机械原理课程设计(2015-2016学年二学期)

1、机械原理课程设计青岛农业大学海都学院工程系机械教研室授课人：李显昌 （讲师/工程师）联系方式：TE、一、机械原理课程设计的基本目的机械原理课程设计的基本目的机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要的实践教机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要的实践教学环节，也是工科院校学生在大学期间利用已学过的知识进学环节，也是工科院校学生在大学期间利用已学过的知识进行的一次比较全面、具有实际内容和意义的课程设计。其基行的一次比较全面、具有实际内容和意义的课程设计。其基本目的：本目的：进一步巩固和加深所学的理论知识，并将其进一步巩固和加深所学的理论知识，并

2、将其系统化系统化；培养综合运用所学知识培养综合运用所学知识独立解决实际问题独立解决实际问题的能力和初步的能力和初步培养培养进行创新设计进行创新设计的能力；的能力；初步掌握初步掌握机械运动方案设计机械运动方案设计，并在，并在机构分析与综合机构分析与综合方面方面受到一次比较全面的训练。受到一次比较全面的训练。 生产和操作过程的自动化生产和操作过程的自动化完成某一工艺动作过程完成某一工艺动作过程机构的选用和创新设计机构的选用和创新设计机械运动方案的设计和构思机械运动方案的设计和构思熟悉熟悉各种典型机构的工作原理、结构特点、设计方法各种典型机构的工作原理、结构特点、设计方法和应用场合等知识；和应用场合

3、等知识；考虑如何选择巧妙的工艺动作过程来达到预定的机械考虑如何选择巧妙的工艺动作过程来达到预定的机械功能要求；功能要求；选用或创新机构型式并组合成机械运动方案完成选定选用或创新机构型式并组合成机械运动方案完成选定的工艺过程的工艺过程零件设计机械方案设计需进行的三方面工作:二、二、基本教学内容基本教学内容 执行系统的运动方案设计执行系统的运动方案设计传动系统方案设计传动系统方案设计原动机的选择原动机的选择机械机械方案设计方案设计机械总体方案设计机械总体方案设计机器的机器的功能分析功能分析、工艺动作过程确定工艺动作过程确定、执行机构设计与选择执行机构设计与选择、机械运动方案评价与选择机械运动方案评

4、价与选择、机构尺度综合机构尺度综合、绘制机构运动简绘制机构运动简图图、计算自由度计算自由度、对机构进行运动分析对机构进行运动分析、动力分析动力分析等。等。主要工作内容：主要工作内容：制定制定机构运动循环图机构运动循环图；画出；画出机构运动简图机构运动简图，计算，计算机构自由度机构自由度。按照给定的按照给定的机械总功能机械总功能要求，分解成要求，分解成子功能子功能进行进行机构的选型机构的选型和组合和组合；设计该机械系统的几种运动方案，对各运动设计该机械系统的几种运动方案，对各运动方案方案进行进行对比和对比和选择选择；对选定方案中的机构对选定方案中的机构连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、其连杆机构、凸

5、轮机构、齿轮机构、其他常用机构及组合机构进行他常用机构及组合机构进行分析和设计，确保实现设计功能分析和设计，确保实现设计功能；机构运动和动力分析，机构运动和动力分析，给出必要的设计参数给出必要的设计参数，以便能够顺利，以便能够顺利进行机械设计进行机械设计。主要工作步骤：主要工作步骤： 3、设计说明书一份（不少于、设计说明书一份（不少于2000字）：字）：每个学生应完成的设计工作量：每个学生应完成的设计工作量：1、机构运动简图、机构运动循环图一张（、机构运动简图、机构运动循环图一张（A1或或A2图纸）图纸）2、主要机构设计与性能分析图一张（、主要机构设计与性能分析图一张（A2或或A3图纸）、零件

6、图纸）、零件工作图一张（工作图一张（A3或或A4图纸）图纸）包括目录（标题、页次）、设计题目、包括目录（标题、页次）、设计题目、机器功能分析与分解机器功能分析与分解、设计方案（或机构运动简图）的拟定、分析和比较设计方案（或机构运动简图）的拟定、分析和比较、机械系统机械系统的运动循环图的制定的运动循环图的制定、对选定机构的运动和动力分析与设计对选定机构的运动和动力分析与设计、原动机类型的选择原动机类型的选择、完成设计所用方法与原理的简要说明、对、完成设计所用方法与原理的简要说明、对设计结果的分析讨论与总结、参考资料等。设计结果的分析讨论与总结、参考资料等。 设计说明书文字陈述部分必须用设计说明书

7、文字陈述部分必须用钢笔钢笔或或圆珠笔圆珠笔书书写，要求书写工整、文字简练、步骤清楚；写，要求书写工整、文字简练、步骤清楚； 绘图部分要用绘图部分要用铅笔铅笔，尺规作图，要求图面清洁，尺规作图，要求图面清洁，表达清楚，必要时要有相应的文字标识；表达清楚，必要时要有相应的文字标识； 计算内容要写出分析过程，列出计算内容要写出分析过程，列出公式公式，代入数值，代入数值，写出结果、单位；写出结果、单位； 编写编写大、小标题大、小标题；标注公式、数据来源（参考资；标注公式、数据来源（参考资料的编号、页次）料的编号、页次） 说明书用说明书用A4纸纸书写，注意书写，注意左侧竖边留出左侧竖边留出25mm装装订

