第十九章机械系统设计综述 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 第十九章机械系统设计综述 1.教学目标 1、了解机械构思设计方法的基本原理; 2、了解机械系统的设计方法和设计程序; 3、掌握机械系统传动系统设计 4、了解现代设计方法; 2.教学重点和难点 【重点、难点】机械系统的设计程序、传动系统设计 3.讲授方法:多媒体和演示柜教学 正文 §19.1机械系统(产品)的构思设计 机械系统(产品)的设计是创造性地建立满足功能要求地技术系统地活动过程。设计地目的 是满足社会生产发展不断提出的一定功能要求,从而更加促进机械系统(产品)的发展。机械系 统(产品)的设计工作是影响机械系统(产品)性能质量、成本和企业经济效益地-项重要工 作。 机械产品的性能和质量首先是设计出来的。机械设计是研制新机器和新产品的第一道工序, 设计工作的质量和水平,直接关系到机械产品的质量、性能、硏制周期长短和技术经济效益,影 响机械产品在国内外市场的竞争力。为了适应我国经济建设形式不断发展的需要,必须努力推广 和研究发展机械系统(产品),提高设计水平
第十九章 机械系统设计综述 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 339 第十九章 机械系统设计综述 1．教学目标 1、了解机械构思设计方法的基本原理； 2、了解机械系统的设计方法和设计程序； 3、掌握机械系统传动系统设计 4、了解现代设计方法； 2．教学重点和难点 【重点、难点】 机械系统的设计程序、传动系统设计 3．讲授方法：多媒体和演示柜教学 正 文 §19.1 机械系统（产品）的构思设计 机械系统（产品）的设计是创造性地建立满足功能要求地技术系统地活动过程。设计地目的 是满足社会生产发展不断提出的一定功能要求，从而更加促进机械系统（产品）的发展。机械系 统（产品）的设计工作是影响机械系统（产品）性能、质量、成本和企业经济效益地一项重要工 作。 机械产品的性能和质量首先是设计出来的。机械设计是研制新机器和新产品的第一道工序， 设计工作的质量和水平，直接关系到机械产品的质量、性能、研制周期长短和技术经济效益，影 响机械产品在国内外市场的竞争力。为了适应我国经济建设形式不断发展的需要，必须努力推广 和研究发展机械系统（产品），提高设计水平
第十九章机械系统设计综述 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 机械系统广产品)的构思设计方法 1、构思设计方法的原理 构思设计方法是研究如何合理进行设计思维的科学,是硏究解决设计课题进程的一般性理 论;一方面研究进程的战略(即进程总路线),另一方面研究各工作步骤相应的战术方法,在总 结规律性的同时,启发创造性,采用现代化的先进技术和理论方法,使设计过程完善合理。在机 械设计中采用这种方法,能使所设计的机械系统(产品)推陈出新,在质量、经济价值、进程谏 度等方面有较大改进。 1)技术过程和技术系统 构思设计方法的理论基础是建立在系统理论的基础之上的。所谓系统就是具有特定功能的、 相互间有联系的许多要素构成的一个整体。根据需要系统可以进一步划分为子系统和系统单元。 系统的功能是指具有特定结构的系统,在其内部和外部的联系和关系中表现岀来的能够满足需要 的特性和能力。设计就是实现既定的功能要求。 人类社会发展过程中有各种形式的需要,这些需要可以概括为物料、能量、信号的转换,这 一转换过程被称为技术过程。技术过程是一个人工过程,它是在人和技术系统的共同作用下,按 照预期的目标实现物料、能量和信号转换的过程。技术系统是设计时分析硏究的对象,即机械系 统。 2)黑箱法( Black box) 黑箱法是种寻求系统总功能的创造性思维方法。“黑箱″就是个未知其内部机理和结构 的箱子,“黑箱法”就是将所研究的复杂系统看作一个黑箱,在不打开它的前提下,暂时忽略次 要因素,首先集中考虑系统的输入输出关系,通过观测与分 系统对环境的影响 析黑箱和外部环境的相互关系,求解待设计系统的功能,从 而进一步了解其内部结构的机理 输 黑箱 入(待设计的技术系统)}/输 340 环境对系统的影响
