机械总体方案的概述与设计模版(PPT27张)
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机械系统设计 第二章 机械系统的方案设计与总体设计_PPT幻灯片
19
功能原理设计的要求(3项)： 1）应设计出几种不同的功能原理方案；
2）按照机械系统设计的基本原则、设计要求以及系统功能进行 比较，以便从中选出一个较理想的。
3）一个好的功能原理设计应既有创新构思，又能满足用户的 需求，同时兼顾经济效益。
基本原则：1)需求原则; 2）信息原则； 3)系统原则； 4)优化、效益原则； 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；
知识、经验、才能、心理素质、机遇
知识和实践经验的积累是一个重要因素，设计者要进行创新 构思，就要具有很广的知识面和坚实的知识基础。
9
2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.1 功能的定义及其分类 功能 是系统必须实现的任务，或者说是系统具有转化能量、
运动或其他物理量的特性。 “功能”是产品的核心和本质 “顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功 能”。
➢系统边界是指技术系统功能范围的界限。即内部系统和 外部系统的分界。确定系统边界时要考虑人参与技术系统、 的程度及系统外部环境条件的影响，其中人参与的程度涉 及操纵系统和控制系统的功能要求。
详细讲解
任何一种产品的开发，都面临着市场竞争的考验， 要提高产品的竞争力，必须在产品的以下几方面下 功夫：
18
功能原理设计的特点： 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。
③功能原理设计使所设计的系统发生质的变化。
所以，功能原理设计的好与坏将对产品的成败起决定性作用， 设计人员必须给予高度重视。
1）.尺寸参数 总体设计的尺寸参数主要是指影响机械性能的一些重要尺寸，如总体轮 廓尺寸、特性尺寸、主要运动零部件的工作行程，以及表示注意好零部件 之间位置关系的安装连续尺寸等。尺寸参数常用联系尺寸图示出。 2).运动参数 机械的运动参数一般是指机械执行机构的转速（或移动参数）及调速范围等。 3）.动力参数 动力参数一般是指机械系统的动力参数，如电动机，液压马达，内燃机 的功率及其机械特性。动力参数是机械中各零部件进行承载能力计算以 确定其尺寸参数的依据。动力参数确定恰当与否，既影响机械系统工作 性能，也影响其经济型。
功能原理设计的要求(3项)： 1）应设计出几种不同的功能原理方案；
2）按照机械系统设计的基本原则、设计要求以及系统功能进行 比较，以便从中选出一个较理想的。
3）一个好的功能原理设计应既有创新构思，又能满足用户的 需求，同时兼顾经济效益。
基本原则：1)需求原则; 2）信息原则； 3)系统原则； 4)优化、效益原则； 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；
知识、经验、才能、心理素质、机遇
知识和实践经验的积累是一个重要因素，设计者要进行创新 构思，就要具有很广的知识面和坚实的知识基础。
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.1 功能的定义及其分类 功能 是系统必须实现的任务，或者说是系统具有转化能量、
运动或其他物理量的特性。 “功能”是产品的核心和本质 “顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功 能”。
➢系统边界是指技术系统功能范围的界限。即内部系统和 外部系统的分界。确定系统边界时要考虑人参与技术系统、 的程度及系统外部环境条件的影响，其中人参与的程度涉 及操纵系统和控制系统的功能要求。
详细讲解
任何一种产品的开发，都面临着市场竞争的考验， 要提高产品的竞争力，必须在产品的以下几方面下 功夫：
18
功能原理设计的特点： 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。
③功能原理设计使所设计的系统发生质的变化。
所以，功能原理设计的好与坏将对产品的成败起决定性作用， 设计人员必须给予高度重视。
1）.尺寸参数 总体设计的尺寸参数主要是指影响机械性能的一些重要尺寸，如总体轮 廓尺寸、特性尺寸、主要运动零部件的工作行程，以及表示注意好零部件 之间位置关系的安装连续尺寸等。尺寸参数常用联系尺寸图示出。 2).运动参数 机械的运动参数一般是指机械执行机构的转速（或移动参数）及调速范围等。 3）.动力参数 动力参数一般是指机械系统的动力参数，如电动机，液压马达，内燃机 的功率及其机械特性。动力参数是机械中各零部件进行承载能力计算以 确定其尺寸参数的依据。动力参数确定恰当与否，既影响机械系统工作 性能，也影响其经济型。
机械系统方案设计ppt课件
任何机械产品都是由若干个零部件及装置组成的一个特定 系统。即：由确定的质量、刚度及阻尼的若干个物质所组成， 彼此间有机联系，并能完成特定的功能，故亦称之为机械系统。
