机械设计方法.pptx

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1、1技术产物技术产物 l技术任务是依靠技术产物来完成的，技术产物也就是通称的装置、设备、机器、仪器、部件和零件等，其中：零件零件是技术产物的最小加工单元。部部件件是技术产物的最小功能或结构单元，一般由零件所组成。机器机器是转换能量的技术产物。设备设备则是转换物料的技术产物。仪器仪器为转换信息的技术产物。l系统和装置等称谓只是机器、设备或仪器的结构大小、复杂程度的不同而已，或对它们综合产物的叫法。第1页/共26页2技术系统技术系统l根据系统工程的观点，任何一种技术产物，不管其结构大小和复杂程度如何均是一个系统，都要实现预定的技术过程，并在此过程中依靠改变或转换使输入和输出与外界发生联系。技术系统是

2、一个人工系统，其实质就是一个转化装置，它既可以是机械系统，也可以是电气或其它系统（例如冲床等）。l技术系统中的输入、输出量只有能量、物料和信号这三种参量，并且只有它们的特征和状态以及它们的流动的数量和方向是通过技术系统加以改变的。第2页/共26页3技术系统技术系统振动 噪声机械能板料控制信号冲件边角料冲床第3页/共26页4系统的界定系统的界定 l系统又可以分解成若干子系统，至于哪些东西属于哪一个子系统，则需要通过系统边界来确定。l穿越系统边界的只有输入量和输出量。用这种表达方式就可以在抽象化、排列、或分解的每一个级别上，针对当时的观察目的，进行定义或界定适当的系统。第4页/共26页5“联轴器联

3、轴器”系统系统l按部件分：弹性联轴器和离合器l按功能分：补偿 和 接 合(将结合力改变成法向力和传递摩擦力)l按零件或元件分：又可以分为不同系统 a-h系统元件，i-l邻接元件，S-总系统，S1-“弹性联轴器”分系统，S2-“操纵离合器”分系统，I-输入能量，O-输出能量第5页/共26页6技术过程技术过程l各种技术系统总是服务于一种技术过程，其内部不外乎是传输或者改变能量、物料或信号。l能量：包括机械能、热能、电能、化学能、光能、核能等。l物料：包括气体、液体、固体、粉尘等。l信号：测量值、显示值、数据、情报或电信号、机械信号、声信号、力信号、位移信号等等。l对于上述三种量的每一个转换，都必须

4、关注其数量和质量的变化，并且应该用数量、质量和成本方面的参数加以精确规定，从而为确定任务、分析解的原理以及选择解法和评价优劣建立明确的准则。第6页/共26页7功能关系功能关系l对于一个具有能量、物料和信号转换的技术任务，必须在此系统中建立输入和输出间唯一明确且能再现的相互关系，以便为其寻找一个合适的解。l功能就是在系统的输入和输出之间，以完成规定任务要求的相互关系。它是在抽象的层面上规定任务，而不偏向于何种具体的解。l功能可用由名词和动词构成的语句来描述，如“增高压力”、“传递扭矩”、“降低转速”等，但并未涉及具体的转换动作，该转换动作可以用“黑箱法”予以描述。第7页/共26页8总功能与分功能

5、总功能与分功能l对设计师来说，重要的不是立即求得技术问题的具体解，而是应该先将其要完成的任务加以抽象，尽可能在无解倾向的抽象层面上形成系统的总功能。l只要总任务的规定足够精确，那么总功能就可以说明清楚。l总功能可分解为若干个分功能，它们分别对应于总任务内的若干分任务。第8页/共26页9分功能的关系与联结分功能的关系与联结l将分功能联结成为总功能时，其常常要服从于一定的强制关系，即只有先实现某些功能后，接着实现其它功能才有意义，所以各分功能之间的联结必须是相容的（如联轴器系统）。l另一方面，将分功能有目地且相容地联结成总功能时，差不多总是可以进行变异，从而产生若干种方案变型，这就形成了功能结构，

6、即为了满足同一个总功能，可以有不同的功能结构。第9页/共26页10主功能和副功能主功能和副功能l主功能：是直接服务于总功能的那些分功能。l副功能：只是作为辅助和支援性的功能而间接地对总功能作贡献，它们带有支持或补充的性质，常常取决于解的种类。l主功能和副功能不是在所有的情况下都可鲜明地区别开来的，但是，使用了这些概念，就便于我们进行分类和讨论。第10页/共26页11功能关系功能关系l通过建立功能关系，将系统功能的进行结构化，使问题的复杂度获得分解，这有助于发现解决原理，即可以先寻找功能关系最低层、复杂度低的各分功能的解决原理。l对于机械问题，大多数的解决原理以物理现象为基础（也有少数涉及化学或

