机械系统设计 p4
机械系统设计 ppt课件
（5）体积和重量：尺寸、重量、功率质量比等；
（6）经济性：设计和制造的经济型、使用和维修 的经济性等；
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（7）环境保护：噪声、振动、防尘、防毒、“三废”
的排放和治理、周围人员和设备的安全保护；
（8）产品造型：外观、色彩、装饰、形体及比例、人 -机-环境的协调等；
（9）其它：一些特殊机械的的特殊要求。
形符号、名词术语等。
我国标准分国家标准、专业标准、企业标准三级。根据 标准性质又分强制标准和推荐性标准。
国际标准化组织ISO 国际电工委员会IEC
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3.采用新技术
设计是要善于学习和掌握使用各种新工
艺、新结构、新材料，提高产品的性能和经 济性。
4.改善零部件结构工艺性
零件结构工艺性包括锻造、铸造、冲压、焊 接、热处理、切削、装配等工艺性，良好的 工艺性时间少加工工时、提高生产率、缩短 生产周期、降低材料消耗和制造成本的前提， 也是实现设计目标、减少差错、提高产品质 量的基本保证
3
二、 机械系统的组成
机械系统的定义： 由若干机构、部件、零件组成的系统
机械系统----内部系统 人和环境----外部系统 机械系统的组成： 动力系统、传动系统、执行系统、操控系统
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（一）动力系统
机械系统的动力源
一次动力----把自然界的能源转变为机械能的机械， 如内燃机、汽轮机、燃气轮机等。
二次动力----把二次能源（电能、液能、气能）转变
为机械能的机械，如电动机、液压马达、气动马达 等。
选择动力机应考虑能源条件、执行机械特性，机械
《机械系统设计》课件
contents
目录
• 机械系统概述 • 机械系统设计基础 • 机械系统中的常用机构 • 机械系统中的传动装置 • 机械系统中的控制系统 • 机械系统设计实例分析
01
机械系统概述
机械系统的定义与分类
总结词
机械系统是由若干相互联系、相互作用的零部件，按照一定的规律和要求组成的整体，具有特定的功能和运动形 式。根据不同的分类标准，机械系统可以分为多种类型。
制器。
调节器
根据反馈信号和设定值 ，调整控制信号，使系
统输出达到设定值。
控制系统的设计方法
解析法
实验法
通过建立数学模型，分析系统的稳定性、 响应速度和误差等性能指标，设计控制器 和调节器。
通过实验测试系统的性能指标，调整控制 器和调节器参数，以达到最优性能。
仿真法
人工智能法
通过建立系统仿真模型，模拟系统的动态 特性和性能指标，优化控制器和调节器参 数。
详细描述
在机械系统的设计过程中，应充分考虑用户需求和使用条件，确保系统具有完善的功能 和性能。同时，要注重优化系统结构，简化设计，降低制造成本和维护成本。此外，还 要保证系统的安全性和可靠性，防止意外事故的发生。最后，要注重系统的经济实用性
，为用户提供性价比高的机械系统。
02
机械系统设计基础
机械系统设计的基本流程
凸轮机构
总结词
实现精确的运动规律控制
详细描述
凸轮机构由凸轮和从动件组成，通过凸轮的旋转运动，可以精确控制从动件的位 移、速度和加速度等运动规律，广泛应用于自动化生产线、仪器仪表和轻工等领 域。
齿轮机构
总结词
实现高效的动力传递和运动转换
详细描述
第一章绪论机械系统设计PPT课件
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一、机械系统设计的任务及设计类型
机械系统设计的分类大致可以分为三类： 1) 完全创新设计 2) 适应性设计 （适应新要求） （继承设计） 3) 变异性设计 （适应某方面有所变更的要求）（变型设计）
完全创新设计：所设计的产品是过去从没有过的全新产品。此类 设计的特点是只知道新产品的功用，但对确保实现该功能应采用 的工作原理及结构等问题完全未知，没有任何参考资料。
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学习目的
1）从系统的角度认识机械系统并开展机械系统的总体设计； 2）引入现代设计方法和理论的基本概念； 3）掌握机械系统中典型子系统的分类、组成、设计方法； 4）掌握利用以前学到的关于机械系统设计有关的基础知识，根据 特定的功能来设计机械系统，这是这门课的核心内容； 5）明确如何判定一个设计方案是否是优秀的方案的原则。
汽车中的机械系统
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四、机械系统的地位与作用（机器人）
机器人中的机械系统
机器人设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设 计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。
下面以工业机器人为例，介绍机器人的一般组成、各部分作用以 及机械手的一般结构。
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哈工大爬壁机器人
18世纪瑞士 的写字偶人
“落后的高质量的产品”
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机械学/机械学的主要任务/机械学的研究对象
机械学是对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基 础技术科学。
机械学的主要任务：把各种知识、信息注入到设计中，加工 成机械制造系统能接受的信息，并加工出合乎设计要求的产品的 过程。
机械学的研究对象： 1) 机械工程中图形的表示原理和方法 2) 机械运动中的运动和力的变换与传递规律 3) 机械零件与构件中的应力、应变和机械的失效 4) 机械中的摩擦行为 5) 设计过程中的思维活动规律及其设计手段 6) 机械系统与人、环境的相互影响等
机械系统设计课后答案