机械设计课程中所讲授的各种机械零件则是组成机械系统 的基本要素，它们为组成各种不同功能的机械系统而有机地联 系着。
二、机械系统的组成
动力系统
第十章 机械系统的运动方案 及机构的创新设计
第一节 机械系统的设计过程
机械 系统 设计
第二节 机械系统的总体方案设计 第三节 机械执行系统的运动方案设计 第四节 机械传动系统的方案设计 第五节 原动机及其选择
第六节 机构的创新设计
回顾
第一节 机械系统方案设计概论
一、机械、机械系统、系统
1. 机械的概念（回顾）
2. 机械系统设计过程
选题
设初 计期 阶规 段划
设总 计体 阶方 段案
调研 预测
可行性 论证
确定设 计任务
目标 分析
创新 构思
方案 拟定
方案 评价
方案 决策
选择设计对象，提出设计题目
市场调查：预测销售量及市场占有率 技术调查：预测技术可行性及产品成本 同行调查：预测领先的可能性
论证产品开发的必要性和产品设计、制造、 销售上各项措施实施的可能性
选最优，确认总体设计方案，绘制系统运 动简图，编写总体方案设计计算说明书
调研 报告
论证 报告
设计 任务书
总体方 案示意 图、机 械系统 运动简 图、运 动循环 图、方 案设计 计算说
明书
设结 计构 阶技 段术 设生 计产 阶施 段工
机械系统设计过程（续）
结构 设计
从加工工艺、装配工艺性等因素出发， 设计零部件的结构形式及连接方法
机械设计课程中所讲授的各种机械零件则是组成机械系统 的基本要素，它们为组成各种不同功能的机械系统而有机地联 系着。
二、机械系统的组成
动力系统
第十章 机械系统的运动方案 及机构的创新设计
第一节 机械系统的设计过程
机械 系统 设计
第二节 机械系统的总体方案设计 第三节 机械执行系统的运动方案设计 第四节 机械传动系统的方案设计 第五节 原动机及其选择
第六节 机构的创新设计
回顾
第一节 机械系统方案设计概论
一、机械、机械系统、系统
1. 机械的概念（回顾）
2. 机械系统设计过程
选题
设初 计期 阶规 段划
设总 计体 阶方 段案
调研 预测
可行性 论证
确定设 计任务
目标 分析
创新 构思
方案 拟定
方案 评价
方案 决策
选择设计对象，提出设计题目
市场调查：预测销售量及市场占有率 技术调查：预测技术可行性及产品成本 同行调查：预测领先的可能性
论证产品开发的必要性和产品设计、制造、 销售上各项措施实施的可能性
选最优，确认总体设计方案，绘制系统运 动简图，编写总体方案设计计算说明书
调研 报告
论证 报告
设计 任务书
总体方 案示意 图、机 械系统 运动简 图、运 动循环 图、方 案设计 计算说
明书
设结 计构 阶技 段术 设生 计产 阶施 段工
机械系统设计过程（续）
结构 设计
从加工工艺、装配工艺性等因素出发， 设计零部件的结构形式及连接方法
第一部分机械设计方案概述教学课件
1.强度准则 强度是衡量机械零件工作能力最基本的计算准则，
是指零件受载后抵抗断裂、塑性变形及表面失效的应力。 强度可分为整体强度和表面强度（接触与挤压强度）。
2.刚度计算准则 刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
其刚度条件为：零件在载荷作用下产生的弹性变形量应 小于或等于机器工作性能允许的极限值。
4.操作方便、工作可靠 操作系统要简便可靠，有利于减轻操作人员的劳动
强度。要有各种保险装置以消除由于误操作而引起的危 险，避免人身及设备事故的发生。
5.造型美观、减少污染
重视产品的工艺造型设计，不仅要功能强、价格低， 而且外型美观、实用，使产品在市场上富有竞争力。尽 可能地降低噪声，减轻对环境的污染。
2.过量变形
零件上的应力超过了材料的屈服极限时，零件会发生 塑性变形；零件在载荷作用下产生的弹性变形超过了机 器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降低 以至不能正常工作。
3.表面失效 表面失效主要有疲劳点蚀、磨损、压馈和腐蚀等形式。
表面失效后会加剧零件的磨损，使零件尺寸发生变化， 最终造成零件的报废。
带式输送机
§1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则
失效：机械零件丧失预订功能或预订功能指标降低到许 用值以下的现象。
1.3.1 失效形式
1.断裂 机械零件的断裂通常有以下两种情况：
（1）零件在外载荷作用下，某一危险截面上的应力超过 零件的强度极限时所发生的过载断裂。
（2）零件在循环变应力作用下，危险截面上的应力超过 零件的疲劳强度时源自产生疲劳断裂。3.技术设计阶段
机械的结构和技术设计是根据机构运动简图提出合 理的结构设计方案，进行产品的总体结构设计，部件和 零件设计及绘制全部生产图纸，编制设计计算说明书、 机械使用说明书、标准件明细表等技术文件。
《机械整体方案设计》PPT课件
• 第13章 机械总体方案的设计
13.1 机械产品的设计过程 13.2 机械总体方案设计的
目的和内容 13.3 机械总体方案设计中
的设计思想
