哈工大 机械系统设计 第二章 机械系统总体设计
哈工大机电液装备课程总结
佟志忠佟志忠最后一课总结与感想机电液系统装备设计机械电子工程专业模块课程佟志忠Email: tongzhizhong@ 地 点: 科学园2F 栋408室哈尔滨工业大学佟志忠课 程 内 容◆第1章概述◆第2章总体设计◆第3章机构与机械系统设计◆第4章动力系统设计◆第5章驱动与传动系统设计◆第6章控制系统设计◆第7章系统集成与测试技术◆第8章典型装备设计示例佟志忠课程目的1.清晰认识、深入理解基本的物理概念；2.掌握机电液系统设计的一般方法；3.注重发掘系统的内在耦合关系，即是总体；4.善于分解指标，形成集成与测试路线，这适用于 装备设计，也是共性所在；5.融合所学知识，建立小的知识体系；6.课程仍未脱离传统设计，需要发展；7.不是一门专业课，而是一门能为其他专业或方向 提供借鉴思想和方法的课程；机械系统Mechanics 机电系统机电液系统机电液系统装备是指将过程相融合，构建由适宜要素组成的、匹配的整体微电子机械液压电气控制佟志忠&设计要求的重要性设计要求既是设计、制造、试验、鉴定、验收的依据，同时又是用户衡量的尺度。
所以，在设计前，必须对所设计产品提出详细、明确的设计要求。
要求我们在设计前必须对所进行的设计要求有一个清晰明确的认识必要时要与用户进行沟通，详细了解用户对产品的性能、产品的使用环境、维护/保养条件、产品的安装位置等。
(1)功能要求 (2)适应性要求(3)可靠性要求 (4)生产能力要求 (5)使用经济性要求 (6)成本要求等。
基于人机工程学的设计思想：1）以机器为中心； 2）以人为中心注意：以机器为中心通常是设计者考虑问题的出发点——如何以最佳的原理及结构实现系统的功能。
以人为中心通常是用户或使用者/操作者考虑问题的出发点——如何以最舒适、最人性化的方式使用机器。
佟志忠第2章总体设计¾总体设计概述：思想、必要性¾总体设计技术路线：任务、原则、步骤、原理¾功能原理设计的方法：黑箱法(功能结构、功能分解、功能元)¾总体设计需求分析与指标分解：理解需求和指标，学会方案设计。
机械系统设计_总体设计(一)
固定足蹬 转变动力 传递力矩 单向传递力矩 减少摩擦
传递力矩
连接各部件、构成车体 控制方向 代 连接前轮 步 承载乘员 、 减低速度 载 承载货物 货来自固定车轮与轴配合
承受拉力 支撑车胎 保持气压 承受压力、摩擦 减少摩擦
承重、转动
二、功能原理设计及特点
功能原理设计:针对所设计产品的主要功能提出一 些原理性的构思，亦即针对产品的主要功能进行原 理性设计。
②“放大、缩小”功能元——是指各种能量、信号 向量（如力、速度）、物理量的放大和缩小及物 料性质的缩放（如压敏材料电阻随外压的变化 等）；
功能元是能直接从技术效应（如物理效应、化学效 应等）及逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小 单位。
机械设计中常用的基本功能元有物理功能元、数学 功能元和逻辑功能元。
（1）物理功能元
物理功能元反映系统中能量流、物料流及信息流的 基本物理动作。
①“变换”功能元——包括各种类型能量之间的转 变、运动形式的转变、材料性质的转变、物态的 转变及信号种类的转换等；
“黑箱法”是指只知道输入量和输出量而不知道其 内部结构的表述设计任务的一种模式。
“黑箱法”---暂时摒弃那些附加功能和非必要
功能，突出必要功能和基本功能，并将这些功能 用较为抽象的形式（如输入量和输出量）加以表 达。突出设计中的主要矛盾，抓住问题的本质。
输入
待设计的技术系统 输出 （黑箱）
自行车系统
思路要广阔，呈发散状。
功能原理设计
特点：
①由一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使所 设计系统的工作原理发生根本变化。
②功能原理设计中往往要引入某种新技术、新材料、 新工艺……，但首先要求设计人员有一种新想法、 新构思。
哈工大机电学院本科生综合课程设计2：最后附两张cad大图,一份完整的装配图
目录第一章总体方案设计 (2)1.1任务设计书及指标 (2)1.1.1设计任务书 (2)1.1.2主要技术指标 (2)1.2总体方案确定 (2)1.2.1方案确定思想 (2)1.2.2方案对比分子与确定 (3)第二章机械系统设计 (3)2.1竖直坐标工作台外形尺寸及重量估计 (5)2.2竖直导轨参数确定 (7)2.3滚珠丝杠计算和选择 (7)2.3.1 滚珠丝杠强度计算 (8)2.3.2 滚珠丝杠传动效率计算 (8)2.4伺服电机的计算与选取 (8)2.4.1 等效转动惯量的计算 (11)2.4.2 伺服电机等效负载转矩的计算 (11)2.4.3 伺服电机的选型 (12)2.5 联轴器的选用 (13)参考文献 (13)第一章 总体方案设计1.1任务设计书及指标1.1.1设计任务书题目：两维工作台（步进电机+滚珠丝杠+Y 向可加减速器方案）结构设计任务：本项目要求的两维工作台为竖直平面内的X-Y 工作台，其中Y 向为竖直，X 向为水平，电动工作方式。