第十九章 机械系统设计综述 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 340 一、机械系统(产品)的构思设计方法 1、构思设计方法的原理 构思设计方法是研究如何合理进行设计思维的科学，是研究解决设计课题进程的一般性理 论；一方面研究进程的战略（即进程总路线），另一方面研究各工作步骤相应的战术方法，在总 结规律性的同时，启发创造性，采用现代化的先进技术和理论方法，使设计过程完善合理。在机 械设计中采用这种方法，能使所设计的机械系统（产品）推陈出新，在质量、经济价值、进程速 度等方面有较大改进。 1）技术过程和技术系统 构思设计方法的理论基础是建立在系统理论的基础之上的。所谓系统就是具有特定功能的、 相互间有联系的许多要素构成的一个整体。根据需要系统可以进一步划分为子系统和系统单元。 系统的功能是指具有特定结构的系统，在其内部和外部的联系和关系中表现出来的能够满足需要 的特性和能力。设计就是实现既定的功能要求。 人类社会发展过程中有各种形式的需要，这些需要可以概括为物料、能量、信号的转换，这 一转换过程被称为技术过程。技术过程是一个人工过程，它是在人和技术系统的共同作用下，按 照预期的目标实现物料、能量和信号转换的过程。技术系统是设计时分析研究的对象，即机械系 统。 2）黑箱法（Black Box） 黑箱法是一种寻求系统总功能的创造性思维方法。“黑箱”就是一个未知其内部机理和结构 的箱子，“黑箱法”就是将所研究的复杂系统看作一个黑箱，在不打开它的前提下，暂时忽略次 要因素，首先集中考虑系统的输入输出关系，通过观测与分 析黑箱和外部环境的相互关系，求解待设计系统的功能，从 而进一步了解其内部结构的机理。 黑箱 （待设计的技术系统） 系统对环境的影响 环境对系统的影响 输 入 输 入
第十九章机械系统设计综述 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 例如:电铃(功能:机械信号变为声音信号) 机→黑箱→声 发电机(功能:机械能变位电能) 3)功能分析 功能分析是从功能的角度寻找设计问题的解决办法。首先根据设计任务确定系统的总功能, 体现在将输入条件转换为系统的输岀条件上。总功能确定后,在进行功能分解,将总功能分解为 分功能、子功能直到功能元。功能元是最小的功能单位,是可以直接从物理效应、逻辑关系方面 找到解法的基本功能单元。 例如,拉伸材料试验机的总功能是:试件拉伸、测量力和相应的变形值。 可以将总功能分解为功能单元如下图 试件拉断 试 黑箱 力 4)方案确定及评价 件 变形 方案的确定过程就是功能结构组合过程,也就是将系统的分功能元进行综合得到总功能的过 由于将各个功 试件夹持松开 试件拉伸 夹头移动 运动形式转换 能单元的局部解相 速度、转矩转换 信号采集 互组合,可能会产 试件拉 力测量 放大 生很多的设计方伸,力科 变形的 信号采集 测量 放大 案。由于设计方案 变形测量 的数目过大,难以 开机 动作控 停机 逐一进行评价,所 自动停机 以一殷需要首先进行筛选,将明显不合适设计方案淘汰只保留少数几个难以分辨差异(功能性
第十九章 机械系统设计综述 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 341 例如：电铃（功能：机械信号变为声音信号） 机→黑箱→声 发电机（功能：机械能变位电能） 机→黑箱→电 3）功能分析 功能分析是从功能的角度寻找设计问题的解决办法。首先根据设计任务确定系统的总功能， 体现在将输入条件转换为系统的输出条件上。总功能确定后，在进行功能分解，将总功能分解为 分功能、子功能直到功能元。功能元是最小的功能单位，是可以直接从物理效应、逻辑关系方面 找到解法的基本功能单元。 例如，拉伸材料试验机的总功能是：试件拉伸、测量力和相应的变形值。 可以将总功能分解为功能单元如下图。 4）方案确定及评价 方案的确定过程就是功能结构组合过程，也就是将系统的分功能元进行综合得到总功能的过 程。 由于将各个功 能单元的局部解相 互组合，可能会产 生很多的设计方 案。由于设计方案 的数目过大，难以 逐一进行评价，所 以一般需要首先进行筛选，将明显不合适设计方案淘汰，只保留少数几个难以分辨差异（功能性、 黑箱 试 件 试件拉断 力 变形 试件拉 伸，力和 变形的 测量 试件拉伸 力测量 变形测量 动作控制 试件夹持松开 夹头移动 信号采集 放大 显示 信号采集 放大 显示 开机 停机 自动停机 运动形式转换 速度、转矩转换
