机械系统设计原理(讲课用)

1、机械系统设计原理，第一章机械系统概论，第一节机械系统概念，机械系统定义：由几个机械装置构成的特定系统，称为机械系统。 机械系统的目的：确定运动，传递机械能，转换，完成特定工作。 机器系统的基本要素：机械零件和零配件构成，它们为了完成一定的功能相互关联，构成各自的子系统。 图1-1所示的小型甘蔗联合收割机，是由几个装置、零配件和零配件组成的机械系统。 这些个由特定的质量、刚性、舞蹈大头针的物体构成，是能够实现特定功能的系统。 小型甘蔗收获机，一体化机械系统是由多个亚系统组成的整体。 各子系统各有不同的性能，但结合时必须服从整体功能的要求，必须相互协调适应。 系统不能分割，即不能将一个系统分割成相

2、互独立的子系统。 由于机械系统的整体性反映在系统之间的有机联系上，因此系统能够分解，但分解系统与分割系统完全不同。 为了便于研究，可以根据需要将一个系统分解为多个子系统，第二节机械系统的特性，2 .相关系统内部的各子系统之间有机地连接，它们之间的相互作用、相互影响形成了特定的关系。 例如，系统的输入和输出之间的关系、每个子系统之间的层级关系、每个子系统的性能与整个系统的特定功能之间的关系等等取决于每个子系统在系统内的相互作用和相互影响的有机关系。 某些子系统性能的改变影响整个系统的性能。 第二节机械系统的特性，3 .层次性系统可分解为一系列子系统，存在一定的层次结构。 在系统阶层中，表现了不同

3、阶层的子系统间的从属关系和相互作用关系。 阶层本身是系统构成的一部分，阶层是有系统功能的实现方式，第二节机械系统的特性，4 .目的系统的价值体现在其功能中，完成特定功能是系统存在的目的。 因此，系统的功能是系统的目的，主要取决于要素、结构、环境。 为了实现系统的目的，系统必须具有控制、协调、管理的功能。 这些个功能将使系统保持适合其目的，以便实现所需功能，并消除或减少有害干扰作用。第二节机械系统的特性、第三节机械系统的构成、1动力系统包括动力机及其相关装置，作为机械系统工作的动力源的2传动系统是将动力机的动力和运动传递给致动器系统的中间设备，即3致动器系统包括机械的致动器和致动器，利用机械能作

4、作业对象的性质、状态4操纵系统和操纵系统使动力系统、传动系统、执行系统协调工作，准确可靠地完成整个机械功能的装置。 两者的不同点在于，操纵系统通常通过手动操作实现的操纵系统是利用得到的控制信号经由控制支重轮使受控对象改变其动作参数和运转状态来实现上述要求的装置，例如伺服驱动系统、自动控制装置等。 第四节机械系统设计类型、机械系统设计有以下三种不同的设计： (1)开发性设计是在工作原理、结构等完全未知的情况下，应用成熟的科学技术或通过实验证实的新技术，设计出前所未有的新型机械。 (2)适应性设计是在原理方案基本不变的前提下，对产品进行局部变更，设计新的零配件，在机械产品品质和数量方面更好地满足使

5、用要求。 (3)变形设计在工作原理和功能结构不变的情况下，改变现有产品的结构布置和尺寸，以适应更多的容量要求。 在机械产品设计中，开发性设计很重要。“创新”独特于开发性设计、适应性设计和变形设计，提高产品的工作性能。 第五节机械系统设计的重要内容，原理方案设计是机械系统设计的重要内容。 在原理方案的设计过程中，必须解决决定系统的总功能来抽象设计塔斯克，通过抽象来决定系统的总功能的问题。 优点：设计者易于认识系统设计目标，拓宽设计思路。 2 .进行总功能的分解将总功能分解为若干个功能，是实现功能工作原理方案的最佳方法。 3、选择按功能分类的功能载体的功能载体的选择是原理方案设计的重要步骤。 建立

6、完整的功能载体卡计程仪是机械系统设计的重要手段，也是第五节机械系统设计的重要内容，4 .构建功能载体的组合可以根据系统整体的功能要求对各功能载体进行组合，得到多种工作原理方案，由设计者决定。 5、方案评价和决定针对不同的机器，确定评价指标体系和评价方法，对多个方案进行综合评价和决定。第二章机械系统设计原理、第一节机械系统设计的一般步骤和方法、四个阶段的产品规划(概念设计)、功能原理设计、结构技术设计、生产施工设计(技术设计)。结构方案、结构价值分析、试验模型、试验、整体设计、结构设计、造型设计、造型价值分析、外观方案、评价决定、最佳结构方案、最佳造型方案、最佳技术设计方案、整体版结构图、装配草

