《機械系統(tǒng)總體設(shè)計》PPT課件.ppt

機械系統(tǒng)設(shè)計 第二章機械系統(tǒng)總體設(shè)計 本章學習重點 功能原理設(shè)計的方法 黑箱法 功能結(jié)構(gòu) 功能分解 功能元 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的任務(wù) 原則 步驟 基本原理 1 任何一種產(chǎn)品的開發(fā) 都面臨著市場競爭的考驗 要提高產(chǎn)品的競爭力 必須在產(chǎn)品的以下幾方面下功夫 1 設(shè)計2 制造3 銷售4 售后服務(wù)5 改進設(shè)計其中設(shè)計是一個最基本的環(huán)節(jié) 產(chǎn)品的質(zhì)量 性能 成本等主要是在設(shè)計階段決定的 第二章機械系統(tǒng)總體設(shè)計 引言 2 產(chǎn)品產(chǎn)生過程 第二章機械系統(tǒng)總體設(shè)計 產(chǎn)品設(shè)計階段對產(chǎn)品的質(zhì)量 性能 成本等起決定性作用 3 機械系統(tǒng)總體設(shè)計的重要性 機械系統(tǒng)總體設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵 它對產(chǎn)品的技術(shù)性能 經(jīng)濟指標和外觀造型均具有決定性意義 機械系統(tǒng)總體設(shè)計的結(jié)果 形成技術(shù)設(shè)計階段的指導性文件 主要指原理圖和裝配圖 第二章機械系統(tǒng)總體設(shè)計 4 什么是功能原理設(shè)計 第二章機械系統(tǒng)總體設(shè)計 功能原理設(shè)計 機械系統(tǒng)設(shè)計的最初環(huán)節(jié) 針對該產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思 功能原理設(shè)計對產(chǎn)品的成敗起著決定性的作用 蒸汽機 工業(yè)革命 內(nèi)燃機 為了不使我們的產(chǎn)品輸在起跑線上 所以要做好功能原理設(shè)計 它武裝了人類 使虛弱無力的雙手變得力大無窮 健全了人類的大腦以處理一切難題 它為機械動力在未來創(chuàng)造奇跡打下了堅實的基礎(chǔ) 將有助并報償后代的勞動 5 第二章機械系統(tǒng)總體設(shè)計 評價功能原理設(shè)計好壞的標準 構(gòu)思的創(chuàng)新性 市場的競爭潛力 對于設(shè)計者而言 要想具有創(chuàng)造力離不開以下幾點 創(chuàng)造力的五要素 知識 經(jīng)驗 才能 心理素質(zhì) 機遇知識和實踐經(jīng)驗的積累是一個重要因素 設(shè)計者要進行創(chuàng)新構(gòu)思 就要具有很廣的知識面和堅實的知識基礎(chǔ) 6 創(chuàng)新設(shè)計方法是工程設(shè)計方法的重要組成部分 應(yīng)該貫穿于工程技術(shù)設(shè)計的全部過程中 也是提高產(chǎn)品設(shè)計水平 增強產(chǎn)品競爭能力的根本措施和有力手段 特別是在產(chǎn)品的功能原理方案設(shè)計階段 運用創(chuàng)新設(shè)計方法尤其重要 可獲得更多的原理方案 最終可能產(chǎn)生更多 更好的新產(chǎn)品 第二章機械系統(tǒng)總體設(shè)計 幾種簡單的創(chuàng)新技法智力激勵法 集思廣益法 提問追溯法聯(lián)想類推法系統(tǒng)搜索法組合創(chuàng)新法 7 創(chuàng)新設(shè)計方法的應(yīng)用 補充內(nèi)容 2 集智會法個人雖具有獨創(chuàng)性 但畢競要受到知識和經(jīng)驗的局限 因此有一種集數(shù)人 5 6個 一起的集智會法 這種方法可集中許多人的創(chuàng)造力 起到多人相互啟發(fā)的作用 如為了避免各人之間可能出現(xiàn)的相互妨礙和產(chǎn)生無形壓力 更便于每個人充分發(fā)表意見 也可采用書面集智的形式 如 專家預(yù)測法 等 1 智力激勵法 集思廣益法 2種 1 智暴法指抓住瞬時的靈敏意識流而得到一些新想法時的一種方法 甚至有些想法近乎胡思亂想 五花八門 不著邊際 但它們都具有打破常規(guī) 突破 框框 的獨創(chuàng)性特點 設(shè)計人員只要抓住這瞬時的 靈感 和 頓悟 等一閃念 就有可能得出解決問題的啟示 8 2 提問追溯法 4種 該法是通過對問題進行分析 加以推理來擴展思路 或把復(fù)雜問題進行分解 找出各種影響因素 再進行分析推理從中尋求問題解答的一種創(chuàng)新技法 它在思維方面具有邏輯推理的特點 主要包括以下幾種方法 創(chuàng)新設(shè)計方法的應(yīng)用 補充內(nèi)容 1 提問法如美國麻省理工學院 MIT 的提問法 它是在設(shè)計過程中提出如下問題要求回答 增加功能 能在原有基礎(chǔ)上增加新功能嗎 提高性能 在耐用 可靠 維修等方面能否改善 降低成本 能用減少零件 更換材料 改變工藝等方法降低成本嗎 增加銷售 對商品特點 產(chǎn)品設(shè)計 包裝等是否作了研究 9 創(chuàng)新設(shè)計方法的應(yīng)用 補充內(nèi)容 2 反向探求法對現(xiàn)有的問題解決的方案系統(tǒng)地加以否定或?qū)で笃渌踔料喾吹囊庖?