机械系统设计原理(讲课用)
机械系统设计 ppt课件
（5）体积和重量：尺寸、重量、功率质量比等；
（6）经济性：设计和制造的经济型、使用和维修 的经济性等；
PPT课件
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（7）环境保护：噪声、振动、防尘、防毒、“三废”
的排放和治理、周围人员和设备的安全保护；
（8）产品造型：外观、色彩、装饰、形体及比例、人 -机-环境的协调等；
（9）其它：一些特殊机械的的特殊要求。
形符号、名词术语等。
我国标准分国家标准、专业标准、企业标准三级。根据 标准性质又分强制标准和推荐性标准。
国际标准化组织ISO 国际电工委员会IEC
PPT课件
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3.采用新技术
设计是要善于学习和掌握使用各种新工
艺、新结构、新材料，提高产品的性能和经 济性。
4.改善零部件结构工艺性
零件结构工艺性包括锻造、铸造、冲压、焊 接、热处理、切削、装配等工艺性，良好的 工艺性时间少加工工时、提高生产率、缩短 生产周期、降低材料消耗和制造成本的前提， 也是实现设计目标、减少差错、提高产品质 量的基本保证
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二、 机械系统的组成
机械系统的定义： 由若干机构、部件、零件组成的系统
机械系统----内部系统 人和环境----外部系统 机械系统的组成： 动力系统、传动系统、执行系统、操控系统
PPT课件
4
（一）动力系统
机械系统的动力源
一次动力----把自然界的能源转变为机械能的机械， 如内燃机、汽轮机、燃气轮机等。
二次动力----把二次能源（电能、液能、气能）转变
为机械能的机械，如电动机、液压马达、气动马达 等。
选择动力机应考虑能源条件、执行机械特性，机械
机械系统的总体设计培训课件(1)
形态学矩阵：在形态学中，将各子系统的目标（功能）及基本 可能实现的办法（可以是物理(wùlǐ)效应、作用原理或功能载体） 列入一个矩阵形式的表中，这个表就称为～，也称模幅箱图。
第二十三页，共86页。
2.总体方案求解(qiú jiě)
（1）求解(qiú jiě)原则
① 相 容 性 鉴 别
功能结构中的能量流、物料流及信息流能否不
在分析或设计一个现代(xiàndài)机械系统时，首先应该从主功能着手。
例2：洗衣机的设计
采用搓洗
采用振洗
波轮式的洗衣机 振动式的洗衣机
第十四页，共86页。
例3：螺纹(luówén)加工机的总体原理方案分析
第十五页，共86页。
3.功能(gōngnéng)分解与功能 (gōngnéng)树
一般情况下，机械系统都比较复杂， 此时满足总功能的系统方案如何确定？
统 的
动力功能－能量传递与变换功能（能量流）
总 功
控制功能－信息传递与控制功能（信息流）
能
结构功能
主功能－直接实现系统目的，表明了系统的主要特征和功能； 动力功能－为系统提供必要的能量； 控制功能－包括信息检测、处理和控制，是使系统正常运行， 达到精确、可靠、节能、协调所必需的； 结构功能－系统各要素组合起来，进行空间配置、形成一个统 一的整体(zhěngtǐ)，并保证系统工作中的强度和刚度。
第七页，共86页。
（2）产品设计要求 对整机而言，通用的主要要求如下：
产品功能要求；（V=F/C） 适应性要求；（产品的适应范围） 性能要求；（产品的技术特征） 生产能力要求；（产品的重要技术指标） 制造工艺要求； 可靠性要求； 使用寿命要求； 人机工程要求； 安全性要求
（3）设计任务书的格式
机械课程设计原理
机械课程设计原理一、教学目标本节课的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握机械设计的基本原理和方法，了解机械设计的重要性。
技能目标要求学生能够运用所学知识进行简单的机械设计，提高学生的实际操作能力。
情感态度价值观目标要求学生培养对机械设计的兴趣，增强学生的创新意识和团队协作精神。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括机械设计的基本原理、设计方法和步骤。
首先，介绍机械设计的基本原理，如力学、材料学、热力学等基础知识。
其次，讲解机械设计的方法，如画图、计算、模拟等。
最后，阐述机械设计的步骤，如需求分析、方案设计、详细设计、制造和测试等。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课采用多种教学方法。
首先，运用讲授法，为学生系统地传授机械设计的基本原理和方法。
其次，采用讨论法，引导学生针对实际案例进行讨论，提高学生的思维能力和解决问题的能力。
此外，利用案例分析法，分析机械设计的成功案例和失败案例，让学生从中汲取经验教训。
最后，进行实验法，让学生亲自动手进行机械设计实验，增强学生的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，本节课准备了一系列教学资源。
教材方面，选用我国公认的优秀教材《机械设计基础》作为主要教材。
参考书方面，推荐学生阅读《机械设计手册》等权威著作。
多媒体资料方面，收集了相关的教学视频、动画和图片，帮助学生更直观地理解机械设计的原理和方法。
实验设备方面，准备了各种机械设计实验器材，让学生在实验过程中更好地掌握所学知识。
