【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （ 2） 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法在進(jìn)行內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，以改善零部件的特性為重點(diǎn) ，而對(duì)各個(gè)零部件之間的相互作用和影響重視不足。 導(dǎo)致會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況： （ 1）用設(shè)計(jì)良好的零部件組裝起來的機(jī)械系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性能和經(jīng)濟(jì)效益未必是良好的； 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)以系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，要充分考慮內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的相互影響和作用，也就是說既要考慮內(nèi)部系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，又要重視內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)的聯(lián)系，還要充分考慮組成系統(tǒng)的零部件之間的相互作用和影響，既要重視零部件的設(shè)計(jì)，又要重視各個(gè)零部件之間的協(xié)調(diào)和配合。 應(yīng)在調(diào)查和研究的基礎(chǔ)上，搞清外部環(huán)境對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的作用和影響 。 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(gè)零部件都是最優(yōu)秀的 ，而是應(yīng)當(dāng)在滿足整機(jī)工作狀態(tài)和性能最好的條件下，確定對(duì)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。 具體來講， 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)要重視以下三方面的問題： 市場(chǎng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的要求和約束也應(yīng)充分考慮。市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的要求表現(xiàn)在：資金、材料、設(shè)備、技術(shù)、人員培訓(xùn)、信息、使用環(huán)境、后勤供應(yīng)、售后服務(wù)、法律、政策等方面。 外部環(huán)境對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的作用和影響有多種形式。對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械而言，外部環(huán)境對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的影響尤為重要。 機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)，對(duì)周圍的工作環(huán)境和自然環(huán)境的影響要充分考慮。同時(shí)還應(yīng)考慮機(jī)械產(chǎn)品在投入市場(chǎng)后，對(duì)市場(chǎng)形勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的影響。 不能忽略機(jī)械產(chǎn)品對(duì)外部環(huán)境的影響 。 二、合理確定機(jī)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(gòu)買這種機(jī)械產(chǎn)品，其根源就在于機(jī)械產(chǎn)品具有某種功能，能夠滿足社會(huì)的需要。 (生產(chǎn)需求、生活需求 ) 社會(huì)的需求是隨時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境的變化而變化的，機(jī)械產(chǎn)品也應(yīng)當(dāng)不斷地更新和改進(jìn)，否則，該種產(chǎn)品就會(huì)失去市場(chǎng)，輕則影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，重則使企業(yè)倒閉。 社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的需求表現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)品功能的需求， 用戶購(gòu)買產(chǎn)品，實(shí)際上購(gòu)買的是產(chǎn)品的功能 。