13.1 机械产品的设计过程
机械产品设计:
分析 综合 创新
开发
特定要求
新产品
特定功能
13.1 机械产品的设计过程
机械新产品的开发设计过程：
1）初期规划设计阶段 2）总体方案设计阶段 3）结构技术设计阶段 4）生产施工设计阶段
• 润滑系统 • 冷却系统 • 故障监测系统 • 安全保护系统 • 照明系统
13.3 机械总体方案设计中的设计 思想
13.3.1 现代设计的概念
机械设计已不再纯属于工程技术范畴，而是自然科学、 人文科学和社会科学相互交叉、科学理论与工程技术高度融合所 形成的一门现代设计科学。
13.3.1 现代设计的概念
本章基本要求：
1.了解机械系统设计的整个过程； 2.明确总体方案设计阶段的设计目的，掌握各阶段的设
计内容和要求； 3.了解总体方案设计中的现代设计、系统工程和工程设
计观念，逐步学会正确、灵活地运用这些设计思想。
感谢下 载
• 一般机械系统： 由驱动系统、传动系统、
执行系统、控制系统等子系统 组成。
•各子系统都具有特定的功能
13.3.2 系统工程的概念
• 系统工程解决设计问题的基本思想： 1. 从系统的整体目标出发，将总体功能分解成若干功能
单元。 2. 寻找出能完成各个功能的技术方案。 3. 把能完成各个功能的技术方案组成方案组，进行分析
• 运动规律设计
• 执行机构的型式设计
• 执行系统的协调设计
• 执行系统的方案评价与决 策
13.1 机械产品的设计过程 13.2 机械总体方案设计的
目的和内容 13.3 机械总体方案设计中
的设计思想
13.1 机械产品的设计过程
机械产品设计:
分析 综合 创新
开发
特定要求
新产品
特定功能
13.1 机械产品的设计过程
机械新产品的开发设计过程：
1）初期规划设计阶段 2）总体方案设计阶段 3）结构技术设计阶段 4）生产施工设计阶段
• 润滑系统 • 冷却系统 • 故障监测系统 • 安全保护系统 • 照明系统
13.3 机械总体方案设计中的设计 思想
13.3.1 现代设计的概念
机械设计已不再纯属于工程技术范畴，而是自然科学、 人文科学和社会科学相互交叉、科学理论与工程技术高度融合所 形成的一门现代设计科学。
13.3.1 现代设计的概念
本章基本要求：
1.了解机械系统设计的整个过程； 2.明确总体方案设计阶段的设计目的，掌握各阶段的设
计内容和要求； 3.了解总体方案设计中的现代设计、系统工程和工程设
计观念，逐步学会正确、灵活地运用这些设计思想。
感谢下 载
• 一般机械系统： 由驱动系统、传动系统、
执行系统、控制系统等子系统 组成。
•各子系统都具有特定的功能
13.3.2 系统工程的概念
• 系统工程解决设计问题的基本思想： 1. 从系统的整体目标出发，将总体功能分解成若干功能
单元。 2. 寻找出能完成各个功能的技术方案。 3. 把能完成各个功能的技术方案组成方案组，进行分析
• 运动规律设计
• 执行机构的型式设计
• 执行系统的协调设计
• 执行系统的方案评价与决 策
机械总体方案的概述与设计(ppt 27页)实用资料
三、机械系统的组成
机械系统主要是由原动机、传动系统、执行系统和 控制系统所组成。
四、机械总体方案设计的内容
★ 执行系统的方案设计。主要包括执行系统的功能 原理设计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执 行系统的协调设计和执行系统的方案评价与决策。
★ 原动机类型的选择和传动系统的方案设计。其中 传动系统的方案设计主要包括传动类型和传动路线的 选择，传动链中机构顺序的安排和各级传动比的分配。
阶段成果
全套设计图纸 设计计算说明书
4. 生产施工设计阶段
阶段成果
◆工艺设计 ◆工装设计 ◆施工设计
工艺流程卡片、工装设计图 基础安装图、技术文件 使用说明书、备件明细表
二、机械总体方案设计的目的
总体方案设计阶段的工作是实现机械产品初期规 划阶段所提出的设计目标的关键。
产品设计的好坏，包括产品的功能是否齐全、性 能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决 于总体方案设计阶段的工作，取决于方案的构思和方 案拟定时的设计思想。
3. 拟定传动链的布置方案。即根据空间位置、运动和动力传递 路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路 线，安排各传动机构的先后顺序，以完成从原动机到各执行机 构之间的传动系统的总体布置方案。
4. 分配传动比。即根据传动系统的组成方案，将总传动比合理 分配至各级传动机构。
5. 确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系 统的各项运动学和动力学参数，为各级传动机构的结构设计、 强度计算和传动系统方案评价提供依据和指标。 6. 绘制传动系统运动简图。
★ 电气传动。利用电动机和电气装置实现的传动称为电气 传动。
电气传动的特点是传动效率高、控制灵活、易于实现自 动化。
按传动比和输出速度的变化情况分：
机械系统主要是由原动机、传动系统、执行系统和 控制系统所组成。
