机械系统设计 (6)
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. 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. 了解机械系统设计中常用的设计工具和软件，并能运用它们进行简单的机械结构设计；3. 掌握机械系统的运动分析、力学分析和强度计算，能够对机械系统进行性能评估和优化。
技能目标：1. 能够运用所学的理论知识，进行实际机械系统的设计和计算；2. 培养学生的创新设计能力，能够独立思考并解决机械系统设计中的问题；3. 提高学生的团队协作能力，学会在团队中有效沟通、分工与协作，完成复杂的机械系统设计任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械系统设计的兴趣和热情，激发他们的探索精神和创造力；2. 培养学生的工程意识，使他们认识到机械系统设计在工程领域的重要性和实际应用价值；3. 培养学生的责任感和职业道德，让他们明白作为一名机械设计师应承担的社会责任。
本课程针对高年级学生，具有较强的理论性和实践性。
在教学过程中，要注意引导学生将理论知识与实际应用相结合，培养他们解决实际问题的能力。
课程目标的设定旨在使学生能够全面掌握机械系统设计的基本知识和技能，同时培养他们的创新意识和团队协作能力，为将来的职业发展打下坚实基础。
通过对课程目标的分解和教学评估，教师可以更好地指导学生学习，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 引言：机械系统设计的基本概念、原理及其在工程中的应用。
- 教材章节：第一章 机械系统设计概述2. 机械系统设计的基础理论- 教材章节：第二章 力学基础、第三章 材料力学基础、第四章 机械原理- 内容：力学原理、材料力学性能、常用机械传动方式、机构设计原理等。
3. 机械系统设计的方法与工具- 教材章节：第五章 设计方法、第六章 设计工具与软件- 内容：设计流程、设计规范、常用设计工具、CAD软件应用等。
4. 机械系统的运动分析与力学计算- 教材章节：第七章 运动分析、第八章 力学计算- 内容：运动方程建立、动力学分析、强度计算、刚度计算等。
机械系统设计-详解
机械系统设计-详解机械系统设计(Mechanical System Design，MSD)目录• 1 什么是机械系统设计[1]• 2 机械系统设计的类型[2]• 3 机械系统设计的特点[3]• 4 机械系统设计的任务[3]• 5 机械系统设计的约束[4]• 6 机械系统设计思想[2]•7 机械系统设计的系统法[2]•8 机械系统设计的步骤[4]•9 相关条目•10 参考文献什么是机械系统设计[1]机械系统设计是对机械系统进行构思、计划并把设想变为现实的技术实践活动。
机械系统设计的类型[2]虽然机械系统种类繁多，结构千变万化，但从设计角度来看一般可分为开发设计、变异设计和反求设计。
1．开发设计针对新任务，提出新方案，完成产品规划、概念设计、构形设计的全过程。
2．变异设计在已有产品的基础上，针对原有缺点或新的工作要求，从工作原理、功能结构、执行机构类型和尺寸等方面进行一定的变异，设计出新产品以适应市场需要，增强市场竞争力。
这种设计也可包括在基本型产品的基础上，工作原理保持不变，开发出不同参数、不同尺寸或不同功能和性能的变型系列产品。
如空调机系统产品，有不同功率的空调机系列、不同性能(变频、净化等)空调机系列等都属于变异设计。
3．反求设计针对已有的先进产品或设计，进行深入分析研究，探索掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型、但能避开其专利的新产品。
机械系统设计的特点[3]机械系统设计必须考虑整个系统的运行，而不是只关心各组成都分的工作状态和性能。
传统的设计方法注重内部系统的设计，且以改善零部件的特性为重点，至于各零部件之间、外部环境与内部系统之间的相互作用和影响考虑较少。
零部件的设计固然应该给予足够的重视，但全部用最好的零部件未必能组成好的系统，其技术和经济性未必能实现良好的统一。
应该在保证系统整体工作状态和性能最好的前提下，确定各零部件的基本要求及它们之间的协调和统一。
同时，应在调查研究的基础上搞清外部环境对该机械系统的作用和影响，如市场的要求(包括功能、价格、销售量、尺寸、质量、工期、外观等)和约束条件(包括资金、材料、设备、技术、人员培训、信息、使用环境、后勤供应、检修、售后服务、基础和地基、法律和政策等)。
机械系统设计全解
