【正文】 索系統(tǒng)的機(jī)理與功能。（摒棄附加功能和非必要功能）。 2） 能量流：電能、光能、機(jī)械能、熱能等。 （ 3） 擺脫具體的設(shè)計(jì)對象。 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。 P21表 （ 3） 邏輯功能元： 主要用信息和控制系統(tǒng)中。 （ 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)）。 【例 】材料拉伸試驗(yàn)機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖 P23圖 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 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(gè)功能元都要找出相應(yīng)的技術(shù)、物理效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。 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(jī)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(gè)系統(tǒng)的多個(gè)原理解。 1. 形態(tài)矩陣法（模幅箱法）： 把每個(gè)（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(gè)功能元中取一個(gè)對應(yīng)解進(jìn)行組合，以構(gòu)成系統(tǒng)解的方法。故組合方案數(shù) = 434213233 ???????? =5184。 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。瓶蓋的形狀和尺寸見圖 。 求解步驟： 第一步：明確任務(wù)要求 第二步：功能分析 （ 1） 總功能 P32圖一 （ 2） 總功能分解 P32圖二 第三步：功能元求解 P32表 第四 步：功能元組合 P33圖 解的方案數(shù)： N=8 6 6 3 7=6048種 第五步：評價(jià)與決策 P33表 一、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的任務(wù)和原則 1. 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的任務(wù)及重要性 （ 1） 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的任務(wù)： 是將原理方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化，即繪制結(jié)構(gòu)總圖。 工作包括兩個(gè)方面，即“質(zhì)”的設(shè)計(jì)和“量”的設(shè)計(jì)。這部分工作對產(chǎn)品的質(zhì)量有決定性意義。 2. 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)原則 （ 1） 明確原則：包括功能明確、工作情況明確和結(jié)構(gòu)的工作原理明確。同時(shí)具有簡化、簡便、簡明、簡易、減少等多重含義。 二、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)步驟 P35圖 1. 初步設(shè)計(jì)： （ 1） 設(shè)計(jì)要求 （ 2） 主要功能載體的初步設(shè)計(jì) 主要功能載體：完成主要功能的構(gòu)件。 方法：優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、專家系統(tǒng)使用、經(jīng)濟(jì)性評價(jià)等。 考慮問題：設(shè)計(jì)內(nèi)容、人 —— 機(jī)關(guān)系、對環(huán)境的適應(yīng)性、對外界環(huán)境的影響（性能、操作、觀察、調(diào)整、控制、防護(hù)等）。 1. 性能參數(shù)（生產(chǎn)能力）： 機(jī)械系統(tǒng)的理論生產(chǎn)能力是指設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 —— 在單位時(shí)間內(nèi)完成的產(chǎn)品數(shù)量，亦可以稱之為機(jī)械系統(tǒng)的生產(chǎn)率。 則機(jī)械系統(tǒng)的生產(chǎn)率 Q為 fg tt1T1Q ??? 生產(chǎn)率 Q的單位由 工件的計(jì)量和計(jì)時(shí)單位而定，常用的單位有件 /小時(shí)、米 /分鐘、米 2 /分鐘、米 3 /小時(shí)、千克 /分鐘等。 如：外形尺寸、主要部件尺寸、工作行程、加工范圍等。 1） 標(biāo)準(zhǔn)公比： 、 、 、 、 、 2 2） 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列： P45表 （ 4） 公比的選用： 從使用性能方面考慮，公比 ? 最好選得小一些，以便減少相對轉(zhuǎn)速損失。 1） 對于一般生產(chǎn)率要求較高的普通設(shè)備，減少相對轉(zhuǎn)速損失率是主要的，所以公比 ? 取得較小，如 ? = ? =。 3） 對于自動機(jī)床，減少相對轉(zhuǎn)速損失率的要求更高，常取 ? = 或? =。 P46圖 （ 1） 動力參數(shù)確定得過大導(dǎo)致機(jī)器笨重、浪費(fèi)能源和材料 （ 2） 動力參數(shù)確定得過小則不能滿足使用要求 學(xué)生自學(xué)： P46~52 電機(jī)學(xué)中的內(nèi)容 五、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的基本原理 1. 任務(wù)分配原理： （ 1） 一個(gè)載體完成一個(gè)功能 （ 2） 一個(gè)載體承擔(dān)多個(gè)功能 （ 3） 多個(gè)載體共同承擔(dān)一個(gè)功能 2. 