為此， 在設(shè)計(jì)產(chǎn)品之前，要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能分析，為產(chǎn)品制定出合理的功能 。 功能的分類 （ 1）按照性能不同，功能可以分為 基本功能和輔助功能 。 輔助功能：為了實(shí)現(xiàn)基本功能所附加在產(chǎn)品上的功能。 輔助功能是實(shí)現(xiàn)基本功能的手段 。同時(shí)，輔助功能具有多解性。 基本功能：用戶直接要求的功能。體現(xiàn)產(chǎn)品存在的基本價(jià)值。 輔助功能多解性：為了實(shí)現(xiàn)某一基本功能，可以采用不同的技術(shù)方案（手段）。 ※ 例： 基本功能： 變轉(zhuǎn)動(dòng)為往復(fù)移動(dòng) ，同時(shí) 達(dá)到增力 的效果。 實(shí)現(xiàn)上述基本功能的技術(shù)方案有：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、氣壓缸或液壓缸機(jī)構(gòu)、近似直線機(jī)構(gòu)等等。 以上述的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例，要實(shí)現(xiàn)所提出的基本功能，要符合以下一些相應(yīng)的輔助功能： 輔助功能 （實(shí)現(xiàn)基本功能的手段） ① 曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)功能 ② 滑塊的往復(fù)移動(dòng)功能 ③ 曲柄與滑塊的聯(lián)接功能 輔助功能 （實(shí)現(xiàn)基本功能的手段） ① 曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)功能 ② 滑塊的往復(fù)移動(dòng)功能 ③ 曲柄與滑塊的聯(lián)接功能 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的輸入 曲柄的回轉(zhuǎn)支承 曲柄存在的條件 導(dǎo)向方式和導(dǎo)向構(gòu)件 導(dǎo)向精度 導(dǎo)向間隙的調(diào)整 曲柄與連桿的聯(lián)接 連桿與滑塊的聯(lián)接 連桿間隙的調(diào)整 連桿的平衡 導(dǎo)向方式和導(dǎo)向構(gòu)件 導(dǎo)向精度 導(dǎo)向間隙的調(diào)整 曲柄與連桿的聯(lián)接 連桿與滑塊的聯(lián)接 連桿間隙的調(diào)整 連桿的平衡 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的輸入 曲柄的回轉(zhuǎn)支承 曲柄存在的條件 次 級(jí) 功 能 上 述所列舉的輔助功能和次級(jí)功能都是 必要的功能。 如果在設(shè)計(jì)的過程中不注意，就會(huì)產(chǎn)生 多余的功能 ，比如強(qiáng)度過剩、精度過高、壽命過長(zhǎng)以及產(chǎn)生多余約束等等，這都是多余功能。 因此，按照性能的不同提出了： 基本功能、輔助功能、必要功能、次級(jí)功能和多余功能 等一系列功能。 外觀功能：在使用功能的基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品起著 美化和裝飾作用 的功能。 （ 2）按照滿足用戶的要求性質(zhì)的不同，功能分為 使用功能 和 外觀功能 。 使用功能： 滿足用戶要求 、 體現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)際使用價(jià)值 的功能。使用功能屬于必要功能，設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)時(shí)一定要滿足使用功能。 外觀功能可以增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和吸引顧客。對(duì)有些產(chǎn)品來講外觀功能是非常重要的，但是 外觀功能必須服從使用功能 。在保證產(chǎn)品性能好和質(zhì)量高的前提下，講究產(chǎn)品的造型、色彩和裝飾等功能，外觀功能即使提高了產(chǎn)品的成本，也是必要的，絕不能看成是產(chǎn)品的多余功能。 但在一些對(duì)產(chǎn)品的外觀功能沒有具體要求的情況下（比如 埋在地下的管道、電纜 等）在外觀上花費(fèi)任何費(fèi)用都是多余的。 思考題： 舉例說明什么是系統(tǒng)，系統(tǒng)有什么特性。 舉例說明機(jī)械系統(tǒng)是由哪些子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)在機(jī)械系統(tǒng)中的作用如何。 常規(guī)設(shè)計(jì)方法有什么不足，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)為什么強(qiáng)調(diào)從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 什么是產(chǎn)品的基本功能，輔助功能，次要功能，必要功能，多余功能，使用功能和外觀功能。如何合理地確定產(chǎn)品的功能。 功能與成本的關(guān)系 要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能，就必須投入成本，產(chǎn)品的功能越多、越齊全，投入產(chǎn)品的成本就越多，產(chǎn)品的價(jià)值就越高。