8、边订边，格式如图，格式如图1-1。装订线装订线机械原理课程设计说明书院（系 ）：专业 ： 班级： 设计者：学号：指导教师： 年 月 日青岛农业大学海都学院机械原理课程设计说明书院（系 ）：专业 ： 班级： 设计者：学号：指导教师： 年 月 日青岛农业大学海都学院（设计、计算内容）（设计、计算结果）图1-1（设计题目）252530 尺规作图或电脑绘图均可。尺规作图或电脑绘图均可。 作图准确、比例适当、布图匀称、图面整洁、标注作图准确、比例适当、布图匀称、图面整洁、标注完整、齐全。完整、齐全。 图纸规格、线条、尺寸标注等均应符合国家制图标图纸规格、线条、尺寸标注等均应符合国家制图标准的规定。准的规

9、定。 构件标识清楚，构件代号需要有文字说明；运动副、构件标识清楚，构件代号需要有文字说明；运动副、常用机构符号符合机械原理规定。常用机构符号符合机械原理规定。 机构速度、加速度分析，要求列出矢量方程进行说机构速度、加速度分析，要求列出矢量方程进行说明，矢量与机构位置图构件保持应有的几何位置关明，矢量与机构位置图构件保持应有的几何位置关系。系。 标题栏格式如图标题栏格式如图1-2.12.2。注意注意：画一个一般位置代表各杆长。画：画一个一般位置代表各杆长。画S-时，时，30度一个间度一个间隔，隔，两个极限位置必须标出，两个极限位置必须标出，加速度加速度 线图线图不不用用画。画。max50（ 设

10、计 题 目 ）13515机 械 原 理课 程 设 计设 计 （ 校 名 ） 系 专业 班（日期）审 阅方案号（日期）成 绩图号图总号15201520101010（一）机械方案设计图的标题栏（一）机械方案设计图的标题栏图1-2.1（二）零件图的标题栏（二）零件图的标题栏图1-2.2 总结设计方法、步骤，确保设计的正确性； 回顾和反思分析问题、解决问题的过程，提高自己分析、解决问题的能力； 检查自己对课程设计相关的基本理论、方法的掌握程度 重点重点搞清楚设计过程中遇到的一些疑难问题。 计划内容学时地点备注布置任务，学习机械系统运动方案及机构的创新设计，熟悉题目，借阅参考书准备课程设计。0.5天6-

11、206周一上午机械功能分解，运动方案构思，初绘机构运动简图、机械运动循环图，计算自由度，初定可行性方案。2天机房确定各传动机构的尺寸、参数，深入进行运动学、动力学分析，说明方案设计的合理性。0.5天机房周三下午绘制正规的机构运动简图、机械运动循环图、机构设计与性能分析图和重要零件工作图。1天机房周四整理并编写设计说明书。0.5天自定周五答辩及修改设计，上交作业。0.5天6-412周五工作计划安排 平时成绩占平时成绩占40%(包括考勤包括考勤20%+课程设计表现课程设计表现（中期抽查、参与讨论情况）（中期抽查、参与讨论情况）10%+答辩答辩10%)课程设计说明书及图纸占课程设计说明书及图纸占60

12、%。课程设计题目见机械原理课程设计第16章 机械原理课程设计题目选编或附件给定。3人/组，任意组合，任选一题。学生课程设计有关的全部内容答疑。学生课程设计进度监控（抽检） 。学生课程设计质量监控（抽检） 。学生课程设计纪律监控（抽检） 。指导与帮助学生有效完成课程设计。 设计任务：对已加工好的带有凸台的盘形零件设计任务：对已加工好的带有凸台的盘形零件进行进行钻孔钻孔。其总功能应分解成如下几个工艺动作：。其总功能应分解成如下几个工艺动作：送料送料；定位定位；夹紧夹紧；进刀（钻孔）。进刀（钻孔）。 设计参数：设计参数：零件图如左图所示，零件图如左图所示， 要求要求每分钟加工五个零件每分钟加工五个零

13、件， 电机的转速电机的转速n n电电=1440=1440r/minr/min。 现以设计半自动钻床为例说明运动方案现以设计半自动钻床为例说明运动方案设计的步骤和过程。设计的步骤和过程。1818F40F40F20F20F30F301010 零件图零件图机械运动方案设计举例机械运动方案设计举例一、确定运动方案及机械运动循环图一、确定运动方案及机械运动循环图功能原理构思功能原理构思工作台工作台送料送料定位定位夹紧夹紧进刀进刀ACBDGHIEF动动力力头头齿轮齿轮齿条齿条齿扇齿扇料斗料斗214 38576J半自动钻床的运动方案图如下半自动钻床的运动方案图如下工作主轴（各凸轮都固工作主轴（各凸轮都固定于

14、主轴上，能保证其定于主轴上，能保证其时序关系的确定性，并时序关系的确定性，并带动各机构运动）带动各机构运动）送料送料圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构定位定位移动从动件盘移动从动件盘形凸轮机构形凸轮机构夹紧夹紧摆动从动件盘摆动从动件盘形凸轮机构形凸轮机构进给进给摆动从动件盘摆动从动件盘形凸轮机构形凸轮机构不完全齿不完全齿轮机构轮机构齿轮齿轮-齿条机构齿条机构从动件通过高副与移动从动件通过高副与移动滑块相连滑块相连在在工工件件上上钻钻孔孔子功能子功能1 1子功能子功能2 2子功能子功能3 3子功能子功能4 4送料送料定位定位夹紧夹紧进刀进刀从料斗推出工件从料斗推出工件及把钻好孔的工及把钻好孔的工件向前推进

15、件向前推进定位挡块伸缩，定位挡块伸缩，挡住工件或让挡住工件或让出通道出通道夹具夹紧或松开夹具夹紧或松开钻头的进给钻头的进给 与退出与退出 移动从动件移动从动件圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构移动从动件移动从动件盘形凸轮机盘形凸轮机构构摆动从动件摆动从动件盘形凸轮机盘形凸轮机构构齿轮齿条齿轮齿条 机构机构从动件通过从动件通过高副与移动高副与移动滑块相连滑块相连 从动件从动件往复移动往复移动 从动件从动件往复移动往复移动 滑块滑块往复移动往复移动齿条上下齿条上下往复移动往复移动总总功功能能半自动钻床的功能、工艺动作及执行机构框图半自动钻床的功能、工艺动作及执行机构框图相应的工艺动作栏相应的工艺动作栏执行机

