1、機械原理課程設計青島農業大學海都學院工程系機械教研室授課人：李顯昌 （講師/工程師）聯系方式：TE、一、機械原理課程設計的基本目的機械原理課程設計的基本目的機械原理課程設計是機械原理課程的一個重要的實踐教機械原理課程設計是機械原理課程的一個重要的實踐教學環節，也是工科院校學生在大學期間利用已學過的知識進學環節，也是工科院校學生在大學期間利用已學過的知識進行的一次比較全面、具有實際內容和意義的課程設計。其基行的一次比較全面、具有實際內容和意義的課程設計。其基本目的：本目的：進一步鞏固和加深所學的理論知識，并將其進一步鞏固和加深所學的理論知識，并

2、將其系統化系統化；培養綜合運用所學知識培養綜合運用所學知識獨立解決實際問題獨立解決實際問題的能力和初步的能力和初步培養培養進行創新設計進行創新設計的能力；的能力；初步掌握初步掌握機械運動方案設計機械運動方案設計，并在，并在機構分析與綜合機構分析與綜合方面方面受到一次比較全面的訓練。受到一次比較全面的訓練。 生產和操作過程的自動化生產和操作過程的自動化完成某一工藝動作過程完成某一工藝動作過程機構的選用和創新設計機構的選用和創新設計機械運動方案的設計和構思機械運動方案的設計和構思熟悉熟悉各種典型機構的工作原理、結構特點、設計方法各種典型機構的工作原理、結構特點、設計方法和應用場合等知識；和應用場合

3、等知識；考慮如何選擇巧妙的工藝動作過程來達到預定的機械考慮如何選擇巧妙的工藝動作過程來達到預定的機械功能要求；功能要求；選用或創新機構型式并組合成機械運動方案完成選定選用或創新機構型式并組合成機械運動方案完成選定的工藝過程的工藝過程零件設計機械方案設計需進行的三方面工作:二、二、基本教學內容基本教學內容 執行系統的運動方案設計執行系統的運動方案設計傳動系統方案設計傳動系統方案設計原動機的選擇原動機的選擇機械機械方案設計方案設計機械總體方案設計機械總體方案設計機器的機器的功能分析功能分析、工藝動作過程確定工藝動作過程確定、執行機構設計與選擇執行機構設計與選擇、機械運動方案評價與選擇機械運動方案評

4、價與選擇、機構尺度綜合機構尺度綜合、繪制機構運動簡繪制機構運動簡圖圖、計算自由度計算自由度、對機構進行運動分析對機構進行運動分析、動力分析動力分析等。等。主要工作內容：主要工作內容：制定制定機構運動循環圖機構運動循環圖；畫出；畫出機構運動簡圖機構運動簡圖，計算，計算機構自由度機構自由度。按照給定的按照給定的機械總功能機械總功能要求，分解成要求，分解成子功能子功能進行進行機構的選型機構的選型和組合和組合；設計該機械系統的幾種運動方案，對各運動設計該機械系統的幾種運動方案，對各運動方案方案進行進行對比和對比和選擇選擇；對選定方案中的機構對選定方案中的機構連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、其連桿機構、凸

5、輪機構、齒輪機構、其他常用機構及組合機構進行他常用機構及組合機構進行分析和設計，確保實現設計功能分析和設計，確保實現設計功能；機構運動和動力分析，機構運動和動力分析，給出必要的設計參數給出必要的設計參數，以便能夠順利，以便能夠順利進行機械設計進行機械設計。主要工作步驟：主要工作步驟： 3、設計說明書一份（不少于、設計說明書一份（不少于2000字）：字）：每個學生應完成的設計工作量：每個學生應完成的設計工作量：1、機構運動簡圖、機構運動循環圖一張（、機構運動簡圖、機構運動循環圖一張（A1或或A2圖紙）圖紙）2、主要機構設計與性能分析圖一張（、主要機構設計與性能分析圖一張（A2或或A3圖紙）、零件

6、圖紙）、零件工作圖一張（工作圖一張（A3或或A4圖紙）圖紙）包括目錄（標題、頁次）、設計題目、包括目錄（標題、頁次）、設計題目、機器功能分析與分解機器功能分析與分解、設計方案（或機構運動簡圖）的擬定、分析和比較設計方案（或機構運動簡圖）的擬定、分析和比較、機械系統機械系統的運動循環圖的制定的運動循環圖的制定、對選定機構的運動和動力分析與設計對選定機構的運動和動力分析與設計、原動機類型的選擇原動機類型的選擇、完成設計所用方法與原理的簡要說明、對、完成設計所用方法與原理的簡要說明、對設計結果的分析討論與總結、參考資料等。設計結果的分析討論與總結、參考資料等。 設計說明書文字陳述部分必須用設計說明書

7、文字陳述部分必須用鋼筆鋼筆或或圓珠筆圓珠筆書書寫，要求書寫工整、文字簡練、步驟清楚；寫，要求書寫工整、文字簡練、步驟清楚； 繪圖部分要用繪圖部分要用鉛筆鉛筆，尺規作圖，要求圖面清潔，尺規作圖，要求圖面清潔，表達清楚，必要時要有相應的文字標識；表達清楚，必要時要有相應的文字標識； 計算內容要寫出分析過程，列出計算內容要寫出分析過程，列出公式公式，代入數值，代入數值，寫出結果、單位；寫出結果、單位； 編寫編寫大、小標題大、小標題；標注公式、數據來源（參考資；標注公式、數據來源（參考資料的編號、頁次）料的編號、頁次） 說明書用說明書用A4紙紙書寫，注意書寫，注意左側豎邊留出左側豎邊留出25mm裝裝訂

