机械系统设计ppt课件

1、第四章第四章 机械系统设计的根本原理机械系统设计的根本原理 机械设计与其他系一致样，它的各个组成部分都是有机结合、相互协调、相互顺应的，并以此来实现机械系统的整体功能要求。机械系统也应具备普通系统的特性，如整体性、相关性、目的性和环境顺应性。同时，我们还应该留意的是机械系统由于它的能量流、物料流和信息流变化的特殊性，它的设计方法必然也具特殊性。因此，论述机械系统设计的根本原理是非常必要的。 4.1 4.1 机械系统设计的普通程序和内容机械系统设计的普通程序和内容4.1.14.1.1机械系统设计的类型机械系统设计的类型 根据机械系统设计的内容特点，机械系根据机械系统设计的内容特点，机械系统设计普

2、通可分为开发设计、变异设计和反求统设计普通可分为开发设计、变异设计和反求设计。设计。 1.1.开发设计开发设计 针对新义务，提出新方案，完成产品规针对新义务，提出新方案，完成产品规划、概念设计、构型设计的全过程。划、概念设计、构型设计的全过程。 2.2.变异设计变异设计 在已有产品的根底上，针对原有缺陷或在已有产品的根底上，针对原有缺陷或新的任务要求，从任务原理、功能构造、执行新的任务要求，从任务原理、功能构造、执行机构类型和尺度等方面进展一定变异，设计出机构类型和尺度等方面进展一定变异，设计出新产品以顺应市场需求，加强市场竞争力。这新产品以顺应市场需求，加强市场竞争力。这种设计也可包括在根底

3、型产品的根底上，任务种设计也可包括在根底型产品的根底上，任务原理坚持不变，开发出不同参数、不同尺寸或原理坚持不变，开发出不同参数、不同尺寸或不同功能和性能的变型系列产品。不同功能和性能的变型系列产品。 3.3.反求设计反求设计 针对已有的先进产品或设计，进展深化针对已有的先进产品或设计，进展深化分析研讨，探求掌握其关键技术，在消化、吸分析研讨，探求掌握其关键技术，在消化、吸收的根底上，开发出同类型、但能避开专利的收的根底上，开发出同类型、但能避开专利的新产品。新产品。 表表4-14-1机械设计的普通程序框图机械设计的普通程序框图设计阶段 设计程序内容与设计步骤 阶段设计目的产品规划市场需求分析

4、提出产品设计要求明确设计义务设计义务书可行性研讨报告义务要求明细表功能分析和任务原理确定机器构成的构思工艺动作分析执行动作确定最正确机械运动方案的尺度综合机械总体方案执行机构选择和机械运动方案的设计概念设计确定机器的组成引入人一机系统分析机器总体规划机械运动方案机械运方案构型设计机械构型构思和设计机械总装图设计机械部件设计技术文件编制机械零件设计施工图设计计算阐明书规范通用件明细表运用阐明书4.1.2 4.1.2 机械系统设计的普通程序机械系统设计的普通程序 不论哪一种设计，为了提高机械系统的设计质量和设计程不论哪一种设计，为了提高机械系统的设计质量和设计程度，必需有一个科学的设计程序。目前较

5、为广泛实施和运用的度，必需有一个科学的设计程序。目前较为广泛实施和运用的机械系统设计的程序可归纳成表机械系统设计的程序可归纳成表4-14-1所示的框图程序。所示的框图程序。4.1.3 4.1.3 机械系统设计的根本内容机械系统设计的根本内容 对于表对于表4-14-1所示的三个设计阶段的根本内容分别论述如下：所示的三个设计阶段的根本内容分别论述如下： 1.1.产品规划产品规划 产品规划是要求进展需求分析、市场预测、可行性分析，产品规划是要求进展需求分析、市场预测、可行性分析，确定设计参数及制约条件，最后给出详细的设计义务书或要确定设计参数及制约条件，最后给出详细的设计义务书或要求表，作为设计、评

6、价和决策的根据。求表，作为设计、评价和决策的根据。 2.2.概念设计概念设计 需求是以产品的功能来表达的，功能与产品设计的关系是需求是以产品的功能来表达的，功能与产品设计的关系是因果关系。表达同一功能的产品可以有多种多样的任务原理。因果关系。表达同一功能的产品可以有多种多样的任务原理。因此，这一阶段的最终目的就是在功能分析的根底上，经过想因此，这一阶段的最终目的就是在功能分析的根底上，经过想象设计理念、创新构思、搜索探求、优化挑选获得较理想的任象设计理念、创新构思、搜索探求、优化挑选获得较理想的任务原理方案。对于机械产品来说，在功能分析和功能原理确定务原理方案。对于机械产品来说，在功能分析和功

