范文一:机械系统设计
系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。
构成一个系统必须具备三个条件:
①系统由两个以上的要素组成;
②要素之间存在着相互联系、相互作用(interaction ) ;
③系统具有不同于各个组成要素的整体功能
系统组成
(1)要素 又称元素。是系统的组成部分,又称为子系统。
(2)结构 系统各要素相对稳定的相互联系、相互作用的方式。
(3)功能 系统整体在内部与外部的联系中表现的作用和能力。
(4)边界 系统所包含的要素的界限,结构表明须有确定边界。
(5)环境 存在于系统外与系统发生作用的各种因素的总体。
功能表明系统需要与环境发生关系。
(6)输入 通过边界进入到系统的事物。
输出 通过边界进入到环境的事物。
1. 系统的 6个原理
(1)整体性原理 (Principle of system integrality)
系统的整体性的主要表现在于:
系统的性质、功能和运动规律只有从整体上才能显示出来。
整体与部分相对应, 整体是各个部分综合的产物。 系统整体不等于部分和, 表现出了系统的 非加和性,即要素的相互作用具有非线性。
整体性至少有两层含义:
①要素联系不能分割。
②要素服从整体功能。
(2)结构性原理 (Principle of system structure)。
系统的结构性是指要素与要素、要素与整体的相互联系、相互作用的特性。
结构性又称为系统内部的相关性。
结构是系统保持整体性和目的性的内在根据。
任何系统都是时空结构系统。
结构是功能的基础,功能是结构的表现。
结构决定功能,功能又反作用于结构。
(3)开放性原理 (Principle of open properties of system)
系统的开放性是指系统与环境发生交换关系的属性。
开放性又称为系统外部的相关性,它是由系统内在结构所决定的。
输入与输出是表征系统开放性的两个方面。
系统需要开放,是由于系统的存在和发展离不开环境。
开放性是在与环境的相互作用中实现的。
环境选择系统,系统也选择环境。
系统世界应该是一个和谐发展的世界。
(4)动态性原理 (Principle of dynamic property of system)。
任何具体系统都要经历产生、发展、稳定、老化和衰亡的过 程,系统状态是时间的 函数,这就是系统的动态性。
运动是系统的存在方式。 系统内部各要素的相互作用是系统 运动的内因, 系统与环 境的相互作用是系统运动的外因。
系统具有绝对的动态性,并不否认系统具有相对的稳定性。
系统的稳定性是指系统在外界干扰和内部故障的作用下,持续保持结构、功能和性 质的恒定性和有序性。
相对稳定性是系统存在和发展的必要条件。
动态性对设计工作的启示:
①要以发展变化的观点来研究问题, 把握设计对象的发展趋势和变化规律, 在实践中防止退 化, 促成进化。
②由于系统的动态变化, 就会出现这样或那样的时机可以利用。 因此, 要认识时机, 抓住时 机。
③要保持系统的稳定有序状态, 必须在动态中平衡系统。 在条件具备时, 平衡是可以打破的。 打破之后要在新的基础上建立新的动态平衡,以维 持新的稳定有序状态。
(5)层次性原理 (Principle of system levels)
系统的层次性是指系统的一种垂直结构,即,系统由一定的要素组成,这些要素是 由低一级要素组成的子系统,而系统本身又是高一级系统的组成要素。
系统层次性的基本内容有 3点:
①任何系统都具有层次结构。
②任何系统从简单到复杂的发展过程是分层次的。
③不同层次的系统之间是相互影响的。
高层次系统与低层次系统形成一种纵向联系。
在同 — 层次的各 (子 ) 系统之间形成复杂的横向联系。
(6)目的性原理 (Principle of systempurposiveness)
系统的目的性是指系统以追求有序稳定结构为目的的特性。 目的是行为的结果。 系统要实现一定的功能是系统自身存在的目的。
如果系统不具备有序稳定结构,就不具有保持自身的能力,就会在外力和内力的影 响下分解、崩溃。任何系统都具有内部 (结构 ) 和外部 (功能 ) 的 二重性。
1. 系统论第一定律
系统的属性种类总是多于组成它的各个事物在孤立状态时的属性种类之和, 对于可量 度的某具体属性的值, 系统可能起到放大或缩小作用, 也可能不发生变化, 究竟起何作用取 决于该属性的本质、系统的结构以及系统内协同作用的强弱。
2. 系统的第二定律
在保证实现环境允许系统达到的功能的前提下,整个系统对空间、时间、物质、 能量 和信息的利用率将趋于最高。
该定律又称之为五率最高原则。
如果一个系统没有使上述五率达到最高, 那么这个系统是不稳定的,必然是下列两种 情况之一:
⑴系统本身不变化, 或变化的速度太慢, 五率远未达到条件所许可的程度, 这类系统在 与五率更高的系统的竞争中必然趋于毁灭;
⑵系统的要素与结构发展变化,不断提高五率,在这个过程中,系统由低级到高级, 由简单到复杂不断完善
注意:
⑴第二定律指的系统对空间、 时间、 物质、 能量和信息的利用率达到最高, 是这五者的综合 利用率达最高, 而不是片面地追求某一个。 因此, 在设计一个机械系统时, 决不可片面追求 某种功能或属性。
⑵系统在不同的环境条件下对空间、时间、物 质、能量和信息的利用率是不相同的。 3. 系统的第三定律
不同的系统在某种意义上存在着一定程 度的相似性, 从一个系统上得出的规 律, 可以 推广或还原到与之相似的其它 系统上去。
3. 系统的相关性
1. 系统要素与要素之间的关系
系统要素与要素之间的是相互作用。
恩格斯说:“ 相互作用是事物的真正的终极原因。 ”
系统通过要素的相互作用, 形成了全新的整体效 应, 有新质产生。 作用各方一般没 有明显的对称 性,即具有非线性关系。
2. 系统要素与整体的关系
(1)要素服从整体
(2)局部薄弱环节制约全局
设计的类型
三分法
按照人-社会-自然的相互关系, 将设计分为三种类型:
⑴环境设计
Environmental Design
⑵产品设计
Product Design
⑶传达设计
Communication Design
四分法
按照人-机-环境的相互关系分
⑴环境设计:对人类生存空间环境的设计。
例 3-1 区域规划,工程,建筑,桥梁,道路,园林等。
⑵过程设计:对事物发展过程的计划和安排。
例 3-2 对流程系统的设计。工艺设计,程序设计。
⑶产品设计:对由许多元件结合成为整体的技术实体的设计。对结合系统的设计。
⑷工业设计:对工业产品的技术设计和艺术设计, 艺术设计部分称为工业造型设计, 产品商 品化
机械系统的组成
1. 动力系统:动力机及其配套装置,动力源
一 /二次动力机:一 /二次能源→机械能。
2. 运动系统 :
1) 执行系统:执行机构和执行构件,工作机
改变对象的性质、状态、形状或位置,或检测、度量。
2) 传动系统:1和 2的中间装置。传递动力和运动。
⑴减速或增速;⑵变速;⑶改变运动规律。⑷传递动力
3. 操控系统:使 123彼此协调运行。
⑴操纵系统:通过人工操作,起动、离合、制动、变速、换向;
⑵控制系统:通过控制器自动实现,如伺服机构、微机控制。
4. 支承系统:用于安装和支承 1234。基础件 +支承件 = 机架
5. 辅助系统:润滑、冷却、计数、行走、安全
设计对象所具有的共同性质
性质 1:任何一个设计对象都有确定的技术过程。
性质 1所确定的技术过程可以分为:
⑴主要过程:亦称工作过程,实现主要的转换。
⑵辅助过程:为保证主要过程所必需的技术过程。
⑶驱动过程:提供所需的能量。
⑷控制过程:对工作过程进行必要的操纵和调整。
⑸联接过程和支承过程。
性质 2:任何一个设计对象都具有接受物料、能量与信息,并按照一定的时序转换物料、能 量与信息状态的功能。
功能:是某个子系统对其作业对象施加作用,并取得一定效应的能力。
效应:是由于该系统对作业对象施加作用,使得作业对象的性质或状态产生转换的结果。 在设计中,可将拟定的技术系统分解成功能的分层结构。同一层次的分功能组合起来, 可以满足上一层次功能的要求,最后组成为功能的整体,以满足总功能的设计要求
性质 3:任何一个设计对象都是由许多元素 (设施、设备、机器、零部件、元器件等 ) 集合而 成的技术系统。
结构:是由许多具有不同复合程度的要素组成子系统 复合而成。这些要素表现为各种类型 的机体。这些机体可分为:
⑴工作机体:执行主要功能和直接的工作作用。
⑵辅助机体:提供辅助工作或准备工作的作用。
⑶动力机体:供给技术系统中各机体的所需动力。
⑷控制机体:处理信息、接受和发出控制信号。
⑸连接和支承机体:连接、传输、支承与固定。