8、邊訂邊，格式如圖，格式如圖1-1。裝訂線裝訂線機械原理課程設計說明書院（系 ）：專業 ： 班級： 設計者：學號：指導教師： 年 月 日青島農業大學海都學院機械原理課程設計說明書院（系 ）：專業 ： 班級： 設計者：學號：指導教師： 年 月 日青島農業大學海都學院（設計、計算內容）（設計、計算結果）圖1-1（設計題目）252530 尺規作圖或電腦繪圖均可。尺規作圖或電腦繪圖均可。 作圖準確、比例適當、布圖勻稱、圖面整潔、標注作圖準確、比例適當、布圖勻稱、圖面整潔、標注完整、齊全。完整、齊全。 圖紙規格、線條、尺寸標注等均應符合國家制圖標圖紙規格、線條、尺寸標注等均應符合國家制圖標準的規定。準的規

9、定。 構件標識清楚，構件代號需要有文字說明；運動副、構件標識清楚，構件代號需要有文字說明；運動副、常用機構符號符合機械原理規定。常用機構符號符合機械原理規定。 機構速度、加速度分析，要求列出矢量方程進行說機構速度、加速度分析，要求列出矢量方程進行說明，矢量與機構位置圖構件保持應有的幾何位置關明，矢量與機構位置圖構件保持應有的幾何位置關系。系。 標題欄格式如圖標題欄格式如圖1-2.12.2。注意注意：畫一個一般位置代表各桿長。畫：畫一個一般位置代表各桿長。畫S-時，時，30度一個間度一個間隔，隔，兩個極限位置必須標出，兩個極限位置必須標出，加速度加速度 線圖線圖不不用用畫。畫。max50（ 設

10、計 題 目 ）13515機 械 原 理課 程 設 計設 計 （ 校 名 ） 系 專業 班（日期）審 閱方案號（日期）成 績圖號圖總號15201520101010（一）機械方案設計圖的標題欄（一）機械方案設計圖的標題欄圖1-2.1（二）零件圖的標題欄（二）零件圖的標題欄圖1-2.2 總結設計方法、步驟，確保設計的正確性； 回顧和反思分析問題、解決問題的過程，提高自己分析、解決問題的能力； 檢查自己對課程設計相關的基本理論、方法的掌握程度 重點重點搞清楚設計過程中遇到的一些疑難問題。 計劃內容學時地點備注布置任務，學習機械系統運動方案及機構的創新設計，熟悉題目，借閱參考書準備課程設計。0.5天6-

11、206周一上午機械功能分解，運動方案構思，初繪機構運動簡圖、機械運動循環圖，計算自由度，初定可行性方案。2天機房確定各傳動機構的尺寸、參數，深入進行運動學、動力學分析，說明方案設計的合理性。0.5天機房周三下午繪制正規的機構運動簡圖、機械運動循環圖、機構設計與性能分析圖和重要零件工作圖。1天機房周四整理并編寫設計說明書。0.5天自定周五答辯及修改設計，上交作業。0.5天6-412周五工作計劃安排 平時成績占平時成績占40%(包括考勤包括考勤20%+課程設計表現課程設計表現（中期抽查、參與討論情況）（中期抽查、參與討論情況）10%+答辯答辯10%)課程設計說明書及圖紙占課程設計說明書及圖紙占60

12、%。課程設計題目見機械原理課程設計第16章 機械原理課程設計題目選編或附件給定。3人/組，任意組合，任選一題。學生課程設計有關的全部內容答疑。學生課程設計進度監控（抽檢） 。學生課程設計質量監控（抽檢） 。學生課程設計紀律監控（抽檢） 。指導與幫助學生有效完成課程設計。 設計任務：對已加工好的帶有凸臺的盤形零件設計任務：對已加工好的帶有凸臺的盤形零件進行進行鉆孔鉆孔。其總功能應分解成如下幾個工藝動作：。其總功能應分解成如下幾個工藝動作：送料送料；定位定位；夾緊夾緊；進刀（鉆孔）。進刀（鉆孔）。 設計參數：設計參數：零件圖如左圖所示，零件圖如左圖所示， 要求要求每分鐘加工五個零件每分鐘加工五個零

13、件， 電機的轉速電機的轉速n n電電=1440=1440r/minr/min。 現以設計半自動鉆床為例說明運動方案現以設計半自動鉆床為例說明運動方案設計的步驟和過程。設計的步驟和過程。1818F40F40F20F20F30F301010 零件圖零件圖機械運動方案設計舉例機械運動方案設計舉例一、確定運動方案及機械運動循環圖一、確定運動方案及機械運動循環圖功能原理構思功能原理構思工作臺工作臺送料送料定位定位夾緊夾緊進刀進刀ACBDGHIEF動動力力頭頭齒輪齒輪齒條齒條齒扇齒扇料斗料斗214 38576J半自動鉆床的運動方案圖如下半自動鉆床的運動方案圖如下工作主軸（各凸輪都固工作主軸（各凸輪都固定于

14、主軸上，能保證其定于主軸上，能保證其時序關系的確定性，并時序關系的確定性，并帶動各機構運動）帶動各機構運動）送料送料圓柱凸輪機構圓柱凸輪機構定位定位移動從動件盤移動從動件盤形凸輪機構形凸輪機構夾緊夾緊擺動從動件盤擺動從動件盤形凸輪機構形凸輪機構進給進給擺動從動件盤擺動從動件盤形凸輪機構形凸輪機構不完全齒不完全齒輪機構輪機構齒輪齒輪-齒條機構齒條機構從動件通過高副與移動從動件通過高副與移動滑塊相連滑塊相連在在工工件件上上鉆鉆孔孔子功能子功能1 1子功能子功能2 2子功能子功能3 3子功能子功能4 4送料送料定位定位夾緊夾緊進刀進刀從料斗推出工件從料斗推出工件及把鉆好孔的工及把鉆好孔的工件向前推進

