机械系统设计总结

第一章绪论（蓝)

1、二战后，设计科学最具深远影响的三方面：1、“功能”思想的提出和发展；

2、“人机工程”学科的兴起；

3、“工业设计”学科的成熟。

2、设计学三个阶段：1、直觉设计阶段；2、经验设计阶段；

3、功能原理阶段。

3、“设计学”的核心技术：1、“功能”思想的提出和发展；2、“人机学”思想的形成和发展；3、“工业设计”学术体系的发展和成熟。

4、设计与科学研究关系（出发点、目标、结果）科学研究：求知欲好奇心，发现自然规律，更好的认识客观世界；产品设计：需求，发明新产品，创造一个更好的新世界。

5、机械产品设计的三个基本环节：功能

原理设计，实用化设计和商品化设计

第二章机器的组成及典型机器的功能分析

1 机器的定义：机器是由两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件限定的相对运动，能转变某种原动力和运动，以执行人们预期的工作，在人或其他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。

2 机器的特征：功能增加柔性提高；结构简化性能改善；效率提高成本降低。

3 机器的组成：1，从机构学的角度看由各种基本机构组合而成，其自由度应等于原动机数,2，从结构学的角度看由一系列基本零件组装而成，包括机架、箱体、齿轮等,3，从专业角度看则常以主要部件来看机器的组成,4，从功能观点看机器的组成：机器由多个主要分功能系统构成，他们的协调工作实现了机器的总功能；每个主要分功能系统可由原动机、传动机、工作机和控制器组成；其中工作机则多由执行机构和工作头构成。

4．机器的分类（功能）

机器工艺类机器：对物料进行工艺性加工的机器：加工机床食品机械纺织机械….

非工艺类机器：不对任何物料进行工艺性加工，而只是实现某些特殊的动作性功能。动力机械，起重运输机械，通用机械。

5．洗衣机：总功能：纤维油污与纤维分离1主要功能：加水功能；排水功能；洗涤功能；脱水功能。2辅助功能：洗涤时间设定功能；洗涤完成后报警功能。6．家用缝纫机：针尖引线代替针尾引线，双线互锁交织的方法代替线的反复穿刺。

1.缝纫机的总功能：是将线按一定的规律缝于缝料上。它可使一根线或者多根线通过自连，互连，或交织，在缝料上形成一定的线迹。

家用缝纫机的总功能：采用上下两根锋线互相交织，交织点位于缝料中间的双线锁式线迹 2.主要功能分析：引面线造环功能；钩面线扩环，使底面线交织的功能；供给和收回面线的功能；输送缝料的功能。 3.辅助功能：调节面线和底线阻尼的功能；调节压脚压紧力的功能；调节送布针距的功能；绕底线功能 4.控制功能：机器控制功能；人机控制功能；电子控制功能。

7．点钞机总功能：将一沓同样的纸币输入机器后，经过机器处理，最后输出整理好的一沓整齐的纸币。同时机器准确显示纸张的张数

1主要功能：进钞输入功能；分钞功能；计数功能；整理功能2辅助功能：动力及传动功能；接钞输入口倾斜及调节功能；阻尼轮压紧功能

第三章机械产品的功能原理设计

1、进行原理性构思时首先要考虑应用某种“物理效应”（如摩擦、离心力、气吹），然后利用某种“作用原理”（如摩擦轮、转动架、气嘴），最后达到实现“功能目标”的目的。

2、功能原理设计重点在于提出创新构思，使思维尽量“发散”，力求提出较多的解法供比较选优。

3、机器的更新换代都存在三个途径：一是改革工作原理，二是通过改进工艺、结构和材料提高技术性能，三是加强辅助功能使其更适应使用者心理。

4、功能原理设计的工作特点：1)功能原理设计往往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变化的设计；2）功能原理设计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。3）功能原理设计使机器品质发生质的变化。