7、生物学现象）。物理现象可以通过相应的物理定律来定量描述，例如：摩擦现象通过库伦摩擦定律：FR=FN 杠杆现象通过杠杆定律：Faa=Fbb 膨胀现象通过固体的线性膨胀定律：l=alt第11页/共26页12l常常有几种不同的物理现象均可实现同一个分功能，也常有将几种物理现象结合起来才能实现一个分功能。所以选择一个分功能的解决原理时，必须考虑此物理现象是否与其周围有关分功能解的物理现象相容。l物理现象发生作用的地方称之为作用地点，在此必须正确布置作用面(作用线或作用空间)、选择作用运动，并设定用以实现它们的材料种类与性质等，以保证利用相应的物理现象去实现所要求的功能。第12页/共26页13作用面与作

8、用运动作用面与作用运动l物理现象发生作业时，在产生作用的地方会有作用面存在。l作用面的结构可按种类、形状、位置、大小和数目五个特征来表示，同时也可按照这五个特征来进行组合和变异。l作用运动可通过种类（平移或转动）、形式（等速或变速）、方向（沿x,y,z方向或及绕 x,y,z轴方向）、数量（速度的大小或运动的数目），等等加以确定。第13页/共26页14l作用关系由选用的物理现象和确定的几何与物料特征综合决定，它反映出实现一个分功能的解的原理，是描述解决问题思路的第一个具体步骤。l由物理的效应和结构特征标志构成解的原理，以此实现分功能。物理现象的作用关系第14页/共26页15解的作用结构解的作用结

9、构l为了实现总功能，必须将实现各个分功能的作用关系联接构成一个组合体，这样就组成了一个解的作用结构，它所反映的是各作用关系之间的联接和组成情况。l作用结构体现了诸多作用原理的共同作用，说明了解的原理。l显然，由于同一个分功能可以用几种不同的作用关系来实现，以及各分功能的组合次序不同，就会产生数种不同的总功能解的原理的组合。第15页/共26页16组合关系组合关系l从作用结构出发，考虑到制造、装配和运输等要求，继续进行具体化就得到了组合结构，从而产生了零件、部件或机器及其有关的联接，进而最终地构成了具体的技术产品和组合系统。l一个组合结构中的实际零、部件，既要适合于选定的作用原理，也要符合整个技术

10、系统必须具有的其它要求，即在技术系统产生转换功能过程中发挥作用。l能够充分且及时地弄清楚它们，还需要考察系统中的技术关系，例如功能关系、物理现象的作用关系等。第16页/共26页17系统关系系统关系l将 已 经 具 体 化的技术系统放到它所要使用的环境中去，对其与周围环境和使用人员之间的相互作用进行系统关系考察。因为任何技术系统都不是孤立的，它一般总是一个高一级系统的组成部分，并且需要人的参与。它们彼此间的相互作用有如右图所示。有人参与的技术系统中的关系图第17页/共26页18系统间的相互作用系统间的相互作用l有效作用：功能性(合乎要求)的作用，它是希望具有的作用效果。l施入作用：功能性联系，它

11、是使用人员在技术系统中的介入行为。l反作用：技术产物对操作人员或对另一技术产物的功能性联系。l干扰作用：由周围环境作用于技术系统、技术产物或操作人员，产生不合乎功能需要的影响，它有损于或有碍于功能的实现（尽可能地减小或消除）。l副作用：由技术产物或系统作用于人和环境、在功能上不希望有的、不合乎意图的作用（尽可能地减小或消除）。第18页/共26页19技术系统中的关系图技术系统中的关系图第19页/共26页20机械系统的一般目标和条件机械系统的一般目标和条件l任何机械系统都应以经济地实现任务书所要求的技术功能，并保持对人和环境的安全作为其通常的追求目标。l不顾经济上的可行性，单独把实现技术功能作为目

12、标就会失去机械技术产物存在的实用价值，必然是失败的设计。在目前经济全球化和竞争市场化的时代更是如此。l至于对人和环境的安全考虑，不仅仅源自于设计者道德上的原因和对社会应该承担的责任，同时也是技术产物具有存在价值和保持市场生命力的重要条件之一。第20页/共26页21机械系统的一般目标和条件机械系统的一般目标和条件l“实用、经济、安全”三者之间互为条件、相互制约、无法超越。l在机械设计中还必须考虑到由人机关系、制造、运输和使用等方面的原因所带来的一系列限制，即约束条件。如对零部件制造种类和手段的限制、产品形成的各阶段的检验条件、零部件和整机的装配条件、企业内外的运输条件、机械使用和运行的环境条件以及维护、检修的条件、回用的可能性、制造成本和开发期限等。第21页/共26页22思考题思考题 结合实际，举一个具体的机械系统的例子，并进行以下分析（用PPT形式表述）：（1）说明其实现的具体转换功能；（2）尽可能全面的标明输入和输出要素：（3）分析外界对系统的作用以及系统对外界的作用。第22页/共26页23精品课件！第23页/共26页24精品课件！第24页/共26页25谢谢大家！谢谢大家！第25页/共26页26感谢您的观看。第26页/共26页