四、机械总体方案设计的内容
★ 执行系统的方案设计。主要包括执行系统的功能 原理设计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执 行系统的协调设计和执行系统的方案评价与决策。
★ 原动机类型的选择和传动系统的方案设计。其中 传动系统的方案设计主要包括传动类型和传动路线的 选择，传动链中机构顺序的安排和各级传动比的分配。
阶段成果
全套设计图纸 设计计算说明书
4. 生产施工设计阶段
阶段成果
◆工艺设计 ◆工装设计 ◆施工设计
工艺流程卡片、工装设计图 基础安装图、技术文件 使用说明书、备件明细表
二、机械总体方案设计的目的
总体方案设计阶段的工作是实现机械产品初期规 划阶段所提出的设计目标的关键。
产品设计的好坏，包括产品的功能是否齐全、性 能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决 于总体方案设计阶段的工作，取决于方案的构思和方 案拟定时的设计思想。
3. 拟定传动链的布置方案。即根据空间位置、运动和动力传递 路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路 线，安排各传动机构的先后顺序，以完成从原动机到各执行机 构之间的传动系统的总体布置方案。
4. 分配传动比。即根据传动系统的组成方案，将总传动比合理 分配至各级传动机构。
5. 确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系 统的各项运动学和动力学参数，为各级传动机构的结构设计、 强度计算和传动系统方案评价提供依据和指标。 6. 绘制传动系统运动简图。
★ 电气传动。利用电动机和电气装置实现的传动称为电气 传动。
电气传动的特点是传动效率高、控制灵活、易于实现自 动化。
按传动比和输出速度的变化情况分：
机械系统总体设计.ppt
2）同一种运动规律，可用（选用或创 造）不同的机构型式来实现；
3）同一种功能，可选用不同的工作原 理，不同的机构来满足功能要求；
4）同一种工作原理，可选用、创造不 同的机构及其组合来实现。
例：衣物洗涤， 如图2-6，2-7。
根据机构在运动转换中的功能，可把 各种机构分成如下五类：
1）实现运动形式变换的机构；
对于工作条件恶劣和工况复杂的机械， 还应考虑运动零部件惯性力、弹性变形、 过载变形及热变形、磨损、制造及装配 误差等因素的影响，确保运动零部件必 需的安全空间，相互间不发生运动干涉。 例如，汽车的货厢与驾驶室后壁之间必 需留有足够的间隙，以免当汽车在行驶 中紧急制动时引起货厢与驾驶室相互撞 击和摩擦。
总体设计的主要内容有：
1 ）总体布置设计； 2 ）确定总体主 要参数； 3 ）绘制总体设计图样； 4 ）编 写总体设计报告书及技术说明书等。
二、总体布置设计
（一）总体布置的基本要求
总体布置是结构布局的细化，需具体 确定各零部件之间的相对位置及联系尺寸、 运动和动力的传递方式及主要技术参数， 并绘制总体布置图。
一、方案设计的方法和步骤
对于机械产品来说，在功能分析和工 作原理确定的基础上进行工艺动作构思 和工艺动作分解，初步拟定各执行构件 动作相互协调配合的运动循环图，提出 机械运动方案和进行机械运动简图的设 计，这就是机械产品方案设计阶段的主 要内容。
（一）方案构思的常用方法
1．黑箱法
对于要解决的问题，设计人员难以 立即认识，犹如对待一个不透明、不知 其内部结构的“黑箱”。利用对未知系 统的外部观测，分析该系统与环境之间 的输入和输出，通过输入和输出的转换 关系确定系统的功能、特性所需具备的 工作原理与内部结构，这种方法称为黑 箱法。
3）同一种功能，可选用不同的工作原 理，不同的机构来满足功能要求；
4）同一种工作原理，可选用、创造不 同的机构及其组合来实现。
例：衣物洗涤， 如图2-6，2-7。
根据机构在运动转换中的功能，可把 各种机构分成如下五类：
1）实现运动形式变换的机构；
对于工作条件恶劣和工况复杂的机械， 还应考虑运动零部件惯性力、弹性变形、 过载变形及热变形、磨损、制造及装配 误差等因素的影响，确保运动零部件必 需的安全空间，相互间不发生运动干涉。 例如，汽车的货厢与驾驶室后壁之间必 需留有足够的间隙，以免当汽车在行驶 中紧急制动时引起货厢与驾驶室相互撞 击和摩擦。
总体设计的主要内容有：
1 ）总体布置设计； 2 ）确定总体主 要参数； 3 ）绘制总体设计图样； 4 ）编 写总体设计报告书及技术说明书等。
二、总体布置设计
（一）总体布置的基本要求
总体布置是结构布局的细化，需具体 确定各零部件之间的相对位置及联系尺寸、 运动和动力的传递方式及主要技术参数， 并绘制总体布置图。
一、方案设计的方法和步骤
对于机械产品来说，在功能分析和工 作原理确定的基础上进行工艺动作构思 和工艺动作分解，初步拟定各执行构件 动作相互协调配合的运动循环图，提出 机械运动方案和进行机械运动简图的设 计，这就是机械产品方案设计阶段的主 要内容。
（一）方案构思的常用方法
1．黑箱法
