机械系统的功能原理设计.ppt
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1、2 机械系统的总体设计机械系统的总体设计2.1机械设计的基本原则机械设计的基本原则2.2机械设计的一般过程机械设计的一般过程2.3机械系统的方案设计机械系统的方案设计2.4机械系统的功能分析机械系统的功能分析2.5 机械系统的功能原理设计机械系统的功能原理设计2.6机械系统的总体布局设计机械系统的总体布局设计复习复习思考思考题题12.1 机械设计基本原则机械设计基本原则2.1.1机械设计的类型机械设计的类型2.1.2机械设计的原则机械设计的原则22.1.1 机械设计的类型(1)开发性设计)开发性设计(2)适应性设计)适应性设计(3)变型性设计)变型性设计在主功能的实现原理或者结构方案保持基本不
2、变的情况下,增加或减少产品的某些功能,使产品适应适应特定的使用条件或者用户特殊要求特定的使用条件或者用户特殊要求所进行的设计。在全部功能功能或主要功能的实现原理原理和结构结构未知的情况下,运用成熟的科学技术成果所进行的新型的机械产品设计。在功能原理和结构都保持不变的情况下,变动部分零部件的技术性能和结构尺寸参数,扩大规格或补齐系列,以满足更大范围功能参数需要的设计。又称变参数设计变参数设计。3 机械设计的基本原则机械设计的基本原则(1 1)实用性原则:)实用性原则:功能明确原则功能明确原则(2 2)创造性原则:)创造性原则:继承与创新继承与创新(3 3)系统性原则)系统性原则:整体和相关整体和
3、相关(4 4)优化原则)优化原则(5 5)可靠性与安全性原则)可靠性与安全性原则(6 6)经济性原则)经济性原则(7 7)评价审核原则)评价审核原则(8 8)及时性原则)及时性原则42.2 机械设计的一般过程认认识识需需求求目目标标界界定定问问题题求求解解分分析析选选优优评评价价决决策策表表 达达实实 现现创意创意构思构思实现实现设计就是创造,是从创意、构思到实设计就是创造,是从创意、构思到实现的过程。现的过程。52.2 机械设计的一般过程62.2 机械设计的一般过程(1)设计规划阶段)设计规划阶段(2)方案设计阶段)方案设计阶段(3)技术设计阶段)技术设计阶段(4)施工设计阶段)施工设计阶段
4、明确任务、需求和可行性分析,提交可行性报告;明确任务、需求和可行性分析,提交可行性报告;明确功能和设计要求,提出设计任务书。明确功能和设计要求,提出设计任务书。功能原理方案设计功能原理方案设计产品的总体、结构设计产品的总体、结构设计完成产品制造所需的全部图样和技术文件完成产品制造所需的全部图样和技术文件782.3 机械系统的方案设计机械系统的方案设计2.3.1基本概念基本概念2.3.2方案设计程序方案设计程序2.3.3方案构思的常用方法方案构思的常用方法92.3.1 基本概念方案设计方案设计总体设计总体设计从全局的角度,以系统的观点,所进行的有关从全局的角度,以系统的观点,所进行的有关整体方面
5、的设计。整体方面的设计。机械系统功能原理方案设计;机械系统功能原理方案设计;总体布局;总体布局;系统的主要参数确定;系统的主要参数确定;系统的精度等;系统的精度等;内容包括内容包括:机械系统总体设计方案及其论证评价决策是产品设计的关键,也是详细设计时的指导性文件。102.3.2 方案设计程序方案设计的方案设计的三个基本活动三个基本活动:创造、分析和决策创造、分析和决策明确设计思想明确设计思想方案设计程序方案设计程序分析综合要求分析综合要求决定性能参数决定性能参数调研同类机械调研同类机械拟定总体草图拟定总体草图方案对比定型方案对比定型编写总体设计论证书编写总体设计论证书112.3.3 方案构思的
