机械设计学第三章机械产品的功能原理设计
机械产品的功能原理设计

通过调查分析,明确以下几点功能目标 功能目标: 功能目标 1、 装设导向系统——费用低; 2、 允许扩充和调整设备,变动运输路线; 3、 运行灵活(环境拥挤) 针对上述功能目标,提出了一些原理性设想→解法原理:
1、 惯性导航技术,预置程序 预设参考点→ 理论轨迹 轨迹修正
第四节 两种动作功能及其对应的求解思路
一、简单动作功能 二、复杂动作功能
第五节 工艺功能设计及其对应的求解思路
一、工艺类机器 二、工艺功能设计的任务 三、工艺功能设计的特点 四、工艺功能设计的方法 构建物-场模型一般遵循以下四个步骤 五、构建物 场模型一般遵循以下四个步骤
第六节 关键技术功能和综合技术功能及其对应的求解思路
第五节 工艺功能设计及其对应的求解思路
一、工艺类机器:对被加工对象(某种物料)实施某种加工工艺的装置。由工作头完成对工作对 工艺类机器:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ象的加工处理。简单来理解,就是指加工设备。
二、工艺功能设计的任务 三、工艺功能设计的特点 四、工艺功能设计的方法
1、采用哪种工艺方法; 2、工作头采用什么形状和动作。
第三章 机械产品的功能原理设计
功能原理设计:针对主要功能的原理性设计 功能原理设计 重点在于提出创新构思
创新 ,获得较多解法供比较选优。 有市场竞争潜力
改革工作原理 机器更新换代的三个途径 改进工艺、结构、材料以提高技术性能 加强辅助功能
其中改革工作原理是最难的,一般需要有些新技术突破才行 机械表 (机械钟最早的机械钟是何人、何时在何地制造的已无从考证了。有记录的最古老的机械钟十三世纪出 现在欧洲的修道院之中。当时的机械钟不能显示时间,靠看钟人每小时敲钟来报时。1335年公共时钟 的出现,使机械钟第一次进入人们的日常生活。原理:最早的机械表是利用重锤工作的,非常笨重; 后来的机械钟是利用螺旋弹簧和发条装置工作的;现在的机械表是普遍使用游丝。是惠更斯在螺旋弹 簧的基础上研究出来的); 机电结合的石英电子表 (1969年日本的精工公司,原理:利用石英晶体在加电源后,水晶便会以32768赫兹的周波数振动)。 液晶显示的纯电子表 (1973年,日本的精工制造公司开发出世界上第一块电子表。其原理是利用石英晶片的压电效应。在石 英晶片的极板上接上与石英晶片的固有频率相等的交流电场,就会产生共振(压电共振))
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第三节 四杆机构的设计
一、四杆机构的设计的基本问题
平面连杆机构的功能:
(1)传动功能 图
(2)引导功能
图
四杆机构的设计的基本问题:
(1)实现预定的连杆位置问题; (1)实现已知运动规律问题; (2)实现已知轨迹问题。
设计方法:(1)图解法;(2)解析法;
ψ
θ
a AC2 AC1 2
a EC1 / 2
90 -θ
ψ
θ
θ
(2)曲柄滑块机构
已知: H , K,e ,求机构其它构件尺寸.
