【正文】 ① 任何系統(tǒng)都具有層次結構 。 ③ 不同層次的系統(tǒng)之間是相互影響的 。 在同 — 層次的各 (子 )系統(tǒng)之間形成 復雜的橫向聯(lián)系 。 社會系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)系統(tǒng) 工業(yè)系統(tǒng) 種植業(yè)系統(tǒng) （ 4） 層次性 （ 5） 目的性 ： 系統(tǒng)具有特定的功能是系統(tǒng)存在的目的。如果系統(tǒng)不具備有序穩(wěn)定結構，就不具有保持自身的能力，就會在外力和內力的影響下分解、崩潰。 系統(tǒng)的目的性 并不是超自然的神秘力量，而是 系統(tǒng)自組織 的結果 。 自組織 :系統(tǒng)自發(fā)地從無序狀態(tài)組織成一種有序結構的過程 。這時要求外界環(huán)境不發(fā)生變化是不可能的，由于變化是絕對的，而穩(wěn)定是相對的、暫時的，所以只能 要求系統(tǒng)對外界環(huán)境的變化和干擾有良好的適應能力 。這就是適應性。 環(huán)境 系統(tǒng) (處理 ) 輸入 輸出 反饋 從 生產(chǎn) 的角度來看機械零件是組成機械的最小單元；從 物理 的角度來看，機械零件是具有一定質量、剛度和阻尼的物體；從 系統(tǒng)結構的不同層次 來看，零件、部件和裝置都是組成機械的要素，它們是機械處于不同層次的子系統(tǒng)。組成系統(tǒng)的基本要素是 機械零件 。常常把機械稱為這個大系統(tǒng)的 內部系統(tǒng) ，而把人和環(huán)境 稱為 外部系統(tǒng) 。 外部系統(tǒng)對內部系統(tǒng)的作用和影響，對內部系統(tǒng)是輸入，對外部系統(tǒng)是輸出。 二、機械系統(tǒng)的組成 從實現(xiàn)系統(tǒng)功能的角度出發(fā)，機械系統(tǒng)應有以下必備的子系統(tǒng)組成： 動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱與控制系統(tǒng) 等。動力系統(tǒng)一般包括動力機和配套裝置，而 動力機可以分為一次動力機和二次動力機 。為了使機械系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性及較好的經(jīng)濟性，應為機械系統(tǒng)選擇合適的動力機。 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。 為了能夠得到較高的經(jīng)濟效益，動力機一般輸出的是旋轉運動，而且轉速較高，力矩較小。功能有多解性，為了實現(xiàn)機械系統(tǒng)的特定功能，可以尋求多種執(zhí)行系統(tǒng)的方案。 （二）執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)： 直接實現(xiàn)機械系統(tǒng)功能的裝置，由執(zhí)行機構和執(zhí)行構件組成 。如谷物收穗機、洗衣機、鍋爐、車床、汽錘、運輸機、起重機等。如材料試驗機、 X光機、地磅等。計算機、電話機、照相機、攝像機等。 傳遞動力 ：把動力系統(tǒng)輸出的動力改變后傳送給執(zhí)行系統(tǒng)，使執(zhí)行系統(tǒng)具有完成功能所需要的轉矩或力。 （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)。 變速 ：保持動力系統(tǒng)輸出的連續(xù)轉動形式不變，根據(jù)執(zhí)行系統(tǒng)的要求，通過傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)多種速度。因此，利用傳動系統(tǒng)變速是必要的。 改變運動規(guī)律或形式 ：把動力系統(tǒng)輸出的均勻連續(xù)轉動，根據(jù)執(zhí)行系統(tǒng)的要求，轉變成按照某種運動規(guī)律變化的運動形式。 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)。 操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的差別： 操縱系統(tǒng)是通過人工操作來實現(xiàn)上述要求的 。 控制系統(tǒng)則可以自動實現(xiàn)上述要求 。對于有控制系統(tǒng)的機械系統(tǒng)，人只有確定控制要求和制定控制程序的作用，不直接操縱機械系統(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 回轉機構 吊車 、 挖掘機 運行機構 龍門吊 、 叉車 、 裝載機 變幅機構 起重機 （ 鶴式 、 橋式 ） 提升機構 例如 :起重機的工作過程 : 從起重機的工作過程可以看出，起重機的各個機構在兩次工作之間一般都有短暫的停歇，因此 各機構經(jīng)常處于起動、制動及正反向運轉等相互交替的停歇和運動狀態(tài) 。 