性质 4:任何一个设计对象都是经人规划、设 计、加工、建立和使用的人工系统。
性质 4所确定的人工系统的形成, 是设计思维的最终结果。 设计思维的原则反映了设计 者在解决新系统的设计构思时所遵循的构思规则。
产品的市场生命周期
产品的市场生命周期:(又称寿命周期)
是指一个产品从进入市场到退出市场的过程。
销 售 量
4个阶段:投入期 成长期 成熟期 衰退期 时间 试销期
初步稳定期
失望期
成长后期
自然环境
社会环境
机械系统的设计过程
功能分解,分功能求解,得到多个系统原理解,选择工作原理,
原理方案设计 将功能原理方案具体化为机器及零部件的具体结构。
结构方案设计 适用性变化,标准化、系列化和模块化,艺术造型设计,价值 进行全部零件工作图、装配图的设计,完成设计说明书、使用 设计零部件形状,确定零部件数量,相互空间位置。 进行子系统的技术设计和总体系统的技术设计,计算和确定主要 详 技 结构设计或实 装配图 概 内 工作步聚
工作内容
工作成果
系统分解 将总系统分解成子系统,画出系统图,以便于分析和设计
明确系统目的与要求,进行模型化、优化与评价,确定满意方案 系统分析
设计总体方案,对可行的各候选方案进行分析评价,得到满意方 案。进行总体布置设计,必要时进行试验研究(前期试验) 或功能原理设 计或系统综合 功能结构 原理方案 原理试验报告
仿真结果 质的设计(定性分析构型,各零件形状、数目、位置关系)。 若有几种方案时还需要进行评价决策,最后选择最佳方案。
或初步设计
总体结构草图
分析,面向制造、装配和成本的设计,稳健设计,绿色设计, 产品定价。
说明书和各种工艺技术文件。
选择材料主,确定尺寸,进行各种计算。
量的设计(确定计算尺寸,确定材料),按比例绘制结构图。 尺寸,绘制部件装配图和总图,必要时进行试验研究 (中期试验 ) 商品化设计
施工设计 细 设 计
术 设 计 总体设计 用化结构设计 整机结构总图 模型试验报告 零件图 技术文件 (交付制造 ) 功能广告 推广文本 (交付营销 )
念 设 计
部 设 计 (产 品 设 计 )
对设计进行全面的技术、经济评价,分析 对不能满足系统要求的技术、经济指标进行 对单件生产的产品,经修改、试验、调整 建立销售渠道,提供市场服务,收集和分析 样机试制 定型设计
试 测
样机 样机 完 内部系统对周围环境的作用和影响 样机试验,样机试验(后期试验) 对样机进行全面的鉴定和评审
分析,根据样机鉴定和评审意见修改设计 后,投入运行考核,并在运行中不断完善 核设计的工艺性,并不断修改和完善设计, 同时进行工艺装备的准备工作
完善全部工作图、技术文件和工艺文件 用户意见
鉴定和评审
和评审 改进设计
试生产 (小批 试制) 销售
产 试
用 试 和 改 进
商品面市 文件归档 客户反馈
(原型) 试验报告
工作成果 善 设 计 (制 造 销 售 )
5. 机械系统设计的工作原则
1. 需求原则:避免想当然;动态观需求;识别隐需求 ⒉信息原则:市场、科技、测试、评审、工艺 ⒊效益原则:技术经济,社会;生命周期费用 ⒋简化原则:力求简化。简化比复杂更为优越 ⒌定量原则:参数,评价,尽可能定量
⒍时间原则:缩短设计周期;估计未来变化 ⒎合法原则:⑴法律和法规 ⑵政策 ⑶标准化
⒏审核原则:须适时而严细地审核每个设计环节
第二章
概念产品:是产品总体系统特征、性能、结构、尺寸形状 的描述和实现。
概念设计:以概念产品为目标的设计。它是由分析用户需求到生成概念产品的过程。 设计任务抽象化 1. 黑箱法
思想。利用对未知系统的外部观测,分析该系统与环境之间的输入和输出,通过输
入和输出的转换关系, 确定系统的功能, 寻求能够实现该功能所需具备的工作原理,
确定其内部结构。
目的。是使设计者不要首先从产品结构着手,而应从系统的功能出发设计产品。它
有利于抓住问题本质、扩大思路、摆脱传统构造的旧框框,获得新的高水平的设计 方案。
它是设计任务抽象化的一种方法。
设计过程就是逐步打开黑箱的过程。
图示为一般的黑箱示意图。方框内部为待设计的技术系统,方框 即为系统边界,方框外部 标明系统的输入量和输出量 (要求系统实现的 转化 ) 、系统与外界环境的相互影响
物料 M
能量
E 信息 S
输入
物料 M 能量 E ′ 信息 S ′ 输出
2. 功能的概念
功能是系统必须实现的任务,或者说是系统具有转化能量、运动或其他物理量的特 性。
每个系统都有自己的功能, 用户对产品功能的需求是有条件的, 即功能的使用地点、 环 境条件、功能的定量与定性参数、实现功能的具体结构与手段、功能的经济性等
功能
必要功能
非必要功能
基本功能
附加功能
3. 功能描述 /定义
设计要求表列出了详尽的要求,设计人员应去掉次要因素,突出最主要的任务。 描述系统的总功能:由设计要求表突出最主要的任务,用抽象的概念。 1. 功能分解
总功能→分功能→分功能→…→功能元
功能分解后容易求解:
输入量和输出量关系更为明确,
转换所需的物理原理比较单一,
结构化后零件数量较少。
功能分解的 4个要点:
⑴通常按照解决问题的因果关系、或手段目的关系来分析分功能。
例:平口虎钳,为了 “ 夹紧工件 ” ,须 “ 施加压力 ” 。 前者是目的,后者是手段,沿着这个思 路逐步分解。
⑵也可按照生产的空间顺序或时间顺序来分析
例:汽水瓶灌装自动机的分功能包括:瓶、盖、汽水的贮存 与输送、灌装、加盖、封口、 贴商标、成品输送。
⑶功能分解的结果用功能树的形式表达比较简单,易于掌握。 功能树的末端是功能元。 ⑷功能分解不只是问题求解的手段, 而且是深刻认识事物的方法。 只有在认清产品的分功 能后,才能从根本上改进它。
功能结构的三种基本形式
⑴串联结构, 又称顺序结构, 它反映了功 能之间的因果关系或时间、 空间顺序关 系, 其基 本形式如图所示, F1、 F2、 F3为分功能。
⑵并联结构,又称选择结构。
几个分功能作为不同的手段共同完成一个目的, 或同时完成某些分功能之后, 才能继续执行 下一个分功能,则这 几个分功能处于并联关系。
⑶ 环形结构,又称循环结构
输出反馈到输入的结构
3. 功能结构图
画图方法:结合初步的工作原理或简单的构形设想,把分功能按因果关系,时空顺 序关系或逻辑关系组织起来,得出功能结构图。
如果需要,可在功能结构图中分别表明物料流、能量流和信号流。
例:洗衣机功能结构图
的 能量 信息
水
洗衣机的功能结构图
功能载体:实现功能的技术实体
求解的组合方法
1. 检索与选择
⑴ 按从属关系检索与选择
按事物的从属关系进行检索与选择,可有效地利用已有知识,高效率地获得解答。 ⑵ 按相似关系检索与选择
不考虑事物的从属关系, 只要发现事物属性有相似关系, 就作原型, 探求工作原理,
改变条件加以应用。
先认为 “ 闪光的都是金子 ” 。后鉴别 “ 闪光的东西不一定都是金子 ” 。最后确定可供选
用的几个原型。
2. 变异的主要操作方法 ⑴扩大与缩小:
M → kM , M 为参数,包括几何要素, k 为变 换系数。 例:汽车轮胎:小→大 =标准轮胎。
收音机、电子计算机:大→小。微型机械已经问世。 日用品向两极发展:落地式音箱,纸片香皂。 ⑵增加与减少:
M ±n ,对某一主体材增加或减去一部分 n , 被减去的部分不再是系统的组成部分。 例:M+n:磁性保温杯,塑料瓶带挂钩。 ⑶组合与分解:
M ±N , M 、 N… 为所处理的诸要素。 分解后的要素仍然是系统的组成部分。 ⑷逆反
① MN → NM 。改变要素间的位置、层次等关系。 ② M →,即非 M 。将某要素改变为相反的要素。
⑸置换:MN+Q → MQ +N。系统要素 N 被要素 Q 所置换。 总体设计的内容
⑴ 系统的原理方案的构思 ⑵ 结构方案设计 ⑶ 总体布局与环境设计 ⑷ 主要参数及技术指标的确定 ⑸ 总体方案的评价与决策 总体布置的基本要求
(1)保证工艺过程的连续和流畅
2)降低质心高度、减小偏置
(3)保证精度、刚度,提高抗振性及热稳定性 4)充分考虑产品系列化和发展 (5)结构紧凑,层次分明 (6)操作、维修、调整方便 (7)外形美观
1. 总体布置的一般特点
⑴总体布置各子系统的一般顺序: ①先布置执行系统, ②再布置 动力系统, ③ 传动系统, ④ 操纵系统
⑤ 支承系统等。 ⑵总体布置的过程: ①从粗到细,从简到繁, ②需要反复多次才能确定。
总体主要参数的确定
1尺寸参数 2. 运动参数 3. 动力参数 4. 重量参数 5. 性能参数
GC58-60规定了七个标准公比:1.06、 1.12、 1.26、1.41、 1.58、 1.72和 2。
Z应圆整为整数
制定公比 φ的原则
①机床主轴转速是由小到大递增的, 所以 φ应大于1, 并规定最大相对转速损失率不超过5
1
max min
Z n n R n ?
