第五章 华侨大学机械产品的实用设计.ppt

1、第五章是机械产品的实用设计。实用设计在成熟的功能原理设计的基础上，构思和分解技术动作，初步拟定各执行部件的动作及其协调关系，即设计机械运动方案，然后通过实用设计将原理方案结构化和具体化，使原理概念转化为具有实用水平的实体机械，以满足实际需求。第一节，实用设计的任务和主要内容，实用设计阶段的一般任务：总体设计、构件设计(结构设计)、图纸、制造和施工图纸，以及编制一套完整的技术文件。实用设计是整个设计过程中工作量最大的阶段，其目的是构造功能原理设计方案。主要工作内容是总体设计和部件设计(结构设计)。第一节实用设计的任务和主要内容第一节实用设计的任务和主要内容具体工作内容：如果功能原理设计是产品创新

2、和质量保证的关键，那么实用设计就是高质量产品的保证。在实际设计阶段。这项工作要具体细化，要从全局的角度做好总体设计，处理好大量的结构设计问题。第一节，实用设计的任务和主要内容，总体设计是实用设计中首先要考虑的全局性问题，其任务是满足机械系统的功能要求，扩大设计系统的范围。在这个过程中，我们应该考虑机械系统与其他系统的关系，如机械系统与产品系统、人机系统、环境系统、运行管理系统和标准系统的关系。为了保证机械产品的设计不仅具有预定的功能原理，而且与相关系统一致，布局合理，使用方便，外形美观。结构设计的内容包括设计零件的形状、数量、相互空间位置、选择材料、确定尺寸、进行各种计算、按比例绘制结构方案总

3、平面图。结构设计是一个从定性到定量、从抽象到具体、从粗糙到精细的设计过程。第一部分是实用设计的任务和主要内容。实际设计的步骤一般为(迭代):1)绘制总布置图和总装配草图；确定每个组件的空间大小以及组件之间的相互关系。2)从总装配草图中绘制零部件草图；确定组件的内部结构。3)经过计算、分析和复核，完成零件设计图，然后从零件设计图和部件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。第一部分是实用设计的任务和主要内容。实用设计的目的不仅仅是构造(具体化)功能原理方案，还要考虑总体布局和一系列外围问题，从而使机械产品满足实用要求。这一阶段的工作特点不

4、同于功能原理设计阶段，功能设计主要采用创造性思维和系统方法进行设计；实用的设计非常具体。除了运用创造性思维外，更多的是分析和检验，主要是运用机械设计课程的知识。应该注意的是，设计不应局限于机械设计课程的范围，如选择材料、确定尺寸和进行各种计算，因为这只能解决一个量的问题。设计的优劣对结构方案的设计更为重要，即“定性”问题，即构成该技术系统的部件或零件的数量及其相互位置的安排。因此，在实际设计阶段，技术和经济的观点占有非常重要的地位。此外，我们经常花费大量时间审核功能可靠性、制造、装配可制造性、服务性能和成本。此外，工作是多种多样的，甚至需要反复进行。布局的结构变化经常会带来大量的工作重复和修改

5、。因此，实际的设计过程第二节总体设计1的基本任务和内容。总体设计的基本任务机械产品设计的主要功能是通过原理方案设计和结构设计来实现的。然而，从系统论的观点来看，机器本身不是一个独立的系统，它不能孤立存在。它需要被人操纵和控制，被人组装和安装。机器在有约束的环境中工作。相反，机器会对环境产生影响，并受到相关规范和法律的限制。它也与其他机器有关，等等。这些问题有些在结构设计中已经考虑过，但大部分都没有涉及，所以需要在总体设计中综合考虑。同时，在总体设计中，应对每个部件和零件的设计提出主要参数和设计要求，以保证每个部件和零件都能满足总体设计中的各种约束条件。第二节总体设计的基本任务和内容，总之，总体

6、设计是产品设计的中心环节，对机械产品的技术性能、经济指标和外观有决定性的意义。总体设计的任务是：(1)改进方案设计，满足机械系统的功能要求；(2)所有零部件合理组合；(3)综合考虑机械系统与其他系统之间的关系，如人、机、环境之间的关系，使之协调适应，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都得到充分满足。第二部分是总体设计的基本任务和内容。总体设计是机械产品设计过程中非常重要的一个环节，对机械产品的技术性能、经济指标和外观具有决定性的意义。因此，设计师在整体设计过程中必须借鉴同类产品的设计经验，充分利用国内外相关信息，尽可能采用先进的技术成果。只有这样，我们才能设计出技术先进、经济

