第二章机械系统的总体设计[1]

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第二章机械系统的总体设计[1]
• 3 毛细管效应
高性能的轻质热管为两端封闭的管子，衬里为数层金属 丝网，管内封装液体，在高温端液体吸热蒸发，蒸气流至 低温端放热，冷凝后的液体由毛细管效应通过金属丝网流 回热端。此种热管用于人造卫星和冻土层输油管保温等。
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第二章机械系统的总体设计[1]
•热胀增压式
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.4.2 总体方案求解
•2. 功能集成
• 功能集成，即如何将求解所得的功能载体进行集成，其 中最主要的工作就是接口设计。
• 除了在控制信息上互相协调外，每个单元的输出都不影 •响其他单元的输出，我们称这种状态为正交。
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.3.1系统的功能描述
•1) 主功能——物料的输入、转换与输出功能 •2) 动力功能——能量传递与变换功能 •3) 控制功能——信息传递与控制功能 •4) 结构功能——将各要素组合起来、形成一个统一的整体
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第二章机械系统的总体设计[1]
例如：输送液体原理解法分析
•1.负压效应
•
1)利用压力p与溶积v的关
系（pv=常数），增大容积空
间形成负压吸入液体，减少容
积空间形成高压输出液体。
• 2)利用流速与压力的关系，
及文丘里喉管原理，使流体（液体
或气体）流经变截面喉管，在狭窄 处流速增大，形成负压，被输送液 体就可从小孔M抽进喉管，当流速 大600m-700m/s时，水头可达5-6m
•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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•工程设计 •测试
•必要时 •行
•必要时 •行
•必要时 •试制调试
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•设计评审
•不行
•测试试验
•不行
•调试结果
•不行
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总体设计的基本步骤：
•设计任务书
•不行
•技术文件1：系统工作原理
•系统总体原理方案分析及确定 •必要时 •行
•原理方案试验
•功能分析
•不行
•技术文件2： •主要部件工作原理图
•功能求解： •初步形成物料流、能量流及信息流方案
•必要 时
•行
•关键技术验证
•结构方案设计：分系统及总成选配，接口设计
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• 2 惯性力效应
• 1)利用离心惯性力将水引出。一般离心泵、化工系统的化 工离心泵都是应用这种原理。
• 2)利用往复运动的惯性力。将管1置于水中，在A、B方向 往复运动，水即通过单向阀2、3由管4输出。
• 3)虹吸原理。液态分子间引力与位能差造成，利用水柱压 力差，使水上升后再流到低处。
•2.2.1 设计任务的类型 •1. 开发性设计 •2. 适应性设计 •3. 变型设计
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第二节 设计任务的形成与确定
•2.2.1 设计任务的类型 •1. 开发性设计 •2. 适应性设计 •3. 变型设计
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•2.2.2 设计任务的来源
第二章机械系统的总体设计[1]
•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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•2.3.2系统的原理方案总体分析
• 在功能分析的基础上，首先应对系统的原理方案进
行总体分析。在分析或设计一个现代化机械系统时，
首先应该从主功能分析着手。
•立体光固化成型
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•分层实体制造
• 采用激光束聚焦的能量气化切痕以得到一定精度轮廓的料
•2.4.2 总体方案求解
• 在许多情况下，这些功能载体是互相关联的。这些关联
有的表现在运动学上，有的则表现在动力学上。
•动力学
•如：机器人
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•2.4.2 总体方案求解
•功能集成需要考虑各功能载体在机械结构上的关联与控制信 息
•上的关系两个方面，是一个充分考虑如何确定合理的整体布 局
型，并用压辊加热逐层粘合各层料。
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第二章机械系统的总体设计[1]
•螺纹加工机的总体原理方案分析
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•螺纹加工机的总体原理方案分析
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•2.3.3 功能分解与功能树
•按系统工程分解性原理进行功能分解，建立功能结构图即 功能树。
•形式，采用恰当的传动和支撑结构，检测控制硬件、信息处 理方法等的过程。
•双桶洗衣机
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•单桶洗第衣二章机机械系统的总体设计[1]
•例2：挖掘机的总体方案设计
•第一步：寻找总功能的转换关系
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•第二步：总功能分解（分解依据——挖掘机的技术轮廓）。
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•2.4.2 总体方案求解
•1. 求解原则
•1) 各功能元原理方案之间在物理上的相容性鉴别 •剔
➢能量流、物料流及信息流不受干扰地连续流过 除 ➢功能元的原理方案在几何学和运动学上是否有矛盾
•2) 从技术、经济效益较好的角度 •挑 选
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•1）要考虑设计要求及附加要求 •2）选择时，不仅针对某项具体功能元，还要兼顾 到全局及其它相关功能元。 •3）对于关键性的功能元，应多考虑采用创造性方 法解决，必要时应做有关的实验。
C 控制洗剂 人工控制 机械控制 电脑自控
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分功能 A 盛装衣物
铝桶
