机器的认知实践   通过上周的认知实践，我们已经认识了几种典型的机器：           内燃机      牛头刨床       汽  车         电池自动分拣机     工业机器人 第一节??? 机械设计的要求和内容 机械设计的基本要求 第二节???机械设计的过程和方法 第三节???机械设计类课程简介   机械原理与机械设计                 课程体系 常用机构及其设计 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和间歇运动机构等。 分章介绍这些机构的结构、类型、原理、运动、应用、分析和设计。   机械原理与机械设计                 课程体系     机器动力学     分析机器在运转过程中的受力情况     分析机器在已知外力下的运动情况     解决机器在运转中的速度波动和振动问题    机械原理与机械设计                 课程体系 机械零部件的工作能力设计  常用机械零件的类型、原理、标准、应用、失效、分析和设计方法。      机械原理与机械设计                 课程体系 机械零部件的结构设计  常用机械零件的结构设计方法。      机械原理与机械设计                 课程体系 机械系统方案的设计     机构的选型和组合   机械系统运动方案设计   结合课程设计，使学生具有：   初步的拟定机械系统运动方案的能力。  设计由通用零件组成的机械传动系统的能力。  掌握了设计理论与方法 掌握了方案设计的基本知识 进行了设计机械的基本训练 学习机械原理与机械设计课程的目的 为后续的专业课程的学习奠定基础 认识机械 分析机械 设计机械 掌握了分析方法，对机械的认识提高到理性认识的高度 具备了对现有的机械进行分析的能力 为今后参加实际工程中的机械设计奠定了基础 机械的功能指标是机械设计最基本的出发点。 方案设计……从根本上影响机械的结构、性能、成本。 设计阶段的工作如何，就基本上  决定了一个产品成本的高低。 机械应能保证不发生各种型式的失效。为此要进行强度、刚度和寿命的计算，占设计工作的很大比例。 设计阶段的工作如何，就基本上  决定了一个产品成本的高低。 机械是否满足社会性要求，完全取决于设计。 功能性 要求 可靠性 要求 经济性 要求 社会性 要求 实现自主创新 拥有独立知识产权 的关键环节 返回     机械设计的过程    机械设计的方法 一、机械设计的过程 设 计 的 类 型 适应性设计 开发性设计 参数化设计 工作   原理 主体   结构 功能   三者中至少应该有一项是首创的 开发性设计 三者中至少应该有一项是首创的 实例 照相机　　 数码照相机　　 手机上的照相机 工作原理      功能   主体结构          老式照相机　　 数码照相机　　 手机上的照相机 单缸洗衣机 　　　  双缸洗衣机　　 普通车床  　　　 工作原理      功能   主体结构           双缸洗衣机　　 立式车床  　　　 立式车床  　　　 三者中至少应该有一项是首创的 实现自主创新，拥有自主自主知识产权主要依靠开发性设计。 创新性最强、过程最完整。 对现有的机械进行 局部的修改或增补 。     不改变机械的基本结构、只改变机械功能的范围、机械的尺度和参数。 一、机械设计的过程 设 计 的 类 型 适应性设计 开发性设计 参数化设计 工作   原理 主体   结构 功能   三者中至少应该有一项是首创的   机械设计的完整过程 投产以后      计划阶段        方案设计阶段    试制试验阶段      技术设计阶段        提出设计任务（市场需求，用户委托，主管部门下达）   可行性研究 （重大问题应召开论证会）   编制设计任务书 计划阶段      提出机械的工作原理 （通过调查研究和必要的分析，还可能需要进行原理性试验）   提出几种机械系统运动方案 （进行必要的运动学设计，一般是初步的、粗略的）   确定出最佳总体方案 （经过分析、对比和评价，作出决策）     方案设计阶段     运动学分析与设计   工作能力分析与设计   动力学分析与设计   结构设计   装配图和零件图的绘制   技术设计阶段      通过试制和试验，发现问题，加以改进，修改某一部分设计结果。 试制试验阶段     收集用户反馈意见，研究使用中发现的问题，进行改进。  收集市场变化的情况，为可能提出新的设计计划准备资料。  投产以后   返回    二、机械设计的方法 常规设计方法    现代设计方法 工业革命以来 力学和材料科学的发展 运动学分析与设计 动力学分析与设计 工作能力的分析与设计 产生的时代： 产生的基础： 基本内容： 产生的时代： 产生的基础：  20世纪下半页 计算机的发明与快速发展   方案设计   运动学分      析与设计 动力学分析与设计     零件工作     能力设计 结构设计   创造性 主要依靠经验，通过类比方法进行 主要依赖于设计者 的灵感 有系统的理论方法，但往往只能近似满足运动学要求 受到计算手段的制约，分析较简单。  常将复杂问题简化，得出近似公式或经验公式。一般按静载荷计算，引入动载系数 常采用类比的方法 常规设计方法有如下不足：   方案设计过分依赖设计者个人的经验和水平；   一般满足于获得一个可用方案，而不是最佳方案；   受计算手段的限制，简化假定较多，影响了设计质量；   设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争激烈、产品更新速度加快的新形势。     尽管现代设计方法已经兴起，但常规设计目前仍被广泛应用。     设计者应该首先掌握常规设计方法，才能进一步学习现代设计方法。     本课程的内容主要是介绍常规设计方法。 现代设计方法 创造性设计 可靠性设计 动态设计 优化设计 机械设计专家系统 计算机辅助设计     近数十年来，社会需求呈现多样化的趋势，产品更新速度加快。