机械设计学总复习
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• • • • • • • • 1.引面线造环功能 2.钩面线扩环，使底面线交织的功能 3.供给和收回面线的功能 4.输送缝料的功能 1.调节面线和底线的阻尼功能 2.调节压脚压紧力的功能 3.调节送布针距的功能 4.绕底线的功能
2012-6-3 7
• 辅助功能
• 控制功能: 机械控制、人机控制、电子控制
Baidu Nhomakorabea
• 综合运用机、光、电、磁、热、化……各种“广 义物理效应”（非纯机械）去实现各种动作功能 和工艺功能。为区别纯机械的功能原理，我们把 它总称为“综合技术功能”。在某些特定的条件 下、采用广义物理效应，有可能实现比纯机械方 法更好的动作或工艺功能。 • 显然这里我们并不强调全部可以代替纯机械功能， 因为有许多场合纯机械的动作和工艺功能还是特 别简单可靠的，没有必要用更复杂的广义物理效 应去代替。——物理效应引入法 • “广义设计理念”
机械设计学
Machine Design Science 总复习
09级机设1班、 09级机设2班
李克勤
2012-6-3 1
1)机械设计的定义： 是设计者为满足社会和人 们对机械产品功能的需要，运用基础知识、专 业知识、实践经验和系统工程等方法，进行设 想和构思、计算和分析，最后以技术文件的形 式，提供产品制造依据的全过程工作。 2)机械设计的任务: 都是围绕着开发新的机 械产品或改造老的机械产品而进行的，机械设 计的最终目的是提供满足人们需求、具有一定 功能、优质高效、价廉物美，并具有市场竞争 力的机械产品。 3)机械设计具有如下主要特点 :
2012-6-3 21
• 传动机构、执行机构、工作头
• 选择机构类型和拟定机构简图中的几个问题： • 1、在满足工艺功能动作和运动要求的情况下应 使机构最简单，传动链最短； • 2、使机构有有利的传力条件； • 3、使机构有尽可能好的动力性能； • 4、使机器操纵方便，调整容易，安全耐用。
• 机构创新：1、改变机构的某些尺寸参数，使
• • • • • • • • •
总结为七步： 第一步： 认识需求 第二步： 界定目标 第三步： 求解问题（或称综合） 第四步： 分析和选优 第五步： 评价和决策 第六步： 表达 第七步： 实现 创意（1、2）====>构思(3、4、5) ====> 实现（6、7）
2012-6-3 4
• 近代“设计学”的重大发展
产品设计的核心 是指产品实现总功能和主要要求的 技术。对不同的机械其核心技术是不相同的。核心技 术对于产品设计主要体现为产品的性能指标
• 关键技术 是实现某种功能过程中需要解决的技
术难题。它与核心技术是两个不同的概念，在核 心技术中也有关键技术问题。
• 实用化设计 是在功能原理设计成熟的基础上，
把原理方案结构化、实体化，使原理构思转化为 具有实用水平的实体机械，达到实用的要求。
• 该阶段总的任务：完成产品的总体设计、 部件、零件设计、完成交付制造的和施工 的图样资料，同时编制全套技术文件。 2012-6-3
24
• • • • • • • • •
总体设计的任务： (1) 完善和扩大方案设计和结构设计内容 (2) 使各部件、零件得到合理的组合； (3) 综合人——机器——环境三者关系，使之协 调和适应，以保证全面满足机械产品的技术性 能、经济性能和美学性能的所有要求。 选择功能原理（工艺）方案时应综合考虑下列 问题： 1) 原理（工艺）方案的先进性及成熟程度； 2) 实现功能的可能性和可靠性； 3) 合理的运动设计； 4) 工作效率与设计要求相适应，经济上合理。
• 点钞机功能原理
• 主要功能：a.进钞输入功能 b.分钞功能 c.计 数功能 d.整理功能 • 辅助功能：a.动力及传动功能 b.接钞输入口 斜板调节功能 c. 阻尼轮压紧功能
关键件——叶轮
2012-6-3
8
功能原理设计
• 功能原理设计是对产品的成败起决定性作 用的工作。 • 任何一种机器的更新换代都存在三个途径: • 1、是改革工作原理； • 2、是通过改进工艺、结构和材料提高技术 性能； • 3、是加强辅助功能使其更适应使用者的心 理。
机构出现一种新的功能；2、运用机构的串联组 合，改变机构的运动特性；3、运用机构的并联 组合，得到某种特殊的运动规律或轨迹；4、利 用机构组成原理发现新的机构；5、引进当前的 2012-6-3 22 最新技术，使旧的机械功能获得新的生命。
