：1、选择零件类型、结构；2、计算零件上的载荷；3、选择零件的材料；4、确定计算准则；5、理论设计计算；6、结构设计；7、校核计算；8、绘制零件工作图；9、编写计算说明书及有关技术文件，其中步骤4对零件尺寸的确定起决定性的作用。
4、对机械零件设计有哪些常用计算准则？答：强度准则；刚度准则；寿命准则；振动稳定性准则；可靠性准则。
5、什么是机械零件的失效？机械零件可能的失效形式主要有哪些？答：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。
常见失效形式有：因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；压力容器、管道等得泄露；运动精度达不到要求等。
6 、什么是零件的工作能力？什么是零件的承载能力？答：零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力；对载荷而言的工作能力称为承载能力。
7、什么是静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷？什么是静应力和变应力？答：不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷；随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷称为变载荷；在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上的载荷称为名义载荷；再设计计算中，常把载荷分为名义载荷和计算载荷，计算载荷等于名义载荷乘以载荷系数Ｋ。
8、什么是变应力的应力比r ？静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的r 值各是多少？答：最小应力与最大应力之比称为变应力的循环特性ｒ。
静应力ｒ＝１；脉动循环变应力ｒ＝０；对称循环变应力ｒ＝－１．9、图示各应力随时间变化的图形分别表示什么类型的应力？它们的应力比分别是多少？10 、什么是零件的工作应力、计算应力、极限应力和许用应力？答：材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为工作应力；根据计算载荷求的应力称为计算应力；工作的时候，工件被破坏的应力值，称为零件的极限应力；机械设计中允许零件或构件承受的最大应力值称为许用应力；11、在静应力下工作的零件其失效形式有哪些？用塑性材料制造的零件和用脆性材料、低塑性材料制造的零件，其极限应力各应是什么？答：静应力时零件的主要失效形式：塑性变形、断裂；脆性材料的极限应力为B （强度极限）；塑性材料的极限应力为s σ（屈服极限）12、如图所示，各轴均受静载荷的作用，试判断零件上A 点的应力是静应力还是变应力，并确定应力循环特性r 的大小或范围。
机械设计的基本步骤
机械设计的基本步骤前言机械设计是指通过运用科学和工程知识来创建、改进和优化机械装置和系统的过程。
在机械设计过程中，需要遵循一系列的基本步骤，以确保设计的准确性、可靠性和可实施性。
本文将介绍机械设计的基本步骤，并深入探讨每个步骤的具体内容。
步骤一：需求分析需求分析是机械设计的第一步，它是确定设计目标和要求的过程。
在需求分析阶段，设计人员需要与客户或使用者进行沟通，了解他们的需求和期望。
在这个阶段，设计人员需要收集尽可能多的信息，包括使用环境、性能要求、安全要求等，以确保设计符合客户的需求。
需求分析的具体步骤：1.与客户或使用者进行会议或访谈，了解其需求和期望。
2.收集和整理客户或使用者提供的资料和文档。
3.分析使用环境，并确定相应的环境要求。
4.确定机械装置或系统的性能要求，如速度、承载能力等。
5.确定安全要求和标准，如符合相应的安全法规和标准要求。
步骤二：概念设计概念设计是机械设计的核心步骤之一，它是在需求分析的基础上进行的。
概念设计阶段的目标是生成多个创新和可行的设计方案，并对其进行评估和选择。
在这个阶段，设计人员需要发散思维，提出各种可能的设计方案，并进行概念选择和评估。
概念设计的具体步骤：1.创造性地提出多种设计方案，并进行记录和整理。
2.根据需求和评估标准，对设计方案进行初步的筛选和评估。
3.选择几个最有潜力和可行性的设计方案进行进一步的深入研究和评估。
4.使用工具和方法对设计方案进行模拟和分析，评估其性能和可行性。
5.根据评估结果选择最佳的设计方案，并进行优化和改进。
步骤三：详细设计详细设计是机械设计的实质性阶段，它是将概念设计转化为具体的产品或系统的过程。
在详细设计阶段，设计人员需要进行具体的构造和参数设计，以确保设计的可实施性和质量。
详细设计的具体步骤：1.进行具体的构造设计，包括零件和组件的选择、布局和配合。
2.根据需求和性能要求，确定设计的关键参数和规格。
3.进行相应的计算和分析，验证设计的可行性和合理性。
机械设计的基本步骤的优化策略
机械设计的基本步骤的优化策略机械设计的基本步骤的优化策略导言：机械设计是一门既重要又复杂的学科，涉及到众多的领域和概念。
为了在设计过程中取得更好的结果，对于机械设计的基本步骤进行优化是至关重要的。
