八机械设计基础概论 (2学时) 1.教学目标 1)使学生了解本课程硏究的对象、内容以及其在培养高级机械工程技术人才全局中的地位、 作用和任务,从而明确学习本课程的目的。 2)使学生对机械原理和设计 Mechanisms& machine theory and design学科( discipline) 的发展趋势有所了解,并了解本学科的重要性在课程结构中的重要性 3)了解机械设计的基本要求和一般步骤 4)了解机械的组成和机械零件的工作能力计算准则 5)掌握载荷荷应力的分类以及在交变应力作用下许用应力和安全系数的计算方法 2.教学重点和难点 1)了解机械的组成和机械零件的工作能力计算准则。 2)掌握载荷荷应力的分类以及在交变应力作用下许用应力和安全系数的计算方法。 3.讲授方法:多媒体和演示柜教学 课前须知 这门课程是同学们初次接触的第一门专业技术基础课,它既不同于以往的基础课,又有别于 以后我们将学习的专业课程,具有理论性和实践性的双重特点。为了帮助同学们更好地了解和学 习这一门课程,在我们的共同努力下,顺利地完成教学计划,在正式上课以前,为了帮助大家能 够很好地学习,首先给大家介绍一些在学习中应该注意的地方 本课程从内容构成上包含原理和设计二部分,作为本课程的完整教学内容,在理论课程的学 习之后,同学们还必须进行为时2周的课程设计,这是一个重要的实践环节,锻炼大家具体应用
1 八 机械设计基础概论（2 学时） 1．教学目标 1）使学生了解本课程研究的对象、内容以及其在培养高级机械工程技术人才全局中的地位、 作用和任务，从而明确学习本课程的目的。 2）使学生对机械原理和设计(Mechanisms & machine theory and design)学科(discipline) 的发展趋势有所了解，并了解本学科的重要性在课程结构中的重要性。 3）了解机械设计的基本要求和一般步骤。 4）了解机械的组成和机械零件的工作能力计算准则。 5）掌握载荷荷应力的分类以及在交变应力作用下许用应力和安全系数的计算方法。 2．教学重点和难点 1）了解机械的组成和机械零件的工作能力计算准则。 2）掌握载荷荷应力的分类以及在交变应力作用下许用应力和安全系数的计算方法。 3．讲授方法：多媒体和演示柜教学 课 前 须 知 这门课程是同学们初次接触的第一门专业技术基础课，它既不同于以往的基础课，又有别于 以后我们将学习的专业课程，具有理论性和实践性的双重特点。为了帮助同学们更好地了解和学 习这一门课程，在我们的共同努力下，顺利地完成教学计划，在正式上课以前，为了帮助大家能 够很好地学习，首先给大家介绍一些在学习中应该注意的地方。 本课程从内容构成上包含原理和设计二部分，作为本课程的完整教学内容，在理论课程的学 习之后，同学们还必须进行为时 2 周的课程设计，这是一个重要的实践环节，锻炼大家具体应用
本课程理论和方法的能力 关于这门课程的学习方法问题,在绪论中再讲,这里需要将的是有关学习中应注意的地方, 也是为保证我们顺利完成教学任务的要求 1.纪律:这门课程的学习和其它各个学科一样,都需要大家认真上课、听讲。如果放弃听 课的机会,完全寄希望于在考前突击复习,将需要付出双倍、甚至更大的努力。 2.作业:做作业是学习过程中—个十分重要的过程,只有做作业才能检验我们是否掌握了 课堂的学习,也是对课堂听课内容的及时复习和巩固。希望同学们要独立完成。 3.笔记:由于课时少、内容多,希望同学们从现在开始就要养成作笔记的习惯和能力,以 便掌握讲授的主线,便于同学在复习时使用。同时,作笔记也是大学生必备的素质之一。做笔记 可以分为两个步骤:①课堂速记:字迹可以尽可能的潦草,以自己能够辨认为原则;②课后整理: 课后要及时整理,补充和完善,要规范 4.预习:希望同学们要预习下次上课的内容,不求完全弄懂,只需要知道讲授的主要内容, 便于听课和作笔记。 5.思考:本课程具有很强的实践性,许多问题的解决方法不是唯一的,那么答案也不是唯 一的。作为课堂讲授,我们只能介绍比较成熟、常用的方法,这一点同学们要特别注意,要对课 堂所讲授的内容抱有"合理怀疑”的态度,要大胆第提问和质疑,在以后专业课的学习中更是如 此。在将来的工作岗位上,对原有机构、方法和理论进行“合理怀疑”而作出大量的创新活动 是一名科技工作者的必备素质之一 内容正文 我们从今天开始要学习一门新的课程,课程的名称叫“机械设计基础"。首先,我们需要先
