机械设计学第二章.ppt

1、 第二章 机器的组成及典型机器分析 2-1机器的定义 2-2机器的组成 2-3机器的分类 2-4典型机器功能分析家用缝纫机 o一、机器（现代机器）：o 机器是由两个或两个以上的相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件限定的相对运动，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和控制下，实现为之设计的某种或某几种功能。o注意：1）两个或两个以上的构件o 2）联系：联接方式o 3）功能和控制o二、包含了两个新的概念：o 功能（设计学的核心）和控制（可以由某种智能体来实现）o三、构件（广义）：o 构件之间的联系（机械联接，电、磁、气、液等各种联系方式）o构件：机器

2、中每一个独立的单元体 2-2机器的组成 o一、传统机器原动机传动机工作机科技发展机器原动机传动机工作机控制器机械装置电子装置二、不同角度下看机器的组成o1机构学：由各种基本机构组合而成，自由度应等于原动机数o2结构学：由各种基本零件组装而成o3专业的角度：常以主要部件来看机器的组成o4.对于机械设计学来说，更强调从功能的观点来看机器的组成 三、从功能的观点看机器的组成o1.功能：设计学的基本概念。只有从功能的观点来观察和认识机器，人们的思维才能从旧的结构和形式中解放出来,拥有不断探索新原理、新结构的广阔视野。o2.机器的功能组成：一台机器完成的功能通常称为总功能。o机器的总功能由多个分功能（功

3、能单元）组成，而每个分功能都有相应的功能系统（载体）。分功能系统应由原动机，传动机构、工作机和控制器等组成；其中的工作机则多由执行机构和工作头构成。如图所示机器（总功能）分功能系统1分功能系统i分功能系统n工作机传动机原动机控制机工作头执行机构.机器的组成（功能角度）图解三、从功能的观点看机器的组成o（例：车床的总功能：利用移动刀具对旋转工件进行切削。两个主要分功能：工件旋转、刀具进给）o3.机器的功能（主要功能和辅助功能）o（例：车床的辅助功能：主轴变速、进给变速、润滑、冷却功能、控制）o2-3机器的分类o按功能来进行分类，可分为：工艺类机械和非工艺类机械两大类。o 1、对物料进行工艺性加工

4、的机械属于工艺类机械，这类机械具有专用的工作头，如轧钢机的轧辊、孔型，切削机床的刀具，电锯的锯条等并用工作头对相应的物料进行工艺性加工。工艺类的机械包括：金属冷加工设备、金属热加工设备、矿石破碎机械、矿石粉磨机械、食品机械、橡胶机械，木工机械等。o 2、非工艺类机械则不对任何物料进行工艺性加工，只是实现某种需求的功能。非工艺类机械包括：交通运输机械、物料搬运机械、动力机械，各类阀门、泵、压力容器等。o2-3机器的分类机器工艺类机器非工艺类机器加工机床食品机械纺织机械印刷机械动力机械起重运输机械精密机械医疗机械通用机械2-4典型机器的功能分析(家用缝纫机)o企图模仿人工缝纫的方式-针尾引线o1.

5、采用了针尖引线代替针尾引线o2.采用了双线互锁交织以代替线的反复穿刺一、家用缝纫机的总功能1.将线按一定规律缝于缝料上2.特点：1）机缝线迹整齐美观，缝合牢固，缝纫迅速。2）由于缝纫质量的要求，实现总功能的各机构间的运动配合要求精度很高，因此，家用缝纫机属于精密的工艺类机器。二、家用缝纫机的功能分析1.主要分功能1）引面线造环功能2）钩面线扩环，使底面线交织的功能3）供给和收回面线的功能4）输送缝料的功能2.辅助功能（1）调节面线和底线的阻尼功能（2）调节压脚压紧力的功能（3）调节送布针距的功能（4）绕底线功能3.控制功能（1）机械控制功能：每一功能动作必须按规定的时间和速度进行，由传动机构的