如果设计速度慢，就会贻误商机，造成不可弥补的经济损失。  计算机辅助设计                     （Computer-Aided Design, CAD)  计算绘 图工作 量太大 有的计算工作量大到根本无法用手工方法计算的程度。 图样总数可能达到数百、数千张。 繁琐的重   复性工作      提高设计速度成为设计方法革新的最主要的目标。    优越性：   提高效率，缩短设计周期，加快产品更新换代，增强市场竞争能力。   给出多个方案，供设计者比较、选择，确定最佳方案。   从繁琐的重复性工作中解脱出来，将时间和精力集中到创造性的工作上。 计算机辅助设计           运算快速准确        存储量大      逻辑判断功能强    辅助设计者 进行设计 机械设计专家系统 （Expert System）     计算机辅助设计在上世纪90年代的新发展。     专家系统是一种计算机程序，它使计算机具有学习、推理、决策和创造等智能行为，并能够在专家的水平上工作。 CAD 机械设计活动  数值计算型的工作     （计算与绘图）   符号推理型的工作    （方案设计、结构设计）    专家系统    优化设计（Optimal Design） 可行方案与最优方案 最优，就是使某一项指标达到最小（如重量）或最大（如效率）。 机械设计的问题一般都较复杂，求最小值或最大值的问题并不是用微分方法求极值就能简单地予以解决的。 数学领域的分支——数学规划理论，提供了很多求优的数值方法，这些方法都以在计算机上进行的大量的数值叠代计算为基础。 为了采用这些优化方法，就需要将具体设计问题的物理模型转化为一个数学模型。 、     高速化推动了机械动力学的发展。     精密化要求机械的实际运动尽可能与期望运动相一致。在分析误差时必须尽可能地计入各种因素的影响。     振动和噪声过大，则会影响车辆的舒适性并污染环境。     动态设计：考虑机械的动态载荷和系统的动特性，以动力学分析为基础来设计机械。     需要在计算机上用数值叠代算法求解微分方程。所以，动态设计在计算机获得普遍应用后才能发展起来。 动态设计 (Dynamic Design) 可靠性设计（Reliability Design）   将概率论、数理统计引入机械设计中而形成的一种设计技术。   将物理量都视为按某种规律分布的随机变量，用概率统计的方法确定零、部件的主要参数和尺寸，使机械满足所提出的可靠性指标。 式中 为杆件的截面积， 为许用应力， 为材料的屈服极限， 为安全系数。  、材料的性能 、截面积   二次世界大战期间，美国由于飞行故障而损失的飞机比被击落的飞机多1.5倍。   应航天计划的需要，兴起在上世纪60年代的美国。   可靠性设计已应用于从宇宙飞船到家用电器的广阔领域。  创造性设计（Creative Design） 利用人类已有的科技成果，充分发挥设计者的创造力，设计出新机构和新机械产品的设计过程。 几千年来，机械的发明依靠的是能工巧匠和专家学者的灵感和创造性的思维。 如何产生灵感？如何进行创造性的思维？在历史的长河中，这些智慧的火花是零散的而非系统的，多种多样的而非单一的。 对历史上大量发明构思的过程进行了分析和归纳，总结出一些进行创造性思维的方法，形成了“创造学”。 创造性设计，特指以创造学理论为基础进行机械创新的方法。  现代设计方法 创造性设计 可靠性设计 动态设计 优化设计 机械设计专家系统 计算机辅助设计   对设计者的基本要求    机械设计类课程简介 机械原理与机械设计课程 对设计者的基本要求 基本理论 基本知识         基本技能      创新精神   团队精神 认真作风     在大学机械类专业的教学计划中，安排了一组机械设计类课程。   这些课程的目的是向学生提供机械设计方面的基本理论和知识，并通过各种教学环节使学生具备进行机械设计的基本能力，并具备进行机械试验的动手能力。 通过这些课程和相关的实践活动，培养同学们的创新精神、团队精神和工作作风。 机械设计类课程简介       机械设计系列课程 机械制图     机械设计     机械原理     机械创新设计    现代设计方法      必修课      选修课         机械设计的基本内容 机械制图     机械设计     机械原理     必修课         机械原理与机械设计                 课程体系   机械原理与机械设计                 课程体系 机构的组成与分析 机构是怎样组成的? 机构具有确定运动的条件 机构的结构分类 如何用机构简图表示机构 * 第二章 机械的设计与相关课程简介  回 顾 第一章 机械的组成、分类与发展          机器和它的分类                     机器中的几个基本概念                     机器的组成                     机械发展历程概述  回 顾 第二章 机械的设计与相关课程简介  内容提要 第一节  机械设计的要求和内容 第二节  机械设计的过程和方法 第三节  机械设计类课程简介    什么是机械设计 ？    机械设计的基本内容 机械设计的基本要求 机械设计的重要地位 什么是机械设计？     机械设计是一个工作过程。     构思   决策  分析  计算  绘图 设计计算书    全套图样　　 使用说明书   机械的 工作原理   外观   运动和力的  传递方式 各个零件的 材料、形状、尺寸 机械的 结构 根据社会需求确定设计任务 返回 　功能性要求 　可靠性要求 　经济性要求 　社会性要求      1．功能性要求 机械产品必须完成规定的功能。 机械的功能可表达为一个或几个功能指标。 例：电池自动分拣机  图1－8  电池自动分拣机 电池托盘 z向进给机构 输送装置 机械手 主要功能指标： 每分钟分拣电池的个数。    主要功能指标： （1）被加工工件的尺寸范围； （2）滑枕应具有若干种不同的往复运动速度，以满足不同切削工艺的要求； （3）

第二章-机械的设计与相关课程简介.ppt