五、教学评估本节课的教学评估方式包括平时表现、作业和考试三个部分。
平时表现主要评估学生在课堂上的参与程度、提问回答和团队协作等情况，占总评的30%。
作业包括课堂练习和课后作业，主要评估学生对知识的掌握和运用能力，占总评的20%。
考试分为期中和期末考试，主要评估学生对机械设计原理和方法的全面理解，占总评的50%。
机械系统设计_PPT课件
第三节 导向机构
在机电一体化机械系统中，导向支撑部件 的作用是支撑和限制运动部件能按给定的 运动要求和运动方向运动，这样的部件通 常称为导轨副，简称导轨。
一、导轨的组成、分类及特点
导轨主要由两部分组成：在工作时一部分固 定不动，称为支承导轨；另一部分相对支承 导轨作直线或回转运动，称为动导轨。
六、滚珠丝杠副传动机构
滚珠丝杠是一种新型螺旋传动机构， 具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中 间传动元件——滚珠。主要用来将旋 转运动变换为直线运动或将直线运动 变换为旋转运动
❖ 滚珠丝杠副的结构类型可从螺纹滚道的界 面形状、滚珠的循环方式和消除轴向间隙 的调整方法进行区别
单圆弧型和双圆弧型
R (a)
β
ee
R
rbቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(b)
内循环和外循环
内循环方式的滚珠在循环过程 中始终与丝杠表面保持接触内 循环方式的优点是滚珠循环的 回路短，流畅性好，效率高螺 母的尺寸也较小。缺点是反向 器加工困难，装配调整也不方 便
➢ 外循环
滚珠在循环返 回时，离开丝 杠螺纹滚道， 在螺母或体外 作循环运动
螺旋槽式的特点是工艺简单、径向尺寸 小、易于制造，但是挡珠器刚性差，易 磨损
提高传动精度的结构措施
提高传动精度的结构措施有： (1)适当提高零部件本身的精度； (2)合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度 的影响 〔3)采用消隙机构．以减少或消除空程。 合理设计传动链方法 (1)合理选择传动型式 (2)合理确定级数和分配各级传动比 (3)合理布置传动链
第二节 机械传动装置
机械系统设计原理(讲课用)
第三节 机械系统的组成
1．动力系统 包括动力机及其配套装置，是机械系统工作的动力源 2．传动系统 是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置 3．执行系统 包括机械的执行机构和执行构件，它是利用机械能来改 变作业对象的性质、状态、形状或位置，达到预定要求。 4．操纵系统和控制系统 都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调运 行，并准确可靠地完成整机功能的装置。二者区别是：操纵 系统一般是指通过人工操作来实现；控制系统是经获得的控 制信号，经由控制器，使控制对象改变其工作参数或运行状 态而实现上述要求的装置，如伺服机构、自动控制装置等。
二、执行系统的功能原理设计 1. 功能原理的选择与构思 产品的功能 产品的用途、性能、使用价值等，根据人们生产或生活 需要提出。 确定功能指标的考虑因素 先进性 可行性 经济性 功能原理设计的重要性 决定产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构型 式、制造成本等。
功能原理设计的多方案性
工作原理不同，运动方案也不同
各级传动比的分配 控制系统的方案设计
润滑系统设计 冷却系统设计 其它辅助系统的设计 故障检测系统设计 安全保障系统设计 照明系统设计
第三节
机械执行系统运动方案设计
重要性 执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械 系统预期工作任务。 机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核 心，是整个机械设计工作的基础。 机械执行系统的组成 由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输 出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求， 决定了整个执行系统的结构方案。
小型甘蔗收获机
第二节 机械系统的特性
1. 整体性
机械系统是由若干个子系统构成的统—体。虽然各子系 统具有各自不同的性能，但它们在结合时必须服从整体 功能的要求，相互间须协调和适应。 系统是不能分割的，即不能把一个系统分割成相互独立 的子系统，因为机械系统的整体性反映在于系统之间的 有机联系上 系统是可以分解的，但分解系统与分割系统是完全不同 的。为了研究的方便，可以根据需要把一个系统分解成 若干个子系统，
《机械系统设计》课程设计指导
tongsheji一、《机械系统设计》课程设计指导书1.1 课程设计的目的《机械系统设计》课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。
通过课程设计，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。
通过课程设计，分析比较机械系统中的某些典型机构，进行选择和改进；结合结构设计，进行设计计算并编写技术文件；完成系统主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。
