【正文】 協(xié)調(diào)的好，就可以形成優(yōu)異的結(jié)構(gòu)，從而形成質(zhì)量較好的系統(tǒng)。 系統(tǒng)的可 綜合性 ： 系統(tǒng)具有 6個特性： 整體性、相關(guān)性（結(jié)構(gòu)性和開放性）、動態(tài)性、層次性、目的性和環(huán)境適應(yīng)性 。 輸出 ：通過邊界進入到環(huán)境的事物。 系統(tǒng)包含了以下 6個基本概念： （ 1） 要素 ：又稱元素。將魚嘴分洪、寶瓶口引水、飛砂堰分洪排沙合三為一，具有灌溉、防洪、引水、排沙、航運、信息反饋等功能。 《 易經(jīng) 》 試圖用 陰陽五行八卦論來說明統(tǒng)一的世界，或把五行（金木水火土）作為構(gòu)成萬物的基本要素，或把八卦（從自然界中找出的 8種事物：天地雷風(fēng)水火山澤）看作萬物之源。 三、 《 機械設(shè)計 》 課程不能代替 《 機械系統(tǒng)設(shè)計 》 四、 《 機械系統(tǒng)設(shè)計 》 屬現(xiàn)代設(shè)計方法 在進行內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計時，傳統(tǒng)的設(shè)計方法，以改善零部件的特性為重點，對零部件的相互作用和影響重視不足 ，會出現(xiàn)設(shè)計良好的零部件組裝起來的機械產(chǎn)品技術(shù)性能和經(jīng)濟效益不好的情況。 開設(shè) 《 機械系統(tǒng)設(shè)計 》 課程的重要性和必要性 一、 《 機械系統(tǒng)設(shè)計 》 是機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)的主干必修課之一 通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能從 整機的角度和系統(tǒng)的觀點 了解一般機械產(chǎn)品設(shè)計的規(guī)律和特點，擴大機械結(jié)構(gòu)知識，增強機械設(shè)計能力，掌握機械產(chǎn)品設(shè)計的基本方法和技術(shù)，并結(jié)合課程設(shè)計和實驗等實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生具有開發(fā)設(shè)計性能良好的和有競爭力的機械產(chǎn)品的初步技能 。最終在機械設(shè)計課程設(shè)計中我們設(shè)計了減速器，為機械系統(tǒng)設(shè)計打下了基礎(chǔ)。 《 機械設(shè)計 》 主要是 研究 通用機械零 (部 )件設(shè)計和選用方面的 基本知識、基本理論和基本方法 。 孤立地看待機器的各個組成部分，片面地追求零部件的優(yōu)秀，看不到零部件之間以及各個組成部分相互之間的作用和關(guān)系，就會導(dǎo)致 優(yōu)質(zhì)的零部件組裝不出性能良好的機器 。 《 機械設(shè)計 》 課程以 通用機械零部件和機械傳動裝置 為研究對象，不涉及到 機械系統(tǒng)的設(shè)計 ，也就是說， 不能解決整機設(shè)計的問題 。在學(xué)校里，宿舍、班級、年級、學(xué)院、學(xué)校都是系統(tǒng)；在機械領(lǐng)域里，各種機械、機器、機組也是系統(tǒng)；在更大的范圍里，生物界、自然界、社會的各個階層也可以看成是系統(tǒng)。 古希臘思想家亞里士多德提出了著名論點 “整體大于它的各部分的總和” 。系統(tǒng)思想從許多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中吸取了營養(yǎng)和精華：從辯證唯物主義那里吸取了豐富的哲學(xué)思想；從運籌學(xué)、控制論、工程學(xué)、社會學(xué)那里獲得了科學(xué)研究的方法；通過系統(tǒng)工程學(xué)充實了豐富的實踐內(nèi)容。 （ 5） 功能 ：系統(tǒng)整體在內(nèi)部與外部的聯(lián)系中表現(xiàn)的作用和能力。 系統(tǒng)是可以 分解和綜合 的。 系統(tǒng)是由要素組成的，離開了要素就談不上系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，各要素處的地位不同，所起的作用也不相同。 結(jié)構(gòu)性又稱為系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)性 。 輸入與輸出是表征系統(tǒng)開放性的兩個方面。 