16、构栏执行机构栏执行动作执行动作半自动钻床半自动钻床机械运动循环图机械运动循环图360360O O1212转角（度）转角（度）或时间（秒）或时间（秒）1 16 69 93 32 20 00 0O O9090O O240240O O150150O O270270O O180180O O3030O O6060O O（1 1）（2 2钻孔）钻孔） 钻钻 孔孔停停 止止进进 刀刀停停 止止退退刀刀 夹夹 紧紧回回 程程近近休休远远 休休近近 休休升升程程送送 料料远远休休近近 休休回回程程升升程程定定 位位回回程程近近休休远远休休近近 休休升升程程各种动作之间的协调空进刀，以缩短辅助工时工作主轴转角机械

17、机械运动循环图运动循环图 机械机械运动循环图运动循环图标明机械在一个运动循环中各执标明机械在一个运动循环中各执行构件间的行构件间的运动配合运动配合和和时序关系时序关系的图。的图。对于固定运动循环的机械，当采用机械方式集中控制时，为对于固定运动循环的机械，当采用机械方式集中控制时，为防止防止出现某一执行构件工作不到位或两个以上执行构件在同一空间发出现某一执行构件工作不到位或两个以上执行构件在同一空间发生干涉生干涉，需有，需有准确准确而而协调协调的的运动时间运动时间和和运动顺序运动顺序的协调的协调。称之。称之为为执行构件间时序的协调执行构件间时序的协调。这可通过编制机械运动循环图（也称。这可通过编

18、制机械运动循环图（也称工作循环图）实现。工作循环图）实现。机械运动循环图（也称工作循环图）机械运动循环图（也称工作循环图）是搞好机械系统运动方是搞好机械系统运动方案设计的一件重要工作，也是后续设计的一个重要依据。案设计的一件重要工作，也是后续设计的一个重要依据。多数机器不只有一个执行构件，往往是多数机器不只有一个执行构件，往往是许多执行构件协调工作以完成同一任务。许多执行构件协调工作以完成同一任务。机械运动循环图也标志着机械运动循环图也标志着机械动作节奏的快慢机械动作节奏的快慢。一部复杂的机械，。一部复杂的机械，由于由于动作节拍动作节拍相当多，所以相当多，所以对时间的要求相当严格对时间的要求相

19、当严格，这使某些执行机构，这使某些执行机构的动作同时发生，但它们又不能在空间上干涉，因此需要反复调整与反的动作同时发生，但它们又不能在空间上干涉，因此需要反复调整与反复设计，复设计，恰切的运动循环图可以恰切的运动循环图可以大大提高机器的生产率大大提高机器的生产率。牛头刨床的运动循环图牛头刨床的运动循环图AB滑块3导杆滑块6连杆n2CEDO9O22O43145工作台86工件71091112曲柄曲柄运动循环图的表达方式：运动循环图的表达方式：直线式运动循环图直线式运动循环图圆周式运动循环图圆周式运动循环图直角坐标式运动循环图直角坐标式运动循环图其他方式其他方式牛头刨床的运动循环图牛头刨床的运动循环

20、图直线式运动循环图直线式运动循环图将一个运动循环各执行机将一个运动循环各执行机构运动区段的起始、终止时间构运动区段的起始、终止时间和顺序，按比例绘制在直线坐和顺序，按比例绘制在直线坐标轴上。标轴上。同心圆式运动循环图同心圆式运动循环图 以圆心以圆心O为圆心作若干个同心圆，每个圆环代表一个执为圆心作若干个同心圆，每个圆环代表一个执行构件，圆环上的径向线代表该执行构件不动、运动区段的行构件，圆环上的径向线代表该执行构件不动、运动区段的起始、终止位置。起始、终止位置。直角坐标式运动循环图直角坐标式运动循环图 用横坐标表示主轴或分配轴的转角，用纵坐标表示各执行用横坐标表示主轴或分配轴的转角，用纵坐标表

21、示各执行构件的角位移或线位移，各区段之间以直线分开。构件的角位移或线位移，各区段之间以直线分开。多执行构件的多执行构件的复杂机械的运动循环图可以拆分，不同执行构复杂机械的运动循环图可以拆分，不同执行构件可以分别组合件可以分别组合，也可以分别采用不同的形式，也可以分别采用不同的形式。绘制机械运动循环图应注意的问题绘制机械运动循环图应注意的问题v以以机械工艺过程的开始点机械工艺过程的开始点作为作为运动循环的起点运动循环的起点，明确，明确各执行构件的初始各执行构件的初始位置位置。首先确定。首先确定一个主要构件一个主要构件在运动循环图中的各个位置（转角或位在运动循环图中的各个位置（转角或位移），并以移

22、），并以其运动位置其运动位置作为其他执行构件运动先后次序的作为其他执行构件运动先后次序的基准基准。v机械运动循环图以机械运动循环图以主轴或分配轴的转角主轴或分配轴的转角为横坐标，如果某个执行机构的为横坐标，如果某个执行机构的原动件不在该主轴或分配轴上，为了保证时间同步，最好将其原动件通原动件不在该主轴或分配轴上，为了保证时间同步，最好将其原动件通过传动装置与分配轴相连，把它们运动时的转角过传动装置与分配轴相连，把它们运动时的转角换算成相应的分配轴的换算成相应的分配轴的转角转角。v在确保各执行机构在空间上不发生干涉的前提下，在确保各执行机构在空间上不发生干涉的前提下，尽可能使各执行机构尽可能使各