第十九章机械系统设计综述 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 经济性等)方案功评价决策使用。 初步筛选必须遵守以下原则 1)相容性:分功能之间必须相容,否则给予淘汰。 2)优先选用主要分功能的最佳解,由该解岀发选择与之相容的其它分功能解。 3)删除对设计要求、约束条件不满足,或令人不满意的解,如成本高、效率低、污染大 不安全、难加工等。 经过以上的筛选可能留下不多的备选方案,此时必须对每个方案进行科学的评价,最终确定 我们的设计方案。所谓评价就是对方案的质量、价值或就其某-性质作岀说明;所谓决策就是对 评价结果或对所提供的某些情况,根据预定目标作出选择或决定,其结果就是拟采用的方案。 常用的评价方法有经验评价法、数学分析法和试验评价法三种。当方案不多、问题比较简单 时,可以采用经验评价法,即根据评价者的经验,对方案作粗略的定性评价。数学分析法是使用 数学工具进行分析、推导和计算得到定量的评价参数作为决策参考,常用的的有名次记分法、评 分法、技术经济评价法和模糊评价法等。对于比较重要的方案,用数学分析法计算后仍没有足够 把握时,应该通过模拟试验或样机试验对方案进行试验评价,这种方法得到的评价准确,但是代 价较高。(我们后面课程技术经济学会涉及这部分内容) 构思设计方法的工作步骤和设计实例 机械系统(产品)的构思设计可以分为四个工作步骤。即:编制设计任务书、确定功能结构、 方案综合、以及评价与决策。其进程模式如下图所示。 【例】某厂成品车间需要设计一台传送和粘封已装好成品的包装纸箱机械。 【解】1、编制设计任务书 342
第十九章 机械系统设计综述 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 342 经济性等）方案功评价决策使用。 初步筛选必须遵守以下原则： 1）相容性：分功能之间必须相容，否则给予淘汰。 2）优先选用主要分功能的最佳解，由该解出发选择与之相容的其它分功能解。 3）删除对设计要求、约束条件不满足，或令人不满意的解，如成本高、效率低、污染大、 不安全、难加工等。 经过以上的筛选可能留下不多的备选方案，此时必须对每个方案进行科学的评价，最终确定 我们的设计方案。所谓评价就是对方案的质量、价值或就其某一性质作出说明；所谓决策就是对 评价结果或对所提供的某些情况，根据预定目标作出选择或决定，其结果就是拟采用的方案。 常用的评价方法有经验评价法、数学分析法和试验评价法三种。当方案不多、问题比较简单 时，可以采用经验评价法，即根据评价者的经验，对方案作粗略的定性评价。数学分析法是使用 数学工具进行分析、推导和计算得到定量的评价参数作为决策参考，常用的的有名次记分法、评 分法、技术经济评价法和模糊评价法等。对于比较重要的方案，用数学分析法计算后仍没有足够 把握时，应该通过模拟试验或样机试验对方案进行试验评价，这种方法得到的评价准确，但是代 价较高。（我们后面课程技术经济学会涉及这部分内容） 二、构思设计方法的工作步骤和设计实例 机械系统（产品）的构思设计可以分为四个工作步骤。即：编制设计任务书、确定功能结构、 方案综合、以及评价与决策。其进程模式如下图所示。 【例】某厂成品车间需要设计一台传送和粘封已装好成品的包装纸箱机械。 【解】1、编制设计任务书
