机械设计学-机械产品的实用化设计课件(ppt 105页).ppt

1.第五章机械产品的实用设计。第一节产品设计的核心和外围问题。1.产品设计的核心。1.设计被理解为一个“空间”:整个设计“空间”分为两个部分：1)内部空间：设计要遵循的主要阶段。它的任务是将设计需求转换成“硬件”来满足需求。这也是设计的最终目的。因此，内部空间被称为设计的核心工作。2)外部空间：列出的问题是对设计和应用技术方法的各种要求，是设计的外围问题。设计的意义：它是一系列创新的思维和活动，为社会提供进入市场所需的产品。最后，以技术文件的形式提供了产品制造的全过程。设计活动主要经历以下几个阶段：了解市场需求、拟定设计任务和技术要求、功能原理设计、实用设计、商业设计、制造和销售。3.产品设计的核心是核心技术(内部空间设计):指实现产品整体功能和主要要求的技术。不同机器的核心技术不同。产品设计的核心技术主要体现在产品的性能指标上：3、a)对于以能量转换为主的机械，如动力机械，其主要性能指标是热效率；b)对于轻工机械，经常需要完成各种复杂而灵巧的运动，其机构设计问题相当突出。其主要性能指标是生产率、工作节奏可靠、自动化程度高。c)重型机械具有体积大、载荷大的特点，其承载能力、强度和刚度是其性能指标；d)对于金属切削机床，主要性能指标是生产率、加工精度和加工范围；e)对于基于信号的仪器，主要性能指标是灵敏度、准确度和稳定性；f)主要基于物料转化的各种离心机、筛分机和过滤器的主要性能指标是生产效率和分离物料的纯度。关键技术和核心技术是两个不同的概念：关键技术是在实现某种功能的过程中需要解决的技术问题。信息技术和核心技术是两个不同的概念，核心技术中也存在着关键的技术问题。例如，对于板(带)轧机，可以使用液压弯曲辊，并且在轧制过程中，根据轧制条件的变化，液压缸的压力可以用于在任何时间快速地向辊施加额外的弯曲力，从而导致额外的弯曲变形。为了实现对板厚偏差和板形的合理控制，希望轧机的等效刚度系数K可以在轧制过程中根据不同的工艺要求随时调整，一般采用液压压下系统来实现。核心技术问题：液压弯辊和液压压制。关键技术：由厚度、压力、位置传感器、数据处理系统等组成的电液闭环控制系统。是解决核心技术问题的关键技术(见图5-2和图5-3)。轧机主传动装置由联轴器、减速器、齿轮座和连接轴组成。其功能是将电机的运动和扭矩传递给工作座中的滚轮进行滚动。主要设计要求(1)功能要求(2)适应性要求(3)性能要求(4)生产能力要求(5)可靠性要求(6)使用寿命要求(7)效率要求(8)成本要求(9)人机工程学要求(10)安全要求(11)包装和运输要求。2.其他设计要求(1)强度和刚度要求(2)制造工艺要求(3)零件加工技术要求(4)工作循环图要求。销售反馈信息、市场分析、技术要求的改进和设计的循环是一个交互作用不断改进的迭代过程，从而不断开发产品。产品设计过程中的各种设计要求是设计的基础和前提。它们是设计的外围问题。第二节实用设计的任务和主要内容1。实用设计：基于功能原理的成熟设计，实用设计是对原理方案进行构造和具体化，以便实际设计的前期工作：在确定工作原理后，首先对工艺动作进行构思和分解，初步拟定各执行部件的动作和各动作的协调关系，即进行机械运动方案设计和机械草图设计。该阶段的总体任务是完成产品的总体设计、零部件的设计、交付制造和施工的图纸和材料，并准备一套完整的技术文件。具体工作：如果功能原理设计是产品创新和质量保证的关键，那么实用设计是高质量产品的保证。在实际设计阶段。工作要细致、精细，要处理大量的结构设计问题，主要包括零件形状、装配关系、材料选择、尺寸、加工要求、表面处理、总平面布置、安装等。这些问题处理得当与否，直接影响产品的功能、性能指标和技术经济指标，以及机器的强度、刚度、使用寿命、可靠性、振动和噪声。实际设计步骤是：1)绘制总平面图和总装配图；2)根据装配图绘制零部件草图；3)验证后，从零件的工作图和装配图中绘制装配图和总图。4)最后，准备技术文件，如设计说明书、操作说明书、标准件、外购件清单等。第三节总体设计的基本任务和内容1。机械产品总体设计的基本任务主要功能通过原理方案设计和结构设计来实现。