机械系统设计PPT文档格式.ppt

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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

（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，机械系统的使用环境、工况、操作和维修条件，机械系统对起动、过载、调速及运行平稳性要求，应有良好的经济性和可靠性。

（二）执行系统执行系统包括机械的执行机构和构件，是利用机械能改变作业对象的性质、状态、形状或位置，或对作业对象进行检测、度量等的装置。

（三）传动系统把动力机的动力和运动传递给执行机械的中间装置。

其功能有：

（1）减速或增速，以适应执行系统工作的需要；

（2）变速，满足执行系统多种速度的要求；

（3）改变运动规律，连续运动间隙运动旋转运动直线运动匀速运动变速运动（4）传递动力，供给执行系统完成任务所需的功率、转矩或力。

（四）操控系统操作系统和控制系统用于协调动力、传动、执行系统，保证准确完成整机功能的装置。

操作系统-通过人工实现上述要求的装置。

包括起动、离合、制动、变速、换向等控制系统-通过经由人工操作或检测元件获得的控制信号，经控制器使控制对象改变其工作参数或运行状态的装置。

三.现代机械的功能要求

（1）运动：

速度、加速度、转速、调速范围、行程、运动轨迹及运动的精确性等；

（2）动力：

传递的功率、转矩、力、压力等；

（3）可靠性和寿命：

机械和零部件执行功能的可靠性、零部件的耐磨性和使用寿命等；

（4）安全性：

强度、刚度、热力学性能、摩擦学特性、振动稳定性、系统工作的安全机操作人员的安全等；

（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；

（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。

第二节机械系统设计的任务机械设计的目的是提供优质高效，有市场竞争里的产品。

产品质量和经济效益取决于设计、制造和管理综合水平，设计是关键。

产品质量事故50%由设计造成；

产品成本6070%取决于设计。

因此机械设计时特别强调和重视从系统观点出发。

一、系统观点设计时，采用内部系统设计和外部系统设计相结合的方法。

传统设计方法多偏重内部设计，且以改善零部件的特性为重点实际上全部采用好的零部件未必能组成好的系统，因此应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和协调统一。

要重视外部环境对机械系统的影响，如市场的要求和企业的条件另外也要重视机械系统对外部环境的影响。

内部系统设计和外部系统设计相结合是机械系统设计的特点。

二、合理确定系统功能用户购买产品就是购买产品的功能。

按功能性质分：

基本功能-用户直接要求的功能，体现产品存在的基本价值辅助功能-为实现基本功能而附加在产品上的功能，实现基本功能的手段。

按满足用户要求分：

使用功能-满足互用使用要求的功能，是体现产品实际使用价值的功能，属必要功能；

外观功能-对产品起美化、装饰作用的功能，起到增强产品竞争力和吸引顾客的作用。

产品价值：

用于评价功能与成本的统一程度式中：

V-评价对象或产品的价值F-评价对象或产品的功能C-评价对象或产品的成本提高产品价值的措施：

（1）增加功能，成本不变；

（2）功能不变，降低成本（3）增加一些成本换取更多功能；

（4）减少一些功能换取成本降低；

（5）增加功能，降低成本价值分析时，常利用（1-1）是进行定量分析，将功能F表示成实现功能的最低费用，成为功能评价值；

取C为功能实现成本，即实现该功能所花的实际成本。

比值V成为功能价值。

按价格形式确定功能评价值：

式中：

D-用户在现有条件下认可的价值，可通过市场预测方法获得；

Ii-产品的预期利润和税金；

BP-单位产品销售费用。

V=1，说明现实成本C与实现功能的最低费用F相等；

如V1，应将最低费用F提高为显示成本C,使V=1三、提高可靠性三、提高可靠性可靠性可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。

是衡量产品质量的一个重要指标。

所谓“产品”是泛指单独进行研究和实验考核的对象，可以是零件、部件、装置或是整机系统。

（一）衡量可靠性的指标

（1）可靠度R（t）指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能时不发生故障或失效的概率。

（2）失效概率F（t）指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能时发生故障或失效的概率。

（3）失效率（t）指产品工作到某一时刻后，在单位时间内发生失效或故障的概率。

也称故障率，常用单位1%/（103h）或1%/（106h）（4）平均无故障工作时间MTBF（MeanTimeBetweenFailures）指产品在使用寿命期内某段观察期间累计工作时间与故障次数之比，用于衡量可修复产品的可靠性指标（5）失效前平均工作时间MTTF（MeanTimeToFailures）只发生故障后不能修复的产品从开始使用直至失效的平均工作时间（6）维修度M（t）指在规定条件下使用的产品，在规定时间内按规定的程序和方法维修，保持或恢复到能完成规定功能状态的概率（7）有效度A（t）可修复产品在规定使用维修条件下，在规定时间内，维持其功能处于正常状态的概率。