6、常用方法方案构思的常用方法(1)黑箱法:功能原理分析法)黑箱法:功能原理分析法(2)列举法)列举法(3)移植法)移植法(4)筛选法)筛选法利用对未知系统的外部观测,分析该系统与环境利用对未知系统的外部观测,分析该系统与环境之间的输入与输出,通过输入和输出的转换关系之间的输入与输出,通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理和内确定系统的功能、特性所需具备的工作原理和内部结构。即:部结构。即:从功能出发设计产品从功能出发设计产品。12金属切削黑箱示意图金属切削黑箱示意图输入输出机床工作时对周围环境的影响周围环境对机床工作性能的干扰机床的总功能:将毛坯加工成所需零件。机床的总功
7、能:将毛坯加工成所需零件。132.3.3 方案构思的常用方法方案构思的常用方法(1)黑箱法:功能原理分析法)黑箱法:功能原理分析法(2)列举法)列举法(3)移植法)移植法(4)筛选法)筛选法列举现有功能相似的机械,分析其优缺点,列举列举现有功能相似的机械,分析其优缺点,列举其不足(或不足)之处,在继承的基础上创新。其不足(或不足)之处,在继承的基础上创新。142.3.3 方案构思的常用方法方案构思的常用方法(1)黑箱法:功能原理分析法)黑箱法:功能原理分析法(2)列举法)列举法(3)移植法)移植法(4)筛选法)筛选法受其他事物的启迪,触发灵感,运用联想将其原受其他事物的启迪,触发灵感,运用联想
8、将其原理合理地应用到自己的课题上。理合理地应用到自己的课题上。15金属轧制金属轧制162.3.3 方案构思的常用方法方案构思的常用方法(1)黑箱法:功能原理分析法)黑箱法:功能原理分析法(2)列举法)列举法(3)移植法)移植法(4)筛选法)筛选法将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作及实现该运动的基本机构和组合机构尽可能按层及实现该运动的基本机构和组合机构尽可能按层次罗列出来,进行排列组合;次罗列出来,进行排列组合;按可行性、先进性、方便性、经济性等设计原则按可行性、先进性、方便性、经济性等设计原则逐个分析审查,筛选最优方案。逐个分析审查,筛选最优
9、方案。172.4 机械系统的功能分析机械系统的功能分析2.4.1机械的分类与功能组成机械的分类与功能组成2.4.2机械的功能分析机械的功能分析2.4.3典型机械功能分析实例典型机械功能分析实例:家用缝纫机家用缝纫机182.4.1 机械的分类与功能组成机械的分类与功能组成 一、机械的定义一、机械的定义二、机械的分类二、机械的分类三、从不同角度看机械的组成三、从不同角度看机械的组成四、从功能观点看机械的组成四、从功能观点看机械的组成19一、机械的定义一、机械的定义 由两个或两个以上相互联系配合的构件所组由两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体,通过其中某些构件的限定的相对成的联合体,通过其
10、中某些构件的限定的相对运动,能将某种原动力和运动转变,运动,能将某种原动力和运动转变,在在人或其人或其它智能体的控制它智能体的控制下,下,以执行人们预期的工作,以执行人们预期的工作,实现为之设计的某种或某几种功能实现为之设计的某种或某几种功能。20二、机械的分类二、机械的分类从不同角度出发,分类方法多种多样。从不同角度出发,分类方法多种多样。按产业划分按产业划分按服务领域划分按服务领域划分按重量划分按重量划分按功能划分按功能划分农业机械、林业机械农业机械、林业机械矿山机械、冶金机械矿山机械、冶金机械化工机械、造纸机械化工机械、造纸机械食品机械、纺织机械食品机械、纺织机械工程机械、交通运输机械工
