哈工大机械系统设计第二章

第二章机械系统总体设计本章重点:1.功能原理设计方法—黑箱法2.结构总体设计的原则和步骤3.挖掘机的原理方案4.结构总体设计的基本原理

2.1机械系统的功能原理设计好的功能原理设计应既有创新构思,又能满足用户的需求.既重视机构结构设计有注重功能原理设计.如新概念汽车,结构,原理,能源新概念一.功能的定义及分类功能—是系统必须实现的任务(让学生讲出15个汽车的功能)分类—必要功能(基本功能—必须保证(附加功能---技术条件,结构非必要功能(以汽车为例)---可有可无让学生讲出汽车那些是基本功能,那些是附加,非必要功能二.功能原理设计及其特点现在草地非常多,日常维护工作量比较大,剪草机用量大.让学生说出草地剪草有几种方法.让学生锻炼分析问题,解决问题以及创新能力.针对所设计的产品主要功能提出一些原理性构思

例:草地剪草机:[拉—无法使草地整齐[割断—手把住上部才行[剪断---利用剪刀刃合拢可剪断[高速尼龙绳功能原理方案设计的任务:针对某一特定的功能要求,去寻找一些物理效应并借助某些作用原理来求得一些实现该功能目标的解法原理来.功能原理方案设计步骤分析阶段:设计任务—求总功能(黑箱法)—总功能分解(逐级分解)—综合阶段:寻求子功能解(创造性方法,目录法,调查分析法)---原理解综合(形态学矩阵法)---评价和决策阶段:评价与决策(各种评价方法)---最佳原理方案功能原理设计特点:1.是一种新的物理效应替代旧的,工作原理变化2.引入新材料,新工艺,新技术等,设计人员有新想法3.使系统发生质的变化三.功能原理设计的设计方法-黑箱法输入输出黑箱自行车功能原理系统图黑箱法基本内容

即根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入输出之间的转换，得到相应的解决办法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。这样就摆脱了具体设计对象，而按系统（产品）的功能和对三大流进行定性描述来进行思考，使问题简化，以利于启发设计人员构思出更新、更好的功能原理方案来。四.功能元,功能结构1.功能元:由于一个系统可以分解成一些子系统，所以，一个系统的总功能也能分解为一些分功能；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功能元。机械设计中常用的基本功能元有:物理功能元、数学功能元和逻辑功能元。2.功能结构五.功能元求解例2.4设计手动订书打孔机设计要求：1.操纵手柄旋转运动2.打孔针作直线运动3.杆件数目为44.省力步骤：1.确定总功能2.总共能分解3.旋转运动变为移动运动的四杆机构设计四种可行变方案：六.系个统原理醉方案综津合例2.5落设计露貌天矿开采绳挖掘机的赌原理方案步骤：1.用黑医想法寻找粥总功能的世转换关系2.总功探能分解3.建切立功能笔结构图4.寻侨找原理强解法和别原理解拦组合技术过程丘流程图：总功能冷分解图棕：功能结萝构图（恭上）：功能结构茎图（下）休：从表中叛可知：组合方案桃数=3X载3X2X墨3X1X招4X4X膊3X4=恢1036叨8方案一：啦履带式正鸡铲挖掘机（A1猫+B1跃+C2宋+D2蹲+E1残+F1临+G2塔+H2六+I1款）方案二：厌轮胎式正浇铲挖掘机（A3+善B1+C晴1+D2药+E1+另F2+G皱3+H2肿+I2）通过此例只可看到能毛得到很多追方案，这御给设计者克很多选择果，一般采如用相容性驳矩阵或选圣择表来对确众多原理妙进行筛选1.相容榆性矩阵为便于或检验和姜了解有骨联系的于分功能疤之间的理相容性读，可以落列出相遭容性矩栏阵。表2.5惜为一示例亏。此矩阵文可以检验蹲功能元F邀1和功能叹元F2所膛对应的技字术物理效政应之间的摄相容性。由表可得披：判断功转能元F1畏和F2的耀技术、物符理效应之爸间是否相握容，有三峡种情况：播相容（A送3、B1虚、D1）恭、条件相筛容（A1够、B3、飞C1、C猜3）和不叼相容。2.选塞择表对于复杂析问题可以宇采用选择庄表法。建立选织择表之矮前，拟裂出选择扯标准，棒例如：1.与设关计任务相做符2.应能朝满足各项荐必要要求3.在耽原理上佳可实现4.成柱本可行5.符术合安全茫和人机市工程学6.在技灵术水平、证材料供应酸、制造方舰法、专利脑和标准方蓬面可行选择表翻示例：功能原茅理设计港举例例：瓶盖篇整列装置伟的原理方票案设计设计要求端：把一堆声不规则放竭置的瓶盖葛整列成口米朝上的位晚置逐个输袭出。尺寸户如图，瓶昨盖质量m炸=10g柏，整列速德度100要个/mi炭n，能量僵为220墨V交流，纷高气压0吃.6MP扑a，其余辉要求参见斩下表步骤：一.明确码任务要求二.功落能分析1、总筒功能：林通过黑婆箱模型固示意2.总共猜能分解：3、功楼能元求斑解。采医用设计袖目录法刮，如下缴表4.功能绒元组合。奸组合功能剥元的解为N=8X偷6X6X馅3X7=欠60485.评港价与决挺策。评配价中用发“++纳”表示夹“很好抖”，“餐+”表示“好岗”“-”谁表示不好2.2背结构总当体设计产品的泽使用性桑能，尺遍寸，外谷形，重件量，生撑产成本叛等都与滴总体设馅计有密落切关系垒。且不违是孤立喊的系外统。本节重点跟:1.结构粉总体设计虏的任务,事及设计步释骤2.车玩床和大育客车的鲜总体布贵置一、结构拳总体设计外的任务、侍原则1.结构泡总体设计乎的任务及今重要性机构总体刚设计任务右是将原理勤方案结构栏化，即把庆一维或二钟维的原理寺方案转化淋为三维的誉可制造的营形体过程欲。2.结隙构总体融设计原畏则明确、己简单、饮安全是万结构总蜜体设计妇阶段鼻鱼血遵守陷的三项对基本原暂则。保化证实现鸭总系统脆的预期超功能、卸降低成肚本及保罩证人和烫环境的趟安全。明确原唤则:功柿能,工侍作情况鸣,结构雀的工作轿原理明鉴确

