机械系统设计

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第1章 引论
本章要点:机械系统设计的基本概 念、特点、类型、原则、过程和方法。 引例 自行车→摩托车→汽车→月 球表面自动车的演变与创新。
1.1 机械系统的概念
1.1.1 系统的概念 ⒈ 系统的定义 • 系统(system):具有特定功能的、相互间 具有有机联系的许多要素构成的一个整体 • 要素(element):又称单元,或元素。是系 统的组成部分,是分析研究对象的具体单元 • 系统功能:系统对外部环境联系的效能和有 利的作用。
②引进型设计:这里主要包括从国外和国内引进 适用的专利技术、技术诀窍、购置其产品图样和关 键设备及其他信息、资料,在这基础上进行仿制性 翻版,即从标准化及适合企业工艺方面进行局部的 设计修改。这里主要是消化、吸收并在此基础上创 新。除了解决产品设计的转换外,更要集中解决关 键制造技术和测试技术及其装备问题,借鉴先进的 产品和成熟的技术有助于缩小与先进水平的差距。
⑪、新型设计:又称开发性设计。 新型产品设计按设计任务的来源分为: ①自主开发设计:是企业或个人,根据市场的需要,或根 ①自主开发设计
据突发的创造灵感和对未来应用价值的预测,在原理方案未知 ②订货开发设计:这是根据用户订货要求所进行的开发设 ②订货开发设计 的前提下,所作出的创造性的、全新概念的设计。其成果通常 计。它常常是满足用户个别需要的专用非标设备。设计部门必
生确实好的设计。二者结合,可以使设计尽量做到 周密、合理、以获得总体最优化;可以使设计、少 走弯路,避免不必要的返工和浪费,以尽可能少的 投资获取尽可能大的效益。其技术、经济、社会效 果、往往随系统复杂程度的增加而越趋明显。
⑬.必须搞清外部环境对该机械的作用和影响
市场对该机械的要求包括:功能、价格、销售 量、尺寸、质量、工期、外观等 约束条件包括:资金、材料、设备、技术、人 员培训、信息、使用环境、后勤供应、检修、售 后服务、基础和地基、法律与政策等 ⑭.不能忽略机械系统对外部环境的作用和影响 包括该产品运行中对环境、操作人员及周围 其他人员的影响,该产品投入市场后对市场形势、 竞争对手的影响,如竞争对手及潜在竞争对手的 反映,该市场竞争格局的变化等
系统结构:系统内部各要素相互联系的方式和作 用秩序。 系统结构具有层次性。系统可以根据需要划 分若干子系统,子系统还可以继续划分直至系统 要素。系统通过边界与周围环境或其他系统相分 离,并通过输入量和输出量与外界相联系。 子系统:组成系统的每个要素,或组成大系统的 每个小系统。 内部系统:研究对象本身构成的系统。例:机械 产品。 外部系统:与研究对象有关的事物构成的系统。 全系统:将内部系统与外部系统合并一起。
用尚不熟悉的新技术要作充分的可行性论证,而且不宜太多。 的发展性设计。在结构设计或造型设计方面有创新, 用户通常采用招标方式寻求制造商,能否中标则取决于投标方 可获得实用新型专利或外观设计专利。可细分为适应 的综合实力。
性设计和变异性设计。
①适应性设计:在功能原理和总体方案不变的 前提下,改变产品的个别功能元或零部件结构。一 般是在产品基本型的基础上,根据顾客特定的使用 工况、作业要求和环境等情况所作的局部变动,以 适应顾客的特殊要求的设计。 例:在普通自行车基础上,更换传动系统,并 改变部分结构后开发的变速赛车。 ②变异性设计:在功能、原理、方案不变的情 况下,只改变部分零部件技术性能、布置方式、能 力大小和结构尺寸等,基本上不牵动系统功能结构 的设计。 例:发动机作四缸、六缸、直列、V型等改型设计
1.2 机械系统设计的内涵——简讲
1.2.1关于设计的描述:
⑪.设计是“一种针对目标的问题求解活动”,是 “创造前所未有的、新颖而有益的东西的过程”。
⑫. 是“一种构思与计划、规定和创造将来的过程”
⑬. 是“完成委托人的要求、目标,获得使设计师 与用户均能满意结果的过程” ⑭. 是“通过分析、创造与综合,构建能实现某些 特定功能的系统的活动”
