第3章 机设学-机械产品的功能原理设计概要

机械设计专业的基本原理机械设计是工程设计领域中的重要分支，它涉及到机械结构、运动学、材料力学等多个方面的知识。

机械设计专业的学习和应用需要掌握一系列基本原理，本文将介绍机械设计专业的基本原理，包括机械设计的定义、机械结构设计、运动学基本原理、材料力学基本原理等。

一、机械设计的定义机械设计是指通过对机械系统的结构、运动学和动力学等方面的研究，以满足特定功能和性能要求为目标，进行机械产品的设计和开发工作。

机械设计的核心任务是通过合理的结构设计和运动学分析，实现机械产品的高效、可靠和安全运行。

二、机械结构设计机械结构设计是机械设计的重要组成部分，它涉及到机械产品的外形、内部结构和零部件的布置等方面。

在机械结构设计中，需要考虑机械产品的功能需求、工艺要求、制造成本等因素，以及材料的选择、零部件的配合等问题。

通过合理的结构设计，可以实现机械产品的功能完善、结构紧凑和制造便捷。

三、运动学基本原理运动学是机械设计中的重要理论基础，它研究物体的运动规律和运动参数之间的关系。

在机械设计中，需要通过运动学的分析和计算，确定机械系统的运动方式、速度、加速度等参数。

运动学基本原理包括直线运动和旋转运动的描述方法、速度和加速度的计算公式等。

通过运动学的分析，可以为机械产品的运动控制和运动性能的改进提供理论依据。

四、材料力学基本原理材料力学是机械设计中的另一个重要理论基础，它研究材料受力状态和应力、应变之间的关系。

在机械设计中，需要通过材料力学的分析，确定机械结构和零部件的强度和刚度等参数。

材料力学基本原理包括受力分析、应力分析和应变分析等内容。

通过材料力学的分析，可以为机械产品的结构设计和材料选择提供依据，确保机械产品的安全可靠。

总结起来，机械设计专业的基本原理包括机械设计的定义、机械结构设计、运动学基本原理和材料力学基本原理等。

通过掌握这些基本原理，可以为机械产品的设计和开发提供理论依据，实现机械产品的高效、可靠和安全运行。

机械设计基础复习大纲2011、4、3第1章绪论掌握：机器的特征：人为的实物组合、各实物间具有确定的相对运动、有机械能参与或作机械功机器的组成：驱动部分+传动部分+执行部分了解:机器、机构、机械、常用机构、通用零件、标准件、专用零件和部件的概念课程内容、性质、特点和任务第2章机械设计概述了解：与机械设计有关的一些基础理论与技术，机器的功能分析、功能原理设计，机械设计的基本要求和一般程序、机械运动系统方案设计的基本要求和一般程序、机械零件设计的基本要求和一般程序,机械设计的类型和常用的设计方法第3章机械运动设计与分析基础知识掌握:构件的定义(运动单元体）、分类（机架、主动件、从动件）构件与零件(加工、制造单元体）的区别平面运动副的定义、分类（低幅：转动副、移动副；高副：平面滚滑副）各运动副的运动特征、几何特征、表示符号及位置机构运动简图的画法（注意标出比例尺、主动件、机架和必要的尺寸）机构自由度的定义（具有独立运动的数目)平面运动副引入的约束数（低幅：引入2个约束;高副:引入1个约束）平面机构自由度计算（F＝3n－2P5－P4）应用自由度计算公式时的注意事项（复合铰链、局部自由度、虚约束、公共约束)机构具有确定运动的条件（机构主动件数等于机构的自由度）速度瞬心定义（绝对速度相等的瞬时重合点）瞬心分类:绝对瞬心（绝对速度相等且为零的瞬时重合点，位于绝对速度的垂线上）相对瞬心（绝对速度相等但不为零的瞬时重合点，位于相对速度的垂线上）速度瞬心的数目:K=N（N—1)/2速度瞬心的求法：观察法：转动副位于转动中心；移动副位于垂直于导轨的无穷远；高副位于过接触点的公法线上三心定理：互作平面平行运动的三个构件共有三个瞬心，且位于同一直线上用速度瞬心求解构件的速度（关键找到三个速度瞬心，建立同速点方程，然后求解）了解：运动链的定义及其分类（闭式链：单环链、多环链;开式链)运动链成为机构的条件（具有一个机架、具有足够的主动件）机动示意图（不按比例）与机构运动简图的区别第6章平面连杆机构掌握:平面连杆机构组成（构件+低副;各构件互作平行平面运动）──低副机构平面连杆的基本型式（平面四杆