2 本课程理论和方法的能力。 关于这门课程的学习方法问题，在绪论中再讲，这里需要将的是有关学习中应注意的地方， 也是为保证我们顺利完成教学任务的要求： 1．纪律：这门课程的学习和其它各个学科一样，都需要大家认真上课、听讲。如果放弃听 课的机会，完全寄希望于在考前突击复习，将需要付出双倍、甚至更大的努力。 2．作业：做作业是学习过程中一个十分重要的过程，只有做作业才能检验我们是否掌握了 课堂的学习，也是对课堂听课内容的及时复习和巩固。希望同学们要独立完成。 3．笔记：由于课时少、内容多，希望同学们从现在开始就要养成作笔记的习惯和能力，以 便掌握讲授的主线，便于同学在复习时使用。同时，作笔记也是大学生必备的素质之一。做笔记 可以分为两个步骤：①课堂速记：字迹可以尽可能的潦草，以自己能够辨认为原则；②课后整理： 课后要及时整理，补充和完善，要规范。 4．预习：希望同学们要预习下次上课的内容，不求完全弄懂，只需要知道讲授的主要内容， 便于听课和作笔记。 5．思考：本课程具有很强的实践性，许多问题的解决方法不是唯一的，那么答案也不是唯 一的。作为课堂讲授，我们只能介绍比较成熟、常用的方法，这一点同学们要特别注意，要对课 堂所讲授的内容抱有“合理怀疑”的态度，要大胆第提问和质疑，在以后专业课的学习中更是如 此。在将来的工作岗位上，对原有机构、方法和理论进行“合理怀疑”而作出大量的创新活动， 是一名科技工作者的必备素质之一。 内容正文 我们从今天开始要学习一门新的课程，课程的名称叫“机械设计基础”。首先，我们需要先
对这门课程加以简要介绍,主要阐述三个问题,即:通过本课程的学习我们将学到什么?为什么 要学习这门课程?如何才能学好这门课程?也就是“学什么?"、“为什么学?”、“如何学?″这 三个问题,使同学们对本课程有一个大概的了解。现在我们先讲述第一个问题,即“学什么?” 也就是第一节。 第一节机械设计基础研究的对象和内容 §1.1本课程的研究对象、内容和任务 我们这门课程称作“机械设计基础”,顾名思义本课程研究的对象是“机械″,而硏究的内 容则是有关机械的一些基本理论和设计方法问题。从内容上来看,包含有杋械原理和机械零件两 个部分,把这两个部分进行适当地整合,就成为我们的这一门课程《机械设计基础》。 既然课程是机械设计基础,顾名思义,该课程主要是机械方面知识的学习。然而什么是“机 械”呢?本课程硏究又包括哪些具体内容呢?首先,在这里我们要熟悉本课程的几个基本名词和 概念。 a.机械:机械是机器与机构的总称;为了了 解机械那么首先就需要了解什么是机器和机构。 b.机器:机器是具有确定运动的构件的组 合体,它用来转换能量,改变或传递物料和处理 信息,以代替和减轻人的体力和脑力劳动。 c机控:机构是实现传递机械运动和动力或 改变机械运动形式的构件组合体。例如我们在工 程上或生活中常见的齿轮机构、连杄机构、凸轮 机构、螺旋机构、带传动和链传动机构等等。 牛头刨床
