方案设计与总体设计(第章)资料

2、功能载体的组合

功能载体（结构）组合原则：分析原理相容性、
技术可行性、先进性、动力匹配性、尺寸合理性，找 出合理可行的组合方案。


功能载体（结构）组合途径：
1）分功能的进一步分解或组合； 2）顺序改变； 3）改变连接形式； 4）系统边界改变。 对复杂的结构，先建立分功能的形态学矩阵，分别考 虑局部的设计方案，然后再综合为整体方案。
1、功能结构的确定
(4)建立功能结构图的步骤

a）分析技术过程划定技术系统的边界，确定总功能； b）划分分功能及功能元； c) 建立功能结构图；
2、功能载体的组合



实现一项功能，可以采用多种不同的功能载体，功能 载体的不同组合将得到不同的总体方案。 功能组合可用形态学矩阵方法。 实现同一总功能的功能载体（结构）可有多种，通过 形态学矩阵改变功能载体（结构）组合（变化功能结 构图）可开发出新产品。

四、确定技术过程

个个
四、确定技术过程

可2-4
五、引进技术系统、确定系统边界

技术系统：是实现技术过程的人为系统。设计要求不 同，技术系统的组成、功能结构、系统边界不同。 有的转化是靠机械来完成的；有的转化是靠人的参与 完成的；良好的技术系统应该是机械与人的完美结合。


（一）引进技术系统
第二章 机械系统的方案设计 和总体设计


第一节
机械系统的方案设计
原则：研究设计的功能要求，确定机械系统实现功能 的工作原理方案，选择工艺原理和技术过程，确定机 械运动方案，引进技术系统(功能结构)，分析结构布 局，通过评价得到最佳方案。
一、研究给定的设计任务


对给定的设计任务仔细研究,分析其可行性,提出修改、 补充建议，完善设计任务。 例:设计减速器,要求传递功率为200KW,输入转速为 1500r/min,输出转速为900r/min.主要用于钢厂的送、 引风机。 例：自走式谷物联合收割机

1、功能结构的确定
（3）建立功能结构图的要求


功能结构图的建立是技术系统由抽象转为具体的重要 环节，可明确实现系统总功能所需要的分功能、功能 元及其顺序关系。分功能、功能元与一定的物理效应 及实现结构相对应，可提出实体结构设计方案。要求： a）确定顺序关系； b）分功能和功能元的划分及排列应有理论依据或经验； c）不能漏掉必要的分功能； d）分功能应简单明了，便于确定实体结构。
3、将总功能分解为分功能应注意



(1)不同工艺动作的运动规律与机构的关系； (2)同一运动规律与不同机构的关系； (3)同一种功能可用不同的机构来实现； (4)同一种工作原理可用不同的机构及其组合来实现。
4、根据机构在运动转换中的功能， 机构可分为



(1)实现运动变换； (2)运动合成与分解； (3)实现运动轴线位置变换； (4)实现转速变换； (4)实现运动分支、连接、离合、过载保护等其他功能。
三、确定工艺原理


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谷物切割机： 1、用刀将作物的茎杆切断； 2、将切下的作物通过冲击、摩擦和挤压作用使谷粒与 谷穗分离； 3、利用振动、重力、气流将谷粒、茎杆、谷壳等分离。
四、确定技术过程

技术过程：是按选定的工艺原理确定作业对象实现转 化所需流程。流程中规定了每一转化程序的相应功能 要求。 要求在功能分析和确定工作原理的基础上，进行工艺 动作构思和分解，拟订各执行构件动作相互协调配合 的运动循环，提出运动方案和运动简图。
黑箱

黑箱
自走式谷物联合收获机黑箱

个
三、确定工艺原理




工艺原理:是指完成功能要求的各种物理效应包括物理 的、化学的、生物学等自然科学的定理、定律、原理 及效应的具体应用。 同一物理效应可以实现多种转化。例：杠杆效应可以 实现力的放大，也可以实现位移的放大。 同一转化可由不同效应和功能结构来实现。例：力的 放大和传递可以用杠杆效应的齿轮机构来实现；也可 以用摩擦效应的摩擦轮机构来实现。 简单的作业，一种工艺原理即可；复杂的作业，需要 多种工艺原理来实现。
2、功能载体的组合


A3+B3+C2+D2+E1--- 数控机床 A1+B1+C1+D1E2 --- 普通车床
自行车的形态学矩阵
例如：A1+B1+C1+D1+E1---胶皮闸有车架横梁防振型22自行车。 A1+B2+C1+D2+E1--- 胶皮闸有车架横梁24自行车 A2+B3+C2+D1E2--- 抱闸无车架横梁的防振型26自行车
引进技术系统：根据技术过程的要求，确定系统的功 能结构。


1、功能结构的确定 （1）功能分解
直至不能再分解的功能元。即找到满意的功能元和相 应的功能载体。
（一）引进技术系统

功能元：具有确切功能的基本单元。 功能载体：实现相应功能的实体结构。


（2）功能结构
功能的分解和组合关系称为功能结构。根据技术过程 的要求，确定系统的功能结构。同级分功能组合起来， 应满足上一级分功能要求，最后组成整体应能满足总 功能的要求。
二、设计任务抽象化




明确设计任务的简单模型，不考虑具体设计方法，有 助于设计创新。 如黑箱法设计：对必须根据保证功能而提出限制条件 来设计的机械，由于条件的定性和定量要求不同，对 系统的主次功能认识不清，可根据输入输出关系，通 过黑箱模拟确定设计任务的主要约束条件，通过设计 逐步进行功能分析和协调，细化系统结构。确定内部 结构，实现输入与输出的转化。 系统的输入和输出量一般为物料、能量、信息等。 以联合收割机设计为例： 功能要求：谷粒与秸杆脱离。输入：带粒秸杆、动力、 信号；输出：谷粒、秸杆、信号等。 黑箱包括：输送、脱粒、分离、秸杆切割、秸杆收集 等子系统。
（二）确定系统的边界

边界:是功能范围的界限。要考虑人参与系统的程度和 外部环境因素的影响。人参与系统的程度涉及到系统 的控制、操纵系统功能，体现自动化程度。自动化程 度高，人参与系统的程度减少，可简化结构、提高性 能等。
六、确定基本结构布局
结构布局不考虑具体 布置和尺寸参数，确定 各结构元件的空间相互 位置关系。 同样的功能载体组合 可以有不同的结构布 局。影响系统的外形、 总体布局、技术性能。