機械設計基礎（程軍紅教材）演講人：日期:CATALOGUE目錄02機械原理基礎01機械設計概述03典型零件設計04材料工程基礎05制造技術基礎06創新設計實踐01PART機械設計概述基本概念與學科范疇機械設計是根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的制造依據的工作過程。機械設計定義機械設計是機械工程的基礎，是決定機械性能、品質、可靠性、經濟性和安全性的重要環節。機械設計的重要性機械設計涉及力學、材料科學、制造工藝、控制理論、優化方法等多學科的知識，是一門綜合性很強的技術科學。學科范疇0102036px6px現代設計方法分類系統化設計方法01包括功能分析、優化設計、可靠性設計、有限元分析等方法，強調從整體和系統的角度進行設計。智能化設計方法02利用人工智能技術、專家系統、知識工程等技術進行設計，可以實現設計過程的自動化和智能化。基于仿真和虛擬現實的設計方法03通過計算機仿真和虛擬現實技術，模擬機械的運行狀態和工作環境，進行設計方案的優化和驗證。定制化設計方法04根據客戶的需求和個性化要求，利用柔性制造技術和快速原型制造技術等方法，實現產品的定制化設計。設計文檔的規范化包括設計圖樣、技術文件、工藝流程等文檔的編制和審核，確保設計信息的準確傳遞和理解。設計標準的推廣應用積極推廣先進的設計標準和技術，促進行業的技術進步和發展。設計評價與反饋對設計結果進行評價和反饋，不斷改進設計質量和效率，提高產品的市場競爭力。設計標準的制定根據國家標準、行業標準和企業標準，制定設計規范和標準，確保設計的一致性和可制造性。設計標準化體系02PART機械原理基礎機構運動學分析機構組成與自由度計算介紹機構的組成原理，包括構件、運動副和自由度等概念，以及如何進行自由度計算和分析。運動分析與仿真研究機構在不同運動狀態下的運動規律，包括位移、速度和加速度等運動參數的分析，以及運動仿真和動畫制作方法。機構運動方案設計與優化根據機械系統的運動要求，設計機構運動方案，并進行優化設計和性能分析。機械動力學基礎機械系統動力學建模運用動力學原理，建立機械系統的動力學模型，包括質量、剛度和阻尼等參數的確定。01動力學分析與仿真對機械系統進行動力學分析，求解系統的動態響應，包括振動、沖擊等，并進行仿真和驗證。02機械系統動力優化根據動力學分析結果，對機械系統進行優化設計，提高系統的動態性能和穩定性。03靜力學基礎與物體受力分析介紹靜力學的基本原理，包括力、力矩和平衡條件等，以及如何進行物體受力分析。力系平衡方程的建立與求解根據力系平衡原理，建立力系平衡方程，并介紹方程的求解方法和應用。平面力系與空間力系的平衡問題分別討論平面力系和空間力系的平衡問題，介紹相關的方法和技巧，以及在實際工程中的應用。力系平衡原理應用03PART典型零件設計軸類零件設計準則強度和剛度軸類零件應有足夠的強度和剛度，以承受傳遞的扭矩和彎矩，避免發生塑性變形或斷裂。01耐磨性軸類零件表面應有較高的硬度，以提高耐磨性，延長使用壽命。02加工性軸類零件的結構應合理，便于加工和裝配，同時降低制造成本。03材料選擇根據工作條件和要求，選擇適當的材料，如碳素鋼、合金鋼等。04齒輪的模數和齒數根據傳動比、齒輪大小和強度等因素，合理選擇齒輪的模數和齒數。齒輪傳動設計要點01齒輪的精度齒輪的精度對傳動的平穩性、噪聲和壽命有重要影響，應根據使用要求確定。02齒輪的材料和熱處理選擇適合的材料和熱處理方式，提高齒輪的硬度、耐磨性和疲勞強度。03潤滑和冷卻合理的潤滑和冷卻措施可以減小齒輪傳動的摩擦和磨損，延長使用壽命。04軸承選型計算方法軸承類型選擇根據軸承的工作條件、承受載荷和轉速等因素，選擇合適的軸承類型。軸承尺寸確定根據軸承的承載能力和剛度要求，計算并確定軸承的尺寸。軸承的壽命計算根據軸承的轉速、載荷和潤滑條件，計算軸承的壽命，確保軸承在預期壽命內可靠工作。軸承的配合和安裝軸承的配合和安裝方法對軸承的性能和使用壽命有很大影響，應按照規范進行。