本文将探讨机械设计的基本步骤以及一些优化策略，以帮助读者深入理解机械设计的流程，并为他们提供一些有价值的观点和理解。
一、机械设计的基本步骤：1. 需求分析：在机械设计的开始阶段，最重要的一步是需求分析。
这包括与客户或用户的讨论，以了解他们的需求和期望。
还需要考虑到设计的可行性、制造成本以及可维护性等因素。
2. 概念设计：概念设计是机械设计的创造性阶段，在这一步骤中，设计师需要产生多个设计方案，并对每个方案进行评估和比较。
这有助于发现不同方案的优缺点，并为后续的详细设计奠定基础。
3. 详细设计：在详细设计阶段，设计师将从概念设计中选择最佳方案，并进行详细的设计和分析。
这包括绘制草图、进行CAD建模、进行性能分析和计算等。
设计师还需要考虑到材料选择、零部件设计和装配方式等。
4. 验证和验证：一旦详细设计完成，验证和验证就变得非常重要。
这包括进行原型制作、实施模拟和测试，并对设计的性能、可靠性和安全性进行验证。
如果有必要，还可以对设计进行修正和调整。
5. 生产和制造：当设计经过验证并满足要求后，就可以进行生产和制造了。
这包括进行材料采购、加工制造、装配和测试等。
在此阶段，需要密切关注制造工艺和质量控制，以确保最终产品符合预期。
二、优化策略：1. 设计模块化：将机械设计划分为多个模块，可以使设计更具有灵活性和可维护性。
通过模块化设计，可以实现模块的重复使用，提高设计效率，并减少设计重复。
2. 利用计算机辅助设计技术：计算机辅助设计（CAD）等技术可以极大地提高机械设计的效率和准确性。
通过使用CAD软件进行建模、分析和仿真，可以更容易地进行设计修改和优化。
3. 借鉴现有设计：在机械设计中，借鉴已有的成功设计是提高效率和降低风险的有效方法。
机械零件设计的基本准则与步骤
机械零件设计的基本准则与步骤引言机械零件设计是机械工程中非常重要的一环。
它涉及到零件的功能、结构、材料、加工工艺等方面的考虑。
在设计过程中，遵循一定的准则和步骤可以提高设计的效率和质量。
本文将介绍机械零件设计的基本准则与步骤，以帮助工程师们更好地完成机械零件的设计工作。
一、机械零件设计准则在进行机械零件设计时，需要考虑以下准则：1. 功能性机械零件的设计首先要满足其预定的功能要求。
因此，在设计之初，需要明确该零件的功能需求，并结合整个机械系统的工作原理和要求，确定该零件所承担的功能角色。
在设计过程中，要时刻关注功能性需求，确保设计的零件能够准确、可靠地完成其预定的功能。
2. 结构合理性机械零件的结构设计要合理，即要考虑零件的外形、尺寸、连接方式、布置等因素。
要尽量使结构简单、紧凑，减少零件的数量和体积。
此外，还要注意结构之间的配合与协调，确保零件可以良好地配合使用。
3. 强度与刚度机械零件在运行过程中会承受一定的载荷，因此要保证设计的零件具有足够的强度和刚度，以防止因载荷引起的变形、断裂等失效问题。
在设计过程中，需要进行强度和刚度的计算与分析，以确定合适的材料选择和尺寸设计。
4. 可靠性与安全性机械零件设计要确保零件的可靠性与安全性。
可靠性是指零件在规定条件下连续正常工作的能力，而安全性则是指零件在工作过程中不会产生意外事故或造成人员伤害的能力。
因此，在设计过程中，需要充分考虑零件的耐久性、稳定性、故障率等因素，并遵循相关的安全标准和规范。
5. 经济性机械零件的设计还要考虑经济性。
设计师应该在保证零件功能和质量的前提下，力求减少材料、加工和使用成本，提高设计的经济效益。
在设计过程中，需要综合考虑成本与性能的平衡，选择合适的材料、工艺和加工方式。
二、机械零件设计步骤在进行机械零件设计时，可以按照以下步骤进行：1. 确定设计要求首先，明确机械零件的功能要求以及所处的工作环境和使用条件。
了解零件的工作原理和特点，分析其受力情况和运动要求。
机械设计的工作流程
机械设计的工作流程
机械设计的工作流程主要包括以下几个步骤：
1.明确设计任务：根据用户需求、市场调研和科研成果，明确设
计任务和目标，确定设计要求和指标。
2.初步设计：根据设计任务书的要求，进行初步设计，包括确定
机械的基本原理和结构形式，进行运动设计和结构设计，并绘制初步总图。
3.技术设计：在初步设计的基础上，进行技术设计，包括修改设
计、绘制全部零部件和新的总图，并进行第二次审查。
4.工作图设计：根据审查意见，进行最后的修改，并绘制全部工
作图，包括零件图、部件装配图和总装配图等，制定全部技术文件。
5.定型设计：对于需要批量或大量生产的机械，需要进行定型设
计。
定型设计用于确定成批或大量生产的机械产品的制造工艺和生产设备的最佳参数。
6.审核与批准：在设计过程中，需要不断进行审核与批准，确保
设计的正确性和可行性。
7.试制与试验：完成设计后，需要进行试制和试验，以验证设计
的可行性和可靠性。
8.优化与改进：根据试制和试验结果，对设计进行优化和改进，
以提高产品的性能和质量。
9.标准化与完善：将设计标准化，并完善设计文件和技术资料，
以便生产和维护。
10.交付与售后：完成设计后，将设计文件和技术资料交付给生
产部门，并提供必要的售后服务和技术支持。
以上是机械设计的一般工作流程，具体流程可能会因不同的设计任务和要求而有所不同。
在设计中需要注意细节和精度，并遵循相关标准和规范。
同时，还需要与其他部门和供应商密切合作，以确保设计的可行性和生产的顺利进行。
机械设计基础概述