3 对这门课程加以简要介绍，主要阐述三个问题，即：通过本课程的学习我们将学到什么？为什么 要学习这门课程？如何才能学好这门课程？也就是“学什么？”、“为什么学？”、“如何学？”这 三个问题，使同学们对本课程有一个大概的了解。现在我们先讲述第一个问题，即“学什么？”， 也就是第一节。 第一节 机械设计基础研究的对象和内容 §1.1 本课程的研究对象、内容和任务 我们这门课程称作“机械设计基础”，顾名思义本课程研究的对象是“机械”，而研究的内 容则是有关机械的一些基本理论和设计方法问题。从内容上来看，包含有机械原理和机械零件两 个部分，把这两个部分进行适当地整合，就成为我们的这一门课程《机械设计基础》。 既然课程是机械设计基础，顾名思义，该课程主要是机械方面知识的学习。然而什么是“机 械”呢？本课程研究又包括哪些具体内容呢？首先，在这里我们要熟悉本课程的几个基本名词和 概念。 a.机械：机械是机器与机构的总称；为了了 解机械那么首先就需要了解什么是机器和机构。 b.机器：机器是具有确定运动的构件的组 合体，它用来转换能量，改变或传递物料和处理 信息，以代替和减轻人的体力和脑力劳动。 c.机构：机构是实现传递机械运动和动力或 改变机械运动形式的构件组合体。例如我们在工 程上或生活中常见的齿轮机构、连杆机构、凸轮 机构、螺旋机构、带传动和链传动机构等等。 牛头刨床
在人类的长期生产活动中,创造和发展了各种机械。机器的种类很多,根据其用途不同,可 以分为:动力机器(如电动机、内燃机、发电机等)加工机器(如机床、纺织机、包装机等) 运输机器(如汽车、拖拉机、输送机等)和信息处理机器(如计算机机械积分仪、记账机等知 部机器都是由若干个机构组合而成,共同 联合工作而实现预定的工作要求的如图0-1所示 的牛头刨床。 牛头刨床的工作过程是:电动机通电后开始 工作,带动齿轮机构、导杆机构、刀具运动以及 图1-1牛头创床 1一制刀2一工件3一工台4电动机 工作台运动,最终实现工件的刨削工作。 又如图所示1-2所示的内燃机,它由气缸体(机架)曲轴 连杆、活塞、进气阀、排气阀、推杆、凸轮及齿轮等所组成。当 燃气推动活塞作往复运动时,通过连杆使曲轴作连续转动,从而 将燃气的热能转换成曲轴的机械能。为了保证曲轴的连续转动 通过齿轮、凸轮、推杆和弹簧等的作用,按一定的运动规律启闭 阀门,以输入燃气和排除废气。通过对该机构分析,我们可以发 图1-2内燃机 现它主要有三种机构组成:1)由机架、曲轴、连杆和活塞组成的 曲柄滑块机构,它将活塞的往复运动转化为曲轴的连续运动;2)由机架、凸轮和推杄构成的凸 轮机构,它将凸轮的连续转动转变为推杄的往复运动;3)由机架、齿轮构成的齿轮机构,其作 用是改变转速的大小和方向
4 在人类的长期生产活动中，创造和发展了各种机械。机器的种类很多，根据其用途不同，可 以分为：动力机器（如电动机、内燃机、发电机等）、加工机器（如机床、纺织机、包装机等）、 运输机器（如汽车、拖拉机、输送机等）和信息处理机器（如计算机、机械积分仪、记账机等）。 一部机器都是由若干个机构组合而成，共同 联合工作而实现预定的工作要求的，如图 0-1 所示 的牛头刨床。 牛头刨床的工作过程是：电动机通电后开始 工作，带动齿轮机构、导杆机构、刀具运动以及 工作台运动，最终实现工件的刨削工作。 又如图所示 1－2 所示的内燃机，它由气缸体（机架）、曲轴、 连杆、活塞、进气阀、排气阀、推杆、凸轮及齿轮等所组成。当 燃气推动活塞作往复运动时，通过连杆使曲轴作连续转动，从而 将燃气的热能转换成曲轴的机械能。为了保证曲轴的连续转动， 通过齿轮、凸轮、推杆和弹簧等的作用，按一定的运动规律启闭 阀门，以输入燃气和排除废气。通过对该机构分析，我们可以发 现它主要有三种机构组成：1）由机架、曲轴、连杆和活塞组成的 曲柄滑块机构，它将活塞的往复运动转化为曲轴的连续运动；2）由机架、凸轮和推杆构成的凸 轮机构，它将凸轮的连续转动转变为推杆的往复运动；3）由机架、齿轮构成的齿轮机构，其作 用是改变转速的大小和方向。 图 1-1 图 1－2 内燃机
