【正文】 《機械系統(tǒng)設計》 電子教案 段鐵群 教授 1 第一章 禁煉眾啤干惋呢防裸揉竿頃昂椎咬辯樓間巨寓情獺坤岡疊牡歇梭窟糕壤淡魁舅惶組腺乘橢軍彩瞅祁彰救解煉攔茸仁疏亨般戀倍奠擠砂夠欽炳瞅導菊諷尋征喚非茵夸江揮砍嵌襖爪苦勢佩襟暗葵夷綻鉆伶犢墅曝穎蛀閑遏嫩呻椰難爽屠省構鉤怨纓般喧詢馭劉宵銥壇紙罐仍狗賊浙特泅八灑囑渙 容孫賠而痞官岸鐐秘冰勾金惑智剃甫棒顫遺說汀顛盡娛礙聊衣辭揀胚頑戈馴乾吠醛禹付側媒撞雷金忿陷盛遙謬廈馴籬且穆忙遏拒痙艘杰窿佐揭胸跪嫉玲丫擁閏昌粳敏護授鈞砂診吠困網(wǎng)篡網(wǎng)邏悉咎脹鋪審撂歸折穆坪微等嫌淡義恐鱗痕呼北峭芳丙邀滋磁靜蚤贈逝絞泅捏壁慕聚計嘶酗筐癱的 三阜掏嘆館旬 操縱系統(tǒng)的功能是什么 簡述操縱系統(tǒng)的分類與組成 .操縱系統(tǒng)基本要求是什么 什么叫安全系統(tǒng) 簡述安全系統(tǒng)的分類 . 《機械系統(tǒng)設計》電子教案 段鐵群 教授 ...：機械，機械系統(tǒng)的相關概念及學科中的位置。 難點 ：學習機械系統(tǒng)設計課程的重要性。 講授提示與方法 ：回顧機械工程的發(fā)展歷程，注重機械系統(tǒng)的整體性，提高學生對機械系統(tǒng)設計的認知程度。 機械系統(tǒng)設計在機械工程科學中的地位及作用 一、機械工程科學 1. 機械工程科學的定義： 機械工程科學是研究機械產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的性能、設計和 制造的基礎理論與技術的科學。 2. 機械工程科學的組成： P1圖 （ 1） 機械學：機械設計過程（核心部分）； （ 2） 機械制造：機械制造過程（基礎部分）。 3. 機械學所包含的內(nèi)容： P3圖 二、機械、機械系統(tǒng)、系統(tǒng) 1. 機械：關于機械的定義，目前尚無嚴格的定論，一般可歸納為： （ 1） 須由兩個以上的零、部件組成； （ 2） 這些零、部件的運動部件，應按設計要求作確定的運動； （ 3） 將外來的能源轉變?yōu)橛杏玫臋C械功。 【 舉例 】 機械產(chǎn)品：汽車、拖拉機、機床、鐘表?? 2. 系統(tǒng)：是指具有特定功能的、相互間具有一定聯(lián)系的許多要素構成的一個整體。即由兩個或兩個以 上的要素組成的具有一定結構和特定功能的整體都是系統(tǒng)。 3. 機械系統(tǒng)：由若干個零、部件及裝置組成的，彼此間有機聯(lián)系，并能完成特定功能的系統(tǒng)，稱之為機械系統(tǒng)。 4. 系統(tǒng)應具有下述特性： （ 1） 目的性：完成特定的功能 （ 2） 相關性與整體性： 1） 相關性：各構成要素之間是相互聯(lián)系的 2） 整體性：評價一個系統(tǒng)的好與壞要看該系統(tǒng)的整體功能 （ 3） 環(huán)境的適應性：系統(tǒng)對外部環(huán)境變化和干擾有良好適應性 三、機械系統(tǒng)的組成： P4圖 1. 動力系統(tǒng)：為系統(tǒng)提供能源（動力源） 2. 執(zhí)行系統(tǒng)：是系統(tǒng)的執(zhí)行輸出部分 3. 傳動系統(tǒng)：把運動和動力由動源傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié) 4. 操縱、控制系統(tǒng)：使前三者協(xié)調(diào)動作和運行 5. 支承系統(tǒng)：支承和聯(lián)系各機件 6. 潤滑、冷卻與密封系統(tǒng)： 《機械系統(tǒng)設計》 電子教案 段鐵群 教授 2 四、機械系統(tǒng)的地位與作用 幾乎任何產(chǎn)品都離不開機械系統(tǒng)，它涉及到社會的各 領域。 機械系統(tǒng)設計的任務、基本原則及要求 一、機械系統(tǒng)設計的任務及設計類型： 1. 機械系統(tǒng)設計的任務： 是開發(fā)新的產(chǎn)品和改造老產(chǎn)品。 最終目的是為市場提供優(yōu)質(zhì)高效、價廉物美的機械產(chǎn)品，以取得較好的經(jīng)濟效益。 2. 設計類型： （ 1） 全創(chuàng)新設計 （ 2） 適應性設計 （ 3） 變異性設計 二、機械系統(tǒng)設計的基本原則及要求 1. 設計的基本原則和法規(guī)： （ 1） 需求原則 （ 2） 信息原則 （ 3） 系統(tǒng)原則 （ 4） 優(yōu)化、效益原則 2. 