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1、 掌握机构选型的基本知识和机构运动循环图的基掌握机构选型的基本知识和机构运动循环图的基本概念；本概念； 掌握简单机构运动方案设计的步骤和方法；掌握简单机构运动方案设计的步骤和方法； 了解产品设计过程和机械总体方案设计的内容；了解产品设计过程和机械总体方案设计的内容；了解机械执行系统方案设计的过程和内容；了解机械执行系统方案设计的过程和内容；了解常用原动机的类型和特点及其选取原则；了解常用原动机的类型和特点及其选取原则；了解拟定简单机械传动系统方案的过程。了解拟定简单机械传动系统方案的过程。本章基本要求本章基本要求第第15章章 机械系统的方案设计机械系统的方案设计机械总体方案的设计机械总体方案的
2、设计 机械执行系统的方案设计机械执行系统的方案设计机械传动系统的方案设计和原动机的选择机械传动系统的方案设计和原动机的选择本章主要内容本章主要内容本章难点本章难点本章重点本章重点机构选型的基本知识和机构运动方案设计的方法。机构选型的基本知识和机构运动方案设计的方法。机械运动方案的拟定过程。机械运动方案的拟定过程。1. 机械产品设计的一般过程机械产品设计的一般过程初期规划设计阶段初期规划设计阶段总体方案设计阶段总体方案设计阶段结构技术设计阶段结构技术设计阶段生产施工设计阶段生产施工设计阶段 机械产品设计是一个通过分析、综合与创新获机械产品设计是一个通过分析、综合与创新获得满足某些特定要求和功能的
3、机械系统的过程。得满足某些特定要求和功能的机械系统的过程。机械总体方案的设计机械总体方案的设计机械新产品的开发设计过程一般分为四个阶段：机械新产品的开发设计过程一般分为四个阶段：（1）初期规划设计阶段初期规划设计阶段选题选题调研和预测调研和预测可行性论证可行性论证确定设计任务确定设计任务阶段成果：阶段成果：调研报告调研报告设计任务书设计任务书产品开发可行性论证报告产品开发可行性论证报告（2）总体方案设计阶段总体方案设计阶段目标分析目标分析创新构思创新构思方案拟定方案拟定方案评价方案评价方案决策方案决策总体方案示意图总体方案示意图机械系统运动简图机械系统运动简图方案设计计算说明书方案设计计算说明
4、书阶段成果：阶段成果：（3）结构技术设计阶段结构技术设计阶段结构方案拟定结构方案拟定造型设计造型设计结构设计结构设计材料选择与尺寸设计材料选择与尺寸设计设计图绘制设计图绘制阶段成果：阶段成果：全套设计图纸全套设计图纸设计计算说明书设计计算说明书（4）生产施工设计阶段生产施工设计阶段工艺设计工艺设计工装设计工装设计施工设计施工设计 阶段成果阶段成果工艺流程卡片、工装设计图工艺流程卡片、工装设计图基础安装图、技术文件基础安装图、技术文件使用说明书、备件明细表使用说明书、备件明细表2. 机械总体方案设计的目的和内容机械总体方案设计的目的和内容 总体方案设计阶段的工作是实现机械产品初总体方案设计阶段的
5、工作是实现机械产品初期规划阶段所提出的设计目标的关键。期规划阶段所提出的设计目标的关键。 产品设计的好坏，包括产品的功能是否齐全、产品设计的好坏，包括产品的功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，在很大程性能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决于总体方案设计阶段的工作，取决于度上取决于总体方案设计阶段的工作，取决于方案的构思和方案拟定时的设计思想。方案的构思和方案拟定时的设计思想。（1）总体方案设计的目的总体方案设计的目的2. 总体方案设计的内容总体方案设计的内容 执行系统的方案设计。主要包括执行系统执行系统的方案设计。主要包括执行系统的功能原理设计、运动规律设计、执行机构的功能
