机械设备设计经典课件1000

1、1第一节第一节 概概 述述 机械设备定义机械设备定义1，单位，工厂用，单位，工厂用2，非标准通用设备，非标准通用设备3，非机械设备部件（机械部分），非机械设备部件（机械部分） 机械设备设计是一项重要复杂工作机械设备设计是一项重要复杂工作第一个环节是第一个环节是 ，本着简单、实用、，本着简单、实用、经济、安全、美观等基本原则所进行的经济、安全、美观等基本原则所进行的综合性设计综合性设计，是一个，是一个从从整体目标整体目标出发，实现设备整体优化设计的一个阶段。出发，实现设备整体优化设计的一个阶段。总体设总体设计计2总体设计总体设计力学计算等力学计算等主要参数及技术指标主要参数及技术指标总体方案的评

2、价与决策总体方案的评价与决策总总体体设设计计结构方案设计及结构方案设计及 部件选型部件选型设备的原理方案的构思设备的原理方案的构思现阶段中国机械设备设计产品以仿制为现阶段中国机械设备设计产品以仿制为主，专用设备部分为开发性设计。主，专用设备部分为开发性设计。设备设备分析和功能分解，零件测绘为主要工作。分析和功能分解，零件测绘为主要工作。 总体设计：总体设计：4机械设备设计是一种高度复杂艰巨技术工机械设备设计是一种高度复杂艰巨技术工作，需要扎实理论基础，丰富实践经验，作，需要扎实理论基础，丰富实践经验，熟悉制造工艺，有良好创造精神。熟悉制造工艺，有良好创造精神。图图2-1 机械设备设计基本步骤机

3、械设备设计基本步骤工程设计工程设计必要时设计评审设计评审不行行返回上一页测试测试测试试验测试试验必要时不行行试制调试试制调试设计任务完成设计任务完成必要时调试结果调试结果不行5 (1)设备工作原理简图； (2)主要部件（外协，外购）； (3)方案评价报告； (4)总体设计报告（可选）； 在设计过程中形成的技术文件：在设计过程中形成的技术文件：62. 测量与绘制性设计测量与绘制性设计3. 变型设计变型设计1. 开发性设计开发性设计2.2.1 2.2.1 设计任务的类型设计任务的类型第二节 设计任务的形成与确定7(1) 产品功能要求2. 产品设计要求产品设计要求(2) 适应性要求适应性要求(3)

4、性能要求性能要求 (4) 生产能力要求生产能力要求 (5) 制造工艺要求制造工艺要求 (6) 可靠性要求可靠性要求 (7) 使用寿命要求使用寿命要求 (8) 人机工程要求人机工程要求(9) 安全性要求安全性要求8第三节 机械设备的功能及指标分解 设计的第一步就是充分理解设计任务（书）所规定的设计设计的第一步就是充分理解设计任务（书）所规定的设计要求，并将其具体化，即对设备的功能（包括约束）进行描述。要求，并将其具体化，即对设备的功能（包括约束）进行描述。设备的功能描述设备的功能描述 功能是对某一产品的特定工作能力的形象化功能是对某一产品的特定工作能力的形象化描述。描述。功能的描述要准确、简洁，

5、合理地抽象，抓住其本质，避免带有倾向性的提法。9 功能求解功能求解对对功能求解功能求解，是原理方案设计中的重要的搜索阶段。，是原理方案设计中的重要的搜索阶段。设计人员的设计人员的思维要发散思维要发散。u 应用科学原理进行技术原理构思从而进行功能求解u 按技术原理组织功能结构，在一定条件下作用于加工对象，成为技术分设备，实现分功能。u不局限于机械学范围，力学、电子学、电磁学、热学、光学、仿生学.u同一种功能可以用不同的技术原理来实现u对一个功能元应尽可能多地提出几种技术原理，为后续方案的构思和评价提供较多的选择10第四节 机械设备的方案设计什么是方案设计？什么是方案设计？对子功能方案进行方案综合

6、的过程11第五节 机械设备方案的评价设备评价时应考虑的因素很多，既有设备评价时应考虑的因素很多，既有客观因素客观因素，又有又有主观因素主观因素。功能、性能指标、可靠性、成本、寿命及人类工程学等评价人员的经验及其评价角度122.2.加权系数加权系数 加权系数是反映目标重要程度的量化系数加权系数是反映目标重要程度的量化系数，加权系数大，加权系数大意味着重要程度高。意味着重要程度高。 加权系数值一般经验确定或采用加权系数值一般经验确定或采用强制判定法强制判定法（Forced Decision，简称，简称FD）计算。）计算。式中：式中：ki各评价目标的总分，各评价目标的总分，n评价目标数评价目标数ni

