机械系统设计概述

机械系统设计周红梅1相关课程的回顾机械原理：机械设计：研究机构和机器的运动及动力特性，以及机械运动方案设计的一门基础技术学科。

主要是研究通用机械零(部)件设计和选用方面的基本知识、基本理论和基本方法。2机械系统设计“设计”最原始的意思就是将符号记录下来产品功能的描述构思满足功能的方案设计描述（设计图纸、模型等等）“系统”整体系统是由具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个整体。3第一节系统与机械系统第一章概述第二节机械系统设计的任务与过程第三节本课程的主要内容4一、“系统”的含义

系统贝塔郎菲：处在一定相互联系中与环境发生关系的各组成部分的整体。2)系统与环境发生关系，不是孤立的

1)系统由相互联系的要素构成现代系统论创始人美国生物学家分解后的子系统都不是独立的，它们之间的联系分别由相应的子系统的输入与输出表示，绝不是机械分割。5

系统61)整体性

系统是由各要素按一定的要求和结构组织起来的整体，这个整体获得了各个孤立的要素所不具备的新质和新功能。整体性是系统所具有的最重要和最基本的特性。

系统整体性、相关性、自组织与动态性、目的性、优化原则

二、系统的特性7系统要素之间、要素与整体之间、系统与环境之间的普遍联系。掌握相关性原则，就要求注意事物之间的相互联系，防止孤立的、片面的看问题。2)相关性3)自组织与动态性充分考虑到外部环境的各种变化和干扰所带来的影响，以使系统具有良好的运行状态。为了让汽车在任何路况下都有良好的行驶状态，在汽车上运用了减震器和减震弹簧。自组织性与动态性也就是环境适应性。

系统84)目的性目的系统存在的是指系统的活动最终趋向有序和稳态即完成特定的功能。5)

优化原则系统通过要素的重组、自调节活动，达到系统在一定环境下的最佳结构。

系统的优化离不开一定的现实环境，只是相对的优化，它是随人的认识的深化和环境条件改变而逐步提高的。

系统91.1.2机械系统

定义：由若干机械要素组成，彼此间有机联系，并能完成特定功能的系统。

机械系统是一个广义的概念，其含义可根据不同的研究对象加以具体化。一般来说，机器、机构等均可以称之为机械系统。

例如：机构作为机械系统，组成要素是构件；机器作为机械系统，组成要素是机构或装置；生产线作为机械系统，组成要素是机器。1.机械系统的定义10机械系统是人-机-环境这个更大系统的子系统。因此，常把机械构成的系统称作内部系统，而把人和环境构成的系统称作外部系统。内部系统与外部系统之间存在着一定的联系，即相互间的作用和影响。1.1.2机械系统部外统系部统内系输入3输入2输入1输出2输出3输出1内部系统外部系统输入1输入3输入2输出2输出3输出1112.机械系统的构成从实现系统系统：动力系统、传动系统、执行系统、操纵系统及控制系统等。功能角度来看，其主要包括下列一些子1.1.2机械系统12能量流系统和信息流系统从“流”的观点出发，将机械系统划分为物料流系统、1.1.2机械系统131)物料流系统(第三章)物料是机械工作的对象，是机械系统完成特定工作过程中工作的对象和载体。机械的任务就是改变物料的形状和状态，机械系统中的其他部分都是为它服务的。1.1.2机械系统142)能量流系统（第四章）任何机器的工作都需要能量，要使物料的形状和状态发生变化更需要大量的能量。因此，机械系统中用于提供能量、转换能量和传递能量的部分就构成了能量流系统。能源可分为和人工能源和自然能源两类。产生能量的资源1.1.2机械系统153)信息流系统（第六章）

机械系统中用于系统内的信息和指令进行处理的部分就称之为信息流系统。信息流系统由控制部件及被控对象组成，在其间传递的主要是信息。4)机械运动系统（第五章）1.1.2机械系统机械运动系统传动系统执行系统操纵系统161.1.2机械系统传动系统的作用是把动力系统提供的动力和运动传递给执行系统。增速或减速变速改变运动规律或形式传递动力功能17执行系统位于机械系统末端，直接与作业对象接触。1.1.2机械系统手爪平行开闭式机械手结构示意图执行机构：1、8—滑动齿条

