机械系统设计原理(讲课用).ppt

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机械系统设计机械系统设计原理原理第一章第一章机械系统概论机械系统概论第一节机械系统的概念第一节机械系统的概念机械系统定义：

机械系统定义：

由若干机械装置组成的一个由若干机械装置组成的一个特定系统特定系统，称，称为机械系统。

为机械系统。

机械系统的目的：

是产生确定运动、传递和变换机械能，机械系统的目的：

是产生确定运动、传递和变换机械能，完成特定的工作。

完成特定的工作。

机械系统的基本要素：

机械零件和构件是组成，它们为完成机械系统的基本要素：

机械零件和构件是组成，它们为完成一定的功能相互联系而分别组成了各个子系统。

一定的功能相互联系而分别组成了各个子系统。

如图如图1-11-1所示小型甘蔗收割机都是由若干装置、部件和零所示小型甘蔗收割机都是由若干装置、部件和零件组成的机械系统。

它们是一个由确定的质量、刚度和阻尼件组成的机械系统。

它们是一个由确定的质量、刚度和阻尼的物体组成并能完成特定功能的系统。

的物体组成并能完成特定功能的系统。

小型甘蔗收获机小型甘蔗收获机1.1.整体性整体性机械系统是由若干个子系统构成的统机械系统是由若干个子系统构成的统体。

虽然各子系统体。

虽然各子系统具有各自不同的性能，但它们在结合时必须服从整体功能具有各自不同的性能，但它们在结合时必须服从整体功能的要求，相互间须协调和适应。

的要求，相互间须协调和适应。

系统是不能分割的，即不能把一个系统分割成相互独立的系统是不能分割的，即不能把一个系统分割成相互独立的子系统，因为机械系统的整体性反映在于系统之间的有机子系统，因为机械系统的整体性反映在于系统之间的有机联系上联系上系统是可以分解的，但分解系统与分割系统是完全不同的。

系统是可以分解的，但分解系统与分割系统是完全不同的。

为了研究的方便，可以根据需要把一个系统分解成若干个为了研究的方便，可以根据需要把一个系统分解成若干个子系统，子系统，第二节第二节机械系统的特性机械系统的特性2.2.相关性相关性系统内部各子系统之间是有机联系的，它们之间相互系统内部各子系统之间是有机联系的，它们之间相互作用、相互影响，形成了特定的关系。

作用、相互影响，形成了特定的关系。

如系统的输入与输出之间的关系、各子系统之间的层如系统的输入与输出之间的关系、各子系统之间的层次联系、各子系统的性能与系统整体特定功能之间的联系次联系、各子系统的性能与系统整体特定功能之间的联系等，都取决于各子系统在系统内部的相互作用和相互影响等，都取决于各子系统在系统内部的相互作用和相互影响的有机联系。

某一子系统性能的改变，将对整个系统的性的有机联系。

某一子系统性能的改变，将对整个系统的性能产生影响。

能产生影响。

第二节第二节机械系统的特性机械系统的特性3.3.层次层次性性系统可以分解为一系列子系统，并存在一定的层次结构。

系统可以分解为一系列子系统，并存在一定的层次结构。

在系统层次结构中表述了在不同层次子系统之间的从属关在系统层次结构中表述了在不同层次子系统之间的从属关系或相互作用关系。

系或相互作用关系。

层次本身就是系统构成的部分，每个层次反映了系统某种层次本身就是系统构成的部分，每个层次反映了系统某种功能的实现方式功能的实现方式第二节第二节机械系统的特性机械系统的特性4.4.目的性目的性系统的价值体现在其功能上，完成特定的功能是系统存在系统的价值体现在其功能上，完成特定的功能是系统存在的目的。

因此，系统的功能就是系统的目的，它主要取决的目的。

因此，系统的功能就是系统的目的，它主要取决于要素、结构、环境。

于要素、结构、环境。

为了实现系统的目的，系统必须具有控制、调节和管理的为了实现系统的目的，系统必须具有控制、调节和管理的功能。

这些功能使系统进入与它的目的相适应的状态，实功能。

这些功能使系统进入与它的目的相适应的状态，实现要求的功能并排除或减少有害的干扰。

现要求的功能并排除或减少有害的干扰。

第二节第二节机械系统的特性机械系统的特性第三节第三节机械系统的组成机械系统的组成11动力系统动力系统包括动力机及其配套装置，是机械系统工作的动力源包括动力机及其配套装置，是机械系统工作的动力源22传动系统传动系统是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置33执行系统执行系统包括机械的执行机构和执行构件，它是利用机械能来改变包括机械的执行机构和执行构件，它是利用机械能来改变作业对象的性质、状态、形状或位置，达到预定要求。