-=
=Z ?=
lg 1
lg n R Z ?
=
+
0%,则相应公比 φ不应大于2,故1<>
②公比 φ为2的某次方根,使转速 n 每隔几级就出现一个2n ,这样不仅记忆方便,而且便 于使用双速或多速电动机,以简化变速机构。
③公比 φ为10的某次方根, 使转速 n 每隔几级后的转速为前面的10倍, 而且还可以使转 速整齐好记。
结构设计的原则
1. 明确
对产品设计中所要考虑的问题都应在结构方案中获得明确的体现 与分担。
(1)功能明确 :功能应有确定的结构来分担
(2)工作原理明确:
(3)使用工况及应力状态明确
2. 简单
是指在满足总功能前提下,尽量力求结构形状简单、零部件数量少等。
3. 安全
是指机器安全和为了保证安全而采取的技术措施。
安全技术可分为:
⑴直接安全技术法
⑵间接安全技术法
⑶提示性安全技术法。
结构设计的原理 (考一个
2.3.3.1 任务分配原理
2.3.3.2 自补偿 /自助原理
2.3.3.3 力传递原理
2.3.3.4 变形协调原理
2.3.3.5 力平衡原理
2.3.3.6 等强度原理
2.3.3.7 稳定性原理
第三章
按载荷是否随时间变化可以分为 静载荷和动载荷
一般设备承受的动载荷主要有 周期载荷、冲击载荷和随机载荷等几种。
按载荷的作用形式,可以分为 拉伸载荷、弯曲载荷以及扭转载荷等。
载荷的构成 1. 工作阻力
2. 摩擦力
3. 自重载荷
4. 外部动载荷
5. 传动系统的动载荷
6. 其它载荷
确定载荷通常有三种方法:
相似类比法
实际测量法
计算法
工作机械的负载特性
指工作机械工运行过程中,其运动参数(位移、速度等)和力能参数(转矩、功率)等的变 化规律
1. 恒转矩负载特性
2. 恒功率负载特性
3. 负载转矩是转速函数的负载特性
4. 负载转矩是行程或转角函数的负载特性
5. 负载转矩变化无规律的负载特性
第四章
执行系统 执行末端件
执行机构
直接与工作对象接触并完 成一定工作或在工作对象 上完成一定动作的零部件 给执行末端件提供动力和带 动它实现运动,即把传动系 统传递过来的运动的动力进 行必要的交换,以满足末端 执行件的要求。
执行系统的功能
1. 实现运动或运动规律变换
2. 施力
3. 分度与转位
4. 抓取与夹持
5. 搬运与输送
6. 检测
执行系统的分类
按执行系统对运动和动力的要求分:
动作型:缝纫机、包糖机、印刷机等。
动力型:冲床、推土机、挖掘机、碎石机等。
动作动力型:滚齿机、插齿机等。
按执行系统中执行机构的相互联系情况分:
单一型:搅拌机、碎石机、胶带输送机等。
相互独立型:外圆磨床、起重机等。
相互联系型:印刷机、包装机、缝纫机、纺织机等。 执行系统的设计要求
1. 实现预期精度的运动或动作
2. 各执行机构间动作要协调配合
3. 有足够的强度、刚度
4. 结构合理、造型美观、便于制造与安装
5. 工作安全可靠,有足够的使用寿命
机构的构型
⑴ 组合法⑵ 变异法
执行系统协调设计原则
满足各执行机构动作先后的顺序性要求
满足各执行机构动作在时间上的同步性要求
满足各执行机构在空间布置上的协调性要求
满足各执行机构在操作上的协同性要求
各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率
各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和
效率的提高
机械运动循环图
用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互协调配合的图。
通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件, 以生产工艺的起始点作为运动循环的 起始点,据此确定其它执行构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。
传动系统的类型
第五章
按传动比能否变化分 1固定传动比传动系统 2变速传动系统
按动力机驱动执行机构的数目分
1独立驱动传动系统 2集中驱动传动系统 3联合驱动传动系统
传动系统的组成 1变速装置 2起停和换向装置 3制动装置 4安全保护装置
变速装置 交换齿轮变速 滑移齿轮变速 离合器变速机构 啮合器变速
主轴从计算转速 n j 到最高转速之间的全部转速都传递全部功率。因此,使主轴获得上述转 速的传动件的转速也应该传递全部功率。这些转速中的最低转速, 就是传动件的计算转速 两个执行件之间的传动链 称为内联传动链
第六章
操纵系统的要求
1)操纵轻便省力。
2)操纵行程适当
3)操纵灵活
4)操纵件定位可靠
5)操纵灵敏、效率高
6)操纵系统的反馈准确迅速
7)操纵系统应有可调性
8)操纵方便舒适
9)操纵安全可靠
操纵系统的组成 1)操纵件2)执行件3)传动件
主要设计参数:操纵力、操纵行程、传动比
三个范围 1. 站立时人肢体的能力范围和用力范围
2. 坐势操纵的能力范围和用力范围
3人的视力范围
手操纵件的结构造型
(1) 设计手柄式操纵件时, 要重视柄部的结构形状和尺寸。 由于手掌心肌肉最少, 为避免 掌心用力过大而产生痉挛,设计的柄部结构应避免手掌与柄部完全贴合。
2)为了便于识别和记忆,各操纵件最好采用不同形状的柄部或者不用颜色的按钮。
3) 采用按钮式操纵件时, 最好将旋钮的手捏部分设计成一头尖的形状, 或做上醒目的标记, 用来指明旋转刻度位置。
4) 采用复合多功能操纵件, 可以在操作时手不离开操纵件而完成多种操纵任务, 且可节约
操作空间。
5)键盘式开关在键上可注上文字或图形,便于识别和记忆
安全保护 (1)自锁机构2)互锁机构
第七章
支承系统的功用
支承机械系统其它各部件,承受切削力、重力、惯性力、摩擦力等静态力和动态力。 保证各部件之间的相对位置精度和运动部件的相对运动轨迹的准确关系。
内部空间可存放冷却液、润滑液、液压油的油箱、电动机。
支承件的基本要求
1. 足够的静刚度
2. 较好的动态特性
3. 良好的热特性
4. 小的内应力
5. 其他 应考虑吊运安全,液压、电器布置合理、便于加工和装配。机床支承件还要考虑 便于冷却液、润滑液的回收、排屑方便。
支承件的静刚度 自身刚度 局部刚度 接触刚度
隔板(肋板)是 指布置在支承件两外壁之间并将两外壁连接在一起的内板
肋条是 指配置在支承件内壁上的条状金属,它不连接支承件的整个断面
提高支承件的局部刚度
(一)合理选择连接部位的结构
(二)合理选择螺钉尺寸和布置
三)注意连接处的局部过渡
常用材料
铸铁:材料价格便宜、阻尼大抗振性好、容易获得复杂的结构。
但铸件需要木模,制造周期长,批量小时成本高,易产生缩孔与砂眼(气泡)等缺陷。 适用场合:生产批量较大的支承件。
铸铁支承件, 如果导轨与支承件铸为一体, 则铸铁的牌号应根据导轨的要求选择; 如果导轨 是镶装上去的,或者支承件上没有导轨,则一般可采用 HT150。
钢材焊接:钢材弹性模量大,重量可以轻一点;添加隔板、加强筋灵活,且容易改型,但钢 材的阻尼小;焊接时易产生变形。
适用场合:单件小批生产的支承件,结构简单,要求不高的机械。
如果支承件由型钢和钢板焊接,则常用 Q235AF 或 Q275钢
其他材料:轻合金,钢板外壳的混凝土,包泥芯的铸件,花岗岩
热处理
在铸造或焊接中的残余应力,使支承件产生变形。
进行时效处理可以消除残余应力。
普通精度机床的支承件在粗加工后安排一次热时效处理即可,精密机床最好进行两 次热时效处理,即粗加工前、后各一次。
