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1、机械系统设计,朱龙根 主编,第一章 绪 论,机械原理：介绍的主要机构的结构及运动学以及机构与机器的动力学基础知识。 机械设计：常用机械零件的设计理论及方法。 机械系统设计：是一门阐述现代机械的基本组成，以及这些组成如何构成一个完整、彼此协调的复杂系统的机械工程类专业的主干课程。教材从系统的观点出发，以机电液气结合的机械系统为研究对象，介绍系统设计的设计原理、设计过程和设计方法。,第一节机械与机械系统,一、系统的含义 系统：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。 系统由相互联系的要素构成。 系统与环境发生关系，不是孤立的。 要素：构成系统的各组成部分,系统和要素的区分是相
2、对的，每一个系统对于更大的系统来说，有成为要素，或称为子系统。 系统的功能：系统在特定环境中发挥的作用或者能力,第一节机械与机械系统,机械系统的定义 任何机械都是由若干机构、部件和零件组成的系统。 零件是组成系统的要素； 机械系统是人-机-环境系统的子系统。,内部系统：机械构成的系统； 外部系统：人和环境构成的系统。,第一节机械与机械系统,内部系统和外部系统之间存在一定的联系，即相互间有联系和作用。,第一节机械与机械系统,系统的特性： （1） 整体性系统具有新的品质和功能。 系统是由各要素按一定要求和结构组合起来的整体，这使得整体具有了各个孤立要素所不具备的新品质和新功能。 掌握整体性原则，需
3、要重视整体效应，用系统的观点将事物作为系统整理来考察。 （2） 相关性要素之间的相关性。 系统的要素之间、要素与整体之间，系统与环境之间相互制约，相互影响，不可分割。,第一节机械与机械系统,（3） 自组织性与动态性亦即环境适应性。 系统结构的有机性以及系统具有的反馈性，能够使系统根据外部环境的变化作出调整，表现出一定的环境适应性。 进行系统设计时需要充分考虑外部环境的变化和干扰的影响，以保持系统良好的运行。 （4） 目的性实现要求的功能 （5） 优化原则通过要素的重组和自我调节，达到一定环境下的最优结构。,第一节机械与机械系统,二、机械系统的组成 （一）动力系统 （二）执行系统 （三）传动系统
4、 （四）操作系统和控制系统,第一节机械与机械系统,（一）动力系统 动力系统包括动力机及其配套装置，是机械系统工作的动力源。 按能量转换性质的不同，动力机可分为一次动力机和二次动力机。一次动力机是把自然界的能源（一次能源）转变为机械能的机械；二次动力机是把二次能源（如电能、液能、气能）转变为机械能的机械。,第一节机械与机械系统,（二）执行系统 执行系统包括机械的执行机构和执行构件，是利用机械能该百年作业对象的性质、状态、形状或位置，或对作业对象进行检测、度量等，以进行生产或达到其他预定要求的装置。,第一节机械与机械系统,（三）传动系统 传动系统是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置。传动
5、系统有下列主要功能： （1）减速或增速 （2）变速 （3）改变运动规律或形式 （4）传递动力,第一节机械与机械系统,（四）操作系统和控制系统 操作系统和控制系统都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调运行，并准确可靠地完成整机功能的装置，二者的主要区别是：操作系统多指通过人工操作以实现上述要求的装置，通常包括启动、离合、制动、变速、换向等装置；控制系统是指通过人工操作或测量元件获得的控制信号，经由控制器，使控制对象改变其工作参数或运行状态而实现上述要求的装置，如伺服机构、自动控制装置等。,第一节机械与机械系统,三、现代机械的功能要求 （1）运动要求：速度、加速度、转速、调速范围、行程、运
6、动轨迹以及运动的精确性等。 （2）动力要求：包括传递的功率、转矩、力、压力等。 （3）可靠性和寿命要求：包括机械和零部件执行功能的可靠性、零部件的耐磨性和使用寿命等。 （4）安全性要求：包括强度、刚度、热力学性能、摩擦学特性、振动稳定性、系统工作的安全性及操作人员的安全性等。,第一节机械与机械系统,三、现代机械的功能要求 （5）体积和重量要求：如尺寸、重量、功率质量比等。 （6）经济性要求：包括设计和制造的经济性、使用和维修的经济性等。 （7）环境保护要求：如噪声、振动、防尘、防毒、“三废”的排放和治理、周围人员和设备的安全保护等。 （8）产品造型要求 （9）其他要求,第一节机械与机械系统,第