步骤:
180 (k
1)
k 1
取 l 作图
AB=(AC1-AC2)/2 BC=AC1-AB
H
c2
c1
90
A
lAB l AB
O
Hale Waihona Puke lBC l BCM
(3)导杆机构
已知: lAD , K
根据 3 ,则得
2
arcsin
l3
sin
3 l1 sin
l2
1
第四节 平面连杆机构的运动分析(8)
2.速度分析
将式(l1ei1 l2ei2 l4 l3ei3 对时间求导,得到
l ie 指数函数求导
i1
11
l22iei2
l33iei3
e 将式中的每项乘 i2,并取实部消去 2 ,解得:
3)以平面高副联接的两构件, 若高副元素之间为纯 滚动时, 接触点即为两构件的瞬心;若高副元素 之间既滚动又滑动, 则瞬心在高副接触点处的公 法线上。 图
(2)不直接相联的两构件的瞬心——三心定理
三心定理: 三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬 心,且必定位于同一直线上。 图
机械原理与设计基本第三章

4C
摇块机构
应用实例
A
4φ
1
3
2B
C
2、滑块机构
在含有一个移动副的平面四杆运动链中,取构件4为 机架,得到下图所示的滑块机构。
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
雨伞
B
2 1
A
4
直动导杆
C3
定块
四、含有两个移动副的平面四杆机构
1、双转块机构
B
2
1 3
A
B
2
1 3
A
B
2
1 3
A
应用实例
十字滑块联轴器
2、正弦机构
在等式机构中,由于在一个运动周期,机构从动件 有两个死点位置。要使机构具有确定的相对运动,必须 增加其他的辅助措施,从而限制了这种机构的实用。
正平行四边形机构
反向反平行四边形机构
3、纯摆动的平面铰链四杆机构
纯摆动的平面铰链四杆机构的两个连架杆均作摆 动,且其摆动的区域总是横跨在机架线的两侧并关于 机架线对称。
lmax < lmin + l’ + l”
1) lmax + lmin < l’ + l” 时,为有曲柄存在的平面
铰链四杆机构
2) lmax + lmin = l’ + l”时,为平面铰链四杆等式
机构,也称双变机构
3) lmax + lmin > l’ + l”时,为纯摆动的平面铰链
四杆机构
1、有曲柄存在的平面铰链四杆机构
都是周转副。
C
b
B
c
Aa
D
d
综合上述分析,平面铰链四杆机构中,一个构件上的 两个转动副能成为回转副的必要条件是:该构件的杆长是 四个杆长中的最短杆,且该最短杆与四个杆中的最长杆长 度之和必小于或等于其他两杆长度之和。该条件也称为平 面铰链四杆曲柄存在条件或格拉霍夫定理。
机械设计第三章

ηM= PMo/ Pmi
PMo为马达输出功率,Pmi为马达输入功率。
3.1
执行元件—液压马达
6、制动性能 当液压马达用于提升重物或驱动车轮时,为了防止 停止时重物下落或车轮下滑,对制动性能有一定的 要求。常用液压马达额定转矩下马达的进出油口被 切断时的马达轴的滑动值来评价马达的制动性能。
显然,滑动值小,制动性能好。
F pA p
4
d2
q 4q v A d2
3.2
五、伸缩缸
执行元件—液压缸
伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成(多套 缸),前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级 活塞缸的缸筒,伸出时可获得很长的工作行 程,缩回时可保持很小的结构尺寸,伸缩缸
被广泛用于起重运输车辆上。
3.2
五、伸缩缸
执行元件—液压缸
3.2
执行元件—液压缸
七、摇摆式液压缸
当通入液压油,它 的主轴能输出小于 360°的摆动运动 的缸称为摆动式液 压缸。
辅助运动:送料和转位装置、 液压机械手以及间歇进给机构。 单叶片式 双叶片式 摆动角度较大,可达300° 摆动角度一般小于150°。
3.2
执行元件—液压缸
八、液压缸的技术特点
1、缓冲装置
3.2
执行元件—液压缸
二、双活塞杆式液压缸
活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活
塞缸,它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。 根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。 有 效
行
程 l 整个工作台的运动范围为3l 工作台的移动范围2l
3.2
D
执行元件—液压缸
3.1
二、分类
执行元件—液压马达
机械设计学第三章

燃烧变成热能,再由热能变成机械能
化学能
热能
机械能
例3:发电机的能量流:发电机将机械能变换成电能
机械能