5、功能：一个技术系统再以实现某种任务为目标时，其输入量和输出量之间相互转换的关系。

6、黑箱：根据系统的输入输出关系来实现系统功能目标的一种方法。

7、功能原理分两大类：一类是动作功能，一类是工艺功能。所谓动作功能，是指以实现动作为目的的功能；所谓工艺功能，是指以完成对对象物的加工为目的的功能。

8、动作功能是指那些只完成动作而不同时对物体进行加工的功能。按其是否为一次性动作还是连续动作，分为“简单动作功能”和“复杂动作功能”。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。以几何形体组合法为求解思路。复杂动作功能以采用常用基本机构为主，其设计已有很成熟的理论和经验。以基本机构组合法为求解思路。

9、工艺功能：工作头和工作对象相互配合，实现一种功能。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。这里，工作头和工作对象是对立的统一，通过“场”产生相互作用。物一场分析法可以作为求解思路。

10、关键技术功能：特点是由于特殊的工作条件（约束）或特殊的使用要求，用常规技术或已有技术难以达到的技术难点，或是别人目前尚难以实现的技术高度，总的来说它的技术要求高，而解决方法也往往是出奇制胜。求解思路是技术矛盾分析法。11、综合技术功能：特点是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。求解思路是物理效应引入法。第四章机械功能原理的实现

1、机构能实现以下动作功能：1、利用机构实现运动形式或运动规律变换的动作功能。

2、利用机构实现开关、联锁和检测等动作功能。

3、利用机构实现程序控制或手动控制的功能。

2、较宜用机构来实现的动作功能：1、功率性的机械运动形式或规律的变换功能。2、固定轨迹或简单可调的轨迹功能。

3、在特定条件下能优质地实现开关、联锁和检测等功能。

4、简单的固定程序或可变程序的控制功能。

3、锯床的锯弓所要求的锯断分功能至少应包含以下三个运动特性要求：旋转运动变换成直线往复运动；工作行程的时间大于回程时间的急回特性；防止锯齿在工作时受到冲击载荷，要求在工作行程的中间段具有近似的等速运动。机构分别有1、曲柄滑块机构，正弦机构、凸轮机构、齿轮齿条机构。

2、偏置曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、凸轮机构、曲柄导杆机构。

3、工作行程具有近似等速运动的功能特性要求除凸轮机构能单独完成外，其余机构均需相互配合。

4、小型机器采用集中驱动，分散控制。大型机器相反。4、常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构：1、通过啮合方式2、通过摩擦方式3、利用楔块原理4、利用流体作用原理

第五章机械产品的实用化设计

1、核心技术是指实现总功能的主要要求的技术，对于不同的机械，其核心技术是不相同的。

2、关键技术是指实现某种功能过程中需要解决的技术难题。

3、设计要求之主要设计要求：1、功能要求2、适应性要求3、性能要求

4、生产能力要求

5、可靠性要求

6、使用寿命要求

7、效率要求

8、成本要求

9、人机工程要求10、安全性要求11、包装运输要求。其他设计要求：1、强度和刚度要求2、制造工艺要求3、零件加工技术要求4、工作循环图要求。

4、实用化设计是在功能原理设计的基础上，将原理方案化、实体化，把关于原理方案设计的构思转化为具有实用水平的、达到设计要求的实体产品。

5、设计任务的类型：1）开发新产品，适应新的社会需求2）扩展已有产品的功能，提高产品的性能，扩大产品的使用范围，使其适合于更多的用户，扩大市场占有率3）选用新材料、新工艺、新结构，降低产品成本，提高市场竞争力。

6、功能原理选择的因素：1）原理方案的先进性及成熟程度2）实现功能的可能性与可靠性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。

第八章机械产品的商品化设计

1、产品竞争力三要素：产品功能原理的新颖性（核心要素）；产品技术性能的先进性（基础要素）；产品竞争力的的心理要素。

2、产品包括实体：提供给消费者的效用和利益产品形式：质量、品种、花色、款式、规格及商品包装等产品延伸：附加部分如维修、咨询服务、交货安排等

3、企业的商品化总体战略：销售、经营、设计

4、商品化设计的措施：1）机械产品的艺术造型；2）价值优化设计；3）产品的标准化、系列化、模块化设计；4）产品性能适用性变化；5）绿色产品设计。

5、绿色设计的特点：1）扩大了产品的生命周期；2）绿色设计是并行闭环设计；3）绿色设计有利于保护环境，维持生态系统平衡；4）绿色设计可以防止地球上矿物资源的枯竭；5）绿色设计的结果是减少了废弃物数量及其处理的棘手问题。