15、件向前推進定位擋塊伸縮，定位擋塊伸縮，擋住工件或讓擋住工件或讓出通道出通道夾具夾緊或松開夾具夾緊或松開鉆頭的進給鉆頭的進給 與退出與退出 移動從動件移動從動件圓柱凸輪機圓柱凸輪機構構移動從動件移動從動件盤形凸輪機盤形凸輪機構構擺動從動件擺動從動件盤形凸輪機盤形凸輪機構構齒輪齒條齒輪齒條 機構機構從動件通過從動件通過高副與移動高副與移動滑塊相連滑塊相連 從動件從動件往復移動往復移動 從動件從動件往復移動往復移動 滑塊滑塊往復移動往復移動齒條上下齒條上下往復移動往復移動總總功功能能半自動鉆床的功能、工藝動作及執行機構框圖半自動鉆床的功能、工藝動作及執行機構框圖相應的工藝動作欄相應的工藝動作欄執行機

16、構欄執行機構欄執行動作執行動作半自動鉆床半自動鉆床機械運動循環圖機械運動循環圖360360O O1212轉角（度）轉角（度）或時間（秒）或時間（秒）1 16 69 93 32 20 00 0O O9090O O240240O O150150O O270270O O180180O O3030O O6060O O（1 1）（2 2鉆孔）鉆孔） 鉆鉆 孔孔停停 止止進進 刀刀停停 止止退退刀刀 夾夾 緊緊回回 程程近近休休遠遠 休休近近 休休升升程程送送 料料遠遠休休近近 休休回回程程升升程程定定 位位回回程程近近休休遠遠休休近近 休休升升程程各種動作之間的協調空進刀，以縮短輔助工時工作主軸轉角機械

17、機械運動循環圖運動循環圖 機械機械運動循環圖運動循環圖標明機械在一個運動循環中各執標明機械在一個運動循環中各執行構件間的行構件間的運動配合運動配合和和時序關系時序關系的圖。的圖。對于固定運動循環的機械，當采用機械方式集中控制時，為對于固定運動循環的機械，當采用機械方式集中控制時，為防止防止出現某一執行構件工作不到位或兩個以上執行構件在同一空間發出現某一執行構件工作不到位或兩個以上執行構件在同一空間發生干涉生干涉，需有，需有準確準確而而協調協調的的運動時間運動時間和和運動順序運動順序的協調的協調。稱之。稱之為為執行構件間時序的協調執行構件間時序的協調。這可通過編制機械運動循環圖（也稱。這可通過編

18、制機械運動循環圖（也稱工作循環圖）實現。工作循環圖）實現。機械運動循環圖（也稱工作循環圖）機械運動循環圖（也稱工作循環圖）是搞好機械系統運動方是搞好機械系統運動方案設計的一件重要工作，也是后續設計的一個重要依據。案設計的一件重要工作，也是后續設計的一個重要依據。多數機器不只有一個執行構件，往往是多數機器不只有一個執行構件，往往是許多執行構件協調工作以完成同一任務。許多執行構件協調工作以完成同一任務。機械運動循環圖也標志著機械運動循環圖也標志著機械動作節奏的快慢機械動作節奏的快慢。一部復雜的機械，。一部復雜的機械，由于由于動作節拍動作節拍相當多，所以相當多，所以對時間的要求相當嚴格對時間的要求相

19、當嚴格，這使某些執行機構，這使某些執行機構的動作同時發生，但它們又不能在空間上干涉，因此需要反復調整與反的動作同時發生，但它們又不能在空間上干涉，因此需要反復調整與反復設計，復設計，恰切的運動循環圖可以恰切的運動循環圖可以大大提高機器的生產率大大提高機器的生產率。牛頭刨床的運動循環圖牛頭刨床的運動循環圖AB滑塊3導桿滑塊6連桿n2CEDO9O22O43145工作臺86工件71091112曲柄曲柄運動循環圖的表達方式：運動循環圖的表達方式：直線式運動循環圖直線式運動循環圖圓周式運動循環圖圓周式運動循環圖直角坐標式運動循環圖直角坐標式運動循環圖其他方式其他方式牛頭刨床的運動循環圖牛頭刨床的運動循環

20、圖直線式運動循環圖直線式運動循環圖將一個運動循環各執行機將一個運動循環各執行機構運動區段的起始、終止時間構運動區段的起始、終止時間和順序，按比例繪制在直線坐和順序，按比例繪制在直線坐標軸上。標軸上。同心圓式運動循環圖同心圓式運動循環圖 以圓心以圓心O為圓心作若干個同心圓，每個圓環代表一個執為圓心作若干個同心圓，每個圓環代表一個執行構件，圓環上的徑向線代表該執行構件不動、運動區段的行構件，圓環上的徑向線代表該執行構件不動、運動區段的起始、終止位置。起始、終止位置。直角坐標式運動循環圖直角坐標式運動循環圖 用橫坐標表示主軸或分配軸的轉角，用縱坐標表示各執行用橫坐標表示主軸或分配軸的轉角，用縱坐標表

21、示各執行構件的角位移或線位移，各區段之間以直線分開。構件的角位移或線位移，各區段之間以直線分開。多執行構件的多執行構件的復雜機械的運動循環圖可以拆分，不同執行構復雜機械的運動循環圖可以拆分，不同執行構件可以分別組合件可以分別組合，也可以分別采用不同的形式，也可以分別采用不同的形式。繪制機械運動循環圖應注意的問題繪制機械運動循環圖應注意的問題v以以機械工藝過程的開始點機械工藝過程的開始點作為作為運動循環的起點運動循環的起點，明確，明確各執行構件的初始各執行構件的初始位置位置。首先確定。首先確定一個主要構件一個主要構件在運動循環圖中的各個位置（轉角或位在運動循環圖中的各個位置（轉角或位移），并以移

22、），并以其運動位置其運動位置作為其他執行構件運動先后次序的作為其他執行構件運動先后次序的基準基準。v機械運動循環圖以機械運動循環圖以主軸或分配軸的轉角主軸或分配軸的轉角為橫坐標，如果某個執行機構的為橫坐標，如果某個執行機構的原動件不在該主軸或分配軸上，為了保證時間同步，最好將其原動件通原動件不在該主軸或分配軸上，為了保證時間同步，最好將其原動件通過傳動裝置與分配軸相連，把它們運動時的轉角過傳動裝置與分配軸相連，把它們運動時的轉角換算成相應的分配軸的換算成相應的分配軸的轉角轉角。v在確保各執行機構在空間上不發生干涉的前提下，在確保各執行機構在空間上不發生干涉的前提下，盡可能使各執行機構盡可能使各