简赔单原则鱼:满足古功能条历件下尽辫可能简夸单

安滥全原则云:构件渠的,功冬能的,摆人的,座环境的痛安全一端固熔定一端束游动两端固轰定，轴避向载荷槽与预紧口及热膨胀附做加载荷有羊关弹性预赤紧方案二.结构仇总体设计剑步骤（上因）二.结状构总体台设计步弃骤（下四）三.总惩体布置晨设计机械系统杠---由立若干个子忧系统按照金总功能的脂要求互相缺匹配组成记的.形成窗一个协调尼完善的造择型.总体布局督设计的基阅本要求:1.功能廊合理,保涝证工艺过界程的连续晒和流畅2.降低屠质心高度就,减少偏抵置3.保伸证精度扩,刚度武和抗震蜓性等要减求4.结构尚紧凑,层伟次分明,匠比例协调5.充分豪考虑产品销的系列化侍发展6.操作箱,维修,纲调整简便聪,造型合缩慧理,实用肤美观7.提高灭人机系统描整体的效取能四.总体析参数的确板定总体参情数是结赌构总体魄设计和膜零部件蜜设计的莲依据。尖对于不凶同的机萝械系统兄，其总非体参数诊包括的铲内容和门确定的减方法也飞不相同棒。但一喉般情况护下主要宝有：性僻能参数侨（生产称能力等缺）、结禾构尺寸灰参数、颜运动参细数、动蜡力参数班等。1.性能艇参数（生似产能力）机械系手统的理辩论生产各能力（诊设计生计产能力顾）——披在单位斑时间内铜完成的皇产品数期量。设帜加工一办个工件甚或装备踩的一个历组件所召需的时失间为T：加工还一个零件筋的工作周役期的时间tg：工作晌时间，赠直接用别于加工闷或装配牌工件的镰时间tf：辅助工环作时间生产效率霉：2.尺寸陪参数尺寸参车数主要贱是指影狱响机械子性能和角工作范伯围的主冷要结构略尺寸和允作业位夕置尺寸额。主要作结构尺州寸是由挠整机外行形尺寸织和主要取组成部廉分的外访形尺寸曾综合而立成。外咽形尺寸胃受安装狗、使用盏空间、累包装、端运输等择要求的泛限制。萝作业位瞧置尺寸献是机械艰系统在脱作业过诊程中为汪了适应说工作条朋件要求签所需的惭尺寸，我如机床戴的加工旋范围、失中心高挨度、主应要运动吉零部件朽的工作葡行程及奏主要零象部件之麻间位置撑关系尺尊寸等。例题：确用定颚式破瓶碎机钳角略α受力图如坚图所示，绞设物料与汁颚板之间晒的摩擦力勒为μ，物初料重力不霸计。当物料被棚夹牢在颚蚀腔内而不浴被推出腔肠外时，各插力平衡，原在xy方尘向上合力窝分别等于邮零。将两式合巡寿并并简化当后得又陡为摩叉擦角，则为使破烧碎机工丈作可靠济，必须各使一般μ=读0.2-碌0.3，拣故钳角最侮大值为2梢2°-3可3°。为沫防止楔塞征现象，因奶此一般取药18°-著22°3.运动雪参数机械系统绪的运动参涨数一般是炸指机械执冬行件的运计动速度等苦。机械系统日中执行件希的速度一虑般是根据荐工作的对极象的工艺孕过程要求城和生产效遇率等因素播确定。1).最简高,最低何转速的确毕定,第四允章详介绍2).转朗速相对损宰失A与公躺比Φ,变速丢范围Rn住与级数Z对于有级亚变速运动浑，当已知返最高和最讽低转速后扭，中间各纱级转速通西常按等比鸦数列或等湖差数列排薯列。由于班采用等比谁数列能使探相邻各级僻转速的相眉对损失均汪匀，且使樱变速系统亲中每一个惹传动比都基得到充分世利用，使溪变速系统减简化，所壤以在一般面机械系统腰中大多按晶等比数列鸣排列，很炊少采用等删差数列排腰列。如机床茎的变速压结构共纳Z级，里其中n1=nmin，nz=nmax，Z级像转速分芝别为n1,n2,n3,n4,…勺..nj,nj+1糠……nz加工某一醒零件需要楼速度为v付，对应转艺速nNj<n<nj+1采用nj+1，会降低写刀具的耐短用度，因虎此以nj为宜。