第3章机设学-机械产品的功能原理设计概要

合集下载

机械设计专业的基本原理

机械设计专业的基本原理机械设计是工程设计领域中的重要分支，它涉及到机械结构、运动学、材料力学等多个方面的知识。

机械设计专业的学习和应用需要掌握一系列基本原理，本文将介绍机械设计专业的基本原理，包括机械设计的定义、机械结构设计、运动学基本原理、材料力学基本原理等。

一、机械设计的定义机械设计是指通过对机械系统的结构、运动学和动力学等方面的研究，以满足特定功能和性能要求为目标，进行机械产品的设计和开发工作。

机械设计的核心任务是通过合理的结构设计和运动学分析，实现机械产品的高效、可靠和安全运行。

二、机械结构设计机械结构设计是机械设计的重要组成部分，它涉及到机械产品的外形、内部结构和零部件的布置等方面。

在机械结构设计中，需要考虑机械产品的功能需求、工艺要求、制造成本等因素，以及材料的选择、零部件的配合等问题。

通过合理的结构设计，可以实现机械产品的功能完善、结构紧凑和制造便捷。

三、运动学基本原理运动学是机械设计中的重要理论基础，它研究物体的运动规律和运动参数之间的关系。

在机械设计中，需要通过运动学的分析和计算，确定机械系统的运动方式、速度、加速度等参数。

运动学基本原理包括直线运动和旋转运动的描述方法、速度和加速度的计算公式等。

通过运动学的分析，可以为机械产品的运动控制和运动性能的改进提供理论依据。

四、材料力学基本原理材料力学是机械设计中的另一个重要理论基础，它研究材料受力状态和应力、应变之间的关系。

在机械设计中，需要通过材料力学的分析，确定机械结构和零部件的强度和刚度等参数。

材料力学基本原理包括受力分析、应力分析和应变分析等内容。

通过材料力学的分析，可以为机械产品的结构设计和材料选择提供依据，确保机械产品的安全可靠。

总结起来，机械设计专业的基本原理包括机械设计的定义、机械结构设计、运动学基本原理和材料力学基本原理等。

通过掌握这些基本原理，可以为机械产品的设计和开发提供理论依据，实现机械产品的高效、可靠和安全运行。

机械设计基本原理

靠性指标。
7)必须描述系统的总体强度、破坏特征及可靠性指标。
第十五页，编辑于星期日：十四点五十七分。
8)在上述估算和描述的基础上，对零部件从使用要求和
经济性两方面进行优化设计。（参数优化，几何形状
优化）
二设计准则（从以下三方面研究设计准则）
1 从科学分析和创造性设计角度，设计人员应遵循以下
设计准则：
5)合理设计零部件各位置的应力分布和刚度，最大限度减少设置重量。(应用应变能分布密度，进行几何形状优化) (承受交变或脉动载荷的零件，要注意引起应力集中的部位的设计。如圆角、螺纹、小孔及配合面。如取煤机主轴的设计采用无键联接；必要时关键部位采用局部表面强化处理；承受单向载荷的构件如压力容器、弹簧、旋转圆盘、
d)临界设计寿命设计理论（安全保护作用） 6)从安全性、可靠性角度
a)安全系数法
b)可靠性设计理论 7)人－机关系协调理论
第十一页，编辑于星期日：十四点五十七分。
§1－3 机械设计理论研究状况
和发展趋势
目前机械设计处于半经验半理论设计阶段，不完全成熟，还需要进一步研究设计的内在规律和特征。
设计的发展趋势是：设计由静态走向动态；由单参数走向多参数；由安全走向可靠；方案设计由单解走向多解，最终设计
4)从失效分析角度可分为：
a)力和温度引起的弹性变形失效（弹性变形量达到干
扰机器实现其功能的情况。）
b)屈服失效（塑性变形达到干扰机器完满实现功能的情况。）
c)曲面变形失效（两接触曲面间静态力产生局部屈服，使表面一定范围内产生不连续的现象。如轴承滚道点蚀；汽车吊工作时液压支撑。）
d)塑性断裂失效（塑性变形达到断裂程度） e)脆性断裂失效（弹性变形达到原子键破裂程度） f )疲劳失效。包括：

机械创新设计第三章常用创新设计的基本原理

第一节综合创新原理
1) 综合能发掘已有事物的潜力，并且在综合过程中产生新的价值。 2)综合不是将研究对象的各个要素进行简单的叠加或组合，而是通过创造性的综合使综合体的性能产生质的飞跃。 3)综合创新比起开发创新在技术上更具有可行性，是一种实用的创新思路。
第二节分离创新原理
图3-3 分离创新原理的模式
第四节逆向创新原理
1.功能性逆向创新 2. 结构性逆向创新 3.因果关系逆向创新
第五节还原创新原理
例3-5 食品保鲜研究。例3-6 洗衣机的开发。
ห้องสมุดไป่ตู้
第六节物场分析原理
一、物场分析的概念物场分析法（Substance⁃Field）是前苏联学者阿奇舒勒在发明
问题解决理论TRIZ中提出的一种创造原理，这种创新理论提出，解决创造课题的本质问题是消除课题的技术矛盾，而技术矛盾是由物理矛盾决定的，因此，只有消除物理矛盾，才能最终解决创造课题。为了分析和消除这类矛盾，可以运用物场分析原理。这个方法的基础是对“最小技术系统”的理解和分析：在任何一个最小技术系统中，至少有一个主体S1，一个客体S2和一个场F，三者缺一不可，否则不能发生技术作用。
例3-1 “椰菜娃娃”奇迹及启示。 1)设计师在设计时应具有营销的观念，以销定产，以顾客的需要为中心，以销售指导产品的设计和生产，满足和服务顾客的需要，这样才能设计出受客户欢迎的产品。 2)在现代社会中，产品除了满足功能方面的要求外，更重要的是满足心理、人文、审美等方面的需要。
第三节移植创新原理
3.增加 4.变换
第六节物场分析原理
1)指定物体S1。
图3-6 新型割草机
第六节物场分析原理
2)确定场F。 3)指定物体S2。 4)改变刀体锥面，使其与主轴锥孔不是以整个圆锥面接触，而是以多数点的形式接触，如图3-7c所示。