6、绿色设计研究的主要内容：绿色设计的材料选择与管理；产品的可拆卸性设计；产品的可回收性设计；绿色产品的成本分析；绿色产品设计数据库。

7、绿色设计方法：1）系统论设计思想与方法；2）模块化设计；3）长寿命设计。

8、绿色设计步骤：1）搜集绿色设计信息；2）建立绿色设计小组；3）绿色产品方案设计；4）绿色设计决策；5）建立企业联盟。

9、绿色设计的实施：1）在现有产品基础上进行再设计；2）完全改变现有产品结构；3）全新的绿色产品概念。

10、绿色设计的关键技术：1）绿色材料的选择；2）拆卸设计；3）回收设计。

第一章绪论（红）

1、系统是指具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个整体，即由两个或两个以上要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都称为系统。包括两重含义：一是系统由相互联系的许多要素组成；二是系统要完成特定功能，就必然与环境发生关系。

2、机械系统：由若干机械要素组成，彼此间有机联系，并能完成特定功能的系统被称作机械系统。机构作为机械系统，它的组成要素是构件；机器也是机械系统，它的组成要素是机构（或装置）。

3、机械系统的特征：1、目的性2、整体性3、相关性

4、环境适应性

4、机械系统的组成：1、动力系统2、执行系统3、传动系统4、支承系统

5、控制系统

5、机械系统的基本要求：功能要求、性能要求、可靠性要求、工作效率要求、适应性要求、经济性要求、寿命要求。

6、机械系统的设计类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计。第二章总体设计

1、总体设计是产品设计的关键，它是机械产品的技术设计、工作设计和文档设计的依据，同时对产品的技术性能、经济指标和外观造型等具有决定性意义。

2、总体设计原则：需求原则、信息原则、系统原则、简单原则。

3、功能元：指能够直接从技术效应和逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位。包括物理功能元、数学功能元、逻辑功能元。

第三章传动系统设计

1、传动系统是指将动力系统提供的运动和动力传递给执行系统的子系统，人们习惯上经常把机械系统中某条传动链称为某传动系统。

2、齿轮齿数的确定：1、齿数不宜过大2、最小齿轮齿数不能太小

3、转速误差合理。

3、转速图的拟定原则：传动副：前多后少；级比指数：前密后疏；传动比：升2降4；转速：先慢后快。

第四章执行系统设计

1、执行系统的功能：1、传递和输出所需要的运动

2、传递和输出所需要的动力

3、实现运动形式和运动规律的变换

4、完成预期的辅助功能。

2、执行系统的分类：1、按完成的工作任务（转动、移动、夹持、输送、搬运）2、按运动和动力要求（动作型、动力型、动作动力型）

3、按执行机构的数量（单一型、复合型）

4、按执行末端件的运动形式（连续运动、间歇运动、往复运动）

3、执行系统的基本要求：1、实现功能目标2、足够的强度、刚度和寿命3、结构合理

4、安全可靠4、执行轴机构的组成：执行轴、传动件、轴承、紧固件、密封件等。

5、执行轴机构技术要求：旋转精度、静刚度、抗震性、热变形和耐磨性等。

6、执行轴的结构：一般执行轴和阶梯执行轴两种形式。

7、直线往复机构的组成：由移动件（用来完成直线往复运动的输出工作）、导轨（用来支撑移动件，并且对移动件的运动起导向作用）、传动件（用来传递直线往复机构所需的运动和动力）、紧固件、防护件（主要用来完成导轨和传动件的防护功能）等组成。

8、铆钉加工的工艺过程：1）拟定工作原理：（1）拟定工艺工程（2）确定执行末端件的数目和运动形式（3）确定主要工作参数。2）：选择执行机构的组合方式：（1）选择执行机构（2）确定机构组合。3）确定执行系统的工作循环