1.2.4 机械系统设计的类型
按有无样机可供参考的技术特点,分为四类
⑪、新型设计:又称开发性设计。 ★ 在国内外尚无类似产品情况下(设计原理、设计方 案全都未知),根据产品总功能和设计限制,进行 的全新设计 ★ 科研成果转化为现实的工业产品的设计 ★ 主要功能、工作原理、功能载体的结构这三者中至 少有一项是首创 ★ 可获得发明专利 ★ 产品具有不完善性 这类设计的产品具有新原理、新技术、新材料等 特征,与老产品相比无疑会有显著的改善和提高,而 且会有旺盛的市场需求
例:图1-9是汽车组成示意图
发动机是动力系统
从发动机到四个车 轮之间的各种齿轮、离 合器、变速机构等是传 动系统; 四个车轮则是执行系统 (也是行走系统) 底盘是汽车的支承系统;而方向盘、操纵杆和加速、停车 踏板则是操纵系统;另外,还有电路系统、供油系统、制动系 统、冷却系统、润滑系统。
现代汽车还装有防滑控制系统,由防抱死制动系统ABS (Anti-Lock Brake System) 和驱动力控制系统TCS (Traction Control System)组成。
3. 技术系统的输入和输出
技术系统的任务是把输入量转换为输出 量。一个技术系统就是一个转换装置。 输入量和输出量表现为三种相互联系的 形式。见图1-2
4. 机械系统的组成要素
机械:机构和机器的总称。 机构:机器中的运动单元体。由构件组成。 构件可以是刚性件、柔性件、弹性件、 液体、气体或电磁体等元件。 机器:能产生确定的机械运动、完成有用的 工作过程的组合体。由机构组成。 生产线:由多种机器组合、完成比较复杂的 工作过程的整体。
例:将自行车作为一个系统来分析,各零件就 是系统要素,要素间通过一定的联接关系构成 部件,各部件按串联、并联或反馈关系组成系 统,见图1-6。
1.1.3 机械系统的组成 (图1-8)
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。
按能量转换性质的不同,动力机可分为: 一次动力机:把自然界的能源(一次能源) 转变为机械能的机械,如内燃机、汽轮机、 燃气轮机等。 二次动力机:把二次能源(如电能、液能、 气能)转变成机械能的机械,如电动机、液 压马达、气压马达等。 由于经济上的原因,动力机输出的运动 通常为转动,而且转速较高。
2. 执行系统
执行系统:包括机械的执行机构和执行 构件,是利用机械能改变作业对象的性质、 状态、形状或位置,或对作业对象进行检测、 度量等,以进行生产或达到其他预定要求的 装置。 执行系统通常处在机械系统的末端,直接 与作业对象接触,其输出是机械系统的主要 输出,其功能是机械系统的主要功能。因此, 执行系统也被称为机械系统的工作机。
强调从系统 ◆内部系统设计与外部系统设计相结合 的观点出发 ◆重视内部系统设计
◆重视二者的联系
⑪.机械系统设计特别强调系统的观点 考虑整个系统,而不是只关心各组成部 分的工作状态和性能,追求局部最好; 以满足系统整体工作状态和性能优化为 前提下,确定各零部件的基本要求及它们之 间的协调和统一。
⑪.机械系统设计特别强调系统的观点 ⑫.采用内部设计与外部设计相结合的方法 外部设计:从全系统出发决定对内部系统的要求 内部设计: 一般先外部设计,后内部设计,才能产
1.2.2 设计工作的特点 设计的本质在于决策、问题求解和创新。是一种 有自由空间又有限制和约束,可以模仿、测绘,但不
能照搬、更强调创新的过程。
设计工作具有:科学性、创新性、约束性、模糊性、
探索性、多解性、相对性、社会性、
实践性和多变性等特点。
多解性:
例:汽车 车窗的开
启机构的
六种方案
1.2.3 机械系统设计的特点
⑭选型设计:属于组合性设计,有相关产 品可供选用,原理、结构和零部件技术性能和 尺寸参数均不变。例如,液压系统的设计;发 电设备的配套性设计等。
1.3 机械系统设计的原则
1.3.1 机械系统设计的目的与任务
机械系统设计的目的:为市场提供优质高效、
价廉物美的产品,在市场竞争中取得优势、赢得用