系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在外界干擾和內(nèi)部故障的作用下，能夠持續(xù)保持結(jié)構(gòu)、功能和性質(zhì)的恒定性和有序性。 系統(tǒng)層次性的基本內(nèi)容有 3點： ① 任何系統(tǒng)都具有層次結(jié)構(gòu) 。如果系統(tǒng)不具備有序穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，就不具有保持自身的能力，就會在外力和內(nèi)力的影響下分解、崩潰。這就是適應(yīng)性。 外部系統(tǒng)對內(nèi)部系統(tǒng)的作用和影響，對內(nèi)部系統(tǒng)是輸入，對外部系統(tǒng)是輸出。 二次動力機是 把 二次能源 (電能、液能、氣能 )變成機械能的機械，如電動機、液壓馬達、氣壓馬達等。如谷物收穗機、洗衣機、鍋爐、車床、汽錘、運輸機、起重機等。 （三）傳動系統(tǒng) 傳動系統(tǒng)的作用是把動力系統(tǒng)提供的動力和運動傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)。 機械系統(tǒng)除了上述的四個必備的系統(tǒng)外，有些機械系統(tǒng)還要具有潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等一些輔助系統(tǒng)。 三、現(xiàn)代機械系統(tǒng)的功能要求 物品提升 物品移動 卸下物品 提升機構(gòu) 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 吊車 、 挖掘機 運行機構(gòu) 龍門吊 、 叉車 、 裝載機 變幅機構(gòu) 起重機 （ 鶴式 、 橋式 ） 提升機構(gòu) 例如 :起重機的工作過程 : 從起重機的工作過程可以看出，起重機的各個機構(gòu)在兩次工作之間一般都有短暫的停歇，因此 各機構(gòu)經(jīng)常處于起動、制動及正反向運轉(zhuǎn)等相互交替的停歇和運動狀態(tài) 。如傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩、力等方面的要求。如設(shè)計和制造的經(jīng)濟性、使用和維護的經(jīng)濟性等要求。 第二節(jié) 機械系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù) 機械系統(tǒng)設(shè)計的目的是提供機械產(chǎn)品，該產(chǎn)品應(yīng)該是優(yōu)質(zhì)高效、物美價廉的，應(yīng)能夠在市場競爭中取得優(yōu)勢，應(yīng)能夠贏得用戶，取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。 不能單純考慮各零部件之間的工作狀態(tài)和性能，不能片面追求每一個零部件都是最優(yōu)秀的 ，而是應(yīng)當(dāng)在滿足整機工作狀態(tài)和性能最好的條件下，確定對各零部件的基本要求，并要充分考慮各零部件以及各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。 二、合理確定機械系統(tǒng)的功能 企業(yè)為何要生產(chǎn)某種產(chǎn)品，用戶為何要購買這種機械產(chǎn)品，其根源就在于機械產(chǎn)品具有某種功能，能夠滿足社會的需要。 基本功能：用戶直接要求的功能。 外觀功能：在使用功能的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品起著 美化和裝飾作用 的功能。 思考題： 舉例說明什么是系統(tǒng)，系統(tǒng)有什么特性。 產(chǎn)品的成本 C可用貨幣量來表示，為了使功能 F與成本 C相比較，必須把 功能 F量化成貨幣量 ，因此 這樣上述式子就可以改寫成為 FV= =C功 能 評 價 值 實 現(xiàn) 功 能 的 最 低 費 用功 能 價 值功 能 現(xiàn) 實 成 本 實 現(xiàn) 功 能 的 實 際 費 用 從上述式子可以看出， 功能價值 V≤1。 ④ 產(chǎn)品的功能 F稍有減小，產(chǎn)品的實際成本 C大大減小 ；花的錢大大減少，辦的事略有減少，適應(yīng)購買力較低的用戶，或一些靠價格競爭的場合。 降低功能的現(xiàn)實成本 C，提高產(chǎn)品的功能價值 V，力求使產(chǎn)品達到 盡善盡美 的境地。 