可以 用產(chǎn)品的價(jià)值來評(píng)價(jià)功能與成本的統(tǒng)一程度以及表示產(chǎn)品的物美價(jià)廉的程度 。 FCV以 表示產(chǎn)品的功能，以 表示產(chǎn)品的成本，以 表示產(chǎn)品的價(jià)值，它們 之間的關(guān)系可以表示成為： FV=CF— 實(shí)現(xiàn)功能的最低費(fèi)用， 功能評(píng)價(jià)值 ，貨幣量； C— 實(shí)現(xiàn)功能的實(shí)際費(fèi)用， 功能的現(xiàn)實(shí)成本 ，貨幣量； V— 功能價(jià)值 ，無量綱。 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(píng) 價(jià) 值 實(shí) 現(xiàn) 功 能 的 最 低 費(fèi) 用功 能 價(jià) 值功 能 現(xiàn) 實(shí) 成 本 實(shí) 現(xiàn) 功 能 的 實(shí) 際 費(fèi) 用 從上述式子可以看出， 功能價(jià)值 V≤1。 V越接近于 1，產(chǎn)品的功能價(jià)值越高 。 Ⅲ V1，這說明 CF，實(shí)現(xiàn)功能的現(xiàn)實(shí)成本 C低于實(shí)現(xiàn)功能的最低費(fèi)用 F，情況不正常 ，應(yīng)首先檢查 F與 C取值是否正確，若取值無誤，應(yīng)取 F=C， V=1 應(yīng)用功能價(jià)值 V進(jìn)行分析時(shí)，可以得到以下三種情況： Ⅰ V=1，這說明 C=F，實(shí)現(xiàn)功能的現(xiàn)實(shí)成本 C與實(shí)現(xiàn)功能的最低費(fèi)用 F相等，這是 最理想 的情況。 Ⅱ V1，這說明 CF，實(shí)現(xiàn)功能的現(xiàn)實(shí)成本 C高于實(shí)現(xiàn)功能的最低費(fèi)用 F，情況不理想 ，應(yīng)當(dāng)設(shè)法降低實(shí)現(xiàn)功能的現(xiàn)實(shí)成本 C。 為了提高產(chǎn)品的功能價(jià)值 V，可以采取以下 5種措施： ① 保持現(xiàn)實(shí)成本 C不變，增強(qiáng)產(chǎn)品的功能 F；花同樣的錢辦更多的事。 ② 保持產(chǎn)品的功能 F不變，降低產(chǎn)品的實(shí)際成本 C；花較少的錢辦同樣的事。 FV=C③ 產(chǎn)品的實(shí)際成本 C有較小的增加，產(chǎn)品的功能 F有較大的增加 ；花的錢稍有增加，辦的事大大增加。這種產(chǎn)品即使售價(jià)有所提高，消費(fèi)者也愿意購(gòu)買。 ④ 產(chǎn)品的功能 F稍有減小，產(chǎn)品的實(shí)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(gòu)買力較低的用戶，或一些靠?jī)r(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的場(chǎng)合。 ⑤ 產(chǎn)品的實(shí)際成本 C減小，產(chǎn)品的功能 F增加 ?；ㄝ^少的錢辦較多的事。 這些措施為提高產(chǎn)品價(jià)值指出了路。 功能評(píng)價(jià)值 F與實(shí)現(xiàn)功能的難易程度有關(guān)，對(duì)于較難實(shí)現(xiàn)的功能，功能評(píng)價(jià)值 F就較高。 生產(chǎn)同一類產(chǎn)品的企業(yè)組成了一個(gè)行業(yè)， 同行業(yè)中的各個(gè)企業(yè)生產(chǎn)條件各不相同 ，如設(shè)備條件、技術(shù)水平、經(jīng)營(yíng)管理狀況等等都有差異，因此 實(shí)現(xiàn)同一功能所花費(fèi)的成本也不相同 。要在同行業(yè)中的各個(gè)企業(yè)之間進(jìn)行比較，就需要 制定統(tǒng)一的功能評(píng)價(jià)值 F， 制定功能評(píng)價(jià)值 F的方法有兩種： Ⅰ 通過調(diào)查研究，取行業(yè)之間實(shí)現(xiàn)該功能的最低費(fèi)用為功能評(píng)價(jià)值； Ⅱ 按照 P6（ 12）式子計(jì)算獲得功能評(píng)價(jià)值 F : ip= D I + B（ ）Bp— 單位產(chǎn)品的銷售費(fèi)用。 式中： D— 現(xiàn)有情況下，通過市場(chǎng)預(yù)測(cè)得到的用戶認(rèn)可的價(jià)格； Ii— 產(chǎn)品預(yù)期的利潤(rùn)和稅金； 確定機(jī)械系統(tǒng)功能應(yīng)達(dá)到的要求： 確定機(jī)械系統(tǒng)功能的原則： 保證基本功能，滿足使用功能，剔除多余功能，增加新穎功能，恰到好處地利用外觀功能 。 降低功能的現(xiàn)實(shí)成本 C，提高產(chǎn)品的功能價(jià)值 V，力求使產(chǎn)品達(dá)到 盡善盡美 的境地。 故障： 產(chǎn)品雖然喪失了規(guī)定的功能，但可以通過修理的方法使其功能恢復(fù)的現(xiàn)象，是一種特殊的失效。 三、提高機(jī)械系統(tǒng)的可靠性 可靠性：在規(guī)定的條件和時(shí)間里，產(chǎn)品完成規(guī)定的功能的能力。 