機械設(shè)計原理介紹演講人：日期:目錄CATALOGUE02.機構(gòu)運動學(xué)分析04.標(biāo)準(zhǔn)化與互換性05.材料選擇與應(yīng)用01.03.零件強度設(shè)計06.現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)機械設(shè)計基本概念01機械設(shè)計基本概念PART定義與設(shè)計目標(biāo)定義設(shè)計目標(biāo)機械設(shè)計是依據(jù)使用要求和技術(shù)條件，對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式、力和能量的傳遞方式、各部件的尺寸、形狀、材料等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計算，并將其轉(zhuǎn)化為具體的制造和裝配要求的過程。實現(xiàn)預(yù)期的功能，滿足性能要求，保證可靠性和耐久性，降低制造成本和維護(hù)成本，方便運輸、安裝和使用。核心功能要素傳動機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)控制機構(gòu)支撐與連接部件實現(xiàn)運動和力的傳遞，包括齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、軸傳動等。實現(xiàn)預(yù)期的工作動作，如夾持、搬運、切削、裝配等。實現(xiàn)對機械系統(tǒng)和工作過程的控制，如電氣控制、液壓控制、氣動控制等。起支撐、連接和固定作用，如軸、軸承、機架、聯(lián)接件等。滿足使用要求，實現(xiàn)預(yù)期功能。功能性原則防止機械在使用過程中對人身和財產(chǎn)造成危害。保證機械的穩(wěn)定性和耐久性，減少故障和停機時間。010302設(shè)計基本原則降低制造成本和使用成本，提高機械的經(jīng)濟性。減少對環(huán)境的影響，合理利用資源。0405經(jīng)濟性原則可靠性原則環(huán)保性原則安全性原則02機構(gòu)運動學(xué)分析PART運動學(xué)理論基礎(chǔ)研究剛體在空間的位置、速度和加速度等運動學(xué)問題。剛體運動學(xué)考慮物體在力作用下產(chǎn)生形變的情況，如彈性體、流體等。柔體運動學(xué)涉及力與運動的關(guān)系，包括牛頓運動定律、動量守恒和動量矩守恒等。動力學(xué)基礎(chǔ)常見機構(gòu)類型平面連桿機構(gòu)齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)機器人機構(gòu)由多個連桿通過鉸鏈連接組成的平面機構(gòu)，如曲柄滑塊機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)等。通過凸輪與從動件之間的接觸傳遞運動，實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律。通過齒輪的嚙合傳遞運動和動力，具有傳動比穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。包括關(guān)節(jié)型機器人、平行連桿機器人等，具有多自由度、靈活性高等特點。運動分析方法圖解法解析法實驗法仿真法通過繪制機構(gòu)運動簡圖，直觀地分析機構(gòu)的運動特性和運動規(guī)律。利用數(shù)學(xué)方法建立機構(gòu)的運動學(xué)方程，求解機構(gòu)的位移、速度和加速度等運動參數(shù)。通過對實際機構(gòu)進(jìn)行運動測量，獲取實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析機構(gòu)的運動特性。利用計算機仿真技術(shù)，對機構(gòu)進(jìn)行虛擬樣機設(shè)計和運動學(xué)分析，優(yōu)化機構(gòu)設(shè)計。03零件強度設(shè)計PART靜力學(xué)與動力學(xué)載荷01靜力學(xué)載荷指零件在靜止?fàn)顟B(tài)下所受到的載荷，包括拉伸、壓縮、彎曲、剪切等基本形式。靜力學(xué)載荷分析是機械設(shè)計的基礎(chǔ)。02動力學(xué)載荷指零件在運動狀態(tài)下所受到的載荷，包括慣性力、沖擊力、振動等。動力學(xué)載荷對零件的強度和穩(wěn)定性提出更高要求。失效形式與判據(jù)塑性變形零件在受到過大載荷時，可能發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致零件失去原有形狀和功能。塑性變形是不可逆的，需避免。斷裂疲勞斷裂是零件在載荷作用下，局部或整體發(fā)生分離的現(xiàn)象。斷裂分為韌性斷裂和脆性斷裂，韌性斷裂前有明顯的塑性變形，而脆性斷裂則無明顯變形。疲勞是指零件在反復(fù)或周期性載荷作用下，逐漸產(chǎn)生裂紋并擴展，最終導(dǎo)致斷裂的過程。疲勞壽命是零件在特定條件下的重要性能指標(biāo)。