6、原理设计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执行系统的协调设计和执行系的型式设计、执行系统的协调设计和执行系统的方案评价与决策。统的方案评价与决策。 原动机类型的选择和传动系统的方案设计。原动机类型的选择和传动系统的方案设计。其中传动系统的方案设计主要包括传动类型和其中传动系统的方案设计主要包括传动类型和传动路线的选择，传动链中机构顺序的安排和传动路线的选择，传动链中机构顺序的安排和各级传动比的分配。各级传动比的分配。 信息处理控制系统的方案设计。信息处理控制系统的方案设计。 其它辅助系统的设计。主要包括润滑系其它辅助系统的设计。主要包括润滑系统、冷却系统、故障监测系统、安全保护系统、冷却系统
7、、故障监测系统、安全保护系统和照明系统等的设计。统和照明系统等的设计。 系统是指具有特定功能、相互之间既有有机系统是指具有特定功能、相互之间既有有机联系又相互制约的单元组合而成的有序整体。联系又相互制约的单元组合而成的有序整体。3. 机械系统总体方案设计中的设计思想机械系统总体方案设计中的设计思想（1）现代设计的观念现代设计的观念7个特点：个特点：理论性、创造性、广义性、优选性、理论性、创造性、广义性、优选性、扩展性、设计计算机化、设计信息化。扩展性、设计计算机化、设计信息化。（2）系统工程的观念系统工程的观念 一般机械系统都是由原动机、传动系统、一般机械系统都是由原动机、传动系统、执行系统和
8、控制系统等若干个子系统组成，执行系统和控制系统等若干个子系统组成，而每一个子系统又由若干个更低一级的子系而每一个子系统又由若干个更低一级的子系统或组合单元组成。统或组合单元组成。 从系统工程的角度来看，各子系统虽具有从系统工程的角度来看，各子系统虽具有各自特定的功能，但由于是为了共同实现整各自特定的功能，但由于是为了共同实现整个系统的整体目标，因而各子系统间是有机个系统的整体目标，因而各子系统间是有机联系在一起、相互之间既有依赖作用又有制联系在一起、相互之间既有依赖作用又有制约作用的。约作用的。系统工程解决设计问题的基本思想：系统工程解决设计问题的基本思想： 首先从系统的整体目标出发，将总体功
9、能首先从系统的整体目标出发，将总体功能分解成若干功能单元；然后寻找出能完成各分解成若干功能单元；然后寻找出能完成各个功能的技术方案，再把各个技术方案组成个功能的技术方案，再把各个技术方案组成方案组，进行分析、评价和优选，进而实现方案组，进行分析、评价和优选，进而实现给定环境条件下的整体优化。给定环境条件下的整体优化。1. 执行系统方案设计的过程和内容执行系统方案设计的过程和内容15.2 机械执行系统的方案设计机械执行系统的方案设计（1）功能原理设计：功能原理设计：根据机械预期实现的功能，根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。 例
10、如：设计一个齿轮加工设备，可以选择仿例如：设计一个齿轮加工设备，可以选择仿形原理，也可以选择范成原理。原理不同，其形原理，也可以选择范成原理。原理不同，其工艺动作也就不同。工艺动作也就不同。执行系统方案设计框图执行系统方案设计框图执行系统方案设计的内容包括以下执行系统方案设计的内容包括以下7个方面：个方面： （2）运动规律设计运动规律设计 是指为实现上述工作原理而决定选择何种运是指为实现上述工作原理而决定选择何种运动规律。动规律。 例如：同是采用范成法原理加工齿轮，可以例如：同是采用范成法原理加工齿轮，可以选择插齿机床的方法，也可以选择滚齿机床的选择插齿机床的方法，也可以选择滚齿机床的方法。方
11、法。 即实现同一工作原理，可以选用不同的运动即实现同一工作原理，可以选用不同的运动规律，运动规律不同，设计出来的械也就不同。规律，运动规律不同，设计出来的械也就不同。（3）执行机构型式设计执行机构型式设计 是指究竟选择何种机构来实现上述运动规律。是指究竟选择何种机构来实现上述运动规律。 例如：为了实现刀具的上下往复运动，既可以例如：为了实现刀具的上下往复运动，既可以采用齿轮齿条机构、螺旋机构，也要以采用曲柄采用齿轮齿条机构、螺旋机构，也要以采用曲柄滑块机构、凸轮机构；还可以通过机构组合或机滑块机构、凸轮机构；还可以通过机构组合或机构变异创造发明新的机构。构变异创造发明新的机构。 机构型式设计直
