《机械系统设计》电子教案
《机械系统设计》教学大纲(1)
《机械系统设计》教学大纲1 课程的基本描述课程名称：机械系统设计Mechanical system design课程编号：0101D11课程性质：专业平台课适用专业：机械设计制造及其自动化A教材选用：侯珍秀. 机械系统设计. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001总学时：40学时理论学时：34学时实验学时：6学时课程设计：有学分：2学分开课学期：第六学期前导课程：现代工程制图、工程力学、金属工艺学、电工学、机械精度设计及检测基础、机械原理、机械设计等后续课程：数字化网络协同设计技术、现代设计方法、机电产品设计技术等2 教学定位2.1 能力培养目标本课程主要培养学生以下四个方面的能力：1、认知和理解需求的能力能够正确获取和理解机械系统的整体概念及各功能部分的有机组合，掌握机械系统组成、基本要求、工作原理、设计方法和理论计算的能力。
2、机械系统的分析和评价能力能够综合运用机械设计和制造领域的基本概念、设计要求、原理和方法对机械系统的整体进行分析和评价。
3、机械系统的设计和计算能力能够综合运用机械设计和制造领域的相关知识，初步具备开发设计性能良好、且具有市场竞争力的机电产品的能力。
4、团队协作和项目管理能力了解机电产品项目开发的过程、组织、计划和管理等，培养学生具备个人工作与团队协作的能力。
2.2 课程的主要特点该课程是机械设计制造及其自动化专业的重要专业平台课。
它综合前导课程的有关科学技术知识，从系统的观点出发，介绍了机械系统的功能原理和总体设计方法，各子功能部分的组成、基本要求、工作原理、设计方法和理论计算等，结合课程设计等实践教学环节，使学生们掌握机电产品分析、设计和计算的基本技能。
2.3 教学定位机械系统设计课程教学的任务，在于使学生们学会机械系统的基本分析方法，掌握机械产品的基本设计技能。
通过学习使学生牢固地树立起机械系统的整体概念及各功能部分的有机组合；掌握机械系统的基本设计方法和设计技巧。
机械系统课程设计
机械系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械系统的基本组成和功能，理解各部件之间的相互关系；2. 培养学生运用物理知识分析机械系统运动规律的能力，如力的作用、能量转换等；3. 引导学生了解机械系统在实际工程中的应用，如自动化、机器人等领域。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械系统设计的技能；2. 提高学生运用数学和物理知识解决实际机械系统问题的能力；3. 培养学生团队协作、沟通表达及创新设计的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械系统设计和制造的浓厚兴趣，激发其探索精神；2. 培养学生严谨、认真、负责的学习态度，养成良好的工程素养；3. 引导学生关注机械系统设计与环保、节能等方面的关系，培养其社会责任感。
本课程针对高中年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
通过本课程的学习，使学生能够：1. 理解并描述机械系统的基本组成和功能；2. 运用所学知识分析并解决简单的机械系统问题；3. 通过团队协作，完成一项具有创新性的机械系统设计项目；4. 关注机械系统设计与现实生活的联系，具备一定的社会责任感。
二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，紧密结合教材，确保科学性和系统性。
主要包括以下几部分：1. 机械系统的基本组成与功能- 教材章节：第二章 机械系统的组成与分类- 内容：介绍机械系统的基本组成部分，如动力源、传动系统、执行机构等，以及各部分的功能和相互关系。
2. 机械系统运动规律分析- 教材章节：第三章 机械系统运动规律- 内容：分析机械系统中力的作用、能量转换和运动方程，运用物理知识解决实际问题。