失效： 產(chǎn)品喪失了規(guī)定的功能的現(xiàn)象。 失效率的計算定義式中之所以取負號，是由于 △ N/△ t 0，為了使失效率λ（ t） 為正值，所以取負號。 若以 tn表示觀察期間產(chǎn)品能夠工作的時間，以 t0表示不能工作的時間（用于維修的時間），則有效度 A(t)可以表示為： 有效度 A(t)： 可修復(fù)產(chǎn)品在規(guī)定的條件下使用，按照規(guī)定的程序維修，在規(guī)定的時間里 能夠保持其功能處于正常狀態(tài)的概率 。 在設(shè)計新的機械系統(tǒng)之前，對現(xiàn)有或類似的機械系統(tǒng)進行質(zhì)量調(diào)查或者用戶訪問，查找失效的原因。這類零件比第一類次要。 例如可以：采用并聯(lián)系統(tǒng)代替串聯(lián)系統(tǒng) 采用載荷分流和均載裝置。通過 改進設(shè)計 ， 加強對制造過程的質(zhì)量管理 ， 進行合理的跑合 ，可以減小初期故障區(qū)的故障率。比如從設(shè)計入手，使 機械系統(tǒng)容易檢查 、 故障容易發(fā)現(xiàn) ，便于維修；對 易損零件應(yīng)設(shè)計成獨立部件 ，損壞后容易更換； 采用標(biāo)準(zhǔn)件 作為易損件， 降低易損件的成本 ，并且能更方便地獲得易損件。 生產(chǎn)成本 +利潤 +稅金 =銷售價格。但是在沒有條件進行可靠性設(shè)計時， 實踐證明常規(guī)設(shè)計方法也是行之有效的設(shè)計方法 。 取安全系數(shù) S時要考慮多方面的因素，如 零件或系統(tǒng)的重要性 ，零件或者系統(tǒng)越重要，安全系數(shù) S應(yīng)取得越大； 設(shè)計變量取值的準(zhǔn)確性 ，設(shè)計變量取值越不準(zhǔn)確，安全系數(shù) S應(yīng)取值越大； 設(shè)計計算的精確性 等，設(shè)計計算不精確，安全系數(shù) S應(yīng)取大一些。 國際上也有標(biāo)準(zhǔn)， 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO） 和 國際電工委員會（ IEC） 制定有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。 在提出上述技術(shù)要求的時候，應(yīng)當(dāng) 遵循在保證產(chǎn)品質(zhì)量和性能的前提下，應(yīng)盡量取較低要求的原則 ，不可以隨意提高技術(shù)要求。 （ 1） 機械產(chǎn)品的壽命不應(yīng)定得過長 ① 壽命過長， 制造成本加大 。設(shè)計者和制造者常以功能壽命作為機械產(chǎn)品的壽命 。 在這 T年內(nèi)，平均低劣化數(shù)值可以按照下式計算： 2 ... 12λ λ T λ T λT? ? ? ?? 假設(shè) T年后機械設(shè)備的殘值為零，則平均花在機械產(chǎn)品上的平均費用 y可按照下式計算： 012KTy λT???機械產(chǎn)品的平均費用 y是使用年數(shù)的函數(shù) 0dydT ? 可以求出 年平均費用 y最小的使用年數(shù) Tr， Tr就是機械產(chǎn)品的經(jīng)濟壽命，其計算公式為： 0r2 kTλ?根據(jù)在這 T年內(nèi)，平均低劣化數(shù)值 2 ... 12λ λ T λ T λT? ? ? ??(K0為設(shè)備原始價值 ) Ⅲ 技術(shù)壽命 ：機械產(chǎn)品從開始使用到因技術(shù)落后而被淘汰所經(jīng)歷的時間。也就是要對其進行周期性的維修。 機械系統(tǒng)要執(zhí)行預(yù)期功能，首先要保證機械系統(tǒng)本身的安全。帶有偏心輪的安全蓋 2完全關(guān)閉時，偏心輪才能夠使中間繼電器 1接通，電動機才能夠啟動，這樣就防止了安全蓋 2打開時，有電動機啟動的可能。 13 機械系統(tǒng)設(shè)計方法概述 一、機械系統(tǒng)設(shè)計的過程 在設(shè)計任務(wù)書和計劃任務(wù)書中應(yīng)明確設(shè)計任務(wù)、設(shè)計目的和對機械產(chǎn)品的功能要求。按照這個最佳的技術(shù)方案進行總體布置設(shè)計。 ③ 改進設(shè)計 ：對試驗、鑒定和評審中暴露出的問題進行改進設(shè)計。 二、機械系統(tǒng)設(shè)計的特點 1． 要搞清楚外部環(huán)境對機械產(chǎn)品的作用和影響。 。 功能分解是按照 功能體系 ，把較為復(fù)雜的功能分解成功能元的一個過程，功能元只能有一項功能。 