对于要解决的问题，设计人员难以 立即认识，犹如对待一个不透明、不知 其内部结构的“黑箱”。利用对未知系 统的外部观测，分析该系统与环境之间 的输入和输出，通过输入和输出的转换 关系确定系统的功能、特性所需具备的 工作原理与内部结构，这种方法称为黑 箱法。
机械设计方案(PPT91页)
造性。 ● 从较单一的应用力学体系发展到多学科融合的系统工
程，更具多元性。 ● 从设计的指导思想、理论体系以及设计技法、设计的物
质手段都充分体现了最新的科学技术成就，更具完美 性。 ● 设计“绿色机器”成了现代机械设计追求的目标。
13
二、创造性设计与创造性思维 创造性思维的主要特点 ● 独特性； ● 多向发散性； ● 非逻辑性； ● 连动性； ● 综合性。
17
方法名称
方法的主要特点
方法的主要目的
专利利用法 移植法 黑箱法
假拟设计 优化设计 反求设计
利用专利文献寻求改进、完善设 防止盲目，避免重复劳
想
动
把一个对象的原理、方法运用于 使已有技术在新领域中
另一个对象中
延续和拓展
根据输入、输出内容，探求黑箱 内部的原理和结构
用因果逻辑关系寻求输 入与输出的最佳联系方 式
组合法 功能分析法
综摄法 转向法 仿生法 函询集智法
按一定技术原理，将两个或多个 功能元素合并，形成新产品、新 产生新功能 工艺、新材料
紧紧围绕功能分析、求解、组合 满足产品的功能要求是
寻找方案
设计的核心
把初次接触的事物或发现，联系 到熟悉的事物中，用新眼光变熟 悉为陌生，以新观点、新方式思 考问题
第七章 机械系统运动方案设计
第一节 机械总体方案设计
重要性 直接决定产品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企 业效益。 核心内容 机械运动方案设计，最具创造性和综合性。 一、机械产品的设计过程 五个阶段 产品规划(概念设计)、总体方案设计、结构技术设计、 生产施工设计(工艺设计)、改进设计。
1
机械产品设计一般进程
顺序的安排 各级传动比的分配
程，更具多元性。 ● 从设计的指导思想、理论体系以及设计技法、设计的物
质手段都充分体现了最新的科学技术成就，更具完美 性。 ● 设计“绿色机器”成了现代机械设计追求的目标。
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二、创造性设计与创造性思维 创造性思维的主要特点 ● 独特性； ● 多向发散性； ● 非逻辑性； ● 连动性； ● 综合性。
17
方法名称
方法的主要特点
方法的主要目的
专利利用法 移植法 黑箱法
假拟设计 优化设计 反求设计
利用专利文献寻求改进、完善设 防止盲目，避免重复劳
想
动
把一个对象的原理、方法运用于 使已有技术在新领域中
另一个对象中
延续和拓展
根据输入、输出内容，探求黑箱 内部的原理和结构
用因果逻辑关系寻求输 入与输出的最佳联系方 式
组合法 功能分析法
综摄法 转向法 仿生法 函询集智法
按一定技术原理，将两个或多个 功能元素合并，形成新产品、新 产生新功能 工艺、新材料
紧紧围绕功能分析、求解、组合 满足产品的功能要求是
寻找方案
设计的核心
把初次接触的事物或发现，联系 到熟悉的事物中，用新眼光变熟 悉为陌生，以新观点、新方式思 考问题
第七章 机械系统运动方案设计
第一节 机械总体方案设计
重要性 直接决定产品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企 业效益。 核心内容 机械运动方案设计，最具创造性和综合性。 一、机械产品的设计过程 五个阶段 产品规划(概念设计)、总体方案设计、结构技术设计、 生产施工设计(工艺设计)、改进设计。
1
机械产品设计一般进程
顺序的安排 各级传动比的分配
机械系统设计_总体设计PPT课件
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）；
22
（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。
③“合并、分离”功能元——是指包括能量流、物料 流及同一性质或不同性质的信息流在数量上的结 合或分离；
材料拉伸试验机的功能结构图
试件拉伸
力
力测量
－
变
形
变形测量
测
量
动作控制
试件夹持和松开 夹头移动 信号获取 信号放大 力显示 信号获取 信号放大 变形显示 开机 停机 自动停机
30
五、功能元（分功能）求解
功能元求解——是寻找或创造实现总功能或分功能的 载体，完成功能元要求的运动指标。
功能元的求解方法主要有： ①参考有关资料、专刊或产品求解法； ②利用各种创造性方法以开阔思想去探讨求解法； ③利用设计目录求解法。
⑷优先选用主要分功能的较好解法。由该解法出发，选
择与它相容的其它分功能解法。
⑸特别注意防止按旧框框设计。要处理好继承与创新的
矛盾。
36
3.挖掘机的方案设计
1）明确任务要求 2）功能分析
①确定总功能： 挖掘机的总功能为物料取移。
能量（驱动）
能量（力、速度）
物料（待装） 信号
挖挖掘掘机机
物料（装车） 信号
输入
黑箱
灰箱
白箱
输出
15
例：硬币计数包卷机
一台硬币计数包卷机，它 的功能是用来整理、清点、 计数，最后按一定的枚数 将硬币用纸包卷起来或装 入袋内。