也称可用率。

（二）提高机械系统可靠性的措施最有效方法是进行可靠性设计，采取下述一些措施，对提高机械系统可靠性有益：

1.分析失效，查找原因；

2.把可靠性设计到零件中去3.提高维修性4.简化结构，提高标准化程度四、提高经济性四、提高经济性

（一）以生命周期成本LCC（LifeCycleCost）为最低目标LCC-产品从计划、设计、制造、使用直至报废的整个生命周期内所花费的总和生命周期成本由生产成本和使用成本构成生产成本由直接成本和间接成本两部分构成直接成本-研究与设计、材料及采购、加工和装配等与生产直接有关的成本；

间接成本-管理、销售和佣工、广告、租赁、公用事业、保险、福利和奖励、研究和发展、专利、利息等分摊到该产品的成本。

生产成本加利润、税金则为销售价格。

使用成本包括运行成本和维修成本。

其中运行成本包括动力消耗费、消耗性材料费、工资及工资附加费等。

机械产品通常是生命周期较长的耐用消费品，其使用费用常超出购置费用。

（二）提高设计和制造的经济性经济性：

降低产品生产成本、减少物资消耗、缩短生产周期。

从设计角度提高经济性：

1.合理确定可靠性和安全系数2.贯彻标准化标准化通常包括产品标准化、系列化、通用化。

机械工业的技术标准有三类：

（1）物品标准又称产品标准化。

机械设备、仪器仪表、工装、包装容器、原材料等。

（2）方法标准设计计算、工艺、测试、检验标准等（3）基础标准计量单位、优先系数、极限与配合、图形符号、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IEC3.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5.采用经济的技术条件零部件设计中的技术要求，如精度等级及公差、表面粗糙度、材料力学性能等，在保证质量和性能要求的前提下，应尽可能降低技术要求；

选用经济、合适的材料及热处理要求，以降低生产成本。

（三）提高使用和维修的经济性即考虑使用者的经济性1.提高产品效率机械设备的效率主要取决于传动和执行系统的效率，传动系统效率与传动结构形式，运动副性质，摩擦润滑状况、工作条件等有关；

执行系统效率与执行机构类型、机构参数有关。

2.合理确定经济寿命设计中单纯追求产品的长寿命是不恰当的。

三个寿命：

功能寿命-设备开始使用至主要功能丧失而报废所经历的时间；

技术寿命-设备从开始使用至因技术落后而被淘汰所经历的时间；

经济寿命-设备从开始使用至继续使用其经济效益变差所经历的时间。

通常设备的技术寿命、经济寿命大大短于功能寿命。

按成本最低的观点，设备更新的最佳时间应由其经济寿命确定。

经济寿命的计算方法：

最简单近似计算方法-设备低劣化法，设备由于使用、磨损，其维修费、燃料动力费与停工损失费等逐渐增加，造成使用成本逐年上升的现象。

假设设备原始价值为K0，每年低劣化数值按线性增长，则使用到第T年的低劣化数值为T，T年内平均低劣化数值为若T年后设备残值为零，则年均总费用y为由dy/dT=0，可求得最小年均总费用的相应使用时间，即经济寿命Tr为3.提高维修的经济性定期维修-按规定维修程序，更换易损件。

按需维修-故障诊断技术，需检测装置。

五、保证安全性五、保证安全性

（一）机械系统执行预期功能的安全性为避免机械系统意外原因造成故障或失效，需配置过载保护、安全互锁等装置

（二）人-机-环境系统的安全性劳动安全和环境保护1.劳动安全为保护操作人员的安全，应实施切实有效的警告和防护2.环境保护“三废”治理、除尘、防爆、防毒、减噪隔振等。

第三节机械系统设计方法概述一、机械系统设计过程包括：

计划、外部系统设计、内部系统设计、制造销售四个环节二、机械系统设计的特点强调系统观点，内部设计与外部设计相结合注重外部环境对内部设计的影响和作用考虑内部系统对外部系统的作用和影响三、系统分解平面分解，分级分解或是两者兼有的分解

（1）分解数和层次应适宜

（2）避免过分复杂的分界面（3）保持能量流（4）了解系统分解与功能分解的关联及不同四、系统分析从系统整体出发，采用各种工具和方法对系统进行定性和定量的分析过程。

一般步骤：

（1）分析与确定系统的目的和要求

（2）模型化（3）系统最优化（4）系统评价第二章第二章机械系统的方案设计与总体设计机械系统的方案设计与总体设计第一节机械系统的方案设计一、研究给定的设计任务二、设计任务抽象化三、确定工艺原理四、确定技术过程五、引进技术系统并确定系统边界

（一）引进技术系统1.确定功能结构2.功能载体的组合

（二）确定系统边界系统边界-技术系统功能范围的界限，即内部系统与外部系统的分界。

六、确定基本结构布局七、方案评价

（一）方案评价的目的和内容通过对可行的候选方案进行技术、经济、外部环境等方面的评定，提出方案的评价意见，为决策者最后确定设计方案提供信息和依据

（二）方案评价的指标体系、评价原则和权重分配1.方案评价的指标体系1）评价指标应完善2）各评价指标须相互独立3）各评价所需资料和信息易于获得2.方案评价原则

（1）客观性原则评价人员的客观和评价资料的客观。

（2）可比性原则尽可能对评价指标予以量化，无法量化的定性评价指标以能明确区分程度差别的文字说明：

如最好、好、较好、一般、差等，并予以分值化，