1.1.2主要技术指标1）工作台台面尺寸：X 向200mm ，Y 向200mm ，台面要求沿均匀布置同心圆上分布圆间隔30mm 的M6螺孔（螺孔深度不小于15mm ），中心须有20mm 定心圆孔。
2）工作台承载：载荷重量50Kg 。
3）行程要求：X 向500mm ，Y 向1000mm 。
4）位置定位精度：X 向0.1mm ，Y 向0.05mm 。
5）最大运动精度：X 向0.1m/s ，Y 向0.2m/s 。
1.2总体方案确定根据设计任务书的要求确定总体方案。
1.2.1方案确定思想两坐标数控工作台台体设计主要分为机械系统部件和台体上的测控部件。
机械系统部件又分为导轨组成，传动组成，减速装置等；测控部件又分为伺服电机，检测及反馈元件等等。
1) 工作台型号为HXY-2020； 2) 行程要求X=200mm ，Y=200mm ；3) 工作台面尺寸为C ×B ×H=270×250×18； 4) 底座外形尺寸为C ×B ×H=1000×25×840； 5) 工作台最大长度为1000mm ； 6) 工作台负载重量为N=500N ；7) 工作台最快移动速度max max 0.2/;x y v v m s ==8)X,Y方向的定位精度为0.05mm；9)工作台负载小，运动灵敏度高，低速；10)定位精度高；11)考虑到结构稳定，安全，建议基座和滑台采用铸造工艺。
第二章机械系统的总体设计[1]
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•2.4.2 总体方案求解
•例1：单缸洗衣机的总体方案设计
•1) 功能分解
•总功能出发，分析实现“洗涤衣物”功能的手 段
•2) 功能求解
•实现各种功能的技术手段或方法，列举功能形态
•3) 列形态学矩阵并进行方案综合
分功能
功能解
A 盛装衣物
铝桶
塑料桶 玻璃钢桶 陶瓷桶
B 分离赃物 机械摩擦 电磁振荡 热胀 超声波
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第二章机械系统的总体设计[1]
•第二步：总功能分解——功能树
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第二章机械系统的总体设计[1]
•第三步：建立功能结构图
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第二章机械系统的总体设计[1]
•第四步：寻找原理解法——形态学矩阵
序
分功能
号
技术物理解方案序号
1
2
3
4
A
推压
齿条
钢丝绳
油缸
B
铲斗
正铲斗
•合理而先进
•要求适度， 实事求是
•与国内外同类产 品产品功能、技术 性能、经济指标都 有先进性
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2. 产品设计要求
(1) 产品功能要求 • (2) 适应性要求 • (3) 性能要求 • (4) 生产能力要求 • (5) 制造工艺要求 •(6) 可靠性要求 •(7) 使用寿命要求 • (8) 人机工程要求 •(9) 安全性要求
•技术文件3：方案评审报告
•技术文件4：总体设计报告 •技术文件5：总体布置图
•方案评审 •总体布置设计
•不行
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第二章机械系统的总体设计[1]
哈工大机械原理全部课程
平面运动副
规格严格 功夫到家
移动副
转动副
三、运动链与机 构
开式运动链
闭式运动链
规格严格 功夫到家
机构
四、机构运动简图 的绘制 为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的
外形和具体构造，而只用简单的线条和符号代表构件和运 动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传 动情况。这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图
构件独立运动的数目称为自由度
对构件运动的限制作用称为约束
y
y
x
x
规格严格 功夫z 到家
z
(2)机构自由度 机构独立运动的数目称为机构的自由度 什么是独立运动?