23、執行機構的動作重合的動作重合，以縮短機械運動循環周期，提高生產率。，以縮短機械運動循環周期，提高生產率。v由于可能存在制造、安裝誤差，為了確保各執行機構動作的先后順序、由于可能存在制造、安裝誤差，為了確保各執行機構動作的先后順序、工作安全，在工作安全，在一個執行動作結束點到另一個執行動作開始點之間，應有一個執行動作結束點到另一個執行動作開始點之間，應有適當的間隔適當的間隔。二、機構簡圖設計二、機構簡圖設計28851440主電總nni 根據所給的設計參數，可算出根據所給的設計參數，可算出執行構件主軸轉速執行構件主軸轉速 n主主=5=5轉轉/ /分，分，所以機械的總傳動比為：所以機械的總傳動比為：

24、計算總傳動比，進行傳動比分配計算總傳動比，進行傳動比分配每分鐘加工每分鐘加工五個零件五個零件即加工過程完成即加工過程完成5次次工作過程循環工作過程循環1ABGH24 36J3421ABGH24 36J傳動比分配傳動比分配：i總總= =i帶帶i1 12 2i3434，各級分配情況，各級分配情況應遵循：應遵循： i帶帶i齒齒 ，齒輪傳動，齒輪傳動按照按照“前小后大前小后大”的原則的原則, ,以以減小結構尺寸。減小結構尺寸。342類型平帶傳動V帶傳動鏈傳動圓柱齒輪圓錐齒輪蝸桿傳動推薦值24242536231040最大值57710680傳動比誤差傳動比誤差= =%100理論總傳動比理論總傳動比實際總傳

25、動比（要求傳動比誤差范圍：5%）畫機構運動簡圖畫機構運動簡圖確定運動循環圖確定運動循環圖 首先在草紙上進行簡圖設計，先定執行機構位置，再聯傳動機構與電機。 用2號圖紙畫機構簡圖包括機構圖、運動循環圖、機構明細欄、標題欄。 取機構中與多數構件運動平面相平行的面為投影面。必要時也可以就不同部分選擇兩個以上的投影面，再展開繪制在同一圖面上。 1、凸輪機構設計、凸輪機構設計 在說明書中進行基本參數設計 在3號圖上進行凸輪廓線設計 2、齒輪機構設計、齒輪機構設計 寫在說明書上 3、其它機構設計、其它機構設計 畫1張3號圖三、典型機構設計三、典型機構設計對各主要執行機構進行運動分析對各主要執行機構進行運動

26、分析機械系統運動方案設計的過程v（1）根據機器的功能目標確定機器的工作原理。）根據機器的功能目標確定機器的工作原理。v（2）按機器的工作原理確定機器的工藝動作。）按機器的工作原理確定機器的工藝動作。v（3）確定傳動機構的類型與原動機的類型。）確定傳動機構的類型與原動機的類型。v（4）按機器的基本動作選擇對應的執行機構。）按機器的基本動作選擇對應的執行機構。v（5）進行運動協調設計，完成機械運動方案的總體設計。）進行運動協調設計，完成機械運動方案的總體設計。v（6）對機械運動方案進行評價，選擇最優方案。）對機械運動方案進行評價，選擇最優方案。v（7）進行尺度綜合，設計機械系統的機構運動簡圖。）進

27、行尺度綜合，設計機械系統的機構運動簡圖。機械系統運動方案設計是一項創造性的工作，上述的機械系統運動方案設計是一項創造性的工作，上述的設計過程一般來說不會一帆風順，需要不斷反復和交叉進設計過程一般來說不會一帆風順，需要不斷反復和交叉進行，逐漸達到最優的設計方案。行，逐漸達到最優的設計方案。三、撰寫機械原理課程設計說明書三、撰寫機械原理課程設計說明書 編寫課程設計說明書，內容見課程設計指編寫課程設計說明書，內容見課程設計指導（見教材）。導（見教材）。 可再加上機構改進意見和課程設計體會。可再加上機構改進意見和課程設計體會。 機械系統的方案設計機械系統的方案設計機械系統機械系統 原動機原動機 傳動系

28、統傳動系統 執行系統執行系統 操縱控制系統操縱控制系統 傳傳動動裝裝置置傳傳動動路路線線分分配配傳傳動動比比功功能能分分析析協協調調配配合合方方案案評評價價運運動動分分析析類類型型轉轉速速容容量量機電、機液、電液、液壓、機電、機液、電液、液壓、氣動、電氣、微機等氣動、電氣、微機等第六節 機構的創新設計機構的創新設計*第一節 機械系統的設計過程設計過程第二節 機械系統的總體方案設計總體方案設計第三節 機械執行系統的運動方案設計執行系統的運動方案設計第四節 機械傳動系統的方案設計傳動系統的方案設計第五節 原動機原動機及其選擇主要內容：難點：功能分解組合法、模仿改造法難點：功能分解組合法、模仿改造法

29、。 知識點：知識點：創新思維和創新設計創新思維和創新設計的常見方法。機構選型機構選型的一般方法執行構件的協調協調機械的工作循環圖機械的工作循環圖功能分解組合法功能分解組合法模仿改造法模仿改造法機構的組合和變異機構的組合和變異常用機構常用機構的類型、特點和選用重點：機械的重點：機械的工作循環圖工作循環圖、機構的組合和變異機構的組合和變異。*第一節 機械系統的設計過程一、系統、機械系統的概念一、系統、機械系統的概念系統本身也可以作為更大系統的一個子系統。系統本身也可以作為更大系統的一個子系統。1 1、系統系統指具有特定功能的、相互間具有一定指具有特定功能的、相互間具有一定聯系的許多要素構成的一個整