高精度机床在进行热时效处理后,还进行天然时效处理,即把铸件堆放在露天一年 左右,让它们充分地变形。
振型和固有频率合称为 模态。一般把模态按固有频率从小到大排列,其序号称为阶。 提高动刚度的措施
1)在支承件内腔充填泥芯或混凝土等具有高内阻尼的材料
2)采用具有阻尼性能的焊接结构。如采用间断焊缝、焊减振接头等来加大摩擦阻尼。
3) 对于弯曲振动结构尤其是薄壁结构, 在其表面喷涂一层具有高内阻尼的粘滞性材料, 如 沥青基制成的胶泥减振剂、 高分子聚合物和油漆腻子等, 或采用石墨纤维的约束带和内阻尼 高、剪切膜量极低的压敏式阻尼胶等。
4)采用环氧树脂粘结的结构,其抗振性超过铸造和焊接结构。
5)采用较粗糙的加工面或在接触面间垫以弹性材料,也能增加阻尼提高抗振性。但此时接 触刚度有所降低。
6)安装阻尼装置。
提高支承系统热特性的措施
1. 散热和隔热
2. 均热
3. 使热变形对工作质量的影响较小
范文二:机械系统设计
P7机械定义为由两个或两个以上要素组成、能产生机械运动、完成把施加能量转化为有效功的装置。
机械系统由各个基本要素(零件构件机构机器)组成,用以完成所需动作,实现机械能变换的系统。机械系统区别于其他系统的最大特征是产生确定的运动和机械能变换。 机械系统与其他系统一样存在能量流,物质流,信息流的传递和交换
机械系统组成:动力系统、传动系统、执行系统、导轨与支承系统、控制与操纵系统。 P25 确定系统功能时,应遵循保证基本功能,满足使用功能,增添新颖功能,去除多余功能,合理利用外观功能,降低现实成本,提升功能价值,使产品达到更物美价廉。
P40机械产品的功能可定义为:功能是对能量流、物质流、信息流进行传递和变换的程序、功能与能力的抽象化描述
P43黑箱法是将实现给定功能的系统看作一个未知内部功能结构和功能载体的“黑箱”,通过对它的输入量和输出量全面分析,逐步掌握输入和输出的基本特征和转换关系,寻求能实现这种基本特性和转换关系的工作原理和功能载体的可行方案。
P51子系统布置设计 总体布置设计时一般先从布置执行系统开始,然后再布置传动系统、动力系统,操纵控制系统及支乘系统等,通常都是从粗到细,从简到繁,需要反复多次才能确定。
P58总体主要参数
1、生产能力——指机械系统在单位时间内生产的产品数量
2、尺寸参数——指影响机械性能的一些重要尺寸
3、运动参数——一般指机械执行构件的转速及调速范围等
P63查表
P75计算
P89怎么选电动机?
电动机的选择包括类型、结构形式、额定电压、额定转速、额定功率的选择,选择时考虑其使用要求和经济性。
(原则)选择步骤一般是根据电动机的工作方式,按工作机械负载图,预选电动机的功率,在绘制电动机负载图的基础上,进行发热、过载能力、起动能力校验。
P101执行系统的组成
由执行末端件和与之相连的执行机构组成。
4、执行末端件:直接与工作对象接触并完成一定工作或在工作对象上完成一定动作的零部件。
执行机构:给执行末端件提供动力和带动它实现运动,即将传动系统传递过来的运动和动力进行必要变换以满足执行末端件的要求
P123执行系统设计的基本要求
1、实现预期功能目标——预期精度的运动和动作
2、足够的刚度强度、足够的使用寿命
3、各执行机构间动作要配合协调
4、结构合理、安全可靠、造型美观
P125工作循环图 在设计有多个需协同工作的执行机构时,需要按机械预定的功能和选定的工艺过程把各机构的动作次序及时间用图形表示出来。这种表示各机构动作次序及时间的图形称为工作循环图
P132主轴传动件的布置
传动件 皮带 布置在后支承外部的主轴悬伸处 皮带容易更换 便于防护防止油液侵蚀 齿轮 前后支承之间或后支承外的主轴悬伸处
为什么在主轴前后支承之间安装齿轮时,应将一个齿轮或多个齿轮中大齿轮靠近前支承处? 因为大齿轮用于低俗传动,传动力较大。这样不仅可以减少主轴的弯曲变形,而且因与切削力位置较近可使主轴的扭转变形较小。
P168算
P184
P189
P215变速机构齿轮 的排列与布置
P225主传动系统的安全保护装置
1、销钉安全联轴器
2、钢珠安全离合器
3、摩擦式安全离合器
P229进给传动转速图的“前疏后密原则”
由于传动件至末端输出轴的传动比越大,传动件承受的扭矩将越大,传动件的尺寸将会相应加大。所以,与主运动传动系统相反,进给传动运动的传动比分配宜采取“前疏后密”原则,即采用转速扩大顺序和传动顺序不一致的方案。这样可以使进给系统内更多的 传动件至末端输出轴的传动比较小,承受的扭矩较小,从而减小各个中间轴和传动件的尺寸。 P233合理确定传动副精度
根据误差传递功率,中间传动副的误差经减速传动后的误差是缩小的,而末端件的误差则直接复制给执行件,对工作质量影响最大。因此,末端传动副的精度应高于中间传动副的精度。 P250合理布置肋板
肋板指连接支撑件四周的内板,能使支撑件外部的局部载荷传递给相连的壁板,使整个支撑件各壁板均能承受载荷,从而加强支撑件的整体刚度。
肋板的布置取决于支承件的受力变形方向。
水平布置有助于提高水平面内弯曲刚度
垂直放置有助于提高支承件垂直面内的弯曲刚度
斜向肋板同时提高支承件的抗弯和抗扭刚度。
封闭性肋板结构如三角形,正方形,X 型有助于提高抗扭抗弯刚度
P256减少支承件的热变形
1、控制温升
2、均衡温度场
3、采用热补偿装置
4、采用热对称装置
P276镶条——导轨间隙调整
镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间隙,以保证导轨面的正常接触。
平镶条
矩形、平行四边形,厚度均匀相等
制造容易调成方便,
易变形,刚度低,应用少
斜镶条
控制系统的基本组成和各环节作用
给定环节 给定环节是给出与反馈信号同样形式的控制信号,确定被
控制对象“目标值”的环节。
测量环节 测量环节用于测量被控变量,并将被控变量转换为便于传送的另一物理量(一般
为电量)的环节。
比较环节 比较环节的功能是将输入信号X (s )与测量环节发出的有关被控变量Y (s )的反馈量信号B (s )进行比较。
校正级放大环节 为了实现控制,往往将偏差信号作必要的校正,然后进行功率放大以便能推动执行环节。
执行环节 执行环节是接收放大环节的控制信号,驱动被控对象按照预期的规律运动的环节。
范文三:机械系统设计
第一章 绪论
1、系统:系统是指特定功能的、相互之间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。
2、由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都可看作是一个系统。
3、系统结构是指系统内部各要素相互联系的方式和作用秩序,系统功能是指系统对外部环境联系的效能和有利的作用。
4、任何机械都是由若干装置、部件和零件组成的一个特定的系统,是由确定的质量、刚度和阻尼的物体所组成并能完成特定功能的一个系统。
5、在机械系统设计时,我们把机械本身构成的系统称为内部系统,而把和环境构成的系统称为外部系统。
6、系统特性:整体性 整体性是系统所具有的最重要和最基本的特性。
相关性 系统内部各要素之间是有机联系的,即相关的。
目的性 系统的价值体现在其功能,完成特定的功能是系统存在的目的。 环境适应性