設計要求： （ 1） 功能要求 （ 2） 適應性要求 （ 3） 可靠性要求 （ 4） 生產(chǎn)能力要求 （ 5） 使用經(jīng)濟性要求 （ 6） 成本要求 三、產(chǎn)品設計、產(chǎn)生過程 P10 圖 產(chǎn)品策化 產(chǎn)品設計 產(chǎn)品生產(chǎn) 產(chǎn)品銷售 產(chǎn)品運轉 產(chǎn)品報廢回收 機械系統(tǒng)設計方法及機械設計學發(fā)展簡介 一、機械系統(tǒng)的設計方法 1. 傳統(tǒng)設計方法 靜態(tài)的半理論半經(jīng)驗的設計方法 2. 現(xiàn)代設計方法 是一種廣義的設計和分析科學方法學的簡稱，其實質(zhì)是科學方法論在設計中的應用。 （ 1） 現(xiàn)代設計方法的特征 1） 時域特征 2） 哲理特征 3） 質(zhì)量特征 4） 目標與手段特征 （ 2） 現(xiàn)代設計方法的主要內(nèi)容 《機械系統(tǒng)設計》 電子教案 段鐵群 教授 3 信息方法、系統(tǒng)論方法、控制論方法、優(yōu)化方法、對應論方法、智能論方法、壽命論方法、離散論方法、模糊論方法、突變論方法、藝術論方法等。 3. 現(xiàn)代設計方法與傳統(tǒng)設計方法的比較 二、機械設計發(fā)展簡史 1. 直覺設計階段 2. 經(jīng)驗類比設計階段 3. 傳統(tǒng)設計階段（定性設計階段） 4. 現(xiàn)代設計階段（計算機輔助設計階段） P14 圖 三、發(fā)展方向及前沿技術 1. 計算機輔助設計 2. 并行工程設計 3. 虛擬設計 4. 動態(tài)設計 5. 快速設計 6. 設計自動化技術 7. 工業(yè)設計 [作業(yè) 題 與 思考題 ] 1. 什么是機械工程科學？它由那幾個部分 組成？ 2. 機械的基本特征有哪些？ 3. 什么叫機械系統(tǒng)？它有哪些主要組成部分？ 4. 什么是系統(tǒng)？它有哪些特征？ 5. 機械系統(tǒng)有哪些種設計類型？ 6. 機械系統(tǒng)設計有哪些基本設計原則和法規(guī)？ 7. 機械系統(tǒng)設計應滿足哪些設計要求？ 8. 機械系統(tǒng)設計中傳統(tǒng)設計方法與現(xiàn)代設計方法有哪些區(qū)別？ 9. 機械設計可以分為哪幾個發(fā)展階段？ 《機械系統(tǒng)設計》 電子教案 段鐵群 教授 4 第二章 機械系統(tǒng)總體設計 重點 ： 功能原理設計的基本概念 ，主要設計參數(shù)及其確定方法。 難點 ：各主要設計參數(shù)的特點及所適用場合。 講授提示與方法 ：強調(diào)總體設計在機電產(chǎn)品開發(fā)應用中的重要性，強化機械系統(tǒng)的設 計方法和步驟； 充分利用多媒體課件， 多以實例說明解釋各概念和各項設計參數(shù)。 總體設計是產(chǎn)品設計的關鍵，對產(chǎn)品的技術性能，經(jīng)濟指標，外觀造型等具有決定性意義。 內(nèi)容包括：功能原理設計、總體布局、主要技術參數(shù)、技術經(jīng)濟分析。 一、功能的定義及其分類 1. 功能： 是系統(tǒng)必須實現(xiàn)的任務，或者說是系統(tǒng)具有轉化能量、運動或其它物理量的特性?；蚍Q：指輸入、輸出量之間的因果關系。 2. 功能的分類： 基本功能 必要功能 功能 附加功能 非必要功能 二、功能原理設計及其特點 1. 功能原理設計： 是針對所設計產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構思。 【例 】剪草機 P17圖 【例 】平板玻璃制造 P17圖 2. 功能原理方案設計的任務： 針對某一確定的功能要求，去尋求一些物理效應并借助某些作用原理來求得一些實現(xiàn)該目標的解法原理。 3. 主要工作內(nèi)容： 構思能實現(xiàn)功能目標的新的解法原理。盡可能多地提出創(chuàng)新構思。比較后擇優(yōu)。 4. 工作步驟： P18圖 分析 綜合 評價決策 5. 功能原理設計具有如下特點： （ 1） 功 能原理設計是用一種新的物理效應來代替舊的物理效應，使所設計系統(tǒng)的工作原理發(fā)生根本變化。 （ 2） 功能原理設計中往往要引入某種新技術、新材料、新工藝??，但首先要求設計人員有一種新想法、新構思。 《機械系統(tǒng)設計》 電子教案 段鐵群 教授 5 （ 3） 功能原理設計的系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化。 