第3章典型机电一体化产品规划和概念设计

同样，总功能的其他功能元或子功能都能找到对应的功能载体。这样，根据已有的知识、经验、能力和灵感，借鉴类似设计和前期构思中形成的初步方案，通过效益角度的衡量、安全环境方面的考察，就能组合成少数几个较好的整体方案，然后再经过评价和决策，就可以设计出整体方案。
有2种方式，即机械式与电气式机械方式：(1)机械凸轮机构(2)光电盘方式进行粗定位，然后有一个液动或气动的定位销插入主轴上的销孔或销槽实现精确定位，完成换刀后定位销退出，主轴才开始旋转。采用这种传统方法定位，结构复杂，在早期数控机床上使用较多。而现代数控机床采用电气方式定位较多。 (1)用磁性传感器检测定位，在主轴上安装一个发磁体与主轴一起旋转，在距离发磁体旋转外轨迹1~2mm处固定一个磁传感器，它经过放大器并与主轴控制单元相连接，当主轴需要定向时，便可停止在调整好的位置上。 (2)主轴编码器检测定位，这种方法是通过主轴电动机内置安装的位置编码器或在机床主轴箱上安装一个与主轴1∶1同步旋转的位置编码器来实现准停控制，准停角角度可任意设定。为什么加工中心要有主轴准停？数控机床为了完成ATC(刀具自动交换)的动作过程，必须设置主轴准停机构。由于刀具装在主轴上，切削时切削转矩不可能仅靠锥孔的摩擦力来传递，因此在主轴前端设置一个突键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必须与突键对准，才能顺利换刀：为此，主轴必须准确停在某固定的角度上。由此可知主轴准停是实现ATC过程的重要环节。当主轴电机跟主轴之间有减速比的话，1:10以下（非1:1直连）的建议采用：(2)主轴编码器检测定位主轴准停有时不准如何解决？反复执行M19定位查看是否频繁的出现准停不准的现象 1.如果每次都不准，但每次准停的位置相同，就通过调整参数进行修正，伺服主轴在系统参数上调整，变频主轴在变频器上调整 2.如果偶尔出现不准，且偏差不大，检查电机定位系统，如果有外部定位开关的，先检查定位开关的灵敏性，如果没有检查伺服与电机编码器线 3.如果频繁出现，且定位偏差每次不一样，时大时小，通常是应用内部定位的，检查电机与主轴的连接，是否出现松动不同步的情况

机械产品的功能原理的实现

第四章机械功能原理的实现 ——机械运动系统的方案设计
1
第一节机构能实现的动作功能
机构能实现哪些动作功能？
2
1．运动形式或运动规律变换
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
3
2．实现开关、联锁和检测等
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。
4
3.实现程序控制或手动控制
1)利用时间的序列进行控制
5
直列四缸发动机
利用时间的序列进行控制
V型六缸发动机
水平对置发动机
6
2)利用动作的序列进行控制
电磁阀控制液压缸的顺序操作过程
7
3) 利用运动的变化等进行控制
汽车发动机的离心调速器
利用速度变化进行控制的汽车发动机调速器
1-主动盘 2、3-齿轮 4-拉杆 5-供油量调节臂 6-调节弹簧 7-定轴 8-杠杆 9-平板 10-滑套 11调速器轴
8
选择机构实现功能原理的原则和范围？

22
运动速度或力的大小变换
啮合方式摩擦方式
1 2 1 3
2
1
楔块原理
圆锥式无级变速器 3
流体作用原理
平面盘式无级变速器
23
2
摩擦轮传动
汽车变速器
运动形式或传力方式的变换
转动、平动、摆动
24
执行机构
带动工作头进行工作并使之获得工作力或力矩的机构