第十九章机械系统设计综述 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) (1)分析设计任务、编制设计任务书 编制设计任务书 根据工厂生产订货或市场需要提出任务书,进行市场调查和「制作要求明细表 可行性分析,编制设计任务书。 分析要求 现要求设计用自粘胶带从上面和下面交替封或仅从上面连[拟定总功能 分解总功能 续粘封不同尺寸纸箱的机械。 制定功能结构 收集所有必要的资料,包括有关纸箱的尺寸、尺寸变化的频匚求出每个功能解 率,自粘胶带的规格。 方案组合、筛选 方案评价 (2)制定任务要求明细表 选择最优解 为了使以后的设计工作能够有效、可靠地进行,并且能够减 轻工作,必须制定任务明细表,依此作为设计、制造、评价和决策的依据。 制定任务明细表时必须考虑:1)根据设计任务必须无条件达到的要求;2)反映设计的约束 条件(如效率、噪声等)的最低要求;3)在可能条件下希望考虑的要求。 2、确定系统的功能 (1)分析要求、拟定总功能 机械产品的功能是从使用角度提出的,应当满足使用者的要求。这些要求可概括为“物料”、 信息”和“能量”的转换。通常,为了实现总功能,在制作要求明细表时,可以先忽略一些次 要的、不影响功能的因素。然后,把定 机械对环境的影响 量数据作定性处理,并将其简化为最主 能量 自粘胶带连续 能量 要的要求,在最后扼要提出。 待粘封纸箱 已粘封纸箱 粘封的纸箱 包装纸箱粘封机,要求在规定的条 环境对机械的影响 件下,用自粘胶带完成连续粘封大小不 同纸箱的任务,者就是它的总功能。可将这一急袭阿产品看作一个“黑箱”,暂时忽略次要因素
第十九章 机械系统设计综述 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 343 （1）分析设计任务、编制设计任务书 根据工厂生产订货或市场需要提出任务书，进行市场调查和 可行性分析，编制设计任务书。 现要求设计用自粘胶带从上面和下面交替粘封或仅从上面连 续粘封不同尺寸纸箱的机械。 收集所有必要的资料，包括有关纸箱的尺寸、尺寸变化的频 率，自粘胶带的规格。 （2）制定任务要求明细表 为了使以后的设计工作能够有效、可靠地进行，并且能够减 轻工作，必须制定任务明细表，依此作为设计、制造、评价和决策的依据。 制定任务明细表时必须考虑：1）根据设计任务必须无条件达到的要求；2）反映设计的约束 条件（如效率、噪声等）的最低要求；3）在可能条件下希望考虑的要求。 2、确定系统的功能 （1）分析要求、拟定总功能 机械产品的功能是从使用角度提出的，应当满足使用者的要求。这些要求可概括为“物料”、 “信息”和“能量”的转换。通常，为了实现总功能，在制作要求明细表时，可以先忽略一些次 要的、不影响功能的因素。然后，把定 量数据作定性处理，并将其简化为最主 要的要求，在最后扼要提出。 包装纸箱粘封机，要求在规定的条 件下，用自粘胶带完成连续粘封大小不 同纸箱的任务，者就是它的总功能。可将这一急袭阿产品看作一个“黑箱”，暂时忽略次要因素， 任 务 编制设计任务书 制作要求明细表 分析要求 拟定总功能 分解总功能 制定功能结构 求出每个功能解 方案组合、筛选 方案评价 选择最优解 自粘胶带连续 粘封的纸箱 机械对环境的影响 环境对机械的影响 能 量 待粘封纸箱 信 号 能 量 已粘封纸箱 信 号
第十九章机械系统设计综述 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 集中考虑机械的输入输出关系,分析了解它的功能结构。如图所示 (2)把总功能分解为局部功能、制定功能结构 由纸箱粘封机的总功能很容易得岀所需的局部功能为:以适当的长度展开卷绕在滚筒或鼓轮 上的自粘胶带;在纸箱上粘封胶带和切断胶带;纸箱连续运动;因为纸箱貝有棱柱形,粘封胶带 将具有“U"型形状。 纸箱粘封作业线以及与功能结构有关的局部功能分别如下图所示 输入的能量驱动带的退卷、刀的运动、带的压紧(粘封)和纸箱的运动等每个局部功能。同 样,输入的信号用于控制带的退卷、刀的切断行程、粘封的压力和延续时间、带的继续运动速度 等每个局部功能。 3、方案综合 (1)求出每个局部功能的可能解答 同一功能可能由不同的解答,为了得到各种可能的解答,可以采取:1)在具体情况下使用 系统研究的方法,即使用作为的分类示意图的方法;2)在本身的局部功能内寻找解答。 