123強度計算方法許用應(yīng)力法有限元分析法極限載荷法基于材料的極限應(yīng)力，通過考慮安全系數(shù)來確定許用應(yīng)力，從而判斷零件是否滿足強度要求。此方法簡單易行，但可能過于保守。直接計算零件在極限狀態(tài)下的載荷，與材料的極限強度進(jìn)行比較。此方法能充分利用材料性能，但計算過程較復(fù)雜。通過數(shù)值計算方法，將零件劃分為有限個單元，分析每個單元的應(yīng)力和應(yīng)變情況。此方法能處理復(fù)雜形狀和載荷情況，但需要較高的計算成本。04標(biāo)準(zhǔn)化與互換性PART標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)用制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以規(guī)范機械設(shè)計的各個方面，如零件尺寸、公差、材料選擇等。通用標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)特定行業(yè)的需求和特點，制定更加細(xì)化的機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)內(nèi)部使用的標(biāo)準(zhǔn)，通?；谕ㄓ脴?biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并可能根據(jù)企業(yè)的特定需求進(jìn)行修改。提高生產(chǎn)效率通過互換性，可以減少零件的重復(fù)設(shè)計和制造，提高生產(chǎn)效率。降低生產(chǎn)成本互換性可以降低零件的生產(chǎn)和維修成本，因為可以大量生產(chǎn)并庫存標(biāo)準(zhǔn)化的零件。便于維修和更換互換性使得機械故障時可以快速更換損壞的零件，而不需要重新定制或改造。提高產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的零件生產(chǎn)有助于保證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性?；Q性實現(xiàn)意義公差與配合規(guī)范公差定義公差是允許的零件尺寸或形狀的偏差范圍，以確保零件能夠配合在一起并正常運行。配合類型包括間隙配合、過渡配合和過盈配合，每種配合都有其特定的應(yīng)用場合。公差選擇根據(jù)零件的功能、材料、制造工藝等因素，選擇合適的公差等級和公差范圍。公差測量使用專業(yè)工具和方法對零件的實際尺寸進(jìn)行測量，以判斷其是否符合規(guī)定的公差范圍。05材料選擇與應(yīng)用PART強度指材料在受力時抵抗變形和斷裂的能力。01韌性材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。02硬度材料抵抗局部變形，特別是壓入和刮擦的能力。03耐磨性材料抵抗磨損的能力，通常用于描述材料表面的耐久性。04材料力學(xué)性能指標(biāo)選材流程與標(biāo)準(zhǔn)需求分析根據(jù)零件的工作條件，確定所需材料的性能要求。01材料篩選基于性能要求，初步篩選出可能適用的材料。02成本評估考慮材料成本、加工成本和使用壽命，進(jìn)行綜合成本評估。03環(huán)境因素考慮材料對環(huán)境的影響，如可回收性、毒性等。04典型零件選材案例齒輪選材軸承選材彈簧選材支架選材通常選擇高強度、耐磨損和耐疲勞的材料，如合金鋼。需考慮材料的摩擦系數(shù)、耐磨性和韌性，常用高碳鉻軸承鋼。要求材料具有高彈性、高疲勞強度和良好的韌性，如彈簧鋼。需考慮材料的強度、剛度和穩(wěn)定性，常用鋁合金或鋼管。06現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)PARTCAD/CAE技術(shù)集成借助計算機進(jìn)行機械產(chǎn)品的設(shè)計、繪圖和建模。CAD（計算機輔助設(shè)計）利用仿真技術(shù)對產(chǎn)品性能進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計。CAE（計算機輔助工程）將CAD和CAE等技術(shù)集成，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、仿真、優(yōu)化的一體化。集成化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計方法多目標(biāo)優(yōu)化同時考慮多個設(shè)計目標(biāo)，如性能、成本、可制造性等，獲得綜合最優(yōu)解。03通過優(yōu)化材料分布，實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計。02拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)優(yōu)化利用數(shù)學(xué)方法尋找產(chǎn)品設(shè)計