通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。
通过设计，使学生获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。
1.2 课程设计的内容《机械系统设计》课程设计内容由理论分析与设计计算、图样技术设计和技术文件编制三部分组成。
1.2.1 理论分析与设计计算：（1）机械系统的方案设计。
设计方案的分析，最佳功能原理方案的确定。
（2）根据总体设计参数，进行传动系统运动设计和计算。
（3）根据设计方案和零部件选择情况，进行有关动力计算和校核。
1.2.2 图样技术设计：（1）选择系统中的主要机件。
（2）工程技术图样的设计与绘制。
1.2.3编制技术文件：（1）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。
（2）编制设计计算说明书。
1.3 课程设计题目、主要技术参数和技术要求1.3.1课程设计题目和主要技术参数（机床传动系统设计）题目01：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=53r/min；N max=600r/min；Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min题目02：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=45r/min；N max=710r/min；Z=9级；公比为1.41；电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min 题目03：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=63r/min；N max=500r/min；Z=7级；公比为1.41；电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min 题目04：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=45r/min；N max=500r/min；Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min 题目05：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=40r/min；N max=630r/min；Z=9级；公比为1.41；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min 题目06：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=50r/min；N max=400r/min；Z=7级；公比为1.41；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min 题目07：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=63r/min；N max=710r/min；Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min 题目08：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=50r/min；N max=800r/min；Z=9级；公比为1.41；电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min 题目09：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=75r/min；N max=600r/min；Z=7级；公比为1.41；电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min 题目10：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=40r/min；N max=450r/min；Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min 题目11：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=35.5r/min；N max=560r/min；Z=9级；公比为1.41；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min 题目12：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=40r/min；N max=315r/min；Z=7级；公比为1.41；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min 题目13：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=71r/min；N