11、程机械、交通运输机械物料搬运机械物料搬运机械橡胶机械、塑料机械等。橡胶机械、塑料机械等。轻工机械轻工机械重型机械等。重型机械等。(1)能量转换机械)能量转换机械(2)生产各种产品的机械)生产各种产品的机械(3)从事各种服务的机械)从事各种服务的机械(4)家家庭庭和和个个人人生生活活中中应应用用的机械的机械(5)各种机械武器等)各种机械武器等。工艺类机械:工艺类机械:对物料进行工艺性加工的机械对物料进行工艺性加工的机械非工艺类机械:非工艺类机械:不对物料进行工艺性加工,不对物料进行工艺性加工,只是实现某种需求的功能只是实现某种需求的功能21三、从不同角度看机械的组成三、从不同角度看机械的组成n从
12、机构学的角度从机构学的角度n从结构学的角度从结构学的角度n从专业的角度从专业的角度n从功能的角度从功能的角度机械由各种基本机构组合而成机械由各种基本机构组合而成机械由一系列基本构件组装而成机械由一系列基本构件组装而成常以主要部件来看机械的组成常以主要部件来看机械的组成以功能的观点来观察和认识机械以功能的观点来观察和认识机械22四、从功能观点看机械的组成四、从功能观点看机械的组成机器的总功能由多个分功能组成,而每个分功能都有相应的功能载体。2324车床的功能原理图车床的功能原理图1-1-工件工件 2-2-车刀车刀25利用刀具对旋转工件进行切削工件旋转刀具进给262.4.2 机械的功能分析机械的功
13、能分析一、机械的功能和系统功能分析一、机械的功能和系统功能分析二、功能分解和功能单元二、功能分解和功能单元三、功能树和功能结构图三、功能树和功能结构图272.4.2 机械的功能分析机械的功能分析一、机械的一、机械的功能功能和和系统功能分析系统功能分析1.1.功能功能:对于某一机械产品工作能力的抽象化描述对于某一机械产品工作能力的抽象化描述。它和人们常用的它和人们常用的“功用功用”、“用途用途”、“性能性能”、“能力能力”等概念既有联系又有区别。等概念既有联系又有区别。是一个机器是一个机器(或装置)所具有的应用特性。(或装置)所具有的应用特性。28电动机电动机功用功用性能性能用途用途能力能力作原
14、动机作原动机 驱动电扇、机床驱动电扇、机床效率、耐用性、振动效率、耐用性、振动功率、转速功率、转速功能功能-将电能将电能转变为旋转转变为旋转运动的动能运动的动能 技技 术术 系系 统统 信息流信息流S进行进行 能量流能量流E 的转换的转换 物料流物料流M输入(输入(IN)输出输出(OUT)信息信息S能量能量E物料物料MMES系统工程学用系统工程学用“黑箱黑箱”来描述功能,如下图。来描述功能,如下图。“功能功能”是一个技术是一个技术系统系统在以实现某种在以实现某种任务为目任务为目标标时,其时,其输入量和输出量之间相互转换输入量和输出量之间相互转换的关系。的关系。29例:硬币计数包卷机例:硬币计数
15、包卷机2.2.系统功能分析系统功能分析:对总功能进行分解。:对总功能进行分解。30二、功能分解和功能单元二、功能分解和功能单元1.1.功能分解功能分解复杂的技术系统的总功能可分解成较为复杂的技术系统的总功能可分解成较为简单的、具有一简单的、具有一定的独立性、可直接求解的功能单元定的独立性、可直接求解的功能单元。31二、功能分解和功能单元二、功能分解和功能单元功能的基本单位。功能的基本单位。包括:物理功能元、包括:物理功能元、逻辑功能元、数学逻辑功能元、数学功能元。功能元。材料拉伸试验机材料拉伸试验机的功能分解的功能分解2.2.功能单元功能单元3233硬币计数包卷机的七个功能单元硬币计数包卷机的
16、七个功能单元1 1 硬币堆放、输送功能单元硬币堆放、输送功能单元2 2 硬币排列、分选、挑残功能单元硬币排列、分选、挑残功能单元3 3 硬币分选计数功能单元硬币分选计数功能单元4 4 硬币堆码、整理功能单元硬币堆码、整理功能单元5 5 送纸、撕纸功能单元送纸、撕纸功能单元6 6 硬币包卷功能单元硬币包卷功能单元 7 7 卷边功能单元卷边功能单元例:硬币机的功能分解例:硬币机的功能分解34三、功能树和功能结构图三、功能树和功能结构图用树状功能图来描用树状功能图来描述其功能分解情况。述其功能分解情况。材料拉伸试验机材料拉伸试验机的功能分解的功能分解1.1.功能树功能树352.2.功能结构图功能结构