用黑箱法描述的硬币 机的总功能。
16
22
（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。
③“合并、分离”功能元——是指包括能量流、物料 流及同一性质或不同性质的信息流在数量上的结 合或分离；
材料拉伸试验机的功能结构图
试件拉伸
力
力测量
－
变
形
变形测量
测
量
动作控制
试件夹持和松开 夹头移动 信号获取 信号放大 力显示 信号获取 信号放大 变形显示 开机 停机 自动停机
30
五、功能元（分功能）求解
功能元求解——是寻找或创造实现总功能或分功能的 载体，完成功能元要求的运动指标。
功能元的求解方法主要有： ①参考有关资料、专刊或产品求解法； ②利用各种创造性方法以开阔思想去探讨求解法； ③利用设计目录求解法。
⑷优先选用主要分功能的较好解法。由该解法出发，选
择与它相容的其它分功能解法。
⑸特别注意防止按旧框框设计。要处理好继承与创新的
矛盾。
36
3.挖掘机的方案设计
1）明确任务要求 2）功能分析
①确定总功能： 挖掘机的总功能为物料取移。
能量（驱动）
能量（力、速度）
物料（待装） 信号
挖挖掘掘机机
物料（装车） 信号
输入
黑箱
灰箱
白箱
输出
15
例：硬币计数包卷机
一台硬币计数包卷机，它 的功能是用来整理、清点、 计数，最后按一定的枚数 将硬币用纸包卷起来或装 入袋内。
用黑箱法描述的硬币 机的总功能。
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应用；
伺服电机广泛应用于工业控制、军事、航空航 天等领域，如数控机床、工业机器人、火炮随动系 统中。
一、原动机的类型和特点（续）
3. 内燃机 （1）分类
按燃料种类分：柴油机、汽油机和煤油机
按工作循环中的冲程数分:四冲程和二冲程内燃机
按汽缸数目分:单缸和多缸内燃机
按主要机构的运动形式分:往复活塞式和旋转活塞式
第十二章 机械总体方案的设计
本章教学目标
◆了解产品设计过程和机械总体方案设计的内容； ◆了解机械执行系统方案设计的过程和内容 ◆了解常用原动机的类型和特点及其选取原则； ◆了解拟定简单机械传动系统方案的过程。
第十二章 机械总体方案的设计
本章教学内容
12-1 机械总体方案设计概述 12-2 机械执行系统的方案设计 12-3 原动机的选择 12-4 机械传动系统的方案设计
★ 运动规律设计：是指为实现上述工作原理而决定选择何 种运动规律。
★ 执行机构型式设计：是指究竟选择何种机构来实现上述 运动规律。
★ 执行机构的协调设计：就是根据工艺过程对各动作的 要求，分析各执行机构应当如何协调和配合，设计出协调 配合图。
二、执行系统方案设计的内容（续）
★ 机构尺度设计：是指对所选择的各个执行机构进行运动 和动力设计，确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行 机构的运动简图。
主要缺点为必须有电源，不适于野外使用。 根据使用 电源的不同，又分为交流电动机和直流电动机两大类。
一、原动机的类型和特点（续）
2. 控制电动机（伺服电动机）
伺服电动机是指能精密控制系统位置和角度的 一类电动机。
特点：
它体积小、重量轻；具有宽广而平滑的调速范 围和快速响应能力，其理想的机械特性和调节特性 均为直线。
阶段成果
全套设计图纸 设计计算说明书
4. 生产施工设计阶段
阶段成果
◆工艺设计 ◆工装设计 ◆施工设计
工艺流程卡片、工装设计图 基础安装图、技术文件 使用说明书、备件明细表
二、机械总体方案设计的目的
总体方案设计阶段的工作是实现机械产品初期规 划阶段所提出的设计目标的关键。
产品设计的好坏，包括产品的功能是否齐全、性 能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决 于总体方案设计阶段的工作，取决于方案的构思和方 案拟定时的设计思想。
三、机械系统的组成
机械系统主要是由原动机、传动系统、执行系统和 控制系统所组成。
四、机械总体方案设计的内容
★ 执行系统的方案设计。主要包括执行系统的功能 原理设计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执 行系统的协调设计和执行系统的方案评价与决策。
★ 原动机类型的选择和传动系统的方案设计。其中 传动系统的方案设计主要包括传动类型和传动路线的 选择，传动链中机构顺序的安排和各级传动比的分配。
§12-1 机械总体方案设计概述
一、机械产品的设计过程
机械产品设计是一个通过分析、综合与创新获得满足某 些特定要求和功能的机械系统的过程。
机械新产品的开发设计过程一般可以分为四个阶段：
◆初期规划设计阶段 ◆总体方案设计阶段 ◆结构技术设计阶段 ◆生产施工设计阶段
一、机械产品的设计过程（续）
1. 初期规划设计阶段
（2）特点及应用 优点是功率范围宽、操作简便、启动迅速；适用于
工作环境无电源的场合，多用于工程机械、农业机械、 船舶、车辆等。
缺点为对燃油的要求高，排气污染环境、噪音大、 结构复杂。