规格严格 功夫到家
什么是机构的独立运动? 规格严格 功夫到家
什么是机构的自由度? 机构的自由度=机构的独立运动数目 平面机构独立运动的数目为:所有活动构件的自由度的
安装 铣刀
工作台
锯床
并联机床原型机
数控剪板机
数控压弯机
主旋翼
尾 旋 翼
美国西科斯基公司生产的 “黑鹰”直升机
“神舟五号”发射时的情景。发射塔、 运载火箭都是庞大的机器。
索杰纳火星车
它是美国国家航空航 天局于格林威治时间 1997年7月4日17时07 分发射的火星探路者 号宇宙飞船成功地在 火星表面着陆，该飞 船携带了索杰纳火星 车，这也是一种机器。
机械原理
全套课件
哈尔滨 2020年9月
机械原理
第一章 绪论
规格严格 功夫到家
哈尔滨工业大学
§1-1 机械原理课程的研究对象与内容
研究对象：
机器 机 械
机构
机械是机器与机构的总称。 什么是机器呢？ 什么是机构呢？
第2章 制造系统及其自动化 ,机械工程 哈工大
信息流程图 资金流程图 物料流程图 思维型 字句型 描述型
机电学院机械制造及自动化系
2.5.1 机械制造自动化系统模型
（3）模型的重要性
例1 勾 股 定 理 与 模 型 勾三股四弦五 数学模型：x2+y2=z2 力的合成与分解 工业机器人动力学与运 动学分析 ……
机电学院机械制造及自动化系
2.5.1 机械制造自动化系统模型
∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨
机电学院机械制造及自动化系
2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真
试验 序号
１１
投硬币 结 果
正 反 正 反 正 正 正 正 反 正
指示 正确
∨
指 示 不正确
掷骰子 结 果
停止
机电学院机械制造及自动化系
2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真
试验 序号
１
投硬币 结 果
正 正 反 正 正 反 正 正 反 反
指示 正确
∨ ∨
指 示 不正确
掷骰子 结 果
４ ４
消灭敌人火炮数
０ １ ∨ ∨ ∨ ２
4. 模 拟 结 果
２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０
∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ３ ６ １ ２
一个周期存储费: q(t) = C2•T•Q/2 = C2•r•T2/2 一个周期的费用: C’ = C1+q(t) = C1+ C2•r•T2/2 每天费用: C(T) = C’/T = C1/T+C2•r•T/2
求解：dC/dT=0
T 2C1 / rC2 Q 2C1r / C2 C(T ) 2rC1C2
机电学院机械制造及自动化系
2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真
哈尔滨理工大学《机械系统设计》课程设计-分级变速主传动系统设计
一、《机械系统设计》课程设计任务书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：Nmin=35.5r/min；Nmax=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；/p-314741032410.html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；/p-975357092788.html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；/p-908280258068.html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。
哈工大机械原理课件
I
5
IV
2
II
4
V
1
III
3
移 动 副
V
1
IV
2
螺 旋 副
V
1
２、根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副 。
球面高副
柱面高副
运动副元素以面接触的运动副称为低副 。
球面低副
移动副
转动副
３、根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类
空间运动副
球销副
螺旋副
只是为了表明机构的运动状态或各构件的 相互关系，也可以不按比例来绘制运动简图， 通常把这样的简图称为机构示意图。
常用机构构件、运动副代表符号
绘制机构运动简图的步骤
1. 在绘制机构运动简图时，首先确定机构的原动件 和执行件，两者之间为传动部份，由此确定出组成机 构的所有构件，然后确定构件间运动副的类型。 2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一 般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要 时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面 ，然后展开到同一平面上。总之，绘制机构运动简图要以 正确、简单、清晰为原则。 3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动 副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并 将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可 绘制出机构的运动简图。
30米/分
500
二、创新
◆自然科学领域的最高成就是发现
◆应用技术领域的最高成就是发明
发明：
◆基础理论知识
◆应用技术知识 ◆实践经验
◆强烈的创新意识 ◆勤奋的工作
两用折叠椅
外环
双曲面滚柱加载器
2机械系统设计_总体设计(一).