找出新的解法或啟發(fā)新的想法 可分為 逆向 和 轉(zhuǎn)向 兩類方法 例如 機械加工時由工件不動發(fā)展到工件轉(zhuǎn)動 屬于 逆向 的做法 3 缺點列舉法針對某一設(shè)計方案 列出其所有缺點和不足 研究改進方法以探求新方案 4 向前推演法從一個最初的設(shè)想按一定方向逐步向前探索 尋找新的想法 例如 聯(lián)接兩個軸的離合器 其聯(lián)接方式可以是牙嵌式的 齒形式的 摩擦錐式的 單片或多片摩擦片式 超越離合器式和電磁離合器式等 又如對摩擦式的聯(lián)接 其壓力產(chǎn)生又可以是機械式的 液壓式的和電動式的等 10 創(chuàng)新設(shè)計方法的應(yīng)用 補充內(nèi)容 3 聯(lián)想類推法該法是通過啟發(fā) 類比 聯(lián)想 綜合等創(chuàng)造出新的想法來解決問題 主要有以下幾種方法 1 相似聯(lián)想法通過相似聯(lián)想進行推理 尋找創(chuàng)造性解法 2 抽象類比法用抽象反映問題實際的類比方法來擴大思路尋求新解法 例如 要發(fā)明一種開罐頭的新方法 可先抽象出開的概念 列出現(xiàn)有的各種 開 的方法 如打開 撕開 擰開 拉開等 然后從中尋找對開耀頭有啟示的新方法來 3 仿生法通過對生物的某些特性進行分析和類比 啟發(fā)出新的想法和創(chuàng)造性方案的一種方法 它是現(xiàn)代發(fā)展新技術(shù)的重要途徑之一 例如 飛機構(gòu)件中的蜂窩結(jié)構(gòu)就是仿生法在技術(shù)設(shè)計中的應(yīng)用實例 11 創(chuàng)新設(shè)計方法的應(yīng)用 補充內(nèi)容 仿生機器魚 12 4 系統(tǒng)搜索法 2種 對于技術(shù)系統(tǒng) 可以根據(jù)其組成或影響性能的全部參數(shù) 系統(tǒng)地依次分析搜索 以探求更多的解決問題途徑 這種方法稱為系統(tǒng)搜索法 如果產(chǎn)品是功能和動作都要求復(fù)雜的機械系統(tǒng) 還有兩種具體指導設(shè)計人員進行創(chuàng)新設(shè)計的方法 1 機構(gòu)系統(tǒng)搜尋法針對設(shè)計要求 首先系統(tǒng)地找出各種可能的機構(gòu) 然后進行評價擇優(yōu) 并聯(lián)機構(gòu) 2 邏輯積木法將機械系統(tǒng)的輸出要求分解成基本功能 然后根據(jù)整個設(shè)計綜合的約束條件認真構(gòu)思簡單的組件 零件 機構(gòu) 部件 分系統(tǒng)等 再將這些組件 即積木 按一定的相互關(guān)系 用最簡單的形式將輸入與輸出連接起來 創(chuàng)新設(shè)計方法的應(yīng)用 補充內(nèi)容 13 5 組合創(chuàng)新法 2種 利用事物間的內(nèi)在聯(lián)系 用已有的知識和成果進行新的組合而產(chǎn)生新的方案 應(yīng)該認識到合理的組合也是一種創(chuàng)造 1 組合法是把現(xiàn)有的技術(shù)或產(chǎn)品通過功能 原理 機構(gòu)等組合變化 形成新的技術(shù)思想和新的產(chǎn)品 組合的類型包括功能組合 系統(tǒng)組合等 例如 把刀 剪 挫 錐等功能集中起來的 萬用旅行刀 等就是組合法的產(chǎn)品 瑞士軍刀 2 綜攝法是通過已知的東西作媒介 把毫無關(guān)聯(lián)的 不相同的知識要素結(jié)合起來 攝取各種產(chǎn)品的長處將其綜合在一起 制造出新的產(chǎn)品的一種創(chuàng)新技法 它具有綜合攝取的組合特點 例如日本南極探險隊在輸油管不夠的情況下 因地制宜 用鐵管做模子 包上繃帶 再層層淋上水使之結(jié)成一定厚度的冰 做成冰管子 用作輸油管的代用品 這就是綜攝法的應(yīng)用實例 創(chuàng)新設(shè)計方法的應(yīng)用 補充內(nèi)容 14 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 2 1 1功能的定義及其分類功能是系統(tǒng)必須實現(xiàn)的任務(wù) 或者說是系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)化能量 運動或其他物理量的特性 功能 是產(chǎn)品的核心和本質(zhì) 顧客購買的不是產(chǎn)品本身 而是產(chǎn)品所具有的功能 15 設(shè)計者如何看待產(chǎn)品的功能呢 或者說在設(shè)計中關(guān)于功能應(yīng)該考慮哪些因素呢 2 1 1功能的定義及其分類 顧客對功能的需求是有條件的 設(shè)計者也必須考慮如下問題 1 功能使用的地點及環(huán)境條件 2 功能的定性與定量參數(shù) 3 功能實現(xiàn)的具體結(jié)構(gòu)與手段 4 功能使用的經(jīng)濟性 16 適合環(huán)境 溫度 20 2 濕度 55 65 功能的定性與定量參數(shù) 測量行程 X Y Z 500 600 400 mm 機臺尺寸 長 寬 高 1600 1200 2500 mm 機臺承重 500kg最大允許誤差 長度測量最大允許誤差MPEE 2 8 L 200 um 功能的實現(xiàn)的具體結(jié)構(gòu)與手段精密花崗巖平臺 氣浮導軌 保障機構(gòu)穩(wěn)定氣源壓力 0 4MPa 0 6MPa空氣流量 90L min 0 4MPa 移動位移測量元件 英國RENISHAW品牌 分辨率0 