max=710r/min；Z=6级；公比为1.58；电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min 题目14：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=40r/min；N max=400r/min；Z=6级；公比为1.58；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min 题目15：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=63r/min；N max=630r/min；Z=6级；公比为1.58；电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min 题目16：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=45r/min；N max=450r/min；Z=6级；公比为1.58；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min 题目17：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=80r/min；N max=450r/min；Z=4级；公比为1.78；电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min 题目18：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=63r/min；N max=355r/min；Z=4级；公比为1.78；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min 题目19：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=50r/min；N max=280r/min；Z=4级；公比为1.78；电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min 题目20：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=40r/min；N max=224r/min；Z=4级；公比为1.78；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min 题目21：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=80r/min；N max=1000r/min；Z=12级；公比为1.26；电动机功率P=2.5/3.5kW；电机转速n=710/1420r/min 题目22：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=71r/min；N max=900r/min；Z=12级；公比为1.26；电动机功率P=3.5/5kW；电机转速n=710/1420r/min 题目23：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=90r/min；N max=900r/min；Z=11级；公比为1.26；电动机功率P=2.5/3.5kW；电机转速n=710/1420r/min 题目24：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=75r/min；N max=750r/min；Z=11级；公比为1.26；电动机功率P=3.5/5kW；电机转速n=710/1420r/min 题目25：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=95r/min；N max=800r/min；Z=10级；公比为1.26；电动机功率P=3.5/5kW；电机转速n=710/1420r/min 题目26：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=80r/min；N max=630r/min；Z=10级；公比为1.26；电动机功率P=2.5/3.5kW；电机转速n=710/1420r/min 题目27：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=40r/min；N max=900r/min；Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=2.5/3.5kW；电机转速n=710/1420r/min 题目28：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=45r/min；N max=1000r/min；Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=3.5/5kW；电机转速n=710/1420r/min 题目29：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=35.5r/min；N