1、机械设计学时：64学时专业：机械设计、制造及自动化单位：北京林业大学工学院工科生求学目的工科生求学目的求职文化求职文化 读书的目的是为了什么？为了读书的目的是为了什么？为了就业就业。Job or Degree? 被动接收知识主动思考 保姆式安排自主管理时间 衣食无忧学费与生活自理“经”与“典” 学习的动力问题：考试？工作？厌学现象学习的动力问题：考试？工作？厌学现象 教学的问题：脱离实际？教学的问题：脱离实际？ 人生的成功要求我们具备很强的把握机会的能力。人生的成功要求我们具备很强的把握机会的能力。 把握机会的能力要靠平时扎扎实实的准备。把握机会的能力要靠平时扎扎实实的准备。 与别人分享劳动成
2、果可以事半功倍。与别人分享劳动成果可以事半功倍。 和有共同目标的人一同努力，可以达到双赢的结果。和有共同目标的人一同努力，可以达到双赢的结果。机械设计学习及实践方法 鼓励借鉴参考 使用标准及规范 学会使用标准语言：设计图。（图纸与说明书的作用） 发挥想象力：原创与沿袭 机电结合第第1章章 绪绪 论论（12 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程11 机械的基本定义机械的基本定义13 本课程的内容、性质与任务本课程的内容、性质与任务14 典型机械简介典型机械简介15 机器在国民经济建设中的作用机器在国民经济建设中的作用1-1 1-1 机械的定义机械的定义1. 机械与机器机械与机
3、器2. 古代中国的机械定义古代中国的机械定义3. 西方古今的机械概念西方古今的机械概念机械与机器机械与机器从广义角度讲，凡是能完成一定机械从广义角度讲，凡是能完成一定机械运动的装置都是机械。运动的装置都是机械。工程中，常把每一个具体的机械称为机器。机器工程中，常把每一个具体的机械称为机器。机器的真正含义是执行机械运动的装置，用来变换或的真正含义是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量物料与信息传递能量物料与信息人们常把最为简单的、没有动人们常把最为简单的、没有动力源机械称为工具或器械。力源机械称为工具或器械。1) 机械机械2) 工具工具3) 机构机构4) 机器机器由若干个不同形状的物体（构件）
4、用具有相对运由若干个不同形状的物体（构件）用具有相对运动的连接组合在一起，并能实现一定的机械运动动的连接组合在一起，并能实现一定的机械运动的装置的装置2 古代中国定义古代中国定义“机械机械”一词由一词由“机机”与与“械械”两个汉字组成。两个汉字组成。庄子庄子天地天地载载“有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而见功多。有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而见功多。”古代机械的概念：机械是能用力甚寡而见功多的器械。古代机械的概念：机械是能用力甚寡而见功多的器械。1) 古代常以古代常以“机机”指弩上发箭的装置，即弩机。指弩上发箭的装置，即弩机。2) “械械”在古代是指器械、器物等实物。在古代是指器械、器物等实物
5、。子贡南游于楚，反於晋，过汉阴，见一丈人，方将为圃畦，凿隧而入井，抱甕而出灌，搰搰然用力甚多，而见功寡。子贡曰：“有械于此，一日浸百畦，用力甚寡，而见功多，夫子不欲乎？”为圃者昂而视之曰：“奈何？”曰：“凿木为机，后重前轻。挈水若抽，数如泆( y 通“溢”。水满出)汤，其名为槔。”为圃者忿然作色而笑曰：“吾闻之吾师有机械者，必有机事，有机事者，必有机心。机心存于胸中，则纯白不备，纯白不备，则神生不定，神生不定者，道之所不载也。吾非不知，羞而不为也。” 庄子天地轻匠与鄙商3 西方古今的机械概念西方古今的机械概念 英文的英文的“machinemachine”（机械）一词来源于希腊文（机械）一词来源
6、于希腊文mechinemechine及拉丁文及拉丁文mecinamecina，两者原意都指的是，两者原意都指的是“巧妙的设计巧妙的设计”。1) 1) 亚历山大利亚城的希罗（亚历山大利亚城的希罗（Hero of AlexandriaHero of Alexandria，公元，公元1 1世纪）世纪）最早讨论了机械的基本要素，他认为机械的要素有五类：轮与最早讨论了机械的基本要素，他认为机械的要素有五类：轮与轴，杠杆，滑车，尖劈，螺旋。轴，杠杆，滑车，尖劈，螺旋。 2) 17241724年，德国莱比锡的机械士廖波尔特（年，德国莱比锡的机械士廖波尔特（LeopoldLeopold）给出的定义）给出的定义
