主要内容
1、机械在国民经济建设中的地位和作用。
2、机械设计人员应具有的素质。
3、“机械设计”课程的性质、任务及学习方法。
4、机械的构成及功能结构。
5、机械设计的特点。
基本要求
1、了解机械在国民经济建设中的地位和作用。
2、了解机械设计人员应具有哪些素质。
3、了解“机械设计”课程的性质、任务及学习方法。
4、了解机械的构成及功能结构。
5、了解机械设计的特点。
§1-1 绪论
一、《机械设计》课程在国民经济建设中的地位与作用
机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一，它肩负着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化建设的进程中起着主导和决定性的作用。
机械设计是为了满足机器的某些特定功能要求而进行的创造性过程，即用新的原理或新的概念，开发创造出新的产品，或对现有机器局部进行创造性的改革。机械设计是生产机械产品的第一道工序，设计质量的高低，在很大程度上影响着产品质量的高低。本课程将直接担负着培养机械设计人才的任务。
二、机械设计人员应具有的素质
机械设计是一门综合性很强的工作，机械设计人员为了能很好地适应这一工作，必须具备下列基本素质：
1、深厚的理论基础和广博的专业知识：只有具备广博的理论基础，才能充分考虑、理解并正确处理设计中的各种问题，才可能进行创造性的设计工作。
2、丰富的实践经验：设计时要将制造、安装、使用维护等问题统一起来考虑，这就要求设计者应有丰富的实践经验。
3、高度的责任感，严谨的工作作风：设计人员应对设计的技术合理性和设计后果负责，应一丝不苟地工作，必须把提高产品质量放在设计工作的首位。
4、创造性的思维能力：设计过程是创造性思维的过程，这就要求设计人员平时养成勤于观察和思考的习惯，应善于运用所学知识进行归纳、推理、分析与综合，不断开拓新产品。
5、虚心学习和不断进取的精神：要养成善于学习、积累资料的良好习惯。
三、《机械设计》课程的性质与任务
性质：是机械类专业学生必修的一门设计性质的技术基础课，是学习许多后续课程和从事机械设备设计的基础。
任务：逐步培养正确的设计思想和创造性思维能力；了解国家的技术经济政策；掌握设计机械所必须的基本知识、基本技能和基本方法；初步具备设计机械传动装置和简单机械的能力；培养学生综合应用各种知识和技术资料、处理机械设计中各种问题的能力；培养学生应用标准、规范及手册的能力，使学生获得实验技能的基本训练。
四、《机械设计》课程的学习方法
着重基本概念的理解和基本设计方法的掌握，不强调系统的理论分析；着重理解公式建立的前提、意义和应用，不强调对理论公式的具体推导；注意密切联系生产实际，努力培养解决工程实际问题的能力；应根据零部件的工作状况进行受力和失效分析，并根据功能要求和设计约束，建立设计计算公式，要重视公式的应用和具体设计方法的掌握，不要把主要精力放在公式的数学推导和公式的记忆上。
§1-2 机器的构成及其功能结构
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一 、机器的构成
机器一般可视为主要由原动机、工作机、传动装置、控制系统及一些辅助装置等部分构成，如图1-1。
图1-1 机器的组成
原动机：是驱动整个机器以完成预定功能的动力源。一般来说，它是把其它形式的能量转换为机械能。原动机的动力输出绝大多数呈旋转运动的状态，输出一定的转矩。
工作机：是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分。
传动装置：用来连接原动机部分和执行部分，它将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。例如：把旋转运动转换为直线运动；高转速变为低转速；小转矩变为大转矩等。
二 、功能分析
功能分析是机械设计的基本出发点，进行机械产品的设计，首先必须进行功能分析，明确功能要求，设计出机器的功能结构图，然后再进行各个阶段的设计。只有这样，才能不受现有结构的束缚，形成新的设计构思，提出创造性的设计方案。
不同机器的功能结构图是不同的，甚至总功能要求相同，也可以设计出不同方案的功能结构图，因此，设计者应能从多种可行方案中选出较优者，并以此为依据，进行机械系统各个阶段的设计。