从大的方面看, 机器由三个部分所组 成,即原动-分传 动部分执部分。 凸轮机构 齿轮机构 伴随着科技的发展,—个重要的趋势就是各个学科领域之间的相互渗透和融合。如今在机械工程 领域,自动控制、电子技术和计算机技术等地应用日益广泛和深入,因此从某种意义上来说:现 代的机械系统应该是机电一体化的系统。一个现代化的机械系统包括四个方面,即:原动机、传 动装置、执行机构和控制系统。 原动机的功能是用来接受外部能源,通过转换而自由运行(转),为机械系统提供动力输入 多数情况下是旋转运动),例如电动机将电能转换为机械能、发电机将机械能转换为电能、内 燃机将化学能转换为机械能等等。传动部分由原动机驱动,用于将运动机的运动形式、运动及动 力参数(如速度、转矩等)进行变换,改变为执行部分所需的运转形式,从而使执行部分实现预 期的生产职能 虽然机器的种类很多,在我们的生活中普遍存在、发挥着各不相同的作用,这些机器的具 体构造也各不相同,但是所有这些机器都具有三个共同的基本特征 1.机器都是由一系列构件(也称运动单元体)组成; 2.组成机器的各构件之间都具有确定的相对运动; 3.机器均能转换机械能或完成有用的机械功; 机器的种类繁多,其构造、性能和用途各不相同。但从机器的组成分析,它们都是由一些 典型的机构和零件所组成,最常用的有连杄机构、齿轮机构、凸轮机枃、间歇运动机枃等,这些 机构也就是本课程机的主要研究对象。 尽管机构也有许多不同种类,其用途也各有不同,但它们都有与机器前两个特征相同的特征
5 从大的方面看， 机器由三个部分所组 成，即原动部分、传 动部分和执行部分。 伴随着科技的发展，一个重要的趋势就是各个学科领域之间的相互渗透和融合。如今在机械工程 领域，自动控制、电子技术和计算机技术等地应用日益广泛和深入，因此从某种意义上来说：现 代的机械系统应该是机电一体化的系统。一个现代化的机械系统包括四个方面，即：原动机、传 动装置、执行机构和控制系统。 原动机的功能是用来接受外部能源，通过转换而自由运行（转），为机械系统提供动力输入 （多数情况下是旋转运动），例如电动机将电能转换为机械能、发电机将机械能转换为电能、内 燃机将化学能转换为机械能等等。传动部分由原动机驱动，用于将运动机的运动形式、运动及动 力参数（如速度、转矩等）进行变换，改变为执行部分所需的运转形式，从而使执行部分实现预 期的生产职能。 虽然机器的种类很多，在我们的生活中普遍存在、发挥着各不相同的作用，这些机器的具 体构造也各不相同，但是所有这些机器都具有三个共同的基本特征： 1．机器都是由一系列构件（也称运动单元体）组成； 2．组成机器的各构件之间都具有确定的相对运动； 3．机器均能转换机械能或完成有用的机械功； 机器的种类繁多，其构造、性能和用途各不相同。但从机器的组成分析，它们都是由一些 典型的机构和零件所组成，最常用的有连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间歇运动机构等，这些 机构也就是本课程机的主要研究对象。 尽管机构也有许多不同种类，其用途也各有不同，但它们都有与机器前两个特征相同的特征。 凸轮机构 齿轮机构
由上述分析可知,机构是机器的重要组成部分,用以实现机器的动作要求。一部机器可能只包含 有一个机构,也可由若干个机构所组成 机器与机枃构的根本区别在于,机构的主要职能是传递运动和动力,而机器的主要职能除传 递运动和动力外,还能转换机械能或完成有用的机械功。 组成机械的相对运动的单元体称为构件,可以是一个零件,也可以是由几个零件组成的刚 性结构。构件与零件的根本区别在于:构件是运动的单元体,而零件是制造的单元体。在各种机 械中普遍使用的零件称为通用零件,如螺钉、轴、轴承齿轮等。只在某种机器中使用的零件称 为专用零件,如活塞、曲轴、叶片等。这些自由分散的零件,一旦按照一定的方式和规则组合到 构件 通用零件 专用零件 部机器中,它们就成为机器上不可或缺的部分,发挥着各自的作用。特别是一些关键零部件, 决定着整个机器的性能 §1.2本课程的研究内容 本课程主要阐述机械设计的一般原则和程序主要内容和应满足的基本要求,机械零件的一般 设计准则和工作能力,常用工程材料等;机械的组成、常用的机械传动以及通用的联接零件,轴 系零件的工作原理、特点和基本设计方法或选用原则。 虽然我们的学习是分散进行的,而且只能选择极少数典型例子来学习,但不能把它们看作是 分散孤立的,要牢记它们都是为机器整体的要求服务的,要能够透过典型看到一般,透过分散想