與可靠性相關(guān)的幾個(gè)概念： 產(chǎn)品： 單獨(dú)進(jìn)行可靠性研究或考核的對(duì)象。產(chǎn)品可以是零件、部件、裝置，也可以是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。 規(guī)定條件： 產(chǎn)品考核所規(guī)定的使用條件、環(huán)境條件和操作規(guī)程等約束。 規(guī)定時(shí)間： 考核產(chǎn)品的時(shí)間?？梢圆捎眠\(yùn)行時(shí)間、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、行駛里程等指標(biāo)。 失效： 產(chǎn)品喪失了規(guī)定的功能的現(xiàn)象。 可靠性技術(shù)： 研究產(chǎn)品發(fā)生故障或失效原因的技術(shù)。 如有 N0臺(tái)機(jī)械產(chǎn)品，在規(guī)定的條件下使用了 t小時(shí)，有 N臺(tái)沒有發(fā)生失效或故障（還能夠完成預(yù)定的功能），則 （一）衡量可靠性的指標(biāo) 可靠度 R(t)： 產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間里不失效或不發(fā)生故障的概率。 0( t ) NR= N可靠度 R(t)是隨著時(shí)間 t的變化而變化的，它是時(shí)間 t的減函數(shù) 。 0 ( t ) 1R?? 例： 滾動(dòng)軸承在基本額定動(dòng)載荷下，壽命為一百萬轉(zhuǎn)，可靠度為 90%。 失效概率 F（ t）： 產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定時(shí)間里失效或者發(fā)生故障的概率。 000( t ) 1 1 ( t )( t ) ( t ) 1NN NFRNNFR?? ? ? ? ??? 有 N0臺(tái)機(jī)械產(chǎn)品，在規(guī)定條件下工作了 t小時(shí)，有 N臺(tái)沒有失效或者發(fā)生故障，在此后的 ⊿ t時(shí)刻里，有 ⊿ N臺(tái)發(fā)生了失效或故障，則 失效率 λ（ t）： 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下工作了 t小時(shí)，在單位時(shí)間里發(fā)生失效或故障的概率。 /1( t ) N t NN N t? ? ?? ? ? ? ? ??失 效 率 可靠度 R(t)、失效概率 F（ t）和失效率 λ（ t），既可以用于不可修復(fù)的產(chǎn)品，也可以用于修復(fù)產(chǎn)品 。 失效率的計(jì)算定義式中之所以取負(fù)號(hào)，是由于 △ N/△ t 0，為了使失效率λ（ t） 為正值，所以取負(fù)號(hào)。 平均無故障時(shí)間 MTBF： MTBF（ Mean Time Between Failures）是產(chǎn)品在使用壽命期內(nèi)的某個(gè)觀察時(shí)間里，累計(jì)工作時(shí)間與故障次數(shù)的比值。 平均無故障時(shí)間 MTBF與失效率 λ（ t）互為倒數(shù) 。 它是衡量 可修復(fù)產(chǎn)品 可靠性的指標(biāo)。 1( t )M T BF ? ? MTTF（ Mean Time To Failures）是指從產(chǎn)品開始直至失效的平均工作時(shí)間。失效前平均工作時(shí)間 MTTF是衡量 不可修復(fù)產(chǎn)品 可靠性的指標(biāo)。 失效前平均工作時(shí)間 MTTF： 維修度 M（ t）： 在規(guī)定的條件下使用產(chǎn)品，在規(guī)定的時(shí)間里，按照規(guī)定的方法和程序進(jìn)行維修，保持和恢復(fù)到規(guī)定的功能的概率。維修度 M（ t）是衡量 可修復(fù)產(chǎn)品可維修性能的指標(biāo)。 若以 tn表示觀察期間產(chǎn)品能夠工作的時(shí)間，以 t0表示不能工作的時(shí)間（用于維修的時(shí)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(shí)間里 能夠保持其功能處于正常狀態(tài)的概率 。 nn0( t ) tA tt? ?A(t)又稱為可用率，它只能用于 可維修產(chǎn)品 。 以上所介紹的以及其他一些可靠性衡量指標(biāo)，都只是衡量和評(píng)價(jià)產(chǎn)品可靠性某一方面特征的尺度，在具體的應(yīng)用過程中，各個(gè)衡量指標(biāo)之間 不能相互代替 。 （二）提高機(jī)械系統(tǒng)可靠性的措施 提高機(jī)械系統(tǒng)可靠性的最有效的措施： 采用 可靠性設(shè)計(jì)方法 進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 。 （ 1） 要有采用系統(tǒng)方法得到的各個(gè)設(shè)計(jì)變量的分布特性和數(shù)據(jù)。 對(duì)一個(gè)拉（壓）桿進(jìn)行強(qiáng)度校核 ? ? l imσFσ = σAS??三個(gè)變量影響著拉桿的強(qiáng)度 : 危險(xiǎn)截面的軸力 F，是否為常量？ 拉桿危險(xiǎn)截面的面積 A，（公差） 材料的極限應(yīng)力 σlim， 試驗(yàn)得到，是個(gè)范圍