机械系统总体设计
机械系统总体设计的内容：
1.机械系统功能原理设计; 2.总体布局（各子系统如动力系统、传动系统、 执行系统、操纵和控制系统等之间的相互关系）; 3. 主要技术参数（如尺寸参数、运动参数和动力 参数等）的确定; 4.技术经济分析等。
机械系统总体设计
§2.1 机械系统的功能原理设计 §2.2 结构总体设计
通过形态学矩阵虽然可以得到许多方案，但不是 所有的方案都具有实际意义，也不是所有的功能元 解都能互相匹配和适应。因此，应首先根据不相容 性和设计边界条件的限制删去不可行方案和明显不 理想的方案，选择较好的几个方案，然后通过综合 评价的方法进行比较、优化，最后求得最佳方案。
方法：
相容性矩阵 选择表
4.功能原理设计的步骤
2.形态学矩阵的要点
⑴尽可能多列分功能解法。对复杂机械，先建立各分功能
的形态学矩阵，分别考虑局部方案，再综合为总体方案。
⑵相容性。分功能解法之间必须相容，否则不能组合。审核
其物理学原理上的相容性和动力性能的匹配性。
⑶舍弃明显不合理的解法。检验其技术的可行性、经济性、
运动性能和尺寸的适宜性等方面。不满足设计要求和约束条 件的应舍弃，例：成本偏高、效率低、污染严重、不安全、 加工困难。
输入
驱动 控制
支架 变速 转向 制动
车轮 转 动
输出
输入
待设计的技术系统 输出 （黑箱）
黑箱法
把技术系统看成一个黑箱，其输入和输出用信息流 S、能量流E和物料流M来描述；输出用相应的S′、 E′、M′来描述。
通过“黑箱”与 输入、输出量及周 围环境的信息联系， 了解系统（产品） 的功能、特性，进 一步探索出系统的 机理和结构，逐步 使“黑箱”透亮，
第2章机械系统总体设计
24
2.1.2 功能原理设计及其特点
剪草机功能原理设计
25
2.1.2 功能原理设计及其特点
玻璃制作的功能原理设计
1）垂直引上法（传统方法），此法是把半流体的玻璃从熔 池中不断向上引，开始时通过轧辊控制厚度，然后边向上引边凝 固。这样加工出来的玻璃表面总是有波纹，且厚度不匀。 2）浮法制造平面玻璃的新工艺，让液态玻璃飘浮在低熔点 金属的液面上，边向前流动边凝固。用此方法生产出来的玻璃克 服了厚薄不均且有波纹的缺点。
例如，联接两个轴的离合器，其联接方式可以是牙嵌式的、齿形式 的、摩擦锥式的、单片或多片摩擦片式、超越离合器式和电磁离合 器式等。又如对摩擦式的联接，其压力产生又可以是机械式的、液 压式的和电动式的3．联想类推法 该法是通过启发、类比、联想、综合等创造出新的想法来 解决问题。主要有以下几种方法
11
创新设计方法的应用（补充内容）
仿生机器鱼
游 动 方 向 波 动 方 向
推 进 部 分
推 进 部 分
推 进 部 分
12
创新设计方法的应用（补充内容）
4．系统搜索法（2种） 对于技术系统，可以根据其组成或影响性能的全部参数，系统 地依次分析搜索，以探求更多的解决问题途径。这种方法称为系统 搜索法。 如果产品是功能和动作都要求复杂的机械系统，还有两种具 体指导设计人员进行创新设计的方法。 (1)机构系统搜寻法 针对设计要求，首先系统地找出各种可能的 机构，然后进行评价择优。（并联机构）
机械系统设计 第二章 机械系统总体设计
本章学习重点
功能原理设计 机械系统总体设计 结构总体设计
功能原理设计的方法：黑箱法 ( 功能结构、功能分解、功能元) 结构总体设计的任务、原则、步骤、基本原理
哈工大《机械系统设计》课后习题解答
哈工大机械系统设计课后习题解答第一章1.机械工程科学研究的内容包括几大分学科？各学科之间相互关系又怎样？机械工程科学研究的内容包括机械学和机械制造学两大分学科。