001mm 17 2 1 1功能的定義及其分類 概念辨析1 功能2 功用3 用途4 性能5 能力 18 2 1 1功能的定義及其分類 功能的分類 在設(shè)計中對系統(tǒng)各種功能的對待與處理方法 2 附加功能可隨技術(shù)條件或結(jié)構(gòu)方式的改變而取舍或改變 3 非必要功能可能是設(shè)計者主觀加上去的 因此可有可無 4 由于系統(tǒng)的功能總是以成本作為代價的 所以 設(shè)計時應(yīng)對一個系統(tǒng)需具有哪些必要功能 去掉哪些非必要功能做出明確的決定 1 基本功能必須保證 且在設(shè)計中不能改變 19 2 1 1功能的定義及其分類 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 例2 1 設(shè)計行走機器人 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 功能原理設(shè)計 就是針對所設(shè)計產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思 亦即針對產(chǎn)品的主要功能進行原理性設(shè)計 基本功能 行走 注意 不要先入為主 抓住一種方案不放手 這樣很有可能使你喪失以最佳方式實現(xiàn)產(chǎn)品功能的機會 20 輪式足式 雙足 四足 六足 八足 履帶式蠕動式混合式 輪 足 方式 21 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 勇氣號 機遇號 22 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 如何從眾多可實現(xiàn)方案中選擇滿足特定要求的原理方案 分析各種行走原理的特點 優(yōu)點和缺點 并與具體的要求作比較 從中選出最佳原理方案 與具體要求比較 還要考慮創(chuàng)新性和市場潛力 23 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 例2 2 設(shè)計草地剪草機對雜草進行剪修通常的辦法有 拉斷 可以拉斷草 但無法控制被拉斷草的高度 即無法使草地整齊 割斷 像農(nóng)夫割麥一樣 需要握住草的上部才能割斷 剪斷 利用剪刀刃的合攏可以剪斷草 剪斷是較合理的方案 目前很多剪草機都采用這種方式 功能原理設(shè)計就是針對所設(shè)計產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思 亦即針對產(chǎn)品的主要功能進行原理性設(shè)計 24 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 剪草機功能原理設(shè)計 25 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 1 垂直引上法 傳統(tǒng)方法 此法是把半流體的玻璃從熔池中不斷向上引 開始時通過軋輥控制厚度 然后邊向上引邊凝固 這樣加工出來的玻璃表面總是有波紋 且厚度不勻 2 浮法制造平面玻璃的新工藝 讓液態(tài)玻璃飄浮在低熔點金屬的液面上 邊向前流動邊凝固 用此方法生產(chǎn)出來的玻璃克服了厚薄不均且有波紋的缺點 玻璃制作的功能原理設(shè)計 26 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 功能原理設(shè)計的任務(wù) 針對某一確定的功能要求 去尋求一些物理效應(yīng)并借助某些作用原理來求得一些實現(xiàn)該功能目標的解法原理 功能原理設(shè)計的主要工作內(nèi)容是 構(gòu)思能實現(xiàn)功能目標的新的解法原理 27 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 功能原理設(shè)計思維的特點 發(fā)散性和收斂性 收斂性 不管所做的功能原理方案有多少種 采用何種方法 評價功能原理方案是否優(yōu)秀 合理的條件是技術(shù)經(jīng)濟指標 也就是說 最終所選擇的功能原理方案收斂于技術(shù)經(jīng)濟指標 技術(shù)上可行 經(jīng)濟上效益高 發(fā)散性 功能原理設(shè)計工作的重點應(yīng)放在盡可能多地提出創(chuàng)新構(gòu)思上 從而使思維盡量 發(fā)散 以力求提出較多的解法供比較和優(yōu)選 此時 對構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu) 材料和制造工藝等則不一定要有成熟的考慮 故只需用簡圖或示意圖的形式來表達所構(gòu)思的內(nèi)容 28 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 功能原理設(shè)計的特點 功能原理設(shè)計中往往要引入某種新技術(shù) 新材料 新工藝 但首先要求設(shè)計人員有一種新想法 新構(gòu)思 功能原理設(shè)計使所設(shè)計的系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化 所以 功能原理設(shè)計的好與壞將對產(chǎn)品的成敗起決定性作用 設(shè)計人員必須給予高度重視 