6、巧妙配合进行控制的。凸轮和连杆机构。（2）人机控制功能人机接口共4个：缝针工作区、手轮、机针前方布面、脚踏板（3）电子控制功能：实现绣花和锁扣眼第三章机械产品的功能原理设计 o3-1功能原理设计的工作特点和工作内容 o3-2功能、功能单元和功能结构 o3-3功能原理的发展历史及其基本类型 o3-4两种动作功能及其对应的求解思路 o3-5工艺功能及其对应的求解思路 o3-6关键技术功能、综合技术功能及其对应的求解思路 第三章绪论o1.功能原理设计：针对主要功能的原理性设计o2.例：点钞机(首先构思将首先构思将钞票逐张分离的工作原理。钞票逐张分离的工作原理。)o3.重点：提出创新构思，使思维尽量“

7、发散”，力求提出较多的解法供比较选优。设计一台点设计一台点钞机：钞机：首先构思将首先构思将钞票逐张分钞票逐张分离的工作原离的工作原理。理。图图3-1为构思为构思示意图示意图3 3、作作用用：功功能能原原理理设计是是对产品品的的成成败起起决定性作用的工作。决定性作用的工作。4 4、任任何何一一种种机机器器的的更更新新换代代都都存存在在三三个个途途径径:一是改革工作原理一是改革工作原理；二二是是通通过改改进工工艺、结构构和和材材料料提提高高技技术性性能能；三是加三是加强强辅助功能使其更适助功能使其更适应使用者的心理。使用者的心理。3-1功能原理设计的工作特点和工作内容o一、工作特点o1功能原理设计

8、往往使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。o2功能原理设计中往往要引入某种新技术（新材料、工艺），首先要求设计人员有一种新的想法和构思。o3功能原理设计使机器品质发生质的变化。o例如，机械表不论在技术上如何改进，其走例如，机械表不论在技术上如何改进，其走时的精确性始终不可能和石英电子表相媲美。时的精确性始终不可能和石英电子表相媲美。o当然，在实践中，每一个功能原理设计不一当然，在实践中，每一个功能原理设计不一定都能体现上述三个特点，而能体现这三个定都能体现上述三个特点，而能体现这三个特点的，则应该是高品位的功能原理设计。特点的，则应该是高品位的功能原理设

9、计。二、任务和主要内容o1任务：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。o解释：1）功能目标：最后要达到的功能o 2）物理效应：摩擦、离心力、气吹、液化、压 电变形等o 3）作用原理：摩擦轮、气嘴、压电晶体等o 4）解法原理：物理效应+作用原理 o例：喷墨打印技术o例：实验力学检测技术o1应变电测与传感器技术o2超声波检测技术o3各种光测方法o2主要工作内容：构思能实现功能目标的新的解法原理o3功能原理方案设计步骤：设计任务求总功能总功能分解寻求子功能解原理解组合评价与决策最佳原理方案黑箱法功能逐级分解创造性方法、目录法、调查分析法形态

10、学矩阵法各种评价方法分析综合评价与决策3-2功能、功能单元和功能结构o一、功能的含义o1传统的定义o功能：是对于某一产品的特定的工作能力的抽象化的描述，是指某一机器（或装置）所具有的转化能量、运动或其他物理量的特性。o注意：区分这样的几个概念（功用、用途、性能、能力）o例：功用作原动机o电动机 用途驱动电扇、机床o 性能效率、耐用性、振动o 能力功率、转速o 功能将电能转变为旋转运动的动能 洗衣机的功能是使衣物中污垢从纤维中分离出来洗衣机的功能是使衣物中污垢从纤维中分离出来。o2从系统工程学的角度来看功能的含义o在系统工程学上，我们用“黑箱”来描述功能o黑箱：只是描述了系统的功能目标，而内部结

11、构是未知的o白箱：内部结构完全已知o灰箱：内部结构部分已知o系统工程学把一个机械产品看成技术系统，在设计初期时该技术系统还不清楚，故用黑箱来描述功能：任何一个技术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来描述；其输出用相应的M 、S 、E 来描述。把信息流、能量流、物料流输入“黑箱”，在“黑箱”中转换成新的信息流、能量流、物料流，然后输送出来 我们根据所学过的传递函数的定义，可以得出系统工程学对功能的定义：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相互转换的关系 o注意：1）功能抽象的描述机械产品输入量和输出量之间的因果关系o2）黑箱只是