3. 机械系统设计方法与步骤- 教材章节：第四章 机械系统设计方法- 内容：介绍机械系统设计的基本方法、步骤和原则，以及CAD软件在机械设计中的应用。
4. 机械系统设计实践- 教材章节：第五章 机械系统设计实例- 内容：通过实际案例，让学生了解机械系统设计在自动化、机器人等领域的应用，培养学生实际操作和创新能力。
机械系统设计教案
第1课(3课时)课程基本介绍：⑴与《机械设计》课程的基本区别：研究对象的基本不同，研究方法的基本区别⑵课程的训练目的和方法：因为同学们均为四年级，大家所从事的毕业设计研究方向不同，所以教学目的为尽可能对每个同学所从事的具体工作有所帮助。
训练方法包括较多的讨论课，讨论以每人的大作业为基础，要求采用书面作业结合多媒体(以PowerPoint形式)表现手段，每人分别介绍自己的作业，教师加以点评。
⑶考核的基本办法：以教学过程检查和期末考试相结合的方式：大作业4个，每个占10分，共40分，课堂点名10次，每次2分，共20分，考试占40分。
正式教学开始1.绪论教学重点：帮助同学建立系统论的观点，从《机械设计》课程的零部件设计的思路建立机械系统的设计理念，激发对机械系统设计的兴趣。
教学难点：机械系统的体系1.1机械与机械系统1.1.1系统的概念举例说明：例1：本人的硕士研究课题：一个液压回转系统的研究重点说明：从机械零件的最佳设计角度能实现的效果与从系统的角度能完成的效果比较。
引申出系统设计思想与零件设计的很大区别。
例2：自动控制技术的发展历程：从自动控制技术的发生、发展，以及从导弹、宇航一直到民用的发展历程，介绍系统化的设计思想和思路。
例3：系统论在经济学和人文科学领域的一些应用：以房地产发展为例，尝试说明系统论在经济学上的一些应用。
1.1.2机械系统的基本组成子系统：动力系统、传动系统、执行系统、操纵及控制系统举例说明：例1：汽车例2：《机械设计》中所有人均完成的千斤顶1.2机械系统设计的任务1.2.1从系统的观点出发重点：与外部环境的相互影响，以汽车设计为例1.2.2合理确定系统功能重点：基本要求及辅助要求，以手机为例1.2.3提高可靠性重点：可靠性设计的一些基本介绍，以日本日产的压路机为例(本人参与过实测)1.2.4提高经济性重点：寿命周期的设计。
以挖掘机近年的技术发展为例，结合小松的寿命设计软件功能。
机械系统设计学课程设计
机械系统设计学课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握机械系统设计的基本原理和概念，包括机械结构、运动副、力学分析等。
2. 学生能了解并描述常见机械系统的组成部分及其功能，如齿轮系统、连杆机构和传动装置等。
3. 学生能运用所学的理论知识，分析并解释机械系统在实际应用中的工作原理和性能。
技能目标：1. 学生能够运用CAD软件进行简单的机械系统设计和绘图，具备初步的机械设计能力。
2. 学生能够运用数学和力学知识进行机械系统的运动和力学分析，提出优化方案。
3. 学生能够通过小组合作和讨论，解决机械系统设计过程中遇到的问题，提高解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对机械系统设计学科的兴趣和热情，增强对工程技术的认识和尊重。
2. 学生在学习过程中，培养团队合作意识，学会倾听、沟通和协调。
3. 学生能够认识到机械系统设计在实际生产中的重要性，理解其在社会发展中的作用，培养创新精神和责任感。
二、教学内容本课程将依据以下教学内容展开：1. 机械系统设计基本原理：介绍机械系统设计的基本概念、设计流程和设计原则，以教材第1章为基础，涵盖机械结构、运动副和力学分析等内容。
2. 常见机械系统及其组成部分：分析齿轮系统、连杆机构、传动装置等常见机械系统的结构、工作原理和应用，以教材第2章和第3章为参考。
3. 机械系统设计方法：讲解运用CAD软件进行机械系统设计和绘图的方法，结合教材第4章，使学生掌握基本的机械设计技能。
4. 机械系统运动和力学分析：运用数学和力学知识进行机械系统的运动和力学分析，以教材第5章为基础，培养学生分析和优化机械系统性能的能力。
5. 机械系统设计实例分析：通过教材第6章中的实例，让学生了解机械系统在实际应用中的设计方法和技巧。