3第三章总体方案设计

刚度、按触刚度、抗振性和热变形等因素决定的。

包装机的精度愈高,对机械的制造精度、零件材料的要求愈高, 使机械制造成本高。因此,包装机的精度必须根据各种要求,进行全面综合分析后再确定。
四、提高机械的自动化程度
包装机械分为半自动包装机和全自动包装机,若
包装机在完成完整的包装循环的过程中,包装物料或包装材料的传送要人工来完成,则称为半自动包装机；若上述工作全部由机器来完成,则称为全自动包装机。
(2)使用说明书
它包括包装机的技术性能、各部件构造说明,包装机的安装、调试、润滑方式,常见故障的排除方法,易损零件列表和图样、电气设备表,以及包装机的运输方法和验收标准,有时要编制各种通用件、标准件名细表。
三、审核鉴定
对所拟定的方案、技术计算、设计图样等进行详细审核、并对试制的样机进行鉴定。
六、便于制造、操作、维修
包装机的零件结构复杂,在设计中,要注意零件的结构工艺性,若工艺性差,会造成加工性差、延长制造周期,增加制造成本。
同时,设计者必须为机器的操作者着想,使操作者便于更换包装材料、添加物料，便于观察机器的工作情况、以及便于调整、维修和保养机器。
另外,要有安全保护装置,防止发生人身安全事故、机器损坏和包装质量事故等。
特别要注意审查整个设计方案是否合理，各个具体设计环节是否正确，设计是否完整，还需做哪些改进。
种“作用原理”（如图中的摩擦轮、转动架、气嘴等），最后达到实现“功能目标”的结果。
由此可见，不同的功能原理所需要的工艺动作，以及所设计的机械在工作性能、工作品质和使用场合等方面会有很大差异。功能原理设计的重点在于提出创新构思，使思维尽量"发散"，力求提出较多的解以便比较和选优。对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有成熟的考虑。由此可见，功能原理设计的特点如下： 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。

西安交大《机械设计基础》课后习题答案综合版

机械设计基础复习大纲2011、4、3第1章绪论掌握：机器的特征：人为的实物组合、各实物间具有确定的相对运动、有机械能参与或作机械功机器的组成：驱动部分+传动部分+执行部分了解:机器、机构、机械、常用机构、通用零件、标准件、专用零件和部件的概念课程内容、性质、特点和任务第2章机械设计概述了解：与机械设计有关的一些基础理论与技术，机器的功能分析、功能原理设计，机械设计的基本要求和一般程序、机械运动系统方案设计的基本要求和一般程序、机械零件设计的基本要求和一般程序,机械设计的类型和常用的设计方法第3章机械运动设计与分析基础知识掌握:构件的定义(运动单元体）、分类（机架、主动件、从动件）构件与零件(加工、制造单元体）的区别平面运动副的定义、分类（低幅：转动副、移动副；高副：平面滚滑副）各运动副的运动特征、几何特征、表示符号及位置机构运动简图的画法（注意标出比例尺、主动件、机架和必要的尺寸）机构自由度的定义（具有独立运动的数目)平面运动副引入的约束数（低幅：引入2个约束;高副:引入1个约束）平面机构自由度计算（F＝3n－2P5－P4）应用自由度计算公式时的注意事项（复合铰链、局部自由度、虚约束、公共约束)机构具有确定运动的条件（机构主动件数等于机构的自由度）速度瞬心定义（绝对速度相等的瞬时重合点）瞬心分类:绝对瞬心（绝对速度相等且为零的瞬时重合点，位于绝对速度的垂线上）相对瞬心（绝对速度相等但不为零的瞬时重合点，位于相对速度的垂线上）速度瞬心的数目:K=N（N—1)/2速度瞬心的求法：观察法：转动副位于转动中心；移动副位于垂直于导轨的无穷远；高副位于过接触点的公法线上三心定理：互作平面平行运动的三个构件共有三个瞬心，且位于同一直线上用速度瞬心求解构件的速度（关键找到三个速度瞬心，建立同速点方程，然后求解）了解：运动链的定义及其分类（闭式链：单环链、多环链;开式链)运动链成为机构的条件（具有一个机架、具有足够的主动件）机动示意图（不按比例）与机构运动简图的区别第6章平面连杆机构掌握:平面连杆机构组成（构件+低副;各构件互作平行平面运动）──低副机构平面连杆的基本型式（平面四杆机构）、平面四杆机构的基本型式（铰链四杆机构）铰链四杆机构组成（四构件+四转动副）铰链四杆机构各构件名称(机架、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、固定铰链、活动铰链）铰链四杆机构的分类：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构铰链四杆机构的变异方法：改变构件长度、改变机架（倒置）铰链四杆机构的运动特性:曲柄存在条件：①最长杆长度+最短杆长度≤其余两杆长度之和②连架杆与机架中有一杆为四杆中之最短杆曲柄摇杆机构的极限位置(曲柄与连杆共线位置）曲柄摇杆机构的极位夹角θ（两极限位置时曲柄所夹锐角）曲柄摇杆机构的急回特性及行程速比系数平面四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的传力特性：压力角α：不计摩擦、重力、惯性力时从动件受力方向与受力点速度方向间所夹锐角传动角γ：压力角的余角许用压力角[]︒=40α~︒50、许用传动角[]︒=50γ～︒40曲柄摇杆机构最小传动角位置(曲柄与机架共线的两位置中的一个)死点位置：传动角为零的位置（︒=0γ）实现给定连杆二个或三个位置的设计实现给定行程速比系数的四杆机构设计：曲柄摇杆、曲柄滑块和摆动导杆机构了解：连杆机构的特点、铰链四杆机构以及变异后机构的特点及应用、死点（止点）位置的应用和渡过基本设计命题:实现给定的运动要求:连杆有限位置、连架杆对应角位移、轨迹满足各种附加要求:曲柄存在条件、运动连续条件、传力及其他条件实验法设计实现给定连杆轨迹的四杆机构，解析法设计实现给定两连架杆对应位置的四杆机构第7章凸轮机构掌握：凸轮机构的组成（凸轮+从动件+机架）──高副机构凸轮机构的分类:按凸轮分类:平面凸轮(盘形凸轮、移动凸轮），空间凸轮按从动件分类:端部形状：尖端、滚子、平底、曲面运动形式：移动、摆动安装方式：对心、偏置按锁合方式分类：力锁合、形锁合基圆（理论廓线上最小向径所作的圆)、理论廓线、实际廓线、行程从动件运动规律（升程、回程、远休止、近休止)刚性冲击(硬冲：速度突变，加速度无穷大）、柔性冲击（软冲:加速度突变）运动规律特点：等速运动规律：速度为常数、始末两点存在硬冲、用于低速等加速等减速：加速度为常数、始末中三点存在软冲、不宜用于高速余弦加速度：停─升─停型：始末两点存在软冲、不宜用于高速升─降─升型：无冲击、可用于高速正弦加速度：无冲击、可用于高速反转法绘制凸轮廓线的方法：对心或偏置尖端移动从动件，对心或偏置滚子移动从动件滚子半径的选择、基圆半径的确定、运动失真及其解决的方法了解：凸轮机构的特点、凸轮机构的应用、凸轮机构的一般命名原则四种运动规律的推导方法和位移曲线的画法运动规律的基本形式：停─升─停；停─升─降─停;升─降─升运动规律的选择原则，平底从动件凸轮廓线的绘制方法及运动失真的解决方法机构自锁、偏置对压力角的影响，压力角α、许用压力角[]α、临界压力角c α三者关系：[]c ααα<≤max第8章齿轮传动掌握:齿轮机构的组成（主动齿轮+从动齿轮+机架)──高副机构圆形齿轮机构分类：平行轴:直齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）斜齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）人字齿轮机构相交轴：圆锥齿轮机构(直齿、斜齿、曲齿）相错轴：螺旋齿轮机构、蜗轮蜗杆机构齿廓啮合基本定律（两轮的传动比等于公法线割连心线线段长度之反比）定传动比条件、节点、节圆、共轭齿廓渐开线的形成、特点及方程一对渐开线齿廓啮合特性：定传动比特性、啮合角和啮合线保持不变、可分性渐开线齿轮各部分名称：齿数、模数、压力角、顶隙、分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆齿顶高、齿根高、齿全高、齿距（周节）、齿厚、齿槽宽标准直齿圆柱齿轮的基本参数：齿数z 、模数m 、压力角α(︒20）齿顶高系数*a h (1.0、0.8）、顶隙系数*c (0。