23、执行机构的动作重合的动作重合，以缩短机械运动循环周期，提高生产率。，以缩短机械运动循环周期，提高生产率。v由于可能存在制造、安装误差，为了确保各执行机构动作的先后顺序、由于可能存在制造、安装误差，为了确保各执行机构动作的先后顺序、工作安全，在工作安全，在一个执行动作结束点到另一个执行动作开始点之间，应有一个执行动作结束点到另一个执行动作开始点之间，应有适当的间隔适当的间隔。二、机构简图设计二、机构简图设计28851440主电总nni 根据所给的设计参数，可算出根据所给的设计参数，可算出执行构件主轴转速执行构件主轴转速 n主主=5=5转转/ /分，分，所以机械的总传动比为：所以机械的总传动比为：

24、计算总传动比，进行传动比分配计算总传动比，进行传动比分配每分钟加工每分钟加工五个零件五个零件即加工过程完成即加工过程完成5次次工作过程循环工作过程循环1ABGH24 36J3421ABGH24 36J传动比分配传动比分配：i总总= =i带带i1 12 2i3434，各级分配情况，各级分配情况应遵循：应遵循： i带带i齿齿 ，齿轮传动，齿轮传动按照按照“前小后大前小后大”的原则的原则, ,以以减小结构尺寸。减小结构尺寸。342类型平带传动V带传动链传动圆柱齿轮圆锥齿轮蜗杆传动推荐值24242536231040最大值57710680传动比误差传动比误差= =%100理论总传动比理论总传动比实际总传

25、动比（要求传动比误差范围：5%）画机构运动简图画机构运动简图确定运动循环图确定运动循环图 首先在草纸上进行简图设计，先定执行机构位置，再联传动机构与电机。 用2号图纸画机构简图包括机构图、运动循环图、机构明细栏、标题栏。 取机构中与多数构件运动平面相平行的面为投影面。必要时也可以就不同部分选择两个以上的投影面，再展开绘制在同一图面上。 1、凸轮机构设计、凸轮机构设计 在说明书中进行基本参数设计 在3号图上进行凸轮廓线设计 2、齿轮机构设计、齿轮机构设计 写在说明书上 3、其它机构设计、其它机构设计 画1张3号图三、典型机构设计三、典型机构设计对各主要执行机构进行运动分析对各主要执行机构进行运动

26、分析机械系统运动方案设计的过程v（1）根据机器的功能目标确定机器的工作原理。）根据机器的功能目标确定机器的工作原理。v（2）按机器的工作原理确定机器的工艺动作。）按机器的工作原理确定机器的工艺动作。v（3）确定传动机构的类型与原动机的类型。）确定传动机构的类型与原动机的类型。v（4）按机器的基本动作选择对应的执行机构。）按机器的基本动作选择对应的执行机构。v（5）进行运动协调设计，完成机械运动方案的总体设计。）进行运动协调设计，完成机械运动方案的总体设计。v（6）对机械运动方案进行评价，选择最优方案。）对机械运动方案进行评价，选择最优方案。v（7）进行尺度综合，设计机械系统的机构运动简图。）进

27、行尺度综合，设计机械系统的机构运动简图。机械系统运动方案设计是一项创造性的工作，上述的机械系统运动方案设计是一项创造性的工作，上述的设计过程一般来说不会一帆风顺，需要不断反复和交叉进设计过程一般来说不会一帆风顺，需要不断反复和交叉进行，逐渐达到最优的设计方案。行，逐渐达到最优的设计方案。三、撰写机械原理课程设计说明书三、撰写机械原理课程设计说明书 编写课程设计说明书，内容见课程设计指编写课程设计说明书，内容见课程设计指导（见教材）。导（见教材）。 可再加上机构改进意见和课程设计体会。可再加上机构改进意见和课程设计体会。 机械系统的方案设计机械系统的方案设计机械系统机械系统 原动机原动机 传动系

28、统传动系统 执行系统执行系统 操纵控制系统操纵控制系统 传传动动装装置置传传动动路路线线分分配配传传动动比比功功能能分分析析协协调调配配合合方方案案评评价价运运动动分分析析类类型型转转速速容容量量机电、机液、电液、液压、机电、机液、电液、液压、气动、电气、微机等气动、电气、微机等第六节 机构的创新设计机构的创新设计*第一节 机械系统的设计过程设计过程第二节 机械系统的总体方案设计总体方案设计第三节 机械执行系统的运动方案设计执行系统的运动方案设计第四节 机械传动系统的方案设计传动系统的方案设计第五节 原动机原动机及其选择主要内容：难点：功能分解组合法、模仿改造法难点：功能分解组合法、模仿改造法

29、。 知识点：知识点：创新思维和创新设计创新思维和创新设计的常见方法。机构选型机构选型的一般方法执行构件的协调协调机械的工作循环图机械的工作循环图功能分解组合法功能分解组合法模仿改造法模仿改造法机构的组合和变异机构的组合和变异常用机构常用机构的类型、特点和选用重点：机械的重点：机械的工作循环图工作循环图、机构的组合和变异机构的组合和变异。*第一节 机械系统的设计过程一、系统、机械系统的概念一、系统、机械系统的概念系统本身也可以作为更大系统的一个子系统。系统本身也可以作为更大系统的一个子系统。1 1、系统系统指具有特定功能的、相互间具有一定指具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整

