哈工大机械系统设计第一章.ppt

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1、机械系统设计机械系统设计主讲:郭景哲郭景哲2021/9/231教学目的教学目的l机械系统设计是学生学习技术基础课后，机电一体化学生的必修课之一，它在培养学生的工程意识、创新思维、运用规范的工程语言和技术信息解决工程实际问题的能力方面，具有重要作用。l通过学习本课程让学生在学习技术基础课后掌握机械系统的组成，设计过程和方法，其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，物美价廉的机械产品，以取得较好的经济效益 2021/9/232主要内容学时分配主要内容学时分配l第一章 绪论(2学时)l第二章 机械系统总体设计(4学时)l第三章 执行系统设计(4学时)l第四章 传动系统设计(2

2、学时)l第五章 支撑系统设计(2学时)l第六章 价值分析(2学时)l第七章 操纵系统及安全系统设计(2学时)l第八章 润滑系统设计(2学时)l第九章 绿色设计及微系统简介(2学时)l参观,实验(4学时)l总结(2学时)l考试(2学时)2021/9/233考试成绩考试成绩l平时出勤等占20%l期末考试(闭卷)80%2021/9/234第一章第一章 绪论绪论l本章重点:l1.机械系统设计的基本原则和要求l2.机械系统的组成l3.产品生产过程和寿命阶段流程图l4.机电一体化概念及工业三大要素l5.现代设计方法的主要内容2021/9/235 l1.1 机械系统设计在机械工程科学中的 地位和作用 l一.

3、机械工程科学-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.l包括:机械学-功能综合定量描述,控制其性能l 机械制造学-研究机械制造系统及过程手段l设计为核心,制造为基础.l反之可出现:用先进的设计技术设计出”质量很差的先进产品,或用先进的制造技术生产出”落后的高质量产品”两者不能偏废.2021/9/236电子学电子学力学力学数学数学材料科学材料科学计算机科学计算机科学环境科学环境科学管理科学管理科学生命科学生命科学信息科学信息科学l机械学l机 l械l设l计l过l程信息加工过程材料流机械制造机械制造过程材料的变形和质变信息流能量流工艺学2021/9/237两种基本设计思想示意

4、图两种基本设计思想示意图机器人人机器工作位置环境环境工作位置2021/9/238人机工程学人机工程学l研究机械系统与人和周围环境关系的科学l提问学生:机械系统与人的关系例子l机械系统与环境的关系例子l环境污染包括什么?2021/9/239机械制造机械制造:冷加工和热加工冷加工和热加工l热加工:l1.将材料加工成一定形状和尺寸的机器部件l2.在加工中保证或改进材料的内部组织,化学成分和加工性能l3.研究发展机器部件所需的本体材料或其表面层l4.研究机器部件的疲劳,蠕变,断裂韧性,应力腐蚀,寿命等问题l5.研究加工工艺,加工装备及自动流水线crack detection按方法可分:铸造,锻造,焊接

5、,金属热处理,无损探伤,表面工程2021/9/2310机械制造机械制造:冷加工和热加工冷加工和热加工l冷加工:l1.机械加工和装配工艺过程的生产装备及其自动化,集成化与智能化l2.机械加工和装配工艺的过程和方法l3.机械制造(冷加工)的基础理论2021/9/2311二二.机械机械,系统系统,机械系统机械系统l机械:l1.须由两个以上的零部件组成l2.这些零部件中的运动部件,应按照设计要求作确定的运动l3.把外来的能源变为有用的机械功l系统: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2021/9/2312系统的特性系统的特性l1.目的性l2.相关性与整体性l3.环境的适应性202

6、1/9/2313三三.机械系统的组成机械系统的组成l动力系统 传动系统 执行系统lPOWER DRIVE EXECUTIVEl 操纵系统和控制系统l OPERATE AND CONTROLLl 支承系统l SUPPORTl系统边界 润滑冷却密封安全等系统lBORDER LUBRICATE COLD SEAL2021/9/23142021/9/23152021/9/2316四四.机械系统的地位及作用机械系统的地位及作用人生活的任何地方都有机械系统.只是简单复杂不同而已.人体和机电一体化系统的五大要素:内脏 动力 五官 头脑 手脚 检测 控制 执行 传感器 计算机 支承(机构)骨骼2021/9/2

