工业设计工程基础(教学课件).ppt
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- 工业设计 工程 基础 教学 课件
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1、工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计工程基础2n课程教材:工业设计机械基础工业设计机械基础(第(第 2 版)版)q主编:阮宝湘(北京理工大学)主编:阮宝湘(北京理工大学)q特点:适专业、宽而浅、重实例、重应用特点:适专业、宽而浅、重实例、重应用n课程学时:64q课堂教学课堂教学56+综合作业综合作业8工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计工程基础2n第一篇 工程力学基础(22)q突出了静力学与材料力学的基本概念和结论;提供一些基本
2、计算的方法使大家掌握的知识能够从定性向定量的层面的初步延伸。n第二篇 机械设计基础(34 )q了解常用机构、联接、各种传动、轴系部件等内容,从产品应用出发,阐述特性和适用的场合。n第三篇 产品机构与结构图例q40种产品的立体透视图,作为大家的参考阅读材料。n附录q大作业的参考工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。n参考书目:q1. 朱东华,樊智敏,朱东华,樊智敏,机械设计基础机械设计基础,机械工业出版,机械工业出版社,社,2003.q2. 景荣春主编,景荣春主编,工程力学简明教程工程力学简明教程,清华大学出版,清华大学出
3、版社,社,2007.q3.李秀珍,曲玉峰李秀珍,曲玉峰.机械设计基础机械设计基础(第(第3版),机械版),机械工业出版社,工业出版社,2000 .q4. 张美麟,张美麟,机械创新设计机械创新设计,化学工业出版社,化学工业出版社,2005. 工业设计工程基础2工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。Chp1 工程力学的基本概念工程力学与工业设计1工程力学的研究对象与基本内容2工程力学的基本概念3静力学公理4约束与约束反力5分离体与受力图6工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新
4、往往就是功能创新的基础。第1节 工程力学与工业设计n一、工程力学在产品设计中的作用一、工程力学在产品设计中的作用工程力学对产品设计有什么作用?工程力学对产品设计有什么作用?n有用之处:有用之处:n1.任何产品都必须稳定稳定,或能按预定要求运动(静力学或动力学)n2.任何产品都应该牢固牢固,正常使用中不会损坏(材料力学)。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。第1节 工程力学与工业设计n一、工程力学在产品设计中的作用一、工程力学在产品设计中的作用q1.产品设计与静力学、动力学产品设计与静力学、动力学图图1-1 1-1 各种
5、椅子,各种椅子,使用中必须使用中必须稳定稳定不会不会倾倒倾倒 工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。 a) 台灯台灯 b)小型吊车)小型吊车 图图1-2 部件运动会引起整体中心移动的产品部件运动会引起整体中心移动的产品 a) b) 图图1-3 设计公共设施也需要进行力学计算设计公共设施也需要进行力学计算 工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。图图1-4 产品中其他静力学、动力学问题举例产品中其他静力学、动力学问题举例 工业设计的核心是创新,而结构创
6、新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。2. 产品设计与材料力学产品设计与材料力学n 材料力学中的强度问题。引例:钢管椅材料力学中的强度问题。引例:钢管椅图图1-5 几乎所有的产品都存在强度问题几乎所有的产品都存在强度问题 工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。 材料力学中的刚度问题。如抽屉、电脑桌支架材料力学中的刚度问题。如抽屉、电脑桌支架 图图1-6 塑料日用品:力学上是否合理,关系使用功能,也关系造型美观塑料日用品:力学上是否合理,关系使用功能,也关系造型美观 力学系统性强
7、,较抽象,很严谨,其知识是通过一步力学系统性强,较抽象,很严谨,其知识是通过一步步推理演绎向前延伸的,前面弄懂了,后面才能学得懂。步推理演绎向前延伸的,前面弄懂了,后面才能学得懂。 工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。二、工程力学与产品的形态美二、工程力学与产品的形态美1.均衡与稳定均衡与稳定是造型美的形式法则之一,他们来源于力学中的概念图图1-7 飞马踏燕飞马踏燕 图图1-8 夏普夏普BH-351型半导体收音机型半导体收音机 视觉量感视觉量感工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新
8、,而结构创新往往就是功能创新的基础。图图1-9 中国古老的中国古老的石拱桥石拱桥赵州桥赵州桥 图图1-10 棚架的立柱与挑梁棚架的立柱与挑梁a)力学上合理,富有美感;)力学上合理,富有美感;b)不利于承载,视觉不佳)不利于承载,视觉不佳 2.形态的视觉心理感受,与它强度、刚度上的合理性有深刻的潜在联系工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。图图1-11 合理的力学结构与造型美合理的力学结构与造型美 科学和艺术是人类文明的两大分支,他们在高层次上却有同一性。力学上的合理与造型美之间的关系,属于这种同一性的一个部分。工业设计的