第3章概要设计(总体设计)

5. 功能分解为了最终实现目标系统，为了最终实现目标系统，必须设计出组成这个系统的所有程序和文件(或数据库) 成这个系统的所有程序和文件(或数据库)。对程序(特别是复杂的大型程序)的设计，程序(特别是复杂的大型程序)的设计，通常分为两个阶段完成：为两个阶段完成：结构设计：确定程序由哪些模块组成，结构设计：确定程序由哪些模块组成，以及这些模块之间的关系；以及这些模块之间的关系；过程设计：确定每个模块的处理过程。过程设计：确定每个模块的处理过程。结构设计是总体设计阶段的任务，结构设计是总体设计阶段的任务，过程设计是详细设计阶段的任务。详细设计阶段的任务设计是详细设计阶段的任务。
通过对结构设计内容进行细化，通过对结构设计内容进行细化，得到软件的详细的数据结构和算法
为确定软件结构，首先需要从实现角度为确定软件结构，把复杂的功能进一步分解。一般说来，经过把复杂的功能进一步分解。一般说来，分解之后应该使每个功能对大多数程序员而言都是明显易懂的。言都是明显易懂的。功能分解导致数据流图的进一步细化，功能分解导致数据流图的进一步细化，同时还应该用IPO 或其他适当的工具同时还应该用IPO图或其他适当的工具简要描 IPO图适当的工具简要描述细化后每个处理的算法。述细化后每个处理的算法。
§3.3 设计原理 §3.3.1 模块化
模块又称“组件” 模块又称“组件”。一般具有三个基本属性: 本属性: 功能：功能：描述该模块实现什么功能逻辑：逻辑：描述模块内部怎么做状态：状态：该模块使用时的环境和条件在描述一个模块时，在描述一个模块时，还必须按模块的外部特性与内部特性分别描述：外部特性与内部特性分别描述：分别描述
§3.1
概要设计的任务