机构）、平面四杆机构的基本型式（铰链四杆机构）铰链四杆机构组成（四构件+四转动副）铰链四杆机构各构件名称(机架、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、固定铰链、活动铰链）铰链四杆机构的分类：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构铰链四杆机构的变异方法：改变构件长度、改变机架（倒置）铰链四杆机构的运动特性:曲柄存在条件：①最长杆长度+最短杆长度≤其余两杆长度之和②连架杆与机架中有一杆为四杆中之最短杆曲柄摇杆机构的极限位置(曲柄与连杆共线位置）曲柄摇杆机构的极位夹角θ（两极限位置时曲柄所夹锐角）曲柄摇杆机构的急回特性及行程速比系数平面四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的传力特性：压力角α：不计摩擦、重力、惯性力时从动件受力方向与受力点速度方向间所夹锐角传动角γ：压力角的余角许用压力角[]︒=40α~︒50、许用传动角[]︒=50γ～︒40曲柄摇杆机构最小传动角位置(曲柄与机架共线的两位置中的一个)死点位置：传动角为零的位置（︒=0γ）实现给定连杆二个或三个位置的设计实现给定行程速比系数的四杆机构设计：曲柄摇杆、曲柄滑块和摆动导杆机构了解：连杆机构的特点、铰链四杆机构以及变异后机构的特点及应用、死点（止点）位置的应用和渡过 基本设计命题:实现给定的运动要求:连杆有限位置、连架杆对应角位移、轨迹满足各种附加要求:曲柄存在条件、运动连续条件、传力及其他条件实验法设计实现给定连杆轨迹的四杆机构，解析法设计实现给定两连架杆对应位置的四杆机构第7章 凸轮机构掌握：凸轮机构的组成（凸轮+从动件+机架）──高副机构凸轮机构的分类:按凸轮分类:平面凸轮(盘形凸轮、移动凸轮），空间凸轮按从动件分类:端部形状：尖端、滚子、平底、曲面运动形式：移动、摆动安装方式：对心、偏置按锁合方式分类：力锁合、形锁合基圆（理论廓线上最小向径所作的圆)、理论廓线、实际廓线、行程从动件运动规律（升程、回程、远休止、近休止)刚性冲击(硬冲：速度突变，加速度无穷大）、柔性冲击（软冲:加速度突变）运动规律特点：等速运动规律：速度为常数、始末两点存在硬冲、用于低速等加速等减速：加速度为常数、始末中三点存在软冲、不宜用于高速余弦加速度：停─升─停型：始末两点存在软冲、不宜用于高速升─降─升型：无冲击、可用于高速正弦加速度：无冲击、可用于高速反转法绘制凸轮廓线的方法：对心或偏置尖端移动从动件，对心或偏置滚子移动从动件滚子半径的选择、基圆半径的确定、运动失真及其解决的方法了解：凸轮机构的特点、凸轮机构的应用、凸轮机构的一般命名原则四种运动规律的推导方法和位移曲线的画法运动规律的基本形式：停─升─停；停─升─降─停;升─降─升运动规律的选择原则，平底从动件凸轮廓线的绘制方法及运动失真的解决方法机构自锁、偏置对压力角的影响，压力角α、许用压力角[]α、临界压力角c α三者关系：[]c ααα<≤max第8章 齿轮传动掌握:齿轮机构的组成（主动齿轮+从动齿轮+机架)──高副机构圆形齿轮机构分类：平行轴:直齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）斜齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）人字齿轮机构相交轴：圆锥齿轮机构(直齿、斜齿、曲齿）相错轴：螺旋齿轮机构、蜗轮蜗杆机构齿廓啮合基本定律（两轮的传动比等于公法线割连心线线段长度之反比）定传动比条件、节点、节圆、共轭齿廓渐开线的形成、特点及方程一对渐开线齿廓啮合特性：定传动比特性、啮合角和啮合线保持不变、可分性渐开线齿轮各部分名称：齿数、模数、压力角、顶隙、分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆齿顶高、齿根高、齿全高、齿距（周节）、齿厚、齿槽宽标准直齿圆柱齿轮的基本参数：齿数z 、模数m 、压力角α(︒20）齿顶高系数*a h (1.0、0.8）、顶隙系数*c (0。