6 由上述分析可知，机构是机器的重要组成部分，用以实现机器的动作要求。一部机器可能只包含 有一个机构，也可由若干个机构所组成。 机器与机构的根本区别在于，机构的主要职能是传递运动和动力，而机器的主要职能除传 递运动和动力外，还能转换机械能或完成有用的机械功。 组成机械的相对运动的单元体称为构件，可以是一个零件，也可以是由几个零件组成的刚 性结构。构件与零件的根本区别在于：构件是运动的单元体，而零件是制造的单元体。在各种机 械中普遍使用的零件称为通用零件，如螺钉、轴、轴承、齿轮等。只在某种机器中使用的零件称 为专用零件，如活塞、曲轴、叶片等。这些自由分散的零件，一旦按照一定的方式和规则组合到 一部机器中，它们就成为机器上不可或缺的一部分，发挥着各自的作用。特别是一些关键零部件， 决定着整个机器的性能。 §1.2 本课程的研究内容 本课程主要阐述机械设计的一般原则和程序主要内容和应满足的基本要求，机械零件的一般 设计准则和工作能力，常用工程材料等；机械的组成、常用的机械传动以及通用的联接零件，轴 系零件的工作原理、特点和基本设计方法或选用原则。 虽然我们的学习是分散进行的，而且只能选择极少数典型例子来学习，但不能把它们看作是 分散孤立的，要牢记它们都是为机器整体的要求服务的，要能够透过典型看到一般，透过分散想 构件 通用零件 专用零件
到整体的要求,牢固树立工程的观点 §1.3本课程的研究任务 机械设计基础是一门机械类及近机械类专业(例如我们的机电技术教育专业)进入专业课学 习前必修的一门重要的技术基础课,研究的是各类机械的共同特性的基础知识,目的是培养学生 具有一定设计能力的技术基础课程。它主要是在髙等数学、普通物理、理论力学等理论基础课之 后,将这些理论和实际机械相结合来探讨机械内部基本规律的基础性理论课程。 随着科学技术的进步和生产过程的机械化、自动化水平的提高,任何一个行业领域都在广 泛的使用机械。对于工程技术人员来说,必将遇到机械设备的使用、维护、管理等问题,需要创 造出大量结构新颖、性能优良的新型机械设备充实和装备各行业;需要更新改造现有机械设备, 以期合理地使用,发挥其潜力。这就要求我们必须了解和具备一定的机械方面的知识。 本课程所学内容是硏究现有机械运动、工作性能和设计、发明新机械的知识基础。它对机 械类及近机械类各专业的专业课学习、毕业设计乃至参加实际工作都有直接的和长远的意义,起 着非常重要的作用 通过本课程的学习,应达到的基本要求是: 1)掌握机构的结构原理、运动特性和机械动力学的知识,初步具备确定机械运动方案、分 析和设计基本机构的能力 2)掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识,具备设计一般简单 机械的能力 3)具备运用标ⅶ准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力 本课程涉及的知识面较广同时又偏重于应用,所以需要我们能够综合应用许多先修课程的 知识,学习时重视理论联系实际,重视基本技能的训练,注意分析问题和解决问题的方法。一京
7 到整体的要求，牢固树立工程的观点。 §1.3 本课程的研究任务 机械设计基础是一门机械类及近机械类专业（例如我们的机电技术教育专业）进入专业课学 习前必修的一门重要的技术基础课，研究的是各类机械的共同特性的基础知识，目的是培养学生 具有一定设计能力的技术基础课程。它主要是在高等数学、普通物理、理论力学等理论基础课之 后，将这些理论和实际机械相结合来探讨机械内部基本规律的基础性理论课程。 随着科学技术的进步和生产过程的机械化、自动化水平的提高，任何一个行业领域都在广 泛的使用机械。对于工程技术人员来说，必将遇到机械设备的使用、维护、管理等问题，需要创 造出大量结构新颖、性能优良的新型机械设备充实和装备各行业；需要更新改造现有机械设备， 以期合理地使用，发挥其潜力。