第二章机械系统的方案设计与总体设计

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1、机械系统设计机械系统设计制造销售制造销售内部设计内部设计外部设计外部设计计划计划研究计划书、设计任务书研究计划书、设计任务书调查研究调查研究可行性研究可行性研究系统计划系统计划可行性报告可行性报告系统开发计划书系统开发计划书工作图设计工作图设计技术设计技术设计系统分析系统分析系统分解系统分解初步设计、方案设计初步设计、方案设计鉴定和评审鉴定和评审定型设计定型设计小批试制小批试制改进设计改进设计样机鉴定和评审样机鉴定和评审样机试制样机试制销售销售第二章第二章 机械系统的方案设计与总体设计机械系统的方案设计与总体设计 2-1 机械系统的方案设计机械系统的方案设计机械系统设计机械系统设计制造销售制造

2、销售内部设计内部设计外部设计外部设计计划计划工作图设计工作图设计技术设计技术设计系统分析系统分析系统分解系统分解初步设计、初步设计、方案设计方案设计鉴定和评审鉴定和评审 方案设计是整个机械系统设计的方案设计是整个机械系统设计的核心环节核心环节，方案设计方案设计是保证设计水平和是保证设计水平和质量的重要工作，在很大程度上决定了机械系统设计的成败。质量的重要工作，在很大程度上决定了机械系统设计的成败。 方案设计是一个方案设计是一个创造性思维创造性思维的过程，在进行方案设计时，重要的是要创的过程，在进行方案设计时，重要的是要创新，采用新，采用新原理、新技术、新机构、新工艺新原理、新技术、新机构、新工

3、艺，才能设计出有突破性的新产品。，才能设计出有突破性的新产品。 方案设计的方案设计的内容内容包括：包括： ( (1) )研究给定的设计任务，对机械产品的功能进行分析和分解；研究给定的设计任务，对机械产品的功能进行分析和分解； ( (2) )提出实现功能的工艺原理；提出实现功能的工艺原理；( (3) )确定技术过程，引进技术系统；确定技术过程，引进技术系统；( (4) )分析结构布局，拟定设计方案；分析结构布局，拟定设计方案； ( (5) )综合评价设计方案，找出最佳方案。综合评价设计方案，找出最佳方案。 一、研究给定的设计任务一、研究给定的设计任务 方案设计之前，我们已经通过方案设计之前，我们

4、已经通过设计任务书设计任务书，明确了设计任务、目的和要，明确了设计任务、目的和要求，并且提出了产品设计的求，并且提出了产品设计的可行性报告可行性报告以及以及系统开发的计划书系统开发的计划书。 在系统开发计划书中说明了对设计的各项要求，但这些要求尚未实现，在系统开发计划书中说明了对设计的各项要求，但这些要求尚未实现，其中有其中有不确定的，过高或过低的，甚至有些是相互矛盾的不确定的，过高或过低的，甚至有些是相互矛盾的。 设计人员要仔细研究设计任务，对各项要求逐个分析，明确核心要求和设计人员要仔细研究设计任务，对各项要求逐个分析，明确核心要求和约束条件，对约束条件，对相互矛盾的要求相互矛盾的要求要能

5、够提出要能够提出修改、补充和完善修改、补充和完善的建议，要能够的建议，要能够获得获得两方面都可兼顾的折衷的两方面都可兼顾的折衷的解决办法。解决办法。T2T1，n2n1能量不灭定理能量不灭定理系统系统T1n1T2n2二、设计任务的抽象化（二、设计任务的抽象化（“思维方式和工作方法思维方式和工作方法”） 思维可以有思维可以有定势思维定势思维和和创造性思维创造性思维。1 0 0 04 01 01 0 0 02 01 0 0 01 0 0 03 0+?1 4 4 9 91+?5 0 0 01 5 0 0 0 定势思维是定势思维是“懒汉懒汉”的思维方法，由于其在设计的过程中会扼杀许多新的思维方法，由于其

6、在设计的过程中会扼杀许多新的创造发明，因此，我们只有有意识地破除它，这样才会有许多发现和发明。的创造发明，因此，我们只有有意识地破除它，这样才会有许多发现和发明。4 1 0 01 4 5 0 0 机械系统的抽象：任何机械系统都可以看成是实现某种机械系统的抽象：任何机械系统都可以看成是实现某种能量流能量流、物料流物料流和和信息流信息流传递和转化的装置。传递和转化的装置。化学能化学能热能热能机械能机械能内燃机能量流内燃机能量流包装机械包装机械包装容器包装容器包装物件包装物件包装后成品包装后成品包装机械物料流包装机械物料流 创造性思维创造性思维则是则是创作发明创作发明的基础。的基础。 发明有发明有原