功能解 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
C 控制洗剂 人工控制 机械控制 电脑自控
•A1-B1-C1 •A1-B1-C2
•A2-B3-C1 •A1-B2-C2
•系统的原理方案的构思
•总 体
•结构方案设 计•总体布局与环境设
设
计•主要参数及技术指
计
标 •总体方案的评价与决
策
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•总体设计步骤：
•产品目标设想 可行性论证和技术经济分析 •确定总体功能、指标 提出方案设想 系统 •分析和功能分解 形成总体方案。
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合序 号
分功能
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
反铲斗
抓斗
C
提升
油缸
绳索
D
回转
内齿轮传动
外齿轮传动
液轮
E
能量转换
柴油机
F
能量传递与分配
齿轮箱
油泵
链传动
皮带传动
G
制动
带式制动
闸瓦制动
片式制动
圆锥形制动
H
变速
液压式
齿轮式
液压—齿轮
I
行走
履带
轮胎
迈步式
轨道—车轮
•组合方案数=3×3×2×3×1×4×4×3×4=10 368 •方案1为履带式正铲机械挖掘机(A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1) •方案2为轮胎式正铲液压挖掘机(A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2) • 根据设计对功率的要求可知，在能量传递与分配过程中，采用链传动和皮带 传动是不相容的，应去掉。
•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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•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
第四节 机械系统的方案设计
•什么是方案设计？
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•对子功能方案进行 方案综合的过程
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第二章机械系统的总体设计[1]
•盛装衣物
•铝桶 •塑料桶
•陶瓷桶
•分离衣物
•机械摩擦 •电磁震荡 •超声波
• 方案设计实际上就是对子功能方案进行方案综合。
•3. 设计任务书的拟定
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第三节 机械系统的功能及指标分解
• 总体设计的第一步就是充分理解设计任务书所规定的设计
•要求，并将其抽象化，即对系统的功能（包括约束）进行描述。
•2.3.1系统的功能描述
• 功能是对某一产品的特定工作能力的形象化描述。
•功能的描述要准确、简洁，合理地抽象，抓住其 本质，避免带有倾向性的提法。
第二章机械系统的总体 设计
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2020/12/10
第二章机械系统的总体设计[1]
百度文库
•第一节 概 述
• 机械系统设计的第一个环节是•总体设计 ，就是在具体设
•计之前对所要设计的机械系统的各方面，本着简单、实用、 •经济、安全、美观等基本原则所进行的综合性设计，是一个 •从整体目标出发，实现系统整体优化设计的一个阶段。
应用科学原理进行技术原理构思从而进行功能求解 按技术原理组织功能结构，在一定条件下作用于加 工对象，成为技术分系统，实现分功能。
•设计人员的思维要发散。
不局限于机械学范围，力学、电子学、电磁学、热学、光学、 仿生学...... 同一种功能可以用不同的技术原理来实现 对一个功能元应尽可能多地提出几种技术原理，为后续方案 的构思和评价提供较多的选择
•功能树起于总功能，按一级分功能、二级分功 能......进行分解，其末端为功能元。前级功能是后 级的目的功能，后级是前级的手段功能。
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第二章机械系统的总体设计[1]
•例如：微电脑洗衣机的设计
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•2.3.4 功能求解
•对功能求解，是原理方案设计中的重要的搜索阶段。
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•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
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反铲斗
抓斗
C
提升
油缸
绳索
D
回转
内齿轮传动 外齿轮传动
液轮
E
能量转换
柴油机
F 能量传递与分配 齿轮箱
油泵
链传动 皮带传动
G
制动
带式制动 闸瓦制动 片式制动 圆锥形制动
H
变速
液压式
齿轮式 液压—齿轮
I
行走
履带
轮胎
迈步式 轨道—车轮
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•第四步：寻找原理解法和原理解组
•1.指令性设计任务
•从国家大的发展战略、国防等方面考虑
•2.来自市场的设计任务
•用户根据需要提出
•3.考虑前瞻的预研设计任务
•产品的更新换代
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•2.2.3 拟定设计任务书
•1. 拟定设计任务书的一般原则
•详细而明确
•列出全 部设计要 求
•设计要求尽可 能定量化，明 确主次要求
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•2.4.1 形态学矩阵
•形态分析法是一种系统搜索和程式化求解的创新技法。
•智力激励 •提问追溯 •联想类推 •组合创新 •将法各子系统的目标法（功能）及基本法可能实现的办法法（可以 是物理效应、作用原理或功能载体）列入一个矩阵形式的
表中，这个表就称为形态学矩阵，亦称模幅箱图。
•设计任务完成
•图2-1 机械系统总体设计基本步骤
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•在总体设计过程中形成的技术文件：
(1)系统工作原理简图； (2)主要部件的工作原理图； (3)方案评价报告； (4)总体设计报告； (5)系统总体布置图
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第二节 设计任务的形成与确定
• 故组合方案数=3×3×2×3×1×2×4×3×4=5184。
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•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