这就要求我们必须了解和具备一定的机械方面的知识。 本课程所学内容是研究现有机械运动、工作性能和设计、发明新机械的知识基础。它对机 械类及近机械类各专业的专业课学习、毕业设计乃至参加实际工作都有直接的和长远的意义，起 着非常重要的作用。 通过本课程的学习，应达到的基本要求是： 1）掌握机构的结构原理、运动特性和机械动力学的知识，初步具备确定机械运动方案、分 析和设计基本机构的能力； 2）掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识，具备设计一般简单 机械的能力； 3）具备运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。 本课程涉及的知识面较广同时又偏重于应用，所以需要我们能够综合应用许多先修课程的 知识，学习时重视理论联系实际，重视基本技能的训练，注意分析问题和解决问题的方法。一方
面要着更搞漬基本概念,理解基原理,美握机构分析和设计的基本方法另一方面地要要捷意 这些原理和方法在机械工程上实际应用的范围和条件。具体而言就是 1)强化搞清基本概念:本课程的特点之一就是名词概念多,我们要牢记这些基本概念不仅 仅是简单的名词定义,它对课程的学习、认识、理解有着非常重要的作用,有时就是直接利用基 本概念来分析、解决问题,以及进行机构的分析和设计。因此,对所涉及到的基本概念不能死记 硬背,必须重点搞清其含义和指导意义 2)深化理解基本原理:对课程中涉及到的机构结构理论、机构分析的运动学和动力学理论、 齿轮啮合、加工及其传动理论、机械速度波动及调节原理、机械平衡理论等,要充分理解搞懂, 要能够正确应用这些理论。并要善于用理论及其公式证明问题和解决问题,使之更有说服力 3)牢牢掌握基本研究方法:课程中各种基本设计方法,以及机构组合、变异、演化方法等 是本门课程使用的基本硏究方法,应牢牢掌握并善于用其解决工程实际问题 4)逐步树立工程观点:机械原理及设计是一门理论性和实践性都比较强的技术基础课,其 研究对象和内容就是工程实际上常用的机械及其相关知识,因此学习过程中应把基本原理和方法 与研究实际机构和机器密切联系起来。善于用所学的知识观察和分析日常生产、生活中所遇到的 各种机构和机器。在附加一定条件下,可将一些比较复杂的问题转化为比较简单的问题,并注意 各种理论和方法的应用条件和范围,以求正确而灵活的运用。同时要注意,有些需要严格的理论 分析,有些则采用实验、试凑、近似等简化方法,解决工程实际问题可以有几种方法,其所得结 果也往往不唯一,有时也不要求十分精确。因此,树立工程观点,培养综合分析、判断、决策能 力,和严肃认真的科学态度是十分重要的,对所有这些方法都要给予足够的重视。 §1.4机械设计发展简介 机械设计得历史可以追溯到人类开始制造和使用工具的初期;在经历了直觉设计、经验设
8 面要着重搞清基本概念，理解基本原理，掌握机构分析和设计的基本方法；另一方面也要要注意 这些原理和方法在机械工程上实际应用的范围和条件。具体而言就是： 1）强化搞清基本概念：本课程的特点之一就是名词概念多，我们要牢记这些基本概念不仅 仅是简单的名词定义，它对课程的学习、认识、理解有着非常重要的作用，有时就是直接利用基 本概念来分析、解决问题，以及进行机构的分析和设计。因此，对所涉及到的基本概念不能死记 硬背，必须重点搞清其含义和指导意义。 2）深化理解基本原理：对课程中涉及到的机构结构理论、机构分析的运动学和动力学理论、 齿轮啮合、加工及其传动理论、机械速度波动及调节原理、机械平衡理论等，要充分理解搞懂， 要能够正确应用这些理论。并要善于用理论及其公式证明问题和解决问题，使之更有说服力。 3）牢牢掌握基本研究方法：课程中各种基本设计方法，以及机构组合、变异、演化方法等 是本门课程使用的基本研究方法，应牢牢掌握并善于用其解决工程实际问题。 