然而，从系统论的观点来看，机器本身不是一个独立的系统，不能孤立地存在。它需要人工操作和控制，以及人工组装和安装。机器在环境中工作，环境对它有限制。相反，机器对环境产生影响，并受到相关规范和法律的限制。它还与其他机器等相关。其中有些问题已经在结构设计中考虑过，但大部分还没有涉及，需要在总体设计中综合考虑。同时，总体设计应提出各零部件设计的主要参数和设计要求，以保证各零部件能满足总体设计中的各种约束。总之，总体设计是产品设计的中心环节，对机械产品的技术性能、经济指标和外观都有决定性的意义。总体设计的任务是：(1)完善和拓展方案设计和结构设计的内容；(2)合理组合各零部件；(3)整合人、机、环境三者之间的关系，使三者协调适应，确保机械产品的技术性能、经济性能和美学性能的所有要求得到充分满足。二。总体设计内容虽然各种具体机器的总体设计内容不同，但总体设计内容包括：1)工艺方案的确定。在机械总体设计中，应分析比较不同类型的工艺方案，选择符合实际情况的先进工艺方案。(1)性能参数指生产率、功率和重量等。(2)结构参数是指主要的结构尺寸，包括整机的外形尺寸、主要部件的外形尺寸和工作机构的工作位置尺寸。对于特定的机器，有更多的通用参数。例如，采煤机的性能参数包括采掘高度、滚筒深度、滚筒直径、滚筒转速、牵引力和牵引速度等。除了上面提到的那些。如果机器性能参数和操作位置尺寸有国家或部级标准，计算值必须符合上级标准。性能和结构参数可以通过计算方法、类比法、相似设计方法和优化设计方法来确定。15、3)机械运动系统方案设计和确定机械运动图。根据工艺动作的过程，选择合适的执行机构来完成每个基本动作。然后用一定的组合形成一个机械系统，再4)总体布局设计主要是确定各零部件的相互位置和连接方式，并考虑安全操作、整体造型等问题。5)机械传动系统的设计。根据所需载荷，从直接承载零件开始，选择或设计机器的工作部件，然后按照传动链的顺序逐个设计机构和零件，直到选择了原动机。16，6)计算整机的平衡和稳定平衡是指当整机处于不同的工作状态时，所有机构力和重力的合力不超过规定的范围。对于某些机器，如挖掘机，平衡问题的实质是确定平衡重量。稳定性是指整个机器的平衡，即研究机器在工作和运行期间倾斜的可能性。这对于地面行走机械和建筑机械尤其重要。7)电源特性分析如果设计规范没有明确规定原动机的类型，首先确定电源的类型是电动机、柴油机还是其他，然后进行电源特性分析。8)人机环境系统的设计主要是操作控制系统的设计。17、9)附属装置旨在增加机器的功能、扩大机器的使用范围或减少环境对人和机器的影响。例如，井下隧道掘进机配有铆杆孔装置，采煤机和掘进机的高压水喷雾除尘装置是10)机器造型设计对机器的外观和颜色进行艺术设计，11)产品故障分析和对策是12)指定易损件、外购件和标准件，13)指定产品包装和运输要求。18.第4节确定工艺计划。为了实现相同的过程目标，可以采用不同的过程计划。每个计划决定了设备的不同结构、性能、产品质量、生产率和成本。选择工艺计划时应考虑以下问题：1)工艺计划的推进；2)合理的运动规律；3)过程计划实现的可能性和稳定性；4)对生产率要求的适应性；经济上合理的；19，20。第五节整机总体参数的确定；总体参数的确定是产品总体设计的重要组成部分，与机器各部分的性能和结构密切相关。在总体设计过程中，必须初步确定总体参数，并且必须相应地进行每个部件的技术设计。最后，必须准确计算机器的总体参数。然而，有时总体参数和技术设计需要交叉重复。在确定总体参数时，必须正确处理相互制约的相关参数之间的关系。例如，在矿山工程机械产品中，机器重量是一个重要的性能指标。机器重量的过度减轻将不可避免地影响挖掘力、机器强度和刚度。相反，过度考虑强度和刚度将不可避免地导致重型机械和经济性差。因此，这些参数应该相互匹配和协调，以形成一个优化的整体。合理的总体参数应满足以下条件：21、1)与国内外同类产品相比，其主要技术经济指标和工作性能较优；2)实用性满足实际使用要求，可靠性高，维护方便，使用寿命长；3)经济型在满足功能的条件下，充分利用发动机动力，节约能源，消耗原材料少，体积小，重量轻，价格便宜。