构思设计纸箱粘封机必须考虑:是连续还是间断实现自粘胶带从鼓轮上退卷;施力点如何保 证胶带从鼓轮上退卷,而且能够合理地落在不同地地方;始端,中部,未端,始端和中部、始端 和末端,中部和末端;自粘胶带地自动切断和合理布置切断刀地位置;移动退卷力地作用点等问 题。分析系统示意图如图表所示 采用分类系统示意图的系统研究方法得到的一些可能解答如图所示。 自粘胶带切断刀的运动方式和切断方式均可变化。刀的运动方式有:平动、转动、摆动。切 断方式有:自由切断、用刀切断和用剪刀剪断。如图所示。刀具也可以固定不动,但胶带必须运 如图所示表示切断刀的平动、转动、摆动以及固定不动时带的运动情况。 344
第十九章 机械系统设计综述 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 344 集中考虑机械的输入输出关系，分析了解它的功能结构。如图所示。 （2）把总功能分解为局部功能、制定功能结构 由纸箱粘封机的总功能很容易得出所需的局部功能为：以适当的长度展开卷绕在滚筒或鼓轮 上的自粘胶带；在纸箱上粘封胶带和切断胶带；纸箱连续运动；因为纸箱具有棱柱形，粘封胶带 将具有“U”型形状。 纸箱粘封作业线以及与功能结构有关的局部功能分别如下图所示。 输入的能量驱动带的退卷、刀的运动、带的压紧（粘封）和纸箱的运动等每个局部功能。同 样，输入的信号用于控制带的退卷、刀的切断行程、粘封的压力和延续时间、带的继续运动速度 等每个局部功能。 3、方案综合 （1）求出每个局部功能的可能解答 同一功能可能由不同的解答，为了得到各种可能的解答，可以采取：1）在具体情况下使用 系统研究的方法，即使用作为的分类示意图的方法；2）在本身的局部功能内寻找解答。 构思设计纸箱粘封机必须考虑：是连续还是间断实现自粘胶带从鼓轮上退卷；施力点如何保 证胶带从鼓轮上退卷，而且能够合理地落在不同地地方；始端，中部，末端，始端和中部、始端 和末端，中部和末端；自粘胶带地自动切断和合理布置切断刀地位置；移动退卷力地作用点等问 题。分析系统示意图如图表所示。 采用分类系统示意图的系统研究方法得到的一些可能解答如图所示。 自粘胶带切断刀的运动方式和切断方式均可变化。刀的运动方式有：平动、转动、摆动。切 断方式有：自由切断、用刀切断和用剪刀剪断。如图所示。刀具也可以固定不动，但胶带必须运 动。 如图所示表示切断刀的平动、转动、摆动以及固定不动时带的运动情况
第十九章机械系统设计综述 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 实现自粘胶带压紧(粘封)纸箱有如下方式:用移动的滚子、用楔形块、用移动的压模块, 如图所示 分析上述三种粘封(压紧)方式的可能性,很容易作出结论:按照设计任务(不尺寸的纸箱 胶带从纸箱上面和下面交替粘封或仅从上面连续粘封)提出要求,使用可移动的滚子最有希望成 功。采用分类示意图,即采用系统研究求解的方法,可以得到:1)滚子数可以不同(一个、二 个或更多);2)滚孑的运动可以不同(有附加驱动的和没有附加驱动的);3)滚子装在曲柄上, 曲柄之间可以是刚性或弹性联系,也可以没有任何联系等集中可能的方案,如图所示 对于四种局部功能,必须以确保纸箱运动为条件,寻求合适的可能解答。纸箱运动以力或者 以形状保证。此时,纸箱的底部或侧边为工作面,在驱动部分和传动部分间,以形状联接或者以 力(接合面的摩擦力)联接而传递。传送带装在纸箱的下面或侧面连续运动。如果传动机构在完 成粘封一个纸箱之后,必须返回接受新的纸箱,此时运动是不连续的。综上所述,用分类示意图 的研究方法求解,有可能得到大量的设计方案,效果明显。 几种可能的方案如图所示。 图a为以力联接传送纸箱的情况。由于纸箱的自重产生的重力作业在自粘胶带上,实现纸箱 的粘封。自重也产生足够的摩擦力,使纸箱以带速运动。传送带安放在纸箱下面,纸箱连续运动, 而在驱动滚轮和传送带之间以力联接;图b为以形状联接传送纸箱,传送带安放在两侧,被传送 纸箱连续运动,驱动滚轮和传送带之间以摩擦力联接;图c为传送纸箱不连续运动,传送装置和 纸箱之间以摩擦力联接,带有齿条的传送装置安放在两侧,当齿轮正反向转动时,带动齿条往复 移动,回程齿条向两边分开,获得新纸箱后又重复向前移动 (2)制作模幅箱,列出构思解法得到的可能方案 把机械产品的各个局部功能和单元作为“列”,而把它们的各种解答作为“行”即可得到模 幅箱。纸箱粘封机的模幅箱如表所示。该表仅选择四种需要考虑的局部功能,就可以得到256中
