2.1_机械系统的功能原理设计.ppt

机械系统的功能原理设计2.1机械设计的基本原则2.2机械设计的通常过程2.3机械系统的方案设计2.4机械系统的功能剖析2.5机械系统的功能原理设计备考思索题2.1机械设计基本原则2.1.1机械设计的类型2.1.2机械设计的原则2.1.1机械设计的类型（1）开发性设计（2）适应性设计（3）变形性设计在主功能的实现原理或则结构方案保持基本不变的情况下，降低或降低产品的个别功能，使产品适应特定的使用条件或则用户特殊要求所进行的设计。在全部功能或主要功能的实现原理和结构未知的情况下，运用成熟的科学技术成果所进行的新型的机械产品设计。在功能原理和结构都保持不变的情况下，变动部份零部件的技术性能和结构规格参数，扩大尺寸或补足系列，以满足更大范围功能参数须要的设计。又称变参数设计。2.1.2机械设计的基本原则（1）实用性原则：功能明晰原则（2）创造性原则：承继与创新（3）系统性原则:整体和相关（4）优化原则（5）可靠性与安全性原则（6）经济性原则（7）评价初审原则（8）及时性原则2.2机械设计的通常过程设计就是创造，是从创意、构思到实现的过程。2.2机械设计的通常过程2.2机械设计的通常过程（1）设计规划阶段（2）方案设计阶段（3）技术设计阶段（4）施工设计阶段明晰任务、需求和可行性剖析，递交可行性报告；明晰功能和设计要求，提出设计任务书。

功能原理方案设计产品的总体、结构设计完成产品制造所需的全部图样和技术文件2.3机械系统的方案设计2.3.1基本概念2.3.2方案设计程序2.3.3方案构思的常用技巧2.3.1基本概念从全局的角度，以系统的观点，所进行的有关整体方面的设计。机械系统总体设计方案及其论证评价决策是产品设计的关键，也是详尽设计时的指导性文件。2.3.2方案设计程序方案设计的三个基本活动：创造、分析和决策明晰设计思想方案设计程序剖析综合要求决定性能参数督查同类机械制定总体草图方案对比定型编撰总体设计论证书2.3.3方案构思的常用技巧（1）暗箱法：功能原理剖析法（2）列出法（3）移植法（4）筛选法借助对未知系统的外部观测，剖析该系统与环境之间的输入与输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理和内部结构。即：从功能出发设计产品。金属铣削暗箱示意图车床工作时对周围环境的影响周围环境对车床工作性能的干扰车床的总功能：将毛坯加工成所需零件。2.3.3方案构思的常用技巧（1）暗箱法：功能原理剖析法（2）列出法（3）移植法（4）筛选法列出现有功能相像的机械，剖析其优劣点，列出其不足（或不足）之处，在承继的基础上创新。

2.3.3方案构思的常用技巧（1）暗箱法：功能原理剖析法（2）列出法（3）移植法（4）筛选法受其他事物的启迪机械产品设计实例，触发灵感，运用联想将其原理合理地应用到自己的课题上。金属铣削2.3.3方案构思的常用技巧（1）暗箱法：功能原理剖析法（2）列出法（3）移植法（4）筛选法将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作及实现该运动的基本机构和组合机构尽可能按层次罗列举来，进行排列组合；按可行性、先进性、方便性、经济性等设计原则挨个剖析审查，筛选最优方案。2.4机械系统的功能剖析2.4.1机械的分类与功能组成2.4.2机械的功能剖析2.4.3典型机械功能剖析实例：家用缝纫机2.4.1机械的分类与功能组成一、机械的定义二、机械的分类三、从不同角度看机械的组成四、从功能观点看机械的组成一、机械的定义由两个或两个以上相互联系配合的预制构件所组成的联合体，通过其中个别预制构件的限定的相对运动，能将某种原动力和运动转变，在人或其它智能体的控制下，以执行人们预期的工作，实现为之设计的某种或某几种功能。二、机械的分类从不同角度出发，分类方式多种多样。按产业界定按服务领域界定按重量界定按功能界定农业机械、林业机械煤矿机械、冶金机械化工机械、造纸机械乳品机械、纺织机械工程机械、交通运输机械物料搬运机械橡胶机械、塑料机械等。