7、iiikkg1=评价目标与比较目标列于纵横坐标，根据目标的重要程度两两加以比较5.1 评价目标评价目标13在进行设备评价时，遵循的原则在进行设备评价时，遵循的原则1.客观性原则客观性原则2.可比性原则可比性原则3.合理性原则合理性原则4.整体性原则整体性原则u 设备评价方法设备评价方法现在采用的较多的还是现在采用的较多的还是专家评专家评审集体讨论审集体讨论的方法，具体有的方法，具体有 名次计分法名次计分法、评分法评分法、技技术经济评价法术经济评价法、模糊评价法模糊评价法等。等。u 评价的目标评价的目标将设备的总收益与总投资费用之将设备的总收益与总投资费用之比作为主要评价值。比作为主要评价值。1

8、4 用设备分析的方法对目标设备进行分解并图示，将总目标具体化为便于定性或定量评价的目标元，从而形成目标树。3. 评价目标树评价目标树洗衣机洗衣机洗净度洗净度0.25寿命寿命0.17维修性维修性0.17性能性能0.59价格价格0.31经济性经济性0.31耗水量耗水量0.02外观外观0.08社会性社会性0.1洗衣机的洗衣机的评价目标评价目标树树5.1 评价目标评价目标15 当时从意大利进口一台原型机。当时从意大利进口一台原型机。无其他技术资料。仿制工作中分析无其他技术资料。仿制工作中分析其原理，进行了传动及静力计算其原理，进行了传动及静力计算后又设计了扭矩测量设备后又设计了扭矩测量设备 轮胎拆装机

9、是轮胎拆装机是 汽车维修行业常用设备，在中国汽车普及汽车维修行业常用设备，在中国汽车普及前，几乎没有此类设备。当时手工操作，费时费力。随汽车前，几乎没有此类设备。当时手工操作，费时费力。随汽车维修业快速发展，对此设备需求很大。维修业快速发展，对此设备需求很大。第六节第六节 机械设备设计实例机械设备设计实例以轮胎拆装机设计为例介绍设计过程以轮胎拆装机设计为例介绍设计过程返回返回16轮胎拆装机轮胎拆装机 轮胎拆装机轮胎拆装机 拆装机设计，制造颇具代表性，包含机械加工零件，铆拆装机设计，制造颇具代表性，包含机械加工零件，铆焊件，钣金，五金件，塑料件，铸造件，表面处理等。虽焊件，钣金，五金件，塑料件，

10、铸造件，表面处理等。虽然设备不大，可涉及范围极广然设备不大，可涉及范围极广 此设备有电力传动系统，气动夹紧，各种连杆，设计此设备有电力传动系统，气动夹紧，各种连杆，设计非常巧妙。反应了意大利设计风格。非常巧妙。反应了意大利设计风格。18 轮胎拆装机轮胎拆装机 拆装机第一步将汽车轮胎压紧放气拆装机第一步将汽车轮胎压紧放气第二步第二步 虽然设备不大，可涉及范围极广虽然设备不大，可涉及范围极广 功能介绍功能介绍19设计举例（电动自行车检测平台）设计举例（电动自行车检测平台）模拟电动自行车路面行驶模拟电动自行车路面行驶测量并显示、记录有关指标测量并显示、记录有关指标自动检测系统自动检测系统待检的电动自

11、行车待检的电动自行车检测后的电动自行车检测后的电动自行车电能电能控制信号控制信号信号能信号能热能、振动、噪声热能、振动、噪声各种检测信息各种检测信息总功能抽象化描述：总功能抽象化描述：黑箱法描述：黑箱法描述：行驶阻力模拟行驶阻力模拟转动惯量模拟转动惯量模拟模拟功能模拟功能路面行驶环境路面行驶环境动力性能测试动力性能测试噪声测量噪声测量电参数测量电参数测量测试功能测试功能检测项目检测项目电流测量电流测量电压测量电压测量转速测量转速测量距离测量距离测量 处理功能处理功能控制及信号控制及信号附加阻尼控制附加阻尼控制检测过程控制检测过程控制数据存储、打印数据存储、打印联接功能联接功能支撑功能支撑功能定