• 1．集中驱动、分散控制： • 在比较小型的机器上，一般均采用本方法，它 由一个总驱动源(一般是电动机)，经过变速后达 到合适的工作转速，作为机器的总传动轴，即称 为分配轴。执行机构均分散在其应完成分功能的 位置上。其主动构件的运动经分配轴引入，因此 各执行机构应何时动作，就由分配轴控制。 • 2．集中控制、分散驱动 • 在比较大的机器中，用分配轴传送到各处不方 便时采用。驱动源一般是电动机或液(气)压缸。 各分功能均有自己单独的驱动系统。动作是根据 集中控制处发出的指令进行。集中控制的方法， 简单的在控制台上有许多按钮或阀门、复杂的则 2012-6-3 23 可由计算机根据编程进行控制。
2012-6-3 10
• 功能的定义：是指某一机器(或装置)所具有 的转化能量、运动或其它物理量的特性。 • 系统工程学把一个机械产品看成技术系统， 在设计初期时该技术系统还不清楚，故用 “黑箱”来描述功能：把信息流、能量流、 物料流输入“黑箱”，在“黑箱”中转换成 新的信息流、能量流、物料流，然后输送出 来，如图3—6所示。
• • • l “功能”(Function)思想的提出和发展 2 “人机学”(Ergonomics，Human Factor)思想的形成和发展 3 “工业设计”(Industrial Design)学科体 系的发展和成熟
2012-6-3
5
• 现代机器定义:
机器由两个或两个以上 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，以执行人们预期的工作， 在人或其它智能体的操作和控制下，实现为 之设计的某种或某几种功能。
• 整机总体参数确定
• 1、理论计算法 • 根据选定的产品原理方案，在理论分析与 试验数据基础上进行分析计算，确定总体参数。 A、机械设备的理论生产率Q；B、功率参数 (包括运动参数、力能参数)；C、质量参数； D、总体结构参数。 • 2、经验公式法 • 3、相似类比法 • 4、实验法
2012-6-3 27
• 机器的组成：原动机、传动机、工作机、
控制器——四大部分 • 功能观点：总功能——分功能；主要功能与 辅助功能
2012-6-3 6
• 机器的分类（功能观点） • 工艺类机器：如加工机床、食品、纺织、印刷、冶金等 机器 • 非工艺类机器：如动力机械、起重运输机械、精密机械、 医疗机械、通用机械等
• 家用缝纫机 主要功能
2012-6-3 15
2012-6-3
16
• 简单动作功能 是由两个或两个以上的具有 特殊几何形状的构件组成，利用它们形体上 的特征，可以实现互相运动或锁合的动 作。—— 几何形体组合法 • 复杂动作功能 的设计求解思路应该是基本 机构组合法
2012-6-3
17
工艺功能的特点是：工作头的形状、运动方式和作用场 是完成工艺功能的三个主要因素。 物——场分析法 • 没有关键技术和Know How(技术诀窍) 的产品，在激 烈的竞争中，难以在市场上占有一席之地。对于现代 设计人员来说，不懂得关键技术功能也就等于不懂得 现代设计。 • 在激烈的产品竞争中，出现了一种有力的竞争武器， 就是所谓的“关键技术”或叫做“Know How”。它 是作为某个企业或部门独有的技术，暂时还没有被别 人掌握．因此该企业的产品在这一方面占有待殊的优 势。这种技术可能是动作功能，可能是工艺功能，而 且很有可能也是采用“广义物理效应”的综合技术功 能，只是因为它在竞争中的持殊地位，才把它列为一 种功能，叫“关键技术功能”。 2012-6-3 18
2012-6-3 19
1、利用机构实现运动形式或运动规律变换的 动作功能 1)匀速运动(平动、转动)与非匀速运动(平动转 动或摆动)的变换 2)连续转动与间歇式的转动或摆动的变换。 3）实现预期的运动轨迹。
2012-6-3
20
• 2、利用机构实现开关、联锁和检测等的动作功 能 • 1）用来实现运动离合或开停。 • 2）用来换向、超越和反向止动。 • 3）用来实现联锁、过载保护、安全制动 • 4) 实现锁止、定位、夹压等。 • 5) 实现测量、放大、比较、显示、记录、运算 等。 • 3、利用机构实现程序控制或手动控制的功能 • 1)利用时间的序列进行控制 2)利用动作的序列 进行控制 3)利用运动的变化等进行控制
• 总体布置的基本要求