功能原理設(shè)計是用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng) 使所設(shè)計系統(tǒng)的工作原理發(fā)生根本變化 29 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 在功能原理設(shè)計階段需要注意的三個問題1 某些情況下設(shè)計任務(wù)不明確 設(shè)計者必須親自通過調(diào)查 分析 確定合理明確的功能目標 當功能目標明確之后 就可以尋找一些類似的技術(shù)作參考 這樣可以使設(shè)計者在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上 提出更新 更巧妙的構(gòu)思 同時 設(shè)計者還應(yīng)重視基本科學知識的積累 避免陷入一些違反基本科學原理的錯覺 30 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 在功能原理設(shè)計階段需要注意的三個問題1 某些情況下設(shè)計任務(wù)不明確2 一個好的原理構(gòu)思并不一定能成為產(chǎn)品 一個好的原理構(gòu)思并不一定能成為產(chǎn)品 其部分原因就是因為其結(jié)構(gòu) 材料和工藝 加工 裝配 檢測 問題無法得到合理的解決 這充分說明創(chuàng)新構(gòu)思時一定要粗略考慮一些主要的結(jié)構(gòu)工藝問題的重要性 31 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 在功能原理設(shè)計階段需要注意的三個問題1 某些情況下設(shè)計任務(wù)不明確2 一個好的原理構(gòu)思并不一定能成為產(chǎn)品3 功能原理方案的模型驗證 驗證原理方案的可行性 對不完善的構(gòu)思進行修改 完善 提高 對功能原理構(gòu)思完畢后 就要進行原理性試驗 以驗證功能原理是否能完成預(yù)定的目標 功能原理試驗裝置的結(jié)構(gòu)和材料并不要求完全真實 以不影響功能原理的可靠性為原則 最后 必須要對實驗的結(jié)果進行評價和對比 根據(jù)技術(shù)和經(jīng)濟兩方面的對比結(jié)果選出一種最優(yōu)的功能原理 進行下一步的實用化設(shè)計 32 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 功能原理設(shè)計的要求 3項 2 按照機械系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 設(shè)計要求以及系統(tǒng)功能進行比較 以便從中選出一個較理想的 基本原則 1 需求原則 2 信息原則 3 系統(tǒng)原則 4 優(yōu)化 效益原則 設(shè)計要求 1 功能要求 2 適應(yīng)性要求 3 可靠性要求 4 生產(chǎn)能力要求 5 使用經(jīng)濟性要求 6 成本要求等 3 一個好的功能原理設(shè)計應(yīng)既有創(chuàng)新構(gòu)思 又能滿足用戶的需求 同時兼顧經(jīng)濟效益 1 應(yīng)設(shè)計出幾種不同的功能原理方案 33 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 功能原理設(shè)計的步驟 功能原理方案設(shè)計步驟 科學合理的步驟 34 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 一般設(shè)計過程 一般設(shè)計過程的缺點 1 帶有很大的盲目性2 設(shè)計人員知識和經(jīng)驗的局限性 妨礙了思維 束縛了創(chuàng)造力 35 2 1 2功能原理設(shè)計及其特點 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 2 1 3功能原理設(shè)計的設(shè)計方法 黑箱法 黑箱法 設(shè)計特點 1 暫時摒棄那些附加功能和非必要功能 突出必要功能和基本功能2 將必要功能和基本功能用較為抽象的形式 如輸入量和輸出量 加以表達 3 通過抽象化可清晰地掌握所設(shè)計系統(tǒng) 產(chǎn)品 的基本功能和主要約束條件 從而突出設(shè)計中的主要矛盾 抓住問題的本質(zhì) 從滿足系統(tǒng)功能的角度看黑箱法 36 2 1 3功能原理設(shè)計的設(shè)計方法 黑箱法 自行車的黑箱 37 黑箱法示意圖 如果把具體設(shè)計對象抽象化 統(tǒng)稱為待設(shè)計系統(tǒng) 則有下圖形式 黑箱法 物料流 材料 毛坯 半成品 成品 液體 氣體等能量流 電能 光能 機械能 熱能 核能等信號流 數(shù)據(jù) 測量值 控制信號 波形等 38 2 1 3功能原理設(shè)計的設(shè)計方法 黑箱法 稱為黑箱法的原因?qū)τ诖O(shè)計的系統(tǒng) 產(chǎn)品 來說 在求解之前 猶如一個看不見其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的 黑箱 這種 黑箱 只是用來描述系統(tǒng)的 功能目標 至于 黑箱 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻是未知的 是需要設(shè)計人員去進一步構(gòu)思和設(shè)計的 