机械系统设计 ppt课件

（1）分析与确定系统的目的和要求 （2）模型化 （3）系统最优化 （4）系统评价
（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；
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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
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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
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（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
系统的使用环境、工况、操作和维修条件，机械系
统对起动、过载、调速及运行平稳性要求，应有良 好的经济性和可靠性。
（二）执行系统
执行系统包括机械的执行机构和构件，是利用机械
等分摊到该产品的成本。
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生产成本加利润、税金则为销售价格。
使用成本包括运行成本和维修成本。其中运行成 本包括动力消耗费、消耗性材料费、工资及工 资附加费等。
机械产品通常是生命周期较长的耐用消费品，其 使用费用常超出购置费用。
（二）提高设计和制造的经济性
经济性：降低产品生产成本、减少物资消耗、 缩短生产周期。
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3.提高维修的经济性
定期维修---按规定维修程序，更换易损件。 按需维修---故障诊断技术，需检测装置。
五、保证安全性 （一）机械系统执行预期功能的安全性
为避免机械系统意外原因造成故障或失效，需配置过 载保护、安全互锁等装置
（二）人-机-环境系统的安全性 劳动安全和环境保护
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动系统效率与传动结构形式，运动副性质，摩擦润滑
状况、工作条件等有关；执行系统效率与执行机构类
型、机构参数有关。
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24Leabharlann 2.合理确定经济寿命设计中单纯追求产品的长寿命是不恰当的。
三个寿命：
功能寿命---设备开始使用至主要功能丧失而报废所经 历的时间；
技术寿命----设备从开始使用至因技术落后而被淘汰所 经历的时间；
LCC----产品从计划、设计、制造、使用直至报废的 整个生命周期内所花费的总和
生命周期成本由生产成本和使用成本构成
生产成本由直接成本和间接成本两部分构成
直接成本----研究与设计、材料及采购、加工和装配等 与生产直接有关的成本；
间接成本----管理、销售和佣工、广告、租赁、公用事
业、保险、福利和奖励、研究和发展、专利、利息
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5.采用经济的技术条件
零部件设计中的技术要求，如精度等级及公差、表面
粗糙度、材料力学性能等，在保证质量和性能要求的 前提下，应尽可能降低技术要求；选用经济、合适的 材料及热处理要求，以降低生产成本。
（三）提高使用和维修的经济性
即考虑使用者的经济性
1.提高产品效率
机械设备的效率主要取决于传动和执行系统的效率，传
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第二节 机械系统设计的任务
机械设计的目的是提供优质高效，有市场竞争里的 产品。产品质量和经济效益取决于设计、制造和 管理综合水平，设计是关键。产品质量事故50% 由设计造成；产品成本60~70%取决于设计。
因此机械设计时特别强调和重视从系统观点出发。
一、系统观点
设计时，采用内部系统设计和外部系统设计相结合 的方法。
（5）失效前平均工作时间MTTF(Mean Time To Failures) 只发生故障后不能修复的产品从开始使 用直至失效的平均工作时间
（6）维修度M(t) 指在规定条件下使用的产品，在规
定时间内按规定的程序和方法维修，保持或恢复到
能完成规定功能状态的概PPT课率件
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（7）有效度A(t) 可修复产品在规定使用维修条件 下，在规定时间内，维持其功能处于正常状态的概 率。也称可用率。
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1.劳动安全 为保护操作人员的安全，应实施切实有效的警告和防
护
2.环境保护 “三废”治理、除尘、防爆、防毒、减噪隔振等。
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第三节 机械系统设计方法概述
一、机械系统设计过程 包括：计划、外部系统设计、内部系统设计、制造销
售四个环节 二、机械系统设计的特点 强调系统观点，内部设计与外部设计相结合 注重外部环境对内部设计的影响和作用 考虑内部系统对外部系统的作用和影响
假设设备原始价值为K0，每年低劣化数值按λ线性增长，则使
用到第T年的低劣化数值为λT，T年内平均低劣化数值为
2 T T 1
若T年后设备残值为T零，则年均总2费用y为
y T 1 K0
由dy/dT=0，可求得最小2 年均总T费用的相应使用时间，即经济 寿命Tr为
y T 1 K0
所谓“产品”是泛指单独进行研究和实验考核的对象， 可以是零件、部件、装置或是整机系统。
（一）衡量可靠性的指标
（1）可靠度R(t) 指产品在规定条件下和规定时间内完 成规定功能时不发生故障或失效的概率。
（2）失效概率F(t) 指产品在规定条件下和规定时间内
完成规定功能时发生故障或失效的概率。
F(t) 1 R(t)
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（四）操控系统
操作系统和控制系统用于协调动力、传动、 执行系统，保证准确完成整机功能的装置。
操作系统----通过人工实现上述要求的装置。 包括起动、离合、制动、变速、换向等
控制系统----通过经由人工操作或检测元件 获得的控制信号，经控制器使控制对象改 变其工作参数或运行状态的装置。
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经济寿命----设备从开始使用至继续使用其经济效益变 差所经历的时间。
通常设备的技术寿命、经济寿命大大短于功能寿命。 按成本最低的观点，设备更新的最佳时间应由其经 济寿命确定。
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经济寿命的计算方法：