教学进度安排如下：1. 第1周：机械系统设计基本原理2. 第2周：常见机械系统及其组成部分3. 第3周：机械系统设计方法4. 第4周：机械系统运动和力学分析5. 第5周：机械系统设计实例分析教学内容确保科学性和系统性，使学生能够循序渐进地掌握机械系统设计的知识和技能。
机械系统设计-第一章.doc
《机械系统设计》习题选集机械设计教研室第一章1．系统的概念。
2．系统的特点。
3．机械系统的特性。
4．从流的观点出发，机械系统的组成。
5．机械系统设计的特点。
6．机械系统设计的基本思想。
7．机械系统设计的一般过程。
第二章1．总体设计过程中应形成的基本技术文件。
2．设计任务的类型。
3．设计任务的来源。
4．试拟定播种、施肥机的设计任务书。
5．画出播种、施肥机的功能构成图。
6．试建立播种、施肥机的功能树。
7．形态学矩阵的概念。
8．试建立挖掘机的形态学矩阵，并根据总体方案确定的基本原则，确定几种合理的方案，并作简要说明。
9．机械系统方案评价的基本原则。
常用的评价方法。
10．在某机器设计中，有两种备选方案，为了确定选择哪个方案，组织了一个由20 位专家组成的评价小组用模糊综合评价法对两个方案进行评价。
已知：1）评价指标：产品性能（B1 ）、可靠性（B2 ）、使用方便性（B3 ）、制造成本（B4）、使用成本（B5）；每个评价指标划分为优、良、中等、较差、很差5个等级：0.9, 0.7，0.5，0.3，0.1；2）评价指标 B1、B2、B3、B4、B5 的权分别为：0.25、0.2、0.2、0.2、0.15; 3）投票结果如下表所示：11.总体布置的基本原则。
12.总体布置的基本形式。
13.试分析手扶拖拉机的总体布置方案。
14.机械系统常用技术参数及指标的类型。
第三章1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 物料流系统的基本概念。
物料流设计在机械系统设计中的重要地位。
物料流系统的组成。
简述常用存储子系统。
简述常用输送、搬运子系统。
简述六点定位规则。
夹紧装置的组成。
试结合生产实习中所见的一种物料系统，分析制造系统物料流系统的组成。
如图所示，某物料流系统设计时，要把工件从 A 工位送至B 工位，请提出你 9. 自己的设计方案。
注意：1）工件输送过程中姿态要求保持不变;E 工位第四章3． 4． 5． 6． 7．9．10．如何合理的选择伺服电机？11．什么是内燃机的有效燃油消耗率？ 12．柴油机的三类工况。
机械系统设计课程设计24
机械系统设计课程设计24一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握机械系统设计的基本原理和方法，包括力学、材料力学、机械原理等基础知识。
2. 学生能了解并运用机械系统设计中常用的设计工具和软件，如CAD、SolidWorks等，进行简单的机械结构设计与绘制。
3. 学生能掌握机械系统设计中涉及的公差配合、传动系统、连接件等方面的知识。
技能目标：1. 学生具备运用所学知识进行机械系统设计的能力，能独立完成一个简单的机械系统设计项目。
2. 学生能够运用CAD、SolidWorks等软件进行三维建模、二维工程图绘制和仿真分析。
3. 学生能够通过团队协作，进行设计方案的讨论、修改和完善。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对机械系统设计的兴趣，增强对工程技术的热爱和追求。
2. 学生能够树立正确的工程设计观念，注重实用性和创新性，具备良好的审美观。
3. 学生能够培养团队协作精神，提高沟通与交流能力，尊重他人的意见和成果。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点：学生处于高中阶段，已具备一定的物理和数学基础，对机械系统设计有一定的好奇心和探索欲。
教学要求：结合课本内容，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，引导他们通过实践探索和解决问题。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便后续教学设计和评估。
