【正文】 《機械系統(tǒng)設(shè)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?qū)Ь罩S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(gòu)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(cè)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(hù)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(shè)計》電子教案 段鐵群 教授 ...：機械，機械系統(tǒng)的相關(guān)概念及學(xué)科中的位置。 難點 ：學(xué)習(xí)機械系統(tǒng)設(shè)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(xué)生對機械系統(tǒng)設(shè)計的認(rèn)知程度。 機械系統(tǒng)設(shè)計在機械工程科學(xué)中的地位及作用 一、機械工程科學(xué) 1. 機械工程科學(xué)的定義： 機械工程科學(xué)是研究機械產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的性能、設(shè)計和 制造的基礎(chǔ)理論與技術(shù)的科學(xué)。 2. 機械工程科學(xué)的組成： P1圖 （ 1） 機械學(xué)：機械設(shè)計過程（核心部分）； （ 2） 機械制造：機械制造過程（基礎(chǔ)部分）。 3. 機械學(xué)所包含的內(nèi)容： P3圖 二、機械、機械系統(tǒng)、系統(tǒng) 1. 機械：關(guān)于機械的定義，目前尚無嚴(yán)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(yīng)按設(shè)計要求作確定的運動； （ 3） 將外來的能源轉(zhuǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)具有下述特性： （ 1） 目的性：完成特定的功能 （ 2） 相關(guān)性與整體性： 1） 相關(guān)性：各構(gòu)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(yīng)性：系統(tǒng)對外部環(huán)境變化和干擾有良好適應(yīng)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(shè)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(lǐng)域。 機械系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)、基本原則及要求 一、機械系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)及設(shè)計類型： 1. 機械系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)： 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(jì)效益。 2. 設(shè)計類型： （ 1） 全創(chuàng)新設(shè)計 （ 2） 適應(yīng)性設(shè)計 （ 3） 變異性設(shè)計 二、機械系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及要求 1. 設(shè)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(shè)計要求： （ 1） 功能要求 （ 2） 適應(yīng)性要求 （ 3） 可靠性要求 （ 4） 生產(chǎn)能力要求 （ 5） 使用經(jīng)濟(jì)性要求 （ 6） 成本要求 三、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)生過程 P10 圖 產(chǎn)品策化 產(chǎn)品設(shè)計 產(chǎn)品生產(chǎn) 產(chǎn)品銷售 產(chǎn)品運轉(zhuǎn) 產(chǎn)品報廢回收 機械系統(tǒng)設(shè)計方法及機械設(shè)計學(xué)發(fā)展簡介 一、機械系統(tǒng)的設(shè)計方法 1. 傳統(tǒng)設(shè)計方法 靜態(tài)的半理論半經(jīng)驗的設(shè)計方法 2. 現(xiàn)代設(shè)計方法 是一種廣義的設(shè)計和分析科學(xué)方法學(xué)的簡稱，其實質(zhì)是科學(xué)方法論在設(shè)計中的應(yīng)用。 （ 1） 現(xiàn)代設(shè)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(biāo)與手段特征 （ 2） 現(xiàn)代設(shè)計方法的主要內(nèi)容 《機械系統(tǒng)設(shè)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(yīng)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(shù)論方法等。 3. 現(xiàn)代設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法的比較 二、機械設(shè)計發(fā)展簡史 1. 直覺設(shè)計階段 2. 經(jīng)驗類比設(shè)計階段 3. 傳統(tǒng)設(shè)計階段（定性設(shè)計階段） 4. 現(xiàn)代設(shè)計階段（計算機輔助設(shè)計階段） P14 圖 三、發(fā)展方向及前沿技術(shù) 1. 計算機輔助設(shè)計 2. 并行工程設(shè)計 3. 虛擬設(shè)計 4. 動態(tài)設(shè)計 5. 快速設(shè)計 6. 設(shè)計自動化技術(shù) 7. 工業(yè)設(shè)計 [作業(yè) 題 與 思考題 ] 1. 什么是機械工程科學(xué)？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(shè)計類型？ 6. 機械系統(tǒng)設(shè)計有哪些基本設(shè)計原則和法規(guī)？ 7. 機械系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足哪些設(shè)計要求？ 8. 機械系統(tǒng)設(shè)計中傳統(tǒng)設(shè)計方法與現(xiàn)代設(shè)計方法有哪些區(qū)別？ 9. 機械設(shè)計可以分為哪幾個發(fā)展階段？ 《機械系統(tǒng)設(shè)計》 電子教案 段鐵群 教授 4 第二章 機械系統(tǒng)總體設(shè)計 重點 ： 功能原理設(shè)計的基本概念 ，主要設(shè)計參數(shù)及其確定方法。 