7、二节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。 产品的质量和经济效益取决于设计、制造以及管理水平，其中设计是关键，产品成本中的6070%取决于设计。 机械系统设计时，应注重从系统的观点出发，合理确定系统的功能，增强可靠性，提高经济性，保证安全性。,第二节机械系统设计的任务,一、从系统的观点出发 从系统的观点出发是指机械系统设计时，采用内部系统设计与外部系统设计相结合的方法，既要重视内部系统设计，也要重视内、外系统的联系。 二、合理确定系统功能 保证基本功能，满足使用功能、增添新颖功能、剔除多余功能，恰到好
8、处地利用外观功能，降低显示成本，提高功能价值，力求物美价廉。价值工程中使用物美价廉度来评价功能和成本的统一程度：,三、提高可靠性 可靠性：产品在给定条件下和在给定的时间区间内能完成要求的功能的能力（GB/T2900.13-2008) 机械系统可靠性的最有效方法是进行可靠性设计，也成为概率设计。 难点是可靠性数据的获得常用的普通失效率数据来源,第二节机械系统设计的任务,（一）衡量可靠性的指标 （1）可靠度：是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能时不发生故障或失效的概率。 （2）失效概率：是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能时发生故障或失效的概率。 （3）失效率：是指产品工作
9、到某一时刻后，在单位时间内发生失效或故障的概率。 （4）平均无故障工作时间：是指产品在使用寿命期内的某段观察期间累积工作时间与故障次数之比，是用来衡量可修复产品的可靠性指标。,第二节机械系统设计的任务,（一）衡量可靠性的指标 （5）失效前平均工作时间：是指发生故障后部能修复的产品从开始使用直至失效的平均工作时间。 （6）维修度：是指在规定条件下使用的产品，在规定时间内按照规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能状态的概率。 （7）有效度：是可修复产品在规定的使用、维修条件下，在规定时间内，维持其功能处于正常状态的概率。,第二节机械系统设计的任务,（二）提高机械系统可靠性的措施 1
10、.分析失效，查找原因 2.把可靠性设计到零部件中去 3.提高维修性 4.简化结构，提高标准化程度,第二节机械系统设计的任务,四、提高经济性 （一）以寿命周期成本最低为目标 所谓寿命周期成本是指产品从计划、设计、制造和使用直至报废的整个寿命周期内所花费用的总和。,第二节机械系统设计的任务,（二）提高设计和制造的经济性 1.合理确定可靠性要求和安全系数 2.贯彻标准化（物品标准、方法标准、基础标准） 3.采用新技术 4.改善零部件结构工艺性 5.采用经济的技术要求,第二节机械系统设计的任务,（三）提高使用和维修的经济性 1.提高产品的效率 2.合理确定经济寿命 3.提高维修的经济性,第二节机械系统
11、设计的任务,五、保证安全性 （一）机械系统执行预期功能的安全性 机械系统执行预期功能的安全性是指机械运行时系统本身的安全性，如满足必要的强度、刚度、稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等要求。 （二）人-机-环境系统的安全性。 人-机-环境的安全性包括劳动安全和环境保护两个方面。,第二节机械系统设计的任务,第三节机械系统设计方法概述,一、机械系统设计过程 机械系统设计的一般过程包括计划、外部系统设计（简称外部设计）、内部系统设计（简称内部设计）和制造销售四个阶段。 计划：了解设计任务，明确设计目的和功能要求 外部设计：调查研究、可行性研究、系统计划 内部设计：初步设计（方案设计或概略设计）、系统分解、系统设计（草图设计或详细设计）、工作图设计、鉴定和评审,制造销售 样机试制样机鉴定与评审改进设计小批设计定型设计销售产品使用产品报废和维修,图 双网挤浆机三维示意图和实物图,第三节机械系统设计方法概述,第三节机械系统设计方法概述,二、机械系统设计的特点 三、系统分解 （1）分解数和层次应适宜 （2）避免过于复杂的分界面 （3）保持能量流、物料流和信息流的合理流动途径 （4）了解系统分解与功能分解的关联及不同,第三节机械系统设计方法概述,四、系统分析 （1）分析与确定系统的目的和要求 （2）模型化 （3）系统最优化 （4）系统评价,