7、机械系统的组成:动力系统 动力系统包括动力机及其配套装置,是机械系统工作的动力源。 执行系统 执行系统包括机械的执行机构和执行构件,它通常是处在机械系统的末端,直接与作业对象接触,其输出是机械系统的主要输出,其功能是机械系统的主要功能。鉴于以上的作用执行系统有时也被称为机械系统的工作机。 传动系统 传动系统是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置。其功能如下:1、减速或增速 2、变速3、改变运动规律或形式4、传递动力 操纵系统和控制系统 二者的主要区别是:操纵系统多指通过人工操作以实现上述要求的装置;而控制系统是指通过人工操作或测量元件获得的控制信号,经由控制器,使控制对象改变其工作参数或运行状态而实现上述要求的装置。 此外还可以有润滑、计数、行走、转向等系统。
8、机械系统设计的任务的最终目的是为市场提供优质高效、物美价廉的机械产品,在市场竞争中取得优势、赢得客户,并取得较好的经济效益。
9、从系统的观点出发是指机械系统设计时,采用内部系统设计与外部系统设计相结合的方法,既要重视内部系统设计,也要内外系统的联系。
10、系统功能按功能的性质可分为基本功能和辅助功能。按功能满足用户要求的性质可分为使用功能和外观功能。
11、可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。规定功能是指对产品考核的具体功能,产品规定功能的丧失称为失效,对丧失的规定功能可修复的产品其失效也称故障。
12、寿命周期成本LCC 是指产品从计划、设计、制造和使用直至报废的整个寿命周期内所花费用的总和。
13、从设计的角度来说,提高设计和制造的经济性应考虑的方面:1、合理确定可靠性要求和安全系数 2、贯彻标准化 标准化是组织现代化生产的重要手段,也是实施科学管理的重要基础之一。 标准化通常包括产品标准化、系列化和通用化。机械工业的技术标准有以下三大类:物品标准 方法标准 基础标准。3、采用新技术 4、改善零件结构的工艺性 零件结构的工艺性包括铸造工艺性、锻造工艺性、冲压工艺性、焊接工艺性、热处理工艺性、切削加工工艺性和装配工艺性等。 5、用经济的技术要求
14、机械系统的安全性包括机械系统执行预期功能的安全性和人-机-环境系统的安全性。
15、人机工程学就是研究人—机—环境系统安全性与协调性的一门新兴学科。人-机-环境系统的安全性包括劳动安全和环境保护两方面内容。
16、机械系统设计的一般过程包括计划、外部系统设计(简称外部设计)、内部系统设计(简称内部设计)和制造销售四个阶段。
第三章 机械系统的载荷特性和动力机选择
1、所有机械在工作中都会受到多种外力的作用,这些外力工程上称之为载荷。按载荷是否随时间变化分 静载荷 (大小、方向和位置都不变的载荷)动载荷。
2、载荷历程:工程上常把载荷随时间的变化称为载荷—时间历程。
3、按载荷历程分为周期载荷、非周期载荷(包括准周期性载荷和瞬变载荷)、随机载荷(由于随机载荷具有不确定性,因而只能采用统计的方法来获得它们的统计规律)。通常由现场实测(即采样)获得。用随机过程的一些数字特征如均值、(标准差)方差、自相关函数(平稳随机过程和各态历经随机过程)等来描述其基本统计特征。
4、静载荷、周期载荷、非周期载荷的处理为了简化计算,常将名义载荷乘以动载系数,将动载荷转化为静载荷进行近似的设计计算。
5、将工作谱处理成载荷谱的过程成为编谱。编制载荷谱的方法:循功率谱法和环计数法。
6、确定载荷通常有三种方法:类比法、计算法、实际测量法。
7、工作机械的工作制是指机械工作的持续状况,如连续、断续、短时工作等。用负载持续
FC =t w ?100%t w +t 0
t w -机械工作时间;
率FC 表示t 0-机械停歇时间;
8、电动机的选择包括类型、结构型式、额定功率、额定电压、额定转速的选择,选择过程中要考虑其使用要求及经济性。
9、中、小型交流异步电机可采用220V/380V,380V/660V两种额定电压。大型交流异步电机可采用3000V 以上的高压电源。
10、电动机的功率是决定电力拖动系统能否经济和可靠运行的主要因素。
11、选择电动机的功率时需考虑三个主要因素: 电机发热,允许的过载能力和起动能力,其中发热因素最为重要。
12、电机负载图是根据工作机的负载变化绘制的电动机转矩、功率或电流与时间的关系曲线。
13、电动机的发热计算最常用的方法是等效法,又称均方根法。
14、内燃机是指在气缸内进行燃烧,直接将产生的气体所含的热能转变为机械能的装置。
15、柴油机的机械性能有:负荷特性、速度特性和万有特性。
16、电动机的选择步骤一般是根据电动机的工作方式,按工作机负载图,预选电动机的功率,在绘制电动机负载图的基础上,进行发热、过载能力、起动能力校验。
第四章 执行系统设计
1、执行系统由执行构件和与之相联的执行机构组成。
2、执行机构的作用是传递和变换运动和动力,即把传动系统传递过来的运动与动力进行必要的变换以满足执行构件的要求。
3、执行系统的功能是夹持、搬运、输送、分度与转位、检测、施力、完成工艺性复杂动作。
4、执行构件的运动形式归纳起来不外乎移动和转动两类基本运动形式,而这两类基本运动又可分为连续和间歇两种,其他复杂的运动都可以看成是这两类基本运动的组合。
5、执行系统的按其对运动和动力的不同要求,可分为:动作型、动力型、动作—动力型。按执行机构的数目及其相互间的联系可分为:单一型、相互独立型、相互联系型。
6、连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、摩擦机构等都是最简单的基本机构,它们各自具有不同的运动特性和动力特征。
7、由于机械的工作对象和工作条件千变万化,工艺动作要求亦纷杂各异,单个基本机构往往不能满足这些复杂多样的要求,为此,可将基本机构通过倒置或改变运动副的形状或改变
某些零件的结构来得多种多样的运动特性。也可以根据基本机构的特点,将它们组合在一起,形成组合机构,以完成预期的复杂运动要求。
8、连杆机构:属低副机构,各运动副均为面接触,一般不适于高速场合。当改变机构的杆件数或运动副类型,变换主动件或输入点位置时,可获得得不同的运动规律和运动轨迹。
9、凸轮机构是主要由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。不宜在高速重载的条件下运行。
10、间歇运动分为两种情况:一为执行机构在一定的运动过程中有间歇停顿;二为执行机构作单方向的时停时续运动,这种间歇运动常成为步进运动。
11、常用执行机构有连杆、凸轮、间歇运动、直线运动、差动、增力、行程增大等机构。
12、执行系统的设计步骤:拟定运动方案、合理选择执行机构类型、拟定机构组合方案、绘制工作循环图、运动分析、动力学分析及承载能力计算。
13、表示各机构动作次序及时间的图形称为工作循环图:绘制工作循环图之前,要搞清楚各执行构件在完成工作任务时的作用和动作过程,各执行构件运动或动作的先后顺序、起点时间和运动范围,必要时要给出各执行构件的位移、速度和加速度。
14、绘制工作循环图时,应选择一个定标构件,通常以机械主轴或分配轴作定标构件,因为这些轴的整周转数对应于机械的工作循环。
第五章 传动系统设计
第一节 1、传动系统:将动力机的运动和动力传递给执行机构或执行构件的中间装置。 2、传动系统的功能:连接动力机和执行机构,并把动力机的运动和动力经适当变换,以满足执行机构的作业要求。
二 传动系统的类型 一 按传动比变化情况分类(—)固定传动比的传动系统(二)可调传动比的传动系统:变传动比传动分为三种情况(1)有级变速传动 当变速级数较少或变速不频繁时,可采用交换带轮或交换齿轮传动; 当变速级数较多或变速频繁时,常采用多级变速齿轮传动,如汽车常有五档变速速度。(2)无级变速传动 (3)周期性变速传动