max=800r/min；Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=3kW；电机转速n=710/1420r/min题目30：分级变速主传动系统设计技术参数：N min=50r/min；N max=1120r/min；Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=4kW；电机转速n=710/1420r/min题目31：无级变速主传动系统设计技术参数：N min=120r/min；N max=2400r/min；n j=300r/min；电动机功率：P max=3.0kW；n max=3000r/min；n r=1500r/min；题目32：无级变速主传动系统设计技术参数：N min=35r/min；N max=4000r/min；n j=145r/min；电动机功率：P max=3kW；n max=4500r/min；n r=1500r/min；题目33：无级变速主传动系统设计技术参数：N min=100r/min；N max=2000r/min；n j=250r/min；电动机功率P max=3.0kW；n max=3000r/min；n r=1500r/min；题目34：无级变速主传动系统设计技术参数：N min=75r/min；N max=4000r/min；n j=250r/min；电动机功率P max=2.8kW；n max=3000r/min；n r=1500r/min；题目35：无级变速主传动系统设计技术参数：N min=67r/min；N max=3500r/min；n j=220r/min；电动机功率P max=2.2kW；n max=3000r/min；n r=1500r/min；题目36：无级变速主传动系统设计技术参数：N min=86r/min；N max=3000r/min；n j=250r/min；电动机功率P max=3kW；n max=3000r/min；n r=1300r/min；题目37：无级变速主传动系统设计技术参数：N min=78r/min；N max=2700r/min；n j=225r/min；电动机功率P max=2.8kW；n max=3000r/min；n r=1300r/min；题目38：无级变速主传动系统设计技术参数：N min=86r/min；N max=3000r/min；n j=250r/min；电动机功率P max=2.2kW；n max=3000r/min；n r=1300r/min；题目39：无级变速主传动系统设计技术参数：N min=110r/min；N max=2200r/min；n j=275r/min；电动机功率P max=3 kW；n max=2000r/min；n r=1000r/min；题目40：无级变速主传动系统设计技术参数：N min=46r/min；N max=2400r/min；n j=150r/min；电动机功率P max=2.8 kW；n max=2000r/min；n r=1000r/min；1.3.2技术要求：（1）利用电动机完成换向和制动。
02第二章 机械系统设计PPT课件
机电一体化
6
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算
x o
轴Ⅲ 轴Ⅱ 轴Ⅰ
mCK G4
G2
J2 T2 K2 G3
JK 11
T1 xi G1
J3 T3 K3
机电一体化
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第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算
1、转动惯量的折算
将轴I、II、III上的转动惯量和工作台的质量都折
三、基本物理量的折算
3、刚度系数的折算 1）轴向刚度系数的折算 2）扭转刚度系数的折算
mCK
T3
K
机电一体化
12
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算
4、系统的数学模型 将基本物理量折算到某一部件后，即可按单一部件 对系统进行建模。在本例中，设输入量为轴I的转 角xi，输出量为工作台的线位移xo，则可以得到数 控机床进给系统的数学模型:
一、机械移动系统 机械平移系统的基本元件是质量、阻尼和弹簧。
建立机械平移系统数学模型的基本原理是牛顿第二 定律。
组合机床动力滑台铣平面为例说明平移系统的 建模方法。机电一体化 Nhomakorabea3
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
一、机械移动系统
设动力滑台的质量为m，液压缸的刚度为k，粘性阻
尼系数为c，外力为f（t）。由牛顿第二定律知，系统的
机电一体化
9
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算 2、粘性阻尼系数的折算
当只考虑阻尼力时，根据工作台和丝杠之间动 力关系有
2.1机械系统的功能原理设计知识课件
由总功能—分功能—功能结构图，
被称为“功能分析”，也可称为
“系统分析”。
2020/9/23
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硬币机功能结构分析
2020/9/23