机械设计基础概述机械设计是一门涉及工程学、物理学、材料学和数学等多学科交叉的学科，旨在通过系统地设计和分析机械产品、机械系统和机械结构，以满足特定需求和目标。
本文将对机械设计的基础知识进行概述，介绍其主要内容和设计方法。
一、机械设计的基本原理机械设计的基本原理包括力学基础、工程材料和结构强度分析。
力学基础涉及牛顿力学、静力学和动力学等，用于分析物体的运动和受力情况。
工程材料研究材料的性能和特性，包括强度、刚度、耐磨性等，并选择合适的材料用于设计。
结构强度分析是通过应力和应变的计算和验证，保证设计的机械结构能够满足使用要求。
二、机械设计的基本步骤机械设计的基本步骤包括需求分析、概念设计、详细设计和制造及试验验证。
需求分析是通过与用户沟通和研究市场需求，明确设计的目标和要求。
概念设计阶段是通过草图、模型和计算，生成初步的设计方案。
详细设计阶段考虑设计的可行性和可制造性，并进行更加精细的设计。
最后，制造及试验验证阶段将设计转化为实际的产品，并进行制造和测试来验证设计的可行性和性能。
三、机械设计的常用工具和软件机械设计中常用的工具包括CAD（计算机辅助设计）软件和CAE （计算机辅助工程）软件。
CAD软件用于绘制、建模和分析机械产品和结构，如AutoCAD、SolidWorks等。
CAE软件用于进行工程分析和仿真，如ANSYS、ABAQUS等。
这些工具和软件能够提高设计效率和准确性，提供全面的设计评估和优化选项。
四、机械设计的发展趋势随着科技的进步和工业的发展，机械设计领域也在不断演变和进步。
其中，数字化设计和智能化制造是当前的发展趋势。
数字化设计利用先进的计算机技术和软件，实现设计的数字化、模拟化和虚拟化，使得设计过程更加高效和精确。
智能化制造则借助人工智能、物联网和大数据等技术，实现机械产品的智能化生产和智能化运行。
结论机械设计是一门应用广泛的学科，涉及面广且复杂。
本文对机械设计的基础概述进行了简要介绍，包括基本原理、设计步骤、常用工具和软件以及发展趋势等。
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的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零
件性能两个方面使其变化尽可能小。
中南大学专用
优化,达到尽可能精确的计算结果,保证机器足够 的可靠性。 2）最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零、 部件。 3）尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。
4）合理地组织设计和制造过程。
5）力求改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加 工、易装配。
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作者： 潘存云教授
提高使用经济性指标的主要途径有:
1)要使机器的操作者方便和安全。因此设计时要按照人 机工程学的观点布置各种按钮、手柄，使操作方式符合 人们的 心理和习惯。同时，设置完善的安全装置、报警 装置、显示装置等。
2）改善操作者及机器的环境。所设计的机器应符合劳
动保护法规的要求。降低机器运转时的噪声水平，防止
有毒、有害介质的渗漏，对废水、废气和废液进行治理
1）合理地提高机器的机械化和自动化水平，以期提 高机器的生产率。
2）选用高效率的传动系统，尽可能减少传动的中间 环节，以期降低能源消耗。
3）适当地采用防护及润滑，以延长机器的使用寿命。
4）采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
一、机械设计的一般程序
一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键一 环。机械设计是一个创造性的工作过程，实践经验是保
一部完整的机器是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序
证设计质量的。重要因素。因此，要求设计者特别注意经 验的积累。
▲ 计划阶段
▲ 方案设计阶段
▲ 技术设计阶段
▲ 技术文件编制阶段
作者： 潘存云教授
为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：
1）机器的运动学设计 确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。
求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。
2）机器的动力学设计
计算构件所受公称载荷（名义载荷）的大小和特性。
3）零件的工作能力设计
由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零 部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本 尺寸。
1、计划阶段 包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。