39 2 1 3功能原理設(shè)計的設(shè)計方法 黑箱法 黑箱法的特點 2 擺脫了具體設(shè)計對象 而按系統(tǒng) 產(chǎn)品 的功能和對三大流進行定性描述來進行思考 使問題簡化 以利于啟發(fā)設(shè)計人員構(gòu)思出更新 更好的功能原理方案來 3 通過 黑箱 與輸入 輸出量及周圍環(huán)境的信息聯(lián)系 了解系統(tǒng) 產(chǎn)品 的功能 特性 進一步探索出系統(tǒng)的機理和結(jié)構(gòu) 逐步使 黑箱 灰箱 白箱 直至方案擬定 1 黑箱法 是根據(jù)系統(tǒng)的輸入 輸出關(guān)系來研究實現(xiàn)系統(tǒng)功能目標的一種方法 40 2 1 3功能原理設(shè)計的設(shè)計方法 黑箱法 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 研究功能元 功能結(jié)構(gòu)的意義 黑箱法 是根據(jù)系統(tǒng)的輸入 輸出關(guān)系來研究實現(xiàn)系統(tǒng)功能目標 只是揭示了物料 信息 能量流由輸入到輸出的轉(zhuǎn)換 而對于如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)換則未給出明確的方法 必須在 黑箱法 的基礎(chǔ)上進行功能分解 這就用到了功能元和功能結(jié)構(gòu)的概念 自行車功能原理系統(tǒng)圖 41 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 功能分解由于一個系統(tǒng)可以分解成一些子系統(tǒng) 所以 一個系統(tǒng)的總功能也能分解為一些分功能 如果有些分功能還太復(fù)雜 則還可以進一步分解到更低層次的分功能 直到分解到最后不能再分解的基本功能單位為止 功能元 功能分解的目的是把復(fù)雜的問題簡單化 42 機械設(shè)計中常用的基本功能元有三類 1 物理功能元 2 數(shù)學功能元 3 邏輯功能元 物理功能元 反映系統(tǒng)中能量流 物料流及信息流的基本物理動作 常用的有五個 數(shù)學功能元 主要用于機械系統(tǒng)中有一些與數(shù)學的加 減 乘 除等有關(guān)的功能要求 如差動輪系 求積儀 機械式計算機等 它反映數(shù)學的基本動作 邏輯功能元 主要用于信息及控制系統(tǒng)中 基本的邏輯功能元有 與 或 非 元 功能元 功能分解到最低層次 直到分解到最后不能再分解的基本功能單位為止 這個基本功能單位就叫功能元 43 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 表2 1常用的物理功能元 44 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 數(shù)學功能元 45 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 2 功能結(jié)構(gòu)功能的分解和組合關(guān)系稱為功能結(jié)構(gòu) 將總功能分解成分功能 功能單位 同一層次的功能單位組合起來 應(yīng)能滿足上一層功能的要求 最后組合成的整體應(yīng)能滿足總功能的要求 圖2 7功能結(jié)構(gòu)示意圖 46 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 2 功能結(jié)構(gòu) 基本類型 串聯(lián)串并聯(lián)循環(huán) 47 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 2 功能結(jié)構(gòu) 建立功能結(jié)構(gòu)的一般原則 1 功能結(jié)構(gòu)圖可從 黑箱 或設(shè)計要求明細表出發(fā)來建立 2 先主后次 逐漸完善 首先考慮主要功能和主要流 初步建立功能結(jié)構(gòu)圖 再解決輔助功能和次要流 逐漸完善系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu) 4 功能結(jié)構(gòu)不是只有一種形式 5 總功能需要分解到什么程度主要取決于在哪個層次上能找到相應(yīng)的技術(shù)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)其功能要求 48 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 例 建立材料拉伸試驗機的功能結(jié)構(gòu)圖 黑箱法求總功能 總功能分解 49 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 建立功能結(jié)構(gòu)圖的流程 建立功能結(jié)構(gòu)圖的兩種方法1 從總功能出發(fā)來層層分解 2 先建立輸入 輸出兩端的分功能 再根據(jù)總功能要求將兩端聯(lián)接起來 建立功能結(jié)構(gòu)圖時的注意事項 1 建立功能結(jié)構(gòu)圖時 應(yīng)首先選用表2 1所列的基本功能元 2 功能結(jié)構(gòu)圖應(yīng)盡可能簡單 能找到相應(yīng)的技術(shù)效應(yīng)時就不要再繼續(xù)分解下去了 3 要把原理方案構(gòu)思同功能結(jié)構(gòu)圖的建立結(jié)合起來 50 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 2 1 5功能元 分功能 求解 功能元是功能結(jié)構(gòu)圖中最基本的單位 每一個功能元都要求找出相應(yīng)的技術(shù) 物理效應(yīng)來實現(xiàn) 有時一個功能元可以相應(yīng)地提出幾個技術(shù) 物理效應(yīng) 功能元的求解方法主要有 參考有關(guān)資料 ?？