机械设计学课本第⼀章绪论1.机械设计学学科的三个组成部分：功能原理设计、实⽤化设计、商品化设计。

2.机械设计具有哪些主要特点？（多解性、系统性、创新性）3.近代“设计学”的重⼤发展（功能思想的提出和发展；⼈机学思想的形成和发展；⼯业设计学科体系的发展和成熟）4.从设计构思的⾓度将机械设计步骤归纳为哪三⼤步？（创意、构思、实现）第⼆章机器的组成及典型机器的功能分析1.机器的定义：有两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运动，能将某种原动⼒和运动转变，以执⾏⼈们预期的⼯作，在⼈或其他智能体的操作或控制下，实现为之设计的某种或⼏种功能。

2.从不同⾓度看机器的组成：从机构学的⾓度看：各种基本机构，⾃由度=原动机数；从结构学的⾓度看：各种基本零件；从专业的⾓度看：各种主要部件3.从功能的观点看机器的组成：机器由多个主要分功能系统构成，它们的协调⼯作实现了实现了机器的总功能。

⼜可进⼀步分为：⼯作机（⼯作头、执⾏机构）传动机原动机控制器。

4.从功能的观点看机器的分类可分为：⼯艺类机器：对物料进⾏⼯艺性加⼯的机器，主要特征是具有专⽤的⼯作头并进⾏独特的⼯艺加⼯动作；⾮⼯艺类-不对任何物料进⾏⼯艺性加⼯，只实现某些特殊的动作性的机器。

5.家⽤缝纫机是⼀种典型的⼯艺类机器。

⼯艺⽅式：⼀是采⽤针尖引线的⽅法代替针尾引线；⼆是采⽤双线互锁交织的⽅法代替反复穿刺。

功能分析：（1）总功能：将线按⼀定规律缝于缝料上，它可使⼀根线或多根线通过⾃连、互连、交织，在缝料上形成⼀定形式的线迹。

（2）主要功能：引⾯线造环功能，勾⾯线扩环供给和收回⾯线的功能，输送缝料的功能。

（3）辅助功能：调节⾯线和底线阻尼的功能，调节压脚和压紧⼒的功能，调节送布针距的功能，绕底线功能。

（4）控制功能：机械控制功能，⼈机控制功能，电⼦控制功能。

6.现代银⾏点钞机是⼀种典型的机电⼀体化系统，属于⼯艺类机器。

功能要求：要有堆放准备清点纸币的空间，并能将纸币连续输⼊，直到最后⼀张；要有能把纸币逐张分开，避免两张当做⼀张计数的机构；要有准确计数的装置，清理完毕的纸币要整理成⼀叠。

教案首页课程名称机械设计学任课教师第一章绪论计划学时 3教学目的和要求：1.明确课程定位，使学生理解机械设计与机械设计学的内容侧重点和课程特点；2.了解机械设计学的发展史；3.本课程的内容按章节的分布情况；4.要求同学掌握机械设计学的研究重点；5.要求同学掌握机械设计的一般步骤。

