《机械系统设计》电子教案cue

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1、 机械系统设计电子教案 第一章 绪论重点：机机械，机机械系统统的相关关概念及及学科中中的位置置。难点：学学习机械械系统设设计课程程的重要要性。讲授提示示与方法法：回顾顾机械工工程的发发展历程程，注重重机械系系统的整整体性，提提高学生生对机械械系统设设计的认认知程度度。1.1机机械系统统设计在在机械工工程科学学中的地地位及作作用一、机械械工程科科学1. 机械工程程科学的的定义：机械工程程科学是是研究机机械产品品（或系系统）的的性能、设设计和制制造的基基础理论论与技术术的科学学。2. 机械工程程科学的的组成：P1图11.1（1） 机械学：机械设设计过程程（核心心部分）；（2） 机械制造造：机械械制

2、造过过程（基基础部分分）。3. 机械学所所包含的的内容：P3图11.5二、机械械、机械械系统、系系统1. 机械：关关于机械械的定义义，目前前尚无严严格的定定论，一一般可归归纳为：（1） 须由两个个以上的的零、部部件组成成；（2） 这些零、部部件的运运动部件件，应按按设计要要求作确确定的运运动；（3） 将外来的的能源转转变为有有用的机机械功。【举例】 机械械产品：汽车、拖拖拉机、机机床、钟钟表2. 系统：是是指具有有特定功功能的、相相互间具具有一定定联系的的许多要要素构成成的一个个整体。即即由两个个或两个个以上的的要素组组成的具具有一定定结构和和特定功功能的整整体都是是系统。3. 机械系统统：由

3、若若干个零零、部件件及装置置组成的的，彼此此间有机机联系，并并能完成成特定功功能的系系统，称称之为机机械系统统。4. 系统应具具有下述述特性：（1） 目的性：完成特特定的功功能（2） 相关性与与整体性性：1） 相关性：各构成成要素之之间是相相互联系系的2） 整体性：评价一一个系统统的好与与坏要看看该系统统的整体体功能（3） 环境的适适应性：系统对对外部环环境变化化和干扰扰有良好好适应性性三、机械械系统的的组成：P4图11.61. 动力系统统：为系系统提供供能源（动动力源）2. 执行系统统：是系系统的执执行输出出部分3. 传动系统统：把运运动和动动力由动动源传递递给执行行系统的的中间环环节4.

4、操纵、控控制系统统：使前前三者协协调动作作和运行行5. 支承系统统：支承承和联系系各机件件6. 润滑、冷冷却与密密封系统统：四、机械械系统的的地位与与作用几乎任何何产品都都离不开开机械系系统，它它涉及到到社会的的各领域域。1.2机机械系统统设计的的任务、基基本原则则及要求求一、机械械系统设设计的任任务及设设计类型型：1. 机械系统统设计的的任务：是开发新新的产品品和改造造老产品品。最终目的的是为市市场提供供优质高高效、价价廉物美美的机械械产品，以以取得较较好的经经济效益益。2. 设计类型型：（1） 全创新设设计（2） 适应性设设计（3） 变异性设设计二、机械械系统设设计的基基本原则则及要求求1

5、. 设计的基基本原则则和法规规：（1） 需求原则则（2） 信息原则则（3） 系统原则则（4） 优化、效效益原则则2. 设计要求求：（1） 功能要求求（2） 适应性要要求（3） 可靠性要要求（4） 生产能力力要求（5） 使用经济济性要求求（6） 成本要求求 三、产品品设计、产产生过程程 P10图图1.112产品策化化 产品品设计 产品生生产 产产品销售售 产品品运转 产品报报废回收收1.3机机械系统统设计方方法及机机械设计计学发展展简介一、机械械系统的的设计方方法1. 传统设计计方法静态的半半理论半半经验的的设计方方法2. 现代设计计方法是一种广广义的设设计和分分析科学学方法学学的简称称，其实实

6、质是科科学方法法论在设设计中的的应用。（1） 现代设计计方法的的特征1） 时域特征征2） 哲理特征征3） 质量特征征4） 目标与手手段特征征（2） 现代设计计方法的的主要内内容信息方法法、系统统论方法法、控制制论方法法、优化化方法、对对应论方方法、智智能论方方法、寿寿命论方方法、离离散论方方法、模模糊论方方法、突突变论方方法、艺艺术论方方法等。3. 现代设计计方法与与传统设设计方法法的比较较二、机械械设计发发展简史史1. 直觉设计计阶段2. 经验类比比设计阶阶段3. 传统设计计阶段（定定性设计计阶段）4. 现代设计计阶段（计计算机辅辅助设计计阶段）P14图图1.113三、发展展方向及及前沿技技

7、术1. 计算机辅辅助设计计2. 并行工程程设计3. 虚拟设计计4. 动态设计计5. 快速设计计6. 设计自动动化技术术7. 工业设计计作业题题与思考题题1. 什么是机机械工程程科学？它由那那几个部部分组成成？2. 机械的基基本特征征有哪些些？3. 什么叫机机械系统统？它有有哪些主主要组成成部分？4. 什么是系系统？它它有哪些些特征？5. 机械系统统有哪些些种设计计类型？6. 机械系统统设计有有哪些基基本设计计原则和和法规？7. 机械系统统设计应应满足哪哪些设计计要求？8. 机械系统统设计中中传统设设计方法法与现代代设计方方法有哪哪些区别别？9. 机械设计计可以分分为哪几几个发展展阶段？第二章