第十九章 机械系统设计综述 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 345 实现自粘胶带压紧（粘封）纸箱有如下方式：用移动的滚子、用楔形块、用移动的压模块， 如图所示。 分析上述三种粘封（压紧）方式的可能性，很容易作出结论：按照设计任务（不尺寸的纸箱， 胶带从纸箱上面和下面交替粘封或仅从上面连续粘封）提出要求，使用可移动的滚子最有希望成 功。采用分类示意图，即采用系统研究求解的方法，可以得到：1）滚子数可以不同（一个、二 个或更多）；2）滚子的运动可以不同（有附加驱动的和没有附加驱动的）；3）滚子装在曲柄上， 曲柄之间可以是刚性或弹性联系，也可以没有任何联系等集中可能的方案，如图所示。 对于四种局部功能，必须以确保纸箱运动为条件，寻求合适的可能解答。纸箱运动以力或者 以形状保证。此时，纸箱的底部或侧边为工作面，在驱动部分和传动部分间，以形状联接或者以 力（接合面的摩擦力）联接而传递。传送带装在纸箱的下面或侧面连续运动。如果传动机构在完 成粘封一个纸箱之后，必须返回接受新的纸箱，此时运动是不连续的。综上所述，用分类示意图 的研究方法求解，有可能得到大量的设计方案，效果明显。 几种可能的方案如图所示。 图 a 为以力联接传送纸箱的情况。由于纸箱的自重产生的重力作业在自粘胶带上，实现纸箱 的粘封。自重也产生足够的摩擦力，使纸箱以带速运动。传送带安放在纸箱下面，纸箱连续运动， 而在驱动滚轮和传送带之间以力联接；图 b 为以形状联接传送纸箱，传送带安放在两侧，被传送 纸箱连续运动，驱动滚轮和传送带之间以摩擦力联接；图 c 为传送纸箱不连续运动，传送装置和 纸箱之间以摩擦力联接，带有齿条的传送装置安放在两侧，当齿轮正反向转动时，带动齿条往复 移动，回程齿条向两边分开，获得新纸箱后又重复向前移动。 （2）制作模幅箱，列出构思解法得到的可能方案 把机械产品的各个局部功能和单元作为“列”，而把它们的各种解答作为“行”即可得到模 幅箱。纸箱粘封机的模幅箱如表所示。该表仅选择四种需要考虑的局部功能，就可以得到 256 中
第十九章机械系统设计综述 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 不同粘封机的可能方案。表中列出仅变化—个功能得到的六种不同可能方案,若对问题展开研究 将会得到更多的不同设计方案 功能 力作用在末力作用在中 1|或战轮退卷和力力作用在未端滞|力的作用点在中部|端,带可断运|部和未端 的作用位置 带间断运动 长度上切断/:不动胶带/自由切断,用刀切自由切断,用 2/自粘胶带在所需自由切断用刀切 断,刀平动 刀切断,刀摆等等 3|带在纸箱上的压 两个滚子无附加两个滚子有附加驱 紧粘封 驱动滚子控制杆动曲柄之间弹性/一个滚子,有 附加驱动 等等 之间没有联系 系 纸箱连续运动在|运动不连续、纸箱和|连续运动,传 纸箱和传送装置|传送装置之间以力|送装置和纸箱 4|纸箱运动的保证之间以形状联接,联接,传送装置安放之间以形状联等等 传送装置安放在在两侧由齿条和齿接,传送装置 下面 轮啮合实现传送|安放在两侧 注:模幅箱中几种可能的方案 方案1:11-2.1-3.1-41方案2:11-22-31-41方案3:11-2.3-3.1-41 方案4:1.2-2.1-3.1-41方案5:1.2-2.2-3.1-41方案6:1.2-2.3-3.1-41 4、评价与决策 为了减少评价时间,保证必要的评价准确性,一般推荐使用“技术经济评价法"。(后续课程 《技术经济学》将会介绍) 通过技术经济评价,可选取最优的构思设计方案。在上面所说的六种方案中,可以认为方案 6(12-2.3-31-41)为较好的方案。此后就可以绘制功能结构图,然后进行产品的结构设计 和生产设计,绘制总体设计装配图和零部件图,编制技术文件。 346