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作者： 潘存云教授
设计任务书
机器的功能 经济性估计 制造要求的大致估计 基本使用要求 预计的设计周期
2、方案设计阶段
对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出
实现方案。 在制定功能参数时一定要注意恰当处理需要与可能、
理想与现实、长远目标与当前目标等之间的关系。
同类机器的成功的先例应 当借鉴，但其中的薄弱环节和 不符合现有任务要求的部分应 当加以改进或替换。
潘存云教授研制
设计制
使用费用
造费用
复杂程度
保守和照搬原有设计 坚决反对 一味求新而把合理的原有经验弃置不用
3、技术设计阶段
绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部
件的外形、基本尺寸和零件工作图。
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产品验收条件 ………….
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作者： 潘存云教授
机器设计的一般流程
提出任务
计
划
分析对机器的要求
确定任务要求
机器潘功存云能教授分研析制
提出可能的解决办法 方 案
组合几种可能的方案 设 计
评价
决策----选定方案
中南大学专用
明确构形要求 结构化
选择材潘料存云、教授确研定制 尺寸
评价
决策—确定结构形状与尺寸
。
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作者： 潘存云教授
▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
机器的可靠度----指在规定的使用时间内和预定的环境 下机器能够正常工作的概率。
机器由于某种故障而不能完成预定的功能称为失
效，它是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环
境温度、零件本身物理和机械性能等因素是随机变化
技
零件设计
术
部件设计
设
计
总体设计
编制技术文件 作者： 潘存云教授
二、 机械设计的主要要求
----在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高 、成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全可 靠，操作方便、维修简单。具体要求如下：
▲使用功能要求 ▲经济性要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根 据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般 来说，对机器都要提出以下的基本要求：
第2章 机械设计基础知识
2.1 机械设计的基本要求和一般程序 2.2 机械零件的主要失效形式和工作能力 2.3 机械零件的设计准则和一般设计步骤 2.4 机械零件的材料及热处理 2.5 摩擦、磨损与润滑
2.6 机械零件的结构工艺性和标准化
中南大学专用
作者： 潘存云教授
2.1 机械设计的一般程序和基本要求
▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
使用功能要求----机器应具有预定的使用功能。这主要
靠正确地选择机器的工作原理，正确地设计或选用能
够全面实现功能要求的执行机构、传动机构和原动机
，以及合理地配置必要的辅助系统来实现。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
4）部件装配草图及总装配草图的设计----结构设计
5）主要零件的校核计算
以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分
析和工作能力、技术文件编制 技术文件----用来说明产品性能、设计、制造、操
作使用、维护、或其它所有与产品相关的文档资料。
技术文件
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表
一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。
以螺纹制造为例：有车削、滚压、板牙加工等方法。
方法不同，其执行部分的工作原理也不同。
中南大学专用
因此，存在一个方案的比较和取舍问题。
作者： 潘存云教授
方案评价原则：经济性、技术上可行。
经济性----总费用最低。
费用
总费用
方案设计阶段要正确处理好 借鉴与创新的关系。
经济性要求----机器的经济性体现在设计、制造和使用 的全过程中，设计机器时就要全面综合地进行考虑。 设计制造的经济性表现为机器的成本低，使用经济性 表现为高生产率，高效率，低能耗，以及低的管理和 维护费用等。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
提高设计和制造经济性指标的主要途径有: 1）采用先进的现代设计方法(CAD)，使设计参数最