重点：1.设计的基本内涵，机械设计学的学科组成；2.机械设计的一般步骤。

难点：机械设计学的定义、机械设计的一般步骤。

思考题：1.如何认识人类文明的一切成果都是设计的产物？2.根据“功能”思想，预测下一代家用电器会风靡市场的是什么产品？本课程以培养学生“能提出创新构思并能尽快将其转化为有竞争能力的产品”的初步能力为目标，围绕影响产品竞争力的功能原理设计、实用化设计和商品化设计三个关键设计环节展开讨论。

科学和技术是两个完全不同的概念，千万不可混为一谈，科学是指那些基础性的研究，例如数学、物理、化学、天文、地理、生物……；技术则主要指制造工艺（包括材料的制备、加工、处理）以及各种制作的技巧、经验等。

设计的产品有的来源于生活，有的来源于想象，总的来说来源于思考，设计的始终都在贯穿着思考。

俗语说：没有做不到的，只有想不到的。

随着科技的发展会使很多不可能变为可能，把很多幻想变成现实。

机械设计学是一门方法性的课程，讲的是机械设计的理念、思路与方法。

产品设计的过程中，尤其是产品的方案设计中机械设计学的知识占的比重很大，能熟练运用辩证法、创新设计方法、概念设计等方法在机械设计中尤为重要。

第一讲绪论教学主要内容：1.机械设计的概念2.“设计学”的核心内容3.“机械设计学”的学科组成4.机械设计的类型及设计过程5.传统设计和现代设计一、概念1.机械（Machinery）机械是依据力学原理组成的各种装置和设备，是机器和机构的总称。

它包括机器、工具、器械、仪器…….2.机器 (Machine)机器是人类进行生产以减轻体力劳动和提高劳动生产力的主要工具。

西北工业大学机械设计学课程设计院（系）：机电学院班级: ___________学号： ____________姓名：______________同组学生：陈波等____________指导教师：辛洪兵成绩： __________________________实践地点： _______实践时间：2010年—月21日至20 10年_7月一2_日2010年7 月2 日目录第一章设计任务1、1目得 (3)1、2设计要求第二章功能原理设计2、1总功能 (5)2、2功能分析 (5)2、3方案及评价 (6)第三章原理方案设计及分析3、1选定方案得详细说明 (11)3、2 各装置选用方案 (11)3、2 原理方案总图 (13)第四章机械系统方案设计4、1总体功能机械系统设计方案 (15)第五章结束语 (16)参考文献 ...................................................................................................................................... 1 7第一章设计任务1、1目得1、设计该装置有利于易拉罐得回收利用，增强大家得环保意识增加易拉罐得回收利用率。

2、粉料压片机得工作原理及工艺动作过程(1)粉末压片机就是由上冲头、下冲头、料筛传送机构组成，料筛由传送机构把粉料送至上、下冲头之间，通过上、下冲头加压把粉料压成有一定密度得药片。

(2)它得主要动作有：送料、筛料、压料、推出片坯、送成品其工艺动作得分解如下图所示:1-料斗2—粉料3 —片坯(药片)4-下冲头5—模具6 —上冲头1) 移动料斗至模具得型腔上方准备将粉料装入型腔，同时将已经成型得药片推出；2)料斗振动，将料斗内得粉料筛入型腔；3)下冲头下沉至一定程度，以防止上冲头向下压制时将型腔内粉料扑出；4)上冲头向下，下冲头下上，将粉料加压并保压一定时间，使药片成型好；5)上冲头快速退出，下冲头将成型得工件(药片)退出型腔，完成压片工艺过程。