30、体。联系的许多要素构成的一个整体。系统本身可分成若干个子系统。子系统里有时还可以分出系统本身可分成若干个子系统。子系统里有时还可以分出更小的小子系统。更小的小子系统。2 2、机械系统、机械系统任何任何机械产品机械产品都是由若干个零部件及装置组都是由若干个零部件及装置组成的一个特定系统。成的一个特定系统。机械系统机械系统是由若干个是由若干个构件构件、运动副运动副要素要素所组成的，彼此间有联系，并能完成特定的功能。所组成的，彼此间有联系，并能完成特定的功能。要有“系统”的观念机械产品设计机械产品设计是一个通过是一个通过分析分析、综合综合与与创新创新获得获得满足某些特定要求和功能满足某些特定要求和功

31、能的机械系统的过程。的机械系统的过程。动力系统动力系统传动系统传动系统执行系统执行系统操纵系统和控制系统操纵系统和控制系统支支 承承 系系 统统安全系统安全系统-润滑系统润滑系统-冷却系统冷却系统-密封系统等密封系统等二、机械系统的组成二、机械系统的组成1. 机械系统（机械产品）设计的任务和类型机械系统（机械产品）设计的任务和类型机械产品设计三种类型：机械产品设计三种类型：开发性设计开发性设计适应性设计适应性设计变型设计变型设计三、机械系统设计三、机械系统设计 机械系统（机械产品）设计的任务是开发新产机械系统（机械产品）设计的任务是开发新产品和改造老产品，为市场提供优质高效、价廉物美品和改造老

32、产品，为市场提供优质高效、价廉物美的机械产品，以取得较好的经济效益。的机械产品，以取得较好的经济效益。在在工作原理和功能结构完全未知工作原理和功能结构完全未知的情况下，针对新任的情况下，针对新任务提出新方案，开发设计出以往没有过的新产品。务提出新方案，开发设计出以往没有过的新产品。在在工作原理和功能结构不变工作原理和功能结构不变的情况下，对已有产品结构参的情况下，对已有产品结构参数、尺寸等方面变异，设计出适用范围更广的系列化产品。数、尺寸等方面变异，设计出适用范围更广的系列化产品。针对已有的产品设计，在消化、吸收的基础上，针对已有的产品设计，在消化、吸收的基础上，对产品作对产品作局部变更或设计

33、局部变更或设计一个新部件，使产品更能满足使用要求。一个新部件，使产品更能满足使用要求。2. 机械系统设计过程机械系统设计过程初期规划设计阶段初期规划设计阶段总体方总体方案设计阶段案设计阶段结构技术设计阶段结构技术设计阶段生产施生产施工设计工设计阶段阶段产品开发一般是这个过程，但在实际中，常常需要产品开发一般是这个过程，但在实际中，常常需要反反复改进甚至推翻原设计方案复改进甚至推翻原设计方案，进行再设计，在每个设计阶，进行再设计，在每个设计阶段或各设计阶段之间存在段或各设计阶段之间存在反复循环的反复循环的设计流程。设计流程。机械设计各阶段机械设计各阶段紧密相连，是一紧密相连，是一个不断改进、创个

34、不断改进、创新的过程。新的过程。选题选题调研预测调研预测可行性可行性论证论证确定设确定设计任务计任务选择设计对象，提出设计题目选择设计对象，提出设计题目市场调查：市场调查：预测销售量及市场占有率预测销售量及市场占有率技术调查：技术调查：预测技术可行性、产品成本预测技术可行性、产品成本同行调查：同行调查： 预测领先的可能性预测领先的可能性论证产品开发的必要性和产品设计、论证产品开发的必要性和产品设计、制造、销售上各项措施实施的可能性制造、销售上各项措施实施的可能性明确设计目标及需达到的明确设计目标及需达到的功能和性功能和性能指标能指标调研报告调研报告论证报告论证报告设计任务书设计任务书初期规划设

35、计阶段初期规划设计阶段目标分析目标分析根据设计任务，进行根据设计任务，进行功能分析功能分析、工艺动工艺动作分解作分解，明确，明确各工艺动作的工作原理各工艺动作的工作原理。创新构思创新构思构思构思执行机构的运动方案执行机构的运动方案并进行并进行运动规运动规律设计律设计、机构型式设计机构型式设计和和协调设计协调设计方案拟定方案拟定拟定拟定总体方案总体方案，进行，进行执行系统执行系统、传动系传动系统统、原动机原动机的的选择选择和和基本参数设计基本参数设计方案评价方案评价对方案进行有关计算，做模拟试验，进对方案进行有关计算，做模拟试验，进行行功能、性能评价功能、性能评价和和技术、经济评价技术、经济评价

36、方案方案决策决策选最优，确认选最优，确认总体设计方案总体设计方案，绘制，绘制系统运系统运动简图动简图，编写总体方案设计计算，编写总体方案设计计算说明书说明书总体方案示意图、总体方案示意图、机械系统机械系统运动简图、运动简图、运动循环图、运动循环图、方案设计方案设计计算说明书计算说明书总体方总体方案设计阶段案设计阶段第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统设计过程（续）机械系统设计过程（续）结构结构设计设计尺寸尺寸设计设计图纸图纸绘制绘制工艺工艺设计设计工装工装设计设计施工施工设计设计结构技术结构技术设计阶段设计阶段生产施生产施工工设计设计阶段阶

37、段从加工工艺、装配工艺性等因素出发从加工工艺、装配工艺性等因素出发，设计零部件的结构形式及连接方法，设计零部件的结构形式及连接方法选择零件材料、热处理方法和要求，选择零件材料、热处理方法和要求，确定零部件各部分的尺寸、公差、精确定零部件各部分的尺寸、公差、精度及制造安装的技术条件度及制造安装的技术条件绘制总装配图、各类系统图、部件装绘制总装配图、各类系统图、部件装配图和零件图。编制设计计算说明书配图和零件图。编制设计计算说明书进行加工工艺、装配工艺设计。制定进行加工工艺、装配工艺设计。制定工艺流程及零部件检验标准工艺流程及零部件检验标准进行加工、装配时必要的工具、卡具进行加工、装配时必要的工具