四、系統(tǒng)分析 一般來講，模型具有如下 3個特征：①是 現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象和模擬 ；②可 反映出系統(tǒng)構(gòu)成的要素 ；③可 表明各個要素之間的相互關(guān)系 。 對一些相互矛盾而又難以兼顧的目的和要求，采取某些合理的妥協(xié)和折中，尋求一個綜合考慮功能、技術(shù)、經(jīng)濟、使用等因素的滿意系統(tǒng)。 什么是設(shè)備的設(shè)計壽命，功能壽命，技術(shù)壽命和經(jīng)濟壽命，如何確定機械產(chǎn)品的設(shè)計壽命。 優(yōu)化后得到的方案可能是一個，也可能是幾個，為了決策，還必須對這幾個方案進行評價。 這個系統(tǒng)之所以稱之為 “滿意系統(tǒng)” 而不叫 “最優(yōu)系統(tǒng)” ，是因為它的各項目標(biāo)不一定達到了最優(yōu)，有些是次優(yōu)，有些甚至是距離最優(yōu)相差甚遠。 系統(tǒng)分析包括：技術(shù)經(jīng)濟方面的問題，內(nèi)、外系統(tǒng)以及系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)間的聯(lián)系和分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 機械系統(tǒng)里一般有能量、物料和信息的傳遞或轉(zhuǎn)化，即能量流、物料流和信息流。 三、機械系統(tǒng)的分解 為了使機械系統(tǒng)設(shè)計能夠順利進行，應(yīng)當(dāng)把較為復(fù)雜的機械系統(tǒng)分解為具有一定結(jié)構(gòu)、相互關(guān)系比較簡單的子系統(tǒng)。 3． 要考慮組成機械系統(tǒng)的各子系統(tǒng)以及零部件間的相互作用和影響。 ⑤ 工作圖設(shè)計 ：根據(jù)部件圖和總裝配圖，繪制全部零件工作圖，編寫機械系統(tǒng)的各種技術(shù)文件。 ② 進行可行性研究：進行技術(shù)研究和費用預(yù)測，包括對市場前景、投資環(huán)境、生產(chǎn)條件、生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)組織進行分析研究，對成本和效益進行分析和研究，作出各項費用的分析預(yù)測，在此基礎(chǔ)上提出可行性報告。 ③ 用時間繼電器 7保證運動件 3完全停止轉(zhuǎn)動后，安全蓋 2才能夠打開 。 （二）人 — 機 — 環(huán)境系統(tǒng)的安全性 人 — 機 — 環(huán)境系統(tǒng)的安全有以下兩方面的內(nèi)容： 保障機械產(chǎn)品操作人員的安全，是勞動安全最起碼的要求。 維修的周期可以根據(jù)使用經(jīng)驗或者統(tǒng)計資料決定 ，也 可以用可靠性技術(shù)，定量地確定維修周期 ，使維修周期更接近于實際情況。有一些一次性產(chǎn)品，經(jīng)濟壽命高于功能壽命，一次性注射器，使用一次就不具備防止交叉感染的功能了，功能壽命就結(jié)束了，但是還有經(jīng)濟壽命。 假設(shè) K0表示機械產(chǎn)品的原始價值 ，而第一年的低劣化數(shù)值為 λ，其表示機械產(chǎn)品的使用成本。 ③ 壽命過長， 為技術(shù)政策所不允許 。 傳動系統(tǒng)的效率與傳動的結(jié)構(gòu)型式、運動副工作表面的特性、摩擦和潤滑狀況、潤滑劑種類和潤滑方式等因素有關(guān)。 對零部件和機械產(chǎn)品在設(shè)計時要提出技術(shù)要求。 Ⅱ 方法標(biāo)準(zhǔn) 它是以 生產(chǎn)活動中的重要程序、規(guī)劃、方法為對象制定的標(biāo)準(zhǔn) 。 （ 3） 對安全系數(shù) S取值更準(zhǔn)確一些。 機械產(chǎn)品的壽命周期由 設(shè)計制造階段 和 使用維護階段 組成。 四、提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟性 （一）以壽命周期成本最低為目標(biāo) 壽命周期成本 LCC（ Life Cycle Cost） :產(chǎn)品從計劃、設(shè)計、制造、使用直至報廢的整個壽命周期里，所花費用的總和。在這個階段，對機械系統(tǒng)按照規(guī)定進行 維修，及時更換磨損、疲勞和老化的零部件 ，可以改變故障率曲線，如圖中虛線所示，使得機械系統(tǒng)的 功能壽命增長 。必