机械学：对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基础技术科学。
机械制造学：研究机械制造系统及过程手段的科学。
设计和制造是两个不可分割的统一体，设计为核心，制造为基础，二者缺一不可。
反之可出现:用先进的设计技术设计出”质量很差的先进产品,或用先进的制造技术生产出”落后的高质量产品”，因此两者不能偏废.2.什么是系统？系统有和特性？具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体。
系统具有以下特性：目的性：完成特定功能是系统存在的目的，人类不论设计和种产品，都要求此产品必须达到预期的特定功能。
相关性与整体性：相关性即系统是由两个或两个以上要素构成，而每个要素之间都是有机地并以特定的关系联系在一起，当一个要素改变时就会影响与此相关的其他要素；整体性即一个系统整体功能的实现，并不是某个要素单独作用的结果。
环境的适应性：任何一个系统都存在与一定的环境之中，为使系统运行良好并完成特定功能，必须使其对外部环境的各种变化和干扰有良好的适应性。
3.什么是机械系统？机械系统有几大部分组成？机械系统在产品中的地位与作用？机械系统由若干个机器与机构及其附属装置组成的；由质量、刚度和阻尼各元素所组成的系统。
从系统所能完成的功能来分，机械系统由动力系统、执行系统、传动系统、操纵控制系统、支承系统和润滑、冷却密封系统组成。
机械系统无处不在，但在设计时，可根据所设计的产品功能来决定子程序的取舍。
机械系统是基础，只要掌握了它并结合不同产业的特点，就可以设计出不同行业的设备。
4在设计机械系统时，为什么特别强调和重视从系统的观点出发？机械设计的最终目的是为市场提供优质高效、价廉物美的机械产品，在市场竞争中取得优势，赢得用户，取得良好的经济效益。
哈工大《机械系统设计》课程小论文
哈工大《机械系统设计》课程小论文－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－机械系统设计小论文班级：学号：姓名：从构件到系统的上升在大二下学期与大三的上学期我们分别学习了《机械原理》、《机械设计》，在大三的下学期里，我们又学习了今天的这门课程《机械系统设计》。
在学习的过程中，在老师的讲解下，我逐渐地又接触到了越来越多的原来的《机械原理》，以及《机械设计》的知识，以及我们在大三小学期里的做得机械设计的课程设计也对我们对于这门课程的理解和学习产生了良好的促进作用。
现在我对于这样的三门课程的联系与区别有了一些理解。
我认为《机械原理》、《机械设计》主要是介绍了各种各样的机械机构，以及在各种各样的机械机构的连接与传动的过程中产生的磨损，从而产生的对于各种各样的机械机构的机械效率的讨论以及如何才能够增加系统的机械效率。
当然还有对于各种机构的设计时依据何种标准，用哪些公式以及其中的道理。
如圆柱齿轮的传动设计，再如我们做的“蜗轮蜗杆减速器”的课程设计。
然而现在我们学的这一科目《机械系统设计》更家强调的是整个系统，整个系统应该实现的功能，哪些是必要功能，哪些是非必要功能。
设计系统的时候应该遵循哪些原则。
整个系统由哪几大子系统组成，以及各个系统是如何进行在系统的高度上进行选择机构，如何进行装配。
在这其中，我们所学的《机械设计》的知识自然而然的融入到系统设计之中，我们所学的齿轮、轴承以及各种各样的连杆机构成为我们在系统的高度上分析和设计机构的基础知识。