机械原理课程设计ppt课件

几点要求
每班同一题目的同学ห้องสมุดไป่ตู้成一个小组（一般为学号加减7）
每组选出组长一名，负责协调、组织本组成员的设计（定题后报给老师）
答辩前每组自报每个组员的自评成绩（由高到低排序，由本组成员讨论、综合贡献大小而定）
答辩时按组逐一进行充分发挥团结协作、群策群力的精神
答辩时完成的工作
按照运动特性选型（6）运动的合成与分解用顶吸法吸走顶部一张料板执行系统的运动规律设计
总功能：当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出较高精度的毛坯齿轮机构的模数、齿数、中心距等
凸轮连杆组合工件固定不动，刀具绕被加工孔的中心线转动，进给运动是刀具的径向、纵向运动。
该鞋钉分为钉头、钉杆、钉尖三部分，钉杆成四方锥形 2、构思出完成加压执行机构总体功能的功能-技术矩阵图。
齿轮连杆组合工件和刀具均不转动，只让刀具作直线运动。
运动位移或速度缩小功能：减小位移量（或速度），以实现增力要求
按照动作功能分解选型
精锻机主机构设计（3）
2、构思出完成加压执行机构总体功能的功能-技术矩阵图。
平压模切执行机构提示自动送料板装置实现的原理有：已按学号分发(共7组题目）总功能：当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出较高精度的毛坯压紧、挤方：由冲头3在前三次送料后的停歇时间内将钉杆挤压成方锥，在其余工作循环中冲头3保持与钉杆接触，起压紧作用。 2 机械系统设计的一般原则带传动（含同步带）和链传动将料板从底部推出，然后用夹板抽走 2、机械运动方案设计的过程和内容运转速度、行程可调性、运动精度等工件和刀具均不转动，只让刀具作直线运动。试构思该执行机构的若干方案。的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高总功能：当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出较高精度的毛坯直角坐标式运动循环图编程、建模分析检验机构加工内孔机床的运动规律设计：齿轮机构的模数、齿数、中心距等工件和刀具均不转动，只让刀具作直线运动。机构上机分析检验过程；

机械原理第3章连杆设计和分析

γmin＝[∠B1C1D, 180°-∠B2C2D]min
4）机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线
时，有：γ＝0（如右中图）
此时机构不能运动,称此位置为“死点”。
也可以利用死点进行工作，如飞机起落架。
作者：潘存云教授
5）铰链四杆机构的运动连续性
指连杆运动范围，如图阴影部分。
滑槽弧半径为无穷大时
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
偏心曲柄滑块机构
作者：潘存云教授
作者：潘存云教授
滑道与曲柄铰链共线
摇杆变为滑块，滑槽弧半径为
连杆长度时
对心曲柄滑块机构
双滑块机构
滑槽弧半径为无穷大时
正弦机构
②改变运动副的尺寸。
转动副半径大于曲柄长度
③选不同的构件为机架。
作者：潘存云教授
偏心轮机构
3.1 内容提要及基本概念
3.1.1 内容提要
平面连杆机构又称为平面低副机构，其各运动副都为低副，相邻构件之间的接触面为平面或圆柱面，加工方便，易达到高精度，并能承受较大载荷及形成几何封闭等优点，因此获得广泛应用。本章的主要目的是在掌握基本概念和基本理论的基础上，能根据给定的运动要求及辅助条件、动力条件，确定平面连杆机构的形式和各构件的尺寸参数，并能进行运动和力分析。
本章内容包括
平面四杆机构的特点、基本型式及其演化形式平面四杆机构曲柄存在的条件、急回特性、压力角、
传动角、行程速度比系数、极位夹角、死点位置平面四杆机构设计的基本问题、按简单运动条件设计
平面四杆机构的一些基本方法平面连杆机构运动分析的目的和方法，包括瞬心法、相
对运动图解法、解析法
平面连杆机构力分析的目的和方法
φφ2 1

机电一体化系统设计-机械系统设计

• 动态特性影响：系统运行时输出量与输入量之间的关系称动态特性。在传动系统中，如果传动形式选择不合适，传动比分配不当，转动惯量匹配不合理都会动使系统运动滞后，响应速度慢，影响系统的动态响应特性。
• 能耗影响：一个好的机电一体化系统应该是能够充分利用外部输入的能
量、尽可能减少系统本身能量消耗。外部输入能量作用分为三个方面：
• 运动精度影响：运动精度是机电一体化系统的重要技术指标。机械系统的机械结构变形、传动间隙、零件制造精度对运动精度直接产生影响。为了提高运动精度，在机械系统设计中要尽可能减少传动链的长度，提高传动零件的制造精度，消除传动间隙，提高支承件的刚度以减少系统的变形。
4
• 2.1.1 机械系统对机电一体化系统的影响
下面通过一般齿轮传动模型以系统响应速度为设计目标确定系统的总传比，传动装置简化模型如图2-6所示，M为电动机，G为齿轮传动装置（减速器），L为负载。 Jm为电动机转子的转动惯量；Jg 为齿轮传动的转动惯量； JL为负载的转动惯量； φm为电动机的角位移； TLF为摩擦力矩； i为齿轮系G的总传动比。
TLF 换算到电动机轴上的负载摩擦转矩为 TLF / i；JL换算到电动机轴上的转动惯量为 JL / i2 。设 Tm为电动机的驱动转矩，在忽略传动装置惯量的前提下，则电动机轴上的合力矩 Ta 为
24
•2.4.3 齿轮传动链设计
Ta
Tm
TLF i
J
m
Jg
JL i2
..
m
J
m
Jg
JL i2
9
•2.2.2 功能分解
为了便于设计，可以将机械的总功能分解为若干复杂程度较低的分功能或功能元，并形成机械的工艺动作过程。图2-1所示为冲压金属片的总功能，它分解为送料、冲制、退回等子功能。