7、能原理确定的根底上进展工艺动作构思和工艺动作分解，初步拟定各执行的根底上进展工艺动作构思和工艺动作分解，初步拟定各执行构件相互协调配合运动循环图，进展机械运动方案的设计即构件相互协调配合运动循环图，进展机械运动方案的设计即机构系统的型综合和数综合等，这就是产品概念设计过程的机构系统的型综合和数综合等，这就是产品概念设计过程的主要内容。主要内容。 3.构形设计 构形设计是将方案主要是机械运动方案等详细转化为机器及其零部件的合理构形。也就是要完成机械产品的总体设计、部件和零件设计，完成全部消费图纸并编制设计阐明书等有关技术文件。 构形设计时要求零件、部件设计满足设计的功能需求；零件构造外形要便于制

8、造加工；常用零件尽能够规范化、系列化、通用化；总体设计还应满足总功能、人机工程、外型美学、包装和运输等方面的要求。 构形设计时普通先由总装配图分拆成部件、零件草图，经审核无误后，再由零部件任务图、部件图绘制出总装配图。 最后还有编著技术文件，如设计阐明书，规范件、外购件明细表，备件、公用工具明细表等等。 4.2 面向X的设计原理 机械系统设计由于涉及面非常广泛，在设计过程中需求思索方方面面的问题，因此就产生面向制造、装配、装配、维修、环境、回收等等的设计原理。这些面向X的设计原理表达了机械系统设计的复杂性和广泛性。应该掌握好这些设计原理，使机械系统设计到达全面最优的功能要求。 下面分别论述一下

9、它们的根本设计原理。4.2.1 面向制造的设计原理 面向制造设计design for manufacturing简称DFM。 面向制造的设计是在设计过程中充分思索机械系统的功能的同时，使机械系统的制造工艺尽量简化、制造本钱尽量减少。 1.面向制造的机械系统方案设计 机械系统方案设计往往会涉及它的任务原理、根本组成以及功能构造解的选择。方案色号及阶段虽然还无法断定各个功能的构造和构形的详细参数，但是应该思索机械系统的任务原理、根本组成及功能构造解的制造的难易程度及制造本钱的高低。 例如，在机械系统设计某个子功能需求实现直线往复运动，可以采用机械传动方案或液压传动方案，这两者在制造难易程度和制造本

10、钱方面是不同的。在机械系统的方案设计阶段思索制造问题有全面的制造知识和丰富的实际阅历。 2.面向制造的机械系统构形设计 机械系统构形设计要求各零、部件设计易于制造，详细来说应思索： 1零件、部件的构形尽能够简单； 2零件、部件的各加工部分要易于加工制造； 3零件、部件的选材也要符合便于加工的原那么。4.2.2 面向装配的设计原理 面向装配的设计design for assembly简称DFA。 面向装配的设计是在设计过程中在充分思索机械系统的功能的同时，使机械系统的装配工艺尽量简化，易于进展装配与调整。 1.面向装配的机械系统方案设计 机械系统方案设计往往涉及它的任务原理、根本组成以及功能构造

11、解的选择。方案设计阶段应该充分思索机械系统任务原理、根本组成和功能构造解的易装配性。实现根本组成的模块化、功能构造解的简单化、装配调整容易。 例如，工业平缝机主要有刺料、挑线、勾线、送料4个子功能，在保证明现工业平缝机的缝纫功能的条件下，实现4个子功能构造解的模块化将有利于简化部件的装配。同时选择简单的子功能构造将会有利于部件内部的装配简单化。 另外，方案设计中方案任务原理的选择也会影响装配的难易程度，因此需求加以仔细选择。 2.面向装配的机械系统构形设计 机械系统构形设计中应充分思索零部件的装配性。这就需求在设计时思索下面一些根本原那么： 1减少装配的任务量 经过功能集成把多个零件完成的功能

12、集中到一个零件上，这样就可以减少零件数，减少装配的总任务量。 2易于装配 减少装配件数目、适当添加装配空间、装配件构造尺寸易装配性、装配件间固定方式的简单化扽均有利于装配。 3减少装配零件的多样性 减少装配零件的种类，在自动化装配过程中可以减少装配时间。4.2.3 面向装配的设计原理 面向装配的设计design for disassembly简称DFD。 面向装配的设计是在设计过程中充分思索机械系统功能的同时，使机械系统易于装配，可以有利于系统各部分的维修和再利用。 1.面向装配的机械系统方案设计 方案设计阶段应该思索机械系统选择何种任务原理、根本组成和功能构造解对于装配方便性的影响。当然要做

13、到这点需求有较丰富的实践阅历和对各种功能构造解的全面了解。 例如，为了有利于装配和维修，在有些家用多功能缝纫机中将4大功能模块挑线、刺布、勾线、送料设计成独立性较强的模块。 2.面向装配的机械系统构形设计 机械系统构形设计中应思索零部件易于装配、便于维修。在设计零部件时应思索的一些根本原那么:减少装配的任务量 对于装配的零件尽量减少，并使得易于接近，使装配任务量大为减少； 2易于装配 包括选择适当的固定方法、减少固定件的数目、装配操作的运动方式应尽量简化、装配件应提供易于抓取的外表等有利于装配； 3减少零件的多样性 零件的规范化可以减少零件的多样化，便于装配过程自动化；固定方法的规范化可减少装