30、體。聯系的許多要素構成的一個整體。系統本身可分成若干個子系統。子系統里有時還可以分出系統本身可分成若干個子系統。子系統里有時還可以分出更小的小子系統。更小的小子系統。2 2、機械系統、機械系統任何任何機械產品機械產品都是由若干個零部件及裝置組都是由若干個零部件及裝置組成的一個特定系統。成的一個特定系統。機械系統機械系統是由若干個是由若干個構件構件、運動副運動副要素要素所組成的，彼此間有聯系，并能完成特定的功能。所組成的，彼此間有聯系，并能完成特定的功能。要有“系統”的觀念機械產品設計機械產品設計是一個通過是一個通過分析分析、綜合綜合與與創新創新獲得獲得滿足某些特定要求和功能滿足某些特定要求和功

31、能的機械系統的過程。的機械系統的過程。動力系統動力系統傳動系統傳動系統執行系統執行系統操縱系統和控制系統操縱系統和控制系統支支 承承 系系 統統安全系統安全系統-潤滑系統潤滑系統-冷卻系統冷卻系統-密封系統等密封系統等二、機械系統的組成二、機械系統的組成1. 機械系統（機械產品）設計的任務和類型機械系統（機械產品）設計的任務和類型機械產品設計三種類型：機械產品設計三種類型：開發性設計開發性設計適應性設計適應性設計變型設計變型設計三、機械系統設計三、機械系統設計 機械系統（機械產品）設計的任務是開發新產機械系統（機械產品）設計的任務是開發新產品和改造老產品，為市場提供優質高效、價廉物美品和改造老

32、產品，為市場提供優質高效、價廉物美的機械產品，以取得較好的經濟效益。的機械產品，以取得較好的經濟效益。在在工作原理和功能結構完全未知工作原理和功能結構完全未知的情況下，針對新任的情況下，針對新任務提出新方案，開發設計出以往沒有過的新產品。務提出新方案，開發設計出以往沒有過的新產品。在在工作原理和功能結構不變工作原理和功能結構不變的情況下，對已有產品結構參的情況下，對已有產品結構參數、尺寸等方面變異，設計出適用范圍更廣的系列化產品。數、尺寸等方面變異，設計出適用范圍更廣的系列化產品。針對已有的產品設計，在消化、吸收的基礎上，針對已有的產品設計，在消化、吸收的基礎上，對產品作對產品作局部變更或設計

33、局部變更或設計一個新部件，使產品更能滿足使用要求。一個新部件，使產品更能滿足使用要求。2. 機械系統設計過程機械系統設計過程初期規劃設計階段初期規劃設計階段總體方總體方案設計階段案設計階段結構技術設計階段結構技術設計階段生產施生產施工設計工設計階段階段產品開發一般是這個過程，但在實際中，常常需要產品開發一般是這個過程，但在實際中，常常需要反反復改進甚至推翻原設計方案復改進甚至推翻原設計方案，進行再設計，在每個設計階，進行再設計，在每個設計階段或各設計階段之間存在段或各設計階段之間存在反復循環的反復循環的設計流程。設計流程。機械設計各階段機械設計各階段緊密相連，是一緊密相連，是一個不斷改進、創個

34、不斷改進、創新的過程。新的過程。選題選題調研預測調研預測可行性可行性論證論證確定設確定設計任務計任務選擇設計對象，提出設計題目選擇設計對象，提出設計題目市場調查：市場調查：預測銷售量及市場占有率預測銷售量及市場占有率技術調查：技術調查：預測技術可行性、產品成本預測技術可行性、產品成本同行調查：同行調查： 預測領先的可能性預測領先的可能性論證產品開發的必要性和產品設計、論證產品開發的必要性和產品設計、制造、銷售上各項措施實施的可能性制造、銷售上各項措施實施的可能性明確設計目標及需達到的明確設計目標及需達到的功能和性功能和性能指標能指標調研報告調研報告論證報告論證報告設計任務書設計任務書初期規劃設

35、計階段初期規劃設計階段目標分析目標分析根據設計任務，進行根據設計任務，進行功能分析功能分析、工藝動工藝動作分解作分解，明確，明確各工藝動作的工作原理各工藝動作的工作原理。創新構思創新構思構思構思執行機構的運動方案執行機構的運動方案并進行并進行運動規運動規律設計律設計、機構型式設計機構型式設計和和協調設計協調設計方案擬定方案擬定擬定擬定總體方案總體方案，進行，進行執行系統執行系統、傳動系傳動系統統、原動機原動機的的選擇選擇和和基本參數設計基本參數設計方案評價方案評價對方案進行有關計算，做模擬試驗，進對方案進行有關計算，做模擬試驗，進行行功能、性能評價功能、性能評價和和技術、經濟評價技術、經濟評價

36、方案方案決策決策選最優，確認選最優，確認總體設計方案總體設計方案，繪制，繪制系統運系統運動簡圖動簡圖，編寫總體方案設計計算，編寫總體方案設計計算說明書說明書總體方案示意圖、總體方案示意圖、機械系統機械系統運動簡圖、運動簡圖、運動循環圖、運動循環圖、方案設計方案設計計算說明書計算說明書總體方總體方案設計階段案設計階段第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統設計過程（續）機械系統設計過程（續）結構結構設計設計尺寸尺寸設計設計圖紙圖紙繪制繪制工藝工藝設計設計工裝工裝設計設計施工施工設計設計結構技術結構技術設計階段設計階段生產施生產施工工設計設計階段階

37、段從加工工藝、裝配工藝性等因素出發從加工工藝、裝配工藝性等因素出發，設計零部件的結構形式及連接方法，設計零部件的結構形式及連接方法選擇零件材料、熱處理方法和要求，選擇零件材料、熱處理方法和要求，確定零部件各部分的尺寸、公差、精確定零部件各部分的尺寸、公差、精度及制造安裝的技術條件度及制造安裝的技術條件繪制總裝配圖、各類系統圖、部件裝繪制總裝配圖、各類系統圖、部件裝配圖和零件圖。編制設計計算說明書配圖和零件圖。編制設計計算說明書進行加工工藝、裝配工藝設計。制定進行加工工藝、裝配工藝設計。制定工藝流程及零部件檢驗標準工藝流程及零部件檢驗標準進行加工、裝配時必要的工具、卡具進行加工、裝配時必要的工具

