《机械系统设计》电子教案

第一章绪论

重点：机械，机械系统的相关概念及学科中的位置。

难点：学习机械系统设计课程的重要性。

讲授提示与方法：回顾机械工程的发展历程，注重机械系统的整体性，提高学生对机械系统设计的认知程度。

1.1机械系统设计在机械工程科学中的地位及作用

一、机械工程科学

1.机械工程科学的定义：

机械工程科学是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论与技术的科学。

2.机械工程科学的组成：

P1图1.1

（1）机械学：机械设计过程（核心部分）；

（2）机械制造：机械制造过程（基础部分）。

3.机械学所包含的内容：

P3图1.5

二、机械、机械系统、系统

1.机械：关于机械的定义，目前尚无严格的定论，一般可归纳为：

（1）须由两个以上的零、部件组成；

（2）这些零、部件的运动部件，应按设计要求作确定的运动；

（3）将外来的能源转变为有用的机械功。

【举例】机械产品：汽车、拖拉机、机床、钟表……

2.系统：是指具有特定功能的、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都是

系统。

3.机械系统：由若干个零、部件及装置组成的，彼此间有机联系，并能完成特

定功能的系统，称之为机械系统。

4.系统应具有下述特性：

（1）目的性：完成特定的功能

（2）相关性与整体性：

1）相关性：各构成要素之间是相互联系的

2）整体性：评价一个系统的好与坏要看该系统的整体功能

（3）环境的适应性：系统对外部环境变化和干扰有良好适应性

三、机械系统的组成：

P4图1.6

1.动力系统：为系统提供能源（动力源）

2.执行系统：是系统的执行输出部分

3.传动系统：把运动和动力由动源传递给执行系统的中间环节

4.操纵、控制系统：使前三者协调动作和运行

5.支承系统：支承和联系各机件

6.润滑、冷却与密封系统：

四、机械系统的地位与作用

几乎任何产品都离不开机械系统，它涉及到社会的各领域。

1.2机械系统设计的任务、基本原则及要求

一、机械系统设计的任务及设计类型：

1.机械系统设计的任务：

是开发新的产品和改造老产品。

最终目的是为市场提供优质高效、价廉物美的机械产品，以取得较好的经济效益。

2.设计类型：

（1）全创新设计

（2）适应性设计

（3）变异性设计

二、机械系统设计的基本原则及要求

1.设计的基本原则和法规：

（1）需求原则

（2）信息原则

（3）系统原则

（4）优化、效益原则

2.设计要求：

（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

三、产品设计、产生过程

P10图1.12

产品策化产品设计产品生产产品销售产品运转产品报废回收

1.3机械系统设计方法及机械设计学发展简介

一、机械系统的设计方法

1.传统设计方法

静态的半理论半经验的设计方法

2.现代设计方法

是一种广义的设计和分析科学方法学的简称，其实质是科学方法论在设计中的应用。

（1）现代设计方法的特征

1）时域特征

2）哲理特征

3）质量特征

4）目标与手段特征

（2）现代设计方法的主要内容

信息方法、系统论方法、控制论方法、优化方法、对应论方法、智能论方法、寿命论方法、离散论方法、模糊论方法、突变论方法、艺术论方法等。

3.现代设计方法与传统设计方法的比较

二、机械设计发展简史

1.直觉设计阶段

2.经验类比设计阶段

3.传统设计阶段（定性设计阶段）

4.现代设计阶段（计算机辅助设计阶段）

P14图1.13

三、发展方向及前沿技术

1.计算机辅助设计

2.并行工程设计

3.虚拟设计

4.动态设计

5.快速设计

6.设计自动化技术

7.工业设计

[作业题与思考题]

1.什么是机械工程科学？它由那几个部分组成？

2.机械的基本特征有哪些？

3.什么叫机械系统？它有哪些主要组成部分？

4.什么是系统？它有哪些特征？

5.机械系统有哪些种设计类型？

6.机械系统设计有哪些基本设计原则和法规？

7.机械系统设计应满足哪些设计要求？

8.机械系统设计中传统设计方法与现代设计方法有哪些区别？

9.机械设计可以分为哪几个发展阶段？

第二章机械系统总体设计

重点：功能原理设计的基本概念，主要设计参数及其确定方法。

难点：各主要设计参数的特点及所适用场合。

讲授提示与方法：强调总体设计在机电产品开发应用中的重要性，强化机械系统的设计方法和步骤；充分利用多媒体课件，多以实例说明解释各概念和各项设计参数。

总体设计是产品设计的关键，对产品的技术性能，经济指标，外观造型等具有决定性意义。

内容包括：功能原理设计、总体布局、主要技术参数、技术经济分析。

2.1机械系统的功能原理设计

一、功能的定义及其分类

1.功能：

是系统必须实现的任务，或者说是系统具有转化能量、运动或其它物理量的特性。或称：指输入、输出量之间的因果关系。

2.功能的分类：

基本功能

必要功能

功能附加功能

非必要功能

二、功能原理设计及其特点

1.功能原理设计：

是针对所设计产品的主要功能提出一些原理性的构思。

【例2.1】剪草机

P17图2.1

【例2.2】平板玻璃制造

P17图2.2

2.功能原理方案设计的任务：

针对某一确定的功能要求，去寻求一些物理效应并借助某些作用原理来求得一些实现该目标的解法原理。

3.主要工作内容：

构思能实现功能目标的新的解法原理。尽可能多地提出创新构思。比较后择优。

4.工作步骤：

P18图2.3

分析综合评价决策

5.功能原理设计具有如下特点：

（1）功能原理设计是用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。