创艺 · 说 创艺 · 说

回顾 | 机械设计基础

时间:2022年12月21日


地点:创意与艺术学院智造系统工程中心



2022年12月21日晚,创意与艺术学院智造系统工程中心(CASE实验室)徐惠宇老师为工业设计(智能设计方向)的同学带来关于机械设计基础的线上讲座。


本次讲座为智能设计方向的同学介绍了机械设计的一些基本知识,加深了同学们对于产品设计中的机械结构的理解。


机械设计流程



设计的基本流程从产品设计需求出发,推进到总体方案和外观设计,随后要不可避免进入到机械结构的设计。徐老师从静力学、材料力学、机构原理和机构设计三方面的内容带领我们深入浅出地感受了一下机械设计的魅力。


图片

机械设计的基本流程


01 理论力学 - 静力学分析


静力学分析的对象是刚体,研究的两项基本问题为受力分析和力系简化以及力系平衡。科学合理的静力学分析可以避免产品发生断裂、变形、倾翻等问题。静力学分析涉及的公理和推论在计算过程中对于科学计算和简化流程有很大的作用。不同类型的约束又能起到不同的作用。


图片

不同约束中的静力学分析


基于以上的公理和受力分析,我们可以作出研究对象的受力图,进而可以绘制出力系简化图,从而方便进行分析和下一步思考尺寸、性质、材料等其他部分。



02 材料力学 - 强度分析


材料力学的研究对象是变形体,在变形体弹性范围内研究其强度和稳定性。通过有效的强度分析,可以获得合理的截面,从而满足一定的强度要求,并可以在此基础上研究如何减少成本,更加经济。不同构件和不同变形方式对于力学分析又有不同的要求。

随后老师具体展开了许可应力的算法和系数,介绍了几种常见材料,并对其进行强度分析。


图片

结构强度分析


结构强度分析涉及了一些晦涩的公式、算法等,但是老师通过讲解详实生动的案例,使得我们更好地理解了结构强度和设计之间的关联。



03 机械设计 - 常用机构及原理


老师先讲解了“副”和自由度的概念及计算方法。在机械设计中,需要将机构自由度定为1才能使结构稳定、确定地运行。为了受力均匀、增加结构刚度,有时会在机构设计中采用虚约束。然后老师具体展开了铰链四杆结构、凸轮结构、间歇结构和一些传动结构。


图片

铰链四杆机构



在掌握了这些机械设计的基本内容后,我们可以通过各类机构的组合来实现综合运用。机电一体化可以降低纯机械设计的复杂度,再结合新材料、新原理所带来的创新特质,机械结构可以跳脱出传统结构的框架,开辟新赛道,获得更广阔的应用。


对于智能设计的同学而言,在工业设计的过程中,也可以整合机械设计的理念和策略,使产品兼备功能性和美观性,从而实现两者的共同进步。