• 1、保证产品整机的平衡和稳定性能； • 2、在满足强度、刚度要求的前提下，尽量做到结构 紧凑、外形尺寸小、重量轻； • 3、动力传递路线力求简短、直接，做到传动效率高； • 4、各部件或零件在装配和使用中，其位置调整、拆 装和维修等，力求简单、方便、互锁，保护要安全可 靠； • 5、司机室的布置，要求操作安全、方便、司机视野 开阔、空气净化、温度宜人， • 6、电气线路、气路、液压管路的布置，要整齐、清 楚、醒目， • 7、机器外形平整、美观、大方、紧凑、色泽调和。
二阶功能域
14
自行车的功能系统图
• 1、功能原理设计是一种综合。 综合是不可 能有任何定法可循的。分析和综合是两种个 同的科学方法；分析可以按某些既定的方法 按步进行，而综合则是“有法而无定法”， 即不可能只要按某种“方法”去做就一定能 得到某种好的解法。 • 2、功能原理设计所要求解的问题是有多解 的问题，即既不是只有唯一解，也不是绝对 无解，而且也很难得到绝对理想的解。 一 般来说。在构思阶段，应尽可能多地搜索各 种可能的解法，以便在众多可能的解法中选 出较满意的解法来。
2012-6-3
(1)多解性 (2)系统性 (3)创新性
2
• 机械设计学学科体系是以机械设计学为核心构成 的。包括以下三方面: • (1)功能原理设计 (2)实用化设计 (3)商品化设计 • 设计与科研的区别、技术与设计的区别 • 从设计构思的角度看．可以归纳为三大步，即创 意、构思和实现。 • 创意的重点在于新颖性，但这种新颖性必须具有 潜在的需求。 • 构思的重点在于创造．即要构思一种新的技术方 向或功能原理来实现某创意。 • 实现的重点在于验证构思的合理性，可以通过模 型或原理样机来检查构思的合理性。即制作出实 用化的样机并通过实用样机的试验才能考虑进行 2012-6-3 3 商品化设计和投产的可能性。
2012-6-3 9
• 功能原理设计的工作特点
• 1) 是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机 器的工作原理发生根本的变化的设计。 • 2) 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(New Idea)、新构思（New Conceive）。 • 3)功能原理设计使机器品质发生质的变化。 • 功能原理设计 任务： • 针对某一确定的“功能目标”．寻求一些“物理效应” 并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的 “解法原理”。 • 功能原理设计 主要工作内容： • 是构思能实现功能目标的新的解法原理。
2012-6-3 25
• 确定总体参数是产品总体设计的重要内容。总体参数 的确定与其各部分的性能、结构有密切关系。 • 总体参数 是工作能力设计和结构设计的重要约束设 计。在总体设计过程中，必须首先初步确定总体参数， 据此进行各部件的技术设计，最后准确计算出机器的 总体参数，但有时总体参数和技术设计需要交叉反复 进行。 • 1）先进性——与国内外同类产品比较，其主要技术 经济指标和工作性能优先； • 2）实用性——满足实际使用要求，可靠度高、维修 方便、使用寿命长； • 3）经济性——充分利用发动机功率、节约能源、原 材料消耗少，在满足功能的情况下，体积小、重量轻、 价格便宜。 • 总体参数包含：生产率Q、功率参数、重(质)量参数、 2012-6-3 26 总体结构参数。
2012-6-3
11
• 试绘出自行车的功能结构图？
2012-6-3
12
人体
人前进
支承人体
车轮 滚动
驱动车轮
人力
信号
控制运动
摩擦 轮
2012-6-3
自行车功能结构图
13
支承人体F1
提供力矩F21 代步F0
总功 能
驱动车轮F2
传递力矩F22 转向F31
控制运动F3
一阶功能域
2012-6-3
制动F32
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• 辅助功能
• 控制功能: 机械控制、人机控制、电子控制
Baidu Nhomakorabea
• 综合运用机、光、电、磁、热、化……各种“广 义物理效应”（非纯机械）去实现各种动作功能 和工艺功能。为区别纯机械的功能原理，我们把 它总称为“综合技术功能”。在某些特定的条件 下、采用广义物理效应，有可能实现比纯机械方 法更好的动作或工艺功能。 • 显然这里我们并不强调全部可以代替纯机械功能， 因为有许多场合纯机械的动作和工艺功能还是特 别简单可靠的，没有必要用更复杂的广义物理效 应去代替。——物理效应引入法 • “广义设计理念”
机械设计学
Machine Design Science 总复习
09级机设1班、 09级机设2班
李克勤