一、原动机的类型和特点（续）
4. 液压马达
液压马达又称为油马达，它是把液压能转变为机械能的 动力装置。其主要优点是可获得很大的动力或转矩，可通过 改变油量来调节执行机构速度，易进行无级调速，能快速响 应，操作控制简单，易实现复杂工艺过程的动作要求。缺点 是要求有高压油的供给系统，液压系统的制造装配要求高， 否则易影响效率和运动精度。
3
n
机构 型式
连
凸
其
机
结
杆
轮
它
构
构
机
机
机
组
变
构
构
构
合
异
§ 12-3 原动机的选择
一、原动机的类型和特点
1. 动力电动机
电动机的类型很多，不同类型的电动机具有不同的 结构型式和特性，可满足不同的工作环境和机械不同的 负载特性要求。
主要优点为：驱动效率高、有良好的调速性能、可远距 离控制，启动、制动、反向调速都易控制，与传动系统 或工作机械联接方便，作为一般传动，电动机的功率范 围很广。
★ 运动和动力分析：即对整个执行系统进行运动分析和动 力分析，以检验其是否满足运动要求和动力性能方面的要求。
★ 方案评价与决策：方案评价包括定性评价和定量评价。 前者是指对结构的繁简、尺寸的大小、加工的难易等进行 评价，后者是指将运动和动力分析后所得的执行系统的具 体性能与使用要求所规定的预期性能进行比较，从而对设 计方案作出评价。
◆选题
◆调研和预测 ◆可行性论证 ◆确定设计任务
2. 总体方案设计阶段
◆目标分析 ◆创新构思 ◆方案拟定 ◆方案评价 ◆方案决策
阶段成果：
调研报告 产品开发可行性论证报告 设计任务书
阶段成果：
总体方案示意图 机械系统运动简图 方案设计计算说明书
一、机械产品的设计过程（续）
3. 结构技术设计阶段
◆结构方案拟定 ◆造型设计 ◆结构设计 ◆材料选择与尺寸设计 ◆设计图绘制
二、执行系统方案设计的内容（续）
机械执行系统方案设计流程图 机械预期实现的功能
功能 原理
摩 流电 机材 擦 体磁 械料 光其 传 传传 推变 电它 动 动动 拉形 原原 原 原原 原原 理理 理 理理 理理
运动 规律
工
工
工
工
艺
艺
艺
艺
动
动
动
动
作 分
作 分
作 分
…
作 分
解
解
解…
解
方
方
方
方
法
法
法
法
1
2
二、执行系统方案设计的内容（续）
给定某种预期功能要求
实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理； 实现同一种工作原理，可以选择不同的运动规律； 实现同一种运动规律，可以选择不同型式的机构。
获得多种不同的方案
机械执行系统方案设计所要研究的问题，就是如何合理 地利用设计者地专业知识和分析能力，创造性地构思出 各种可能地方案并从中选出最佳方案。
★ 控制系统的方案设计.
★ 其它辅助系统的设计。主要包括润滑系统、冷却 系统、故障监测系统、安全保护系统和照明系统等的 设计。
§ 12-2 机械执行系统的方案设计
一、执行系统方案设计的过程
框图表示
二、执行系统方案设计的内容
★ 功能原理设计：就是根据机械预期实现的功能，考虑选 择何种工作原理来实现这一功能要求。
伺服电机广泛应用于工业控制、军事、航空航 天等领域，如数控机床、工业机器人、火炮随动系 统中。
一、原动机的类型和特点（续）
3. 内燃机 （1）分类
按燃料种类分：柴油机、汽油机和煤油机
按工作循环中的冲程数分:四冲程和二冲程内燃机
按汽缸数目分:单缸和多缸内燃机
按主要机构的运动形式分:往复活塞式和旋转活塞式
第十二章 机械总体方案的设计
本章教学目标
◆了解产品设计过程和机械总体方案设计的内容； ◆了解机械执行系统方案设计的过程和内容 ◆了解常用原动机的类型和特点及其选取原则； ◆了解拟定简单机械传动系统方案的过程。
第十二章 机械总体方案的设计
本章教学内容
12-1 机械总体方案设计概述 12-2 机械执行系统的方案设计 12-3 原动机的选择 12-4 机械传动系统的方案设计
★ 运动规律设计：是指为实现上述工作原理而决定选择何 种运动规律。
★ 执行机构型式设计：是指究竟选择何种机构来实现上述 运动规律。
★ 执行机构的协调设计：就是根据工艺过程对各动作的 要求，分析各执行机构应当如何协调和配合，设计出协调 配合图。
二、执行系统方案设计的内容（续）
★ 机构尺度设计：是指对所选择的各个执行机构进行运动 和动力设计，确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行 机构的运动简图。
主要缺点为必须有电源，不适于野外使用。 根据使用 电源的不同，又分为交流电动机和直流电动机两大类。
一、原动机的类型和特点（续）
2. 控制电动机（伺服电动机）
伺服电动机是指能精密控制系统位置和角度的 一类电动机。
特点：
它体积小、重量轻；具有宽广而平滑的调速范 围和快速响应能力，其理想的机械特性和调节特性 均为直线。
阶段成果
全套设计图纸 设计计算说明书
4. 生产施工设计阶段
阶段成果
◆工艺设计 ◆工装设计 ◆施工设计
工艺流程卡片、工装设计图 基础安装图、技术文件 使用说明书、备件明细表
二、机械总体方案设计的目的
总体方案设计阶段的工作是实现机械产品初期规 划阶段所提出的设计目标的关键。