難點 ：各主要設(shè)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(shè)計在機電產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用中的重要性，強化機械系統(tǒng)的設(shè) 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(shè)計參數(shù)。 總體設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵，對產(chǎn)品的技術(shù)性能，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，外觀造型等具有決定性意義。 內(nèi)容包括：功能原理設(shè)計、總體布局、主要技術(shù)參數(shù)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(wù)，或者說是系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)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(guān)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(shè)計及其特點 1. 功能原理設(shè)計： 是針對所設(shè)計產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思。 【例 】剪草機 P17圖 【例 】平板玻璃制造 P17圖 2. 功能原理方案設(shè)計的任務(wù)： 針對某一確定的功能要求，去尋求一些物理效應(yīng)并借助某些作用原理來求得一些實現(xiàn)該目標(biāo)的解法原理。 3. 主要工作內(nèi)容： 構(gòu)思能實現(xiàn)功能目標(biāo)的新的解法原理。盡可能多地提出創(chuàng)新構(gòu)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(shè)計具有如下特點： （ 1） 功 能原理設(shè)計是用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng)，使所設(shè)計系統(tǒng)的工作原理發(fā)生根本變化。 （ 2） 功能原理設(shè)計中往往要引入某種新技術(shù)、新材料、新工藝??，但首先要求設(shè)計人員有一種新想法、新構(gòu)思。 《機械系統(tǒng)設(shè)計》 電子教案 段鐵群 教授 5 （ 3） 功能原理設(shè)計的系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化。 三、功能原理設(shè)計的設(shè)計方法－－“黑箱法” “黑箱法”是根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系來研究實現(xiàn)系統(tǒng)功能目標(biāo)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(yīng)或原理來實現(xiàn)輸入－輸出之間的轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的解決辦法，從而推求出“黑箱”的功能結(jié)構(gòu)，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(jìn)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(shè)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(jié)構(gòu) 1. 功能元： 只能直接從技術(shù)效應(yīng)（物理效應(yīng)、 數(shù) 學(xué)效應(yīng)等）及邏輯關(guān)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(xué)功能元： 機械傳動中的數(shù)學(xué)關(guān)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(jié)構(gòu)： P22圖 功能的分解和組合關(guān)系稱為功能結(jié)構(gòu)。 （ 1） 功能結(jié)構(gòu)示意圖： （ 2） 以功能 元為基礎(chǔ)，組合成功能結(jié)構(gòu)的方式有三種基本類型：串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)（又稱環(huán)狀結(jié)構(gòu)）。 P22圖 （ 3） 功能結(jié)構(gòu)圖的繪制步驟： P23圖 注意問題：需逐漸完善系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，不是一次完成，要隨設(shè)計不斷修改。 【例 】材料拉伸試驗機的功能結(jié)構(gòu)圖 P23圖 《機械系統(tǒng)設(shè)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(jié)構(gòu)圖中最基本的單位，每個功能元都要找出相應(yīng)的技術(shù)、物理效應(yīng)來實現(xiàn)。 功能元的求解方法： 1. 參考有關(guān)資料、?？虍a(chǎn)品求解法（利用所學(xué)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(gòu)思）； 3. 利用設(shè)計目錄求解法（把各種機構(gòu)綜合成表） P24~25圖 、 1 13 【例 】設(shè)計手動訂書打孔機 設(shè)計要求：手柄旋轉(zhuǎn)、打孔針直線往復(fù)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(gòu) 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(yīng)的各解分別作為縱、橫坐標(biāo)，列出“功能求解矩陣”，然后從每個功能元中取一個對應(yīng)解進(jìn)行組合，以構(gòu)成系統(tǒng)解的方法。 【例 】試設(shè)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(zhuǎn)換關(guān)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(jié)構(gòu)圖 P28圖 （ 1） 輸入、輸出關(guān)系 （ 2） 建立一級功能結(jié)構(gòu)圖 （ 3） 建立二級功能結(jié)構(gòu)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(shè)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(yīng)去掉。故組合方案數(shù) = 434213233 ???????? =5184。在眾多的方案中，進(jìn)行定性篩選，然后進(jìn)行詳細(xì)評價，最后決策最佳方案。 2. 相容性： 兩種功能或結(jié)構(gòu) 比較后的可行性分析結(jié)果。 （ 1） 相容性矩陣 P29表 （ 2） 選擇表 P30表 、