對于要移位的起重機械，還要求具有一定的機動性 。 可移動的起重機要移動工作位置 取物點 移位 卸物點 運行機構 加熱裝置 模具及閉合機構 注射機構 冷卻裝置 ， 鎖緊保壓裝置 顆粒狀塑料塑化熔融 成型模閉合 熔料注入模具 模具閉合狀態(tài)下冷卻固化 開模取出制品 開模及取出裝置 塑料注塑機的工作過程： 塑料注塑機的主要功能： 能計量原料并使其熔融；將物料以所需要的速度和壓力射出；成型模具的開、合、鎖緊與保壓；工藝參數(shù)（壓力、速度、溫度、時間等）須根據(jù)不同制品和原料進行調整和控制；保證制品的尺寸精度和穩(wěn)定性；提高塑化能力、冷卻速度與生產(chǎn)率；工作過程的安全性、可靠性及熱穩(wěn)定性 等。如速度、加速度、轉速、調速范圍、行程、運動軌跡及運動精確性的要求。如傳遞的功率、轉矩、力等方面的要求。如外形尺寸、重量、功率重量比等要求。如功能的可靠性、零部件的耐磨性及使用壽命等要求。如強度、剛度、振動穩(wěn)定性、熱力學性能、摩擦學性能、系統(tǒng)工作的安全性、操作人員的安全性等方面的要求。如設計和制造的經(jīng)濟性、使用和維護的經(jīng)濟性等要求。如對噪聲、振動、防塵、防毒、“三廢”的排放、周圍人員和設備安全性方面的要求。如外觀、色彩、與環(huán)境協(xié)調性方面的要求。如精密機械有較高的精度和震動穩(wěn)定性要求，而食品機械有不污染加工產(chǎn)品的要求等。 第二節(jié) 機械系統(tǒng)設計的任務 機械系統(tǒng)設計的目的是提供機械產(chǎn)品，該產(chǎn)品應該是優(yōu)質高效、物美價廉的，應能夠在市場競爭中取得優(yōu)勢，應能夠贏得用戶，取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。 產(chǎn)品的質量事故， 50%是設計不當造成的，產(chǎn)品成本 60%70%取決于設計。 （ 2）設計良好的機械產(chǎn)品，在外部環(huán)境下使用時，技術性能和經(jīng)濟效益未必是良好的。 導致會出現(xiàn)以下兩種情況： （ 1）用設計良好的零部件組裝起來的機械系統(tǒng)，經(jīng)濟性能和經(jīng)濟效益未必是良好的； 機械系統(tǒng)設計強調以系統(tǒng)的觀點進行設計，要充分考慮內部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的相互影響和作用，也就是說既要考慮內部系統(tǒng)的設計，又要重視內部系統(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計，又要重視各個零部件之間的協(xié)調和配合。 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 ，而是應當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)調和統(tǒng)一。市場對產(chǎn)品的要求表現(xiàn)在：資金、材料、設備、技術、人員培訓、信息、使用環(huán)境、后勤供應、售后服務、法律、政策等方面。對于農(nóng)業(yè)機械而言，外部環(huán)境對機械產(chǎn)品的影響尤為重要。同時還應考慮機械產(chǎn)品在投入市場后，對市場形勢和競爭對手的影響。 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。 社會對產(chǎn)品的需求表現(xiàn)在對產(chǎn)品功能的需求， 用戶購買產(chǎn)品，實際上購買的是產(chǎn)品的功能 。 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 。 輔助功能是實現(xiàn)基本功能的手段 。 基本功能：用戶直接要求的功能。 輔助功能多解性：為了實現(xiàn)某一基本功能，可以采用不同的技術方案（手段）。 實現(xiàn)上述基本功能的技術方案有：曲柄滑塊機構、齒輪齒條機構、螺旋機構、氣壓缸或液壓缸機構、近似直線機構等等。 如果在設計的過程中不注意，就會產(chǎn)生 多余的功能 ，比如強度過剩、精度過高、壽命過長以及產(chǎn)生多余約束等等，這都是多余功能。 外觀功能：在使用功能的基礎上，對產(chǎn)品起著 美化和裝飾作用 的功能。 使用功能： 滿足用戶要求 、 體現(xiàn)產(chǎn)品實際使用價值 的功能。 外觀功能可以增強產(chǎn)品的競爭力和吸引顧客。在保證產(chǎn)品性能好和質量高的前提下，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。 思考題： 舉例說明什么是系統(tǒng)，系統(tǒng)有什么特性。 