38、、卡具、夾具和模具的設計，包括必要的專、夾具和模具的設計，包括必要的專用加工設備及裝置的設計用加工設備及裝置的設計制定裝配調試、試運行及性能測試的制定裝配調試、試運行及性能測試的步驟及各階段的技術指標步驟及各階段的技術指標全套設全套設計計圖紙、設圖紙、設計計算說計計算說明書明書工藝流程工藝流程卡、卡、工裝工裝設計圖、設計圖、基礎安裝基礎安裝圖、使用圖、使用說明書等說明書等機構創新機構創新設計設計機械系統運動方案設計步機械系統運動方案設計步驟驟總體方案設計總體方案設計執行機構設計執行機構設計功能原理功能原理設計設計運動規律運動規律設計設計選型構型選型構型設計設計運動協調運動協調設計設計傳動系統設

39、計傳動系統設計原動機選擇原動機選擇（應考慮運動、動力性能應考慮運動、動力性能） 從原動機原動機到傳動機構傳動機構再到執行機構執行機構的整個系統的設計一般稱為機械系統的運動方案設計機械系統的運動方案設計。第二節第二節機械系統的總體方案設計機械系統的總體方案設計一、機械總體方案設計的一、機械總體方案設計的目的目的和和內容內容1、總體方案設計的目的、總體方案設計的目的全面考慮產品全生命周期各階段的具體要求目標分析創新構思方案擬定方案評價方案決策使所設計產品使所設計產品功能齊全、性能先進、質量優良、成本低廉、經濟效益顯著，又易于制造，能迅速占領市場，提高市場競爭力和生命力。據初期規劃階段所確定的設計任

40、務運用現代設計思想與方法要要實現實現初期規劃階段所提出的產品設計目標，初期規劃階段所提出的產品設計目標，關鍵在于關鍵在于總體方總體方案設計階段的工作案設計階段的工作，取決于取決于方案的構思和設計思想方案的構思和設計思想。 2、總體方案設計的內容、總體方案設計的內容1）執行系統的方案設計）執行系統的方案設計2）傳動系統的方案設計）傳動系統的方案設計3）原動機類型的選擇）原動機類型的選擇4）控制系統的方案設計）控制系統的方案設計主要有潤滑系統、冷卻系統、故障監測系統、安全保護主要有潤滑系統、冷卻系統、故障監測系統、安全保護系統和照明系統等。系統和照明系統等。設計結果：給出滿足運動性能要求的機構運動

41、簡圖。設計結果：給出滿足運動性能要求的機構運動簡圖。5）其它輔助系統的設計）其它輔助系統的設計執行系統的方案評價與決策執行系統的方案評價與決策執行系統的功能原理設計執行系統的功能原理設計執行機構的形式設計執行機構的形式設計執行系統的協調設計執行系統的協調設計傳動類型的選擇傳動類型的選擇傳動鏈中機構順序的安排傳動鏈中機構順序的安排各級傳動比的分配各級傳動比的分配傳動路線的選擇傳動路線的選擇執行系統的運動規律設計執行系統的運動規律設計現代設計、系統工程和工程設計的觀念現代設計、系統工程和工程設計的觀念二、機械總體方案設計的現代設計思想與方法二、機械總體方案設計的現代設計思想與方法現代機械設計已不再

42、純屬于工程技術范疇，而是自然科學、現代機械設計已不再純屬于工程技術范疇，而是自然科學、人文科學和社會科學相互交叉，人文科學和社會科學相互交叉，科學理論與工程技術高度融合科學理論與工程技術高度融合的的一門現代設計科學。一門現代設計科學。虛擬產品開發技術 利用存儲在計算機內的數字化模型虛擬產品來代替機械實物模型，對機械產品進行構思、設計、裝配、測試和分析，提高了機械產品在時間、質量、成本、服務和環境等多目標中的決策水平，可以達到全局優化和一次性開發成功的目的。串行設計并行設計（減少了設計過程的循環重復。） 它以它以并行的并行的、集成的集成的方式設計產品及相關過程，力圖在方式設計產品及相關過程，力圖

43、在設計一開始就考慮產品生命周期所有要素。設計一開始就考慮產品生命周期所有要素。 執行機構必須滿足執行機構必須滿足工藝動作工藝動作和和運動規律運動規律的要求的要求 動力源的選擇應動力源的選擇應有利于有利于簡化機構和改善運動質量簡化機構和改善運動質量 機構的傳力性能機構的傳力性能要好要好 機器操縱機器操縱方便；方便；調整調整容易、容易、安全安全耐用耐用 機器的重量機器的重量輕，輕，結構結構緊湊緊湊 加工制造加工制造方便方便，經濟成本，經濟成本低低 具有較高的具有較高的生產效率生產效率與與機械效率機械效率完成機械的完成機械的不同功能不同功能，一般需要，一般需要不不同的執行構件同的執行構件，不同執行構

44、件功能的，不同執行構件功能的實現往往需要實現往往需要不同的機構不同的機構來完成。來完成。機械的機械的各種執行功能之間的各種執行功能之間的動作相動作相互協調互協調。為完成為完成機械整體執行功機械整體執行功能能而組成的而組成的構件系統構件系統，稱為稱為機械執行系統機械執行系統機械執行系統是一種機械區別于其他機械的機械執行系統是一種機械區別于其他機械的主要標志主要標志，是，是一個機械系統的一個機械系統的核心組成部分核心組成部分。機械執行系統的方案設計機械執行系統的方案設計是機械系統總體方案設計的是機械系統總體方案設計的核心核心。機械執行系統定義：機械執行系統定義：第三節第三節機械執行系統的運動方案設