例:人-机-环境。(操作者+机器+运行空间)图
1-1a,内部系统与外部系统之间相互作用和影 响。图1-1b,1-1c,外部系统的输出=内部系
统的输入;内部系统的输出=外部系统的输入
2.系统的特性
(1)整体性 ①要素服从整体功能。②要素联系 不能分割。 (2)相关性 要素之间是相关的,形成特定的结 构关系,包括入与出关系、层次联系、排 列组合形式等。 (3)目的性 实现特定的功能是系统存在的目的。 (4)环境适应性 环境是变化的,系统是动态的, 以使系统功能的不变。
从技术系统的角度来看:
机械:以能量流和能量变换为主的技术系统。 例:电机、汽轮机、机床。 仪器:以信息流和信息变换为主的技术系统。 例:测量仪、打印机、照相机。 器械:以物料流和物料变换为主的技术系统。 例:锅炉、换热器、过滤器、分离器。 机械系统:是指机构、机器、或生产线等许多 能够分解的有形产品。
可列入发明之列,并取得专利。开展这项工作同样会有一个计 ⑫变型设计:又称系列化设计。有同类产品可供参考, 须承担一定的风险,所以必须进行慎重的论证,主要技术应在 划,但不像合同与订单那样在时间与交货期方面存在严格的制 原理和结构完全已知。原理不变,为适应用户某些新 自己熟悉的业务领域内,大多数技术和所用零、部件都应是成 约,这对充分展开创造思维是非常有利和必要的。 熟的,设计与制造周期、交货时间都应与自身力量适应。对使 的要求,或克服产品市场调查所反映的缺点,所进行
3. 传动系统
传动系统:把动力机的动力和运动传递给 执行系统的中间装置。 传动系统有下列主要功能:
(1)减速或增速 把动力机的速度降低或 增高,适应执行系统工作的需要。 (2)变速 实现有级变速或无级变速,满 足执行系统多种速度的要求。
(3)改变运动规律或形式 改变动力机的均 匀连续转动,满足执行系统的运动要求。 (4)传递动力 供给执行系统完成预定任务 所需的功率、转矩或力。 传动系统还应能适应动力机的机械特性, 尽量简单。 如果动力机的工作性能完全符合执行系统 工作的要求,传动系统也可省略。
5. 支承系统
它是用于安装和支承动力系统、传动系统、执 行系统、操纵系统和控制系统等,是机械系统中必 不可少的部分。它包括基础件(如床身、底座、立 柱等)和支承件(如支架、箱体等),又统称为机 架。机械系统主要依靠支承系统来保证承载能力、 各部件之间的相对位置精度、运动部件(如工作台、 刀架等)的运动精度。不同的机械系统对支承系统 的性能(如刚度、支承面之间的相对位置精度等) 有不同的要求。 根据机械系统的功能要求,还可有润滑、冷却、 计数、行走、转向、安全等系统。
⑮. 是“根据一定的目的、要求预先制定方案、绘
制图样的活动”
⑯.是“将指定的任务转化为满足该任务要求的 技术系统(或技术过程)的过程” ⑰.设计是一种为特定目标给出一个尽可能好的 解决方法所进行的有步骤的工作过程。好的解决方法则
是指可靠的、经济可行的、能满足其它限制条件的解决方法。
wk.baidu.com
⑱.可以简单的理解为就是“设想与计算”
4. 操纵系统和控制系统
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,二者的主要区别是:
操纵系统:通过人工操作以实现上述要求的装置, 通常包括起动、离合、制动、变速、换向等装置; 控制系统:通过人工操作或测量元件获得的控制信 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。
⑬仿型设计:有同类产品可供参考,原理 和结构完全或部分已知。原理、结构和性能一 般不变,只作工艺性变化,以适应本企业的生 产特点和技术装备要求。它包括测绘型设计和 引进型设计。 ①测绘型设计:采用反求设计方法,对已 有的产品进行测绘仿制设计、改进设计或创新 设计。这种设计常常会因知识产权问题而引起 纠纷。因此,在测绘前必须搞清知识产权问题, 特别是专利权的保护范围及保护期限。对于无 专利权保护的产品,测绘仿制仍不失为一种试 制周期短、见效快、效益高的方法
相关文档
最新文档