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1、1,现代机械设计理论与方法,东北大学现代设计与分析技术研究所钱文学,2,学什么？,为什么要学？,怎么学？,3,1 绪论,1.1 设计与机械设计1.2 机械和机械系统的组成及特性 1.3 机械设计和现代设计方法 1.4 本课程的任务和要求,现代机械设计理论与方法,复习思考,4,1.1 设计与机械设计,1.1.1 设计的广义概念 1.1.2 设计的分类1.1.3 机械设计及其在机械工业中的地位与作用,5,1.1.1 设计的广义概念,杠杆撬石头钻木取火衣：动物皮住：石洞美：贝壳项链衣食住行,创造性劳动,创造性设计,6,1.1.1 设计的广义概念,设计：从构思到实现的过程。（创造）是为了满足某种需求而
2、进行的一种人类特有的活动。,设计的成果以物质形式体现在人们的眼前：文物、产品。,设计是为提供社会所需的产品进入市场所必要的一系列创新思维和活动。,7,1.1.1 设计的广义概念,“21世纪将是设计的世纪”,德国：50年代初：关键在于设计；英国：80年代；美国：90年代末：为竞争的优势而设计（Designing for Competitive Advantage）；,国际竞争：经济竞争市场竞争设计与制造水平的竞争。,设计的重要性,8,1.1.1 设计的广义概念,中国怎么办？,发展设计方法学,9,1.1.2 设计的分类,服装设计；建筑设计；机械设计；室内设计；船舶设计；工程设计（水利工程）；,公路
3、设计；桥梁设计；工艺过程设计；风景设计；热力系统设计；采暖通风设计；,10,1.1.3 机械设计及其在机械工业中的地位与作用,机械设计：设计者为满足社会和人们对机械产品功能的需要，运用基础知识、专业知识、实践经验和系统工程等方法，进行设想和构思、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；机械设计的任务都是围绕着开发新的机械产品或改造老的机械产品而进行的；机械设计的最终目的是提供满足人们需求、具有一定功能、优质高效、价廉物美，并具有市场竞争力的机械产品。,11,机械设计的重要性,12,机械设计的重要性,产品的质量事故50是由于设计失误造成；产品6070的成本取决于设计；设计
4、周期占了产品开发总周期的40左右。,产品的质量和经济效益取决于设计、制造和管理的综合水平，而产品设计是关键。,设计体现了时代性和创造性,13,1.2 机械和机械系统的组成及特性,1.2.1 机械系统的概念1.2.2 机械系统的组成1.2.3 机械系统的特性1.2.4 现代机械系统的主要特征和功能要求,14,1.2.1 机械系统的概念,机械：机器和机构的统称。,原动机：把自然能、非机械能转化为机械能。如内燃机、电动机；变换机：把机械能转化为非机械能。如发电机、空气压缩机；工作机：接受机械能完成工作或动作。,机构：各组成部分间具有一定的相对运动的装置，它能传递、转换运动或实现某种特定的运动。,机器
5、：用来转换或利用机械能的机构。,15,1.2.1 机械系统的概念,机械：机器和机构的统称。,系统：具有特定功能、相互间具有有机联系、由若干 要素构成的一个独立整体。,要素:系统的最小单元（或称基本单元）。,大系统小系统 最小单元,由若干零件、部件和装置组成的，有确定的质量、刚度和阻尼，具有特定功能的一个特定系统。,机械系统：,基本单元：机械零件，为了使机械能完成一定的功能而互相联系在一起。,16,1.2.2 机械系统的组成,（1）动力系统（2）执行系统（3）传动系统（4）操纵和控制系统（5）架体支承系统（6）其它：冷却、润滑、计数、行走等,机械系统的动力源:一次动力机、二次动力机,进行生产或达
6、到其它预定要求的装置：加工、检测等,把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置：速度、运动、动力传递,用于安装和支承动力系统、传动系统和执行系统等的构件和部件,使动力机、传动系统和执行系统间彼此协调运动，并准确完成整机功能的装置。,输入,输出,满足系统其它功能要求,17,现代机械系统与人体结构的对应关系,18,19,1.2.3 机械系统的特性,（1）整体性（2）相关性（3）目的性（4）环境适应性,组成机械系统的基本单元和子系统，根据整体性要求构成机械整体。,机械系统内部各零件之间是有机联系、相互作用、相互影响的。,机械系统中各零部件的布局和组合方式取决于机械系统的目的和功能。,机械系统应适应