第十九章 机械系统设计综述 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 346 不同粘封机的可能方案。表中列出仅变化一个功能得到的六种不同可能方案，若对问题展开研究 将会得到更多的不同设计方案。 功能 可能的解答 1 2 3 4 1 自粘胶带从滚筒 或鼓轮退卷和力 的作用位置 力作用在末端，带 连续运动 力的作用点在中部 和末端，带连续运动 力作用在末 端，带间断运 动 力作用在中 部和末端， 带间断运动 2 自粘胶带在所需 长度上切断 自由切断，用刀切 断，刀不动、胶带 运动 自由切断，用刀切 断，刀平动 自由切断，用 刀切断，刀摆 动 等等 3 带在纸箱上的压 紧粘封 两个滚子，无附加 驱动，滚子控制杆 之间没有联系 两个滚子，有附加驱 动，曲柄之间弹性联 系 一个滚子，有 附加驱动 等等 4 纸箱运动的保证 纸箱连续运动，在 纸箱和传送装置 之间以形状联接， 传送装置安放在 下面 运动不连续、纸箱和 传送装置之间以力 联接，传送装置安放 在两侧，由齿条和齿 轮啮合实现传送 连续运动，传 送装置和纸箱 之间以形状联 接，传送装置 安放在两侧 等等 注：模幅箱中几种可能的方案 方案 1：1.1－2.1－3.1－4.1 方案 2：1.1－2.2－3.1－4.1 方案 3：1.1－2.3－3.1－4.1 方案 4：1.2－2.1－3.1－4.1 方案 5：1.2－2.2－3.1－4.1 方案 6：1.2－2.3－3.1－4.1 4、评价与决策 为了减少评价时间，保证必要的评价准确性，一般推荐使用“技术经济评价法”。（后续课程 《技术经济学》将会介绍） 通过技术经济评价，可选取最优的构思设计方案。在上面所说的六种方案中，可以认为方案 6（1.2－2.3－3.1－4.1）为较好的方案。此后就可以绘制功能结构图，然后进行产品的结构设计 和生产设计，绘制总体设计装配图和零部件图，编制技术文件
第十九章机械系统设计综述 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) §19.2机械系统(产品)的设计方法和程序 现代机械系统的组成 给料部分进料部分 出料部分 我们在课程开始时就已经说过:任何现代机械 系统,尽管构造和用途繁多,但是其结构组成均包 括:原动机传动系统和工作机构三个部分,此外,动开式联器7联器电动机 为保证机械系统的正常工作,还应有操作装置或控 制系统。例如,如图所示的球磨机是由电动机(原动机)驱动齿轮减速器和开式齿轮传动(传动 系统)带动内装研磨钢球的滚筒(工作机构)及 练汽机 带有操作装置、控制装置的进料部分、给料部分 内燃机 和出料部分组成 液动机 现代机械系统的结构组成如图所示,各部分 摩擦传动 机械传动 合传动 推压传动 的作用主要是 1)原动机:是机械系统完成工作任务的动力 电力拖动 电力或磁力传动 电磁离合或制动传动 来源,提供或转换机械能,最常用的为电动机。 实现工艺动作为连续转动的回转运动机构 实现工艺动作为往复运动的往复运动机构 实现工艺动作为间歌运动的闻 2)传动系统:是将原动机的运动和动力传给 实现工艺动作为按预定轨迹运动的机构 L_⊥_二二」 工作机构的中间传动装置常用的有各种机械传动和液压传动杋械传动系统可用于传递平行轴、 相交轴或交错轴间的回转运动和动力,有时也用作运动形式的转换,如将回转运动或摆动变换为 往复运动或间歇运动等。机械传动系统的作用是通过减速〔或增速)变速、换向或变换运动形 式,将原动机的运动或动力传递并分配给工作机构,使之获得所需的运动形式和生产能力。 3)工作机构:是直接完成生产任务的执行装置,又称执行机构。其结构形式完全取决于机 械系统本身的用途