机械系统设计课后答案【篇一：机械系统设计习题(有答案版)】：具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
2、机械系统的组成：1、动力系统。
2、执行系统。
3、传动系统。
4、操纵、控制系统。
5、支承系统。
6、润滑、冷却与密封系统。
3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。
4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。
5、产品的产生过程分哪几个阶段？产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。
6、产品的设计过程分哪几个阶段？功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段第二章机械系统总体设计1、功能原理方案设计步骤设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案2、什么是“黑箱法”：根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
3、功能元、功能结构功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能单位叫做功能元。
功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。
反之，同一层次的功能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整体应能满足总功能的要求。
这种功能的分解和组合关系称为功能结构。
4、机械系统总体参数包括哪些性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。
5、七个标准公比为：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。
第三章执行系统设计1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。
2、以机床执行轴机构——主轴组件为例介绍执行轴机构设计的内容和要求。
72学时机械系统设计练习资料07机Y12
机械系统设计复习资料一.名词解释1．“黑箱法”2．转速扩大顺序3．计算转速4．卸荷导轨5.主轴旋转精度6.功能原理设计7．基本组8．内联传动精度9.主轴合理跨距二. 判断题：判断下列各题的正误，并分别用√（表示正确）和×（表示错误）填入小题的方格中。
□ 1.从系统的观点来看，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。
□ 2.通用机床执行轴组件的旋转精度应根据工件精度要求确定。
□ 3. 在标准等比数列的有级变速传动系统中，将公比φ为1的变速组称之为基本组。
□4.主轴滚动轴承的精度分为P2、P4、P5、P6和P0五级。
其中P2级最低，P0级最高。
□ 5. 三角形导轨导向性和精度保持性比矩形导轨高，而刚度及承载能力不如矩形导轨。
□6. 在分配内联传动系统各变速组降速比时，应使末端传动副的传动比为最大。
□7. 在原有的总工作原理基本不变的情况下，对已有产品进行局部变更以适应某种新的要求不属于机械系统设计。
□ 8. 在拟定转速图时，一般只要验证最后一级扩大组的变速范围即可。
□9. 为了提高导轨副的耐磨性和防止咬焊，动导轨合支撑导轨的材料应不同，但原则上双方硬度应相同。
□ 10. 单边拨动滑移齿轮不发生自锁条件是滑移齿轮中心到拨叉拨动部位径向距离必须大于滑移齿轮11.在产品的工作原理和功能结构都不变的情况下，对其结构配置或尺寸加以改变使之能够适应于某些量方面有所变更要求的设计不属于机械系统设计。
□ 12.专□用机床执行轴组件的旋转精度应根据工件精度要求确定。
□ 13. 在标准等比数列的有级变速传动系统中，第一扩大组的级比等于公比φ。
□ 14.由误差传动规律可知末端传动副的精度应高于中间传动副的精度。
□15. 设计双速电动机主传统系统时，为了得到连续而不重复的等比数列，所选标准公比的整数次方必须等于2。
□ 16. 大批生产用的专用机床，对减少相对转速损失的要求很高，所以常取很大的公比如1.58，甚至可取2。
机械系统设计概述(ppt 41页)
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1.1.2 机械系统
传动系统的作用是把动力系统提供的动力和运动传递给
执行系统。
功能
增速或减速 变速 改变运动规律 或形式 传递动力
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1.1.2 机械系统
执行系统位于机械系统末端，直接与作业对象接触。
执行末端件： 11—可换夹爪
手爪平行开闭式机械手结构示意图 组成及运动关系
执行机构： 1、8—滑动齿条 9—滑动齿条导轨
2. 机械系统设计的特点
1) 特别强调系统的观点 不只考虑各零部件的工作状态和性能，
不能追求局部的最好，而应该在满足系 统整体工作状态和性能最好的前提下， 确定各零部件的基本要求及它们之间协
2) 机械系统与外部环境相互调和的统作一用。和影响
a. 外部环境对机械系统的作用和影响 b. 机械系统对外部环境的作用和影响
2. 系统技术设计
1）总体设计
分析和确定系统目的与要求，选择工作原理、设 计总体方案，对可行的各候选方案进行分析比较， 确定最佳系统方案，并进行总体布置设计，必要 时可进行前期试验。
2）技术设计
分系统进行子系统的选型和设计，计算和确定 主要尺寸，绘制部件装配图和总图，必要时进 行中期试验
3）工作图设计
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1.2.1 机械系统设计的基本思想与特点
1. 机械系统设计的基本思想
卡诺
《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》
机械系统 (热机) 设计时，不应追求局部最优 (燃料的经济 性) ，而应该追求整体的最优 (燃料的经济性加上可靠性、 强度、寿命、尺寸等综合性能) 。
