3.机械系统总体方案设计

1、第三章第三章 机械系统总体方案设计机械系统总体方案设计主主 讲讲 吴吴 昌昌 林林 一、一、 总体方案设计的步骤总体方案设计的步骤1.1.机械产品设计过程机械产品设计过程产品规划产品规划结构方案设计结构方案设计原理方案设计原理方案设计总体设计总体设计施工设计施工设计试制、批量生产、销售试制、批量生产、销售功能分析功能分析寻求原理解寻求原理解确定原理方案确定原理方案2.2.设计方案的工作流程设计方案的工作流程 设计要求的抽象化设计要求的抽象化确定系统的功能结构确定系统的功能结构寻求实现各分功能寻求实现各分功能的作用原理的作用原理 组合作用原理组合作用原理形成原理解形成原理解 方案的评价与决策方案

2、的评价与决策二、设计要求的抽象化二、设计要求的抽象化功能的合理抽象功能的合理抽象更多的具体方案更多的具体方案轴承的方案要求轴承的方案要求钢笔功能：存送墨水钢笔功能：存送墨水平口钳功能：形成压力平口钳功能：形成压力抽象化处理实例抽象化处理实例容积：容积：20l-160l20l-160l容器形状：未定容器形状：未定容器高度：容器高度：150mm-600mm150mm-600mm汽油或柴油温度：汽油或柴油温度：-25-65-25-65 C C最大输出信号精度：最大输出信号精度：3%3%油的液面高度随时间变动油的液面高度随时间变动最小测量值：最大值的最小测量值：最大值的3%3%油标与容器的连接在上部或

3、侧面油标与容器的连接在上部或侧面容积有一定范围容积有一定范围连接方式多种连接方式多种容器高度不一容器高度不一液体的液面高度随时间变动液体的液面高度随时间变动容器形状多容器形状多样样容器形状多样容器形状多样测量液体连续变化量测量液体连续变化量容积有一定范围容积有一定范围连续测量尺寸和形状都未定的容器中的液体变化量连续测量尺寸和形状都未定的容器中的液体变化量三、确定系统的功能结构三、确定系统的功能结构输入和输出变换的抽象描述称为输入和输出变换的抽象描述称为功能功能1.1.黑箱法黑箱法输入和输出转换关系输入和输出转换关系系统的功能、特征系统的功能、特征工作原理与结构工作原理与结构系统系统总功能总功能

4、能量能量物质物质信息信息能量能量物质物质信息信息水泵水泵能量能量水水开关控制开关控制压力水压力水流量控制流量控制2.2.功能结构功能结构功能的分解与组合关系功能的分解与组合关系能量能量物质物质信号信号能量能量物质物质信号信号总功能总功能子功能子功能复杂度复杂度总功能总功能分功能分功能功能元功能元同级分功能组合实现上一级分功能的要求同级分功能组合实现上一级分功能的要求材料拉伸试验机的功能树材料拉伸试验机的功能树力变形测量力变形测量试件拉伸试件拉伸力测量力测量变形测量变形测量动作控制动作控制试试件件夹夹持持松松开开夹头移动夹头移动运运动动形形式式转转换换速速度度扭扭矩矩转转换换讯讯号号取取得得放放

5、大大显显示示开开机机停停机机自自动动停停机机讯讯号号取取得得放放大大显显示示四、寻求实现分功能的作用原理四、寻求实现分功能的作用原理作用原理作用原理在功能载体上利用某种或某些物理效应实现在功能载体上利用某种或某些物理效应实现 某一分功能的工作原理某一分功能的工作原理分功能：分功能： 传递转矩传递转矩功能载体：功能载体： 轴和毂轴和毂物理效应：物理效应： 摩擦效应摩擦效应建立了物理效应和功能载体的知识库建立了物理效应和功能载体的知识库五、组合作用原理、形成方案设计的原理解五、组合作用原理、形成方案设计的原理解1.1.采用形态综合法进行组合采用形态综合法进行组合目标的形态学矩阵目标的形态学矩阵目标