4）逐步树立工程观点：机械原理及设计是一门理论性和实践性都比较强的技术基础课，其 研究对象和内容就是工程实际上常用的机械及其相关知识，因此学习过程中应把基本原理和方法 与研究实际机构和机器密切联系起来。善于用所学的知识观察和分析日常生产、生活中所遇到的 各种机构和机器。在附加一定条件下，可将一些比较复杂的问题转化为比较简单的问题，并注意 各种理论和方法的应用条件和范围，以求正确而灵活的运用。同时要注意，有些需要严格的理论 分析，有些则采用实验、试凑、近似等简化方法，解决工程实际问题可以有几种方法，其所得结 果也往往不唯一，有时也不要求十分精确。因此，树立工程观点，培养综合分析、判断、决策能 力，和严肃认真的科学态度是十分重要的，对所有这些方法都要给予足够的重视。 §1.4 机械设计发展简介 机械设计得历史可以追溯到人类开始制造和使用工具的初期；在经历了直觉设计、经验设
计、半经验半理论设计的漫长演变历程后到20世纪70年代随着计算机科学与技术地迅猛发展, 利用计算机来完成技术设计的有关分析、计算和绘图作业的计算机辅助设计逐渐得到开发应用。 而本课程的学习正是开发和应用计算机CAD软件所必须得重要知识之一。此外,有限元分析和 机械优化设计则是机械CAD的两大支撑技术。与机械CAD发展的同时,人们不满足仅仅利用计 算机来代替人工分析、计算和绘图,而试图在机械设计的全过程中发挥计算机的效能,于是出现 了协助技术人员进行工艺设计的CAPP,以及将人工智能应用于方案设计、技术设计以及工艺设 计的专家系统,以实现自动化、智能化;进而又提岀将设计、制造及生产管理等应用计算机加以 集成化的计算机制造系统(CIMS),现已获得初步成效。另一方面,工程设计方法学的研究也得 到重视和长足的进展,如系统化设计、优化设计、人机工程以及可靠性设计等;近年来随着对知 识经济的认识和对创造性的高度重视,机械创新设计已经称为一个重要研究方向。 所以,我们在学习本课程的同时,密切关注有关领域的发展动向和最新成果,才可能适应 科学技术飞速发展和激烈的国际市场竞争。 第二节机械设计基本要求和一般程序 §2.1机械设计的重要性 90年代末,美国提出了“为竟争的优势而设计( Designing for Competitive Advantage的口 号,也有人说“21世纪将是设计的世纪”。面对国际市场的竞争,一个企业、国家参与竞争的力 量就是“设计”,就必须依靠产品的创新设计技术。 20世纪后期所形成的全球经济体化格局,预示着21世纪在世界范围内的经济和技术竞 争将会更加激烈。对于包括机械制造在内的制造业来说,这种竞争就具体体现在产品上,即要求 产品上市快(T)质量高(Q)成本低(C)服务好(S),从而才能占领市场。而这些要求在 很大程度上就取决于产品的设计质量和效率。对于机械设计来说,就是适应市场的需求,以最短
9 计、半经验半理论设计的漫长演变历程后，到 20 世纪 70 年代随着计算机科学与技术地迅猛发展， 利用计算机来完成技术设计的有关分析、计算和绘图作业的计算机辅助设计逐渐得到开发应用。 而本课程的学习正是开发和应用计算机 CAD 软件所必须得重要知识之一。此外，有限元分析和 机械优化设计则是机械 CAD 的两大支撑技术。与机械 CAD 发展的同时，人们不满足仅仅利用计 算机来代替人工分析、计算和绘图，而试图在机械设计的全过程中发挥计算机的效能，于是出现 了协助技术人员进行工艺设计的 CAPP，以及将人工智能应用于方案设计、技术设计以及工艺设 计的专家系统，以实现自动化、智能化；进而又提出将设计、制造及生产管理等应用计算机加以 集成化的计算机制造系统（CIMS），现已获得初步成效。另一方面，工程设计方法学的研究也得 到重视和长足的进展，如系统化设计、优化设计、人机工程以及可靠性设计等；近年来随着对知 识经济的认识和对创造性的高度重视，机械创新设计已经称为一个重要研究方向。 所以，我们在学习本课程的同时，密切关注有关领域的发展动向和最新成果，才可能适应 科学技术飞速发展和激烈的国际市场竞争。 