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硬币机“功能结构”图
三、功能树和功能结构图
3. 基本功能结构 各分功能（或功能元）组合时有三种基本形式
（a）串联：各分功能按顺序相继作用； （b）并联：各分功能并列作用； （c）回路：各分功能组成环状循环回路，体现反馈作用。
2.4.1 机械的分类与功能组成 2.4.2 机械的功能分析 2.4.3 典型机械功能分析实例：家用缝纫机
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2.4.1 机械的分类与功能组成
一、机械的定义 二、机械的分类 三、从不同角度看机械的组成 四、从功能观点看机械的组成
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一、机械的定义
由两个或两个以上相互联系配合的构件所组成 的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运 动，能将某种原动力和运动转变，在人或其它 智能体的控制下，以执行人们预期的工作，实 现为之设计的某种或某几种功能。
（3）变型性设计
在功能原理和结构都保持不变的情况下，变动部分
零部件的技术性能和结构尺寸参数，扩大规格或补
齐系列，以满足更大范围功能参数需要的设计。又
称变参数设计。
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3
2.2 机械设计的一般过程
设计就是创造，是从创意、构思到实 现的过程。
认目 识标 需界 求定
问
分
题
析
求
选
解
优
评 价
（3）移植法
（4）筛选法
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2.3.3 方案构思的常用方法
机械系统设计ppt课件
3. 液压马达
液压马达是把液压能转变为机械能的动力装置，常用的有 齿轮式、叶片式和柱塞式。主要优点是可获得很大的动力或转 矩, 通过改变油量来进行无级调速,能快速响应,操作控制简单, 易实现复杂工艺过程的动作要求。缺点是要求有高压油的供给 系统,液压系统的制造装配要求高,否则易影响效率和运动精度。
（5）锥齿轮传动机构宜布置在高速级。大直径、大模数的锥 齿轮加工较困难，应尽量安排在高速级，并限制传动比的大小， 以减小锥齿轮的直径和模数。
（6）开式齿轮传动机构宜布置在低速级。开式齿轮传动机构工 作环境较差，不利于润滑，磨损严重。
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3. 传动比的分配
传动系统各级传动比分配得是否合理，关系到传动系统的 外廓尺寸是否紧凑，零件之间是否会干涉以及安装是否方便等。 每一级传动比应在各类传动机构的合理范围内选取，当齿轮传 动链的传动比比较大时，通常应采用多级齿轮传动。
各种传动的传动比常用值
平带传动 i =24，最大5
③ 利用电动
电 机和电气 气 装置实现 传 的传动。 动
21
2、按传动比和输出速度的变化情况分
定传动比
齿轮传动、带传动、链传动、
恒定 蜗杆传动、螺旋传动，
不调速的电力、液压及气压传动
有级变速
变
传 动
无级变速
比
周期性变速
恒定 带塔轮的带传动,滑移齿轮变速箱
可调 电力、液压传动中的有级调速传动
机械无级变速器，磁粉离合器
6
机械系统方案设计的设计思想
机械系统机械系统的方案设计除了需要丰富的实 践经验和扎实的理论知识，更需要科学的设计思想和 方法，需要设计者具有现代设计的观念、系统工程的 观念和工程设计的观念。其主要思想如下：
机械原理机械系统运动方案设计ppt课件
(二)总体方案设计的内容 1. 执行系统的方案设计 主要有功能原理设计、动作及运动设计、执行机构的型式设
计、执行系统的协调设计和执行系统的方案评价与决策。 2. 原动机类型的选择和传动系统的方案设计 包括传动类型和传动路线的选择，传动链中机构顺序的安排和
各级传动比的分配。 3. 控制系统的方案设计 4. 其它辅助系统的设计 包括润滑系统、冷却系统、故障检测系统、安全保障系统和照
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(二) 现代设计方法的产生 由 于 电 子 计 算 机 日 渐 广 泛 的 应 用 ， 设 计 方 法 学 (Design methodology)和创造方法学(Creation methodology)的迅速发展以及 科学技术的进步，使机械产品的设计工作发生了质的变化，出现了一 系 列 新 兴 学 科 分 支 ， 主 要 有 设 计 方 法 学 、 优 化 设 计 (Optimal design)、价值工程(Value engineering)、计算机辅助设计(CAD)、可 靠性设计(Reliability design)、工业艺术造型设计(Visual design)、模 块化设计(Modular design)、反求工程(Inverse engineering)、有限元 法(Finite element method)、机械动态设计(Dynamic design)等等。还 有其它新的设计方法，如相似性设计(Similarity design)、系统化设计 (Systematization design)、并行设计(Concurrent design)、人机工程 学 (Man-machine engineering ， ergonomics) 、 模 态 设 计 (Modal design)等等。现代设计在设计指导思想、设计对象、设计方法和设计 手段上都有着显著特点和先进性。 机械创新设计(Creative design)是现代机械设计的核心，机械系 统运动方案设计的每一个环节，都包含有创新设计的内容，都离不开 创造性思维。