二、教学内容本章节教学内容将围绕以下三个方面进行组织：1. 理论知识学习：- 力学基础：力学基本概念、受力分析、力的合成与分解等。
- 材料力学：材料的基本性质、应力与应变、材料的强度与刚度等。
- 机械原理：机械系统的基本组成部分、运动副、机械传动系统等。
教学内容对应教材的章节：第1章力学基础、第2章材料力学、第3章机械原理。
2. 设计方法与工具：- 设计方法：设计流程、设计规范、设计创新等。
- 设计工具：CAD软件、SolidWorks软件的使用方法，包括三维建模、二维工程图绘制等。
机械系统设计课程设计
机械系统设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械系统设计的基本原理和方法，理解机械系统的组成及各部分功能。
2. 使学生了解常见机械传动、连接、支撑等部件的设计要点，并能运用到实际设计中。
3. 帮助学生掌握机械设计中的强度、刚度、稳定性等计算方法，为实际设计提供理论支持。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械零件设计和绘图的能力，提高设计效率。
2. 培养学生运用数学、力学等知识解决机械系统设计过程中遇到问题的能力。
3. 培养学生团队协作、沟通表达、分析解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计学科的兴趣，激发学生的创新意识和探究精神。
2. 培养学生严谨、细致、负责的工作态度，提高学生的工程素养。
3. 引导学生关注机械设计在工程领域的应用，认识到其在国家经济发展中的重要作用。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够独立完成一个简单的机械系统设计项目，包括图纸绘制和设计说明书撰写。
2. 学生能够在设计过程中提出创新点，解决实际问题。
3. 学生能够熟练运用CAD软件进行机械设计，掌握机械系统设计的基本流程和方法。
4. 学生在课程结束后，能够对机械设计有更深入的理解，具备一定的工程实践能力。
二、教学内容1. 机械系统设计基本原理：包括机械系统的组成、功能及设计要求，让学生对机械系统设计有一个整体的认识。
2. 机械传动设计：讲解齿轮传动、链传动、带传动等常见传动方式的设计方法和要点。
3. 机械连接设计：介绍螺纹连接、焊接、铆接等连接方式的设计原则和注意事项。
4. 机械支撑设计：分析轴承、导轨等支撑部件的设计方法和选用原则。
5. 强度、刚度、稳定性计算：教授机械零件在受力作用下的强度、刚度、稳定性计算方法。
6. CAD软件应用：培训学生运用CAD软件进行机械设计，提高设计效率。
7. 机械系统设计实例分析：通过分析典型机械系统设计案例，使学生更好地理解并掌握设计方法。
机械系统设计课程设计
机械系统设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握机械系统设计的基本原理和方法；2. 学生能够运用所学的机械原理，分析并解决实际问题；3. 学生能够掌握机械系统设计的相关技术参数和性能指标；4. 学生了解机械系统设计在工程实际中的应用和发展趋势。
技能目标：1. 学生能够运用CAD软件进行简单的机械零件设计和绘图；2. 学生能够运用相关工具和仪器进行机械系统的测量和调试；3. 学生具备一定的团队协作和沟通能力，能够参与机械系统设计的项目实践；4. 学生能够撰写完整的机械系统设计报告，并进行展示和交流。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对机械系统设计的兴趣，提高学习热情和积极性；2. 学生树立正确的工程观念，认识到机械系统设计在国家和经济发展中的重要性；3. 学生养成严谨、细致、负责的工作态度，培养良好的职业素养；4. 学生在团队协作中学会相互尊重、沟通与协作，形成积极向上的人际关系。
课程性质：本课程为机械工程及相关专业的高年级专业课程，旨在培养学生的实际操作能力和工程设计能力。