38、、卡具、夹具和模具的设计，包括必要的专、夹具和模具的设计，包括必要的专用加工设备及装置的设计用加工设备及装置的设计制定装配调试、试运行及性能测试的制定装配调试、试运行及性能测试的步骤及各阶段的技术指标步骤及各阶段的技术指标全套设全套设计计图纸、设图纸、设计计算说计计算说明书明书工艺流程工艺流程卡、卡、工装工装设计图、设计图、基础安装基础安装图、使用图、使用说明书等说明书等机构创新机构创新设计设计机械系统运动方案设计步机械系统运动方案设计步骤骤总体方案设计总体方案设计执行机构设计执行机构设计功能原理功能原理设计设计运动规律运动规律设计设计选型构型选型构型设计设计运动协调运动协调设计设计传动系统设

39、计传动系统设计原动机选择原动机选择（应考虑运动、动力性能应考虑运动、动力性能） 从原动机原动机到传动机构传动机构再到执行机构执行机构的整个系统的设计一般称为机械系统的运动方案设计机械系统的运动方案设计。第二节第二节机械系统的总体方案设计机械系统的总体方案设计一、机械总体方案设计的一、机械总体方案设计的目的目的和和内容内容1、总体方案设计的目的、总体方案设计的目的全面考虑产品全生命周期各阶段的具体要求目标分析创新构思方案拟定方案评价方案决策使所设计产品使所设计产品功能齐全、性能先进、质量优良、成本低廉、经济效益显著，又易于制造，能迅速占领市场，提高市场竞争力和生命力。据初期规划阶段所确定的设计任

40、务运用现代设计思想与方法要要实现实现初期规划阶段所提出的产品设计目标，初期规划阶段所提出的产品设计目标，关键在于关键在于总体方总体方案设计阶段的工作案设计阶段的工作，取决于取决于方案的构思和设计思想方案的构思和设计思想。 2、总体方案设计的内容、总体方案设计的内容1）执行系统的方案设计）执行系统的方案设计2）传动系统的方案设计）传动系统的方案设计3）原动机类型的选择）原动机类型的选择4）控制系统的方案设计）控制系统的方案设计主要有润滑系统、冷却系统、故障监测系统、安全保护主要有润滑系统、冷却系统、故障监测系统、安全保护系统和照明系统等。系统和照明系统等。设计结果：给出满足运动性能要求的机构运动

41、简图。设计结果：给出满足运动性能要求的机构运动简图。5）其它辅助系统的设计）其它辅助系统的设计执行系统的方案评价与决策执行系统的方案评价与决策执行系统的功能原理设计执行系统的功能原理设计执行机构的形式设计执行机构的形式设计执行系统的协调设计执行系统的协调设计传动类型的选择传动类型的选择传动链中机构顺序的安排传动链中机构顺序的安排各级传动比的分配各级传动比的分配传动路线的选择传动路线的选择执行系统的运动规律设计执行系统的运动规律设计现代设计、系统工程和工程设计的观念现代设计、系统工程和工程设计的观念二、机械总体方案设计的现代设计思想与方法二、机械总体方案设计的现代设计思想与方法现代机械设计已不再

42、纯属于工程技术范畴，而是自然科学、现代机械设计已不再纯属于工程技术范畴，而是自然科学、人文科学和社会科学相互交叉，人文科学和社会科学相互交叉，科学理论与工程技术高度融合科学理论与工程技术高度融合的的一门现代设计科学。一门现代设计科学。虚拟产品开发技术 利用存储在计算机内的数字化模型虚拟产品来代替机械实物模型，对机械产品进行构思、设计、装配、测试和分析，提高了机械产品在时间、质量、成本、服务和环境等多目标中的决策水平，可以达到全局优化和一次性开发成功的目的。串行设计并行设计（减少了设计过程的循环重复。） 它以它以并行的并行的、集成的集成的方式设计产品及相关过程，力图在方式设计产品及相关过程，力图

43、在设计一开始就考虑产品生命周期所有要素。设计一开始就考虑产品生命周期所有要素。 执行机构必须满足执行机构必须满足工艺动作工艺动作和和运动规律运动规律的要求的要求 动力源的选择应动力源的选择应有利于有利于简化机构和改善运动质量简化机构和改善运动质量 机构的传力性能机构的传力性能要好要好 机器操纵机器操纵方便；方便；调整调整容易、容易、安全安全耐用耐用 机器的重量机器的重量轻，轻，结构结构紧凑紧凑 加工制造加工制造方便方便，经济成本，经济成本低低 具有较高的具有较高的生产效率生产效率与与机械效率机械效率完成机械的完成机械的不同功能不同功能，一般需要，一般需要不不同的执行构件同的执行构件，不同执行构

44、件功能的，不同执行构件功能的实现往往需要实现往往需要不同的机构不同的机构来完成。来完成。机械的机械的各种执行功能之间的各种执行功能之间的动作相动作相互协调互协调。为完成为完成机械整体执行功机械整体执行功能能而组成的而组成的构件系统构件系统，称为称为机械执行系统机械执行系统机械执行系统是一种机械区别于其他机械的机械执行系统是一种机械区别于其他机械的主要标志主要标志，是，是一个机械系统的一个机械系统的核心组成部分核心组成部分。机械执行系统的方案设计机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的是机械系统总体方案设计的核心核心。机械执行系统定义：机械执行系统定义：第三节第三节机械执行系统的运动方案设

