机械设计学第一章

械设计的基本体系，把设计学分为“机构学” 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。这一时期作为机械学各分支学科如( 零件”两门课程。这一时期作为机械学各分支学科如(机械
原理与零件、机构学、磨擦学、疲劳寿命等)发展迅速， 原理与零件、机构学、磨擦学、疲劳寿命等)发展迅速，这
一阶段的“设计学”实质上只是“机械学”，而忽略了 一阶段的“设计学” 只是“机械学” 设计学的核心内容——功能，而一心一意去研究运动学、 ——功能 而一心一意去研究运动学、 功能， 动力学和强度、断裂、摩擦等问题。当然，这一时期机械 动力学和强度、断裂、摩擦等问题。当然，
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二、什么是机械
机械是机器和机构的统称。 机械是机器和机构的统称。 是机器和机构的统称
例 1)鸿运扇 2)割草机 3)虚拟轴机床
电 风 扇
割 草 机
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普通机床vs虚拟轴机床 普通机床vs虚拟轴机床 vs
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三、机械设计的概念
• 机械设计
• 是设计者为满足社会和人们对机械产品功能的需要 ， 运用 是设计者为满足社会和人们对机械产品功能的需要， 基础知识、 专业知识、 实践经验和系统工程等方法， 基础知识 、 专业知识 、 实践经验和系统工程等方法 ， 对机 械的工作原理、结构、 运动方式、力和能量的传递方式、 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、润滑方式等进行设想和构思、 各个零件的材料和形状尺寸 、 润滑方式等进行设想和构思 、 计算和分析， 最后以技术文件的形式， 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。 的全过程工作。
4课程教学基ຫໍສະໝຸດ 要求以及课程教学主要内容一、课程教学基本要求 （1）掌握功能原理设计的基本方法； 掌握功能原理设计的基本方法； （2）了解方案评价与选择的基本方法； 了解方案评价与选择的基本方法； （3）了解总体设计的基本原则； 了解总体设计的基本原则； （4）理解掌握进行机械产品结构设计的基本原理和方法； 理解掌握进行机械产品结构设计的基本原理和方法； （5）理解和掌握商品化设计的基本原理和方法； 理解和掌握商品化设计的基本原理和方法； （6）了解磨损和可靠性的基本知识； 了解磨损和可靠性的基本知识；
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§1-4 产品设计、科学研究、技术
出发点 目标 结果
科学研究
求知欲、好奇心 发现自然规律 求知欲、
认识客观世界
产品设计
需求
发明新产品
创造更好的世界
技术
制造
开发新工艺、新 制造更好的零件 开发新工艺、 和产品 材料
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§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------设计学”从古代到现代的三个发展阶段------设计学的发展简史
①第一阶段：从古代人类发明工具开始算起，有了原始的功 第一阶段：从古代人类发明工具开始算起， 能思想（力学尚未成熟） ：由于生产、生活和战争的需要， 由于生产、生活和战争的需要， 能思想（力学尚未成熟） 推动了各种简单工具及武器的发明，为实现某种功能目标而 推动了各种简单工具及武器的发明， 发明的某种器械，其中所用知识涉及初步的材料知识和力学 发明的某种器械， 原理，这一时期的设计体现个人设计艺术的天才。如：中国 原理，这一时期的设计体现个人设计艺术的天才。 的水排，指南车等。 的水排，指南车等。 这一时期国外以16世纪达芬奇的创造活动为顶点。 这一时期国外以16世纪达芬奇的创造活动为顶点。达芬奇 世纪达芬奇的创造活动为顶点 构想：齿轮、螺旋。 构想：齿轮、螺旋。
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§1-3改善设计工作对中国的未来至关重要
现代机械设计在中国的发展简史
早在20世纪20年代， 早在 20 世纪 20 年代 ， 中国的一些工科大学就开设了机 20世纪20年代 械设计课程，主要由外籍教授讲授。 械设计课程，主要由外籍教授讲授。 20世纪50年代以后 20 世纪 50 年代以后 ， 全面引进了当时苏联的机械原理 世纪50年代以后， 和机械零件教材以及全面的教学手段(习题、模型、 和机械零件教材以及全面的教学手段(习题、模型、实 验、课程设计……) 。 课程设计……)
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四、机械设计学
机械（产品）设计学 机械（产品）
• 机械设计学是阐述产品设计的思想、 理论 、 技术和方法的一般理 机械设计学是阐述产品设计的思想 理论、 是阐述产品设计的思想、 论 ， 研究产品的总体的设计问题。包括怎样产生产品的概念 、 怎 研究产品的总体的设计问题。包括怎样产生产品的概念、 样评价产品的概念， 样评价产品的概念 ，以及怎样组织产品设计的过程以便获得有竞 争力的产品。 争力的产品。 • 是将机械产品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。 一起而形成的一门独立的 、 综合性的学科 。研究机械产品设计的 规律、过程、原理、方法、 规律 、 过程、 原理 、方法 、 设计原则以及其他机械产品设计的共 性技术。 性技术。 • 战略---解决方向的问题 规划性的问题。 战略---解决方向的问题，规划性的问题。 解决方向的问题，