9、核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。塔科马大桥倒塌事故塔科马大桥倒塌事故美国塔科马大桥昵称:舞动的格蒂(Galloping Gertie)桥梁形式:悬索桥主跨:2800英尺(853米)全长:5000英尺(1524米)通航净空:195英尺(59.4米)通车日期:1940年7月1日坍塌日期:1940年11月7日这是一段珍贵的历史镜头:一次不可思议的微风,竟然使这坚固的大桥如奔腾的花鹿一般狂舞不已,进而轰然倒塌,令人叹为观止。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础
10、。第二节第二节 工程力学的研究对象与基本内容工程力学的研究对象与基本内容 工程力学一般包括理论力学理论力学和材料力学材料力学两个部分。一、理论力学的基本内容一、理论力学的基本内容 理论力学研究物体由于受力引起的机械运动的规律物体由于受力引起的机械运动的规律。 理论力学理论力学一般包含静力学静力学、运动学运动学和动力学动力学三部分内容。 本书主要讲述其中的静力学部分。 静力学研究物体受力分析的方法和物体在外力作用下处于物体受力分析的方法和物体在外力作用下处于平衡状态的条件平衡状态的条件。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础
11、。第二节第二节 工程力学的研究对象与基本内容工程力学的研究对象与基本内容二、材料力学的基本内容二、材料力学的基本内容 材料力学研究构件由于受力引起的变形和发生破坏的规律构件由于受力引起的变形和发生破坏的规律。 材料力学研究构件的强度强度、刚度刚度和稳定性稳定性三类问题。 构件的强度强度,指构件受力中抵抗破坏抵抗破坏的能力。 构件的刚度刚度,指构件受力中抵抗变形抵抗变形的能力。 构件的稳定性稳定性,指构件受力中保持其原有平衡形式保持其原有平衡形式的能力。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。试分析:图1-12中的产品或设施
12、存在哪些工程力学方面的问题? 图图1-12 1-12 这些产品或设施的设计中存在哪些工程力学问题?这些产品或设施的设计中存在哪些工程力学问题? a) b)c)d )工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。 第三节 工程力学的基本概念 一、刚体与变形固体一、刚体与变形固体 静力学中,把构件理想化为不会变形(也不会破坏)的 “刚体刚体” 。 材料力学中,把构件视为(可)“变形固体变形固体”。 图图1-13 撬杠,看成刚体、或看成变形固体撬杠,看成刚体、或看成变形固体 工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业
13、设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。二、力与力系二、力与力系 1.力与力的表示力与力的表示 力的大小力的大小、力的方向力的方向、力的作用点力的作用点,称为力的三要素力的三要素。 力的度量单位是牛顿(N,简称牛)或千牛顿(kN,简称千牛)。 牛顿和千克力的换算关系是: 1kgf=9.8N力是矢量矢量。通常用一段带箭头的线段来表示。 用黑体斜体字母F、P、T、R、N、X、Y等表示力;用明体斜体字母F、P、T、R、N、X、Y等表示力的数值大小。 图1-14 力的图示法 工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。载荷
14、集度(单位长度上或单位面积上的载荷量)载荷集度(单位长度上或单位面积上的载荷量) 线载荷集度的单位:牛/米(N/m),或千牛/米(kN/m); 面载荷集度(压强)的单位:帕斯卡(Pa),即牛/平方米(N/),或兆帕(MPa),即牛/平方毫米(106Pa106N/106N/m)。3.力系(力系(P9) 等效力系等效力系 合力合力 分力分力 平衡力系平衡力系平面力系平面力系 空间力系空间力系 汇交力系汇交力系 平行力系平行力系 任意力系任意力系 2.集中力与分布力集中力与分布力载荷:载荷:构件受到的外来作用力。构件受到的外来作用力。集中力集中力或集中载荷:集中载荷:作用力的作用面积与构件面积相比很
15、小作用力的作用面积与构件面积相比很小分布力分布力或分布载荷分布载荷 :作用力分布作用在构件上的一个区域作用力分布作用在构件上的一个区域均布载荷均布载荷 工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。第四节第四节 静力学公理静力学公理n公理公理1 二力平衡公理二力平衡公理 q作用于刚体上的两个力,使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是:这两个力大小相,方向相反,且作用在同一直线上(简称:等值、反向、共线)。q不计自重、只在两点受力而处于平衡状态的构件,称为二力构件(二力杆)(二力杆)。 图图1-15 二力平衡和二力构件二力平衡和二力
16、构件a)二力平衡)二力平衡 b)二力杆(杆)二力杆(杆CD的重量不计)的重量不计) 工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。工业设计的核心是创新,而结构创新往往就是功能创新的基础。 公理公理2 加减平衡力系公理加减平衡力系公理 在作用着已知力系的刚体上,加上或减去任意的平衡力系,不在作用着已知力系的刚体上,加上或减去任意的平衡力系,不会改变原力系对该刚体的作用效应。会改变原力系对该刚体的作用效应。 推论推论1 力的可传性原理力的可传性原理 作用于刚体上某点的力,可以沿其作用线移到刚体上任意一点,作用于刚体上某点的力,可以沿其作用线移到刚体上任意一点,而不会改变该力对刚体的作用效
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