机械系统设计第一章概述

机械系统设计,TEL:15938143259,Email:,1,相关课程的回忆,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,1.1.1,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局部的整体。,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,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。,5,1.1.1,系统,6,1),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。,1.1.1,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。,1.1.1,系统,8,4),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，到达系统在一定环境下的最正确结构。,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。,1.1.1,系统,9,1.1.2,机械系统,定义：由假设干机械要素组成，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,1,11,2.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,操作系统等。,功能角度,来看，其主要包括以下一些子,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,13,1)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,，机械系统中的其他局部都是为它服务的。,1.1.2,机械系统,14,2)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局部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,15,3)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局部就称,之为信息流系统。,信息流系统由操作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,16,1.1.2,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,数控机床操作面板等,1.1.2,机械系统,19,1.1.2,机械系统,20,现代机械系统的功能要求非常广泛，不同的机械系统因其工作要求、追求目标和使用环境的不同，其具体功能的要求也有很大的差异。,1.1.3,现代机械的功能要求,用途,切去毛坯余量，将其加工成符合规定尺寸、形状、精度要求的零件,精度性能,定位精度、分度精度、分辨率与脉冲当量、加工精度,联动轴数,运动性能,主轴转速、进给速度和加速度、坐标行程、刀库容量和换刀时间,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,:,起重机的工作过程,对起重机的基本功能要求：,起重量、起升高度、运行速度、生产率、作业范围、经济性、平安性、可靠性、稳定性、操纵性以及对周围环境的适应性,等。,22,加热装置,模具及闭合机构,注射机构,冷却装置，锁紧保压装置,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,开模及取出装置,例,:,塑料注塑机的工作过程,塑料注塑机的主要功能：,计量原料并使其熔融；将物料以所需要的速度和压力射出；成型模具的开、合、锁紧与保压；工艺参数（压力、速度、温度、时间等）须根据不同制品和原料进行调整和操作；保证制品的尺寸精度和稳定性；提高塑化能力、冷却速度与生产率；工作过程的平安性、可靠性及热稳定性,等。,23,1),运动要求,2),动力要求,3),可靠性和寿命要求,4),平安性,5),体积和重量,6),精度,7),经济性,8),环境保护要求,9),产品造型要求,10),其他特殊要求,速度、加速度、转速、调速范围、行程、运动轨迹以及运动的精确性,传递的功率、转矩、力、压力,机械和零部件执行功能时的可靠性和寿命，零部件的强度、硬度、耐磨性,包括强度、刚度、热力学性能、摩擦学特性、振动稳定性、系统工作的平安性,运动精度、定位精度,噪声、振动、防尘、工业三废的处理与排放,机械的设计、制造及使用、维修的经济性,外观、色彩、装饰、人,-,机,-,环境的协调性,1.1.3,现代机械的功能要求,24,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,25,1.机械系统设计的基本思想,机械系统(热机)设计时，不应追求局部最优(燃料的经济性)，而应该追求整体的最优(燃料的经济性加上可靠性、强度、寿命、尺寸等综合性能)。,1.2.1 机械系统设计的基本思想与特点,卡诺,谈谈火的动力和能发动这种动力的机器,26,1)特别强调系统的观点,2.,机械系统设计的特点,3),内部系统设计与外部系统设计相结合,a.,外部环境对机械系统的作用和影响,b.,机械系统对外部环境的作用和影响,不只考虑各零部件的工作状态和性能，,不能追求局部的最好,，而应该在满足,系统整体,工作状态和性能最好的前提下，确定各零部件的基本要求及它们之间,协调和统一,。,使设计尽量做到周密、合理、少走弯路，防止不必要的返工和浪费，到达少投资大效益。,1.2.1 机械系统设计的基本思想与特点,2)机械系统与外部环境相互的作用和影响,27,合理地确定系统功能,增强可靠性,提高经济性,保证平安性,1.2.2,机械系统设计的任务,机械系统设计的任务是为市场提供优质、高效、价廉物,美的产品，在市场竞争中取得优势，赢得用户，并取得良,好的经济效益。,28,1.,合理确定系统功能,一项产品的推出总是以社会,需求,确立市场观念。以社会需求和为用户服务作为最基本出发点,。,为前提，设计师必须,对,功能的需求,，用户购置产品实际就是购置产品的功能。,1.2.2,机械系统设计的任务,需求,29,按功能的性质可分为,基本功能,辅助功能,1.2.2,机械系统设计的任务,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,价值工程中常用,价值,来评价功能与本钱的统一程度，及产品的物美价廉程度。,合理确定系统功能遵循的原则,保证基本功能、满足使用功能、增添新颖功能、剔除多余功能、利用外观功能、降低现实本钱,30,2.,增强可靠性,可靠性可定义为：,产品,在,规定的条件,和,规定的时间,内完成,规定的功能,的能力。,规定的条件,指使用条件与环境条件含运输、保管条件。,规定的功能,指产品所实现的使用任务的预期功能。例如汽车的规定功能是运输，机床的规定功能是加工零件。,规定的时间,是指产品的功能只有同使用时间相联系才能有实际意义，不同的产品应作不同的规定。,零件、部件、设备、系统,1.2.2,机械系统设计的任务,增强可靠性的最有效方法是进行可靠性设计，或概率设计,31,机械系统的经济性表现在设计、制造、使用、维修,乃至回收的全过程中。,3.,提高经济性,1),提高设计和制造的经济性,a,合理确实定可靠性要求和平安系数,b,贯彻标准化,c,采用新技术,d,改善零部件的结构工艺性,1.2.2,机械系统设计的任务,32,2),提高使用和维修的经济性,a,提高产品的效率,b,合理地确定经济寿命,c,提高维修保养的经济性,传动系统和执行系统的效率，设计人员应在方案设计和结构设计时，充分考虑提高效率的措施。,功能寿命,技术寿命,技术改造,经济寿命,根据产品使用费用最低、经济效益最高所确定的寿命,维修能延长设备的使用寿命，是保持设备良好技术状况及正常运行的技术措施，以尽可能少的维修费用换取尽可能多的使用经济效益,1.2.2,机械系统设计的任务,33,4.保证平安性,从机械系统设计的角度讨论平安性问题就是要考察以下这两个方面的内容：人,-,机平安与机对环境的影响。,1),机械系统执行预期功能的平安性,机械系统的平安性包括机械系统执行与预期功能的平安性和人,-,机,-,环境系统的平安性。,机械运行时系统本身的平安性，如满足强度、刚度、稳定性、耐磨性、耐腐蚀等。配置过载保护、平安互锁装置。,1.2.2,机械系统设计的任务,2),人,-,机,-,环境的平安性,34,1.2.3,机械系统设计的一般过程,1.,产品规划,根据产品开展规划和市场需要提出设计任务书,调查研究,可行性研究,系统方案,技术研究和费用预测、市场前景，投资环境、生产条件、生产规模，生产组织、本钱与效益全面的分析研究,2.,系统技术设计,3.,制造销售,1.,产品规划,35,2.,系统技术设计,1,）总体设计,2,）技术设计,3,）工作图设计,4,）鉴定和评审,分析和确定系统目的与要求，选择工作原理、设计总体方案，对可行的各候选方案进行分析比较，确定最正确系统方案，并进行总体布置设计，必要时可进行前期试验。,分系统进行子系统的选型和设计，计算和确定主要尺寸，绘制部件装配图和总图，必要时进行中期试验,绘制全部零件工作图，编写各种技术文件和说明书,对设计进行全面的技术、经济评价，分析内部系统对周围环境的作用和影