轻工机械轻型机械等（1）能量转换机械（2）生产各类产品的机械（3）从事各类服务的机械（4）家庭和个人生活中应用的机械（5）各类机械装备等。工艺类机械：对物料进行工艺性加工的机械非工艺类机械：不对物料进行工艺性加工，只是实现某种需求的功能三、从不同角度看机械的组成从机构学的角度从结构学的角度从专业的角度从功能的角度机械由各类基本机构组合而成机械由一系列基本预制构件组装而成常以主要部件来看机械的组成以功能的观点来观察和认识机械四、从功能观点看机械的组成机器的总功能由多个分功能组成，而每位分功能都有相应的功能载体。机床的功能原理图1-型腔2-丝锥借助刀具对旋转型腔进行铣削型腔旋转刀具进给2.4.2机械的功能剖析一、机械的功能和系统功能剖析二、功能分解和功能单元三、功能树和功能结布光2.4.2机械的功能剖析一、机械的功能和系统功能剖析1.功能：对于某一机械产品工作能力的具象化描述。它和人们常用的“功用”、“用途”、“性能”、“能力”等概念既有联系又有区别。是一个机器（或装置）所具有的应用特点。系统工程学用“黑箱”来描述功能，如右图。“功能”是一个技术系统在以实现某种任务为目标时，其输入量和输出量之间互相转换的关系。

例：硬币计数包卷机2.系统功能剖析：对总功能进行分解。二、功能分解和功能单元功能分解复杂的技术系统的总功能可分解成较为简单的、具有一定的独立性、可直接求解的功能单元。二、功能分解和功能单元功能的基本单位。包括：数学功能元、逻辑功能元、数学功能元。材料拉伸试验机的功能分解功能单元硬币计数包卷机的七个功能单元卷边功能单元例：硬币机的功能分解三、功能树和功能结布光用树形功能图来描述其功能分解情况。材料拉伸试验机的功能分解功能结布光上述功能分解方法不能充分抒发各分功能之间的互相配合关系。拿来表示各分功能之间关系的框图，叫“功能结构”图。它比功能分解图更好地反映了各分功能之间的联系和配合。由总功能—分功能—功能结布光，被称为“功能剖析”，也可称为“系统剖析”。三、功能树和功能结布光硬币机功能结构剖析硬币机“功能结构”图三、功能树和功能结布光基本功能结构各分功能（或功能元）组合时有三种基本方式（a）串联：各分功能按次序陆续作用；（b）并联：各分功能并列作用；（c）回路：各分功能组成环状循环回路，彰显反馈作用。三、功能树和功能结布光基本功能结构两种功能结构的对比2.4.3典型机械功能剖析实例：家用缝纫机手工线迹与家用缝纫机线迹对比缝纫机线迹（1）用针尖引线取代针尾引线；（2）采用双线联锁交织以取代线的反复穿刺；一、家用缝纫机的总功能将线按一定规律缝于缝料上二、家用缝纫机的功能剖析主要功能1）引面线造环功能由机针特殊结构实现。