穩(wěn)定性原理： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指當(dāng)出現(xiàn)干擾使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變恢復(fù) 穩(wěn)定的效應(yīng)。 （ 2） 內(nèi)力與外力 P53圖 、圖 （ 3） 按力的情況合理選擇結(jié)構(gòu) P53圖 、 P54圖 、圖 （ 4） 避免應(yīng)力集中 P55圖 4. 自補(bǔ)償原理： 通過選擇系統(tǒng)零部件及其在系統(tǒng)中配置來自行實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)功能的相互支承的作用，稱為自補(bǔ)償。 P56圖 6. 力平衡原理： 力平衡的目的就是通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施，使這些無用的力在其產(chǎn)生處就部分或全部平衡掉，以減輕或消除不良影響。 7. 等強(qiáng)度原理： 對于同一個(gè)零件來說，各處應(yīng)力相等，各處壽命相同，稱為等強(qiáng)度原理。 P56圖 六、軟固體物料自動包裝機(jī)設(shè)計(jì)舉例 1. 原始資料： （ 1） 產(chǎn)品 本機(jī)的包裝對象是圓臺形柱狀軟固體物料， 見圖 。 （ 3） 關(guān)于自動機(jī)包裝能力的要求 根據(jù)給定生產(chǎn)定額每班產(chǎn) 750㎏，折算后自動包裝機(jī)正常生產(chǎn)率為 120塊 /分鐘。 2. 包裝工藝的確定： （ 1） 整體錐形模腔：粘模、破紙 （ 2） 彈性的鉗物料機(jī)械手夾子：工藝性好 3. 包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)：回轉(zhuǎn)式多工位自動機(jī)型 送料 分料 頂料、接料 抄紙 轉(zhuǎn)位 開手、出料 供紙 剪紙 P57圖 、圖 P58圖 、圖 4. 傳動系統(tǒng) 設(shè)計(jì) P59圖 5. 工作循環(huán)圖 P59圖 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 12 [作業(yè) 題 與 思考題 ] 1. 什么是機(jī)械系統(tǒng)的功能？功能可分為哪幾類？ 2. 什么是功能原理設(shè)計(jì)？包括有哪些重要設(shè)計(jì)步驟？ 3. “黑箱法”設(shè)計(jì)有什么優(yōu)點(diǎn)？ 4. 什么是功能元？機(jī)械設(shè)計(jì)中有哪些基本功能元？ 5. 什么是功能結(jié)構(gòu)？繪制功能結(jié)構(gòu)圖有何功用？ 6. 功能結(jié)構(gòu)（以功能元為基準(zhǔn)，組合成的）有哪幾種基本類型？ 7. 什么是功能元（分功能）的求解？ 8. 什么是原理解的相容性？相容性的求解方法有哪幾種？相容性可分成哪幾種情況？ 9. 為什么要進(jìn)行結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)？它有哪些設(shè)計(jì)原則？ 10. 總體布置 設(shè)計(jì)有哪些基本要求？常用的有哪幾種分類形式？ 11. 總體（主要）參數(shù)包括有哪幾類？（及基本概念） T、 Q、 n（ maxn 、 minn ）、 Z、 nR 、 maxA 、 ? 、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列 12. 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)有哪幾種基本原理？它們各是什么內(nèi)容？ 13. 什么是任務(wù)分配原理？它有哪幾種情況？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？ 14. 什么是自補(bǔ)償原理？它有哪幾種情況？ 15. 有一搖臂 鉆床，最大鉆孔直徑 40mm， maxv =50m/min， minv =4m/min，求： maxn 、minn 、 ? 、 Z 及列出各級轉(zhuǎn)速。 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 13 第三章 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 重點(diǎn) ：轉(zhuǎn)速圖的定義， 轉(zhuǎn)速圖 擬定方法和原則，擴(kuò)大變速范圍方法，齒輪齒數(shù)的確定，功率扭矩特性，傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速， 無級變速傳動系統(tǒng) 設(shè)計(jì)。 講授提示與方法 ：引入實(shí)例講解 轉(zhuǎn)速圖 所表示內(nèi)容和含義，根據(jù) 轉(zhuǎn)速圖 擬定原則“口訣”結(jié)合 實(shí)例 講授 轉(zhuǎn)速圖 的 擬定方法和步驟，注重 講解 傳動齒輪齒數(shù)配齒表的使用特點(diǎn)，比較設(shè) 備功率扭矩特性特點(diǎn)和調(diào)速電動機(jī)功率扭矩特性關(guān)系 講解 無級變速傳動系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方法和特點(diǎn)；講授中充分利用多媒體課件。 主要保證：運(yùn)動和動力的傳遞。 主要保證：傳動的準(zhǔn)確性。 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 14 特點(diǎn)： （ 1） 可以獲得執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的任何速度 （ 2） 可在運(yùn)動中變速，便于實(shí)現(xiàn)自動化 （ 3） 結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜（工藝性差，成本高） 種類： （ 1） 機(jī)械無級變速 主要依靠摩擦力來傳遞運(yùn)動和動力。