12、位功能定位功能辅助功能联辅助功能联接与支撑等接与支撑等纵向定位纵向定位横向定位横向定位防止倾翻防止倾翻 功能功能运动转化运动转化总总功功能能功能分解功能分解 机械系统创新设计机械系统创新设计当 日 检 测当 日 检 测简要报告简要报告 检测时输入检测时输入 该车详细信息该车详细信息电动车各项电动车各项 待测指标待测指标动态显示动态显示检测过程检测过程控制系统软件设计控制系统软件设计检测参数检测参数动态曲线动态曲线电机特性电机特性曲线绘制曲线绘制20123456789 10车辆编号最高车速（KM/h）检测平台结果路面检测结果19设计总结与样机实验设计总结与样机实验26设备的原理方案总体分析设备的

13、原理方案总体分析 在功能分析的基础上，首先应对设备的原理方案进在功能分析的基础上，首先应对设备的原理方案进行行总体分析总体分析。在分析或设计一个现代化机械设备时，在分析或设计一个现代化机械设备时，首先应该从主功能分析着手。首先应该从主功能分析着手。立体光固化成型 27粒状巧克力包装机总体布局粒状巧克力包装机总体布局 根据巧克力糖包装机工艺，确定自动机由下列执行机构组成： 送糖机构、供纸机构、接糖和顶糖机构、抄纸机构、拔糖机构、钳糖机械手的开合机构以及转盘步进传动机构等。布局形式布局形式 由于巧克力糖是流水线生产，每分钟越120粒，因此，不宜采用料仓式上料方式，而应将包装机的进料系统直接与生产线

14、前端设备巧克力糖的浇注成形机的 出口相衔接，因此，采用回转式工艺路线的多工位自动机型，立式布局（与巧克力糖的浇注 成形机相适应）2) 执行机构简介执行机构简介3) 总体布局总体布局28采用激光束聚焦的能量气化切痕以得到一定精度轮廓的料型，并用压辊加热逐层粘合各层料。 分层实体制造分层实体制造29总体方案求解总体方案求解1. 求解原则求解原则1) 各功能元原理方案之间在物理上的各功能元原理方案之间在物理上的相容性鉴别相容性鉴别能量流、物料流及信息流不受干扰地连续流过功能元的原理方案在几何学和运动学上是否有矛盾2) 从技术、经济效益较好的角度从技术、经济效益较好的角度1）要考虑设计要求及附加要求2

15、）选择时，不仅针对某项具体功能元，还要兼顾到全局及其它相关功能元。3）对于关键性的功能元，应多考虑采用创造性方法解决，必要时应做有关的实验。剔除挑选302. 功能集成功能集成 功能集成，即如何将求解所得的功能载体进行功能集成，即如何将求解所得的功能载体进行集成集成，其，其中最主要的工作就是中最主要的工作就是接口设计接口设计。 除了在控制信息上互相协调外，每个单元的输出都不影除了在控制信息上互相协调外，每个单元的输出都不影响其他单元的输出，我们称这种状态为响其他单元的输出，我们称这种状态为正交正交。总体方案求解总体方案求解31 结构方案与总体布局设计结构方案与总体布局设计1. 结构方案设计结构方

16、案设计 机械设备的原理方案仅表示功能载体的组合，但同样的机械设备的原理方案仅表示功能载体的组合，但同样的 功能载体可以有不同的组合，所得到的产品不仅可能有不功能载体可以有不同的组合，所得到的产品不仅可能有不 同的形状和尺寸，甚至可能影响到整体性能。同的形状和尺寸，甚至可能影响到整体性能。 结构方案设计的主要工作就是确定功能载体的组合方式结构方案设计的主要工作就是确定功能载体的组合方式。 因此说，结构方案设计的目的不仅是将原理方案结构化，而因此说，结构方案设计的目的不仅是将原理方案结构化，而 且要实现结构的且要实现结构的优化优化与与创新创新。32 结构布局设计虽没有固定的模式遵循，但可在设计时参

17、结构布局设计虽没有固定的模式遵循，但可在设计时参考以下基本原则：考以下基本原则：1) 运动学原则运动学原则2) 基面合一原则基面合一原则3) 最短传动链原则最短传动链原则4) 保证安全性原则保证安全性原则5) 简单化原则简单化原则结构方案与总体布局设计结构方案与总体布局设计332.2.总体布局设计的基本要求总体布局设计的基本要求 总体布局设计的总体布局设计的主要任务主要任务是，是，确定设备各主要部件之间确定设备各主要部件之间 相对应的位置关系以及它们之间所需要的相对运动关系。相对应的位置关系以及它们之间所需要的相对运动关系。 总体布局设计一般从粗到细，有时要经过多次反复才能确总体布局设计一般从