机械系统设计第一章一、系统：指具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。
二、系统的一些特性：整体性、相关性、目的性、环境适应性三、机械系统的组成：动力系统、执行系统、传动系统、操作系统和控制系统四、机械设计的一般过程包括：计划、外部系统设计、内部系统设计、制造销售五、系统分解（了解）P17第一章一、方案设计的工作内容：研究给定的设计任务、构思实现功能的原理和方法、选择工艺原理、确定技术过程、引进技术系统、分析结构布局、拟定设计方案并进行设计方案评价、确定能实现预定设计目标的最佳方案—里始一・・、,B . *相：指仅知输入量和输出量而不知其内部结构的表述设计任务的一种模式。
黑箱明确表示了设计任务的基本功能要求和主要约束条件三、工艺原理：指各种物理效应（包括物理学、化学、生物学等自然科学中的定理、定律、原理及效应）的具体应用。
四、系统的功能结构：P22五、方案评价的目的：是通过对可行的候选方案进行技术、经济、外部环境等方面的评定，提出方案的评价意见，为决策者最后确定设计方案提供信息和依据。
六、方案的评价原则：客观性原则、可比性原则、合理性原则、整体性原则七、总体设计的主要内容：总体布置设计、确定总体主要参数、绘制总体设计图样、编写总体设计报告书计技术说明书等八、总体设计的基本要求：（1）保证工艺过程的连续和流畅（2）降低质心高度、减小偏置（3）保证精度、刚体，提高抗振性及热稳定性（4）充分考虑产品系列化和发展（5）结构紧凑，层次分明（6）操作、维修、调整方便（7）外形美观九、传动系统的布置（1）简化传动链：在保证运动要求的前提下，传动链愈简短，零件数就愈少，材料的消耗和制造费用就愈低，同时也有利于提高传动效率、可靠性和精度。
（2）合理安排传动机构顺序:若以传递动力，应优先考虑蜗杆传动布置在高速级的方案；若以传递运动为主，尤其是传动精度要求较高时，应考虑蜗杆传动布置在低俗级的方案。
（3）注意传动系统润滑和密封的便利性和可靠性第二章一、载荷的分类：静载荷和动载荷二、静载荷：指大小、方向和位置都不变的载荷三、动载荷：指大小、方向和位置都改变的载荷四、载荷历程：工程上常把载荷随时间的变化称为载荷的一一时间历程，简称载荷历程五、载荷的处理方法：对静载荷：可用静强度判据来设计计算对周期载荷和非周期载荷：利用疲劳强度理论进行设计计算六、编制载荷的方法：功率谱法和循环计数法七、常用的循环计数法：峰值计数法、穿级计数法、幅程计数法和雨流计数法八、选择电动机的一般原则：在满足使用要求的前提下，交流电动机优选于直流电动机，笼行型电动机优选与绕线型电动机，专用电动机优选与通用电动机九、决定电动机功率的因素：电动机的发热、允许的过载能力和起动能力十、电动机的负载图和发热计算（P62）十、内燃机：指燃料在汽缸内进行燃烧，直接将产生的气体所含的热能转化为机械能的装置十二、内燃机按燃料种类的分类：柴油机和汽油机第四章一、执行系统的功能：一（一）夹持：示例1抓取动作：夹持器向下运动，手指碰上工件1后，在工件对手指反力的作用下，压缩弹簧4,使手指3张开，完成抓取动作。
机械系统设计
机械系统设计中，需要把复杂的总功能分解为各 机械系统设计中， 级分功能，最后直至功能元， 级分功能，最后直至功能元，再分别对功能元进行求 最后综合成一个完整的功能原理方案。 解，最后综合成一个完整的功能原理方案。 例：家用缝纫机的功能分解
引线功能 主要功能 勾线穿环功能 挑线功能 送料功能 缝制 衣服 辅助功能 …… 功能求解
５) 实现往复移动的机构： 实现往复移动的机构：
曲柄滑块机构，正弦机构、移动导杆机构、齿轮齿条机构、螺旋机构、 曲柄滑块机构，正弦机构、移动导杆机构、齿轮齿条机构、螺旋机构、各种移动从动件凸 轮机构等都能够实现往复移动。此外， 轮机构等都能够实现往复移动。此外，通过曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构的组合或凸轮机构与摇 杆滑块机构的组合也能实现往复移动。 杆滑块机构的组合也能实现往复移动。
2、执行机构的动作在时间上协调配合
有些机械要求各执行构件在运动 时间的先后上和运动位置的安排上， 时间的先后上和运动位置的安排上，必 须准确协调地相配合。 须准确协调地相配合。
机械系统方案设计
１、直线式运动循环图
２、圆周式运动循环图
３、直角坐标式运动循环图
１）、直线式运动循环图
图中所示为干粉压片机的直线运动循环图，其横坐标表示上冲头机构中曲柄转角φ。这种运动循环图把运动循环的各运动区段的时间和顺序按比例绘制在直线坐标轴上。其特点是：它能清楚地表示整个运动循环内各执行机构的执行构件行程之间的相互顺序和时间（或转角）的关系，并且绘制比较简单，但执行构件的运动规律无法显示，因而直观性较差。
