第十二章机械系统设计

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1、第十二章机械系统设计第十二章机械系统设计由若干个机械装置组成的一个特定系统，称为机械系统。如图12-1所示为小型甘蔗收割机是由若干装置、零件和部件组成的机械系统。它们是一个2由确定的质量、刚度和阻尼的物体组成并能完成特定功能的系统排蔗雑刀盘图12-1小型甘蔗收割机现代机械种类繁多，结构也愈来愈复杂，但从实现系统功能的角度看，主要由动力系统、传动系统、执行系统和控制系统组成。本章主要介绍动力系统、传动系统、执行系统的设计。机械系统设计是一项复杂、细致和科学性很强的工作。随着科学技术的发展，对设计的理解在不断的深化，设

2、计方法也在不断地发展。近年来发展起来的“优化设计”、“可靠性设计”、“有限元设计”、“模块设计”、“计算机辅助设计”等现代设计方法己经在机械设计中得到了推广与应用。即使如此，常规设计方法仍然是工程技术人员进行机械设计的重要基础，必须很好的掌握。常规没计方法又可分为理论没计、经验设计和模型试验设计等。12.1机械系统设计的原则12.1.1机械系统设计的基本要求机械设计包括以下两种设计：应用新技术、新方法开发创造新机械，在原有机械的基础上重新没计或进行局部改造，从而改变或提高原有性能。设计质量的高低直接关系到产品的性能

3、、价格及经济效益。1.机械设计的基本要求机械产品设计应该满足以下几方面的基本要求。⑴实现预定功能设计的机械能实现预定的功能，并在规定的工作条件下能正常运行，并有一定的寿命。（2）满足可靠性要求。机器由许多零件及部件组成，其可靠度収决于零、部件的可靠度。机械系统的零、部件越多，其可靠度也就越低，因此在机械设计时应尽量减少零件的数FI。但就FI前而言，对机械产品的可靠度难以提出统一的考核指标。（3）满足经济性要求经济型指标是一项综合性指标，要求设计及制造成本低，生产效率高，能源和材料消耗少、维护及管理费用低。⑷操作方便

4、、工作安企操作系统要简便可靠，有利于减轻操作人员的劳动强度。要有各种保险装置，以消除由于误操作而引起的危险，避免人身伤害及设备事故的发生。（5）造型美观、减少污染运用工业艺术造型设计方法对机械产品进行工业制造设计，使所设计的机器不仅使川性能好、尺寸小、价格低廉，而且外形美观、富有时代特点。机械产品的制造直接影响到产品的销售和竞争力，当前在机械设计屮是一个不容忽视的环节。此外，还必须尽可能地降低噪声，减轻对环境的污染。从某种意义上来说，噪声也是反应机械质量的一种综合指标。12.1.2机械设计的内容与步骤机械设计过程通

5、常可以分为以'卜几个阶段：（1）产品规划产品规划的主要工作是提出设计任务和明确设计要求，这是机械设计产品首先需要解决的问题。通常人们是根据市场需求提岀设计任务，通过可靠性分析后才能进行产品规划。（2）方案设计在满足没计任务书中设计具体要求的前提下，巾设计人员构思出多种可行性方案并进行分析论证，从中优选出一种能完成预定功能、工作性能可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。（3）技术设计在既定设计方案的基础上，完成机械产品的总设计、部件设计、零件设计等，设计结果以工程图及计算书的形式表达出来。（4）制造及试验经过加工、安装

6、及调试制造出样机，对样机进行试运行或在生产现场试用，将试验过程屮发现的问题反馈给设计人员，经过修改完善，最后通过鉴定。与设计机器一样，设计机械零件也常需拟定出几种不同的方案，经过认真比较选川其中最好的一种。设计机械零件的一般步骤如下：①根裾机器的具体运转情况和简化的计算方案，确定零件的载荷。②根据零件的工作情况分析，判定零件的失效形式，从而确定其计算准则。③进行主要参数选择，选定材料，根据计算准则求出零件的主要尺寸，考虑热处理及结构工艺性要求等。④进行结构设计。⑤绘制零件工作阁，制定技术要求，编写计算机说明书及有关

7、技术文件。此外在设计过程屮这些步骤是相互交错、需要反复进行的。应当指出，在设计机械零件时往往将较复杂的实际工作情况进行一定的简化，才能应用力学等理论解决机械零件的设计计算问题，因此，这种计算或多或少带有一定的条件性或假设性，称为条件性计算。机械零件设计基本上是按条件性计算进行的，如注意到公式的适用范围，一般计算结构具有一定的可靠性，并充分考虑了机械零件的安全性。为了使计算结构更符合实际情况，必要吋可进行模型试验。本课程在介绍各种零件设计吋，其内容的安排顺序基本上是按照上述设计步骤进行的。12.2动力系统及传动系统设

8、计12.2.1传动方案的确定力了满足某一工作机的性能要求，可采川不同的传动机构见表12-1、不同的组合布局，依据总传动比合理分配各级传动的传动比，从而得到多种传动方案以供分析、比较。合理的传动方案首先要满足机器的功能要求。表12-1常见传动机构表传动方案一般用机构简图表示，它反映运动机动力传递路线和各部件的组成和连接关系。此外在设计过程屮这些步骤是相互交错、