7、是：是：“机械或工具是一种人造的设备，用它来产生有利的运动；机械或工具是一种人造的设备，用它来产生有利的运动；同时在不能用其他方法节省时间和力量的地方，它能做到节省。同时在不能用其他方法节省时间和力量的地方，它能做到节省。机械工程与人类社会发展机械工程与人类社会发展人类使用简单工具，人类使用简单工具， 劳动创造了人劳动创造了人人类使用简单机械农耕，人类由游牧社会进入农业社会人类使用简单机械农耕，人类由游牧社会进入农业社会工业革命使机械工业大发展工业革命使机械工业大发展, ,使人类由农业社会进入工业社会使人类由农业社会进入工业社会计算机的发明使机械自动化，使人类由工业社会进入现代社会计算机的发明
8、使机械自动化，使人类由工业社会进入现代社会简单锥井机、脚踏锥舂米简单锥井机、脚踏锥舂米提水辘轳、弹棉弓图、轧棉机图提水辘轳、弹棉弓图、轧棉机图扇车图、脚踏扇车图扇车图、脚踏扇车图砻谷图、碾米图砻谷图、碾米图磨面图、牛转翻车汲水图磨面图、牛转翻车汲水图驴转翻车汲水图驴转翻车汲水图水力驱动鼓风图、的连机杵臼水力驱动鼓风图、的连机杵臼水力驱动的水磨、水力驱动的水碾水力驱动的水磨、水力驱动的水碾小孩风车图、走马灯图小孩风车图、走马灯图火箭、飞空击贼震天雷炮、神火飞鸦火箭、飞空击贼震天雷炮、神火飞鸦 牛转绳轮凿井图牛转绳轮凿井图木棉纺车图木棉纺车图指南车指南车记里鼓车记里鼓车2-2 2-2 中国机械发展
9、史简介中国机械发展史简介1. 简单机械的发明创造简单机械的发明创造 2. 简单机械的发展和提高简单机械的发展和提高 3. 能源的利用能源的利用 4. 机械传动领域的发明创造机械传动领域的发明创造5. 中国机械工程的兴衰史中国机械工程的兴衰史简单锥井机简单锥井机脚踏锥舂米提提水水辘辘轳轳弹弹棉棉弓弓图图轧轧棉棉机机图图 远在2400多年前的东周时代，我国已经有了铜铸的齿轮。山西侯马东周晋国铸铜遗址就曾经发现成套的齿轮陶范，有不同规格的4套，齿轮中间有孔，周围8个齿，这是迄今所知最早的齿轮铸件。专家研究认为，早期的齿轮大多用于止动，就是古人为了使那些作回转运动的机械（譬如辘轳）停下来并防止其滑动。
10、汉代时，我国已经有了比较先进的齿轮。多年来，在陕西、河南、河北、山西等省的许多地方都出土了汉代的齿轮，有铜铸的，还有铁质的。 北京林业大学专用 现代沙漏北京林业大学咸阳水钟驴驴转转翻翻车车汲汲水水图图水力驱动鼓风图水力驱动鼓风图 水力驱动的连机杵臼水力驱动的连机杵臼水力驱动的水磨水力驱动的水磨 水力驱动的水碾水力驱动的水碾小孩风车图小孩风车图 走马灯图走马灯图 火箭火箭 飞空击贼震天雷炮飞空击贼震天雷炮神火飞鸦神火飞鸦 牛转绳轮凿井图牛转绳轮凿井图 木棉纺车图木棉纺车图 指指南南车车 指南车的原理是车上装有一套差动齿轮装置，当车辆左、右转弯时，车上可以自动离合的齿轮传动装置就带动木人向车辆转弯
11、相反的方向转动，使木人的手臂始终保持指南。指南车上这种利用差动齿轮装置来指示方向的机械，在今日仍有现实意义。 记记里里鼓鼓车车 记里鼓车发明于西汉初年，外形为一辆车子，车上设两个木人及一鼓一钟，木人一个司击鼓，一个司敲钟。 车上装有一组减速齿轮，与轮轴相连。车行一里时，控制击鼓木人的中平轮正好转动一周，车子上层的木人受凸轮牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以示里程。木人便击鼓一次；车行10里时，控制敲钟木人的上平轮正好转动一周，木人便敲钟一次。坐在车上的人只要聆听这钟鼓声，就可知道车已行了多少路程。这种机械装置的科学原理与现代汽车上的里程表基本相同。 记里鼓车是指南车的姐妹车，他们同为天子大驾
12、出行时的仪仗车，还时常排列在相同位置，两者要求基本相同, 装饰华美富丽，不亚于指南车。 记里鼓车的基本原理和指南车相同，也是利用齿轮机构系统实现的。 指南车和记里鼓车的形状虽然在历代制造时都有些改进，但它的差动齿轮原理可以肯定在1800多年前已经被张衡所应用。机构与机器的区别机构与机器的区别 机构只是一个构件系统，而机器除机构只是一个构件系统，而机器除构件系统外还包括电气、液压等其他装构件系统外还包括电气、液压等其他装置；机构只用于传递运动和力，机器还置；机构只用于传递运动和力，机器还具有变换或传递能量、物料、信息的功具有变换或传递能量、物料、信息的功能。研究构件的运动和受力情况时无区能。研究