45、计机械执行系统的运动方案设计功能功能 系统必须实现的任务，或者说是系统具有变换或传递系统必须实现的任务，或者说是系统具有变换或传递能量、物料与信息的特性。能量、物料与信息的特性。“功能功能”是产品的核心和本质是产品的核心和本质。每个机械系统都有自己的功能每个机械系统都有自己的功能，如运输工具的功能是运，如运输工具的功能是运货或运客；电动机的功能是能量转换等。货或运客；电动机的功能是能量转换等。用户对产品功能的需求是有条件的用户对产品功能的需求是有条件的，即功能的使用地点及，即功能的使用地点及环境条件、功能的定量与定性参数、实现功能的具体结构与环境条件、功能的定量与定性参数、实现功能的具体结构与

46、手段、功能的经济性等。手段、功能的经济性等。 设计的最主要工作并不只是选用某种机械或设计设计的最主要工作并不只是选用某种机械或设计某种结构，更重要的是要进行功能原理的构思。某种结构，更重要的是要进行功能原理的构思。 “顾客购买的不是产品本身，顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功能而是产品所具有的功能”。 功能的分类：功能的分类：功能功能必要功能必要功能非必要功能非必要功能基本功能基本功能附加功能附加功能工艺要求或使用要求必须保工艺要求或使用要求必须保证的功能，在设计中不能改变。证的功能，在设计中不能改变。随技术条件或结构方式的改随技术条件或结构方式的改变而取舍或改变而附加的功能。变而取舍

47、或改变而附加的功能。设计者主观加上去的，可有可无的功能。设计者主观加上去的，可有可无的功能。 由于系统的功能总是以成本作为代价的，所以，由于系统的功能总是以成本作为代价的，所以，设计时应对一个系统需具有哪些必要功能，去掉哪设计时应对一个系统需具有哪些必要功能，去掉哪些非必要功能做出明确的决定。些非必要功能做出明确的决定。牛头刨床牛头刨床牛头刨床为了完成刨削平面的任务，需要两个执行构件：牛头刨床为了完成刨削平面的任务，需要两个执行构件：装有刨刀的刨头装有刨刀的刨头和和夹持工件的工作台夹持工件的工作台。功能分析：功能分析：切削运动切削运动工作台的横向进给运动工作台的横向进给运动刨头带着刨刀作纵向的

48、往复直刨头带着刨刀作纵向的往复直线切削运动，而且刨头每分钟线切削运动，而且刨头每分钟往复运动的次数是可调的。往复运动的次数是可调的。工作台作横向间歇进给运动，工作台作横向间歇进给运动，每次进给量的大小能在一定范每次进给量的大小能在一定范围内调整。围内调整。工作台的进给运动必须在非切削时间内进行。工作台的进给运动必须在非切削时间内进行。机械执行系统的运动方案设计机械执行系统的运动方案设计功能原理设计功能原理设计运动规律设计及工艺参数确定运动规律设计及工艺参数确定机构选型与构型设计机构选型与构型设计执行机构的运动协调设计（运动循环图）执行机构的运动协调设计（运动循环图）运动方案的评价运动方案的评价

49、机械执行系统的运动方案设计的依据是机械执行系统的运动方案设计的依据是机械的工机械的工艺要求或使用要求艺要求或使用要求。具体内容包括：。具体内容包括：(66-117页幻灯片页幻灯片) 一个好的功能原理设计应既有创新构思，同时又能满足用一个好的功能原理设计应既有创新构思，同时又能满足用户的需求。户的需求。 针对产品主要功能而进行的针对产品主要功能而进行的功能原理设计，在整个设计中功能原理设计，在整个设计中是非常重要的一环。是非常重要的一环。一、功能原理设计一、功能原理设计 “ “功能原理设计功能原理设计”针对所设计产品的主要功针对所设计产品的主要功能提出一些原理性的构思，亦即针对产品的主要功能能提

50、出一些原理性的构思，亦即针对产品的主要功能进行原理性设计。进行原理性设计。 根据机械预期的工艺要求或使用要求，构思出所有可能实根据机械预期的工艺要求或使用要求，构思出所有可能实现给定要求的功能原理，加以分析比较，从中选择出既能很好现给定要求的功能原理，加以分析比较，从中选择出既能很好地满足预期要求、工艺动作又简单的功能原理。地满足预期要求、工艺动作又简单的功能原理。 功能原理设计的任务功能原理设计的任务例例10-1 要求设计一自动送料板的装置。要求设计一自动送料板的装置。a）采用机构推拉原理b）采用摩擦传动原理c）采用气吸原理（底吸法）d）采用气吸原理（顶吸法）当材料为钢板时，还当材料为钢板时

51、，还可以采用磁吸原理。可以采用磁吸原理。实现预期的工艺要求，不实现预期的工艺要求，不同功能原理执行构件的工同功能原理执行构件的工艺动作与运动规律不同，艺动作与运动规律不同，使用条件也不一样。使用条件也不一样。a）只需推板和夹料板的往复运动，运动规律简单，此原理适用于一定厚度的刚性料板。b）有摩擦轮接近料板的运动和退回运动，运动规律较复杂。c），d）必须具有附加的气源， d）吸头作L形轨迹的运动。例例10-2加工螺栓螺纹加工螺栓螺纹滚丝头滚丝搓丝车削加工冷滚压板牙磨削螺纹加工机床第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计例例10-3 设计一台加工内孔的机床

52、。设计一台加工内孔的机床。功能原理不同，工艺动作（运动规律）功能原理不同，工艺动作（运动规律） 也就不同，也就不同，执行机构的运动方案自然也不一样。执行机构的运动方案自然也不一样。车床车床镗床镗床钻床钻床拉床拉床第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计例例10-4 设计草地剪草机。设计草地剪草机。 选择剪断是较合理的方案，并且将剪刀做成像理发推选择剪断是较合理的方案，并且将剪刀做成像理发推子那样，这就是传统的剪草机的解法原理。子那样，这就是传统的剪草机的解法原理。分析：对杂草进行剪修通常的办法有：分析：对杂草进行剪修通常的办法有：拉拉可以拉断杂草，但无