04PART材料工程基礎金屬材料力學特性金屬材料在受力時抵抗變形和斷裂的能力，通常分為屈服強度、抗拉強度等。強度金屬材料在塑性變形過程中不易破裂的能力，常用延伸率和斷面收縮率來表示。塑性金屬材料抵抗局部變形，特別是壓入變形的能力，常見的硬度測試方法有布氏硬度、洛氏硬度等。硬度金屬材料在塑性變形和斷裂全過程中吸收能量的能力，韌性越好，抗沖擊性能越強。韌性正火將金屬加熱到臨界點以上，保持一定時間后在空氣中冷卻，以獲得較細的組織和較高的綜合力學性能。回火淬火后將金屬加熱到較低溫度，保溫后冷卻，以消除淬火應力、穩定組織、提高塑性和韌性。淬火將金屬加熱到臨界點以上，迅速冷卻以獲得馬氏體組織，從而提高硬度和強度。退火將金屬加熱到一定溫度，保溫一段時間，然后緩慢冷卻，以消除應力、降低硬度、提高塑性。熱處理工藝選擇如形狀記憶合金、壓電陶瓷、磁性材料等，具有特殊的物理或化學性質，在特定領域有獨特應用。高分子材料如塑料、橡膠、合成纖維等，具有密度小、耐腐蝕、易加工等特點，在機械設計中廣泛應用。陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、高抗壓強度等特點，常用于制造刀具、軸承等零件。復合材料由兩種或多種不同性質的材料通過物理或化學方法組合而成，具有優異的綜合性能，如玻璃鋼、碳纖維等。功能材料非金屬材料應用0103020405PART制造技術基礎切削加工原理切削力與切削熱切削加工是通過刀具與工件之間的相對運動，實現工件表面材料的去除。切削力和切削熱是切削過程中的兩個重要物理現象，對切削效率、刀具磨損和工件質量有直接影響。刀具幾何參數與切削性能刀具的幾何參數包括前角、后角、主偏角、副偏角等，這些參數直接影響切削過程的切削力、切削熱和切屑的排出。合理選擇刀具幾何參數，可以提高切削效率和加工質量。切屑控制與排屑切削過程中產生的切屑會影響切削過程的穩定性和加工質量。通過選擇合適的切削參數和刀具結構，可以有效地控制切屑的形狀、大小和排出方向，從而確保加工過程的順利進行。成型工藝分類鑄造工藝鑄造是將熔融的金屬液澆入鑄型中，待其凝固后獲得所需形狀和尺寸的工藝方法。鑄造工藝適用于制造形狀復雜、尺寸較大的零件。鍛壓工藝鍛壓是通過壓力使金屬坯料產生塑性變形，從而獲得所需形狀和性能的工藝方法。鍛壓工藝可以提高金屬的致密性和強度，常用于制造受力較大、形狀簡單的零件。焊接工藝焊接是通過加熱或加壓等方式，使兩個或多個金屬接頭達到原子間結合的一種工藝方法。焊接工藝具有連接強度高、密封性好等優點，廣泛應用于各種金屬結構的制造中。機械加工機械加工是通過切削、磨削等方式，從原材料上去除多余的部分，從而獲得所需形狀和尺寸的工藝方法。機械加工具有精度高、效率高、加工范圍廣等優點，是現代制造業中最常用的工藝方法之一。公差是指零件尺寸允許的變動量。在機械制造中，由于各種因素的影響，零件的實際尺寸往往與設計尺寸存在一定的偏差。為了保證零件的互換性和裝配精度，必須規定公差范圍。公差的基本概念公差與配合的選擇應根據零件的使用要求、加工精度和經濟性等因素綜合考慮。合理的公差配合可以提高零件的互換性和裝配精度，降低制造成本和使用成本。公差與配合的選擇配合是指兩個或多個零件在裝配時，其尺寸、形狀和位置等要素之間相互適應的程度。根據配合性質的不同，配合可以分為間隙配合、過盈配合和過渡配合三種類型。配合的基本概念010302公差與配合標準在圖紙上，公差與配合通常通過特定的符號和文字來標注。這些標注信息包括公差帶的大小、公差帶的位置和配合類型等。正確標注公差與配合是保證機械加工質量的重要措施之一。公差與配合的標注0406PART創新設計實踐案例選擇標準創新性、實用性、技術可行性、經濟可行性。案例分析方法結構分析、運動分析、力學分析、優化設計。案例評估指標性能、成本、可靠性、可維護性、環保性。設計案例分析框架計算機輔助設計工具AutoCAD、SolidWorks、Inventor等。CAD軟件ANSYS、Abaqus、SolidWorksSimulation等。CAE軟件Mastercam、GibbsCAM、D