13、构件的运动和受力情况时无区别。别。名词术语解释名词术语解释:1.构件构件 独立的运动单元独立的运动单元 内燃机内燃机中的连杆内燃机内燃机连杆连杆套筒套筒连杆体连杆体螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母轴瓦轴瓦连杆盖连杆盖零件零件 独立的制造单元独立的制造单元工作机的组成：工作机的组成：原动部分原动部分是工作机动力的来源，最常见的是电动是工作机动力的来源，最常见的是电动 机和内燃机。机和内燃机。 工作部分工作部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。完成预定的动作，位于传动路线的终点。 传动部分传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。联接原动机和工作部分的中间部分。 控制部分控制部分保证机器的启动、停止和正常
14、协调动作。保证机器的启动、停止和正常协调动作。 其关系如下机械机械机器机器机构机构原动机原动机 传动传动 工作工作 控制控制 原动机原动机工作机工作机本课程学习对象本课程学习对象机器（机器（Machine）的基本组成要素的基本组成要素 机械系统机械系统=机械结构机械结构 + 驱动动力驱动动力 + 检测与控制检测与控制 一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机构又是由若干零件组成的。有些零件是在各种机器中常构又是由若干零件组成的。有些零件是在各种机器中常用的，称之为用的，称之为通用零件通用零件；有些零件只有在特定的机器中；有些零件只有在特定的机
15、器中才用到，称之为才用到，称之为专用零件专用零件。 通用零件包括：通用零件包括：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动； 轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承；轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承； 螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。弹簧、机架、箱体等。 专用零件，例如专用零件，例如叶片、犁铧、枪栓叶片、犁铧、枪栓等。等。通用零件是本课程的主要学习对象，而专用零件的设计方法应在有关专业课中学习。本课程的主要内容：本课程的主要内容：本课程中本课程中“设计设计”的含义是指的含义是指: :1
16、-2本课程的内容、性质与任务本课程的内容、性质与任务学习机械系统设计的基础知识；学习机械系统设计的基础知识；学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。机械装置的实体设计机械装置的实体设计; ;涉及零件的应力、强度的分析计算涉及零件的应力、强度的分析计算; ;材料的选择材料的选择; ;结构设计结构设计; ;考虑加工工艺性考虑加工工艺性; ;标准化以及经济性标准化以及经济性; ;环境保护等环境保护等。 机械机械设计结果的表现形式为：设计结果的表现形式为： 机械工程图、说明书和计算机程序机械工程图、说明书和计算机程序。本课程所涉及的先修课程有：本课程所涉及的先修课程
17、有：工程材料：工程材料：非金属材料、金属材料及热处理。非金属材料、金属材料及热处理。工程制图：工程制图：设计的图形表达。设计的图形表达。机械制造基础：机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺。冷加工工艺，热加工工艺。公差配合与技术测量：公差配合与技术测量：解决精度设计问题。解决精度设计问题。理论力学：理论力学：解决力分析与动力计算。解决力分析与动力计算。材料力学：材料力学：解决强度分析问题。解决强度分析问题。机械原理：机械原理：解决机械的方案设计。解决机械的方案设计。本课程的几个特点本课程的几个特点: : 涉及面广涉及面广 体现为5多 实践性强实践性强只有理论知识不行，要多联系实际，要只有理论知识
