第十九章机械系统设计综述.doc

第十九章机械系统设计综述

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;

【重点、难点】机械系统的设计程序、传动系统设计
:多媒体和演示柜教学
正文
§(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。
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
(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
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。
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。
黑箱
试件
试件拉断
力
变形
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
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、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