6、特征目标特征目标标记目标标记F F1 1 L L1111 L L12 12 L L1 1n n1 1F F2 2 L L2121 L L22 22 L L2 2n n2 2F F3 3 L L3131 L L32 32 L L3 3n n3 3 1 12 2总功能分解为分功能总功能分解为分功能目标标记：目标标记：目标特征：目标特征：分功能相应的局部解分功能相应的局部解将各功能元的局部解将各功能元的局部解合理组合合理组合多个系统原理解多个系统原理解方案原理方案原理p1p1pjpjpmpmp2p2子功能子功能F1F1F2F2FiFiFnFn组合组合1 1组合组合2 2设计方案原理的组合设计方案原理

7、的组合系统解的方案个数：系统解的方案个数： 321nnnN2.2.设计瓶盖整列设计瓶盖整列( (瓶口朝上瓶口朝上) )装置的原理方案装置的原理方案总功能总功能分功能分功能瓶盖整列瓶盖整列瓶盖输入瓶盖输入整向整向成列输出成列输出测向测向分拣分拣翻转翻转瓶盖整列装置形态学矩阵瓶盖整列装置形态学矩阵目标特征目标特征目标标记目标标记A A 输入输入 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 B B 测向测向 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 C C 分拣分拣 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C1 C2 C3

8、 C4 C5 C6 D D 翻转翻转 D1 D2 D3 D1 D2 D3 E E 输出输出 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8方案个数：方案个数：604873668N方案一方案一方案二方案二传输带传输带输入输入A3A3气流吹拂气流吹拂测向测向B6B6分拣分拣C1C1分功能合并分功能合并导向导向翻转翻转D3D3斜面下滑斜面下滑输出输出E1E1斜面下滑斜面下滑输入输入A2A2重力重力翻转翻转D1D1斜面下滑斜面下滑输出输出E1E1舍去测向、分拣舍去测向、分拣方案三方案三方案四方案四传输带传

9、输带输入输入A3A3气流喷嘴气流喷嘴分拣分拣C1C1翻转翻转D2D2分功能合并分功能合并气压气压测向测向B3B3传输带传输带输出输出E2E2斜面下滑斜面下滑输入输入A2A2特形槽特形槽测向测向B2B2分拣分拣C6C6分功能合并分功能合并斜面下滑斜面下滑输出输出E1E1传输带传输带输出输出E2 E2 ( (回收重新开始回收重新开始) )舍去翻转舍去翻转任务任务被选择的任务被选择的任务总体功能总体功能子功能子功能设计方案原理设计方案原理原理组合原理组合概念概念结构方案结构方案零件零件零件形状零件形状最终结构最终结构零件详细设计零件详细设计生产文档生产文档设计过程的主要步骤设计过程的主要步骤六、方案

10、的评价与决策六、方案的评价与决策1.1.建立评价目标建立评价目标总目标总目标分解分解一级子目标一级子目标分解分解二级子目标二级子目标 各目标加权各目标加权2.2.技术经济综合评价方法技术经济综合评价方法(1) (1) 技术评价技术评价max1PgPWniiitHHHHWZw7 . 01双曲线法：双曲线法：wtWWW5 . 0(2) (2) 经济评价经济评价(3) (3) 综合评价综合评价各技术评价指标的评分值各技术评价指标的评分值各技术评价指标的权系数各技术评价指标的权系数最高分值、如最高分值、如010010分制的分制的1010技术价技术价 值越高技术性能越好值越高技术性能越好 0.6 0.6

11、 不合格不合格 0.8 0.8 较好较好经济价经济价 值越高经济效果越好值越高经济效果越好 0.70.7为许用值为许用值理想生产成本理想生产成本允许生产成本允许生产成本实际生产成本实际生产成本优度图：优度图：3.3.决策决策一般在各方案中，选总价值最高的方案一般在各方案中，选总价值最高的方案注意均衡性，尽管总价值高、但某些评价目标注意均衡性，尽管总价值高、但某些评价目标的评分低于平均值的评分低于平均值七、方案设计实例七、方案设计实例设计任务：设计任务：已知传递功率已知传递功率 P=4kWP=4kW、输入、输入 n n1 1=1000r/min=1000r/min、输出输出 n n2 2=85r/min=85r/min 要求：运动平稳、结构紧凑、维护方便、效率高。要求：运动平稳、结构紧凑、维护方便、效率高。 设计一机械传动系统设计一机械传动系统1.1.明确任务要求明确任务要求采用两级减速传动采用两级减速传动总传动比：总传动比：76.1185100021nni2.2.功能分析功能分析传动系统的形态学矩阵传动系统的形态学矩阵方案数：方案数：N=6N=65=305=30