7、外部环境的变化，保持确定的功能。,20,1.2.4 现代机械系统的主要特征和功能要求,1.现代机械系统的主要特征 a.功能增加 柔性提高 b.结构简化 性能改善 c.效率提高 成本降低,21,1.2.4 现代机械系统的主要特征和功能要求,a 运动要求 如速度、加速度、运动轨迹、运动范围及运动精度。b 动力要求 如传递的力、力矩、功率以及动力运行效率。c 体积和重量要求 如尺寸、占地面积、重量、重心、重量比。d 操作性要求 如反应能力、舒适性、人-机交互功能。e 可靠性和寿命要求 如可靠性、耐磨性、抗干扰能力、自诊断 f 安全性要求 如机械的强度、刚度、摩擦学特性、振动稳定性、绝缘、耐压、过流、
8、自动报警、自动保护、自动处理。,2.现代机械系统的功能要求,22,现代机械系统的主要特征和功能要求,g 经济性要求 如设计和制造的经济性、使用和维修的经济性。h 环境保护要求 如噪声、振动、尘粒、“三废”、可回收、可利用.i 产品造型要求 如外观、色彩、与环境协调等美学指标。j 其它要求 精密设备的防振动要求、自适应和自动补偿功能、模块化、易拆、易装、良好的密封和防护、食品和药品和加工设备的不污染被加工产品的要求。,2.现代机械系统的功能要求,23,1.3 机械设计和现代设计方法,1.3.1 机械设计的分类1.3.2 机械设计的特点1.3.3 传统设计方法和现代设计方法1.3.4 机械设计的学
9、科体系,24,1.3.1 机械设计的分类,零件设计指不能再分解的、由单一材料组成的单元体的设计。例：齿轮、轴等；轴系、轴承等。产品设计（系统设计）指由许多零部件甚至是分系统集装而成的整体以实现一种或一组功能的这类设计例：减速器、泵、发动机、汽车等,25,1.3.2 机械设计的特点,（1）多解性（2）系统性（3）创新性,同一用户需求多种设计方案设计要适应不同的条件和要求,产品技术性、经济性、社会性等；各种约束条件；机械本身的系统性；,开发性设计新的科技成果的运用；产品的改进；,26,1.3.3 传统与现代设计方法的比较,传统设计方法,现代设计方法,27,1.3.4 机械设计的学科体系,机械设计学
10、科体系由关于设计的科学技术构成，是在现代设计理论、方法和技术及相关学科迅速发展的基础上逐渐形成的一门独立的工程技术学科。以机械设计学为核心。,（1）设计理论和设计方法学（2）基础零件的设计理论和方法（3）专业机械的设计理论和方法,主要针对机械设计所涉及的共同的、通用的设计理论和方法，包括设计工具的开发和研究。是机械设计学科的基础。,主要针对机械中一些基础零部件设计涉及的理论和方法,主要针对各类专业机械设计所涉及的理论和方法,28,表1-1 现代机械设计的主要理论和方法,1.设计方法学2.优化设计3.可靠性设计4.工业艺术造型设计5.有限元法6.动态设计7.计算机辅助设计8.疲劳强度设计,17.
11、绿色设计18.健壮设计19.虚拟设计20.智能工程21.反求工程22.设计专家系统,9.损伤容限设计10.摩擦学设计 11.模块化设计12.热稳定设计13.精度设计14.相似设计15.三次设计16.并行设计,29,1.4 本课程的任务和要求,1 培养分析问题和解决工程问题的能力以及创新意识和能力 2 掌握机械产品常规设计的基本理论、基本原则、设计过程及方法；3 熟悉工程中目前广泛应用的“有限元设计”、“优化设计”、“可靠性设计”的基本内容、设计过程及应用,了解现代最新设计理论和技术；为适应当前机械工程的需要及今后新的机械工程技术的发展及拓宽工作领域打下必备的知识基础。,30,参考书目,1.黄雨华等编现代机械设计理论与方法，东北大学出版社，2001 2.黄靖远等主编机械设计学，机械工业出版社，19993.刘跃南主编机械系统设计，机械工业出版社，20004.机械设计大典,31,复习与思考,了解课程的性质和任务，明确学习的重要意义。现代机械设计方法与传统的方法有哪些不同？机械设计应把握哪些原则？了解并掌握机械设计的一般过程。,
