冶金机械设计理论

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1、冶金机械设计理论1、机械系统设计机械系统设计的任务及方法机械系统的方案设计机械系统的总体设计11、机械系统设计1.1机械系统设计的任务及方法一、机械系统的组成机械系统主要由动力系统、传动系统、执行系统、操纵及控制系统组成。1．动力系统：即机械系统的驱动装置，是机器的动力源，如电机、液压马达等。作为冶金机械其动力源一般采用电动机。2．执行系统：即机械的工作机构或执行机构，利用机械能来改变作业对象的性质、状态、形状与位置。如起重机的吊钩、轧机的轧辊等。23、传动系统：在动力源与执行机构间传递运动与动力的中间环节，如减速机；其作用是改变运动形式（转速）或力（力矩）的

2、大小。4、操纵与控制系统：使机器的各个系统能协调地进行，一般通过人工操作实现操纵功能，如离合、制动、变速等。3二、机械系统设计的任务机械系统设计的目的：提供质优价廉的机械产品。一般而言，产品的质量首先取决于设计；产品质量事故大多由设计不当造成的，产品的成本60-70%取决于设计。1、合理确定系统功能：机械的功能是最重要的，用户购买的就是机械的功能。机械的功能F越高，价格C越低，说明产品的价值V越高（也就是一般所说的值不值的问题）；这就是价值工程的原则：Value=Function/Cost。可以采用各种不同的方法以提高产品的Value。2、提高可靠性：4任何产

3、品均有其无故障工作时间，可靠性与失效概率等设计指标，使机械产品具有合理的（不是越长越好）生命周期。3、提高经济性：经济性指产品低的制造成本以及高的性能指标。所采取的措施：——确定合理的安全系数及可靠性指标。——产品设计标准化。——采用新技术、新工艺及新材料；不断改进产品。——从设计上改进产品的结构工艺性，采用新的加工工艺，降低制造成本。——不断提高产品的效率并确定合理的更新周期（设计使用寿命）。54、保证安全：指机械本身的安全与人——机——环境的安全。5、提高可循环利用、环保性：指对周围环境的影响，减少排污（如开发环保产品——无氟冰箱），废弃零部件可再生性等。

4、6三、机械系统设计类型与步骤近年来，机械设计采用系统工程的方法进行产品的设计与开发；对于复杂产品而言，这一方法尤为重要，可缩短产品的开发周期并使产品更加安全可靠。1、机械产品设计类型——开发性设计全新设计。——适应性设计改进原产品的某一结构，而功能、原理不变。——变参数设计改进原产品的结构参数，而功能、原理不变。——组合选型设计选用标准零部件组合成新的产品，如液压系统设计。72、机械系统设计过程——选型设计根据生产需要，直接选用标准产品及零部件：如减速机等。以上五种类型中开发性设计是最具创新精神的也是难度最大的，但在机械设计中不多见。而适应性设计则是较多的。机

5、械系统设计一般包括计划、外部系统设计、内部系统设计和制造、销售4个阶段。具体见教材表1.1。作为本专业的要求，主要是第3步——内部设计。81.2机械系统的方案设计方案设计是整个设计的关键，方案设计应从机械系统的功能要求入手，分析其中的技术过程并寻求解决的途径。一般解决问题的方法可能不止一个，要加以比较优化找出其最佳方案；并将复杂的设计要求分解、转化为简单的功能模块，最终达到解决问题。一、设计任务抽象化将各类产品的工作目的和特征总结为三个基本要素：能量、物料与信息。这三个要素在整个工程中形成功能流、物料流与信息流。对于复杂机器，应采用黑箱法进行抽象，与环境的关系

6、采用输入/输出量表示，如图1.1即为顶吹氧气转炉的黑箱模型。由此可确定工艺原理。9黑箱模型图10顶吹氧气转炉设备模型11二、确定工艺原理由上述黑箱模型打开后得出实现作业对象转化所要求的工艺原理并可得出实现这一工艺原理所对应的设备模型，如图1.2所示。这也就确定了相应的作业顺序及机械系统。三、确定技术过程确定了工艺原理以后，即可确定转化所需的程序及顺序。一般用方框图表示，如图1.3所示。图中工艺原理构成了技术过程的主流程（即图中的中间模块），而主流程不断地得到物料流、能量流与信息流的补充。12技术过程的一般形式13五、确定功能结构功能是系统的属性，它表明系统的效

7、能以及可能实现的能量、物料、信息的传递与补充。总功能可以逐级分解成子功能，最终不能分解的基本功能单元又称功能元。子功能组合而成机械系统总体的功能。功能的分解与组合关系称之为功能结构。如轧钢机可分为互相平行的工作机座与主传动两个子功能系统；而子功能系统还可再加以细分直到轧辊、齿轮座等功能元。四、引入技术系统并确定系统边界所谓引入技术系统就是根据技术过程的要求确定机械系统的具体的任务，并把这个任务分配给子系统。而子系统的构成又取决于机械化与自动化的程度以及系统边界的划分。14六、确定设计方案1．寻找实现分功能的载体：技术物理效应即物理学原理在工程上的应用，也就是实

8、现其功能的载体。应用物理学上的力平衡原