9、导轨分类：主运动导轨；进给运动导轨；移置导轨。10、滑动导轨：（1）三角形特点：导向性号，磨损后可以自补偿，顶角a越小导向性越高，在顶角a减小时，面上的当量摩擦系数也会相应地增大，即摩擦阻力增大。（2）矩形：优：刚度高。承载能力大，加工、调整和维修都比较方便。缺：导向性较低。（3)燕尾形：优：可以承受颠覆力矩，占有的高度尺寸较小，间隙调整方便。缺：刚度较低，摩擦力较大，加工和维修都不太方便。（4）圆形优：制造方便成本低。缺：磨损后很难调整和补偿间隙，且其导向性、刚度、承载能力等都很低11、滑动导轨的组合及优缺点：1）双三角形。优：这种组合的导向性和精度保持性都很高，当导轨面磨损时会自动下沉补偿磨损量。缺：过定位结构，加工、检验和维修都比较困难，而且当量摩擦系数也比较大，适用于精度要求很高的场合。2）双矩形。优：这种组合的刚度很高，承载能力很大，当量摩擦系数较小，加工、检验和维修都比较方便。缺：导向性较低，适用于重载的场合。3）三角形与矩形。优：兼有三角形导轨的导向性、自补偿磨损和矩形导轨的刚度高，承载能力大等优点，而且加工、检验维修也比较方便。应用广泛。4）双燕尾型形。优：这种组合占用的高度尺寸比较小，可承受颠覆力矩，是闭合式结构中接触面最少的一种。缺：刚度较差，承载能力较低，加工、检验和维修都不太方便，适用于载荷较小、层次多、要求间隙调整方便的场合。5）矩形与燕尾形。优：既可以承受颠覆力矩且调整方便，又具有较高的刚度和承载能力，适用于载荷较大、层次多、要求间隙调整方便的场合。6）双圆形。优：制造方便，成本较低。缺：导向性、刚度、承载能力都很差，间隙难以调整，磨损后也不易补偿，适用于导向精度很低、载荷很小的场合。

第五章支承系统设计

1、主要功能：是保证机械系统中各零部件和装置之间的相互位置和相对运动精度，使机械系统在工作载荷和自重等作用下，具有足够的强度、刚度、抗振性、热稳定性和耐用度等，确保机械系统的正常工作。

2、分类：支承件有铸造支承件和焊接支承件。铸造支承件的优点：良好的抗振性和耐磨性，可以制成复杂的形状和内腔。缺：制造工艺复杂，生产周期长，单件生产成本较高。一般适用于批量生产的支承件，特别在中、小型支承件中应用广泛。焊接支撑件优点：具有成形工艺简单、易于修改、重量较轻等优点。适合大型或重型的支承件，在单件、小批量生产的支承件中得到广泛应用。

3、支承系统的基本要求：1、足够的强度和刚度2、良好的动态特性3、较好的热稳定性

4、合理的工艺性。

4、铸造支承件的工艺性：1、壁厚均匀2、拐角处圆滑过渡3、便于清砂4、便于机加工。焊接支承件的工艺性：1、便于施工操作2、焊接变形小3、合理布置焊缝4、焊接结构合理

5、减少焊接量

5、支承件的静刚度：自身刚度：抵抗自身变形的能力（合理选择截面形状和尺寸，恰当布置隔板和加强筋）局部刚度：抵抗载荷集中处局部变形的能力（改善局部位置结构，合理配置加强筋）接触刚度：抵抗接触变形的能力（增大有效接触面积，增加预紧力）

6、支承件截面形状的选择原则：1）矩形抗弯高、圆形抗扭大；2）选用空心截面增大惯性矩；3）尽量采用封闭结构。

第六章控制系统设计

1、控制系统：指能够对被控对象的工作状态进行控制的系统，即其使动力系统、传动系统、执行系统等部分彼此协调运行，准确可靠的保证机械系统整体功能的实现。

2、操纵机构（指用于人工控制机械系统中某些部件的运动或动作的控制机构）功能：控制各运动部件的启动停止制动和换向；控制有关运动部件的运动分配和动作执行顺序；控制辅助运动，如送料、夹紧、快移、定位等。

3、组成：操纵件、传动件、执行件。此外，操纵机构中还有一些保证操纵机构安全可靠工作的辅助元件，如定位元件、锁定元件、互锁元件、回位元件。

4、分类：按控制的执行件数目分类：单独操纵、集中操纵；按操纵力的来源分类：人力操纵、助力操纵。

5、基本要求：灵活省力、操纵方便、安全可靠。