产品设计的好坏，包括产品的功能是否齐全、性 能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决 于总体方案设计阶段的工作，取决于方案的构思和方 案拟定时的设计思想。
三、机械系统的组成
机械系统主要是由原动机、传动系统、执行系统和 控制系统所组成。
四、机械总体方案设计的内容
★ 执行系统的方案设计。主要包括执行系统的功能 原理设计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执 行系统的协调设计和执行系统的方案评价与决策。
★ 原动机类型的选择和传动系统的方案设计。其中 传动系统的方案设计主要包括传动类型和传动路线的 选择，传动链中机构顺序的安排和各级传动比的分配。
§12-1 机械总体方案设计概述
一、机械产品的设计过程
机械产品设计是一个通过分析、综合与创新获得满足某 些特定要求和功能的机械系统的过程。
机械新产品的开发设计过程一般可以分为四个阶段：
◆初期规划设计阶段 ◆总体方案设计阶段 ◆结构技术设计阶段 ◆生产施工设计阶段
一、机械产品的设计过程（续）
1. 初期规划设计阶段
（2）特点及应用 优点是功率范围宽、操作简便、启动迅速；适用于
工作环境无电源的场合，多用于工程机械、农业机械、 船舶、车辆等。
缺点为对燃油的要求高，排气污染环境、噪音大、 结构复杂。
一、原动机的类型和特点（续）
4. 液压马达
液压马达又称为油马达，它是把液压能转变为机械能的 动力装置。其主要优点是可获得很大的动力或转矩，可通过 改变油量来调节执行机构速度，易进行无级调速，能快速响 应，操作控制简单，易实现复杂工艺过程的动作要求。缺点 是要求有高压油的供给系统，液压系统的制造装配要求高， 否则易影响效率和运动精度。
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机构 型式
连
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机
结
杆
轮
它
构
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机
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组
变
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合
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§ 12-3 原动机的选择
一、原动机的类型和特点
1. 动力电动机
电动机的类型很多，不同类型的电动机具有不同的 结构型式和特性，可满足不同的工作环境和机械不同的 负载特性要求。
主要优点为：驱动效率高、有良好的调速性能、可远距 离控制，启动、制动、反向调速都易控制，与传动系统 或工作机械联接方便，作为一般传动，电动机的功率范 围很广。
★ 运动和动力分析：即对整个执行系统进行运动分析和动 力分析，以检验其是否满足运动要求和动力性能方面的要求。
★ 方案评价与决策：方案评价包括定性评价和定量评价。 前者是指对结构的繁简、尺寸的大小、加工的难易等进行 评价，后者是指将运动和动力分析后所得的执行系统的具 体性能与使用要求所规定的预期性能进行比较，从而对设 计方案作出评价。
◆选题
◆调研和预测 ◆可行性论证 ◆确定设计任务
2. 总体方案设计阶段
◆目标分析 ◆创新构思 ◆方案拟定 ◆方案评价 ◆方案决策
阶段成果：
调研报告 产品开发可行性论证报告 设计任务书
阶段成果：
总体方案示意图 机械系统运动简图 方案设计计算说明书
一、机械产品的设计过程（续）
3. 结构技术设计阶段
◆结构方案拟定 ◆造型设计 ◆结构设计 ◆材料选择与尺寸设计 ◆设计图绘制
二、执行系统方案设计的内容（续）
机械执行系统方案设计流程图 机械预期实现的功能
功能 原理
摩 流电 机材 擦 体磁 械料 光其 传 传传 推变 电它 动 动动 拉形 原原 原 原原 原原 理理 理 理理 理理
运动 规律
工
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二、执行系统方案设计的内容（续）
给定某种预期功能要求
实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理； 实现同一种工作原理，可以选择不同的运动规律； 实现同一种运动规律，可以选择不同型式的机构。
获得多种不同的方案
机械执行系统方案设计所要研究的问题，就是如何合理 地利用设计者地专业知识和分析能力，创造性地构思出 各种可能地方案并从中选出最佳方案。
★ 控制系统的方案设计.
★ 其它辅助系统的设计。主要包括润滑系统、冷却 系统、故障监测系统、安全保护系统和照明系统等的 设计。
§ 12-2 机械执行系统的方案设计
一、执行系统方案设计的过程
框图表示
二、执行系统方案设计的内容
★ 功能原理设计：就是根据机械预期实现的功能，考虑选 择何种工作原理来实现这一功能要求。