缝纫机针的形状1-针尖4-平面5-引入槽6-引出孔7-针眼线环产生过程主要功能2）钩面线扩环，使底面线交织的功能靠一个在线环中摆进摆出的摆梭组件来实现。摆梭钩线扩环，完成底面线交织的工艺过程2-底线3-面线主要功能3）供给和收回面线的功能靠挑线杆（工作头）带着面线上下摆动来实现。挑线机构曲轴式二、家用缝纫机的功能剖析主要功能4）输送缝料的功能靠送布牙挤压推送面料来实现。送布牙送料时的工作情况1-压脚送布牙运动轨迹二、家用缝纫机的功能剖析辅助功能1）调节面线和底线的减振功能面线和底线的交织状况正确二、家用缝纫机的功能剖析辅助功能1）调节面线和底线的减振功能靠旋动夹面线螺丝来实现调节面线松紧。靠拧动压紧底线的螺纹来实现调节底线松紧。面线和底线的张力调节面线调紧，底线调松二、家用缝纫机的功能剖析辅助功能2）调节压脚压紧力的功能靠调节压脚压力的螺纹来实现。不同缝料调压螺纹旋入的情况二、家用缝纫机的功能剖析辅助功能3）调节送布针距的功能由送布牙送料距离钮决定。调节送布针踞二、家用缝纫机的功能剖析辅助功能4）绕底线功能把梭心装到绕线轴上，由高速转动的手轮使上磨擦轮推动绕线轴旋转，而是梭心缠绕底线。

绕底线4-上磨擦轮5-手轮6-过线架7-轴线二、家用缝纫机的功能剖析控制功能1）机械控制功能由传动机构的巧妙配合进行控制。传动机构的时序分配主要由曲轴和曲轴机构的工作相位配合来实现。2）人机控制功能缝纫信息传入操作者的感官，再用手作为执行器来控制缝料运动，完成缝纫要求。人机控制功能通过人机插口实现。包括：缝合工作区、手轮、机针前方布面、脚踏板等。3）电子控制功能现代缝纫机可用微机进行程序控制。2.5机械系统的功能原理设计2.5.1功能原理设计的概念和特征2.5.2功能原理设计的内容与步骤2.5.3设计任务的功能目标2.5.4找寻作用原理2.5.5形态学矩阵2.5.6功能原理设计实例2.5.1功能原理设计的概念和特征功能原理设计的基本概念针对产品的主要功能提出一些原理性的构思。这些针对主要功能的原理性设计，可以简称为“功能原理设计”。功能原理设计的重点在于提出创新构思，使思维尽量“发散”，力求提出较多的解法供比较选优。对预制构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有成熟的考虑，因而常只需用简图或示意来表示所构思的内容。如船用抽水机功能原理设计。

船用抽水机功能原理设想借助舱室摆动推动活塞往复运动借助船的起伏通过杠杆使活塞运动借助退潮的水位落差，使水排出2.5.1功能原理设计的概念和特征2.功能原理设计的工作特性（1）功能原理设计常常是用一种新的化学效应来取代旧的化学效应，使机器的工作原理发生根本的变化的设计。（2）功能原理设计中常常要引入某种新技术(新材料、新工艺、…)，但首先要求设计人员有一种新看法(NewIdea)、新构思。（3）功能原理设计使机器品质发生质的变化。机械表不论在技术上怎么改进，其走时的精确性仍然不可能和石英电子表相抗衡。其实，在实践中，每一个功能原理设计不一定都能彰显上述三个特征，而能彰显这三个特征的，则应当是高品味的功能原理设计。2.5.2功能原理设计的内容与步骤内容：构思能实现功能目标的新的解法原理步骤与技巧：2.5.3设计任务的功能目标设计的根据，鉴别初验的标准设计的量化指标、约束条件2.5.4找寻作用原理提出创新构思，使思维“发散”，力求提出较多的解法供比较选择。任何一种机械的更新换代都存在三个途径。1.变革工作原理；奥克斯同心洗洗衣机2.改进工艺、结构和材料增强技术性能：如液晶材料、石英材料的实用化，使得挂钟的工作原理发生了本质的变化。

冰柜(造型设计、纳米材料)；3.强化辅助功能使其更适应使用者的心理；2004年3月29日今报新闻2.5.4找寻作用原理实现同样的功能可以有不同的化学效应；同样的数学效应有不同的实现方法已知一个机械产品作用原理机械产品设计实例，也可以构思出不同的产品。功能原理设计的任务：针对某一确定的“功能目标”，寻求一些“物理效应”并利用个别“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。