三、机器实例
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表1-1 机器实例
§1-3 机械设计的概念和特点
一、机械设计的概念
"设计"具有广泛的含义，一般认为，设计是根据市场需求，对技术系统、零部件、工艺方法等进行计划和决策的过程。从市场需求出发，通过构思、计划和决策，确定机械产品的功能、原理方案、技术参数和结构等，并把设想变为现实，这样一种技术实践活动的过程，就是机械设计。
二、机械设计的过程
机械设计工作阶段的划分，不同的国家，甚至不同企业均不尽相同，大致上可分为计划阶段、原理方案设计阶段、结构方案设计阶段、总体设计阶段、施工设计阶段和试制、生产、销售阶段等，每个阶段的大致内容和目标如图1-2所示。
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图1-2 机械产品设计过程的一般模式
三、机械设计的特点
1、特点
1) 机械设计中认知过程的渐变性
产品设计是一个从抽象到具体的演化过程。设计者在设计过程中，不断丰富和完善产品的设计信息，直到完成整个产品的设计。产品设计是一个逐步求精和细化的过程。产品设计是一个反复修改和迭代的过程，在此过程中，设计者需要不断的修改某些设计参数和结构，以达到最终的设计要求。
2) 设计过程中设计管理的复杂性
产品开发过程管理要求能够对整个产品开发过程从需求分析、概念设计、直到最终设计完成进行组织、协调和控制，并且能够对每一个阶段所需要的设备、工具、人员等进行分配、组织和管理。
3) 设计过程中以市场需求为导向的必要性
产品设计与制造的目的是为了满足市场的需求，因此，用户的满意程度是衡量产品优劣的重要指标。注重市场调查和预测，明确市场需要什么，是设计师经常关心的问题。
4) 设计过程中增强社会环境意识、建立可持续发展观念的必要性
2、创新和优化
(1) 创新
1) 机械设计的核心是创新
在机械设计中必须突出创新的原则，通过直觉、推理、组合等途径，探求创新设计的原理方案和结构，做到有所发明，有所创造，有所前进。
2) 产品设计创新的方向
一是能满足大范围当前需求的产品创新；二是研究开发具有重要技术进步，且为我所独有、技术含量高、在市场上具有竞争力的新产品。
3) 产品技术创新的主要类型
第一种是无重要新技术，但在形式上有所创新；第二种是含有重要的高新技术，使产品的竞争力有新的、更重要的提高；第三种是有完全创新的功能。
4) 创造性思维
创造性思维使人们突破各种约束，在一切领域内开创新的局面。创造性思维具有独创性 、连动性、多向性和综合性的特点。
(2)优化
在通常情况下，满足约束条件的机械问题的解都不是唯一的，而是存在多种可行方案。因此需从诸多可行方案中进行优化设计，得到最优解。作为设计人员必须对择优问题予以高度重视。优化方法的发展过程如下：
1) 基于经验的优化设计
是原始的优化，或被动的自然优化。其质量取决于专家经验的多少和经验的可靠程度。
2) 基于计算机的枚举寻优
用计算机计算出各种可行方案，结合人工判断寻优。
3) 基于数学规划的寻优方法
是定量的优化方法，适合于解决机械设计中的参数优化问题。
4) 工程优化和人工智能优化
能解决不少数学规划方法不能胜任的工程优化问题。
3、机械设计中的产品成本问题
好的设计不但要技术先进，制造可行，操作方便，而且要经济合理。所谓经济合理，其核心就是降低产品的成本。可以说，产品成本的高低，在产品设计的阶段就基本上确定了，因此，降低产品成本，永远是设计人员的一项主要任务，是机械设计领域中的一个永恒的技术经济问题。设计人员进行产品设计时，必须牢固地树立经济效益的观念，对每一个零部件进行功能成本分析，确定合理的技术指标和成本目标。
4、机械设计中的可持续发展问题
1) 所设计的产品应符合国家科技政策和国家科技发展规划的目标：要设计出具有竞争力的先进产品，还应很好的了解国家不同时期的科技政策和科技发展规划；
2) 所设计的产品应符合减少三废对环境污染的要求；
3) 所设计的产品应符合人机系统安全、可靠的要求；
4) 所设计的产品应有利于提高生产力；
5) 资源的合理利用。
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