虍a(chǎn)品求解法 利用各種創(chuàng)造性方法以開闊思想去探討求解法 利用設(shè)計目錄求解法 設(shè)計目錄是把能實現(xiàn)某種功能元的各種原理和結(jié)構(gòu)綜合在一起的一種表格或分類資料 51 2 1 5功能元 分功能 求解 52 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 1 把各種功能元的局部解合理地予以組合 就可以得到一個系統(tǒng)的多個原理解 2 組合的方法可以采用形態(tài)矩陣法 亦稱為模幅箱法 利用形態(tài)學方法建立起的模幅箱 功能原理方案確定時應(yīng)該注意的問題 一個好的原理構(gòu)思有時不能成為產(chǎn)品 原因是因為結(jié)構(gòu) 材料和工藝問題無法得到合理解決 因此在創(chuàng)新構(gòu)思階段要考慮一些主要結(jié)構(gòu)和工藝實現(xiàn)的可能性 以利于實用化 形態(tài)矩陣法是把系統(tǒng)功能元和其所對應(yīng)的各個解分別作為縱 橫坐標 列出 功能求解矩陣 然后從每個功能元中取出一個對應(yīng)解進行有機組合 以構(gòu)成一個系統(tǒng)解的方法 53 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 第一步 用黑箱法尋找總功能的轉(zhuǎn)換關(guān)系 54 第二步 總功能分解 分解依據(jù) 挖掘機的技術(shù)輪廓 55 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 第二步 總功能分解 56 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 第三步 建立功能結(jié)構(gòu)圖 57 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 第四步 尋找原理解法和原理解組合 58 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 第四步 尋找原理解法和原理解組合 組合方案數(shù) 3 3 2 3 1 4 4 3 4 10368方案1為履帶式正鏟機械挖掘機 A1 B1 C2 D2 E1 F1 G2 H2 I1 方案2為輪胎式正鏟液壓挖掘機 A3 B1 C1 D2 E1 F2 G3 H1 I2 根據(jù)設(shè)計對功率的要求可知 在能量傳遞與分配過程中 采用鏈傳動和皮帶傳動是不相容的 應(yīng)去掉 故組合方案數(shù) 3 3 2 3 1 2 4 3 4 5184 59 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 利用相容性矩陣對原理方案篩選 為了便于檢驗和了解有聯(lián)系的分功能 功能元 之間的相容性 可以列出相容性矩陣 檢驗相鄰功能元所對應(yīng)的技術(shù) 物理效應(yīng)之間的相容性 60 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 利用選擇表對原理方案篩選 對于復(fù)雜問題 可以采用選擇表進行方案篩選 建立選擇表之前 先要擬出一些選擇標準 例如 與設(shè)計任務(wù)應(yīng)相符 應(yīng)能滿足設(shè)計要求明細表上的各項必達要求 在原理上可實現(xiàn) 在成本上可行 符合安全和人 機工程學要求 在技術(shù)水平 材料供應(yīng) 制造方法 專利和標準方面可行 其他 61 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 舉例 設(shè)計要求 把一堆不規(guī)則放置的瓶蓋整列成口朝上的位置逐個輸出 瓶蓋的形狀和尺寸如圖所示 瓶蓋質(zhì)量為m 10g 能量為220V交流和高壓氣 壓力0 6MPa 其余功能要求 基本要求 1 不規(guī)則瓶蓋整列為口朝上逐個輸出 2 小批生產(chǎn) 中小型廠加工 必達要求 1 整列速度100個 分鐘 2 整列誤差小于1 1000 附加要求 1 成本不高于2000元 臺 2 結(jié)構(gòu)簡單 3 操作方便 62 第一步 明確任務(wù)要求 基本要求 必達要求 附加要求 總功能分解 總功能與分功能之間的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如下 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 瓶蓋整列 第二步 功能分析 總功能 瓶蓋整列 其黑箱模型如下圖所示 63 第三步 功能元求解 采用設(shè)計目錄法對功能元求解 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 瓶蓋整列 