则汪转速损失贞n-nj，相对描转速损特失率为瞧：最大损弊失率为喉n趋近因于nj+1时转速的损问失会直接野反应到生谦产效率中讽，对于普橡通机床如肾果认为每芹个转速的长使用机会节都相等，韵那么Amax为定值任意两级缓转速关系晴为：机床的转脉速应按等朋比数列分素级，其公膛比为弦各级锣转速为：最大转速杆损失率为变速范围宵为或两边取谦对数，疤可写成三个参械数中已置知任意滩两个，竖可求其偿余的一劣个参数懒。国标讲GC5访8-6何0规定疏了崇的七剖个标准微公比：拒1.0近6、1嚷.12辨、1.旺26、惜1.4奇1、1子.58百、1.影78、旗2即例：有一翠台车床，救主轴转速店共12级胞，分别为汉31.5浸、45、敢63、9蓄0、12喷5、18安0、25愉0、35浅5、50婆0、71晕0、10扛00、1新400，易公比为除=贯1.41牌，则最大蹲相对转速绸损失率为播：变速范围甲：4.动力煎参数动力参嗽数是指蔑电动机负的额定钱功率、肯液压缸里的牵引鼠力、液剩压马达拔、启动挪马达、椒伺服电尽机或步愚进电机努的额定地转矩等顺。按能量词转换性鞋质的不呼同，动秒力机可社分为一适次动力猫机和二舅次动力遮机。一次能镰源和二激次能源翻关系图电动机罢的选择1.电动川机的预选各种机械敌设备对电摘动机的基委本要求是荷在可靠、待经济的基称础上保证滋其生产效现率的，电踢动机的选助定主要是时指容量即边功率的选哀择。因为接当电动机蛾容量选小婚时，会不像可避免地流产生电动百机过热，蓄同时还可推能出现启块动困难、育经不起冲掠击负荷等弟故障甚至别损坏电动机机，或者今在保持电寸动机不过宁热的情况删下，降低委了机械系旦统的生产淘效率；若谈电动机的绢容量选大岸了，则不麦仅设备投资没费用增加延，而且由压于电动机下经常处于歼轻载下运斤行，使运宜行效率和很功率因数夺（对异步电动机盆而言）都螺会下降。2.电动货机的主要秆类型电动机阿主要种慌类有直型流电动红机和交顿流电动皇机两大抬种。在露选择电辣机时，雄要注意搜两方面喜内容：1.工作味机械的工限艺特点2.各种穗电动机自锡身所具有杀的特点，义包括性能浇方面、额美定功率、晨瞬时过载浴能力、额少定转数、孙价格、维没修等电机的主驻要类型电动机级额定功炎率选择扫的步骤葵：1.计算篮机械系统逐功率2.根吴据机械刊系统功晋率，预芒选电动抄机的额涨定功率及其他3.利赚用预选搞电动机碎的参数乞和机械询参数绘克制电动机的负载届图，必要器时计算过熄渡过程4.检翅验预选飘电动机撒。五.结捕构总体国设计的吵基本原咸则1.任务移分配原则2.稳定童性原则3.合理歪力流原则4.自补饺偿原则5.变形博协调原则6.力迹平衡原堵则7.等呼强度原霸则六.软驻固体物宋体自动北包装机命设计1.原始哲资料（1）胜产品本机的包怜装对象是貌圆台形柱缸状固体物咏料，如图（2）征包装材怎料采用厚度沾为0.0孔08mm追的金色铝笼箔卷筒纸屈。（3）传关于自岭动机包轮装能力奇的要求根据给定防生产定额旁每班产5直70Kg进，折算后情为120墙块/mi址n,且生巧产率无级残调速70误-130柴块/mi剃n2.包装粮工艺的确葵定对人工俊包装动顽作顺序姨进行加映工提供般，使能珠适合机曾械动作炕要求。畅固体物彻料不能走采用料总斗式上光料机构抵