18、不行，要多联系实际，要 注重实践性环节。注重实践性环节。 设计结果不唯一设计结果不唯一体现个性化，没有最好，只有更体现个性化，没有最好，只有更 好。好。关系多关系多因与诸多先修课关系密切。因与诸多先修课关系密切。要求多要求多强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、 经济性。经济性。 门类多门类多各类零件，各有特点，设计方法各异。各类零件，各有特点，设计方法各异。公式多公式多有解析式、半解析式、经验式、半经验式有解析式、半解析式、经验式、半经验式 以及定义式的。以及定义式的。 图表多图表多结构图、分析图、原理图、示意图、曲线结构图、分析图、原理图、示意图、曲线 图
19、、标准、经验数表。图、标准、经验数表。 教材论述机械零（部）件的一般顺序及目的教材论述机械零（部）件的一般顺序及目的 零（部）件的类型、构造、功能、材料、制法、标零（部）件的类型、构造、功能、材料、制法、标准、优缺点、适用场合等；准、优缺点、适用场合等； 然后论述工作情况、受力分析、应力状态、失效形然后论述工作情况、受力分析、应力状态、失效形式、设计准则、设计方法与步骤、式、设计准则、设计方法与步骤、 参数选择、常用参考资料和注意事项等。参数选择、常用参考资料和注意事项等。 内容繁杂内容繁杂 本课内容广泛；本课内容广泛； 各章之间联系少。各章之间联系少。 有有“机械零乱机械零乱”之称。之称。注
20、意处理好几个关系注意处理好几个关系 零件的设计与选用零件的设计与选用零件设计的两个主要途径。零件设计的两个主要途径。 设计计算与结构设计设计计算与结构设计设计决非只是计算，更应重视结构设计的学习。设计决非只是计算，更应重视结构设计的学习。 性能要求与经济性性能要求与经济性永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。 经验设计与现代设计经验设计与现代设计二者均重要，前者是后者的基础。二者均重要，前者是后者的基础。 具体的设计方法与一般的设计能力具体的设计方法与一般的设计能力 前者是学习的形式，后者是学习的目的。前者是学习的形式，后者是学习的目的。在学习
21、机械设计课程之初，有必要对机械的组成、机械的基本要素有一个感性的认识。下面先看几个例子。典型机械实例：典型机械实例：机械控制式机械控制式电气控制式电气控制式模糊控制式模糊控制式除了控制方式以外，上述三种洗衣机的主要传动系统除了控制方式以外，上述三种洗衣机的主要传动系统没有很大的差别。没有很大的差别。全自动洗衣机；全自动洗衣机； 减速器；减速器； 工业机器人。工业机器人。1-3典型机械简介典型机械简介潘存云教授研制全自动洗衣机；全自动洗衣机；潘存云教授研制自动洗衣机的组成：自动洗衣机的组成：上盖上盖控制面板控制面板进水口进水口排水管排水管外箱体外箱体盛水桶盛水桶支撑拉杆支撑拉杆脱水桶脱水桶电动机
22、电动机带传动带传动减速器减速器波轮波轮潘存云教授研制洗涤：洗涤：A A制动，制动，B B放开，运动经电动机、带传动、中心齿轮、放开，运动经电动机、带传动、中心齿轮、行星轮、行星架、带动波轮旋转。行星轮、行星架、带动波轮旋转。脱水：脱水：A A放开，放开，B B制动，运动经电动机、带传动、内齿圈（脱制动，运动经电动机、带传动、内齿圈（脱水桶）、中心齿轮、行星架，波轮与脱水桶等速旋转。水桶）、中心齿轮、行星架，波轮与脱水桶等速旋转。AB洗衣机系统简图洗衣机系统简图带传动带传动脱水桶脱水桶波轮波轮自动洗衣机的工作原理：自动洗衣机的工作原理：典型机械实例：典型机械实例：减速器减速器 潘存云教授研制典型
23、机械实例：典型机械实例：工业机器人工业机器人潘存云教授研制典型机械实例：典型机械实例：工业机器人工业机器人典型机械实例：典型机械实例：潘存云教授研制工业机器人工业机器人典型机械实例：典型机械实例：潘存云教授研制工业机器人工业机器人典型机械实例：典型机械实例：潘存云教授研制工业机器人工业机器人典型机械实例：典型机械实例：潘存云教授研制工业机器人工业机器人潘存云教授研制潘存云教授研制 示教盒用于输示教盒用于输入控制命令或入控制命令或控制程序。控制程序。控制系统用于控制控制系统用于控制操作机各关节内伺操作机各关节内伺服电机的运动。服电机的运动。工业机器人的组成工业机器人的组成 操作手在控制系统操作手