64 第四步 功能元解的組合 組合各功能元的解 可得N 8 6 6 3 7 6048個系統(tǒng)解 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 瓶蓋整列 65 2 1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 瓶蓋整列 第五步 評價與決策 簡單評價法 簡易的選擇表 優(yōu)選方案II 66 2 2機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 2 2 1結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的任務(wù) 原則任務(wù) 將原理方案設(shè)計結(jié)構(gòu)化 輸出是裝配圖 重要性 它的工作質(zhì)量對滿足功能要求 保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性 降低產(chǎn)品的成本等都起著十分重要的作用 67 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計原則 三項基本原則 明確 簡單 安全可靠 2 2 1結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的任務(wù) 原則 1 明確原則 功能明確 不疏漏 不冗余 工作情況明確 結(jié)構(gòu)的工作原理明確 2 簡單原則 簡單 具有簡化 簡便 簡明 簡易 減少等含義 結(jié)構(gòu)簡單 操作與監(jiān)控簡便 制造與測量簡單 安裝與調(diào)試簡單 3 安全可靠原則 構(gòu)件的可靠性 結(jié)構(gòu)件的強度與剛度問題 功能的可靠性 系統(tǒng)總功能的可靠性 工作安全性 對操作者的防護 環(huán)境安全性 環(huán)保性與環(huán)境適應(yīng)性 68 2 2機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 2 2 2結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的步驟 總體設(shè)計步驟一般分為三個階段 1 初步設(shè)計2 詳細設(shè)計3 完善和審核階段 69 2 2 2結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的步驟 1 初步設(shè)計1 明確設(shè)計要求 4項 與確定配置有關(guān)的要求 物料流動方向 運動方向 位置關(guān)系等 與確定尺寸有關(guān)的要求 功率 轉(zhuǎn)矩 生產(chǎn)能力 空間限制等 與確定材料有關(guān)的要求 使用壽命 工作環(huán)境 零部件材料等 制造 安裝 運輸 經(jīng)濟性等方面的要求 70 2 2機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 2 2 3總體布置設(shè)計 總體布置設(shè)計就是確定機械系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的相對位置關(guān)系及相對運動關(guān)系 并使總系統(tǒng)具有一個協(xié)調(diào)完善的造型 1 機械系統(tǒng)功能原理方案的多樣性 決定了總體布置設(shè)計方案的多樣性 2 不同的總體布置形式對系統(tǒng)本身的功能有很大影響 總體布置設(shè)計的重要性 71 2 2 3總體布置設(shè)計 總體布置設(shè)計的設(shè)計過程 總體布置設(shè)計應(yīng)該考慮的問題 1 系統(tǒng)本身的設(shè)計內(nèi)容 2 系統(tǒng)與外部各因素之間的關(guān)系 即人機關(guān)系 系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)性 系統(tǒng)對外界環(huán)境的影響3 系統(tǒng)的性能 操作 觀察 調(diào)整 控制 防護等都對總體布置產(chǎn)生的影響 總體布置設(shè)計一般是先布置執(zhí)行系統(tǒng) 即總系統(tǒng)的主功能載體系統(tǒng) 再布置傳動系統(tǒng) 動力系統(tǒng) 操縱系統(tǒng)及支承形式等 從粗到細 從簡到繁 反復(fù)多次 最終確定出較理想的方案 72 1 總體布置設(shè)計的基本要求 3項 對系列設(shè)計 變型設(shè)計給予考慮 1 功能合理 2 結(jié)構(gòu)緊湊 層次清晰 比例協(xié)調(diào) 3 充分考慮產(chǎn)品的系列化及發(fā)展 總布置設(shè)計應(yīng)適于功能表達 不論在整體上或局部上都不應(yīng)采用不利于功能目標的布局方案 應(yīng)盡可能使總系統(tǒng)簡單并充分利用機械系統(tǒng)的內(nèi)部空間 73 2 2 3總體布置設(shè)計 2 機械系統(tǒng)總體布置的基本類型1 按主要工作機構(gòu)的空間幾何位置可分為 平面式 空間式等 2 按主要工作機構(gòu)的布置方向可分為 水平式 臥式 傾斜式 直立式和圓弧式等 3 按原動機與機架相對位置可分為 前置式 中置式 后置式等 4 