53、法控制被拉断草的高度，即可以拉断杂草，但无法控制被拉断草的高度，即无法使草地整齐。无法使草地整齐。割断割断像割麦一样，需要握住杂草的上部才能割断。像割麦一样，需要握住杂草的上部才能割断。剪断剪断利用剪刀刃的合拢可以剪断杂草。利用剪刀刃的合拢可以剪断杂草。第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计于是一种新型的割草机诞生了：用一根直径约于是一种新型的割草机诞生了：用一根直径约2mm的高速旋的高速旋转的尼龙绳，去抽打被修剪的草，其结果是又快又好地将草转的尼龙绳，去抽打被修剪的草，其结果是又快又好地将草坪修剪出来，如下图所示。坪修剪出来，如下图所示。设计人员受

54、到杂技演员用鞭子把纸抽断这一现象的启发，可设计人员受到杂技演员用鞭子把纸抽断这一现象的启发，可以用具有足够高速度的软物体代替刀、剪去切断某些物体。以用具有足够高速度的软物体代替刀、剪去切断某些物体。第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计 通过上述例子可知，功能原理设计具有如下特点：通过上述例子可知，功能原理设计具有如下特点： 功能原理设计的好与坏将对产品的成败起决定性作用，功能原理设计的好与坏将对产品的成败起决定性作用，设计人员必须给予高度重视。设计人员必须给予高度重视。功能原理设计使所设计的系统发生质的变化。功能原理设计使所设计的系统发生质的变化。

55、功能原理设计中往往要引入某种新技术、新材料、功能原理设计中往往要引入某种新技术、新材料、新工艺新工艺，但首先要求设计人员要有一种新想法、，但首先要求设计人员要有一种新想法、新构思。新构思。功能原理方案设计就是针对某一确定的功能要求，功能原理方案设计就是针对某一确定的功能要求，构思并求得能实现功能目标的新的解法原理。构思并求得能实现功能目标的新的解法原理。第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计功能原理方案设计步骤第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计功能原理设计的设计方法功能原理设计的设计方法“黑箱法黑箱法”

56、 随着现代设计方法的发展及应用越来越广泛，人们在对系统功能原理设计时，常采用一种“抽象化”的方法“黑箱法黑箱法”。此方法是暂时摒弃那些附加功能和非必要功能摒弃那些附加功能和非必要功能，突出必要功能和基本功能突出必要功能和基本功能，并将这些功能用较为抽象的形式(如输入量和输出量)加以表达。这样，通过抽象化可清晰地掌握所设计系统(产品)的基本功能和主要约束条件基本功能和主要约束条件，从而突突出设计中的主要矛盾，抓住问题的本质出设计中的主要矛盾，抓住问题的本质。 一个设计任务往往有许多差异很大的方案。许多设计人员一般习惯于先画出几个总结构图或方案图，然后从中选择一先画出几个总结构图或方案图，然后从中

57、选择一个，再进行更详细的设计个，再进行更详细的设计。这种设计方法的弊端是带有很大的盲目性，同时，由于设计人员的知识和经验有一定的局限性，很容易使其在原理方案构思之前就形成了某种框框容易使其在原理方案构思之前就形成了某种框框，因而妨碍了思维，束缚了创造力。第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计例如自行车的功能原理设计。例如自行车的功能原理设计。自行车自行车（黑箱）（黑箱）输入输入输出输出蹬力或推力蹬力或推力车的行走车的行走自行车功能原理系统图自行车功能原理系统图第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计“黑箱法黑

58、箱法”示意图示意图第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计 “ “黑箱法黑箱法”的特点是通过的特点是通过“黑箱黑箱”与输入、输出与输入、输出量及周围环境的信息联系，了解系统量及周围环境的信息联系，了解系统( (产品产品) )的功能、的功能、特性，进一步探索出系统的机理和结构，逐步使特性，进一步探索出系统的机理和结构，逐步使“黑箱黑箱”透亮，直至方案拟定。透亮，直至方案拟定。黑箱黑箱 “ “黑箱法黑箱法”摆脱了具体设计对象，而摆脱了具体设计对象，而按系统按系统( (产产品品) )的功能的功能和和对三大流进行定性描述对三大流进行定性描述来来进行思考进行思考

59、，使，使问题简化，以利于启发设计人员构思出更新、更好的问题简化，以利于启发设计人员构思出更新、更好的功能原理方案。功能原理方案。第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计 机械设计中常用的基本功能元有机械设计中常用的基本功能元有物理功能元物理功能元、数学功能元数学功能元和和逻辑功能元逻辑功能元。功能分解与功能元功能分解与功能元由于一个系统可以分解成一些子系统，所以，一个系由于一个系统可以分解成一些子系统，所以，一个系统的统的总功能也以分解为一些分功能总功能也以分解为一些分功能。如果有些分功能还太复杂，则还可以进一步分解到如果有些分功能还太复杂，则还可以进

60、一步分解到更低层次的分功能，直到分解到最后不能再分解的更低层次的分功能，直到分解到最后不能再分解的基本功能单位为止，这个基本功能单位就叫基本功能单位为止，这个基本功能单位就叫功能元功能元。 功能元是能直接从技术效应功能元是能直接从技术效应( (如物理效应、化学如物理效应、化学效应等效应等) )及逻辑关系中找到可以满足功能要求的最及逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位。小单位。第十章第十章 机械系统的运动方案及机构的创新设计机械系统的运动方案及机构的创新设计常用的五种物理功能元常用的五种物理功能元包括各种类型能量之间的包括各种类型能量之间的转变转变、运动、运动形式的转变、材料性质的转变、物态