14、配工具数。 4尽量采用插接和螺纹联接 两个零件的联接以插接和螺纹联接为好，具有较好的可装配性。4.2.4 面向环境的设计原理 面向环境的设计就是思索环境影响问题，使产品对环境的总体影响减少到最小。 1.面向环境的机械系统方案设计 面向环境的机械系统方案设计是在保证机械系统功能和质量以及其他必要条件的前提下，使其资源利用率尽能够高，环境污染尽能够小。 不同的方案对环境的影响是不同的。例如，设计电冰箱，采用氟利昂制冷方案还是利用无氟制冷方案，在运用过程中会环境的污染完全不一样。 如何进展面向环境的产品方案设计必需综合运用多学科的专门知识和丰富的实际阅历，才干获得较理想的方案设计。 2.面向环境的机

15、械系统构形设计 面向环境的机械系统构形设计的主要目的是采用尽能够合理和优化的零部件构形，以减少资源的耗费和浪费，从而减少对环境的影响。其主要途径和措施如下： 1简化零部件的构造 简化零部件的机构，一方面可减少零件数，另一方面减少加工量。从而 使动力耗费和资料耗费均下降。2优化构件尺寸 优化零部件的尺寸，特别对箱体、壳体等大型零件减少其体积和分量将可大大减少资料耗费。3改善构件受力情况 受力情况好的构件可采用较小的截面使资料耗费少，同时，受力情况好的构件运用寿命长，减少因构件破坏失效而呵斥的资源损失。4可装配性设计 可装配性设计的目的是运用的产品上许多零部件可以回收和反复利用，特别是对贵重的金属

16、有很高的回收价值。眨眼可以节省大量的原资料和减少环境呵斥的污染。 4.3 人机系统设计原理4.3.1 人机系统的组成 人机系统包括人和机两个根本组成，它们相互联络构成一个整体。人机系统的性质和特征可以用模型表示，图4-1是人机系统的模型。阐明人机之间存在着信息环境，人机相互联络具有信息传送的性质。这个系统能否正常任务，取决于信息传送过程能否能继续有效的进展。所谓信息就是人的视觉、听觉、触觉所获取的信息。图4-1 人机系统模型 人的决策信息接纳控制显示器控制器机器的内部过程 “环境普通可以了解为人机系统的干扰要素。排除环境的不利影响是人机系统设计中的主要义务之一。 人际系统中，人的主导作用主要反

17、映在人的决策功能上。人机截面是人与机之间存在一个相互作用的作用“面。显示器将机器任务的信息传送给机器，实现机-人信息传送。人经过控制器将本人的决策信息传送给机器，实现人-机信息传送。因此，人机界面的设计主要是指显示、控制以及它们之间关系的设计，要使人机界面符合人机信息交流的规律和特性。4.3.2 人机系统设计的评价 为了检验人机系统设计的好坏，普通可以从以下几个方面进展评价： 1.作业效能的改善程度 合理地分配作业，正确的机器设计，良好的环境，均可直接改善操作者的作业效能。 2.所耗的培训费用和时间 良好的作业程序设计会降低操作者到达作业规范所需求的培训费用。 3.人力资源的利用率 降低对操作

18、者的特殊才干和专项技艺的要求，可以更好地利用人力资源。通常可以用利用人力资源的百分比作为人力资源的利用率。 4.减少事故和人为错误的评定主要进展减少事故和人为错误的能够性分析。5.机器消费率人机系统效率的提高可以提高机器消费率。6.运用者的称心率良好的人机关系可以提高作业效率，使运用者产生称心心思。4.3.3 人机系统设计程序图4-2表示人机系统设计程序。 定义系统目的和作业要求系统定义初步设计人机界面设计作业辅助设计系统检验 1.定义系统目的和作业要求 定义系统目的是用比较笼统、概括的文字来表达人机系统的目的。如设计洗衣机可把此系统概括为“污物与衣物的分别或笼统为“洁衣。 系统作业要求就是指为了实现系统目的系统必需干什么。详细来说包括“要求和“限制要素。 对人机系统的目的和作业要求定义时，要充分思索和反映人的要素。 2.系统定义 系统定义是对系统的输入、输出和其功能的定义。这里的“功能是用文字描画的一组任务，系统必需完本钱人的功能义务，才干实现系统的目的。 图4-3表示功能与输入、输出的关系。系统定义只定义功能，不定义怎样实现功能。也不能将功能马上分配给人或者机。 功能Fi输入输出图4-3 功能与输入、输出的关系 3.初步设计 初