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1、工业设计机械基础,工业设计机械基础,1 课程的研究对象与内容2 机械设计的基本要求和一般过程3 机械新发展4 学习目的及注意事项,第一章 绪论,1 课程内容与研究对象,一、课程内容,机械基础,材料、强度、刚度、尺寸、结构,什么是机器？,什么是机械？,什么是零件？,什么是构件？,什么是机构？,什么是部件？,交通工具,工程机械,农业机械,风电设备,太空设备,任何机器都是由许多零件组合而成的。固联在一起作整体运动的零件称为构件。,部件：为完成同一使命而协同工作的许多零件的组合。,零件：组成机器的不可拆的基本单元。,如：滚动轴承,、联轴器,、减速器。,零 件,机构：是具有确定的相对运动的若干构件的组合
2、。,机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料或信息。,机器的三个特征：1、是若干实体的组合；2、各实体之间具有确定的相对运动；3、用来完成有用的机械功或转换机械能。,机械:机器与机构的总称。,轿车,机器三个基本部分：,原动机,自动洗衣机：,潘存云教授研制,二、研究对象,机械零件常用材料及结构强度；常用传动机构设计；通用机械零部件设计；有关机械总体设计的一些问题。,机械零件常用材料力学基础平面机构自由度平面连杆机构凸轮机构齿轮机构轮系挠性传动连接轴承轴联轴器,2 机械设计的基本要求和一般过程,一、机械设计的基本要求,1、使用要求,实现预定功能，工作可靠。,2、经济要求,三方面：生产成
3、本低、使用消耗小、维护费用低,“三化”：标准化、系列化、通用化,3、社会要求,操作方便外形美观符合环保,GB 强制性国家标准GB/T推荐性国家标准ISO 国际标准GB/T 5782-2000：六角头螺栓,美国国家航空航天局2010年9月公布了一张全球空气质量地图,世界卫生组织认为，PM2.510 g/m3为安全值,噪音、废气、废液、CO2。,如：CNG汽车。,PM2.5,2013年1月12日，北京PM2.5达993 g/m3！,二、机械设计的一般过程,机械设计是一个创新与借鉴相结合的过程。,例如：设计一点钞机主要功能之一 将钞票逐张分离,设计任务,调研,方案设计,技术设计,试制,机械设计的一般
4、过程如下：,3 机械新发展,一、机器的发展,20世纪以后：微电子技术、信息技术使机电一体化技术成为实现机械工业高效、自动化、柔性化发展的焦点。,远古时期：人类为了生存使用石块、木棒、蚌壳和兽骨制成的简单工具可以储存能量的弓箭专用工具犁、刀、锄 先进的复杂的古代机械；,公元前5世纪到16世纪：中国在多种机械的发明创造方面居于世界前列（罗盘、石磨、地动仪、指南车、纺纱机、河渠闸门、火箭火炮等）,17、18、19世纪：西方国家进入资本主义时代，第一次工业革命(蒸汽机的发明，使能源、交通、冶金发生了巨大的变化)第二次工业革命(电动机、发电机的重大发明带来机床、制造技术、测试技术等)；,牛转翻车汲水,水
5、力驱动的连机杵臼,蒸汽机车,珍妮纺织机,示教板用于输入控制命令或控制程序,控制系统用于控制操作机各关节内伺服电机的运动,操作机在控制系统的控制下，实现各种复杂运动。每个关节内有电动机和减速器,机电一体化、智能化,机械手（工业机器人）,认识机器5,操作机结构：,车身焊接,富士康百万机器人计划,机器人焊接,机器人去毛刺,数控加工中的机器人,新中国成立后：我国机械工业得到了长足发展。,如：轿车发展,红旗、上海,桑塔纳、夏利、标致505,几十个品牌,火车发展：,蒸汽机车,内燃机车,电力机车,磁浮列车,高速列车,真空管道运输,内燃机车,(1924年,中国1958年),电力机车,（1866年，中国1958
6、年）,高速列车,1991年德国ICE,1981年法国TGV（实验速度574.8km/h）,1964年日本新干线,和谐号动车组,CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380,2011年12月，南车集团：500km/h，台架试验最高速度605 km/h,磁浮列车,南车集团中低速磁浮车100km/h,日本磁浮车 500km/h,上海磁浮列车 430km/h,高温超导试验车,北京地铁S1号线160km/h(2015年),2013年，美国提出“胶囊高铁”,真空管道运输,2003年，西南交通开始研究真空管道磁悬浮,式中：gi 约束条件；X 设计变量，表示一个n维向量。,1.优化设计,在给定条件下，
7、从一切可行的方案中寻求最优的方案。,优化设计数学模型可分解为三要素：设计变量、目标函数和约束条件。,二、新设计方法及理念,柴油机曲轴整体有限元分析模型,柴油机机体整体结构强度分析和优化设计有限元模型,2.有限元设计 将模型划分为有限个单元格，计算每个单元格的应力。,主要有限元商用软件,3.逆向设计,有美学要求产品,有自由曲面实物,主要应用领域：,艺术品、考古领域,先有实物样件的设计。,4.虚拟设计,虚拟设计是指设计者在虚拟现实环境中进行产品设计活动，设计者可实时、交互、可视化地对产品的虚拟原型在沉浸或半沉浸环境中进行反复修改。,虚拟设计主要优点：,沉浸性 设计简便性 多信息通道 交互性 实时性
8、,虚拟现实是一种基于可计算信息的视、听、触觉一体化的交互环境，是在图形学、电子显示、语音识别与合成、传感器等技术上发展起来的一门综合仿真技术。,虚拟现实技术的主要类型：非沉浸式桌面型VR系统 沉浸式VR系统 增强现实VR系统 分布式VR系统,虚拟现实系统构成：软件环境、高性能计算机、输入/输出设备等。,难以忽视的真相（An Inconvenient Truth）,5.低碳设计,所设计的机器应排放尽量少的CO2。,全球平均气温变化,2006年世界各国CO2的排放量,中国对发展低碳经济非常重视,1）低碳电力,如何实现低碳设计？,2012年我国电力供应结构,水电,风电,2007年世界有核电国家和地区
9、核电装机容量（单位：MW）,2013年，中国在建核电机组29台，在建规模世界第一。,2006年,法国核电所占比例大于78%。,核电,2007年与法国阿海珐公司签订80亿欧元核电项目。,风光路灯,2）低碳动力,不使用化石能源，如电动汽车、太阳能汽车等；发展小排量发动机(双门、两厢汽车)、公共交通；合理设计，实现低能耗。,太阳能汽车,4 学习目的及注意事项,一、学习目的,掌握一般机械、通用零部件的结构特点、工作原理、和设计方法。更好地使用机器(自行车、汽车、专业设备等)。,二、注意事项,课程的特点：综合性、实践性、繁杂性、多解性 学习方法：注重理解记忆和平时积累 成绩构成：平时成绩30%（考勤、作业、实验、期中 等环节），期末70%。,