下面将从课程的研究对象与内容、学习目的与作用、学习的特点与学习方法等方面具体地说明系统设计与机械原理设计的联系与区别。
首先，在研究对象和内容方面，《机械原理》的研究对象和内容：机械原理是研究机械运动学和动力学分析和设计基本理论的技术基础。
机械是机器和机构的总秤，在日常的生活中和工程中见到的缝纫机、洗衣机、复印机等等都被称之为机器。
各种机器的构造、用途、还有性能虽然各不相同，但是他们的组成、运动和功能方面来看：机器是一种人为实物组合的具有确定的机械运动的装置，用来完成有用功、转换能量和处理信息，以代替或是减轻人类的劳动。
哈工大机械系统设计第二章
•选择表示例：
哈工大机械系统设计第二章
哈工大机械系统设计第二章
Hale Waihona Puke 功能原理设计举例•例：瓶盖整列装置的原理方案设计 •设计要求：把一堆不规则放置的瓶盖整列成口朝上 的位置逐个输出。尺寸如图，瓶盖质量m=10g，整 列速度100个/min，能量为220V交流，高气压 0.6MPa，其余要求参见下表
•步骤： •一.明确任务要求 •二.功能分析
哈工大机械系统设计第二章
功能原理方案设计步骤
l 分析阶段:设计任务—求总功能(黑箱法)—总功能分解 (逐级分解)—
l 综合阶段:寻求子功能解(创造性方法,目录法,调查分析 法)---原理解综合(形态学矩阵法)---
l 评价和决策阶段: 评价与决策(各种评价方法)---最佳原理 方案
l 功能原理设计特点: l 1.是一种新的物理效应替代旧的,工作原理变化 l 2.引入新材料,新工艺,新技术等,设计人员有新想法 l 3.使系统发生质的变化
哈工大机械系统设计第二章
哈工大机械系统设计第二章
哈工大机械系统设计第二章
四种可行方案：
哈工大机械系统设计第二章
六.系统原理方案综合
哈工大机械系统设计第二章
•例2.5 设计露天矿开采挖掘机的原理方案
•步骤： •1.用黑想法寻找总功能的转换关系 •2.总功能分解 •3.建立功能结构图 •4.寻找原理解法和原理解组合
l 构思出更新、更好的功能原理方案来。
哈工大机械系统设计第二章
四.功能元,功能结构 l 1.功能元:由于一个系统可以分解成一些子系统，所以，
一个系统的总功能也能分解为一些分功能；如果有些 分功能还太复杂，则还可以进一步分解到更低层次的 分功能，直到分解到最后不能再分解的基本功能单位 为止，这个基本功能单位就叫功能元。 l 机械设计中常用的基本功能元有: l 物理功能元、数学功能元和逻辑功能元。
02机械优化设计第二章(哈工大—孙靖民)
海赛矩阵的正定性：
G(x) 正定----- x为全局极小值点的充分条件 G(x ) 负定----- x为全局极大值点的充分条件
21
2024年8月30日10时36分
6 3 1 例3 判定矩阵 G 3 2 0 是否正定？
1 0 4
f (x1, x2 ) f (x10, x20 )
f
' x1
(
x10
,
x20
)x1
f
' x2
(
x10
,
x20
)x2
1 2
f
'' x12
(
x10
,
x20
)x12
2
f
'' x1x2
(
x10
,
x20
)x1x2
f
'' x22
(
x10
,
x20
)x22
1 2
f
'' x12
(
x10
,
x20
)x12
解：因为 则
f X
x1
2x1 2x2
f X
x3
f X
x2
2x3 2x2
2x2
2 x1
2 x3
3
f X 2x1 2x2, 2x2 2x1 2x3 3, 2x3 2x2 T
又因为：
故Hesse阵为：
2 f x12
2,
2 f x22
2,