按工件或機械內(nèi)部工作機構(gòu)的運動方式可分為 回轉(zhuǎn)式 直線式 振動式等 5 按機架或機殼的形式可分為 整體式 剖分式 組合式 龍門式和懸臂式等 6 按工件運動回路或機械系統(tǒng)功率傳遞路線的特點可為分 開式 閉式等 74 2 2 3總體布置設(shè)計 臥式布置 龍門式布置 立式布置 懸臂式布置 典型布置形式 75 2 2機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 2 2 4總體參數(shù)的確定 總體參數(shù)包含的內(nèi)容 總體參數(shù)是機械系統(tǒng)總體設(shè)計和零部件設(shè)計的依據(jù) 總體參數(shù)一般包括 1 性能參數(shù) 生產(chǎn)能力等 2 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) 3 運動參數(shù) 4 動力參數(shù) 76 2 2 4總體參數(shù)的確定 1 性能參數(shù) 生產(chǎn)能力 機械系統(tǒng)的理論生產(chǎn)能力是指設(shè)計生產(chǎn)能力 在單位時間內(nèi)完成的產(chǎn)品數(shù)量 亦可以稱為機械系統(tǒng)的生產(chǎn)率 總體參數(shù)的含義 機械系統(tǒng)的生產(chǎn)率 Q 機械系統(tǒng)生產(chǎn)率 T 在機械系統(tǒng)上加工一個工件的循環(huán)時間 工作周期時間 tg 工作時間 即直接用在加工或裝配一個工件的時間 tf 輔助工作時間 如上下料 夾緊工件 換刀等 77 2 尺寸參數(shù)尺寸參數(shù)主要是指影響機械性能和工作范圍的主要結(jié)構(gòu)尺寸和作業(yè)位置尺寸 主要結(jié)構(gòu)尺寸是由整機外形尺寸和主要組成部分的外形尺寸綜合而成 確定主要結(jié)構(gòu)尺寸時應(yīng)該考慮的問題 安裝 使用空間 包裝 運輸?shù)纫蟮南拗?作業(yè)位置尺寸是機械系統(tǒng)在作業(yè)過程中為了適應(yīng)工作條件要求所需的尺寸 如機床的加工范圍 中心高度 主要運動零部件的工作行程及主要零部件之間位置關(guān)系尺寸等 尺寸參數(shù)的確定方法 尺寸參數(shù)一般依據(jù)設(shè)計任務(wù)書中的原始參數(shù) 方案設(shè)計時的總體布置草圖和與同類機械的類比或通過分析計算確定 78 2 2 4總體參數(shù)的確定 3 運動參數(shù)機械系統(tǒng)的運動參數(shù)一般是指機械執(zhí)行件的運動速度等 4 動力參數(shù)動力參數(shù)是指電動機的額定功率 液壓缸的牽引力 液壓馬達 氣動馬達 伺服電動機或步進電動機的額定轉(zhuǎn)矩等 機械系統(tǒng)中執(zhí)行件的速度一般是根據(jù)工作對象的工藝過程要求和生產(chǎn)率等因素確定 79 2 2 4總體參數(shù)的確定 動力參數(shù)確定需要注意的問題 電機選取注意事項 1電動機的預(yù)選 選擇電動機的要求 各種機械設(shè)備對電動機的基本要求是在可靠 經(jīng)濟的基礎(chǔ)上保證其生產(chǎn)效率 電動機的選擇過程與步驟 2電動機的校驗 1 工作機的負載圖及電動機功率預(yù)選2 電動機機種的選擇3 電動機結(jié)構(gòu)型式 額定電壓 額定轉(zhuǎn)速及工作方式選擇等 1 發(fā)熱溫升校驗 2 過載能力校驗 3 起動能力校驗 80 2 2 4總體參數(shù)的確定 a 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載特性 b 位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性 c 恒功率負載特性 d 負載轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)速函數(shù)的負載特性 e 負載轉(zhuǎn)矩是行程或轉(zhuǎn)角函數(shù)的負載特性 工作機的負載圖 電動機的選擇過程與步驟 電動機的預(yù)選 81 2 2 4總體參數(shù)的確定 2 2機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 2 2 5結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的基本原理 1 任務(wù)分配原理 2 穩(wěn)定性原理 3 合理力流原理 4 自補償原理 5 變形協(xié)調(diào)原理 6 平衡原理 7 等強度原理 功能原理設(shè)計是為機械系統(tǒng)的功能 分功能尋找理想的技術(shù)物理效應(yīng) 而結(jié)構(gòu)設(shè)計是為實現(xiàn)這些功能 分功能選擇具體的零部件 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的基本原理 七大原理 82 2 2 5結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的基本原理 1任務(wù)分配原理 一個功能是由幾個零部件 載體 共同承擔還是由一個載體單獨完成 將這種確定功能與載體之間的關(guān)系稱之為任務(wù)分配 任務(wù)分配的三種情況 2 一個載體承擔多個功能 3 多個載體共同承擔一個功能 特點