7、3171.2 机械系统设计的任务机械系统设计的任务,基本原则基本原则 及要求及要求l一.任务和类型l任务:开发新产品,改造老产品,提供物美价廉的机器产品,以取得最高经济效益.l类型 :l1.完全创新产品 无任何参考资料l 2.适应性设计 局部变更l 3.变异性设计 结构配置和尺寸改变2021/9/2318二二.机械系统设计的基本原则及要求机械系统设计的基本原则及要求l1.原则:A 需求原则l B 信息原则l C系统原则l D 优化,效益原则l2.设计要求 A功能 B适应性 C可靠性lD生产能力 E使用经济性 F成本2021/9/2319三三.产品设计产品设计,生产过程生产过程l市场需求产品策划

8、产品设计产品生产l产品销售产品使用产品报废或回收功能原理方案设计阶段l明确任务要求(设计任务书要求明细表)l功能分析l搜寻解法l方案综合l评价l决策确定最佳原理解,画出原理图2021/9/2320 结构总体设计阶段l功能面变形,连接变形,材料变形l定材料,尺寸l评价l最佳结构总装配图 技术设计阶段l部件装配图l零件图l各种技术文件(零部件图样技术文件)l试制2021/9/2321机械产品成本机械产品成本l材料费用 工资 附加费用l价格 工序数量 生产量l数量质量 工序时间 设备数量质量l利用程度 工人技术级别 生产管理水平l设计简化 安全系数 零件结构 制造方法2021/9/23221.3 机

9、械系统设计方法机械系统设计方法l一.机械系统的设计方法l 传统的设计方法 现代设计方法l静态 半理论,半经验 动态,科学,计算机化l性质 偏重技术 偏重功能目标,技术,经济 -和社会环境综合一起l思维 结构的收敛性 总功能目标的发散性思维l方法 满足限定约束条件 多元性全优化l手段 图版,计算器等手工 计算机绘图,集团分工合作l对象 局限在零件和结构上 系统的全局构成,包括造型等l工况 按确定工况与静态考虑 随机工况,模糊性,复杂细解l评价 单项,手册标准(强度,成本等)科学的模糊综合评价2021/9/2323现代设计方法主要内容现代设计方法主要内容l信息论方法 INFORMATION 信息分

10、析法,技术预测法l系统论方法 SYSTEM 人机工程,系统设计法l控制论方法 CONTROLL 动态分析设计法l优化论方法 OPTIMIZE优化设计法是现代设计的目标 l对应论方法 CORRESPONDING 相似设计法l智能论方法 INTELLIGENT CAD CAM 等l寿命论方法 LIFE 可靠性设计,价值工程等l离散论方法 DISPERSE 有限元和边界元分析设计法l模糊论方法 BLURRED,DIM 模糊设计法l突变论方法 创造性设计等l艺术论方法 ART 2021/9/2324现代设计方法与相关科学技术的关系现代设计方法与相关科学技术的关系l 政治l 社会学l 心理学l 经济学自

11、然科学-工程科学-现代设计方法-工程技术生产 工业设计 工艺品设计 艺术2021/9/23251.4 机电一体化机电一体化 l一.概念:在机械的主功能,动力功能,信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合构成系统的总称.l二.组成l工业的三大要素:物质,能量,信息l旧的三要素变换,传递,储存新的三要素l变换-可能是加工,处理,l储存保持,存储,记录l传递-运输,移动2021/9/2326机电一体化系统的构成要素及其功能机电一体化系统的构成要素及其功能l 干扰 废弃物输出l 物质能量信息 新三要素 计测功能 动力功能 控制功能 l动力输入 控制输入 控制输出 l

12、 主功能(变换,传递,储存)2021/9/2327数控机床构成要素示意图数控机床构成要素示意图l 计算机数字控制装置接口控制器计算机数字控制装置接口动力源驱动源刀库机床主机位置检测传感器工业机器人执行元件机构2021/9/2328三三.发展机电一体化技术的基础发展机电一体化技术的基础l人才 人力技术组织管理 需求 财力物力 政策法规 信息处理技术微机及微电子技术电力电子变换技术信息处理技术机械工程系统设计制造技术系统总体技术精密机械技术实验模拟技术材料科学技术自动控制技术伺服驱动技术检测传感技术基础元件技术2021/9/2329l 人才和人才培养经济基础技术基础机电一体化技术与产品物资器材基础技术设计测试制造工艺标准资金社会环境政法管理组织管理需求和社会服务2021/9/2330四四.机电一体化的共性关键技术机电一体化的共性关键技术l1.检测传感技术l2.信息处理技术l3.自动控制技术l4.伺服驱动技术l5.接口技术l6.精密机械技术l7.系统总体技术2021/9/2331