二 按驱动形式分类 (—)独立驱动的传动系统(二)集中驱动的传动系统:一个动力机集中驱动多个执行机构的传动方案
三 按工作原理传动分为机械传动、流体传动、电力传动
1、传动系统的组成:变速装置、起停和换向装置、制动装置及安全保护装置。
2、变速装置作用:改变动力机的输出转速和转矩以适应执行机构的需要。变速装置应位于传动链的高速部位。3、常用变速装置:交换齿轮,滑移齿轮,离合器、啮合器等变速机构。
4、顶齿现象的解决方法:自动脱档、采用加宽式结构。
5、起停和换向装置用于控制执行机构的起动、停车以及改变运动方向。
6、常用的起停和换向装置有两类:一类是通过按钮或操纵杆直接控制动力机实现起停和换向,另一类是用离合器实现起停和换向。
7、动力机为电动机:(1)电动机起停和换向:当换向不频繁或换向虽频繁但电动机功率较小时,可直接由电动机起停和换向。输入轴可通过刚性或弹性联轴器连接,以避免起停时因冲击过大而损坏零件。(2)用离合器起停和换向:执行构件转速较高时可采用摩擦离合器,较低时可采用牙嵌离合器等刚性的啮合式离合器。3:惰轮轴的作用:改变外啮合的次数
8、制动装置:作用使执行机构的运动能够迅速停止。对于起停频繁或运动构件惯性大、运动速度高的传动系统,应安装制动装置。执行机构或执行构件需频繁换向时,必须先制动停车后换向。常用制动器分摩擦式和非摩擦式两大类。
9、制动器设计要点(1)合理确定制动器的工作状态(2)制动力距应有足够的储备(3)合理选择安装位置(4)考虑安装空间大小
第四节传动系统的运动设计
一、有级变速传动系统的运动设计:二轴变速传动的运动设计:2至4级变速1). 塔轮传动
和重量,使操纵省力。3). 折回机构传动:运动从轴Ⅰ输入,轴Ⅱ输出。轴Ⅰ和轴Ⅱ上各有一个空套的双联滑移齿轮,双联齿轮在轴向是固定不能移动的。这种变速传动组常称折回机构传动。4)背轮机构传动:背轮机构传动又称单折回机构,运动由轴Ⅰ传入,轴Ⅲ传出,轴Ⅰ与轴Ⅲ同轴线,因此也称为同轴线传动。5). 离合器变速传动:注意在使用离合器变速传动时,注意避免“超速”现象。所谓超速现象是指当一条传动路线工作时,在另一条不工作的传动路线上传动构件出现高速空转的现象。6. 交换齿轮变速传动 二:多轴变速传动的运动设计:变速级数不超过六级。1设计步骤:1)确定传动顺序2)确定变速顺序3)确定各变速组的传动比
第6章 操纵系统设计
1、操纵系统:把人和机械联系起来,使机械按照人的指令工作的机构和元件所构成的总体。
2、操纵系统的功能:实现信号转换,即把操纵者施加于机械的信号,经过转换传递到执行系统,以实现机械的起动、停止、制动、换向、变速和变力等目的。
3、操纵系统的组成 操纵件 执行件 传动件:是将操纵件的运动及作用力传递到执行件,以实现操纵目的的中间元件。
4、操纵系统的设计内容包括确定主要参数、原理方案设计、结构设计等。
5、操纵系统的主要参数有操纵力:Fc -操作者施加给机器操纵件的最大作用力。、操纵行程和传动比。
6、自锁机构:以一定的预压力把操纵件、执行件或中间的某传动件固定在规定的位置上,只有所施加的操纵力大于这个预压力,操纵件或执行件才会动作。
7、互锁机构:使操纵系统在进行一个操作动作时把另一个操作动作锁住,从而避免机械发生不应有的运动干涉,保证在前一执行件的动作完成后才可使另一执行件动作。
8、操纵系统的安全保护有两方面:①操纵系统中的安全保护装置:常用自锁机构和互锁机构的实现。 ②操纵环境的安全保护:对操纵环境的不安全因素采取必要的安全防护措施。 操纵环境:指操作者进行操作时的工作环境。操纵环境的安全保护是正确操纵的重要保证。
9、造成操纵失误的环境因素:机械系统的干扰、操作者的干扰、自然环境的影响。
操纵环境安全防护的措施: (1)在机械系统中加装保护装置、2) 提高操作者作业环境的舒适性 (3)设置指示和警报装置。
10、人的体能参数1、站立时人肢体的能力范围和用力范围:(1)站立时人肢体的动作范围 (2)站立时人肢体的用力范围。 一般人的右手握力约380N ,左手握力约350N 。 一般青年男子右手瞬时最大握力有560N ,左手有430N 。2、坐势操纵的能力范围和用力范围。3. 人的视力范围 视力:人眼看清物体的能力,包括对物体的辨清能力、辨色能力、视野和视距。
11、视野:指头部和眼球固定不动地观看正前方所能看见的空间范围。正常人的视野在垂直方向约为130°,在水平方向约为120°。 视距:指人的眼睛清晰辨认物体的正常观察距离。最佳视距:700~750mm,最大视距:≤760mm ,最小视距:≥380mm 。
12、当操纵件沿竖直方向排列时,操纵顺序应从上而下;当操纵件为一字形横向排列时,操纵顺序应从左至右。
13、凡直线运动的操纵件,以前后(或左右、或上下)表示接通关闭;凡旋转运动的操纵件,则以顺时针方向表示增大,逆时针方向表示减少。
14、常用的手操纵件有手柄、手轮、旋钮和按键。
15、对显示装置的要求,最主要的是使操纵者的观察和监控既迅速、准确而又不易疲劳。
第七章 控制系统设计
1、自动控制系统:指由控制装置和被控对象所构成的,能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。
3、经典控制理论与现代控制理论 经典控制理论是基于传递函数对系统的数学描述(输入输出描述),以根轨迹法和频率法为研究方法,目的在于研究系统的稳定性以及在给定输入和给定指标情况下的系统综合。现代控制理论是针对多变量系统、非线性系统、时变系统、大系统以及智能控制系统,基于状态空间分析法对系统的状态进行分析和综合,能方便地利用数字计算机进行运算和求解。包括:系统辨识、最优控制、最优估计(最佳滤波)。
4、系统特性就是指系统的稳定性、动态特性和稳态特性。稳定性是最根本的特性。
5、控制电机主要有三种:步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机。
6、直流伺服电动机的分类1)小惯量直流电动机2)永磁直流伺服电动机3)无刷直流伺服电动机。通常所说的直流伺服电动机,一般是指永磁直流伺服电动机。
7、他励直流电动机调速方法有两种:1)改变电枢外加电压;2)改变气隙磁通量。
8、交流伺服电动机在结构和原理上通常采用笼型感应电动机和永磁式同步电动机两种形式。交流电机广泛采用变频调速。变频器可分为交-直-交变频器和交-交变频器两大类。
9、位置检测装置1.旋转变压器:检测转角 2.感应同步器感应:同步器分旋转式和直线式两种,前者用于角度测量,后者用于长度测量,3.光电脉冲编码器:转角4.光电式绝对值编码器:转角5.光栅:位移 6.磁尺(磁栅):位移
10、莫尔条纹的形成:当指示光栅上的线纹和标尺光栅的线纹成一小角度时,造成两光栅尺上线纹相互交叉。在光源的照射下,交叉点附近的小区域内黑线重叠,形成黑色条纹,其他部分为明亮条纹。这种明、暗相间的条纹称为“莫尔条纹”。作用:放大光栅距、平均误差。
第八章 机械系统噪声及控制
1、机械系统的噪声通常为宽频带噪声,其强弱可以用客观评价量(如声压级、声强级、声功率等)或主观评价量(如响度、响度级、A 声级、噪声评价数NR 、A 计全声功率级等)来衡量。客观评价量是对噪声强弱的物理度量,而主观评价量则表征了人多机械噪声强弱的主观感觉,但评价机械系统噪声则通常用主观评价量进行评价。