17、图上述功能分解方式不能充分表达各分功能上述功能分解方式不能充分表达各分功能之间的相互配合关系。之间的相互配合关系。用来表示各分功能之间关系的框图,叫用来表示各分功能之间关系的框图,叫“功能结构功能结构”图。它比功能分解图更好地反图。它比功能分解图更好地反映了各分功能之间的联系和配合。映了各分功能之间的联系和配合。由总功能分功能功能结构图,被称为“功能分析”,也可称为“系统分析”。三、功能树和功能结构图三、功能树和功能结构图36硬币机功能结构分析硬币机功能结构分析37硬币机硬币机“功能结构功能结构”图图 38三、功能树和功能结构图三、功能树和功能结构图3.3.基本功能结构基本功能结构各分功能(或
18、功能元)组合时有三种基本形式各分功能(或功能元)组合时有三种基本形式(a)串联:各分功能按顺序相继作用;串联:各分功能按顺序相继作用;(b)并联:各分功能并列作用;并联:各分功能并列作用;(c)回路:各分功能组成环状循环回路,体现反馈作用。回路:各分功能组成环状循环回路,体现反馈作用。39三、功能树和功能结构图三、功能树和功能结构图3.3.基本功能结构基本功能结构两种功能结构的对比两种功能结构的对比例:例:402.4.3 典型机械功能分析实例:家用缝纫机手工线迹与家用缝纫机线迹对比手工线迹与家用缝纫机线迹对比a)手工线迹手工线迹 b)缝纫机线迹缝纫机线迹(1)用针尖引线代替针尾引线;)用针尖引
19、线代替针尾引线;(2)采用双线互锁交织以代替线的反复穿刺;)采用双线互锁交织以代替线的反复穿刺;一、家用缝纫机的一、家用缝纫机的总功能总功能 将线按一定规律缝于缝料上将线按一定规律缝于缝料上41二、家用缝纫机的功能分析二、家用缝纫机的功能分析1.主要功能主要功能1)引面线造环功能引面线造环功能 由机针特殊结构实现。由机针特殊结构实现。缝纫机针的形状缝纫机针的形状1-针尖针尖 2-针刃针刃 3-针柄针柄 4-平面平面5-引入槽引入槽 6-引出孔引出孔 7-针孔针孔线环形成过程线环形成过程a)穿刺缝料穿刺缝料 b)、c)引线引线 d)、e)成环成环1-线环线环 2、5-面线面线 3-摆梭尖摆梭尖
20、4-针槽针槽42摆梭摆梭二、家用缝纫机的功能分析二、家用缝纫机的功能分析1.主要功能主要功能2)钩面线扩环,使底面线交织的功能钩面线扩环,使底面线交织的功能 靠一个在线环中摆进摆出的摆梭组件来实现。靠一个在线环中摆进摆出的摆梭组件来实现。摆梭钩线扩环,完成底面线交织的工艺过程摆梭钩线扩环,完成底面线交织的工艺过程1-摆梭摆梭 2-底线底线 3-面线面线 4-梭心套梭心套 5-针针43二、家用缝纫机的功能分析二、家用缝纫机的功能分析1.主要功能主要功能3)供给和收回面线的功能供给和收回面线的功能 靠挑线杆(工作头)带着面线上下摆动来实现。靠挑线杆(工作头)带着面线上下摆动来实现。挑线机构挑线机构
21、a)滑杆式滑杆式 b)凸轮式凸轮式 c)连杆式连杆式44二、家用缝纫机的功能分析二、家用缝纫机的功能分析1.主要功能主要功能4)输送缝料的功能输送缝料的功能 靠送布牙挤压推送布料来实现。靠送布牙挤压推送布料来实现。送布牙送料时的工作情况送布牙送料时的工作情况1-压脚压脚 2-缝料缝料 3-送布牙送布牙 4-送布牙槽送布牙槽 5-针板针板送布牙运动轨迹送布牙运动轨迹45二、家用缝纫机的功能分析二、家用缝纫机的功能分析2.辅助功能辅助功能1)调节面线和底线的阻尼功能调节面线和底线的阻尼功能 面线和底线的交织状况面线和底线的交织状况a)面线过紧面线过紧 b)底线过紧底线过紧 c)正确正确46二、家用
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