作业对象的性质、状态、形状或位置，达到预定要求。

44操纵系统和控制系统操纵系统和控制系统都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调运行，都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调运行，并准确可靠地完成整机功能的装置。

二者区别是：

操纵系统并准确可靠地完成整机功能的装置。

二者区别是：

操纵系统一般是指通过人工操作来实现；控制系统是经获得的控制信一般是指通过人工操作来实现；控制系统是经获得的控制信号，经由控制器，使控制对象改变其工作参数或运行状态而号，经由控制器，使控制对象改变其工作参数或运行状态而实现上述要求的装置，如伺服机构、自动控制装置等。

实现上述要求的装置，如伺服机构、自动控制装置等。

第四节第四节机械系统设计类型机械系统设计类型机械系统设计有以下三类不同的设计：

机械系统设计有以下三类不同的设计：

（1）

（1）开开发发性性设设计计在在工工作作原原理理、结结构构等等完完全全未未知知的的情情况况下下，应应用用成成熟熟的的科科学学技技术术或或经经过过实实验验证证明明是是可可行行的的新新技技术术，设设计计以往没有过的新型机械。

以往没有过的新型机械。

（2）

（2）适适应应性性设设计计在在原原理理方方案案基基本本保保持持不不变变的的前前提提下下，对对产产品品作作局局部部的的变变更更或或设设计计一一个个新新部部件件，使使机机械械产产品品在在质质和和量量方方面更朗满足使用要求。

面更朗满足使用要求。

（3）（3）变变型型设设计计在在工工作作原原理理和和功功能能结结构构都都不不变变的的情情况况下下，变变更现有产品的结构配置和尺寸，使之适应于更多的容量要求。

更现有产品的结构配置和尺寸，使之适应于更多的容量要求。

在在机机械械产产品品设设计计中中，开开发发性性设设计计十十分分重重要要。

“创创新新”可可以以使使开开发发性性设设计计、适适应应性性设设计计和和变变型型设设计计别别具具一一格格，从从而而提提高产品的工作性能。

高产品的工作性能。

第五节第五节机械系统设计的关键内容机械系统设计的关键内容原理方案设计是机械系统设计的关键内容。

在原理方案设原理方案设计是机械系统设计的关键内容。

在原理方案设计过程中应解决下列问题：

计过程中应解决下列问题：

1.1.确定系统的总功能确定系统的总功能对设计任务抽象化，通过抽象化确定系统的总功能。

对设计任务抽象化，通过抽象化确定系统的总功能。

优点：

设计者容易认清系统设计目标，开阔设计思路。

优点：

设计者容易认清系统设计目标，开阔设计思路。

2.2.进行总功能的分解进行总功能的分解将总功能分解为若干分功能，是实现功能工作原理方案的将总功能分解为若干分功能，是实现功能工作原理方案的最好办法。

最好办法。

3.3.选择分功能的功能载体选择分功能的功能载体分功能的功能载体的选择，是原理方案设计的一个关键步分功能的功能载体的选择，是原理方案设计的一个关键步骤。

建立起完整的功能载体目录是机械系统设计的重要手骤。

建立起完整的功能载体目录是机械系统设计的重要手段段第五节第五节机械系统设计的关键内容机械系统设计的关键内容4.4.构思功能载体的组合构思功能载体的组合将各功能载体按系统总功能要求加以组合，可以得到多个将各功能载体按系统总功能要求加以组合，可以得到多个工作原理方案，供设计者选择决策。

工作原理方案，供设计者选择决策。

5.5.方案的评价与决策方案的评价与决策针对不同的机械，确定评价指标体系和评价方法，对多个针对不同的机械，确定评价指标体系和评价方法，对多个方案进行综合评价和决策。