2、声压是指声波在其传播方向相垂直的平面上的压力。
3、声功率是指声波辐射、传输或接收的功率。
4、声强级是指通过与声波传播方向相垂直的单位表面积上的声功率。
5、模拟人耳听觉对不同频率的声音有不同灵敏度的特性,在噪声测试仪内设计了一种特殊的滤波器,称为计权网络。有A 、B 、C 三种计权网络。
6、噪声的主要传播途径:1. 直接传播2. 反射传播3. 间接传播。声波衰减的原因,一是由于声波扩散,二是由于声能被吸收。
7、机械系统噪声的控制途径有:1. 声源控制2. 噪声传播途径控制3. 噪声接受点控制。
81. 降低激振力2. 提高发声零件的抗振性。
9、常用的降噪装置有消声器、隔声罩和隔声屏。 常用的噪声测量仪器有声级计、频谱分析仪、电频记录仪和磁带记录仪等,声级计是使用最广泛、最基本的声学噪声测量仪器
范文四:机械系统设计
1. 系统的含义
系统是由具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个整体。
2. 系统的特性
整体性 相关性 自组织性和动态性 目的性 优化原则
3. 机械系统的构成
物料流系统 能量流系统 信息流系统 机械结构系统 机械运动系统
4. 机械系统设计的基本思想
在机械系统设计时不应追求局部最优,而应该追求整体的最优。
5. 机械系统设计的任务
机械系统设计的任务是为市场提供优质, 高效, 价廉物美的产品, 在市场竞争中取得优势, 赢得用户,并取得良好的经济效益。
6. 机械系统设计的一般过程
机械系统设计的一般过程包括产品规划、系统技术设计和制造销售三个阶段
7. 设计任务的类型
开发性设计 适应性设计 变型设计
8. 设计任务的来源
(1)指令性设计任务
(2)来自市场的设计任务
(3)考虑前瞻的预研设计任务
9. 系统的功能描述
主功能———物料的输入、转换与输出功能(物料流) ;
动力动能——能量传递与变换功能(能量流) ;
控制功能——信息传递与控制功能(信息流) ;
结构功能
10. 形态学矩阵
在形态学中, 将各子系统的目标及基本可能实现的办法列入一个矩阵形式的表中, 这个 表就称形态学矩阵
11. 设计时的参考原则
运动学原则 基面合一原则 最短传动链原则 保证安全性原则 简单化原则 12. 系统总体布局的基本形式
(1)按主要工作机构的空间几何位置,可分为平面式、空间式等。
(2)按主要工作机构的相对位置,可分为前置式、中置式、后置式等。
(3)按主要工作机构的运动轨迹,可分为回转式、直线式、振动式等。
(4)按机架或机壳的形式,可分为整体式、组合式等。
13. 物料流的基本概念及其重要性
(1)物料流指的是机械系统工作过程中的一切物料的运动变化过程。
(2)重要性:物料流系统决定了机械系统的总体布置。
物料流系统决定了能量流系统的主要参数
物料流系统是信息流系统的主要控制对象
14. 物料流系统的组成
加工 输送 储存 检验
15. 机械系统的能量流程
书 P72
16. 机械系统的能量流理论包括
(1)机械工作状态能量信息论
(2)机械工作过程能量损失论
(3)机械工作过程节能效益论
17. 工作机械的载荷类型
周期载荷 准周期性载荷 瞬变载荷 随机载荷
18. 工作机械载荷的构成
工作阻力 摩擦力 自重载荷 外部动载荷 传动系统的动载荷 其他载荷 19. 工作机械载荷的确定方法
相似类比法 实际测量法 计算法(GD 法)
20. 三相异步电动机的固有机械特性曲线
分析图 书 P84
21. 信息流的概念
信息自信息的发源地经信息传递渠道至信息的接受地的传递过程, 简而言之, 信息流便 是信息的传递过程。
22. 信息流在机械系统中的作用
(1)信息流在机械系统单机中的作用
(2)信息流在机械系统生产线中的作用
(3)按照机械系统的构成分析信息流在机械系统中的作用
23. 传感器的组成
一般情况下,传感器由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成。
书 P117
24. 传感器的类型
书 P117
25. 传感器的一般特性
(1)传感器的静态特性
传感器的线性度
传感器的灵敏度
传感器的迟滞差
传感器的重复性
传感器的阈值和分辨率
(2)传感器的动态特性
26. 机械结构系统的功能和类型
机械结构系统的主要功能是保证机械系统中各零部件和装置之间的相互位置和相对运动 精度,使机械系统在工作载荷和自重等的作用下,具有足够的强度、刚度、抗振性、热稳定 性和耐用度等,确保机械系统的正常工作。
铸造结构件 焊接结构件
27. 机械结构系统的基本要求
足够的强度和刚度 良好的动态特性 较好的热稳定性 合理的工艺性
28. 决定结构刚度的因素
1)材料的弹性模量
2)变形体断面几何特征参数
3)变形体的线性尺寸
4)载荷及支撑形式
29. 提高刚度的结构措施
1)使构件受拉、压代替受弯曲
2)合理布置受弯曲零件的支撑,避免对刚度不利的受载形式
3)合理设计受弯曲零件的断面形状,在不增加质量的条件下使获得尽可能大的断面惯性矩
4)正确采用筋板以加强刚度,尽可能使筋板受压
5)用预变形抵消工作时的受载变形
30. 提高结构件动态性能的主要措施
提高结构件的静刚度 增加结构件的阻尼
书 P165
31. 绿色设计的内涵
它是一种在产品的各生命周期中将环境改善因素纳入考量的设计方法,即在产品的整个 生命周期内, 着重考虑产品的环境属性, 并将其作为设计目标, 在满足环境目标要求的同时, 保证产品应有应有的功能、使用寿命、质量等。
32. 绿色产品设计原则
1. 长寿命设计
2. 模块化设计
3. 易维修设计
4. 多功能设计
5. 材料使用简化设计
6. 回收再生设计
33. 绿色设计的内容
1. 绿色产品设计的材料选择与管理
2. 产品的可回收性设计
3. 产品的可拆卸性设计
34. 绿色设计的方法
模块化设计 循环设计
范文五:机械系统设计
第一章 1. 什么是机械系统?它有哪些基本特征? 答:有若干机械要素组成,彼此间有机联系,并能完成特定功能的系统称为机械系统。 特征:①目的性 ②整体性 ③相关性 ④环境适应性 2. 机械系统有哪些主要部分组成?各子系统有何功用? 答:①动力系统:是机械系统的动力源部分,它为机械系统的工作提供所需要的运动和动力。
②执行系统:完成系统预期的功能。③传动系统:为执行系统传递所需要的运动和动力。 ④支承系统:用来保证各零部件和装置之间的相互位置关系。⑤控制系统:是使动力系 统、传动系统和执行系统各部分彼此协调运行,并准确可靠地保证机械系统整体功能实现的子系统。 3. 机械系统有哪些方面的基本要求? 答:①功能要求 ②性能要求 ③可靠性要求 ④工作效率要求 ⑤适应性要求 ⑥经济性要求 ⑦寿命要求 4. 机械系统有哪三种设计类型? 答:开发性设计:设计者需要根据产品的用途和功能选择其工作原理。 适应性设计:参考资料丰富,设计难度也小。 变异性设计:参考资料比适应性设计少,难度相对较大。 5. 简述机械系统的设计过程和工作内容? 答:①总体设计:包括拟定设计要求、原理方案设计和结构总体设计。②技术设计:主要指在总体设计的基础上,针对机械产品各子系统进行的结构详细设计, 它包含装配设计和计算校核两方面工作。③工作设计:指机械产品的全部零件设计工作。④文档设计:指对产品各类技术文件编制和整理的过程。
第二章 1. 机械系统的总体设计有哪些原则? 答:需求原则、信息原则、系统原则、简单原则。 2. 机械系统的总体设计包括哪些主要工作内容?