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§1-1 基本概念
一、什么是设计
设计是人的创造性活动， 设计是人的创造性活动，是通过创造性思维创造出过 是人的创造性活动 去没有的或比过去更好的物质产品的劳动。 去没有的或比过去更好的物质产品的劳动。是从合理的目标 参数出发，通过各种方法和手段创造出一个所需的优化系统 参数出发， 或结构的过程。其实质是创新（ 或结构的过程。其实质是创新（即在设计工作中努力采用新 原理、新方案、新结构、新材料及新工艺等），其最高境界 原理、新方案、新结构、新材料及新工艺等），其最高境界 ）， 是创造具有极端市场竞争力的产品。 是创造具有极端市场竞争力的产品。 市场的实践是检验设计好坏的唯一标准
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五、学科产生的原因
①开发新产品的需要：世界市场竞争的加剧，使得各先进工 开发新产品的需要：世界市场竞争的加剧， 业国家首先在设计过程中总结规律，以提高设计质量和设 业国家首先在设计过程中总结规律， 计效率。从这个角度来讲， 设计学” 机械学” 计效率。从这个角度来讲，“设计学”和“机械学”是两 个不同的概念。 个不同的概念。 ②改进旧产品的需要：随着工业产品的复杂程度的提高，直 改进旧产品的需要：随着工业产品的复杂程度的提高， 观的工作方法很难对产品提出有效的改进措施，因此功能 观的工作方法很难对产品提出有效的改进措施， 分析和价值分析为改进旧产品提供了强有力的工具。 分析和价值分析为改进旧产品提供了强有力的工具。 ③应用工具的产生：计算机和信息技术的发展，为设计学的 应用工具的产生：计算机和信息技术的发展， 研究提供了物质基础条件。 研究提供了物质基础条件。
图1—1展示了人类自古至今的各种设计创造的产物。
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• “制造业的竞争实质就是产品设计的竞争”。产品设计是 制造业的竞争实质就是产品设计的竞争” 一个集功能分析、知识获取、概念设计、详细设计、性能 一个集功能分析、知识获取、概念设计、详细设计、 仿真、加工制造及试验等于一体的复杂的过程。 仿真、加工制造及试验等于一体的复杂的过程。
学的发展为以后机械设计学的发展提供了坚实的理论基础。 学的发展为以后机械设计学的发展提供了坚实的理论基础。
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③第三阶段：设计学发展的第三阶段以1947年美国 1947年美国 第三阶段： 的麦尔斯(es)重新提出 功能” 的麦尔斯(es)重新提出“功能”的概念为起 重新提出“ 点，这一时期，对设计学有深远影响的三个重要学 这一时期， 科内容被提出，并逐渐发展和成熟。 1)“功能 功能” 科内容被提出，并逐渐发展和成熟。即：(1)“功能” 思想的重新提出和发展，(2)“人机工程学”思想的 人机工程学” 思想的重新提出和发展，(2)“人机工程学 形成与发展，(3)“工业设计”学术体系的发展和成 工业设计” 形成与发展，(3)“工业设计 熟。从此，设计学作为一门新兴学科，快速发展起 从此，设计学作为一门新兴学科， 来。
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（7）了解产品设计试验的基本要求和基本方法； 了解产品设计试验的基本要求和基本方法； （8） 了解优势设计的基本思想和方法。 了解优势设计的基本思想和方法。 二、课程教学主要内容 本课程是一门涉及知识面较宽的课程， 本课程是一门涉及知识面较宽的课程 ， 需要学生对 机械制图、工程力学、机械原理、机械设计， 机械制图、工程力学、机械原理、机械设计，机械制造 等机械设计制造方面的基础课程有较好的掌握。 等机械设计制造方面的基础课程有较好的掌握。主要通 过课堂教学与作业来实现教学目标。 过课堂教学与作业来实现教学目标。
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二、近代“设计学”的重大发展：
• 二战以后，机构设计取得进一步的发展，科学技术的发展促使设计方法和 二战以后，机构设计取得进一步的发展， 技术的现代化。 三维实体CAD数字建模、计算机辅助制造CAM技术、 技术的现代化。 三维实体CAD数字建模、计算机辅助制造CAM技术、结构 CAD数字建模 CAM技术 有限元分析、机械系统动力学建模与仿真（数字样机构建） 有限元分析、机械系统动力学建模与仿真（数字样机构建）、产品设计优 化、可靠性技术、并行工程等技术得益于日新月异的计算机软件工具的支 可靠性技术、 持，已广泛地应用于现代产品设计领域。 已广泛地应用于现代产品设计领域。 • 1．“功能” (Function)思想的提出和发展 功能” (Function)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( 美国 麦 名言：顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功能( 尔斯(L 尔斯(es)) (L. • 功能思想的提出，人们开始打破传统习惯，寻找不同的原理、 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。 和外形来实现同一种功能。 • 新兴技术的应用，使产品的功能和结构产生很大的变化。 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。 电子-信息一体化的技术方向发展。