7、合理、易于制造和维护、美观实用、具有竞争力的产品。因此，在总体设计过程中应考虑以下三个基本问题：技术性能，包括生产率、精度、刚度和强度、可靠性和使用寿命、操作范围、安全方便操作、环境因素等。经济性能经济性能包括效率、使用经济性、制造和维护简单性、成本、尺寸和重量等。审美表现审美表现包括形状、颜色等。第三节总体设计二的基本任务和内容。总体设计内容虽然各种具体机器的总体设计内容不同，但从总体情况来看，总体设计内容包括：1)确定功能原理方案。在机械总体设计中，应分析比较不同类型的方案，选择符合实际情况的先进功能原理方案。2)确定机器的整体参数。总体参数是表示机器技术性能的主要指标，包括机器性能参数和

8、结构参数：(1)性能参数是指生产率、功率和重量；(2)结构参数是指主要结构尺寸，包括整机的整体尺寸、主要部件的尺寸和工作机构的工作位置尺寸。对于特定的机器，有更一般的参数。例如，采煤机的性能参数包括采高、滚筒深度、滚筒直径、滚筒速度、牵引力和牵引速度等。如果机器性能参数和操作位置尺寸有国家或部级标准，计算值必须符合相关标准。计算方法、类比法、相似设计方法和优化设计方法可用于确定性能和结构参数。第二节总体设计的基本任务和内容，3)机械运动系统的方案设计和确定，以及根据工艺动作过程选择合适的执行机构来完成每个基本动作。然后以一定的组合方式形成一个机械系统来实现产品的功能。机械运动方案是综合，第二节

9、总体设计的基本任务和内容，5)机械传动系统的设计根据所需的载荷，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一设计机构和零件，直到选择出原动机。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，所有机构和重力的合力不超过规定范围。对于某些机器，如挖掘机，平衡问题实质上是确定平衡重量的问题。稳定性是指整个机器的平衡，它是研究机器在工作和行驶时是否倾倒的可能性。这对地面行走机械和建筑机械尤其重要。第二节总体设计的基本任务和内容，7)动力源特性分析如果在设计任务书中没有明确规定原动机的类型，应先确定动力源的类型，无论是电动机还是柴油机或其他，然后再分析动力源的特性。

10、8)人机环境系统的设计主要是操作和控制系统的设计。9)辅助装置是为了增加机器的功能、扩大机器的使用范围或减少环境对人机的影响而设计的，如井下掘进机杆孔铆接装置、采煤机和掘进机高压水喷雾抑尘装置。第二部分是总体设计的基本任务和内容，10)机器造型设计，机器造型和色彩的艺术设计，11)产品失效分析和对策，12)易损件、外购件和标准件的识别，13)产品包装和运输要求的识别，第三部分是功能原理方案的确定。产品技术是设计机械设备的基础，机械产品必须能够完成设计要求中提出的技术性能。确定过程计划也是一个最佳过程。为了完成相同的任务，可以采用不同的工艺计划。例如，加工齿轮可以采用两种不同的加工原理，即仿形法

11、和展成法，相应地，也有不同的加工方法，如铣齿法、插齿法和滚齿法。不同的工艺方案所获得的机械结构、性能、生产率和成本有很大的不同，这就要求在总体设计中首先选择好的工艺方案。在选择工艺方案时，应综合考虑以下问题：1)工艺方案的先进性2)合理的运动规律3)工艺方案实现的可能性和稳定性4)工艺方案适合生产要求且经济合理。以螺栓螺纹加工为例，说明工艺方案的影响。机构的选择1)在满足要求的前提下，尽可能缩短运动链，减少零部件和运动副的数量，从而提高机械效率，降低成本；此外，它还可以减少由各种零件制造误差引起的运动链累积误差，从而提高零件加工的可制造性，增加工作的可靠性。应尽可能选用结构简单、运行可靠、制造

