机械设计学复习Word文件下载.docx

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符合市场需要

（2）创造性原则

创造性设计是机械设计最基本的特点。

设计者只有大胆创新，才能有所发明、有所创造、有所改进。

（3）可靠性原则

可靠性是衡量机械产品质量好坏的一个重要指标。

是产品功能实现的关键！

（4）优化原则

设计者初步判定的设计方案或模型常是原始的，并且有经验性的，必须经过推理、分析和计算，使设计成果达到当代科学技术的先进水平和该产品制造及使用条件的最佳水平（价值最优），在技术、经济等方面，经全面分析和计算而达到最优化的结果。

（5）安全性原则

机械产品的不安全因素常会导致机械和人身事故，甚至造成重大的经济损失和严重的社会影响。

（6）经济性原则

产品的经济性好坏是产品具有市场竞争力的一个重要方面，主要表现又在确保产品功能的前提下，尽力降低产品成本，提高经济效益。

（7）评价审核原则

机械设计是一个复杂的工作过程，涉及到很多因素和方面，因而设计过程也是一种信息加工、处理分析、判断决策和修正的过程。

四、机械设计的类型

适应性设计、变型性设计、创新性设计

五、概念设计

六、机械设计的思维特点和方法特点

设计是一个创新的过程，是在多种相互矛盾的需求和约束条件下反复进行协调和折衷的过程。

从思维角度：

设计是针对总功能目标的发散性思维和收敛求解的交替过程，是一种多解问题求优的思维过程。

第二章机器的组成及典型机器的功能分析

1.机器的定义

由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，实现位置设计的某种或几种功能。

2.机器的组成

第三章机械产品的功能原理设计

功能原理设计：

针对主要功能的原理性设计。

功能原理设计重点：

尽量使思维尽量“发散”，力求多解，便于选优。

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。

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。

第一节功能原理设计的工作特点和工作内容

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。

引入某种新技术（新材料、新工艺、……），但首先要求设计人员有一种新想法（NewIdea）、新构思。

第二节功能、功能单元和功能结构

一、功能及功能分类

什么是功能：

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。

二、黑箱法及功能描述

系统工程学的观点：

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相互转换的关系。

系统工程学：

用“黑箱”描述技术系统的功能

设计者的任务：

使“黑箱”变成“白箱”：

获得一个完美的机械产品，实现预定的功能。

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。

任何一台机器的主要特征是从能量流、物料流和信息流中体现出来的，要设计一台新机器首先应从剖析能量流、物料流和信息流着手。

对于一个技术系统有时三流并存，如现代的加工中心和自动生产线，有时只存在能量流与信息流，如电视机。

系统在完成功能的过程中，外界将向它输入各种制约和干扰，同时系统也将对外界输出干扰和影响，如振动、噪声、化学排放、热量、废弃物等。

三、功能单元

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”。

直接实现总功能的各分功能称为一阶分功能；

实现一阶分功能的分功能称为二阶分功能，并以此类推。

分解到末端的为功能元。

四、功能结构与功能分解

功能结构图：

用来表示各分功能之间关系的框图。

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”。

第三节功能原理的发展历史及基本类型

一、功能原理设计的两个工作特点：

1、功能原理设计是一种综合，无定法可循。

2、功能原理设计所要求解的问题是有多解的问题，即既不是只有唯一解，也不是绝对无解，而且也很难得到绝对理想的解。

3、功能分类：

动作功能、工艺功能

根据功能的技术特点分类：

综合技术功能：

综合运用机、光、电、磁、热、化……各种“广义物理效应”（非纯机械）去实现各种动作功能和工艺功能。

“关键技术”（“KnowHow”）：

某个企业或部门独有的技术，暂时还没有被别人掌握。

第四节两种动作功能及其对应的求解思路

类型：

简单动作：

一次性动作

复杂动作

第五节工艺功能及其对应的求解思路

一、工艺功能：

工件头和工作对象相互配合，实现一种功能。

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

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。

二、物—场分析法：

S：

对象或物体（Substance）。

主体（S1），客体（S2）

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。

“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。

用S—Field模式探求工艺功能原理的解法：