第二节 机械设计基本要求和一般程序 §2.1 机械设计的重要性 90 年代末，美国提出了“为竞争的优势而设计”(Designing for Competitive Advantage)的口 号，也有人说“21 世纪将是设计的世纪”。面对国际市场的竞争，一个企业、国家参与竞争的力 量就是“设计”，就必须依靠产品的创新设计技术。 20 世纪后期所形成的全球经济一体化格局，预示着 21 世纪在世界范围内的经济和技术竞 争将会更加激烈。对于包括机械制造在内的制造业来说，这种竞争就具体体现在产品上，即要求： 产品上市快（T）、质量高（Q）、成本低（C）、服务好（Ｓ），从而才能占领市场。而这些要求在 很大程度上就取决于产品的设计质量和效率。对于机械设计来说，就是适应市场的需求，以最短
的设计周期,拿出功能强、经济性好、便于使用于维护的产品。机械设计在机器制造业起着十分 重要的作用,往往机械产品的技术经济性能和竞争力就在于设计质量的好坏。据统计分析,虽然 机械产品成本中的约80%是制造费用,设计成本只占5%左右,而就是这5%的设计活动决定着 70~80%的产品成本。而机械制造业是一个国家自立于世界的标志,是国家财政收入的主要创造 者,其产值占到国民产值得80%左右。 所以,作为机电专业的学生必须努力学习,掌握机械设计的基本原理、方法和技能,只有 这样才能成为有用之才。 §2.2机械设计一般过程 机械设计过程一般包括四个阶段,即:1)明确任务阶段;2)方案设计阶段;3)技术设计 阶段;4)施工设计阶段 1)明确任务阶段 在实际工作中,我们知道有各种各样的、用途各不相同的机器。但是,所有这些机器的设 计过程都有一个共同的特点,即都是从提出设计任务开始的。而设计任务的提出主要是依据工作 和生产的需要。设计任务一般是以任务书的形式下达的,其中明确规定有:机器的用途、主要性 能参数范围、工作环境条件、特殊要求、生产批量、预期成本、完成期限、承制单位等内容。 般是由主管单位、用户提出 任务书的要求决定了设计工作的内容、质量和水平。例如,批量和用途直接决定加工手段、 成本等内容,同时也必须考虑承制单位的加工能力 2)方案设计阶段 设计部门和设计人员首先要认真研究任务书,在全面明确上述要求后,在调查研究、分析 资料的基础上,拟订设计计划,按照下述的步骤进行设计 (1)机器工作原理选择
10 的设计周期，拿出功能强、经济性好、便于使用于维护的产品。机械设计在机器制造业起着十分 重要的作用，往往机械产品的技术经济性能和竞争力就在于设计质量的好坏。据统计分析，虽然 机械产品成本中的约 80％是制造费用，设计成本只占 5％左右，而就是这 5％的设计活动决定着 70～80％的产品成本。而机械制造业是一个国家自立于世界的标志，是国家财政收入的主要创造 者，其产值占到国民产值得 80%左右。 所以，作为机电专业的学生必须努力学习，掌握机械设计的基本原理、方法和技能，只有 这样才能成为有用之才。 §2.2 机械设计一般过程 机械设计过程一般包括四个阶段，即：1）明确任务阶段；2）方案设计阶段；3）技术设计 阶段；4）施工设计阶段。 1）明确任务阶段 在实际工作中，我们知道有各种各样的、用途各不相同的机器。但是，所有这些机器的设 计过程都有一个共同的特点，即都是从提出设计任务开始的。而设计任务的提出主要是依据工作 和生产的需要。设计任务一般是以任务书的形式下达的，其中明确规定有：机器的用途、主要性 能参数范围、工作环境条件、特殊要求、生产批量、预期成本、完成期限、承制单位等内容。一 般是由主管单位、用户提出。 任务书的要求决定了设计工作的内容、质量和水平。例如，批量和用途直接决定加工手段、 成本等内容，同时也必须考虑承制单位的加工能力。 2）方案设计阶段 设计部门和设计人员首先要认真研究任务书，在全面明确上述要求后，在调查研究、分析 资料的基础上，拟订设计计划，按照下述的步骤进行设计： （1）机器工作原理选择