8、机械系统统总体设设计重点：功功能原理理设计的的基本概概念，主主要设计计参数及及其确定定方法。难点：各各主要设设计参数数的特点点及所适适用场合合。讲授提示示与方法法：强调调总体设设计在机机电产品品开发应应用中的的重要性性，强化化机械系系统的设设计方法法和步骤骤；充分分利用多多媒体课课件，多多以实例例说明解解释各概概念和各各项设计计参数。总体设计计是产品品设计的的关键，对对产品的的技术性性能，经经济指标标，外观观造型等等具有决决定性意意义。内容包括括：功能能原理设设计、总总体布局局、主要要技术参参数、技技术经济济分析。2.1机机械系统统的功能能原理设设计一、功能能的定义义及其分分类1. 功能：是系

9、统必必须实现现的任务务，或者者说是系系统具有有转化能能量、运运动或其其它物理理量的特特性。或或称：指指输入、输输出量之之间的因因果关系系。2. 功能的分分类： 基基本功能能必要功能能功能 附加功功能非必要功功能二、功能能原理设设计及其其特点1. 功能原理理设计：是针对所所设计产产品的主主要功能能提出一一些原理理性的构构思。【例2.1】剪剪草机 P177图2.1【例2.2】平平板玻璃璃制造 P17图图2.222. 功能原理理方案设设计的任任务：针对某一一确定的的功能要要求，去去寻求一一些物理理效应并并借助某某些作用用原理来来求得一一些实现现该目标标的解法法原理。3. 主要工作作内容：构思能实实现

10、功能能目标的的新的解解法原理理。尽可可能多地地提出创创新构思思。比较较后择优优。4. 工作步骤骤：P18图图2.33分析 综综合 评评价决策策5. 功能原理理设计具具有如下下特点：（1） 功能原理理设计是是用一种种新的物物理效应应来代替替旧的物物理效应应，使所所设计系系统的工工作原理理发生根根本变化化。（2） 功能原理理设计中中往往要要引入某某种新技技术、新新材料、新新工艺，但但首先要要求设计计人员有有一种新新想法、新新构思。（3） 功能原理理设计的的系统发发生质的的变化。三、功能能原理设设计的设设计方法法“黑箱法法”“黑箱法法”是根据据系统的的输入、输输出关系系来研究究实现系系统功能能目标的

11、的一种方方法，即即根据系系统的某某种输入入及要求求获得某某种输出出的功能能要求，从从中寻找找出某种种物理效效应或原原理来实实现输入入输出出之间的的转换，得得到相应应的解决决办法，从从而推求求出“黑箱”的功能能结构，使使“黑箱”逐渐变变成“灰箱”、“白箱”的一种种方法。1. “黑箱法法”原理：P19图图2.66用“黑箱箱法”与输入入量、输输出量及及周围环环境的信信息联系系。了解解系统（产产品）的的功能、特特性，进进一步探探索系统统的机理理与功能能。 2. 注意的问问题：（1） 突出必要要功能和和基本功功能。（摒摒弃附加加功能和和非必要要功能）。（2） 输入、输输出量的的内容：1） 物料流：材料、

12、毛毛坯、半半成品、成成品、液液体、气气体等。2） 能量流：电能、光光能、机机械能、热热能等。3） 信息流：数据、测测量值、控控制信号号、波形形等。（3） 摆脱具体体的设计计对象。（按按系统功功能和三三大流的的描述来来简化问问题）【例图】自自行车功功能原理理系统图图P18图图2.44【例图】车车床“黑箱”示意图图 P19图图2.55四、功能能元、功功能结构构1. 功能元：只能直接接从技术术效应（物物理效应应、数学效应应等）及及逻辑关关系中找找到可以以满足功功能要求求的最小小单位。总功能 分功功能 基本功功能单元元（功能能元）（1） 物理功能能元：输入、输输出量（能能量、物物料、信信号流）的的基本

13、物物理动作作。P220表22.1（2） 数学功能能元：机械传动动中的数数学关系系。P221表22.2（3） 逻辑功能能元：主要用信信息和控控制系统统中。PP21表表2.332. 功能结构构：P22图图2.77功能的分分解和组组合关系系称为功功能结构构。（1） 功能结构构示意图图：（2） 以功能元元为基础础，组合合成功能能结构的的方式有有三种基基本类型型：串联联结构、并并联结构构和循环环结构（又又称环状状结构）。P22图2.8（3） 功能结构构图的绘绘制步骤骤：P223图22.100注意问题题：需逐逐渐完善善系统功功能结构构，不是是一次完完成，要要随设计计不断修修改。【例2.3】材材料拉伸伸试验

14、机机的功能能结构图图 P23图图2.99五、功能能元（分分功能）求求解 功能元元是功能能结构图图中最基基本的单单位，每每个功能能元都要要找出相相应的技技术、物物理效应应来实现现。功能元的的求解方方法：1. 参考有关关资料、专专刊或产产品求解解法（利利用所学学知识类类比）；2. 利用各种种创造性性方法以以开阔思思想去探探讨求解解法（新新构思）；3. 利用设计计目录求求解法（把把各种机机构综合合成表）P2425图图2.111、112、113【例2.4】设设计手动动订书打打孔机设计要求求：手柄柄旋转、打打孔针直直线往复复运动、杆杆件数目目为4个个、省力力。求解步骤骤：第一步：确定总总功能第二步：总功能能分解第三步：查目录录求解 P255图2.13第四步：增力机机构 PP25图图2.112第五步：绘制原原理方案案图 PP26图图2.114六、系统统（产品品）原理理方案的的综合各功能元元的局部部解合理理地组合合，就可可以得到到一个系系统的多多个原理理解。组组合的方方法可以以用形态态矩阵法法（模幅幅箱法利用