45、計機械執行系統的運動方案設計功能功能 系統必須實現的任務，或者說是系統具有變換或傳遞系統必須實現的任務，或者說是系統具有變換或傳遞能量、物料與信息的特性。能量、物料與信息的特性。“功能功能”是產品的核心和本質是產品的核心和本質。每個機械系統都有自己的功能每個機械系統都有自己的功能，如運輸工具的功能是運，如運輸工具的功能是運貨或運客；電動機的功能是能量轉換等。貨或運客；電動機的功能是能量轉換等。用戶對產品功能的需求是有條件的用戶對產品功能的需求是有條件的，即功能的使用地點及，即功能的使用地點及環境條件、功能的定量與定性參數、實現功能的具體結構與環境條件、功能的定量與定性參數、實現功能的具體結構與

46、手段、功能的經濟性等。手段、功能的經濟性等。 設計的最主要工作并不只是選用某種機械或設計設計的最主要工作并不只是選用某種機械或設計某種結構，更重要的是要進行功能原理的構思。某種結構，更重要的是要進行功能原理的構思。 “顧客購買的不是產品本身，顧客購買的不是產品本身，而是產品所具有的功能而是產品所具有的功能”。 功能的分類：功能的分類：功能功能必要功能必要功能非必要功能非必要功能基本功能基本功能附加功能附加功能工藝要求或使用要求必須保工藝要求或使用要求必須保證的功能，在設計中不能改變。證的功能，在設計中不能改變。隨技術條件或結構方式的改隨技術條件或結構方式的改變而取舍或改變而附加的功能。變而取舍

47、或改變而附加的功能。設計者主觀加上去的，可有可無的功能。設計者主觀加上去的，可有可無的功能。 由于系統的功能總是以成本作為代價的，所以，由于系統的功能總是以成本作為代價的，所以，設計時應對一個系統需具有哪些必要功能，去掉哪設計時應對一個系統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。些非必要功能做出明確的決定。牛頭刨床牛頭刨床牛頭刨床為了完成刨削平面的任務，需要兩個執行構件：牛頭刨床為了完成刨削平面的任務，需要兩個執行構件：裝有刨刀的刨頭裝有刨刀的刨頭和和夾持工件的工作臺夾持工件的工作臺。功能分析：功能分析：切削運動切削運動工作臺的橫向進給運動工作臺的橫向進給運動刨頭帶著刨刀作縱向的

48、往復直刨頭帶著刨刀作縱向的往復直線切削運動，而且刨頭每分鐘線切削運動，而且刨頭每分鐘往復運動的次數是可調的。往復運動的次數是可調的。工作臺作橫向間歇進給運動，工作臺作橫向間歇進給運動，每次進給量的大小能在一定范每次進給量的大小能在一定范圍內調整。圍內調整。工作臺的進給運動必須在非切削時間內進行。工作臺的進給運動必須在非切削時間內進行。機械執行系統的運動方案設計機械執行系統的運動方案設計功能原理設計功能原理設計運動規律設計及工藝參數確定運動規律設計及工藝參數確定機構選型與構型設計機構選型與構型設計執行機構的運動協調設計（運動循環圖）執行機構的運動協調設計（運動循環圖）運動方案的評價運動方案的評價

49、機械執行系統的運動方案設計的依據是機械執行系統的運動方案設計的依據是機械的工機械的工藝要求或使用要求藝要求或使用要求。具體內容包括：。具體內容包括：(66-117頁幻燈片頁幻燈片) 一個好的功能原理設計應既有創新構思，同時又能滿足用一個好的功能原理設計應既有創新構思，同時又能滿足用戶的需求。戶的需求。 針對產品主要功能而進行的針對產品主要功能而進行的功能原理設計，在整個設計中功能原理設計，在整個設計中是非常重要的一環。是非常重要的一環。一、功能原理設計一、功能原理設計 “ “功能原理設計功能原理設計”針對所設計產品的主要功針對所設計產品的主要功能提出一些原理性的構思，亦即針對產品的主要功能能提

50、出一些原理性的構思，亦即針對產品的主要功能進行原理性設計。進行原理性設計。 根據機械預期的工藝要求或使用要求，構思出所有可能實根據機械預期的工藝要求或使用要求，構思出所有可能實現給定要求的功能原理，加以分析比較，從中選擇出既能很好現給定要求的功能原理，加以分析比較，從中選擇出既能很好地滿足預期要求、工藝動作又簡單的功能原理。地滿足預期要求、工藝動作又簡單的功能原理。 功能原理設計的任務功能原理設計的任務例例10-1 要求設計一自動送料板的裝置。要求設計一自動送料板的裝置。a）采用機構推拉原理b）采用摩擦傳動原理c）采用氣吸原理（底吸法）d）采用氣吸原理（頂吸法）當材料為鋼板時，還當材料為鋼板時

51、，還可以采用磁吸原理。可以采用磁吸原理。實現預期的工藝要求，不實現預期的工藝要求，不同功能原理執行構件的工同功能原理執行構件的工藝動作與運動規律不同，藝動作與運動規律不同，使用條件也不一樣。使用條件也不一樣。a）只需推板和夾料板的往復運動，運動規律簡單，此原理適用于一定厚度的剛性料板。b）有摩擦輪接近料板的運動和退回運動，運動規律較復雜。c），d）必須具有附加的氣源， d）吸頭作L形軌跡的運動。例例10-2加工螺栓螺紋加工螺栓螺紋滾絲頭滾絲搓絲車削加工冷滾壓板牙磨削螺紋加工機床第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計例例10-3 設計一臺加工內孔的機床

52、。設計一臺加工內孔的機床。功能原理不同，工藝動作（運動規律）功能原理不同，工藝動作（運動規律） 也就不同，也就不同，執行機構的運動方案自然也不一樣。執行機構的運動方案自然也不一樣。車床車床鏜床鏜床鉆床鉆床拉床拉床第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計例例10-4 設計草地剪草機。設計草地剪草機。 選擇剪斷是較合理的方案，并且將剪刀做成像理發推選擇剪斷是較合理的方案，并且將剪刀做成像理發推子那樣，這就是傳統的剪草機的解法原理。子那樣，這就是傳統的剪草機的解法原理。分析：對雜草進行剪修通常的辦法有：分析：對雜草進行剪修通常的辦法有：拉拉可以拉斷雜草，但無