机械设计学课本

机械设计学课本第⼀章绪论1.机械设计学学科的三个组成部分：功能原理设计、实⽤化设计、商品化设计。

2.机械设计具有哪些主要特点？（多解性、系统性、创新性）3.近代“设计学”的重⼤发展（功能思想的提出和发展；⼈机学思想的形成和发展；⼯业设计学科体系的发展和成熟）4.从设计构思的⾓度将机械设计步骤归纳为哪三⼤步？（创意、构思、实现）第⼆章机器的组成及典型机器的功能分析1.机器的定义：有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，在⼈或其他智能体的操作或控制下，实现为之设计的某种或⼏种功能。

2.从不同⾓度看机器的组成：从机构学的⾓度看：各种基本机构，⾃由度=原动机数；从结构学的⾓度看：各种基本零件；从专业的⾓度看：各种主要部件3.从功能的观点看机器的组成：机器由多个主要分功能系统构成，它们的协调⼯作实现了实现了机器的总功能。

⼜可进⼀步分为：⼯作机（⼯作头、执⾏机构）传动机原动机控制器。

4.从功能的观点看机器的分类可分为：⼯艺类机器：对物料进⾏⼯艺性加⼯的机器，主要特征是具有专⽤的⼯作头并进⾏独特的⼯艺加⼯动作；⾮⼯艺类-不对任何物料进⾏⼯艺性加⼯，只实现某些特殊的动作性的机器。

5.家⽤缝纫机是⼀种典型的⼯艺类机器。

⼯艺⽅式：⼀是采⽤针尖引线的⽅法代替针尾引线；⼆是采⽤双线互锁交织的⽅法代替反复穿刺。

功能分析：（1）总功能：将线按⼀定规律缝于缝料上，它可使⼀根线或多根线通过⾃连、互连、交织，在缝料上形成⼀定形式的线迹。

（2）主要功能：引⾯线造环功能，勾⾯线扩环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，调节压脚和压紧⼒的功能，调节送布针距的功能，绕底线功能。

（4）控制功能：机械控制功能，⼈机控制功能，电⼦控制功能。

6.现代银⾏点钞机是⼀种典型的机电⼀体化系统，属于⼯艺类机器。

功能要求：要有堆放准备清点纸币的空间，并能将纸币连续输⼊，直到最后⼀张；要有能把纸币逐张分开，避免两张当做⼀张计数的机构；要有准确计数的装置，清理完毕的纸币要整理成⼀叠。

机械设计学教案(全套)

教案首页课程名称机械设计学任课教师第一章绪论计划学时 3教学目的和要求：1.明确课程定位，使学生理解机械设计与机械设计学的内容侧重点和课程特点；2.了解机械设计学的发展史；3.本课程的内容按章节的分布情况；4.要求同学掌握机械设计学的研究重点；5.要求同学掌握机械设计的一般步骤。

重点：1.设计的基本内涵，机械设计学的学科组成；2.机械设计的一般步骤。

难点：机械设计学的定义、机械设计的一般步骤。

思考题：1.如何认识人类文明的一切成果都是设计的产物？2.根据“功能”思想，预测下一代家用电器会风靡市场的是什么产品？本课程以培养学生“能提出创新构思并能尽快将其转化为有竞争能力的产品”的初步能力为目标，围绕影响产品竞争力的功能原理设计、实用化设计和商品化设计三个关键设计环节展开讨论。

科学和技术是两个完全不同的概念，千万不可混为一谈，科学是指那些基础性的研究，例如数学、物理、化学、天文、地理、生物……；技术则主要指制造工艺（包括材料的制备、加工、处理）以及各种制作的技巧、经验等。

设计的产品有的来源于生活，有的来源于想象，总的来说来源于思考，设计的始终都在贯穿着思考。

俗语说：没有做不到的，只有想不到的。

随着科技的发展会使很多不可能变为可能，把很多幻想变成现实。

机械设计学是一门方法性的课程，讲的是机械设计的理念、思路与方法。

产品设计的过程中，尤其是产品的方案设计中机械设计学的知识占的比重很大，能熟练运用辩证法、创新设计方法、概念设计等方法在机械设计中尤为重要。

第一讲绪论教学主要内容：1.机械设计的概念2.“设计学”的核心内容3.“机械设计学”的学科组成4.机械设计的类型及设计过程5.传统设计和现代设计一、概念1.机械（Machinery）机械是依据力学原理组成的各种装置和设备，是机器和机构的总称。

它包括机器、工具、器械、仪器…….2.机器 (Machine)机器是人类进行生产以减轻体力劳动和提高劳动生产力的主要工具。

机械设计学课程设计-粉料压片机

西北工业大学机械设计学课程设计院（系）：机电学院班级: ___________学号： ____________姓名：______________同组学生：陈波等____________指导教师：辛洪兵成绩： __________________________实践地点： _______实践时间：2010年—月21日至20 10年_7月一2_日2010年7 月2 日目录第一章设计任务1、1目得 (3)1、2设计要求第二章功能原理设计2、1总功能 (5)2、2功能分析 (5)2、3方案及评价 (6)第三章原理方案设计及分析3、1选定方案得详细说明 (11)3、2 各装置选用方案 (11)3、2 原理方案总图 (13)第四章机械系统方案设计4、1总体功能机械系统设计方案 (15)第五章结束语 (16)参考文献 ...................................................................................................................................... 1 7第一章设计任务1、1目得1、设计该装置有利于易拉罐得回收利用，增强大家得环保意识增加易拉罐得回收利用率。