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一、机械执行系统运动方案设计的主要内容和过程
根据需要制定机械的总功能，拟 定实现总功能的工作原理和技术 手段，确定机械所要实现的工艺 动作 通过对工作原理所提出的工 艺动作进行分解，决定采用 何种运动规律来实现工作原 理 决定选择何 种机构实现 给定的运动 规律
功能原理设计 运动和动力分析 方案评价与决策
第五节 机械系统设计的关键内容
4. 构思功能载体的组合 将各功能载体按系统总功能要求加以组合，可以得到多 个工作原理方案，供设计者选择决策。 5. 方案的评价与决策 针对不同的机械，确定评价指标体系和评价方法，对多 个方案进行综合评价和决策。
第二章 机械系统设计原理
第一节 机械系统设计的一般程序和方法
二、执行系统的功能原理设计 1. 功能原理的选择与构思 产品的功能 产品的用途、性能、使用价值等，根据人们生产或生活 需要提出。 确定功能指标的考虑因素 先进性 可行性 经济性 功能原理设计的重要性 决定产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构型 式、制造成本等。
功能原理设计的多方案性
工作原理不同，运动方案也不同
小型甘蔗收获机
第二节 机械系统的特性
1. 整体性
机械系统是由若干个子系统构成的统—体。虽然各子系 统具有各自不同的性能，但它们在结合时必须服从整体 功能的要求，相互间须协调和适应。 系统是不能分割的，即不能把一个系统分割成相互独立 的子系统，因为机械系统的整体性反映在于系统之间的 有机联系上 系统是可以分解的，但分解系统与分割系统是完全不同 的。为了研究的方便，可以根据需要把一个系统分解成 若干个子系统，
每分钟转数 rpm 每分钟转位次数、转角大小、运动系数
直线运动
每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变 化系数 每分钟行程数、大小、行程 往复直线运动 速度变化系数 停歇往复直线运动 每循环停歇次数、位置、时 间、行程大小和工作速度
停歇单向直线运动 曲线运动 复合运动 沿固定曲线运动 沿可变曲线运动
由两个以上单一运动合成
运动规律设计 执行机构型式设计
执行机构型式设计 执行系统协调设计
对方案进行定性 评价和定量评价 并从中选出最佳 设计方案
检验执行系 统是否满足 运动要求和 动力性能方 面的要求
确定各执行机 构的运动尺寸， 绘制出各执行 机构的运动简 图
根据工艺过程对各动 作的要求，分析各执 行机构应当如何协调 配合，设计出机械运 动循环图
第二节 机械系统的特性
3. 层次性
系统可以分解为一系列子系统，并存在一定的层次结构。 在系统层次结构中表述了在不同层次子系统之间的从属关 系或相互作用关系。 层次本身就是系统构成的部分，每个层次反映了系统某种 功能的实现方式
第二节 机械系统的特性
4. 目的性
系统的价值体现在其功能上，完成特定的功能是系统存 在的目的。因此，系统的功能就是系统的目的，它主要 取决于要素、结构、环境。 为了实现系统的目的，系统必须具有控制、调节和管理 的功能。这些功能使系统进入与它的目的相适应的状 态，实现要求的功能并排除或减少有害的干扰。
各级传动比的分配 控制系统的方案设计
润滑系统设计 冷却系统设计 其它辅助系统的设计 故障检测系统设计 安全保障系统设计 照明系统设计
第三节
机械执行系统运动方案设计
重要性 执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械 系统预期工作任务。 机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核 心，是整个机械设计工作的基础。 机械执行系统的组成 由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输 出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求， 决定了整个执行系统的结构方案。
自动化设计
阶 段
零件工作图
步
骤
方
法
主要指导 理论
施 工 设 计
外观件加工工艺、 面饰工艺规程 效果图、检验标准 造型工艺文件
部件装配图 技术ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件
各种制造、装 各种工艺学 配、造型、装 饰、检验等方 法
试 制
修 改
批 量 生 产
计算机辅助制 造
批量生产 技术服务 用户访问
第二节、机械系统方案设计的目的和内容
第五节 机械系统设计的关键内容
原理方案设计是机械系统设计的关键内容。在原理方案 设计过程中应解决下列问题： 1. 确定系统的总功能 对设计任务抽象化，通过抽象化确定系统的总功能。 优点：设计者容易认清系统设计目标，开阔设计思路。 2. 进行总功能的分解 将总功能分解为若干分功能，是实现功能工作原理方案 的最好办法。 3. 选择分功能的功能载体 分功能的功能载体的选择，是原理方案设计的一个关键 步骤。建立起完整的功能载体目录是机械系统设计的重 要手段