2 f 2, x1x2 2 f 2, x2x3
2 f 0 x1x3
6x1 4x2
机械设计哈工大第1-3章
课程地位：工程图学、力学、金属工艺学、机械工程材料学、热处理、互换性与测量、机械原理是其先修课程。 是机械类、近机类专业主干课程，具有承前启后的作用。
本课程的性质、地位和任务
课程性质：设计性课程 技术基础课
学习机械设计课的主要任务： 培养学生： 初步树立正确的设计思想。 掌握设计或选用通用机械零部件的基本知识、理论和方法。 具有计算、绘图、查阅与运用技术资料的能力。 掌握本课程实验知识，获得实验技能。 了解机械设计的新发展，培养创新设计能力。
6
机械的组成
机械的组成
机械的组成
机械的组成
机械的组成
机械的组成
机械的组成
01
原动机----
02
发动机（汽油机或柴油机）
03
传动部分----
04
离合器、变速箱、传动轴和差速器
05
执行部分-----
06
车轮、悬挂系统及底盘
07
控制系统----
08
转向盘和转向系统、排档杆 刹车及其踏板、离合器踏板及油门
2.3.6 材料的供应情况 在满足使用要求的前提下，尽可能选用库存材料，或当地材料、国产材料。
机械零件的结构工艺性
零件的结构应与生产条件、批量大小及尺寸大小相适应
大批生产及有大型 设备时：宜采用模锻毛坯； 形状复杂、尺寸大时：宜采用铸造毛坯。
单件生产或小批生产时：宜采用焊接毛坯或自由锻毛坯。
机械部件：
专用零件：气轮机的叶片；内燃机曲轴 通用零件：齿轮；螺栓
机械零件：
是机械制造过程中不可分拆的最小单元
1
1.1.2 机械设计课的研究对象：
简单机械的设计 典型零部件的设计
2
机械设计课的重点内容：
机电系统设计
8
9
四、引进技术系统并确定系统边界 引进技术系统就是根据技术过程的要求确定机械系统的 具体任务，并把这些任务分配给各个子系统。采用几个技术 系统来实现这些效应，人在其中参与的程度如何，将取决于 机械化和自动化程度的要求，同时也涉及系统边界的划分。 由于各设计对象的目标要求不同以及设计人员的着眼点不同， 技术系统的数量和边界的划分往往会有很大差别。 五、确定功能结构 功能是系统的属性，它表明系统的效能及可能实现的能 量、物料、信息的传递和转换。 由于系统的总功能一般很多，为便于分析和研究，需进 行功能分解。总功能分解到什么程度，取决于在哪个层次上 能找到相应的技术物理效应和结构来实现其功能要求。对于 复杂的技术系统往往要将其总功能分解为若干级分功能，甚 至要分解到不能再分的基本单位——功能元。
2
方案设计是整体设计的关键，是从质的方面保证设计 水平的重要步骤。方案设计时，一般先从系统的功能出发， 通过分析机械工作过程的工艺原理，确定人在技术过程中 的参与程度，确定技术过程中各作业的顺序，并经过优化 筛选，找出实现预定设计目标的最佳原理方案。概括的说， 这一过程要解决的主要问题是把复杂的设计要求通过功能 关系的分解抽象为简单的模式，以找出能满足设计对象主 要功能关系的原理方案。下面我就把机械系统方案设计的 大体步骤简单叙述如下。
15
表 2－1 挖掘机的形态学矩阵
解法
分功能
1
2
3
4
5
6
A(动力源) 电动机 汽油机 柴油机 蒸气透平 液动机 气动马达
B(移位传 齿轮传动 蜗轮传动 带传动
动)
液力耦合 链传动
器
C(移位)
轨道及车 轮
轮胎
履带
气垫
D(取物传 动)
《机械系统设计》课程课程设计的步骤与方法
一、《机械系统设计》课程设计任务书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。