2、粉料压片机得工作原理及工艺动作过程(1)粉末压片机就是由上冲头、下冲头、料筛传送机构组成，料筛由传送机构把粉料送至上、下冲头之间，通过上、下冲头加压把粉料压成有一定密度得药片。

(2)它得主要动作有：送料、筛料、压料、推出片坯、送成品其工艺动作得分解如下图所示:1-料斗2—粉料3 —片坯(药片)4-下冲头5—模具6 —上冲头1) 移动料斗至模具得型腔上方准备将粉料装入型腔，同时将已经成型得药片推出；2)料斗振动，将料斗内得粉料筛入型腔；3)下冲头下沉至一定程度，以防止上冲头向下压制时将型腔内粉料扑出；4)上冲头向下，下冲头下上，将粉料加压并保压一定时间，使药片成型好；5)上冲头快速退出，下冲头将成型得工件(药片)退出型腔，完成压片工艺过程。

机械设计学(总结)

机械设计学第一章绪论1、机械设计学定义——是一门研究机械设计的共性的综合性学科。

如设计技术、设计理论和设计方法。

2、机械设计的目标：在满足需求的基础上，实现约束最优化设计。

3、机械是机器和机构的统称。

4、机械设计具有的主要特点：多解性、系统性和创新性5、机械设计学的学科由（机械产品设计的三个基本环节是）功能原理设计、实用化设计和商品化设计三大部分组成。

功能原理设计：针对产品的主要功能所进行的原理性设计实质：原理方案的构思和拟定过程。

设计方法：以简图或示意图来进行方案的设计。

实用化设计工作：设计结构、选择材料、确定尺寸要求：明确、简单、安全可靠、掌握和遵循其内在规律和一般原理。

实用化设计的核心是要使产品具有优良的性能，好用。

商品化设计（技术、经济、社会）6、从设计构思的角度机械产品设计可归纳为三大步：创意、构思和实现。

创意：重点在于新颖性，且必须具有潜在需求。

构思：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：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。

7、创新需要充分发挥设计人员的三种能力：抽象思维（抓住问题的本质）创造性思维（求多解）形象思维（头脑设计阶段）8、信息的交流与综合是创新的前提9、设计过程是在约束条件下求优过程（约束优化问题）包括：方案优化、设计参数优化、结构形状优化和整体布局方案优化。

10、机械设计按其创新程度可分为创新设计、变型设计和适用性设计三种类型。

11、设计阶段的具体任务可分为四个阶段：可行性研究、初步设计、详细设计和改进设计。

12、机械设计的基本程序可分为四个阶段：设计规划、方案设计、技术设计和施工设计。

第二章机器的组成及典型机器的功能分析1、机器的定义：一种用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合。

2、任何一台机器都是由原动机、传动机、工作机和控制器四部分组成。

第三章机械产品的功能原理设计1、功能原理设计定义：针对产品的主耍功能所进行的原理性设计简称为功能原理设计。

2.1 机械系统的功能原理设计

2.3.2 方案设计程序
2.3.3 方案构思的常用方法
9
2.3.1 基本概念
方案设计总体设计
从全局的角度，以系统的观点，所进行的有关整体方面的设计。内容包括：机械系统功能原理方案设计；总体布局；
系统的主要参数确定；
系统的精度等；机械系统总体设计方案及其论证评价决策是产品设计的关键，也是详细设计时的指导性文件。
针对产品的主要功能提出一些原理性的构思。这种针对
主要功能的原ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性设计，可以简称为“功能原理设计”。
功能原理设计的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。对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有成熟的考虑，因此常只需用简图或示意来表示所构思的内容。如船用抽水机功能原理设计。
14
2.3.3 方案构思的常用方法
（1）黑箱法：功能原理分析法（2）列举法（3）移植法
受其他事物的启迪，触发灵感，运用联想将其原理合理地应用到自己的课题上。
（4）筛选法
15
金属轧制
16
2.3.3 方案构思的常用方法
（1）黑箱法：功能原理分析法（2）列举法（3）移植法（4）筛选法
将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作及实现该运动的基本机构和组合机构尽可能按层次罗列出来，进行排列组合；按可行性、先进性、方便性、经济性等设计原则逐个分析审查，筛选最优方案。
53
利用船体摆动带动活塞往复运动
利用船的起伏通过杠杆使活塞运动
利用涨潮的水位落差，使水排出
船用抽水机功能原理构想
54
2.5.1 功能原理设计的概念和特点
2.功能原理设计的工作特点