2012-6-3 1
1)机械设计的定义： 是设计者为满足社会和人 们对机械产品功能的需要，运用基础知识、专 业知识、实践经验和系统工程等方法，进行设 想和构思、计算和分析，最后以技术文件的形 式，提供产品制造依据的全过程工作。 2)机械设计的任务: 都是围绕着开发新的机 械产品或改造老的机械产品而进行的，机械设 计的最终目的是提供满足人们需求、具有一定 功能、优质高效、价廉物美，并具有市场竞争 力的机械产品。 3)机械设计具有如下主要特点 :
2012-6-3 21
• 传动机构、执行机构、工作头
• 选择机构类型和拟定机构简图中的几个问题： • 1、在满足工艺功能动作和运动要求的情况下应 使机构最简单，传动链最短； • 2、使机构有有利的传力条件； • 3、使机构有尽可能好的动力性能； • 4、使机器操纵方便，调整容易，安全耐用。
• 机构创新：1、改变机构的某些尺寸参数，使
• • • • • • • • •
总结为七步： 第一步： 认识需求 第二步： 界定目标 第三步： 求解问题（或称综合） 第四步： 分析和选优 第五步： 评价和决策 第六步： 表达 第七步： 实现 创意（1、2）====>构思(3、4、5) ====> 实现（6、7）
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• 近代“设计学”的重大发展
产品设计的核心 是指产品实现总功能和主要要求的 技术。对不同的机械其核心技术是不相同的。核心技 术对于产品设计主要体现为产品的性能指标
• 关键技术 是实现某种功能过程中需要解决的技
术难题。它与核心技术是两个不同的概念，在核 心技术中也有关键技术问题。
• 实用化设计 是在功能原理设计成熟的基础上，
把原理方案结构化、实体化，使原理构思转化为 具有实用水平的实体机械，达到实用的要求。
• 该阶段总的任务：完成产品的总体设计、 部件、零件设计、完成交付制造的和施工 的图样资料，同时编制全套技术文件。 2012-6-3
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• • • • • • • • •
总体设计的任务： (1) 完善和扩大方案设计和结构设计内容 (2) 使各部件、零件得到合理的组合； (3) 综合人——机器——环境三者关系，使之协 调和适应，以保证全面满足机械产品的技术性 能、经济性能和美学性能的所有要求。 选择功能原理（工艺）方案时应综合考虑下列 问题： 1) 原理（工艺）方案的先进性及成熟程度； 2) 实现功能的可能性和可靠性； 3) 合理的运动设计； 4) 工作效率与设计要求相适应，经济上合理。
• 点钞机功能原理
• 主要功能：a.进钞输入功能 b.分钞功能 c.计 数功能 d.整理功能 • 辅助功能：a.动力及传动功能 b.接钞输入口 斜板调节功能 c. 阻尼轮压紧功能
关键件——叶轮
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功能原理设计
• 功能原理设计是对产品的成败起决定性作 用的工作。 • 任何一种机器的更新换代都存在三个途径: • 1、是改革工作原理； • 2、是通过改进工艺、结构和材料提高技术 性能； • 3、是加强辅助功能使其更适应使用者的心 理。
机构出现一种新的功能；2、运用机构的串联组 合，改变机构的运动特性；3、运用机构的并联 组合，得到某种特殊的运动规律或轨迹；4、利 用机构组成原理发现新的机构；5、引进当前的 2012-6-3 22 最新技术，使旧的机械功能获得新的生命。
• 1．集中驱动、分散控制： • 在比较小型的机器上，一般均采用本方法，它 由一个总驱动源(一般是电动机)，经过变速后达 到合适的工作转速，作为机器的总传动轴，即称 为分配轴。执行机构均分散在其应完成分功能的 位置上。其主动构件的运动经分配轴引入，因此 各执行机构应何时动作，就由分配轴控制。 • 2．集中控制、分散驱动 • 在比较大的机器中，用分配轴传送到各处不方 便时采用。驱动源一般是电动机或液(气)压缸。 各分功能均有自己单独的驱动系统。动作是根据 集中控制处发出的指令进行。集中控制的方法， 简单的在控制台上有许多按钮或阀门、复杂的则 2012-6-3 23 可由计算机根据编程进行控制。
2012-6-3 10
• 功能的定义：是指某一机器(或装置)所具有 的转化能量、运动或其它物理量的特性。 • 系统工程学把一个机械产品看成技术系统， 在设计初期时该技术系统还不清楚，故用 “黑箱”来描述功能：把信息流、能量流、 物料流输入“黑箱”，在“黑箱”中转换成 新的信息流、能量流、物料流，然后输送出 来，如图3—6所示。