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1.2.1 机械系统设计的基本思想与特点
1) 整体性
系统是由各要素按一定的要求和结构组织起来的整体， 这个整体获得了各个孤立的要素所不具备的新质和新功 能。整体性是系统所具有的最重要和最基本的特性。
《机械系统设计》电子教案 段铁群 教授
第一章绪论重点：机械，机械系统的相关概念及学科中的位置。
难点：学习机械系统设计课程的重要性。
讲授提示与方法：回顾机械工程的发展历程，注重机械系统的整体性，提高学生对机械系统设计的认知程度。
1.1机械系统设计在机械工程科学中的地位及作用一、机械工程科学1.机械工程科学的定义：机械工程科学是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论与技术的科学。
2.机械工程科学的组成：P1图1.1（1）机械学：机械设计过程（核心部分）；（2）机械制造：机械制造过程（基础部分）。
3.机械学所包含的内容：P3图1.5二、机械、机械系统、系统1.机械：关于机械的定义，目前尚无严格的定论，一般可归纳为：（1）须由两个以上的零、部件组成；（2）这些零、部件的运动部件，应按设计要求作确定的运动；（3）将外来的能源转变为有用的机械功。
【举例】机械产品：汽车、拖拉机、机床、钟表……2.系统：是指具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体。
即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
3.机械系统：由若干个零、部件及装置组成的，彼此间有机联系，并能完成特定功能的系统，称之为机械系统。
4.系统应具有下述特性：（1）目的性：完成特定的功能（2）相关性与整体性：1）相关性：各构成要素之间是相互联系的2）整体性：评价一个系统的好与坏要看该系统的整体功能（3）环境的适应性：系统对外部环境变化和干扰有良好适应性三、机械系统的组成：P4图1.61.动力系统：为系统提供能源（动力源）2.执行系统：是系统的执行输出部分3.传动系统：把运动和动力由动源传递给执行系统的中间环节4.操纵、控制系统：使前三者协调动作和运行5.支承系统：支承和联系各机件6.润滑、冷却与密封系统：四、机械系统的地位与作用几乎任何产品都离不开机械系统，它涉及到社会的各领域。
1.2机械系统设计的任务、基本原则及要求一、机械系统设计的任务及设计类型：1.机械系统设计的任务：是开发新的产品和改造老产品。
机械系统设计ppt课件
3. 液压马达
液压马达是把液压能转变为机械能的动力装置，常用的有 齿轮式、叶片式和柱塞式。主要优点是可获得很大的动力或转 矩, 通过改变油量来进行无级调速,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。
（5）锥齿轮传动机构宜布置在高速级。大直径、大模数的锥 齿轮加工较困难，应尽量安排在高速级，并限制传动比的大小， 以减小锥齿轮的直径和模数。
（6）开式齿轮传动机构宜布置在低速级。开式齿轮传动机构工 作环境较差，不利于润滑，磨损严重。
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3. 传动比的分配
传动系统各级传动比分配得是否合理，关系到传动系统的 外廓尺寸是否紧凑，零件之间是否会干涉以及安装是否方便等。 每一级传动比应在各类传动机构的合理范围内选取，当齿轮传 动链的传动比比较大时，通常应采用多级齿轮传动。
各种传动的传动比常用值
平带传动 i =24，最大5
③ 利用电动
电 机和电气 气 装置实现 传 的传动。 动
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2、按传动比和输出速度的变化情况分
定传动比
齿轮传动、带传动、链传动、
恒定 蜗杆传动、螺旋传动，
不调速的电力、液压及气压传动
有级变速
变
传 动
无级变速
比
周期性变速
恒定 带塔轮的带传动,滑移齿轮变速箱
可调 电力、液压传动中的有级调速传动
机械无级变速器，磁粉离合器
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机械系统方案设计的设计思想
机械系统机械系统的方案设计除了需要丰富的实 践经验和扎实的理论知识，更需要科学的设计思想和 方法，需要设计者具有现代设计的观念、系统工程的 观念和工程设计的观念。其主要思想如下：
P4-最优化设计-4
将约束条件引入原目标函 数中，构造新目标函数
Φ( X , r1( k ) , r2( k ) ) f ( X ) r1( k ) G[ gu ( X )] r2( k ) H [hv ( X )]
机械最优化设计54约束优化方法机械最优化设计54约束优化方法541541外点惩罚函数法外点惩罚函数法max可行域内可行域外在可行域内在可行域外机械最优化设计54约束优化方法541541外点惩罚函数法外点惩罚函数法0250505075050750875105105机械最优化设计54约束优化方法541541外点惩罚函数法外点惩罚函数法1选取适当的初始条件和收敛精度
1 (k ) x ( r ) 1 2r ( k ) Φ( x, r ( k ) ) (k ) 1 2r (1 x) x Φ ( x , r ( k ) ) 1 1 4r ( k )
r (k )
Φ( x, r (1) )
Φ( x, r )
（3）进行收敛判断。
X (r ( k ) ) X (r ( k 1) ) 1; Φ( X , r ( k ) ) Φ( X , r ( k 1) ) 2 ( k 1) Φ( X , r )
5 机械最优化设计
外点惩罚函数法
5.4 约束优化方法
Φ( X , r ) f ( X ) r
… … …
0
x (r (k ) )
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
1 1
Φ( x , r (k ) )
5 机械最优化设计 5.4.2 内点惩罚函数法