12、接影响到机构的使用效果、繁机构型式设计直接影响到机构的使用效果、繁简程度和可靠性等。简程度和可靠性等。（4）执行系统的协调设计执行系统的协调设计 就是根据工艺过程对各动作的要求，分析就是根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调和配合，设计出协各执行机构应当如何协调和配合，设计出协调配合图。即机构的运动循环图。调配合图。即机构的运动循环图。 如果各个机构动作不协调，就会破坏机械如果各个机构动作不协调，就会破坏机械的整个工作过程，达不到工作要求，甚至会的整个工作过程，达不到工作要求，甚至会损坏机件和产品，造成生产和人身事故。损坏机件和产品，造成生产和人身事故。（5）机构尺度设计机构尺
13、度设计 是指对所选择的各个执行机构进行运动和是指对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，确定各执行机构的运动尺寸，绘动力设计，确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图。制出各执行机构的运动简图。（6）运动和动力分析运动和动力分析 即对整个执行系统进行运动分析和动力分即对整个执行系统进行运动分析和动力分析，以检验其是否满足运动要求和动力性能析，以检验其是否满足运动要求和动力性能方面的要求。方面的要求。（7）方案评价与决策方案评价与决策 方案评价包括定性评价和定量评价。前者方案评价包括定性评价和定量评价。前者是指对结构的繁简、尺寸的大小、加工的难是指对结构的繁简、尺寸的大小、加工的难
14、易等进行评价，后者是指将运动和动力分析易等进行评价，后者是指将运动和动力分析后所得的执行系统的具体性能与使用要求所后所得的执行系统的具体性能与使用要求所规定的预期性能进行比较，从而对设计方案规定的预期性能进行比较，从而对设计方案作出评价。作出评价。实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理；实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理；实现同一种工作原理，可以选择不同的运动规律；实现同一种工作原理，可以选择不同的运动规律；实现同一种运动规律，可以选择不同型式的机构。实现同一种运动规律，可以选择不同型式的机构。获得多种不同的方案获得多种不同的方案给定某种预期功能要求给定某种预期功能要求机械执行系统
15、方案设计机械执行系统方案设计所要研究的问题，就是如何所要研究的问题，就是如何合理地利用设计者的专业知识和分析能力，创造性合理地利用设计者的专业知识和分析能力，创造性地构思出各种可能的方案并从中选出最佳方案。地构思出各种可能的方案并从中选出最佳方案。机械预期实现的功能机械预期实现的功能功能功能原理原理摩摩擦擦传传动动原原理理流流体体传传动动原原理理电电磁磁传传动动原原理理机机械械推推拉拉原原理理材材料料变变形形原原理理光光电电原原理理其其它它原原理理机械执行系统方案设计流程图机械执行系统方案设计流程图工工艺艺动动作作分分解解方方法法1工工艺艺动动作作分分解解方方法法2工工艺艺动动作作分分解解方方
16、法法3工工艺艺动动作作分分解解方方法法n运动运动规律规律机构机构型式型式连连杆杆机机构构凸凸轮轮机机构构其其它它机机构构机机构构组组合合结结构构变变异异2. 执行系统的功能原理设计执行系统的功能原理设计（1）功能原理的构思与选择功能原理的构思与选择 功能原理设计的任务就是根据机构预期实现功能原理设计的任务就是根据机构预期实现的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较，并根据使用要求或工艺要求，从以分析比较，并根据使用要求或工艺要求，从中选择出既能很好地满足功能要求、工艺动作中选择出既能很好地满足功能要求、工艺动作又简单的工作原理。又简单的工作原理。例如：螺栓上的螺纹加工，可以采用车削加例如：螺栓上的螺纹加工，可以采用车削加工原理，也可以采用套丝工作原理，还可以工原理，也可以采用套丝工作原理，还可以采用滚压工作原理。不同的螺纹加工原理适采用滚压工作原理。不同的螺纹加工原理适用于不同场合，满足不同的加工需要，其执用于不同场合，满足不同的加工需要，其执行系统的运动方案也各不相同。行系统的运动方案也各不相同。2. 功能原理的创造性功能原理的创造性