• • • l “功能”(Function)思想的提出和发展 2 “人机学”(Ergonomics，Human Factor)思想的形成和发展 3 “工业设计”(Industrial Design)学科体 系的发展和成熟
2012-6-3
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• 现代机器定义:
机器由两个或两个以上 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，以执行人们预期的工作， 在人或其它智能体的操作和控制下，实现为 之设计的某种或某几种功能。
• 整机总体参数确定
• 1、理论计算法 • 根据选定的产品原理方案，在理论分析与 试验数据基础上进行分析计算，确定总体参数。 A、机械设备的理论生产率Q；B、功率参数 (包括运动参数、力能参数)；C、质量参数； D、总体结构参数。 • 2、经验公式法 • 3、相似类比法 • 4、实验法
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• 机器的组成：原动机、传动机、工作机、
控制器——四大部分 • 功能观点：总功能——分功能；主要功能与 辅助功能
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• 机器的分类（功能观点） • 工艺类机器：如加工机床、食品、纺织、印刷、冶金等 机器 • 非工艺类机器：如动力机械、起重运输机械、精密机械、 医疗机械、通用机械等
• 家用缝纫机 主要功能
2012-6-3 15
2012-6-3
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• 简单动作功能 是由两个或两个以上的具有 特殊几何形状的构件组成，利用它们形体上 的特征，可以实现互相运动或锁合的动 作。—— 几何形体组合法 • 复杂动作功能 的设计求解思路应该是基本 机构组合法
2012-6-3
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工艺功能的特点是：工作头的形状、运动方式和作用场 是完成工艺功能的三个主要因素。 物——场分析法 • 没有关键技术和Know How(技术诀窍) 的产品，在激 烈的竞争中，难以在市场上占有一席之地。对于现代 设计人员来说，不懂得关键技术功能也就等于不懂得 现代设计。 • 在激烈的产品竞争中，出现了一种有力的竞争武器， 就是所谓的“关键技术”或叫做“Know How”。它 是作为某个企业或部门独有的技术，暂时还没有被别 人掌握．因此该企业的产品在这一方面占有待殊的优 势。这种技术可能是动作功能，可能是工艺功能，而 且很有可能也是采用“广义物理效应”的综合技术功 能，只是因为它在竞争中的持殊地位，才把它列为一 种功能，叫“关键技术功能”。 2012-6-3 18
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1、利用机构实现运动形式或运动规律变换的 动作功能 1)匀速运动(平动、转动)与非匀速运动(平动转 动或摆动)的变换 2)连续转动与间歇式的转动或摆动的变换。 3）实现预期的运动轨迹。
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• 2、利用机构实现开关、联锁和检测等的动作功 能 • 1）用来实现运动离合或开停。 • 2）用来换向、超越和反向止动。 • 3）用来实现联锁、过载保护、安全制动 • 4) 实现锁止、定位、夹压等。 • 5) 实现测量、放大、比较、显示、记录、运算 等。 • 3、利用机构实现程序控制或手动控制的功能 • 1)利用时间的序列进行控制 2)利用动作的序列 进行控制 3)利用运动的变化等进行控制
• 总体布置的基本要求
• 1、保证产品整机的平衡和稳定性能； • 2、在满足强度、刚度要求的前提下，尽量做到结构 紧凑、外形尺寸小、重量轻； • 3、动力传递路线力求简短、直接，做到传动效率高； • 4、各部件或零件在装配和使用中，其位置调整、拆 装和维修等，力求简单、方便、互锁，保护要安全可 靠； • 5、司机室的布置，要求操作安全、方便、司机视野 开阔、空气净化、温度宜人， • 6、电气线路、气路、液压管路的布置，要整齐、清 楚、醒目， • 7、机器外形平整、美观、大方、紧凑、色泽调和。