学生特点：学生具备一定的机械基础知识，具有较强的学习能力和动手能力，但缺乏实际工程经验和团队协作能力。
教学要求：结合课本内容，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和工程设计能力。
通过项目实践，培养学生的团队协作和沟通能力，使学生在实践中不断提高自身综合素质。
同时，注重培养学生的创新意识和工程伦理观念，为未来的职业生涯打下坚实基础。
二、教学内容1. 机械系统设计基本原理：包括机械系统的组成、功能、分类及设计要求；机械原理在系统设计中的应用；设计过程中需考虑的技术、经济、安全、环保等因素。
教材章节：第1章 机械系统设计概述2. 机械零件设计：重点讲解传动系统、联接件、轴承、弹簧等常见机械零件的设计方法和计算；介绍CAD软件在机械零件设计中的应用。
教材章节：第2章-第4章 机械零件设计3. 机械系统设计方法：介绍系统设计的一般步骤、方法及注意事项；分析机械系统设计中可能遇到的问题及其解决方法。
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第一章绪论重点：机械，机械系统的相关概念及学科中的位置。
难点：学习机械系统设计课程的重要性。
讲授提示与方法：回顾机械工程的发展历程，注重机械系统的整体性，提高学生对机械系统设计的认知程度。
1.1机械系统设计在机械工程科学中的地位及作用一、机械工程科学1.机械工程科学的定义：机械工程科学是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论与技术的科学。
2.机械工程科学的组成：P1图1.1（1）机械学：机械设计过程（核心部分）；（2）机械制造：机械制造过程（基础部分）。
3.机械学所包含的内容：P3图1.5二、机械、机械系统、系统1.机械：关于机械的定义，目前尚无严格的定论，一般可归纳为：（1）须由两个以上的零、部件组成；（2）这些零、部件的运动部件，应按设计要求作确定的运动；（3）将外来的能源转变为有用的机械功。
【举例】机械产品：汽车、拖拉机、机床、钟表……2.系统：是指具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体。
即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
3.机械系统：由若干个零、部件及装置组成的，彼此间有机联系，并能完成特定功能的系统，称之为机械系统。
4.系统应具有下述特性：（1）目的性：完成特定的功能（2）相关性与整体性：1）相关性：各构成要素之间是相互联系的2）整体性：评价一个系统的好与坏要看该系统的整体功能（3）环境的适应性：系统对外部环境变化和干扰有良好适应性三、机械系统的组成：P4图1.61.动力系统：为系统提供能源（动力源）2.执行系统：是系统的执行输出部分3.传动系统：把运动和动力由动源传递给执行系统的中间环节4.操纵、控制系统：使前三者协调动作和运行5.支承系统：支承和联系各机件6.润滑、冷却与密封系统：四、机械系统的地位与作用几乎任何产品都离不开机械系统，它涉及到社会的各领域。
1.2机械系统设计的任务、基本原则及要求一、机械系统设计的任务及设计类型：1.机械系统设计的任务：是开发新的产品和改造老产品。
最终目的是为市场提供优质高效、价廉物美的机械产品，以取得较好的经济效益。
2.设计类型：（1）全创新设计（2）适应性设计（3）变异性设计二、机械系统设计的基本原则及要求1.设计的基本原则和法规：（1）需求原则（2）信息原则（3）系统原则（4）优化、效益原则2.设计要求：（1）功能要求（2）适应性要求（3）可靠性要求（4）生产能力要求（5）使用经济性要求（6）成本要求三、产品设计、产生过程P10图1.12产品策化产品设计产品生产产品销售产品运转产品报废回收1.3机械系统设计方法及机械设计学发展简介一、机械系统的设计方法1.传统设计方法静态的半理论半经验的设计方法2.现代设计方法是一种广义的设计和分析科学方法学的简称，其实质是科学方法论在设计中的应用。