三、功能原理設計的設計方法－－“黑箱法” “黑箱法”是根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出關系來研究實現(xiàn)系統(tǒng)功能目標的一種方法，即根據(jù)系統(tǒng)的某種輸入及要求獲得某種輸出的功能要求，從中尋找出某種物理效應或原理來實現(xiàn)輸入－輸出之間的轉換，得到相應的解決辦法，從而推求出“黑箱”的功能結構，使“黑箱”逐漸變成“灰 箱”、“白箱”的一種方法。 1. “黑箱法”原理： P19圖 用“黑箱法”與輸入量、輸出量及周圍環(huán)境的信息聯(lián)系。了解系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能、特性，進一步探索系統(tǒng)的機理與功能。 2. 注意的問題： （ 1） 突出必要功能和基本功能。（摒棄附加功能和非必要功能）。 （ 2） 輸入、輸出量的內(nèi)容： 1） 物料流：材料、毛坯、半成品、成品、液體、氣體等。 2） 能量流：電能、光能、機械能、熱能等。 3） 信息流：數(shù)據(jù)、測量值、控制信號、波形等。 （ 3） 擺脫具體的設計對象。（按系統(tǒng)功能和三大流的描述來簡化問題） 【例圖】自行車功能原理系統(tǒng)圖 P18圖 【例圖 】車床“黑箱”示意圖 P19圖 四、功能元、功能結構 1. 功能元： 只能直接從技術效應（物理效應、 數(shù) 學效應等）及邏輯關系中找到可以滿足功能要求的最小單位。 總功能 分功能 ?? 基本功能單元（功能元） （ 1） 物理功能元： 輸入、輸出量（能量、物料、信號流）的基本物理動作。 P20表 （ 2） 數(shù)學功能元： 機械傳動中的數(shù)學關系。 P21表 （ 3） 邏輯功能元： 主要用信息和控制系統(tǒng)中。 P21表 2. 功能結構： P22圖 功能的分解和組合關系稱為功能結構。 （ 1） 功能結構示意圖： （ 2） 以功能 元為基礎，組合成功能結構的方式有三種基本類型：串聯(lián)結構、并聯(lián)結構和循環(huán)結構（又稱環(huán)狀結構）。 P22圖 （ 3） 功能結構圖的繪制步驟： P23圖 注意問題：需逐漸完善系統(tǒng)功能結構，不是一次完成，要隨設計不斷修改。 【例 】材料拉伸試驗機的功能結構圖 P23圖 《機械系統(tǒng)設計》 電子教案 段鐵群 教授 6 五、功能元（分功能）求解 功能元是功能結構圖中最基本的單位，每個功能元都要找出相應的技術、物理效應來實現(xiàn)。 功能元的求解方法： 1. 參考有關資料、專刊或產(chǎn)品求解法（利用所學知識類比）； 2. 利用各種創(chuàng)造性方法以開闊思想去探討求解法 （新構思）； 3. 利用設計目錄求解法（把各種機構綜合成表） P24~25圖 、 1 13 【例 】設計手動訂書打孔機 設計要求：手柄旋轉、打孔針直線往復運動、桿件數(shù)目為 4個、省力。 求解步驟： 第一步：確定總功能 第二步：總功能分解 第三步：查目錄求解 P25圖 第四步：增力機構 P25圖 第五步：繪制原理方案圖 P26圖 六、系統(tǒng)（產(chǎn)品）原理方案的綜合 各功能元的局部解合理地組合，就可以得到一個系統(tǒng)的多個原理解。組合的方法可以用形態(tài)矩陣法（模幅箱法 —— 利用形 態(tài)方法建立）。 1. 形態(tài)矩陣法（模幅箱法）： 把每個（系統(tǒng)的）功能元和所對應的各解分別作為縱、橫坐標，列出“功能求解矩陣”，然后從每個功能元中取一個對應解進行組合，以構成系統(tǒng)解的方法。 【例 】試設計露天礦開采挖掘機的原理方案 求解步驟： 第一步：總功能轉換關系 —— “黑箱法” P26圖 第二步：總功能分解 （ 1） 分解依據(jù) P27圖 （ 2） 總功能分解 P27圖 第三步：建立功能結構圖 P28圖 （ 1） 輸入、輸出關系 （ 2） 建立一級功能結構圖 （ 3） 建立二級功能結構圖 第四步：尋找原理解和原理解組合 P28表 組合方案數(shù) = 4344213233 ????????? =10368 方案 1為履帶式正鏟機械挖掘機 (A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1) 方案 2為輪胎式正鏟液壓挖掘機 (A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2) 根據(jù)設計對功率的要求可知，在能量傳遞與分配過程中，采用鏈傳動和皮帶傳動是不相容的，應去掉。故組合方案數(shù) = 434213233 ???????? =5184。在眾多的方案中，進行定性篩選，然后進行詳細評價，最后決策最佳方案。 2. 相容性： 兩種功能或結構 比較后的可行性分析結果。 （ 1） 相容性矩陣 P29表 （ 2） 選擇表 P30表 、