9—滑动齿条导轨

10—压缩弹簧传动机构：4—双面齿条2、3—齿轮动力装置：5—气缸6—活塞组成及运动关系执行末端件：11—可换夹爪

18操纵系统是用于将人和机械联系起来，即把操作者施加于机械的信号，经转换传递到执行部件，以实现机械系统的起停、换向、变速、变力等目的。电梯操作板行车操控板三坐标操作板数控机床控制面板等1.1.2机械系统191.1.2机械系统20现代机械状系统的功来能要求非评常广泛，搞不同的机让械系统因腰其工作要故求、追求质目标和使尿用环境的余不同，其则具体功能匀的要求也翁有很大的泪差异。1.1耍.3现代机柔械的功精能要求用途——切去毛袜坯余量辅，将其竿加工成腰符合规锯定尺寸吩、形状锅、精度外要求的栽零件精度性能——定位精度咬、分度精氧度、分辨拐率与脉冲刊当量、加从工精度联动轴毛数运动性与能——主轴转券速、进绘给速度肠和加速习度、坐好标行程以、刀库透容量和干换刀时科间21物品提升物品移动卸下物品提升机构回转机构吊车、挖掘机运行机构龙门吊、叉车、装载机变幅机构起重机（鹤式、桥式）提升机构例:起重机孤的工作捉过程对起重熔机的基硬本功能哀要求：起重量纽奉、起升牙高度、讨运行速若度、生岛产率、震作业范刑围、经膏济性、乡丰安全性磁、可靠潜性、稳推定性、蚊操纵性好以及对辛周围环隙境的适督应性等。22加热装置模具及闭蓬合机构注射机构冷却装置钥，锁紧保芽压装置颗粒状塑料塑化熔融成型模闭合熔料注入模具模具闭合状态下冷却固化开模取出制品开模及毛取出装抽置例:塑料注免塑机的赶工作过荡程塑料注浇塑机的羡主要功梯能：计量原料翼并使其熔径融；将物请料以所需蚀要的速度嚷和压力射鉴出；成型猴模具的开授、合、锁命紧与保压补；工艺参测数（压力篮、速度、贯温度、时漂间等）须陈根据不同掀制品和原掠料进行调使整和控制怪；保证制易品的尺寸熟精度和稳驳定性；提闭高塑化能载力、冷却见速度与生饼产率；工杏作过程的虹安全性、暂可靠性及县热稳定性等。231)运动要滥求2)动力要近求3)可靠性钞和寿命凡要求4)安全性5)体积和重棚量6)精度7)经济性8)环境保护鸦要求9)产品造润型要求10)其他特锄殊要求速度、久加速度晕、转速绑、调速咏范围、雾行程、愁运动轨母迹以及考运动的天精确性传递的功缠率、转矩算、力、压喂力机械和零才部件执行井功能时的犯可靠性和惕寿命，零疲部件的强卸度、硬度壮、耐磨性包括强答度、刚雀度、热败力学性微能、摩烧擦学特绍性、振去动稳定控性、系般统工作勿的安全敬性运动精梢度、定会位精度噪声、振疾动、防尘压、工业三某废的处理拣与排放机械的设向计、制造旱及使用、肤维修的经汇济性外观、姿色彩、因装饰、宰人-机-环境的武协调性1.1如.3现代机捕械的功有能要求24第一节薄系统与机鉴械系统第一章质概述第二节刊机械柜系统设扑计的任疼务与过临程第三节维本课程的适主要内容251.赌机械系贱统设计振的基本茶思想机械系统棚(热机比)设计比时，不应胀追求局部最岂优(燃料尘的经济魂性)劲，而应殖该追求整体的不最优(燃料针的经济宋性加上持可靠性极、强度洋、寿命片、尺寸薪等综合勉性能)洽。1.2无.1心机械系踪蝶统设计盖的基本泼思想与在特点卡诺《谈谈火够的动力诉和能发精动这种瓶动力的斩机器》261)公特别强需调系统腰的观点2.机械系鞭统设计于的特点3)内部系统筹设计与外诞部系统设滨计相结合a.外部环背境对机忧械系统托的作用仔和影响b.机械系缸统对外肢部环境狮的作用戏和影响不只考虑柴各零部件译的工作状剩态和性能们，不能追求着局部的最方好，而应该康在满足系统整体工作状态宗和性能最靠好的前提红下，确定凭各零部件那的基本要刮求及它们鸭之间协调和顾统一。使设计杏尽量做溉到周密算、合理拉、少走乎弯路，揉避免不椅必要的演返工和索浪费，迫达到少藏投资大谦效益。1.2绵.1钥机械系专统设计添的基本舍思想与哨特点2)机碌械系统与咳外部环境庸相互的作迷用和影响27合理地吐确定系耻统功能增强可靠箩性提高经济失性保证安独全性1.2其.2机械系个统设计掠的任务机械系行统设计纹的任务醒是为市遥场提供优质、高胶效、价廉垮物美的产品睬，在市叹场竞争节中取得负优势，取赢得用弦户，并疤取得良好的经济满效益。281.合理确翅定系统离功能一项产品艇的推出总楚是以社会需求确立市与场观念衰。以社会需庭求和为用还户服务作为最基鞋本出发点。为前提，蹦设计师必率须对功能的讽需求，用户购贞买产品实俯际就是购赌买产品的限功能。1.2.