（1）现代设计方法的特征1）时域特征2）哲理特征3）质量特征4）目标与手段特征（2）现代设计方法的主要内容信息方法、系统论方法、控制论方法、优化方法、对应论方法、智能论方法、寿命论方法、离散论方法、模糊论方法、突变论方法、艺术论方法等。
3.现代设计方法与传统设计方法的比较二、机械设计发展简史1.直觉设计阶段2.经验类比设计阶段3.传统设计阶段（定性设计阶段）4.现代设计阶段（计算机辅助设计阶段）P14图1.13三、发展方向及前沿技术1.计算机辅助设计2.并行工程设计3.虚拟设计4.动态设计5.快速设计6.设计自动化技术7.工业设计[作业题与思考题]1.什么是机械工程科学？它由那几个部分组成？2.机械的基本特征有哪些？3.什么叫机械系统？它有哪些主要组成部分？4.什么是系统？它有哪些特征？5.机械系统有哪些种设计类型？6.机械系统设计有哪些基本设计原则和法规？7.机械系统设计应满足哪些设计要求？8.机械系统设计中传统设计方法与现代设计方法有哪些区别？9.机械设计可以分为哪几个发展阶段？第二章机械系统总体设计重点：功能原理设计的基本概念，主要设计参数及其确定方法。
难点：各主要设计参数的特点及所适用场合。
讲授提示与方法：强调总体设计在机电产品开发应用中的重要性，强化机械系统的设计方法和步骤；充分利用多媒体课件，多以实例说明解释各概念和各项设计参数。
总体设计是产品设计的关键，对产品的技术性能，经济指标，外观造型等具有决定性意义。
内容包括：功能原理设计、总体布局、主要技术参数、技术经济分析。
2.1机械系统的功能原理设计一、功能的定义及其分类1.功能：是系统必须实现的任务，或者说是系统具有转化能量、运动或其它物理量的特性。
或称：指输入、输出量之间的因果关系。
2.功能的分类：基本功能必要功能功能附加功能非必要功能二、功能原理设计及其特点1.功能原理设计：是针对所设计产品的主要功能提出一些原理性的构思。
【例2.1】剪草机P17图2.1【例2.2】平板玻璃制造P17图2.22.功能原理方案设计的任务：针对某一确定的功能要求，去寻求一些物理效应并借助某些作用原理来求得一些实现该目标的解法原理。
3.主要工作内容：构思能实现功能目标的新的解法原理。
尽可能多地提出创新构思。
比较后择优。
4.工作步骤：P18图2.3分析综合评价决策5.功能原理设计具有如下特点：（1）功能原理设计是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使所设计系统的工作原理发生根本变化。
（2）功能原理设计中往往要引入某种新技术、新材料、新工艺……，但首先要求设计人员有一种新想法、新构思。
（3）功能原理设计的系统发生质的变化。
三、功能原理设计的设计方法－－“黑箱法”“黑箱法”是根据系统的输入、输出关系来研究实现系统功能目标的一种方法，即根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入－输出之间的转换，得到相应的解决办法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
1.“黑箱法”原理：P19图2.6用“黑箱法”与输入量、输出量及周围环境的信息联系。
了解系统（产品）的功能、特性，进一步探索系统的机理与功能。
2.注意的问题：（1）突出必要功能和基本功能。
（摒弃附加功能和非必要功能）。
（2）输入、输出量的内容：1）物料流：材料、毛坯、半成品、成品、液体、气体等。
2）能量流：电能、光能、机械能、热能等。
3）信息流：数据、测量值、控制信号、波形等。
（3）摆脱具体的设计对象。
（按系统功能和三大流的描述来简化问题）【例图】自行车功能原理系统图P18图2.4【例图】车床“黑箱”示意图P19图2.5四、功能元、功能结构1.功能元：只能直接从技术效应（物理效应、数学效应等）及逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位。
总功能分功能……基本功能单元（功能元）（1）物理功能元：输入、输出量（能量、物料、信号流）的基本物理动作。