例：自动打印机
2）、确定组成执行机构运动循环的各个区段 根据打印工艺要求，打印头的运动循环由如下四段组成： ——打印头的前进运动时间 ——打印头在产品上停留的时间 ——打印头退回运动时间 ——打印头停歇时间 因此，打印头的运动循环 为： 相应的分配轴转角为：
停止
送料
停止
向下
提升
下沉
送料筛
上冲头
下冲头下沉
下冲头加压
加压
加压
２）、圆周式运动循环图
３）、直角坐标式运动循环图
3、机器运动循环图的功用
3、机器运动循环图的设计步骤与方法
在设计机器的运动循环图（工作循环图）时，通常机器应实现的功能已知，理论生产率已确定，机器的传动方式及执行机构的结构均已初步拟订好，可根据各机构运动时既不干涉、而机器完成一个产品所需要的时间又最短的原则，按以下步骤进行：
引线功能
勾线穿环功能
挑线功能
送料功能
……
……
功能求解
15-3 功能求解
2、常用运动形式与表达符号
运动形式
单向
双向
连续运动
间歇运动
极限位停歇
转动
摆动
移动
转动
机械系统设计课后答案
机械系统设计课后答案机械系统设计课后答案【篇一：机械系统设计习题(有答案版)】：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。
2、机械系统的组成：1、动力系统。
2、执行系统。
3、传动系统。
4、操纵、控制系统。
5、支承系统。
6、润滑、冷却与密封系统。
3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。
4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。
5、产品的产生过程分哪几个阶段？产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。
6、产品的设计过程分哪几个阶段？功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段第二章机械系统总体设计1、功能原理方案设计步骤设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案2、什么是“黑箱法”：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，得到相应的解决方法，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。
3、功能元、功能结构功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能单位叫做功能元。
功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。
反之，同一层次的功能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整体应能满足总功能的要求。
这种功能的分解和组合关系称为功能结构。
4、机械系统总体参数包括哪些性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。
5、七个标准公比为：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。
第三章执行系统设计1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。
机械系统设计习题集
机械系统设计（习题集）第一章绪论1．机械工程学科研究的内容包括几大分学科？各分学科之间的相互关系又怎样？2．系统的概念及系统的特点。
3．什么是机械系统？机械系统由几大部分组成？机械系统在产品中的地位作用？4．简述产品产生过程及设计的一般过程。
5．什么是机械系统的现代设计方法？此方法与传动设计阶段的设计方法有何联系与区别？第二章机械系统总体设计1．产品的功能是如何划分呢？在设计产品时，如何合理确定产品的各种功能？2．为什么在产品功能原理方案是1阶段常采用的“黑箱法”？“黑箱法”的设计思路及特点是怎样的？3．简述功能原理方案设计的步骤。
4．什么是功能源、功能结构？5．简述结构总体设计原则、基本原理及设计步骤？6．当采用有级变速传动时，为什么通常采用等比数列？7．制定公比φ的标准值的原则有几条？列出常用标准公比值。
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。