电能
例4:压气机的能量流:压气机是把机械能变换成气体
的位能
机械能
气体位能
功能、功能单元和功能结构
能量流总结 从以上这几个能量流来看:机械系统必须有机械能与
其他形态能量的互换,机械能的利用等,如果只有化学能 变换成热能而不再变成机械能,那么这个系统就成为燃烧 器,也就是说这个系统不成为机械系统。
功能原理设计的工作特点和工作内容
那么为了实现 上述原理性设 想,必须设计 新的小车来实 现灵活运动和 准确定位。
无人驾驶小车的各种原理性方案的比较 a)曲线运动小车 b)平面移动小车
功能、功能单元和功能结构
一、功能的含义及三个功能要素 二、功能元素和功能单元 三、功能结构和功能系统分析 四、功能结构的基本结构形式
功能、功能单元和功能结构
物料流 物料流是机械系统完成特定工作过程中工作的
对象和载体。没有物料流也就体现不出机械系统的 工作过程和工作特点。机械系统的物料只有形态、 构型、包容、混合的变化,即物料只产生物理的、 机械的变化。
引言
(四)施工设计阶段 该阶段要进行零件工作图、部件装配图设计、完成全部生产
图纸并编制设计说明书、工艺文件、使用说明书等有关技术文件。
引言
二、功能原理设计的相关概念: 1、功能原理设计的概念:
机械产品设计的最初环节,是先要针对该产品的主要功能提 出一些原理性的构思。这种针对主要功能的原理性设计,可 以简称为“功能原理设计”。 2、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。
机械产品的功能原理的实现共84页文档

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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中,哪 里没有 法律, 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律,也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
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71、既然我已经踏上这条道路,那么,任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远,吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应,言行相称。——韩非
机械产品的功能原理的实现
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26、我们像鹰一样,生来就是自由的 ,但是 为了生 存,我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子,然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理,即使延续时 间再长 ,也还 是没有 制约力 的。—。 ——马 克罗维 乌斯
机械产品的功能原理设计

第二章机械产品的功能原理设计建议学时: 5学时授课类别:理论课教学目的及要求:1、了解功能原理设计的工作特点和工作内容;2、掌握功能,功能单元和功能结构;3、了解功能类型及求解思路。
教学重点、难点及处理办法:重点:1、功能原理设计的工作特点2、功能原理设计的工作内容3、功能类型及求解思路难点:1、功能类型及求解思路2、功能结构处理方法:突出基本概念、联系实际、结合多媒体教学。
教学内容提要:机械产品设计的最初环节,是先要针对该产品的主要功能提出一些原理性的构思。
这种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,因此常只需用简图或示意图来表示所构思的内容。
任何一种机器的更新换代都存在三个途径。
一是改革工作原理,二是通过改进工艺、结构和材料提高技术性能,三是加强辅助功能使其更适应使用者的心理。
这三方面对于产品的市场竞争力的影响几乎有同等重要的意义。
第一节功能原理设计的工作特点和工作内容一、功能原理设计的工作特点1)功能原理设计往往是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应,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(New Idea)、新构思。
没有新想法,即使新技术放到面前也不会把它运用到设计中去。
3)功能原理设计使机器品质发生质的变化。
二、功能原理设计的任务和主要工作内容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”并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。