寻求合理的F和S

可以通过“完善”、“增加’’和“‘变换”的方法来寻求新的解法。

1．完善：

原设计中有时出现缺少F或S1的情况并因此而造成功能不良的后果。

应该通过补全F或S1的措施来使S—Field模式完善化。

2．增加：

一个最小技术系统至少应具有S1、S2和F，但有时还应辅以S’1和F’，才能更好地完成希望实现的功能。

3．变换：

对已有工艺功能解法中的S1和F进行分析后，常常可以发现它们并非是不可替换的。

有时通过变换可能会产生意想不到的好效果。

三、动作功能

四、综合技术功能的特点：

在某些特定的条件下、采用广义物理效应。

综合技术功能的求解思路：

物理效应引入法。

用石英晶体振荡器控制的电磁摆来代替机械游丝摆制成的石英电子钟表，也是运用物理效应引入法的很典型的例子。

在润滑油中添加某些成分，就有可能使这种油在高压或电场中产生特殊的性能（如粘性变大等）。

在机械传动中已经在利用这些新效应。

近年出现的“机电一体化”或“机械电子学”，就是引入微电子技术和计算机技术的产物，它是物理效应引入法中一个较突出的成功的例子。

第七节功能原理设计的工作要点

1．明确所要设计的任务的功能目标，提出具体问题

肌电假手：

①手指应能实现0.5rad／s的抓握运动速度，以模仿人手的真实运动。

②手指触物后，应能产生50N左右的捏紧力，以满足实际工作的需要。

③所用微型电动机需在假手掌心中放置，故其外径应不大于Φ20mm。

④传动机械的效率应足够高，以保证充电电池至少能工作1天。

2．调查、分析已有的解法原理，供设计时参考

手的结构，牵引式假手，大脑控制假手，德国OTTOBOCK公司产品

3．进行创新构思、寻求更合理的解法原理

设计者应该有一个信念：

现有的产品决不是顶峰，肯定还会有更好的设计出现。

要争取由自己推出新一代的创新产品。

设计者应重视基本科学知识的积累，避免陷入一些违反基本科学原理的“错觉”。

例如，有人设计了一种机械式的“功率增大器”，认为能把小功率输入变为大功率输出，他采用了一种特殊的行星齿轮传动方式来实现他的理想。

当然，他所作的原理设计中存在着基本力学知识上的错误。

4．初步预想实用化的可能性

大量例子说明一个好的原理构思最后不能成为产品。

在专利文献中有大量的专利都没有能够成为有用的技术。

其中部分的原因就是因为结构、材料和工艺问题无法得到合理的解决。

这充分说明创新构思时要粗略考虑一些主要的结构工艺问题。

5．认真进行原理性试验

这是功能原理设计阶段的最后一步，也是最重要的一步。

在进行创新构思时，尽管反复检验过他的发明原理。

但是实际做一下试验，往往会出现意想不到的问题。

例如在假手的原理试验时，发生手指捏紧后的反弹松脱现象，令人百思不得其解，不知是何原因。

后来才弄清楚，这是在切换时有一瞬间出现了两个离合器同时处于脱开的状态。

使得手指失控，造成反弹松脱。

找到了原因，才采取了相应的措施，解决了上述反弹问题。

6．评价、对比、决策

必须要根据实验的结果进行评价和对比，从技术和经济两方面的对比结果来做出决策。

设计工作过程中，有两项重大决策问题：

一是在创意阶段，这是决定产品方向的决策。

要能判断5年或10年以后市场所需要的产品

二是在构思阶段，这是决定产品的技术方向的决策。

—个产品可能有两个以上的技术方向，在未来的发展中有可能出现完全不同的命运。

例如，不久以前，人们提出了一种创意，就是壁挂式电视，没有人怀疑这种创意的合理性，于是各大公司都花大量的人力、物力投入研究、试制。

但是随后出现的功能原理设计中，就出现了技术方向的问题，是用液晶技术，还是用固体发光技术。

又例如，目前市场上的喷墨打印技术，也存在两个技术方向的选择，现在两个方向（汽化喷墨和压电喷墨）正在激烈竞争，最后的胜利将由市场作出判决，只有市场才是决定胜负的唯一标准。

因此，在选择技术方向的决策中，实际上不存在方法，只有像象棋大师那样，用深刻的洞察力、精密地分析比较、超人的预测能力，最后通过直觉判断，作出天才的决策。

不过任何天才的决策成功率也不可能是100％。

总之，决定产品方向和技术方向的决策是一个非常重要。

又是非常困难的问题，千万不要轻信那些草率的决策，它将带来灾难性的后果。

第四章机械功能原理的实现——机械运动系统的方案设计

第一节机构能实现的动作功能

一、机构能实现哪些动作功能：

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。

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。

3.实现程序控制或手动控制

1）利用时间的序列进行控制

发动机（图略）

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（图略）

3）利用运动的变化等进行控制

汽车发动机的离心调速器（图略）

二、选择机构实现功能原理的原则和范围：

1．实现功率性的机械运动形式或规律的变换功能

各式各样的交直流变速电动机和直线电机vs.鼠笼型异步电动机+变速机构or曲柄滑块机构、正弦机构

2．实现固定轨迹或简单可调的轨迹功能

例如各种自动机上的上、下料，加工、检测等工序需要的运动轨迹，均可全部用机构来完成。

对于复杂轨迹，采用电子或电气来控制，但其轨迹功作部分还必须使用机构，如机器人的手臂、手腕、手爪、计算机绘图仪的绘图笔的动作等。

3．在特定条件下能优质地实现开关、联锁和检测等功能

如电灯开关，一般是用机械式的，但也有触模式、光电式的开关，都能安全可靠地完成开关任务，至于操作方便和经济性只能在特定条件下作具