试对两种设计方案作出评价。
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．试用计算法求下列参数：1)已知：R n=10，Z=11，求φ；2)已知：R n=355，φ=1.41，求Z；3)已知：φ=1.06，Z=24，求R n；第三章执行系统设计1．执行系统由几大部分组成？简述其分类及可实现的功能？2．一般执行轴由几大部分组成？执行轴的基本要求有哪几项？如果达不到设计要求，将有什么影响？3．影响执行轴组件的静刚度有哪些因素?从哪些方面来提高执行轴组件的静刚度？4．在什么情况下执行轴组件采用三支承较为合理？前、后支承中的滚动轴承的制造误差对主轴组件的旋转精度有何影响？为什么执行轴前轴承的精度比后轴承的高？5．简述如何在不提高轴承的精度等级情况下，用“选配法”和对执行轴前、后轴承的合理安装来提高执行轴的旋转精度。
机械系统设计
机械系统设计报告---操纵系统设计第一节操作系统的功能和要求一、操纵系统概述什么操作系统?是指把人和机械联系起来，使机械按照人的指令工作的机构和元件所构成的整体。
二、操纵系统的功能实现信号转换，把操作者施加于机械的信号经转换，传递到执行系统，实现机械的启动、停止制动、换向、变速和变力等目的。
三、操纵系统的要求操纵系统虽然不直接参与机械做工，对机械的精度、强度、刚度、寿命没有直接影响，但是，机械工作性能的好坏、功能是否充分发挥以及操作者劳动强度等，都与操纵系统有直接关系。
因此，不能忽视对操纵系统的设计。
必须满足以下原则：（１）操纵轻便省力（２）操纵行程适当（３）操纵灵活（４）操纵件定位可靠（５）操纵灵敏、效率高（６）操纵系统的反馈准确迅速（７）操纵系统应有可调性（８）操纵方便和舒适（９）操纵安全可靠第二节操纵系统的组成和分类一、操纵系统的组成（１）操纵件（２）传动件（３）执行件二、操纵系统的分类（１）按操纵力的来源分类：人力操纵系统、电动操纵系统、液压操纵系统、气压操纵系统、混合操纵系统（２）按操纵系统的传动方式分类：机械式操纵系统、混合式操作系统（３）按一个操纵件控制的执行件数分类：单独操纵系统、集中操作系统（４）按操作操纵件的人体器官分类：手操纵系统、脚操作系统（５）其他操纵方式形成的操纵系统：远距离（遥控）操纵系统，借助无线电波、光波、声波等物理效应实现操纵功能第三节操纵系统设计操纵系统实际内容主要包括确定主要参数、原理方案设计、结构设计等。
一、操纵系统主要参数的确定F１、操纵力c操作者施加给机器操纵件定位最大作用力，取决于执行件的工作阻力和操纵系统的传动比。
c z c i F F η=（N ）式中：z F ——工作阻力η——传动效率，一般取8.0~7.0=η；c i ——传动比。
２、操纵行程cS 执行件从初始位置移动到完成操纵任务时的位置，操作系统所具有的位移量。
zc c S i S ⋅=式中：z S ——执行件的行程。
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3.1 执行系统的组成、功能及分类
有时，一个机构可以既是传动系统又是执行系统，如连 杆机构的应用。
图 3.1 卧式车床主轴组件
如图卧式车床的主轴通过顶尖或夹盘（图中未画出）带动被加工的 工件旋转时，顶尖或夹盘就是末端执行件，而主轴组件则为执行机构。
3.1 执行系统的组成、功能及分类
二、执行系统的功能
3.1 执行系统的组成、功能及分类
三、执行系统的分类
按执行系统对运动和动力的不同要求可分为： P66表3.1
动作型
动力型
执行系统的主要运动参
动作——动力型
数：
按执行系统所完成的任务可分为：
P66表3.2
单一型
执行系统的常用机构性
相互独立型
能特点：
相互联系型
P66表3.3
按执行末端件的运动形式可分为： 回转运动
保证，80％则取Q决-为于扭有转关角的其它零件的 精度。
直线运动
上节回顾
执行系统通常都是由执行末端件和执行机构组成。 执行系统的功能主要是进行运动转换和力的传递， 此外还可实现控制、开关、联锁和检测等的功能。 执行系统的主要运动参数： (表3.2) 常用机构的性能特点及它们可实现的运动变换 （表3.3） 。 执行末端件运动无外乎是回转运动、直线运动或 两种运动的组合。其中，回转运动-执行轴机构实 现；直线运动-导轨来完成。
1.实现运动形式或运动规 律变换的功能
（1）实现预期固定轨迹或简 单可调的轨迹功能； （联动 凸轮） （2）匀速运动（平动、转动) 与非匀速运动的变换；（牛头 刨床） （3）连续运动与间歇式的转 动或摆动的变换。
