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）

5.“设计”是把各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法。机械产品设计的一般过程：认识需求→目标界定→问题求解→分析选优→评价决策→表达→实现。

6.机械设计学的研究对象：机械设计学研究机械设计的规律、过程、原理、方法、设计原则以及其他机

械设计的共性技术。

7.功能是产品的核心和本质。

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）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。功能分析：（1）总功能：将一沓同

样的纸币输入机器之后，经过机器处理，最后输出一沓整齐的纸币，同时计数器准确显示纸币的张数。

（2）主要功能：进钞输入功能，分钞功能，计数功能，整理功能（3）辅助功能：动力及传动功能，接钞输入口斜板调节功能，阻尼轮压紧功能（4）控制功能：机械控制功能，光电控制功能，人机控制功能。

第三章机械产品的功能原理设计

1.功能原理设计：机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的主要功能提出一些原理性构思，这种针对主要功能的原理性设计，称…。实质: 是对方案的构思和拟定过程。

2.构思钞票逐张分离的工作原理：推括、摩擦、离心力、重力、粘力、气吹、气吸、静电。

3..功能

原理设计重点：提出创新构思，尽量使思维尽量“发散”，力求多解，便于选优。 4.为什么要突出功能

原理设计：功能原理设计对产品的成败起决定性作用。

5.任何一种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的心理。

6. 功能原理设计的工作特点：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的

变化的设计。;功能原理设计往往要引入某种技术，但首先要求设计人员具有新想法，新构思;功能原理设计使机器品质发生质的变化。

7.功能原理设计的工作内容:针对某一确定的功能目标，寻求一些物理效应，并借助某些作用原理来求得

一些实现该功能目标的解法原理。

8.构思新原理的步骤：首先明确功能目标，然后进行创新构思，得出某些解法原理后还应通过模型试验，进行技术分析，验证其原理上的可行性；对于不完善的构思还应按实验结果做修改、完善和提高工作；最后对几个解法作技术经济的评价对比，选择其中一种较合理的解法作为最优方案予以采用。

9.CIMS中物料运输系统的功能目标分析：1、明确功能目标：装设导向系统的费用要小；允许扩充和调整设备，变动运输路线；在拥挤的工作环境中小车能灵活运行。2、提出的原理性设想：应用惯性导航技术，利用所设参考点用于制程序给出理论轨迹并作轨迹误差的修正；应用传感器引导绕过障碍物；在共建转接战上用超声波定向，使小车实现准确定位。

10.系统工程学用“黑箱”描述功能：任何一种系统都有输入和输出，把技术系统看成一个黑箱，其输入

用物料流M、信息流S和能量流E描述，其输出用相应的M’、S’、E’来描述。

11、硬币计数包卷机，试分析要实现总功能，必须要有哪些分功能单元，试分别画出功能分解图和功能结构图，并简要说明计数功能如何实现的？

功能单元：硬币堆放、输送功能单元；硬币排列、分选、挑残功能单元；硬币分选计数功能单元；硬币堆码、整理功能单元；送纸、撕纸功能单元；硬币包卷功能单元；卷边功能单元。

12.功能的含义：某一机器(或装置)所具有的转化能量、运动或其它物理量的特性。/一个技术系统在以实

现某种任务为目标时，其输入量和输出量之间的关系。

13.功能元素-把机器中的复杂动作分解为一些基本动作，这些基本动作理解为~

14.任何技术系统都可以视为三种流的处理系统：能量流、物料流、信息流。

15.功能单元：将总功能分解成较为简单的、具有一定的独立性、可以直接求解“功能单元”，也称“功

能元”。

16.功能分析：由总功能分解为分功能，最后作出功能结构图。也可称为“系统分析”。

17、功能结构的三种基本结构形式：串联、并联、回路

18. 动作功能是指以实现动作为目的的功能。（1）简单动作功能:由俩个或俩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(带轴轮子，拉链)：一次性动作复杂动作。（2）复杂动作功能，以采用基本机构为主。常用的基本机构主要有齿轮机构，凸轮机构，连杆

机构，螺旋机构，间歇运动机构，摩擦机构…

简单动作功能的求解思路：几何形体组合法,即：针对功能目标，对几个构件的几何形体进行构思、组合；复杂动作功能的求解思路：基本机构组合法。 19.工艺功能：工作头和工作对象相互配合，实现一种功能。

20.两个重要因素：（1）采用哪种工艺方法（2）工作头采用什么形状和动作

21.工艺功能的特点：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。

22.物一场分析法：S1通过F作用于S2。其中，主体(S1)是对客体发出作用的物体，即工作头；客体(S2)是被加工的物体；F：场，这不单指某种物理场，而是广义地指S1向S2作用时发出的力、运动、电磁、热、光……一切作用场。 23.“最小技术系统”：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)。缺一即不可能发生技术作用。

24.用S—Field模式探求工艺功能原理的解法：寻求合理的F和S

例1：为了完成修剪草地的任务，如何构思剪草机的工作原理?

在这个问题里，S2是草地上的草。剩下的问题是寻找合适的F和S1了。

首先要寻找各种可能被利用的F并加以分析和比较：

拉力——可以拉断草，但无法控制被拉断的草的高度，无法使草地整齐。割断力——像农夫割麦一样，

需要握住草的上部才能割断。剪断力——利用剪刀刃合拢，可以剪断。

显然，人们常常选择剪断力作为理想的F，当然S1就只能是剪刀。将剪刀做成像理发推子那样，就是传

统的剪草机的解法原理。

还可以通过“完善”、“增加’’和“‘变换”的方法来寻求新的解法。