7、创性发明原创性发明和和组合式发明组合式发明，原创性发明是指在原理上具有新突破，原创性发明是指在原理上具有新突破的发明，对于世界和人类来讲具有一定的难度，是比较少见的。而我们所听的发明，对于世界和人类来讲具有一定的难度，是比较少见的。而我们所听到的发明多数都属于组合式发明，也就是在成熟理论的基础上，进一步的改到的发明多数都属于组合式发明，也就是在成熟理论的基础上，进一步的改进和完善，从而得到一种新的技术和理论。进和完善，从而得到一种新的技术和理论。照相机照相机光强信号光强信号图像信号图像信号光圈电机信号光圈电机信号调整电机控制信号调整电机控制信号傻瓜照相机信息流傻瓜照相机信息流 在一些较复杂的机

8、械系统中，能量流、物料流和信息流都存在，如自走在一些较复杂的机械系统中，能量流、物料流和信息流都存在，如自走式合物联合收获机。式合物联合收获机。 从这个意义上讲，机械系统可抽象为：从这个意义上讲，机械系统可抽象为：实现输入的能量、物料、信息实现输入的能量、物料、信息和和输出的能量、物料、信息转化输出的能量、物料、信息转化的机械装置。的机械装置。 机机 械械 装装 置置（待定的技术系统）（待定的技术系统） 物料物料能量能量信息信息物料物料能量能量信息信息来自外界的影响来自外界的影响输输 入入对外界的影响对外界的影响输输 出出 在方案设计的初期，把要设计的机械系统看成只知道输入量、输出量以在方案设

9、计的初期，把要设计的机械系统看成只知道输入量、输出量以及与外界的相互影响的及与外界的相互影响的“黑箱黑箱”，“黑箱黑箱”内部是全然不知待定的技术系统，内部是全然不知待定的技术系统，这就是设计任务抽象化的方法。这就是设计任务抽象化的方法。（黑箱）（黑箱） 用用“黑箱黑箱”抽象地表示技术过程，不需要事先涉及具体的解决方法，就抽象地表示技术过程，不需要事先涉及具体的解决方法，就可以知道机械系统的基本功能和约束条件：可以知道机械系统的基本功能和约束条件：基本功能为物料、能量、信息的基本功能为物料、能量、信息的传递和转化传递和转化，约束条件表现为内、外部系统的相互作用和相互影响约束条件表现为内、外部系统

10、的相互作用和相互影响。这样可。这样可以突出设计中的主要矛盾，明确设计追求的主要目标，明确影响产品性能的以突出设计中的主要矛盾，明确设计追求的主要目标，明确影响产品性能的主要因素；避免设计者受一些框文的约束。主要因素；避免设计者受一些框文的约束。 确定确定“黑箱黑箱”作业对象（物料、能量、信息）转化的作业对象（物料、能量、信息）转化的工艺原理工艺原理，是打开，是打开“黑箱黑箱”的先决条件。的先决条件。 三、确定工艺原理三、确定工艺原理所谓工艺原理是所谓工艺原理是指自然科学中各种定理、定律、原理及效应的具体应用指自然科学中各种定理、定律、原理及效应的具体应用。 机械系统的机械系统的“黑箱黑箱”建立

11、以后，打开建立以后，打开“黑箱黑箱”， 实现实现“黑箱黑箱”的透明化的透明化就成为了主要工作。就成为了主要工作。对于同一种作业对象的转化，可以采用不同的工艺原理。对于同一种作业对象的转化，可以采用不同的工艺原理。 采用不同的工艺原理，就会设计出不同的机械系统，它们的性能和经济采用不同的工艺原理，就会设计出不同的机械系统，它们的性能和经济效益各不相同。效益各不相同。 以齿轮齿廓曲线的切制为例，可采用以齿轮齿廓曲线的切制为例，可采用仿形法仿形法，在铣床上用铣刀铣削；也，在铣床上用铣刀铣削；也可用可用范成法范成法，在滚齿机、插齿机或刨齿机上用专用刀具滚削、插削或刨削加，在滚齿机、插齿机或刨齿机上用专