牛头刨床有两个执行末端件——刨刀和工作台。带动刨刀走直线往复运动的执行 机构是曲柄导杆机构ABCD。工作台的进给运动则由执行机构中的齿轮Z1、Z2，曲柄摇杆 机构FGHI，棘轮机构J和螺杆K带动。
1、对于有级变速传动，相邻各级转速按_______级 数排列。 2、机构总体设计步骤，一般分为哪三个阶段
3、总体参数是结构总体设计和零部件设计的依据。 主要有：______参数、______参数、______参数、 _______参数等。
第三章 执行系统设计
3.1 执行系统的组成、功能及分类 3.2 执行轴机构设计 3.3 导轨结构设计
3.1 执行系统的组成、功能及分类
2.实现开关Байду номын сангаас联锁和检测等的功能 （垫圈检测）
（1）用来实现运动的离合或开停； （2）用来换向、超载或反向止动； （3）用来实现联锁、过载保护、安全制动； （4）实现锁止、定位、夹压等； （5）实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等。
3.实现程序控制的功能 例3.4 4.实现施力功能
3.1 执行系统的组成、功能及分类
一、执行系统的组成
直接完成预期工作任务的那部分子系统是执行系统。
执行末端件
直接与工作对象接触并完成一定工作（夹持、移动、转动等）或在工作对 象上完成一定动作（切削、锻压、清洗等）的零部件。
执行机构
给执行末端件提供力和带动它实现运动，即把传动系统传递过来的运动和 动力进行必要的交换，以满足执行末端件的要求。
设计执行轴机构时主要是各组成元件的布置及设计轴本 身。
下面以机床执行轴机构——主轴组件为例进行介绍。
3.2 执行轴机构设计
如图是CA6140型普通车床的执行轴机构——主轴组件。
主轴上的传动齿轮共三个图，3其.1中右端的斜齿轮空套在主轴上。采用 斜齿轮传动可以使主轴的运动比较平稳，而且可以使斜齿轮作用在主轴 主力螺上承位得可度锥级 主轴 球 母 的 受 置 到用，式精轴1的轴来轴的，8以用法该度配主后承完向轴中种通来兰主的合轴转支组成力向间过安结轴双，采速承成。与载位气装构是列可用，是，切荷置动前，一短以两左由分削。为或顶用个圆自支边一别力主主液尖来空柱动承位个承的轴轴压或安心滚 调结置受 轴 中 空P5夹 心 装的子 整构时径 向 间 挡级阶紧 轴 卡轴 径，，向 分 的 ，精梯装 ， 盘承 向使运力 力 齿 右度轴置 后 或， 间结动和 方 轮 边的，等 端 拨用 隙构直轴 向 可 位向内辅 的 盘于 而简接向 相 以 置心孔具 锥 。承 达化传力 反 在 时推可。 孔受 到，给。 ， 主 ，力用主 为径 其成主两 从 轴 可球来轴 工向 预本轴个 而 的 以轴通前 艺力 紧较，轴 减 花 和承过端 孔。 的低使承 小 键 斜和棒的。内 目。主的后上齿一料锥主孔的主轴调支滑轮个、孔轴以。轴得整承移相P5拆为前的1到均推，连级:卸莫端前16由力共，精2种顶氏采支的后轴有使度转尖用6承锥部承三主的号速，短是度的所个轴推锥。也圆与P5 主轴左端的齿轮固定在主轴上，将运动和动力传给进给传动链。
3.2 执行轴机构设计
一、执行轴机构的组成及基本要求 二、执行轴（主轴）设计 三、执行轴组件（主轴组件）
3.2 执行轴机构设计
一、执行轴机构的组成及基本要求
1.执行轴机构的组成
执行轴机构一般主要由执行轴、安装在其上的传动件（齿轮、皮带 轮等）、密封件、轴承、轴承间隙调整及固定元件（螺母）等组成，
3.2 执行轴机构设计
2.执行轴机构设计的基本要求（5项）
（1）旋转精度 （2）静刚度 （3）抗振性 （4）温升和热变形 （5）耐磨性
主轴组件的耐磨性是指其长 期保持原始精度的能力，即精度 的保持性。
主是主简轴指轴称的主部刚旋轴件度转受和，精到传是度交动指是变机系指载械统装荷系在配时统运后，或转，能零中在平、由无 载部稳于荷地件摩、运抵擦低转抗和速而静搅转不态油动发外等的生载损条振荷耗件 动引产下的起生能，变热力主形量轴。的，安能出装力现工。 件空串主刚的温发或度生动要间静升刀K影畸和包瞬刚。T，具变角括响时度温部，度主振旋、升位称摆轴动转质使相为动组的误量主对热。件差主分轴于变的：要布部理 形弯因和件径想。曲素阻的向旋刚是尼形跳转度主。状动中K轴主和、心部轴扭位轴线件的转置向的 轴通固它许承常不的有旋、弯，易不温频转壳弯发同升曲率精体曲生精不刚应度孔变共度同远取等形振的。大K决的占。机表于=于制床（3激.F各造 对54/振0δ主主、%力-；要轴装7的0件轴配%δ频）如承和-率为主所调，位轴允整使移、精 度。其扭中转，刚2度0％K的T =精T度*L由/Q轴；承的精度来