机械系统设计（邹慧君

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1、第四章机械系统设计的基本原理机械设计与其他系统一样，它的各个组成部分都是有机结合、相互协调、相互适应的，并以此来实现机械系统的整体功能要求。机械系统也应具备一般系统的特性，如整体性、相关性、目的性和环境适应性。同时，我们还应该注意的是机械系统由于它的能量流、物料流和信息流变化的特殊性，它的设计方法必然也具特殊性。因此，阐述机械系统设计的基本原理是十分必要的。4.1机械系统设计的一般程序和内容4.1.1机械系统设计的类型根据机械系统设计的内容特点，机械系统设计一般可分为开发设计、变异设计和反求设计。1.开

2、发设计针对新任务，提出新方案，完成产品规划、概念设计、构型设计的全过程。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、执行机构类型和尺度等方面进行一定变异，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础型产品的基础上，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。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、但能避开专利的新产品。表4-1机械设计的一般程序

3、框图设计阶段设计程序内容与设计步骤阶段设计目标产品规划市场需求分析提出产品设计要求明确设计任务设计任务书可行性研究报告任务要求明细表功能分析和工作原理确定机器构成的构思工艺动作分析执行动作确定最佳机械运动方案的尺度综合机械总体方案执行机构选择和机械运动方案的设计概念设计确定机器的组成引入人一机系统分析机器总体布局机械运动方案机械运方案构型设计机械构型构思和设计机械总装图设计机械部件设计技术文件编制机械零件设计施工图设计计算说明书标准通用件明细表使用说明书4.1.2机械系统设计的一般程序不论哪一种设计，为

4、了提高机械系统的设计质量和设计水平，必须有一个科学的设计程序。目前较为广泛实施和应用的机械系统设计的程序可归纳成表4-1所示的框图程序。4.1.3机械系统设计的基本内容对于表4-1所示的三个设计阶段的基本内容分别阐述如下：1.产品规划产品规划是要求进行需求分析、市场预测、可行性分析，确定设计参数及制约条件，最后给出详细的设计任务书（或要求表），作为设计、评价和决策的依据。2.概念设计需求是以产品的功能来体现的，功能与产品设计的关系是因果关系。体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理。因此，这一阶段的最

5、终目标就是在功能分析的基础上，通过构想设计理念、创新构思、搜索探求、优化筛选取得较理想的工作原理方案。对于机械产品来说，在功能分析和功能原理确定的基础上进行工艺动作构思和工艺动作分解，初步拟定各执行构件相互协调配合运动循环图，进行机械运动方案的设计（即机构系统的型综合和数综合）等，这就是产品概念设计过程的主要内容。3.构形设计构形设计是将方案（主要是机械运动方案等）具体转化为机器及其零部件的合理构形。也就是要完成机械产品的总体设计、部件和零件设计，完成全部生产图纸并编制设计说明书等有关技术文件。构形设计

6、时要求零件、部件设计满足设计的功能需求；零件结构形状要便于制造加工；常用零件尽可能标准化、系列化、通用化；总体设计还应满足总功能、人机工程、造型美学、包装和运输等方面的要求。构形设计时一般先由总装配图分拆成部件、零件草图，经审核无误后，再由零部件工作图、部件图绘制出总装配图。最后还有编著技术文件，如设计说明书，标准件、外购件明细表，备件、专用工具明细表等等。4.2面向X的设计原理机械系统设计由于涉及面十分广泛，在设计过程中需要考虑方方面面的问题，因此就产生面向制造、装配、拆卸、维修、环境、回收等等的设计

7、原理。这些面向X的设计原理体现了机械系统设计的复杂性和广泛性。应该掌握好这些设计原理，使机械系统设计达到全面最优的功能要求。下面分别阐述一下它们的基本设计原理。4.2.1面向制造的设计原理面向制造设计（designformanufacturing）简称DFM。面向制造的设计是在设计过程中充分考虑机械系统的功能的同时，使机械系统的制造工艺尽量简化、制造成本尽量减少。1.面向制造的机械系统方案设计机械系统方案设计往往会涉及它的工作原理、基本组成以及功能结构解的选择。方案色号及阶段虽然还无法断定各个功能的结构

8、和构形的具体参数，但是应该考虑机械系统的工作原理、基本组成及功能结构解的制造的难易程度及制造成本的高低。例如，在机械系统设计某个子功能需要实现直线往复运动，可以采用机械传动方案或液压传动方案，这两者在制造难易程度和制造成本方面是不同的。在机械系统的方案设计阶段考虑制造问题有全面的制造知识和丰富的实践经验。2.面向制造的机械系统构形设计机械系统构形设计要求各零、部件设计易于制造，具体来说应考虑：1）零件、部件的构形尽可能简单；2）零件、部件的