第三节 机械系统的组成
1．动力系统 包括动力机及其配套装置，是机械系统工作的动力源 2．传动系统 是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置 3．执行系统 包括机械的执行机构和执行构件，它是利用机械能来改 变作业对象的性质、状态、形状或位置，达到预定要求。 4．操纵系统和控制系统 都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调运 行，并准确可靠地完成整机功能的装置。二者区别是：操纵 系统一般是指通过人工操作来实现；控制系统是经获得的控 制信号，经由控制器，使控制对象改变其工作参数或运行状 态而实现上述要求的装置，如伺服机构、自动控制装置等。
系统工程学 形态学 创造学 思维心理学 决策论 模糊数学
总功能分析
功能分解
系统化设计法 创造技法 评价决策方法
原 理 方 案 设 计
功能元求解 功能载体组合
功能原理方案(多个)
原理试验 评价决策 最优原理方案 原理参数表、方案原理图
阶 段
步
骤
方
法
主要指导理论
价值工程学 最优化方法、工程 遗传算法 可靠性理论与实验 人机工程学 工业美学 模块化设计、 相似理论 有限元法、动态设 计、摩擦学设计、 高等机构学 机械设计的工艺基 础 控制理论、智能工 程、人工神经元计 算方法、专家系统
明确任务 黑箱法 总功能 功能树 功能元 创造技法 功能元解
形态学矩阵 功能原理方案
评价法 最佳功能原理方案
1. 黑箱法
黑箱法是将实现给定功能的机械系统看作为一个未知内 部功能结构和功能载体的“黑箱”，通过对它的输入输出量 的全面分析，逐步掌握输入输出的基本特征和转换关系，寻 求能实现这种基本特性和转换关系的工作原理和功能载体的 求解过程。 黑想法要求设计者不要先从机械产品具体结构出发考虑 设计方案，而因从系统的功能出发构思机械产品的可行方 案。 物料 能量 物料’
按摩轮
r
B
光、机、电、流体等知识的综合运 用举例
图示分析天平，要求 精度达到0.01g，但靠目力 读指针的微小偏角已不可 能。
K向 光源
刀口
玛瑙 支撑
指针
活动游标
增加了一级光学放 大镜，将读数放大。
活动游标
读数窗
透镜
2. 功能分析与功能求解
功能分析法(Function analysis)，将机械产品的总功能 (Total function)分解成若干功能元(Function element)，求解 功能元，将其组合，得到满足总功能要求的多种解决方案供 评价选择。
机械系统设计 原理
第一章 机械系统概论
第一节 机械系统的概念
机械系统定义： 由若干机械装置组成的一个特定系统，称 为机械系统。 机械系统的目的：是产生确定运动、传递和变换机械能， 完成特定的工作。 机械系统的基本要素：机械零件和构件是组成，它们为完 成一定的功能相互联系而分别组成了各个子系统。 如图1-1所示小型甘蔗收割机都是由若干装置、部件和零 件组成的机械系统。它们是一个由确定的质量、刚度和阻尼 的物体组成并能完成特定功能的系统。
目的 产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显 著，在很大程度上取决于总体方案设计的构思和方案拟定时 的设计思想。
系统功能原理设计
内容
运动规律设计 执行机构型式设计
执行系统的方案设计
执行系统协调设计 机构尺度设计 运动和动力分析 执行系统方案评价与决策
传动类型选择 传动路线选择 原动机类型的选择和 传动系统的方案设计 传动链中机构 顺序的安排
三、执行系统的运动规律设计 1. 工艺动作分解和运动方案选择 运动规律设计通常是对工艺方法和工艺动作进行分析， 把其分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，所 形成的运动方案也不同。
立式钻床工艺动作分解
刀具作复合运动
刀具与工作台分别运动
连续转动 回转运动 执 行 构 件 运 动 形 式 间歇转动 往复摆动
每次进给量的大小
四、执行机构的型式设计
1. 设计原则 满足执行构件的工艺动作和运动要求 尽量简化和缩短运动链 尽量减小机构尺寸 选择合适的运动副形式 考虑动力源的形式 使执行系统具有良好的传力和动力特性 使机械具有调节某些运动参数的能力 保证机械的安全运转
第四节 机械系统设计类型
机械系统设计有以下三类不同的设计： (1) 开发性设计 在工作原理、结构等完全未知的情况下， 应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计 以往没有过的新型机械。 (2) 适应性设计 在原理方案基本保持不变的前提下，对产 品作局部的变更或设计一个新部件，使机械产品在质和量方 面更朗满足使用要求。 (3) 变型设计 在工作原理和功能结构都不变的情况下，变 更现有产品的结构配置和尺寸，使之适应于更多的容量要 求。 在机械产品设计中，开发性设计十分重要。“创新”可 以使开发性设计、适应性设计和变型设计别具一格，从而提 高产品的工作性能。
总体设计 结构设计 造型设计 造型价值分析 外观方案 试验模型 评价决策 最优造型方案
价值设计 优化设计 可靠性设计 宜人性设计 产品造型设 计 系列化设计 机械性能设 计 工艺性设计