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，噪聲小，使用維修方便，效率高。 （ 2） 液壓無級變速 利用油液為介質(zhì)，改變供油量來無級調(diào)速。 （ 3） 電氣無級變速 是通過變換電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 特點(diǎn)：機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，但電氣控制部分成本高（尤其是大功率下）。 特點(diǎn)：功率大，變速范圍寬，傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，轉(zhuǎn)速損失較大。 P127 圖 3. 固定傳 動比的傳動系統(tǒng) 是指執(zhí)行件僅能獲得某一固定轉(zhuǎn)速（或速度）的傳動系統(tǒng)。 特點(diǎn)：傳動簡單，易于設(shè)計(jì)，可減少各傳動鏈間的振動影響。 （ 1） 機(jī)械系統(tǒng)只有一個(gè)執(zhí)行件 P128 圖 （ 2） 機(jī)械系統(tǒng)有多個(gè)運(yùn)動不相關(guān)的執(zhí)行件 P128 圖 （ 3） 數(shù)控機(jī)械系統(tǒng) P129 圖 2. 集中驅(qū)動傳動系統(tǒng) 是指多個(gè)執(zhí)行件由一個(gè)動源驅(qū)動的傳動系統(tǒng)。 適用場合： （ 1） 執(zhí)行件間有嚴(yán)格傳動比要求 —— 內(nèi)聯(lián)傳動鏈 P130 圖 （ 2） 各執(zhí)行件間運(yùn)動有順序或協(xié)調(diào)的要求 —— 自動設(shè)備 P131 圖 （ 3） 各執(zhí)行件的運(yùn)動相互獨(dú)立 3. 聯(lián)合驅(qū)動傳動系統(tǒng) 兩個(gè)（多個(gè)）動源經(jīng)各自的傳動鏈聯(lián)合驅(qū)動一個(gè)執(zhí)行件。 二、傳動系統(tǒng)的組成 變速裝置，定比傳動機(jī)構(gòu)，開停、換向和制動機(jī)構(gòu)，運(yùn)動轉(zhuǎn)換和安全保護(hù)裝置。 1. 交換齒輪變速 P130 圖 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單（無操縱機(jī)構(gòu)），軸 向尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，交換（變速）不方便，剛度低，潤滑差（懸臂安裝）。 場合：經(jīng)常變速的情況。 場合：大轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動中變速。 4. 上述變速方式的組合 P130 圖 5. 嚙合器變速 （ 1） 普通嚙合器：無同步過程 （ 2） 同步嚙合器： P133 圖 特點(diǎn)：運(yùn)動中的大載荷變速。 1. 機(jī)械系統(tǒng)的工況 （ 1） 不需要換向且起動不頻繁 如：自動電阻裝帽機(jī) P131 圖 （ 2） 需要換向但起動不頻繁 如：龍門起重機(jī) P128 圖 （ 3） 需要換向且起動頻繁 如：普通車床 2. 動力源的類型 （ 1） 電動機(jī)：允許在負(fù)載下起動，可以正反轉(zhuǎn)，但起動電流大，反接制動。 （ 2） 內(nèi)燃機(jī)：不充許在負(fù)載下起動，不能制動和換向。 3. 起停和換向裝置的結(jié)構(gòu) （ 1） 齒輪： P134 圖 摩擦離合器 P134 圖 鋼球摩擦離合器 （ 2） 齒輪換向機(jī)構(gòu)： P35 圖 （三） 制動裝置 作用：使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動能夠迅速停止。 場合：頻繁起動和換向，慣性大的機(jī)件，安全性要求高的設(shè)備。 1. 銷釘安全聯(lián)軸器 P137 圖 2. 鋼珠安全離合器 P137 圖 3. 摩擦安全離合器 P135 圖 、 P135 圖 傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計(jì) 一、有級變速傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計(jì) 1. 轉(zhuǎn)速圖 （ 1） 轉(zhuǎn)速圖 P140 圖 可以表達(dá)主軸每一級轉(zhuǎn)速是通過哪些傳動副得到的，這些傳動副之間的關(guān)系如何，各傳動軸的轉(zhuǎn)速等等。 2） 轉(zhuǎn)速線：是一組間距相等的水平線，用它來表示轉(zhuǎn)速的對數(shù)坐標(biāo)。 4） 傳動線：是指軸線間轉(zhuǎn)速點(diǎn)的連線，它表示相應(yīng)傳動副及其傳動比值。 2） 從轉(zhuǎn)速圖中可以看出每個(gè)傳動組數(shù)，及每個(gè)傳動組中的傳動副數(shù)、級數(shù)。 級比指數(shù)：級比 ix? 的指數(shù) ix 稱為級比指數(shù)，或傳動特性指數(shù)。 a. 傳動組 i. 級比指數(shù)： 10?x ii. 傳動副數(shù)： 30?P 擴(kuò)大組：在基本組已經(jīng)起作用的基礎(chǔ)上，起到了再將轉(zhuǎn)速級數(shù)增加的作用的變速組稱為擴(kuò)大組。 b. 傳動組 i. 級比指數(shù)： 3001 ??? Pxx ii. 傳動副數(shù)： 21?P c. 傳動組 i. 級比指數(shù)： 6112 ??? Pxx 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 17 ii. 傳動副數(shù)： 22?P （ 3） 變速組的變速范圍 1） 變速組的變速范圍：變速組內(nèi)最大傳動比 maxi 與最小傳動比 mini 之比，稱為變速組的變速范圍 r 即 minmaxiir? 2） 任一變速組的變速范圍 ： )1( ?? ii pxir ?