18、粗到细，有时要经过多次反复才能确 定。总体布局图可由正视图和侧视图组成或用三维图形表达，定。总体布局图可由正视图和侧视图组成或用三维图形表达， 当然，有时只需一个视图就可表达清楚。总体布局图应能反当然，有时只需一个视图就可表达清楚。总体布局图应能反 映：映：1) 设备的大致工艺路线设备的大致工艺路线2) 机型特征、外形尺寸机型特征、外形尺寸3) 主要组成部件及其相对位置、尺寸主要组成部件及其相对位置、尺寸结构方案与总体布局设计结构方案与总体布局设计34 可以按形状、大小、数量、位置、顺序五个基本方面进行综合，可以得出一般布局的类型：1) 按主要工作机构的空间几何位置，可分为平面式、空间 式等；

19、2) 按主要工作机构的相对位置，可分为前置式、中置式、 后置式等；3) 按主要工作机构的运动轨迹，可分为回转式。直线式、 振动式等；4) 按机架或机壳的形式，可分为整体式、组合式等。3. 设备总体布局的基本形式设备总体布局的基本形式结构方案与总体布局设计结构方案与总体布局设计354. 总体布局示例总体布局示例1) 汽车轮胎拆装机的总体布局汽车轮胎拆装机的总体布局2) 粒状巧克力糖包装机整体布局粒状巧克力糖包装机整体布局3) 电动自行车测试机的整体布置电动自行车测试机的整体布置2.6.1 结构方案与总体布局设计结构方案与总体布局设计36机械设备的主要技术参数与技术指标机械设备的主要技术参数与技术

20、指标 机械设备的主要技术参数是能够基本反映出该设备机械设备的主要技术参数是能够基本反映出该设备的概貌与特征的一些项目。的概貌与特征的一些项目。 机械设备的技术指标，主要是指设备或产品的精度、机械设备的技术指标，主要是指设备或产品的精度、功能等。功能等。37机械设备的主要技术参数与技术指标机械设备的主要技术参数与技术指标1. 尺寸与规格参数尺寸与规格参数2. 重量参数重量参数3. 运动参数运动参数4. 动力参数动力参数5. 技术经济指标技术经济指标影响力学性能的结构尺寸，规格尺寸整机重量，各部件重量，重心位置等执行机构的转动或移动速度及调试范围机械设备中使用的动力源参数生产率、加工质量、成本等3

21、8绘制总体设计图绘制总体设计图单个产品的总装配图单个产品的总装配图成套设备的总体布置详图成套设备的总体布置详图总体设计图总体设计图按比例绘制表示重要零部件的细部结构机构运动部件的极限位置操纵件的位置标注有关尺寸根据需要绘制分设备图传动设备图液压设备图润滑设备图原理图电气原理图逻辑原理图功能原理图电路接线图绘绘制制要要求求39回顾：回顾：1、机械设备总体设计内容：、机械设备总体设计内容：1) 设备的原理方案构思设备的原理方案构思2) 结构方案设计结构方案设计3) 总体布局与环境设计总体布局与环境设计4) 主要参数及技术指标的确定主要参数及技术指标的确定5) 总体方案的评价与决策总体方案的评价与决

22、策40回顾：回顾：2、机械设备总体设计步骤：、机械设备总体设计步骤：设计任务书设计任务书对设计对象的简略描述，包对设计对象的简略描述，包括一些要求达到的指标等括一些要求达到的指标等详细而明确，合理而先进详细而明确，合理而先进产品功能、适应性、性能要求、生产能力、产品功能、适应性、性能要求、生产能力、制造工艺、可靠性、使用寿命、安全性等制造工艺、可靠性、使用寿命、安全性等设备原理方案设备原理方案分析及确定分析及确定功能描述功能描述设备原理方案选择主功能主功能(物料流物料流)、动力功能动力功能(能量流能量流)、控制功能控制功能(信息流信息流)、结构功能结构功能41回顾：回顾：评价目标树评价目标树模糊评价法模糊评价法功能分解功能分解形态学矩阵形态学矩阵评价指标及加权系数评价指标及加权系数功能求解方案评价功能树描述总体方案设计总体方案设计结构方案及总体布局、主要技术结构方案及总体布局、主要技术参数及技术指标绘制总体设计图参数及技术指标绘制总体设计图421. 明确设计任务，编写设计任务书明确