7、图、技术文档、整体效果图、外观效果模型、目标产品的功能是否完备， 性能是否优良，经济效益显着，有木有在很大程度上取决于总体方案设计的构想和方案编制时的设计思想。 内容、执行系统方案设计、执行系统方案的评价与确定、执行系统的协调设计、执行机构型设计、运动规律设计、系统功能原理设计、机构尺度设计、运动与动力分析、第二节、机械系统方案设计的目的与内容、原动机类型选择与传动系统的方案设计、各级齿轮比的分配、传动链条中机构顺序的配置， 传动路线选择、传动类型选择、操纵系统方案设计、其他辅助系统设计、照明系统设计、安全保障系统设计、故障检测系统设计、蒸发制冷系统设计、润滑系统设计，重要执行系统是机械系统的

8、重要组成部分，直接完成机械系统的预期工作。 机器执行系统的方案设计是机器系统整体方案设计的核心是机械设定业务整体的基础机械执行机构由一个或多个执行机构组成。 执行机构是执行机构的输出部件，其数量和运动形式、运动规律和传动特性等要求决定了执行机构整体的结构方案。第三节机械执行系统的运动方案设计、功能原理设计，根据需要制定机械的总功能，制定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械应实现的技术动作，通过运动规则设计、分析工作原理提出的技术动作，决定采用什么样的运动规则实现工作原理， 执行机构形式设计，确定选择哪个机构实现规定的运动规则，根据、执行系统协调设计，执行机构类型设计，根据对过程各动作的要求

9、，分析各执行机构应如何协调配合，设计机械运动循环图，确定各执行机构的运动尺寸， 编制了各执行机构的运动简图，验证了运动和动力分析、执行系统是否满足运动要求和动力性能要求，对、方案进行定性评价和定量评价，从中选出最佳设计方案，一、机械执行系统运动方案设计的主要内容和过程、产品功能产品的用途、性能、使用价值等确定功能指标的考虑因素先进可行性经济功能原理设计的重要性决定着产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构形式、制造成本等。 二、执行系统的功能原理设计1、功能原理的选择和构思、工作原理不同，运动方案也不同，齿轮加工、剃刀、范成原理、仿形原理、工作原理相同，运动方案不同，齿轮加工、插齿、滚齿、功能

10、原理设计的多样性其他例子的斜面的应用螺旋压力机、螺旋千斤顶、螺纹接头、螺旋式输送器， 螺旋泵、螺旋微动机构、微尺等的齿轮加工方法是：无屑加工(精密铸造、粉末冶金成形、轧辊成形)、切削加工(成形法、展示法)、成形法加工的盘状齿轮磨粉机和手指磨粉机、展示法的轧辊齿和插齿，在确定提案时以最简单的方法实现相同的功能留心光、机械、电、流体等知识的综合运用。 设计了彩电阴极盘用金属板冲孔机，晶片直径为10mm，厚度为0.8mm。 电视阴极板用金属板冲压机械，马杀鸡椅马杀鸡轮利用偏心空间抢先版，对云同步实现三次元方向的马杀鸡作用，实现径向的振动压迫、推拉和推拉，构思巧妙，结构非常简单。 用最简单的方法图示了

11、实现功能的例子，指针，分析天平，精度达到了0.01g，但是用眼睛读指针的微小偏角是不可能的。 增加了光学放大镜，扩大了读数。光、机、电、流体等知识的综合运用例：综合功能、功能原理方案、最佳功能原理方案、明确的任务、功能要素、功能分析法将机械产品的综合功能分解成几个功能要素，求出功能要素，求出其组合，综合的、2、功能分析和功能求解、黑匣子法把实现给定功能的机械系统视为未知内部功能结构和功能载体的“黑匣子”，通过对其输入输出量的全面分析，逐步把握投入产出的基本特征和转换关系，寻求能够实现这一基本特性和转换关系的工作原理和功能载体求解过程。 布拉克创意要求设计者不要从机械产品的具体结构上考虑设计方案

12、，而要从系统的功能上设想机械产品的可行性方案。 1、详细描述了尺寸、信息、机械产品(黑匣子)、材料、能量、信息、能量、材料、黑匣子的表现、黑匣子的解决方法、输入与输出的关系，寻找合适的实例设置系统的总功能，寻求系统的功能评价与决策， 将机械产品的总功能分解为几个功能后，我们可以用“网罗法”将各功能的解全部列举出来，得到功能-功能解的形态学矩阵。 形态学矩阵法是系统搜索与普遍化求解的一种功能组合求解方法. 例：采用形态学矩阵法构思单缸洗衣机的可行方案。 2 .形态学矩阵法可对433=36进行理论组合。 从先进性、新颖性和实用性出发，一般选择A1、A2、B1、B2、C1、C2，因此主要有8个方案：