功能原理设计的主要工作内容:是构思能实现功能目标的新的解法原理。
第二节功能、功能单元和功能结构一、机器的功能组成一台机器完成的功能通常称为总功能。
机器的总功能由多个分功能(功能单元)组成,而每个分功能都有相应的功能载体。
机械设计学课本

机械设计学课本第⼀章绪论1.机械设计学学科的三个组成部分:功能原理设计、实⽤化设计、商品化设计。
2.机械设计具有哪些主要特点?(多解性、系统性、创新性)3.近代“设计学”的重⼤发展(功能思想的提出和发展;⼈机学思想的形成和发展;⼯业设计学科体系的发展和成熟)4.从设计构思的⾓度将机械设计步骤归纳为哪三⼤步?(创意、构思、实现)第⼆章机器的组成及典型机器的功能分析1.机器的定义:有两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体,通过其中某些构件的限定的相对运动,能将某种原动⼒和运动转变,以执⾏⼈们预期的⼯作,在⼈或其他智能体的操作或控制下,实现为之设计的某种或⼏种功能。
2.从不同⾓度看机器的组成:从机构学的⾓度看:各种基本机构,⾃由度=原动机数;从结构学的⾓度看:各种基本零件;从专业的⾓度看:各种主要部件3.从功能的观点看机器的组成:机器由多个主要分功能系统构成,它们的协调⼯作实现了实现了机器的总功能。
⼜可进⼀步分为:⼯作机(⼯作头、执⾏机构)传动机原动机控制器。
4.从功能的观点看机器的分类可分为:⼯艺类机器:对物料进⾏⼯艺性加⼯的机器,主要特征是具有专⽤的⼯作头并进⾏独特的⼯艺加⼯动作;⾮⼯艺类-不对任何物料进⾏⼯艺性加⼯,只实现某些特殊的动作性的机器。
5.家⽤缝纫机是⼀种典型的⼯艺类机器。
⼯艺⽅式:⼀是采⽤针尖引线的⽅法代替针尾引线;⼆是采⽤双线互锁交织的⽅法代替反复穿刺。
功能分析:(1)总功能:将线按⼀定规律缝于缝料上,它可使⼀根线或多根线通过⾃连、互连、交织,在缝料上形成⼀定形式的线迹。
(2)主要功能:引⾯线造环功能,勾⾯线扩环供给和收回⾯线的功能,输送缝料的功能。
(3)辅助功能:调节⾯线和底线阻尼的功能,调节压脚和压紧⼒的功能,调节送布针距的功能,绕底线功能。
(4)控制功能:机械控制功能,⼈机控制功能,电⼦控制功能。
6.现代银⾏点钞机是⼀种典型的机电⼀体化系统,属于⼯艺类机器。
功能要求:要有堆放准备清点纸币的空间,并能将纸币连续输⼊,直到最后⼀张;要有能把纸币逐张分开,避免两张当做⼀张计数的机构;要有准确计数的装置,清理完毕的纸币要整理成⼀叠。
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例: 硬币计数包卷机的7个功能单元,见下页。
第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述 四、功能、功能单元和功能结构
例: 硬币计数包卷机的7个功能单元,见下页。
input
信号 S 能量 E
物料 M
技术系统
S
进行 E 转换
M
output
S′信息 E′能量 M′物料
功能: 将电能转变为旋转运动的动能。
系统工程学用“黑箱”(Black Box)来描述功能:任何一个技术系统 都有输入和输出。把技术系统看成一个输入输出信息流S(Signal)、能 量流E(Energy)和物料流M(Materiel)的黑箱
《机械设计学》课件黑箱:系统内部结构完全Fra bibliotek知的技术系统 。
白箱:系统内部结构完全已知的技术系统 。
灰箱:系统内部结构部分未知的技术系统 。
第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述 四、功能、功能单元和功能结构
2、功能元素 从系统论的观点看,一个系统可以分解为一些子系统,那 么一个系统的总功能也应该可以分解为一些分功能。 把机器中的复杂动作分解为一些基本动作,并把这些基本动 作理解为“功能元素”,由这些“功能元素”可以构成任何技 术系统的复杂的总功能。典型的基本动作共有12对。
(3)综合技术功能:综合应用机、光、电、磁、热、化 等各种“广义物理效应”更好地去实现各种动作功能和工 艺功能的功能。
(4)关键技术(Know how)功能:以关键技术实现动 作功能或工艺功能而使产品在某方面占有特殊优势的功能。
第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述 五、功能原理的基本类型与解法特点
第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
4、功能结构和功能分析 一个系统的总功能可以逐步分解为很多分功能。
功能分析过程是设计人员初步酝酿功能原理设计总体方案 的过程,这个过程往往不是一次完成,而是随设计工作的逐 步深入而不断修改、不断完善的。