答:原理方案设计、确定主 要技术参数、结构总体设计、分析与评价 3. 什么是原理方案设计? 答:是确定机械产品功能原理方案的构思过程,是设计者创造性的思维和劳动。 4. 什么是需求? 答:是人类对客观世界的某种不满,体现为人类在生产或生活中的物质或精神需要。 5. 什么是功能?简述功能的分类。 答:是指对某一产品特定工作能力的抽象化描述。 按产品功能的性质划分:
基本功能和辅助功能。 按产品的重要程度划分:
必要功能和非必要功能。 6功能元的含义:是指能够直接从技术效应和逻辑关
系中找到可以满足功能要求的最小单位
常用的功能元:物理功能元、数学功能元、逻辑功能元。
7机械系统的主要技术参数一般有哪几类? 答:尺寸参数、运动参数、动力参数。
8传动系统的公比对机械系统有何影响?
答:公比选得较小,可以减少相对转速损失,有利于提高机械系统工作效率。但公比越小,级数就会越多,将导致其结构复杂。
当公比较大时可以使其转速级数Z 减少,有效简化其机械结构,但其转差率较大。
第三章
1. 内联传动链与外联传动链有何区别?
答:对于内联传动链,在传动系统设计时不允许才用传动比不准确的传动件(或传动副)。而外联传动链则不需要多传动链内各传动件传动比的准确性进行限制。
2. 什么是传动系统?它主要有哪些部分组成?
答:是指将动力系统提供的运动和动力传递给执行系统的子系统。
组成:变速装置、启停和换向装置、制动装置、安全保护装置。
3. 什么是级比指数?
答:是指同一传动组内相邻两个传动副传动比之比的φx 的指数x 值。
4. 什么是扩大组?与基本组有何区别?
答:是指级比指数大于1的传动组。
区别:基本组是指级比指数等于1的传动组。在一个传动系统中,基本组只有一个,而扩 大组可以有两个以上。
5. 什么是计算转速?
答:执行件或执行件能够传递最大功率的最低转速。 6. 扩大变速范围的方法有哪些?
答:增加一个传动组、采用分支传动、采用背轮机构、采用混合公比。
7. 缩小齿轮占用轴向尺寸的方法有哪些?
答:用窄式排列、用双联齿轮传动组、两个传动组交错排列、用公用齿轮、分解三联滑移齿轮块。
8. 什么是卸荷带轮?采用卸荷带轮有何优缺点?
答:是指利用载荷分担的原理,将带轮产生的弯矩卸载到箱体上,而扭矩传给传动轴。优点:可以大幅度降低传动轴的弯曲变形,减小振动和噪声,提高传动精度。缺点:结构会变得复杂些,工艺性降低,成本也会有所提高。
第四章
1. 什么是执行系统?它主要有哪些几部分组成?
答:是指在机械系统中能够直接完成预期工作任务的子系统。
2. 试分析前、后支撑轴对执行轴机构精度的影响。 答: 3. 滚动轴承的预紧的主要目的是什么? 预紧量过大(或过小)会产生什么问题? 答:目的:提高旋转精度、提高静刚度、减小振动和噪声、延长工作 寿命。过大:过大的预载荷对执行轴机构性能的提高已经不显著,反而会导致发热增多,升温较高,且磨损严重的后果。 4. 执行轴轴承有哪些常用的配置形式?说明各自优缺点及使用场合
答:①推力轴承配置在后支撑两侧:工作发热使得后支撑处的温升提高,前、后温升趋于平衡,使得执行轴工作中的几何误差减小。但执行轴受热膨胀向前伸长,影响执行轴的轴向精度,轴向刚度较低。这种配置方式结构简单,多用于载荷较大、精度要求不高的工作场合。 ②推力轴承配置在前支撑两侧:避免了执行轴膨胀向前伸长的缺点,轴向精度和刚度均较高。常用于精度较高、载荷较小的工作场合。 ③推力轴承配置在前、后支撑外侧:结构简单、调整方便,但在工作中执行轴受热伸长后将产生轴承的轴向松动,影响精度和刚度。前支承轴发热较为集中,需要强制散热。适用于精度较高、载荷较小且执行轴长度较短的工作场合。
④推力轴承配置在前支撑内侧:吸取了推力轴承配置在前支撑两侧的优点,同时也避免了执行轴前端悬伸量增大可能。但结构比较复杂,调整不方便,前支承轴需要强制散热,一般仅在载荷很大、精度较高的工作场合使用。
5. 执行轴传动件的合理布置应遵循怎样的原则?
答:①传动轴引起的执行轴变形量小 ②传动力能够部分抵消外载荷对执行轴机构产生的变形。
第五章
1. 什么是支承系统?它有何功用?
答:是指在机械系统中起着支撑和连接作用机件的统称。
功能:是保证机械系统中各零部件和装置之间的相互位置和相对运动精度,使机械系统在工作载荷和自重等作用下,具有足够的强度、刚度、抗震性、热稳定性和耐用度等,确保机械系统的正常工作。
2. 什么是支承件自身刚度?提高支承件的自身刚度主要方法?
答:是指支承件的抗自身变形的能力。方法:合理选择截面形状和尺寸、恰当布置隔板和加强筋。
3. 什么是支承件局部刚度?提高支承件的局部刚度主要方法?
答:是指支承件抵抗载荷集中处局部变形的能力。方法:改善局部位置结构、合理配置加强筋。
4. 什么是支承件接触刚度?提高支承件的接触刚度主要方法?
答:是指支承件抵抗接触变形的能力。方法:增大有效接触面积、增加预紧力。
5. 支承件的静刚度如何进行比较?
答:可以将其对应的弯曲变形和扭转变形,都折算为执行末端件相对于工作对象在最影响工作精度方向的位移来进行比较,即按“敏感方向”产生的位移进行比较。
6. 简述支承件截面形状选择的原则。
答:①矩形抗弯高、圆形抗扭大 ②选用空心截面增大惯性距 ③尽量采用封闭结构
7. 隔板有何功用?隔板的布置方向与作用力有何关系?试举例说明.
答:是将支承件承受的局部载荷通过隔板传递给其他壁板,从而使整个支承件承受载荷。
纵向布置形式:若支承件的悬伸端出受到垂直载荷F 的作用,支承件将产生弯曲变形,其上、下壁分别承受较大的拉应力和压应力,并且上、下壁板有向内靠拢的趋势。横向布置形式:隔板始终保持与载荷方向平行。斜向布置形式:斜向隔板与另一个方向的载荷(垂直载荷)平行,与另一个方向的载荷(水平载荷)成一定角度,提高了支承件两个方向抗弯刚度和抗扭刚度。 8. 加强筋与隔板有何区别?加强筋有哪些主要作用? 答; 加强筋是指布置在支承件壁板上的条状结构,不贯穿支承件的整个断面。隔板是指布置在支承件两臂之间其连接作用的内板,通常贯穿支承件的整个断面。
加强筋作用:提高支承件的局部刚度,防止
产生薄壁振动及降低噪声等。
{附:导轨功用:导向和承载 分类:主运动导轨、进给运动导轨、移置导轨。 直线运动滑动导轨包括:三角形、矩形、燕尾形、圆形。 常用典型控制系统的类型包括:机械式控制系统、机电伺服系统、电业伺服系统、电气伺服系统。}