最简单近似计算方法----设备低劣化法，设备由于使用、磨损， 其维修费、燃料动力费与停工损失费等逐渐增加，造成使 用成本逐年上升的现象。
前言
传统机械设计：解决运动学、动力学问 题
现代机械设计：解决设计机、电、光、 液一体化复杂技术系统问题
本课程从整机和整个系统的角度阐述机 械产品设计规律和特点。
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第一章 绪 论
第一节 机械与机械系统 一、系统的概念
所谓系统是指具有特定功能、相互之间具有 有机联系的许多要素构成的一个整体。 （1）系统由相互联系的要素构成 （2）系统与环境发生关系 系统的特性： （1）整体性----系统是由按一定要求的结构 组织起来的整体，具有各孤立要素不具备的 新质和功能。
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（2）相关性----系统要素之间、要素与整体之间、 系统与环境互相制约、互相影响，不可分割。
（3）目的性----系统完成特定的功能
（4）环境适应性----外部环境总是变化的，系统 对外部变化的环境和干须有良好的适应性扰
任何产品的设计都不是一次完成的，需根 据实践和新的研究加以改进。
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三.现代机械的功能要求
（1）运动：速度、加速度、转速、调速范围、行 程、运动轨迹及运动的精确性等；
（2）动力：传递的功率、转矩、力、压力等；
（3）可靠性和寿命：机械和零部件执行功能的可 靠性、零部件的耐磨性和使用寿命等；
（4）安全性：强度、刚度、热力学性能、摩擦学 特性、振动稳定性、系统工作的安全机操作人 员的安全等；
外观功能----对产品起美化、装饰作用的功能，起
到增强产品竞争力和吸引顾客的作用。
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产品价值：用于评价功能与成本的统一程度
VF C
式中：V----评价对象或产品的价值 F----评价对象或产品的功能 C----评价对象或产品的成本
提高产品价值的措施： （1）增加功能，成本不变；（2）功能不变，降低成本 （3）增加一些成本换取更多功能；（4）减少一些功能换取 成本降低；（5）增加功能，降低成本
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（3）失效率λ(t) 指产品工作到某一时刻后，在单位 时间内发生失效或故障的概率。也称故障率，常用 单位1%/(103h)或1%/(106h)
（4）平均无故障工作时间MTBF(Mean Time Between Failures) 指产品在使用寿命期内某段观 察期间累计工作时间与故障次数之比，用于衡量可 修复产品的可靠性指标
传统设计方法多偏重内部设计，且以改善零部件的 特性为重点
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实际上全部采用好的零部件未必能组成好的系统， 因此应在满足系统整体工作状态和性能最好的 前提下，确定各零部件的基本要求和协调统一。
要重视外部环境对机械系统的影响，如市场的要 求和企业的条件
另外也要重视机械系统对外部环境的影响。
内部系统设计和外部系统设计相结合是机械系统 设计的特点。
从设计角度提高经济性：
1.合理确定可靠性和安全系数
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2.贯彻标准化 标准化通常包括产品标准化、系列化、通用化。
机械工业的技术标准有三类：
（1）物品标准 又称产品标准化。机械设备、仪器仪表、 工装、包装容器、原材料等。
（2）方法标准 设计计算、工艺、测试、检验标准等 （3）基础标准 计量单位、优先系数、极限与配合、图
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三、系统分解 平面分解，分级分解或是两者兼有的分解 （1）分解数和层次应适宜 （2）避免过分复杂 的分界面 （3）保持能量流 （4）了解系统分解 与功能分解的关联 及不同
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四、系统分析
从系统整体出发，采用各种工具和方法对系统进行 定性和定量的分析过程。一般步骤：
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价值分析时，常利用（1-1）是进行定 量分析，将功能F表示成实现功能的最低 费用，成为功能评价值；取C为功能实现 成本，即实现该功能所花的实际成本。比 值V成为功能价值。
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按价格形式确定功能评价值：
F D (Ii BP )
式中：D----用户在现有条件下认可的价值，可通过 市场预测方法获得；
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二、合理确定系统功能
用户购买产品就是购买产品的功能。
按功能性质分：
基本功能---用户直接要求的功能，体现产品存在的 基本价值
辅助功能----为实现基本功能而附加在产品上的功 能，实现基本功能的手段。
按满足用户要求分：
使用功能----满足互用使用要求的功能，是体现产 品实际使用价值的功能，属必要功能；
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PPT课等件 的装置。
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（三）传动系统 把动力机的动力和运动传递给执行机械的中间装置。其功能有： （1）减速或增速，以适应执行系统工作的需要； （2）变速，满足执行系统多种速度的要求； （3）改变运动规律，
连续运动—间隙运动 旋转运动—直线运动 匀速运动—变速运动 （4）传递动力，供给执行系统完成任务所需的功率、转矩或力。
（二）提高机械系统可靠性的措施
最有效方法是进行可靠性设计，采取下述一些措施， 对提高机械系统可靠性有益：
1.分析失效，查找原因； 2.把可靠性设计到零件中去 3.提高维修性 4.简化结构，提高标准化程度
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四、提高经济性
（一）以生命周期成本LCC(Life Cycle Cost)为最低目 标
Ii----产品的预期利润和税金； BP----单位产品销售费用。 V=1，说明现实成本C与实现功能的最低费用F相等；
如V<1，说明现实成本C高于最低费用F
如V>1，应将最低费用F提高为显示成本C,使V=1
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三、提高可靠性
可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成 规定功能的能力。是衡量产品质量的一个重要指标。