总体参数包括：生产率Q、功率参数、重量参数和总体结构参数。总体参数的初步确定可以通过理论计算、经验公式和类似的类比进行。根据提出的产品原理方案，理论计算方法在理论分析和试验数据的基础上进行分析计算，确定总体参数。1.机械设备的理论生产率机械设备的理论生产率指的是设计生产能力。在中完成的产品数量23岁。设备的生产率Q为：2。动力参数(包括运动参数、力和能量参数)(1)运动参数机械的运动参数包括运动速度、加速度和调速范围等。主要取决于工艺要求：一般情况下，速度要尽可能高，但受惯性、振动、定位精度、结构、制造和装配水平以及新技术应用程度的影响和限制。机器的速度通常由生产率决定。例如，在带式连续输送机中，带的移动速度V可以由以下公式确定：v带的移动速度(M/S)，Q带式输送机的理论生产率(t/h)，输送带上被输送材料的堆积面积(M2)，T/H的堆积密度(T/M3)s3354粒状材料，以及当水平时，C 的倾斜系数，c=1。当倾角为20时，c=0.82，25，(2)力和能量参数包括承载力(如成形力、挤压力、运行阻力、挖掘力)和原动机功率。工作装置是直接受载荷作用的部件，力的参数是其设计计算的基础，也是机械性能的主要指标，如30000千牛顿液压机。1)机器的作用力(承载能力)主要是物料输送操作。机器负载由加速工件的惯性力负载、移动工件的摩擦力负载或提升材料的重力负载组成。成形机械和加工机械所需的主要力用于材料成形或切割加工。以下是金属成形所需力的例子。示例1:图5-6显示了三种常用于材料的弯曲：折边、V形弯曲和U形弯曲。为了形成金属，必须对其塑性区域施加压力。假设所有应变硬化材料都能完全弯曲，弯曲力通常由材料极限抗拉强度的经验公式计算。设计剪切机时，需要计算最大剪切力Fmax。剪切机的标称剪切力根据Fmax确定。最大剪切力Fmax为： fmax=k maxaa剪切轧件的横截面积(mm2)；max剪切温度下待剪切金属的最大剪切应力(MpA/mm2)；K考虑了由于钝边和增加的叶片间隙引起的剪切力增加系数。28，2)原动机的功率反映了机械的功率水平，它是其它参数的函数，并且通常是机械分类的标志。它也是设计和计算机器中所有零件和部件尺寸(如轴和导螺杆的直径、齿轮模数等)的基础。)。机器所需的输出功率等于机器的工作功率加上损失的功率。大多数机器负载是在一定距离(角度)内以一定速度作用的力(扭矩)。如果使用重量大、速度高的工作头，负载中应考虑惯性分量的影响。29，例1:如图5-7所示，机器的输出功率Pmax是一个固定的力f，它在t时间内作用一个线性距离x。这种运动就像弯曲金属板的液压臂。机器的输出功率可以表示为：30。例2:图5-8显示了当固定扭矩T在瞬间 T以角度 作用时，机床的输出功率Pmax。这种功率出现在机床的铣刀切削时。通常我们把机床在刀具轴上的输出看作扭矩，它可以用刀具的切削力和力臂来表示。这种机器的输出功率Pmax为：31，3。重量参数包括整机重量、各主要部件重量、重心位置等。它反映了整个机器的质量，如自重与负载的比率，生产能力与机器重量的比率等。重心的位置反映了机器的稳定性和车轮压力的分布。履带式装载机等固定线路机械的重量主要根据作业时所需的牵引力来确定。同时，必须满足地面附着条件、操作和行走稳定性的要求，否则行走时机器会打滑或翻倒。机器提供的最大牵引力必须克服工作阻力和总行走阻力，其表达式为：32，33。理解v工作原理：蟹爪式装载机根据其工作原理属于侧取式装载机。它的工作机构是一对耙爪，就像螃蟹的蟹爪一样，所以被称为蟹爪式装岩机。由于两个耙爪交替耙矿，它们的动作可以被认为是连续的，因此在装岩机的高度和宽度不是很大的情况下具有较高的生产率。其行走机构采用履带式，机动性高。装岩机本身配有转运涡轮，可与大容量矿车配套，减少准备、调车等辅助作业时间，操作简单方便。装载机的类型：(1)根据装载物料的性质，分为装煤装载机和装岩装载机。(2)按工作机构的结构可分为斗式装载机、铲运机、蟹爪装载机和立式爪式装载机。前三个是常见的。(3)根据使用的功率，分为电动装载机、气动装载机和液压装载