53、法控制被拉斷草的高度，即可以拉斷雜草，但無法控制被拉斷草的高度，即無法使草地整齊。無法使草地整齊。割斷割斷像割麥一樣，需要握住雜草的上部才能割斷。像割麥一樣，需要握住雜草的上部才能割斷。剪斷剪斷利用剪刀刃的合攏可以剪斷雜草。利用剪刀刃的合攏可以剪斷雜草。第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計于是一種新型的割草機誕生了：用一根直徑約于是一種新型的割草機誕生了：用一根直徑約2mm的高速旋的高速旋轉的尼龍繩，去抽打被修剪的草，其結果是又快又好地將草轉的尼龍繩，去抽打被修剪的草，其結果是又快又好地將草坪修剪出來，如下圖所示。坪修剪出來，如下圖所示。設計人員受

54、到雜技演員用鞭子把紙抽斷這一現象的啟發，可設計人員受到雜技演員用鞭子把紙抽斷這一現象的啟發，可以用具有足夠高速度的軟物體代替刀、剪去切斷某些物體。以用具有足夠高速度的軟物體代替刀、剪去切斷某些物體。第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計 通過上述例子可知，功能原理設計具有如下特點：通過上述例子可知，功能原理設計具有如下特點： 功能原理設計的好與壞將對產品的成敗起決定性作用，功能原理設計的好與壞將對產品的成敗起決定性作用，設計人員必須給予高度重視。設計人員必須給予高度重視。功能原理設計使所設計的系統發生質的變化。功能原理設計使所設計的系統發生質的變化。

55、功能原理設計中往往要引入某種新技術、新材料、功能原理設計中往往要引入某種新技術、新材料、新工藝新工藝，但首先要求設計人員要有一種新想法、，但首先要求設計人員要有一種新想法、新構思。新構思。功能原理方案設計就是針對某一確定的功能要求，功能原理方案設計就是針對某一確定的功能要求，構思并求得能實現功能目標的新的解法原理。構思并求得能實現功能目標的新的解法原理。第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計功能原理方案設計步驟第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計功能原理設計的設計方法功能原理設計的設計方法“黑箱法黑箱法”

56、 隨著現代設計方法的發展及應用越來越廣泛，人們在對系統功能原理設計時，常采用一種“抽象化”的方法“黑箱法黑箱法”。此方法是暫時摒棄那些附加功能和非必要功能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突出必要功能和基本功能，并將這些功能用較為抽象的形式(如輸入量和輸出量)加以表達。這樣，通過抽象化可清晰地掌握所設計系統(產品)的基本功能和主要約束條件基本功能和主要約束條件，從而突突出設計中的主要矛盾，抓住問題的本質出設計中的主要矛盾，抓住問題的本質。 一個設計任務往往有許多差異很大的方案。許多設計人員一般習慣于先畫出幾個總結構圖或方案圖，然后從中選擇一先畫出幾個總結構圖或方案圖，然后從中

57、選擇一個，再進行更詳細的設計個，再進行更詳細的設計。這種設計方法的弊端是帶有很大的盲目性，同時，由于設計人員的知識和經驗有一定的局限性，很容易使其在原理方案構思之前就形成了某種框框容易使其在原理方案構思之前就形成了某種框框，因而妨礙了思維，束縛了創造力。第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計例如自行車的功能原理設計。例如自行車的功能原理設計。自行車自行車（黑箱）（黑箱）輸入輸入輸出輸出蹬力或推力蹬力或推力車的行走車的行走自行車功能原理系統圖自行車功能原理系統圖第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計“黑箱法黑

58、箱法”示意圖示意圖第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計 “ “黑箱法黑箱法”的特點是通過的特點是通過“黑箱黑箱”與輸入、輸出與輸入、輸出量及周圍環境的信息聯系，了解系統量及周圍環境的信息聯系，了解系統( (產品產品) )的功能、的功能、特性，進一步探索出系統的機理和結構，逐步使特性，進一步探索出系統的機理和結構，逐步使“黑箱黑箱”透亮，直至方案擬定。透亮，直至方案擬定。黑箱黑箱 “ “黑箱法黑箱法”擺脫了具體設計對象，而擺脫了具體設計對象，而按系統按系統( (產產品品) )的功能的功能和和對三大流進行定性描述對三大流進行定性描述來來進行思考進行思考

59、，使，使問題簡化，以利于啟發設計人員構思出更新、更好的問題簡化，以利于啟發設計人員構思出更新、更好的功能原理方案。功能原理方案。第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計 機械設計中常用的基本功能元有機械設計中常用的基本功能元有物理功能元物理功能元、數學功能元數學功能元和和邏輯功能元邏輯功能元。功能分解與功能元功能分解與功能元由于一個系統可以分解成一些子系統，所以，一個系由于一個系統可以分解成一些子系統，所以，一個系統的統的總功能也以分解為一些分功能總功能也以分解為一些分功能。如果有些分功能還太復雜，則還可以進一步分解到如果有些分功能還太復雜，則還可以進

60、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，這個基本功能單位就叫基本功能單位為止，這個基本功能單位就叫功能元功能元。 功能元是能直接從技術效應功能元是能直接從技術效應( (如物理效應、化學如物理效應、化學效應等效應等) )及邏輯關系中找到可以滿足功能要求的最及邏輯關系中找到可以滿足功能要求的最小單位。小單位。第十章第十章 機械系統的運動方案及機構的創新設計機械系統的運動方案及機構的創新設計常用的五種物理功能元常用的五種物理功能元包括各種類型能量之間的包括各種類型能量之間的轉變轉變、運動、運動形式的轉變、材料性質的轉變、物態