第十九章 机械系统设计综述 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 347 §19.2 机械系统（产品）的设计方法和程序 一、现代机械系统的组成 我们在课程开始时就已经说过：任何现代机械 系统，尽管构造和用途繁多，但是其结构组成均包 括：原动机、传动系统和工作机构三个部分。此外， 为保证机械系统的正常工作，还应有操作装置或控 制系统。例如，如图所示的球磨机是由电动机（原动机）驱动齿轮减速器和开式齿轮传动（传动 系统）带动内装研磨钢球的滚筒（工作机构）及 带有操作装置、控制装置的进料部分、给料部分 和出料部分组成。 现代机械系统的结构组成如图所示，各部分 的作用主要是： 1）原动机：是机械系统完成工作任务的动力 来源，提供或转换机械能，最常用的为电动机。 2）传动系统：是将原动机的运动和动力传给 工作机构的中间传动装置，常用的有各种机械传动和液压传动。机械传动系统可用于传递平行轴、 相交轴或交错轴间的回转运动和动力，有时也用作运动形式的转换，如将回转运动或摆动变换为 往复运动或间歇运动等。机械传动系统的作用是通过减速（或增速）、变速、换向或变换运动形 式，将原动机的运动或动力传递并分配给工作机构，使之获得所需的运动形式和生产能力。 3）工作机构：是直接完成生产任务的执行装置，又称执行机构。其结构形式完全取决于机 械系统本身的用途
第十九章机械系统设计综述 《机械设计基础》教案(机电专业60学时) 4)操作及控制装置:是操作及控制机械系统各组成部分协调动作并准确可靠地完成工作任 务的装置。 此外,为了保证机械系统的正常工作和使用寿命,现代机械系统还需要装设一些辅助装置 如冷却、润滑、计数和照明等装置。 因此,现代机器的定义应该是:在人或其它智能体的操作和控制下,能实现确定的功能,具 有确定运动的机械运动,完成有用的机械功或能量、物料和信息的转换和传递的具有两个以上构 件组装而成的装置 机械系统(产品)的设计方法及设计程序 机械系统(产品)种类繁多。形式多样、用途各异,但在设计方法上基本相同,大致可以划 分为三类 理论设计 主要是根据一定的科学理论及试验结论进行设计,可以分为设计计算与校核计算两种。设计 计算是指根据机械系统中零件运动要求、受力情况、材料性能及失效形式等,用理论公式计算岀 零件危险剖面的尺寸,然后根据结构与工艺等方面的要求,设计出机械零件的具体结构。校核计 算则是参照已有的实物、图纸和经验数据,即根据零件的形状和尺寸,通过理论公式校核其强度 是否满足使用要求。 2.经验设计 是根据现有机械系统在使用中总结岀来的经验数据或公式进行设计,或与同类机械系统相类 比进行设计。经验设计简便、可靠,避免了繁琐费时的计算过程,是一种实用有效的设计方法。 但有时由于缺乏相似形式的机械系统相类比,而使此法受到定限制 3.模型试验设计 对于一些巨大的、结构复杂的重要机械系统,由于往往难以进行可靠的理论设计,可采用模 348
第十九章 机械系统设计综述 《机械设计基础》教案（机电专业 60 学时） 348 4）操作及控制装置：是操作及控制机械系统各组成部分协调动作并准确可靠地完成工作任 务的装置。 此外，为了保证机械系统的正常工作和使用寿命，现代机械系统还需要装设一些辅助装置， 如冷却、润滑、计数和照明等装置。 因此，现代机器的定义应该是：在人或其它智能体的操作和控制下，能实现确定的功能，具 有确定运动的机械运动，完成有用的机械功或能量、物料和信息的转换和传递的具有两个以上构 件组装而成的装置。 三、机械系统(产品)的设计方法及设计程序 机械系统（产品）种类繁多。形式多样、用途各异，但在设计方法上基本相同，大致可以划 分为三类： 1．理论设计 主要是根据一定的科学理论及试验结论进行设计，可以分为设计计算与校核计算两种。设计 计算是指根据机械系统中零件运动要求、受力情况、材料性能及失效形式等，用理论公式计算出 零件危险剖面的尺寸，然后根据结构与工艺等方面的要求，设计出机械零件的具体结构。校核计 算则是参照已有的实物、图纸和经验数据，即根据零件的形状和尺寸，通过理论公式校核其强度 是否满足使用要求。 2．经验设计 是根据现有机械系统在使用中总结出来的经验数据或公式进行设计，或与同类机械系统相类 比进行设计。经验设计简便、可靠，避免了繁琐费时的计算过程，是一种实用有效的设计方法。 但有时由于缺乏相似形式的机械系统相类比，而使此法受到一定限制。 3．模型试验设计 对于一些巨大的、结构复杂的重要机械系统，由于往往难以进行可靠的理论设计，可采用模