机械设计学第一章绪论1、机械设计学定义——是一门研究机械设计的共性的综合性学科。

如设计技术、设计理论和设计方法。

2、机械设计的目标：在满足需求的基础上，实现约束最优化设计。

3、机械是机器和机构的统称。

4、机械设计具有的主要特点：多解性、系统性和创新性5、机械设计学的学科由（机械产品设计的三个基本环节是）功能原理设计、实用化设计和商品化设计三大部分组成。

功能原理设计：针对产品的主要功能所进行的原理性设计实质：原理方案的构思和拟定过程。

设计方法：以简图或示意图来进行方案的设计。

实用化设计工作：设计结构、选择材料、确定尺寸要求：明确、简单、安全可靠、掌握和遵循其内在规律和一般原理。

实用化设计的核心是要使产品具有优良的性能，好用。

商品化设计（技术、经济、社会）6、从设计构思的角度机械产品设计可归纳为三大步：创意、构思和实现。

创意：重点在于新颖性，且必须具有潜在需求。

构思：重点在于创造．即要构思一种新的技术方向或功能原理来实现某创意。

实现：重点在于验证构思的合理性，可以通过模型或原理样机来检查构思的合理性。

7、创新需要充分发挥设计人员的三种能力：抽象思维（抓住问题的本质）创造性思维（求多解）形象思维（头脑设计阶段）8、信息的交流与综合是创新的前提9、设计过程是在约束条件下求优过程（约束优化问题）包括：方案优化、设计参数优化、结构形状优化和整体布局方案优化。

10、机械设计按其创新程度可分为创新设计、变型设计和适用性设计三种类型。

11、设计阶段的具体任务可分为四个阶段：可行性研究、初步设计、详细设计和改进设计。

12、机械设计的基本程序可分为四个阶段：设计规划、方案设计、技术设计和施工设计。

第二章机器的组成及典型机器的功能分析1、机器的定义：一种用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合。

2、任何一台机器都是由原动机、传动机、工作机和控制器四部分组成。

第三章机械产品的功能原理设计1、功能原理设计定义：针对产品的主耍功能所进行的原理性设计简称为功能原理设计。

机械产品设计课程设计方案一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握机械产品设计的基本原理和概念；2. 学生能够了解不同机械部件的功能、结构及其在整体设计中的作用；3. 学生能够运用所学的知识，分析并解决简单的机械设计问题。

技能目标：1. 学生能够运用CAD软件进行基本的机械制图；2. 学生能够运用数学和科学方法进行机械结构的计算和优化；3. 学生能够运用团队合作的方式，完成一个简单的机械产品设计项目。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计的兴趣，激发他们的创造力和创新意识；2. 培养学生严谨、细致的工作态度，提高他们的责任感和成就感；3. 培养学生团队合作精神，提高他们沟通、协调和解决问题的能力。

课程性质：本课程为实践性较强的学科，注重理论知识与实际应用的结合。

学生特点：学生处于初中阶段，对新鲜事物充满好奇，具有一定的动手能力和创新意识。

教学要求：结合学生特点，注重启发式教学，引导学生主动探究，提高他们的实践操作能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。

在教学过程中，关注学生的个体差异，鼓励他们积极参与，发挥潜能。

二、教学内容1. 机械设计基本原理：包括机械设计的基本概念、设计流程、设计原则等，参考教材第一章内容。

2. 机械零件及其功能：学习不同类型的机械零件，如轴承、齿轮、传动带等，分析其在机械系统中的作用，参考教材第二章内容。

- 轴承的类型和选用；- 齿轮的设计和计算；- 传动带的应用和选型。

3. 机械制图与CAD软件应用：学习机械制图的基本知识，掌握CAD软件的基本操作，进行简单的机械制图，参考教材第三章内容。

- 机械制图的基本规范；- CAD软件的基本功能和使用方法；- 实际操作练习。

4. 机械结构计算与优化：运用数学和科学方法进行机械结构的计算和优化，参考教材第四章内容。

- 机械结构的受力分析；- 材料的选择和强度计算；- 结构优化的基本方法。

5. 机械产品设计实践：以团队合作形式，完成一个简单的机械产品设计项目，结合教材第五章内容。