12、方便、效率高的机构。根据运动规律组合机构是一个重要的原则。最小化机构的尺寸。2)传动形式的选择简化了结构，缩短了传动链。传动效率是传动系统设计中的一个重要问题。选择传输形式时，应考虑传输布局。3)工作循环图，第4节整机总体参数的确定。所有机器都应具有指示其主要性能指标的参数。这些参数是总体设计和零件设计的基础，与机器各部分的性能和结构密切相关。对于不同的机器，总体参数的内容和确定方法是不同的。总体设计中一般要求确定的技术参数主要是指与机械作业对象的使用范围和生产能力相关的性能参数，以及结构尺寸、运动部件、运动部件等在确定总体参数时，必须正确处理相互制约的相关参数之间的关系。例如，在采矿工程机械

13、产品中，机器重量是一个重要的性能指标。机器重量的过度减少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机器笨重和经济性差。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：第四节整机总体参数的确定，先进性：与国内外同类产品相比，其主要技术经济指标和工作性能均为首选。实用性：符合实际要求，可靠性高，维护方便，使用寿命长。经济性：充分利用发动机动力，节约能源，节约能源，减少原材料消耗。在满足功能的情况下，它体积小、重量轻、价格便宜。一般参数可通过理论计算法、经验公式法、相似类比法、实验法和综合法确定。理论计算方法：根据提出的产品

14、原理方案，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。用经验公式按概率计算相似产品的参数，得到经验公式，然后求解总体参数。在新产品设计中，利用经验系数来确定总体参数有以下优点：1。便于比较现有产品的各种参数，从而提出最佳数据；2.有利于老产品的升级和新系列的开发；3.为计算机辅助设计创造条件。下面以液压挖掘机为例，说明经验公式法。在液压挖掘机的经验设计中，通常以铲斗容量、发动机功率和机器重量中的一个作为主要参数，其他参数都是根据这个参数确定的。国内外学者习惯于将机器重量g作为主要参数。通过对国内外100多种液压挖掘机重量的统计分析，提出了液压挖掘机各参数的经验公式，其中K值为经验系

15、数。用相似类比法确定总体参数时，是以相似理论为基础，选取国内外先进的名牌产品作为典型原型，或国内外产品的设计标准，计算相似系数(微分系数)，然后确定其他主要参数。但是需要注意的是，相似类比方法只适用于同类型的产品，即结构类型、工作对象和环境条件基本相同的产品。相似类比法具有以下优点：如果对样机的性能参数和结构参数进行优化，可以得到优化的系列产品，简化了设计计算，加快了设计进度，可以快速开发新产品。这是一种模仿性能优异产品的有效方法。模型实验、物理实验、计算机模拟实验等。实验方法，一些新设计问题的基本参数和基本要求之间的关系是复杂的，并且有许多影响因素，因此没有理论计算方法可循，也没有以往的经验

16、可借鉴，所以基本参数只能通过实验方法来确定。包括整机总体参数的确定、综合方法，基本参数有以下几类，1功率参数是指机械系统中使用的电源参数。如电动机、液压马达、内燃机的动力、液压缸的牵引力等。动态参数是设计和计算机械各部件尺寸的基础。动态参数选择的正确与否不仅会影响机械系统的工作性能，还会影响其经济性。例如，如果电机功率太大，零件的尺寸通常会增加，这不仅会浪费材料和功率，而且会使电机机场在低负载下工作，功率因数太小；如果电机功率太小，例如，机床的主要尺寸参数，普通车床是最大工件直径和最大工件长度；钻机是最大钻孔直径和主轴与立柱导轨之间的跨度；床身镗床是镗轴直径；齿轮加工机床的最大工件直径和最大齿轮模数等。对于起重运输机械来说，主要参数是可装载货物的重量，而石油钻机是标称钻孔深度。尺寸参数一般根据设计任务书中的原始参数、总体设计中的总布置草图、与同类机械的类比并经过分析计算确定。重量参数包括整机重量、各主要部件重量、重心位置等。它反映了整机的质量，如自重与载荷之比、生产能力与机器重量之比等。重心的位置反映了机器的稳定性和支撑点的分布。它反映了整机的质量，如自重与载荷之比、生产能力与机器重量之比等。重心的位置反映了机器的稳定性和支撑点的分布。轮式装载机等移动机械的重量