P20表2.1（2）数学功能元：机械传动中的数学关系。
P21表2.2（3）逻辑功能元：主要用信息和控制系统中。
P21表2.32.功能结构：P22图2.7功能的分解和组合关系称为功能结构。
（1）功能结构示意图：（2）以功能元为基础，组合成功能结构的方式有三种基本类型：串联结构、并联结构和循环结构（又称环状结构）。
P22图2.8（3）功能结构图的绘制步骤：P23图2.10注意问题：需逐渐完善系统功能结构，不是一次完成，要随设计不断修改。
【例2.3】材料拉伸试验机的功能结构图P23图2.9五、功能元（分功能）求解功能元是功能结构图中最基本的单位，每个功能元都要找出相应的技术、物理效应来实现。
功能元的求解方法：1. 参考有关资料、专刊或产品求解法（利用所学知识类比）；2. 利用各种创造性方法以开阔思想去探讨求解法（新构思）；3. 利用设计目录求解法（把各种机构综合成表）P24~25图2.11、12、13【例2.4】设计手动订书打孔机设计要求：手柄旋转、打孔针直线往复运动、杆件数目为4个、省力。
求解步骤：第一步：确定总功能 第二步：总功能分解第三步：查目录求解 P25图2.13 第四步：增力机构 P25图2.12第五步：绘制原理方案图 P26图2.14 六、系统（产品）原理方案的综合各功能元的局部解合理地组合，就可以得到一个系统的多个原理解。
组合的方法可以用形态矩阵法（模幅箱法——利用形态方法建立）。
1. 形态矩阵法（模幅箱法）：把每个（系统的）功能元和所对应的各解分别作为纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取一个对应解进行组合，以构成系统解的方法。
【例2.5】试设计露天矿开采挖掘机的原理方案求解步骤：第一步：总功能转换关系——“黑箱法” P26图2.15 第二步：总功能分解（1） 分解依据 P27图2.16 （2） 总功能分解 P27图2.17 第三步：建立功能结构图 P28图2.18（1） 输入、输出关系 （2） 建立一级功能结构图 （3） 建立二级功能结构图第四步：寻找原理解和原理解组合 P28表2.4组合方案数=4344213233⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=10368方案1为履带式正铲机械挖掘机(A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1) 方案2为轮胎式正铲液压挖掘机(A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2)根据设计对功率的要求可知，在能量传递与分配过程中，采用链传动和皮带传动是不相容的，应去掉。
故组合方案数=434213233⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=5184。
在众多的方案中，进行定性筛选，然后进行详细评价，最后决策最佳方案。
2. 相容性：两种功能或结构比较后的可行性分析结果。
（1） 相容性矩阵 P29表2.5 （2） 选择表 P30表2.6、2.7七、功能原理设计举例【例2.6】瓶盖整列装置的原理方案设计设计要求：把一堆不规则放置的瓶盖整列成口朝上的位置逐个输出。
瓶盖的形状和尺寸见图2.19。
瓶盖质量为m=10g；整列速度100个/分钟；能量为220V交流和高压气（压力0.6Mpa）；其余功能要求见表2.8。
求解步骤：第一步：明确任务要求第二步：功能分析（1）总功能P32图一（2）总功能分解 P32图二第三步：功能元求解P32表2.9第四步：功能元组合P33图2.20解的方案数：N=8×6×6×3×7=6048种第五步：评价与决策P33表2.102.2结构总体设计一、结构总体设计的任务和原则1.结构总体设计的任务及重要性（1）结构总体设计的任务：是将原理方案设计结构化，即绘制结构总图。
（2）结构总体设计的重要性：满足功能要求，保证产品质量和可靠性，降低产品成本等。
工作包括两个方面，即“质”的设计和“量”的设计。
所谓“质”的设计是指“定形”设计，有系统的定形和零部件的定形。