二阶功能域
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自行车的功能系统图
• 1、功能原理设计是一种综合。 综合是不可 能有任何定法可循的。分析和综合是两种个 同的科学方法；分析可以按某些既定的方法 按步进行，而综合则是“有法而无定法”， 即不可能只要按某种“方法”去做就一定能 得到某种好的解法。 • 2、功能原理设计所要求解的问题是有多解 的问题，即既不是只有唯一解，也不是绝对 无解，而且也很难得到绝对理想的解。 一 般来说。在构思阶段，应尽可能多地搜索各 种可能的解法，以便在众多可能的解法中选 出较满意的解法来。
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(1)多解性 (2)系统性 (3)创新性
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• 机械设计学学科体系是以机械设计学为核心构成 的。包括以下三方面: • (1)功能原理设计 (2)实用化设计 (3)商品化设计 • 设计与科研的区别、技术与设计的区别 • 从设计构思的角度看．可以归纳为三大步，即创 意、构思和实现。 • 创意的重点在于新颖性，但这种新颖性必须具有 潜在的需求。 • 构思的重点在于创造．即要构思一种新的技术方 向或功能原理来实现某创意。 • 实现的重点在于验证构思的合理性，可以通过模 型或原理样机来检查构思的合理性。即制作出实 用化的样机并通过实用样机的试验才能考虑进行 2012-6-3 3 商品化设计和投产的可能性。
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• 功能原理设计的工作特点
• 1) 是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机 器的工作原理发生根本的变化的设计。 • 2) 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(New Idea)、新构思（New Conceive）。 • 3)功能原理设计使机器品质发生质的变化。 • 功能原理设计 任务： • 针对某一确定的“功能目标”．寻求一些“物理效应” 并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的 “解法原理”。 • 功能原理设计 主要工作内容： • 是构思能实现功能目标的新的解法原理。
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• 确定总体参数是产品总体设计的重要内容。总体参数 的确定与其各部分的性能、结构有密切关系。 • 总体参数 是工作能力设计和结构设计的重要约束设 计。在总体设计过程中，必须首先初步确定总体参数， 据此进行各部件的技术设计，最后准确计算出机器的 总体参数，但有时总体参数和技术设计需要交叉反复 进行。 • 1）先进性——与国内外同类产品比较，其主要技术 经济指标和工作性能优先； • 2）实用性——满足实际使用要求，可靠度高、维修 方便、使用寿命长； • 3）经济性——充分利用发动机功率、节约能源、原 材料消耗少，在满足功能的情况下，体积小、重量轻、 价格便宜。 • 总体参数包含：生产率Q、功率参数、重(质)量参数、 2012-6-3 26 总体结构参数。
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11
• 试绘出自行车的功能结构图？
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人体
人前进
支承人体
车轮 滚动
驱动车轮
人力
信号
控制运动
摩擦 轮
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自行车功能结构图
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支承人体F1
提供力矩F21 代步F0
总功 能
驱动车轮F2
传递力矩F22 转向F31
控制运动F3
一阶功能域
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