13、 3、执行系统的运动规律设计1 .过程动作分解和运动方案选择，手工工具复合运动，手工工具和工作台分别运动，运动规律设计通常分析过程方法和过程动作过程的动作分解的方法不同，形成的运动计划也不同。立式钻床的过程动作的分解、直线运动、曲线运动、复合运动、往复摆动、每一分钟转速rpm、由2个以上的单一运动合成、间歇的旋转、间歇的往复直线运动、休止的单向直线运动、可变曲线运动、每一分钟转速、旋转角的大小、运动系数、每一分钟摆动次数、旋转角的大小、闪光灯每一分钟行程数、大小、行程速度的变化系数每个走刀量的大小、每个循环的休止次数、位置、时间、行程的大小和动作速度、四、致动器的型号设计、1 .设计原则是尽量

14、简化致动器的工艺动作和运动要求， 考虑尽可能缩短运动链的机构尺寸选择动力源的形式，使驱动器具有良好的传动力和动力特性，使机械具有调节运动参数的能力，保证机械的安全运行，2 .机构的选择目的选择和创造满足驱动器运动和动力要求的机构。连续旋转传动机构、啮合传动机构、网络链接机构、摩擦轮传动、蜗杆传动、链传动、平行四边形机构、摩擦传动机构的优缺点、结构简单，传动流畅，易实现无级变速、过负荷保护。 齿轮比不准确，传动功率小，效率低。 实现单方面间歇旋转的机构、棘轮机构、齿轮-网络链接机构、不完全齿轮机构、抢先版式间歇运动机构，适合旋转角一定的旋转运动，在旋转角小或旋转角的大小不能调整的低速的情况下，在

15、旋转角大而速度不高的情况下，运动平稳、分度、定位正确在高精度定位、高速的情况下，特殊要求的送料机构具有实现往复移动、往复摆动运动的机构抢先版机构、组合机构、往复运动机构、网络链接机构、螺旋机构、齿轮齿条机构、液压缸、液压缸、签名机构、正切机构、多杆机构、曲柄滑块机构、抢先版机构的特征是具有任意复杂的运动和螺旋机构的特点可以获得较大的减速比和较高的运动精度，常用作低速进给和精密微调机构。 齿条小齿轮机构的特点适用于移动速度高的情况，精密齿条的制造困难，传递精度和平滑性不及螺杆机构。再现轨迹的机构、齿轮网络链接的组合机构、联动抢先版机构、抢先版网络链接的组合机构，一般除抢先版机构能实现精确的曲线轨

16、迹外，其他机构只能实现基本上预定的曲线轨迹。齿轮网络链接的组合机构、搅拌机构、联动抢先版机构、抢先版网络链接的组合机构，该握力器机构采用联动抢先版机构，并通过两凸轮的联动作用使抓爪沿矩形轨迹移动，达到间歇抓爪的目的。 该装配生产线采用联动抢先版机构，使笔芯把持具沿矩形轨迹运动，达到了圆珠笔笔芯阶段性前进的目的。 3、机构的配置目的当所选机构的型号无法完全实现所期望的要求时，或能够实现功能要求，但结构复杂或运动精度不佳动力性能不好时，可在常用机构中选择功能和原理与工作要求相近的机构，并在此基础上重新建构机构型号。 组合法，将前段的副机构的输出部件串联组合，作为后段的副机构的输入部件依次串联组合的

17、组合方式。 后级子机构的有源零配件是前级子机构的一个连接棒。 后级子机构的有源零配件是前级子机构的网络链接。一种组合方式，并行组合多个子反应历程共享相同的输入元素，将它们的输出运动输入到云同步一个多自由度子反应历程，从而形成一个自由度为1的反应历程系统。 各子机构之间没有严格的运动协整关系，各子机构对动作的优先顺序有严格的要求，对自动车床中3个并行抢先版的动作顺序有优先要求。 各子机构有运动形式的配合要求，磨床的主轴运动、磨刀石运动和工件运动有运动形式的配合要求。、种子文件背式组合是在机构组合系统中，其多自由度副机构的一个输入运动是从该多自由度副机构的输出部件经由单自由度副机构进行种子文件背的组合方式。 由于主动修正原理蜗杆，制造误差不要求蜗轮的运动精度，故根据误差设计了抢先版机构，通过齿轮机架、差动机构k对蜗杆施加追加运动，修正误差。、输入、4、1、4、2、1、3、k、2、复合式的组合从一个或多个串联的基本机构交换具有两个或多个自由度的基本机构的组合方式、变异法、原动机，在双臂机构中，将网络链接作为原动机通过改变运动倒置、部件的结构形状，将摆动引导机构的直线引导槽变为