24、在控制系统的指挥下，完成各的指挥下，完成各种复杂的作业。种复杂的作业。示教盒（编程器）示教盒（编程器）控制系统控制系统 操作手操作手 典型机械实例：典型机械实例：全自动洗衣机；全自动洗衣机；减速器；减速器；工业机器人工业机器人由以上实例，可归纳得出以下几点：由以上实例，可归纳得出以下几点： 1. 一个机械系统包含着机械结构系统、驱动动力系统、一个机械系统包含着机械结构系统、驱动动力系统、检测与控制系统检测与控制系统；2. 现代机器不仅可以代替人类的体力劳动，还可以代现代机器不仅可以代替人类的体力劳动，还可以代替部分脑力劳动。替部分脑力劳动。3. 一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每一台机
25、器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机构又是由若干零件组成的。有些零件是在各种个机构又是由若干零件组成的。有些零件是在各种机器中常用的，称之为通用零件，如机器中常用的，称之为通用零件，如螺钉、齿轮、螺钉、齿轮、轴承轴承等；有些零件只有在特定的机器中才用到，称等；有些零件只有在特定的机器中才用到，称之为专用零件，如洗衣机中的之为专用零件，如洗衣机中的波轮波轮、工业机器人的、工业机器人的末端执行器末端执行器、军械中的、军械中的枪栓枪栓等。等。机械设计机械设计规划和设计实现预期功能的新机械或改规划和设计实现预期功能的新机械或改 进原有机械的性能。进原有机械的性能。基本要求：基本要求：在满足预期功能
26、的前提下，在满足预期功能的前提下，性能好、效性能好、效率高、成本低、安全可靠、操作方便、维修简单和率高、成本低、安全可靠、操作方便、维修简单和造型美观。造型美观。机械设计的内容：机械设计的内容：1.1.确定确定机械的工作原理，选择合宜的机构；机械的工作原理，选择合宜的机构；2. 拟定设计方案；拟定设计方案；3. 进行运动分析和动力分析，计算各构件上的载荷；进行运动分析和动力分析，计算各构件上的载荷；4. 进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。1-4机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程15 机器在国民经济建设中的作用机器在国民
27、经济建设中的作用 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志。重要标志。 机器是代替人们体力劳动和部分脑力劳动的工具，机器是代替人们体力劳动和部分脑力劳动的工具，机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳动生产率工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。和改善劳动条件。 使用机器，便于实现产品的标准化、系列化和通用使用机器，便于实现产品的标准化、系列化和通用化，尤其是便于实现高度的机械化、电气化和自动化。化，尤其是便于实现高度
28、的机械化、电气化和自动化。 机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改造的重任。进技术改造的重任。 大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大加强国民经济发展的力度，加速我国的现代化建设。大加强国民经济发展的力度，加速我国的现代化建设。作 业1.观看观看复活的军团复活的军团，将第二集，将第二集“血色青铜血色青铜”和其他任意一章做成和其他任意一章做成PPT讲解讲解2.网上独立检索机器人图片和视频，每个班上不网上独立检索机器人图片和视频，每个班上不允许重复。允许重复。 （每人（每人2个视频和个视频和10张图片）张图片） 3班检索轮式机器人班检索轮式机器人 4班检索足式行走机器人及工业机器人班检索足式行走机器人及工业机器人 人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