常規(guī)設計方法有什么不足，機械系統(tǒng)設計為什么強調從系統(tǒng)的觀點出發(fā)進行設計。如何合理地確定產(chǎn)品的功能。可以 用產(chǎn)品的價值來評價功能與成本的統(tǒng)一程度以及表示產(chǎn)品的物美價廉的程度 。 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。 Ⅲ V1，這說明 CF，實現(xiàn)功能的現(xiàn)實成本 C低于實現(xiàn)功能的最低費用 F，情況不正常 ，應首先檢查 F與 C取值是否正確，若取值無誤，應取 F=C， V=1 應用功能價值 V進行分析時，可以得到以下三種情況： Ⅰ V=1，這說明 C=F，實現(xiàn)功能的現(xiàn)實成本 C與實現(xiàn)功能的最低費用 F相等，這是 最理想 的情況。 為了提高產(chǎn)品的功能價值 V，可以采取以下 5種措施： ① 保持現(xiàn)實成本 C不變，增強產(chǎn)品的功能 F；花同樣的錢辦更多的事。 FV=C③ 產(chǎn)品的實際成本 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。 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，適應購買力較低的用戶，或一些靠價格競爭的場合?；ㄝ^少的錢辦較多的事。 功能評價值 F與實現(xiàn)功能的難易程度有關，對于較難實現(xiàn)的功能，功能評價值 F就較高。要在同行業(yè)中的各個企業(yè)之間進行比較，就需要 制定統(tǒng)一的功能評價值 F， 制定功能評價值 F的方法有兩種： Ⅰ 通過調查研究，取行業(yè)之間實現(xiàn)該功能的最低費用為功能評價值； Ⅱ 按照 P6（ 12）式子計算獲得功能評價值 F : ipF= D I + B（ ）Bp— 單位產(chǎn)品的銷售費用。 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。 三、提高機械系統(tǒng)的可靠性 可靠性：在規(guī)定的條件和時間里，產(chǎn)品完成規(guī)定的功能的能力。產(chǎn)品可以是零件、部件、裝置，也可以是整個機械系統(tǒng)。 規(guī)定時間： 考核產(chǎn)品的時間。 失效： 產(chǎn)品喪失了規(guī)定的功能的現(xiàn)象。 如有 N0臺機械產(chǎn)品，在規(guī)定的條件下使用了 t小時，有 N臺沒有發(fā)生失效或故障（還能夠完成預定的功能），則 （一）衡量可靠性的指標 可靠度 R(t)： 產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間里不失效或不發(fā)生故障的概率。 0 ( t ) 1R?? 例： 滾動軸承在基本額定動載荷下，壽命為一百萬轉，可靠度為 90%。 000( t ) 1 1 ( t )( t ) ( t ) 1NN NFRNNFR?? ? ? ? ??? 有 N0臺機械產(chǎn)品，在規(guī)定條件下工作了 t小時，有 N臺沒有失效或者發(fā)生故障，在此后的 ⊿ t時刻里，有 ⊿ N臺發(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，在單位時間里發(fā)生失效或故障的概率。 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。 平均無故障時間 MTBF與失效率 λ（ t）互為倒數(shù) 。 1( t )M T B F ? ? MTTF（ Mean Time To Failures）是指從產(chǎn)品開始直至失效的平均工作時間。 失效前平均工作時間 MTTF： 維修度 M（ t）： 在規(guī)定的條件下使用產(chǎn)品，在規(guī)定的時間里，按照規(guī)定的方法和程序進行維修，保持和恢復到規(guī)定的功能的概率。 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 。 以上所介紹的以及其他一些可靠性衡量指標，都只是衡量和評價產(chǎn)品可靠性某一方面特征的尺度，在具體的應用過程中，各個衡量指標之間 不能相互代替 。 （ 1） 要有采用系統(tǒng)方法得到的各個設計變量的分布特性和數(shù)據(jù)。 要進行可靠性設計，就必須采用統(tǒng)計的方法得出這些變量的分布規(guī)律和數(shù)據(jù)。 在設計新的機械系統(tǒng)之前，對現(xiàn)有或類似的機械系統(tǒng)進行質量調查或者用戶訪問，查找失效的原因。預計所設計的新的機械系統(tǒng)可能會發(fā)生哪些故障或產(chǎn)生哪些失效形式，掌握發(fā)生故障或失效的原因，從而在設計的過程中采取相應的措施。 ⒉ 提高零部件特別是關鍵零部件的設計可靠性