机械设计学-教学日历

周次
章节题目
内容
课时
课堂讨论、实（验）践等其它教学环节题目
1
第一章绪论
介绍设计在人类文明进步中的作用；介绍改善设计对于国家地位的重要作用；介绍设计与科学研究的关系；近代设计科学的重要进展；机械设计的概述。
2
讲课
2
第二章机器的组成及典型机器的功能分析
讲解机械和机器的概念以及机器的功能组成。介绍机器的分类，引出按功能分类对于设计的重要意义。对家用缝纫机进行功能分析；对针式打印机进行功能分析。
2018/2019学年第2学期
教学日历(1-18周)
课程名称:机械设计学总学时: 34实验学时: 0周学时: 2学分: 2
任课单位:机械工程学院教研室:机械设计任课教师:职称:
使用教材及参考书:黄靖远，高志陈祝林主编.机械设计学.北京：机械工业出版社,2007
学生所在院：机械工程学院年级:班级:学生人数:32
2
讲课
5
第四章机械功能原理的实现—机械运动系统的方案设计（2）
讲解按机械动作功能原理要求完成机械运动系统的方案设计。介绍机构的创新设计方法；举例讲解机构运动循环图的概念和绘制方法。
2
讲课
6
第五章机械产品的实用化设计（1）
讲解产品设计的核心和外围问题；讲解实用化设计的任务和主要内容；总体设计的基本任务和内容；举例介绍工艺方案的确定
2
讲课
12
第七章机械产品设计中的几个主要技术问题（2）
可靠性设计；介绍机械的热效应设计；
2
讲课
13
第七章机械产品设计中的几个主要技术问题（3）
介绍机械抗振性设计和低噪声设计；介绍机械动态设计。介绍人机学。
2
讲课

机械产品设计课程设计方案

机械产品设计课程设计方案一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握机械产品设计的基本原理和概念；2. 学生能够了解不同机械部件的功能、结构及其在整体设计中的作用；3. 学生能够运用所学的知识，分析并解决简单的机械设计问题。

技能目标：1. 学生能够运用CAD软件进行基本的机械制图；2. 学生能够运用数学和科学方法进行机械结构的计算和优化；3. 学生能够运用团队合作的方式，完成一个简单的机械产品设计项目。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计的兴趣，激发他们的创造力和创新意识；2. 培养学生严谨、细致的工作态度，提高他们的责任感和成就感；3. 培养学生团队合作精神，提高他们沟通、协调和解决问题的能力。

课程性质：本课程为实践性较强的学科，注重理论知识与实际应用的结合。

学生特点：学生处于初中阶段，对新鲜事物充满好奇，具有一定的动手能力和创新意识。

教学要求：结合学生特点，注重启发式教学，引导学生主动探究，提高他们的实践操作能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。

在教学过程中，关注学生的个体差异，鼓励他们积极参与，发挥潜能。

二、教学内容1. 机械设计基本原理：包括机械设计的基本概念、设计流程、设计原则等，参考教材第一章内容。

2. 机械零件及其功能：学习不同类型的机械零件，如轴承、齿轮、传动带等，分析其在机械系统中的作用，参考教材第二章内容。

- 轴承的类型和选用；- 齿轮的设计和计算；- 传动带的应用和选型。

3. 机械制图与CAD软件应用：学习机械制图的基本知识，掌握CAD软件的基本操作，进行简单的机械制图，参考教材第三章内容。

- 机械制图的基本规范；- CAD软件的基本功能和使用方法；- 实际操作练习。

4. 机械结构计算与优化：运用数学和科学方法进行机械结构的计算和优化，参考教材第四章内容。

- 机械结构的受力分析；- 材料的选择和强度计算；- 结构优化的基本方法。

5. 机械产品设计实践：以团队合作形式，完成一个简单的机械产品设计项目，结合教材第五章内容。

- 机械的组成和功能原理

现代科学技术和应用数学的飞跃发展，许多新的设计思想、方法和手段，如设计方法学、计算机辅助设计、优化设计、有限元、可靠性设计、反求工程等，促进了机械设计的革新和发展。随着科技的进步，试验手段的加强，设计水平发展很快。纵观整个机械的设计发展过程，设计从宏观走向微观，从静态走向动态，从单目标设计走向多目标综合设计。
在机械工程专业期刊上发表了二十多篇专业技术论文和多篇教育教学论文，出版技术专著两部，编著和主编国家级和教育部规划教材叁部，主持完成企业应用技术研发项目多项。获得佛山职业技术学院教学成果一等奖一项、广东省中专教育优秀科研成果奖一项、佛山市自然科学优秀学术论文奖和优秀学术著作奖等四项。
2
配用：
5
教学目标
1.知识目标 ⑴掌握机械的概念和组成。 ⑵熟悉机械设计的发展概况。 ⑶熟悉课程主要内容、基本要求和学习特点。 ⑷了解机械设计的过程。 ⑸熟悉机械功能原理设计（重点是动作功能和工艺功能）。 ⑹掌握机械设计约束的基本内容（重点是承载能力约束）。 ⑺熟悉机械结构设计的基本要求（重点是工机械的概念:
从功能结构和实现运动的观点来看，机器和机构之间没有区别。
“机器”能代替人类的劳动以完成有用的机械功或转换机械能，故机器是能转换机械能或完成有用机械功的机构。“机器”通常用来指机械的实体，例如自行车、拖拉机和内燃机等。
“机构”是由若干构件以一定方式联接组成，用以传递动力、运动或是转换运动形式的系统（例如连杆机构、凸轮机构和轮系等）。
12
1.1.3 本课程的内容、
基本要求和学习特点
本课程的基本任务是：掌握常用机构和通用机械零件的工作原理、结构特点、应
用场合、技术规范、选用和设计等基本知识与基本理论，以及相应的计算、使用技术资料、计算机辅助设计和绘图等基本技能；初步具有设计和选用通用机械零部件和简单机械传动装置，分析生产实际中常用机构工作特性、通用机械零件失效以及结构方面问题的能力。为学习后续专业课程、进行技能实训和学习新的科学技术中有关机械的内容打下基础。