第三章 《机械设计学》课件
4、功能结构和功能分析
机械产品的功能原理设计
§3-1概述
硬币计数包卷机的功能结构图
第三章 《机械设计学》课件
4、功能结构和功能分析
机械产品的功能原理设计
§3-1概述
第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
五、功能原理的基本类型与解法特点
1、基本类型: 动作功能和工艺功能。 (1)动作功能:以实现动作为目的的功能。 a、简单动作功能:仅完成简单的一次性动作的功 能。 b、复杂动作功能:能实现连续的传动的动作功能。 (2)工艺功能:以完成对对象物的加工为目的的功能。
材料和结构以提高技术性能;加强辅助功能使其更适应使用
者的心理。
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第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
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第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
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第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
二、功能原理设计的工作特点 1、新的物理效应代替旧的物理效应;例如,手表的发展
2、引入某种新技术(新材料、新工艺……)。 关键是新想法(New Idea)。如超导技术-磁悬浮列车
3、使机器品质发生质的变化; 三、功能原理设计的任务和主要工作内容
1、任务:寻找一种物理效应和相应的作用原理以实现所追 求的功能目标。
2、主要工作内容:构思能实现功能目标的新的解法原理。 包括明确功能目标、创新构思、模型试验、修改完善构 思、评价选优等工作内容。
形式不同的硬币点钞机
《机械设计学》课件
硬币计数包装机的外形及硬币总功 能的黑箱描述
第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述 四、功能、功能单元和功能结构
1-硬币堆放,输送功能单元 2-硬币排列,分选,挑残功能单元 3-硬币分选,计数功能单元 4-硬币堆码、整理功能单元 5-送纸,撕纸功能单元 6-硬币包卷功能单元 7-卷边功能单元
各种功能类型的关系
功能类型工 动艺 作功 功能 能复 简杂 单动 动作 作功 功能 能 综 关合 键技 技术 术功 功能 能
第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述 四、功能、功能单元和功能结构
1、功能:功能是对于某一产品的特定的工作能力的抽象化的描述,是 指某一机器(或装置)所具有转化能量、运动或其它物理量的特性。
功用:作原动机 用途:驱动电扇、机床 电动机 性能:效率、耐用性、振动 能力:功率、转速
《机械设计学》课件
功能原理设计的工作步骤和工作内容
市需任 场求务 调发确 查现定
信资多 息料向 收研联 集究想
弱问 点题 发剖 现析
建评 立价 准比 则较
明确功能目标 酝酿解法原理 改进、完善解法原理
选出满意解
用功目 户能标 调澄建 查清立
创思模 新维型 构实试 思验验
改完 错善 修提 正高
权去 衡劣 利存 弊优
§3-1概述
一、功能原理设计 1、定义:针对产品的主要功能所进行的原理性设计简称为 功能原理设计。即应用某种“物理效应”通过某种“作用原理” 来实现“功能目标”的结果。例如:点钞机分离功能原理构思
2、重点:创新构思。例如:洗衣机功能原理的改进
3、创新与市场竞争潜力。例:两种喷墨打印机
4、产品更新换代的三个途径:改革工作原理;改进工艺、
第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
本章重点:功能的概念、功能原理设计的特点和内容、机械功 能基本类型以及对应的求解思路、创新性思维的基本知识。
基本要求:通过授课、练习、课堂讨论等环节,体会功能原理 求解的构思过程及思维特点。对简单动作功能及工艺功能这两 类基本功能作测绘及设计构思练习。
放出---吸收 传导---绝缘 集合---扩散
引导---阻碍 转换---回复 放大---缩小
变向---定向 调整---激动 联结---开断
结合---分离 接合---拆开 贮存---取出
第三章 《机械设计学》课件 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
四、功能、功能单元和功能结构
3、功能单元 把机器中的总功能只分解到“功能单元”,这样的功能单