方案进行综合评价和决策。

第二章第二章机械系统设计原理机械系统设计原理第一节第一节机械系统设计的一般程序和方法机械系统设计的一般程序和方法四个阶段四个阶段产产品品规规划划（概概念念设设计计）、功功能能原原理理设设计计、结结构构技技术术设设计计、生产施工设计生产施工设计（工艺设计工艺设计）。

阶阶段段步骤步骤方法方法主主要要指指导导理理论论产产品品规规划划设计方法设计方法预测技术预测技术设计方法学设计方法学技术预测理论技术预测理论市场学市场学信息学信息学信息集约信息集约可行性报告、设计要求项目表可行性报告、设计要求项目表产品设计任务产品设计任务预测调研预测调研可行性分析可行性分析明确任务要求明确任务要求阶阶段段步骤步骤方方法法主主要要指指导导理理论论原原理理方方案案设设计计系统化设计法系统化设计法创造技法创造技法评价决策方法评价决策方法系统工程学系统工程学形态学形态学创造学创造学思维心理学思维心理学决策论决策论模糊数学模糊数学总功能分析总功能分析原理参数表、方案原理图原理参数表、方案原理图功能分解功能分解功能载体组合功能载体组合功能原理方案功能原理方案（多个多个）功能元求解功能元求解原理试验原理试验评价决策评价决策最优原理方案最优原理方案阶阶段段步骤步骤方法方法主要指导理论主要指导理论技技术术设设计计价值设计价值设计优化设计优化设计可靠性设计可靠性设计宜人性设计宜人性设计产品造型设产品造型设计计系列化设计系列化设计机械性能设机械性能设计计工艺性设计工艺性设计自动化设计自动化设计价值工程学价值工程学最优化方法、工程最优化方法、工程遗传算法遗传算法可靠性理论与实验可靠性理论与实验人机工程学人机工程学工业美学工业美学模块化设计、模块化设计、相似理论相似理论有限元法、动态设有限元法、动态设计、摩擦学设计、计、摩擦学设计、高等机构学高等机构学机械设计的工艺基机械设计的工艺基础础控制理论、智能工控制理论、智能工程、人工神经元计程、人工神经元计算方法、专家系统算方法、专家系统结构方案结构方案结构价值分析结构价值分析试验模型试验模型试验试验总体设计总体设计结构设计结构设计造型设计造型设计造型价值分析造型价值分析外观方案外观方案评价决策评价决策评价决策评价决策最优结构方案最优结构方案最优造型方案最优造型方案最优技术设计方案最优技术设计方案总体布置图、装配总体布置图、装配草图、技术文件草图、技术文件总体效果图、总体效果图、外观效果模型外观效果模型阶阶段段步骤步骤方法方法主要指导主要指导理论理论施施工工设设计计各种制造、装各种制造、装配、造型、装配、造型、装饰、检验等方饰、检验等方法法各种工艺学各种工艺学批批量量生生产产计算机辅助制计算机辅助制造造零件工作图零件工作图外观件加工工艺、外观件加工工艺、面饰工艺规程面饰工艺规程部件装配图部件装配图效果图、检验标准效果图、检验标准技术文件技术文件造型工艺文件造型工艺文件试制试制修改修改批量生产批量生产技术服务技术服务用户访问用户访问目的目的产产品品功功能能是是否否齐齐全全、性性能能是是否否优优良良、经经济济效效益益是是否否显显著著，在在很很大大程程度度上上取取决决于于总总体体方方案案设设计计的的构构思思和和方方案案拟拟定定时时的的设设计思想。

计思想。

内容内容执行系统的方案设计执行系统的方案设计执行系统方案评价与决策执行系统方案评价与决策执行系统协调设计执行系统协调设计执行机构型式设计执行机构型式设计运动规律设计运动规律设计系统功能原理设计系统功能原理设计机构尺度设计机构尺度设计运动和动力分析运动和动力分析第二节、机械系统方案设计的目的和内容第二节、机械系统方案设计的目的和内容原动机类型的选择和原动机类型的选择和传动系统的方案设计传动系统的方案设计各级传动比的分配各级传动比的分配传动链中机构传动链中机构顺序的安排顺序的安排传动路线选择传动路线选择传动类型选择传动类型选择控制系统的方案设计控制系统的方案设计其它辅助系统的设计其它辅助系统的设计照明系统设计照明系