12、描述了从系统外部观察到的功能特点，而内部结构是需要设计师去进行具体构思和设计的。设计者的任务就是使“黑箱”变成“白箱”这个技术系统就设计出来了，获得了一个完美的机械产品，实现了预定的功能。技 术 系 统 信息流S（进行能量流E的转换）物料流M信息S能量E物料MSE M 图图37所示是一台硬币计数包卷机的外观，它用来所示是一台硬币计数包卷机的外观，它用来整理、清点、计数，最后按整理、清点、计数，最后按50枚一卷将硬币用纸包卷枚一卷将硬币用纸包卷起来；也可以在计数后装袋而不包卷。图起来；也可以在计数后装袋而不包卷。图38所示是所示是用黑箱法描述的硬币机的总功能。用黑箱法描述的硬币机的总功能。这种黑

13、箱只是描述了从系统外部观察到的这种黑箱只是描述了从系统外部观察到的“功能特功能特点点”，而黑箱的内部结构是未知的，是需要设计师去，而黑箱的内部结构是未知的，是需要设计师去进行具体构思和设计的。进行具体构思和设计的。硬币计数包卷机功能分解图硬币计数包卷机功能分解图硬币计数包卷机外形图硬币计数包卷机外形图总之：总之：任何技术系统都可以视为任何技术系统都可以视为3 3种流的处理系统，即能量流、物料种流的处理系统，即能量流、物料流和信息流。作为输入的能量流，可以是机械能、热能、电能、流和信息流。作为输入的能量流，可以是机械能、热能、电能、化学能、光能、核能等能量流，也可以是它的某一具体分量，如化学能、

14、光能、核能等能量流，也可以是它的某一具体分量，如力流、扭矩流、电流等等。例如，作为一个技术系统，内燃机的力流、扭矩流、电流等等。例如，作为一个技术系统，内燃机的功能是将输入燃料的化学能流转换为机械能流，核电站的功能是功能是将输入燃料的化学能流转换为机械能流，核电站的功能是将核能流转换为电能流。将核能流转换为电能流。作作为为输输入入的的物物质质流流，可可以以是是气气体体、液液体体或或各各种种形形式式的的固固体体，如如毛毛坯坯、原原材材料料、半半成成品品零零件件、部部件件、成成品品等等，也也可可能能是是粉粉半半、磨磨屑屑、泥泥沙沙之之类类待待处处理理物物。机机械械技技术术系系统统将将对对它它们们实

15、实行行结结合合、分分离离、移移动动、气气相相转转液液相相之之类类相相的的变变化化，以以及及各各相相之之间间的的混混合合等等转转化化。如机床实现多余物料从工件上分离，输送带实现物料的搬运等。如机床实现多余物料从工件上分离，输送带实现物料的搬运等。作作为为输输入入的的信信息息流流，可可以以是是各各种种测测量量值值、输输入入指指令令、数数据据、图图像像等等；信信息息的的载载体体可可以以是是机机械械量量、电电量量、化化学学量量等等；信信息息的的形形式式可可以以是是模模拟拟量量，也也可可以以是是数数字字量量。技技术术系系统统将将对对信信息息流流作作加加工工、处处理理或或转转换换。如如凸凸轮轮机机械械具具

16、有有将将转转动动量量信信息息转转化化为为直直线线运运动动量量信信息息的的功功能能，计计算算机机能能做做数数据据处处理理，ADAD转转换换器器能能将将模模拟拟量量转转换换为为数数字字量量信信息息，数数字字式式电电视视机机能能将将接接收收到到的的数字信息转化为图像信息。数字信息转化为图像信息。对对于于一一个个技技术术系系统统有有时时三三流流并并存存，如如现现代代的的加加工工中中心心和和自自动动生生产产线线，有有时时只只存存在在能能量量流流与与信信息息流流，如如电电视视机机。系系统统在在完完成成功功能能的的过过程程中中，外外界界将将向向它它输输入入各各种种制制约约和和干干扰扰，同同时时系系统统也也将将对对外外界界输输出出干干扰扰和和影影响响，如如振振动动、噪噪声声、化化学学排排放放、热量、废弃物等。热量、废弃物等。金属切削机床金属切削机床毛坯毛坯冷却剂冷却剂润滑剂润滑剂驱动能驱动能信号能信号能启动信号启动信号零件零件耗损的冷却剂耗损的冷却剂耗损的润滑剂耗损的润滑剂切削切削切削功率切削功率自动开动自动开动热热量量振振动动噪噪声声灰灰尘尘环境的温环境的温度、湿度度、湿度地基的地基的振动振动机床黑