类2机械系统邪设计的任椒务需求29按功能或的性质敢可分为基本功性能辅助功能1.2.娱2机械系辜统设计妄的任务用户直接要求的功能，体现了产品存在的基本价值。为了实现基本功能而附加在产品上的功能，是实现基本功能的手段。和价值工重程中常疗用价值来评价武功能与陈成本的而统一程且度，及目产品的台物美价掉廉程度壮。合理确定号系统功能诱遵循的原听则保证基镰本功能嗓、满足享使用功驳能、增逐添新颖押功能、置剔除多赌余功能原、利用穷外观功呆能、降樱低现实哄成本302.增强可顿靠性可靠性可男定义为：产品在规定的条壁件和规定的时碎间内完成规定的层功能的能力。规定的洗条件指使用部条件与浮环境条通件含运荷输、保孕管条件世。规定的功质能指产品所法实现的使锋用任务的魂预期功能障。例如汽在车的规定扫功能是运姑输，机床景的规定功屡能是加工呈零件。规定的时惯间是指产场品的功群能只有争同使用妨时间相抓联系才慨能有实网际意义鹿，不同哥的产品荒应作不亦同的规普定。零件、水部件、斗设备、拐系统1.2.恢2机械系不统设计以的任务增强可象靠性的月最有效皇方法是含进行可锁靠性设煮计，或坚概率设眉计31机械系统越的经济性成表现在设贤计、制造屋、使用、钟维修乃至回魂收的全赖过程中桐。3.提高经济猛性1)提高设计海和制造的亚经济性a合理的迫确定可挥靠性要掌求和安衔全系数b贯彻标架准化c采用新技助术d改善零院部件的来结构工犁艺性1.2牵.2机械系税统设计耍的任务322)提高使壶用和维仇修的经纤济性a提高产晋品的效记率b合理地确雷定经济寿两命c提高维修住保养的经饺济性传动系统葱和执行系镜统的效率滑，设计人肺员应在方涝案设计和深结构设计侵时，充分著考虑提高浪效率的措挡施。功能寿快命技术寿命——技术改造经济寿命——根据产营品使用鬼费用最帖低、经脚济效益缠最高所搂确定的依寿命维修能延也长设备的鞠使用寿命架，是保持章设备良好盆技术状况晓及正常运励行的技术倾措施，以漆尽可能少敏的维修费逢用换取尽钞可能多的冷使用经济裹效益1.2.贩2机械系统来设计的任化务334.保民证安全性从机械澡系统设详计的角聚度讨论索安全性桨问题就哥是要考火察以下肆这两个舍方面的景内容：今人-机安全与浮机对环境葱的影响。1)机械系世统执行锈预期功既能的安碌全性机械系样统的安欠全性包落括机械图系统执斜行与预拦期功能暮的安全队性和人-机-环境系统扭的安全性霉。机械运帖行时系绘统本身馆的安全但性，如怀满足强煤度、刚知度、稳钓定性、惭耐磨性时、耐腐蠢蚀等。牢配置过怪载保护约、安全忌互锁装绩置。1.2.挺2机械系谣统设计带的任务2)人-机-环境的偷安全性341.2预.3机械系帜统设计奋的一般蚊过程1.产品规站划根据产品妇发展规划彻和市场需拳要提出设少计任务书调查研究可行性研督究系统计钥划技术研究掏和费用预作测、市场炒前景，投逆资环境、三生产条件旨、生产规伙模，生产徐组织、成蚂本与效益如全面的分泽析研究2.系统技鞠术设计3.制造销烂售1.产品规划352.系统技术还设计1）总体捐设计2）技术手设计3）工作图逝设计4）鉴定依和评审分析和确鸟定系统目幸的与要求蔑，选择工黄作原理、抛设计总体疑方案，对县可行的各鸦候选方案狸进行分析射比较，确惠定最佳系姥统方案，网并进行总前体布置设巧计，必要净时可进行吗前期试验碧。分系统进拔行子系统赴的选型和柳设计，计丑算和确定飞主要尺寸竹，绘制部机件装配图纵和总图，锁必要时进牧行中期试吐验绘制全部痰零件工作以图，编写着各种技术刷文件和说刺明书对设计清进行全疤面的技谷术、经承济评价姐，分析抗内部系晓统对周期围环境锄的作用皇和影响1.2.沾3机械系统睛设计的一虾般过程363.制造销通售1）样机液试制2）样机薯鉴定和毫评审3）改进侄设计样机试标制及后舞期试验对不能独满足系宣统要求院的技术哪，经济菌指标进没行分析辛，根据梨样机鉴螺定和评难审意见收修改和普完善4）小批试怎制1.2股.3机械系统脖设计的一饿般过程5）定型萄设计完善全搁部工作领图，技蛮术文件遮和工艺奇文件6）销售37第一节震系统殿与机械毒系统第一章建概述第二节锣机械标系统设泪计的任讲务与过咐程第三节虚本课程的钞主要内容38本课程储的主要购内容阐述现席代机械别的基本组番成，以及这立些和组成煎部分如何体构成一个完整、乳彼此协灯调的复杂铁系统的粥机械工促程类专捉业的主帆干课程眠。从系统的时观点出发趟，以机、电摩、液、厘气结合的机我械系统为刻对象，阐掏述机械系叠统设计的周一般规律