機械設備設計經(jīng)典課件1000

1、1第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 機械設備定義機械設備定義1，單位，工廠用，單位，工廠用2，非標準通用設備，非標準通用設備3，非機械設備部件（機械部分），非機械設備部件（機械部分） 機械設備設計是一項重要復雜工作機械設備設計是一項重要復雜工作第一個環(huán)節(jié)是第一個環(huán)節(jié)是 ，本著簡單、實用、，本著簡單、實用、經(jīng)濟、安全、美觀等基本原則所進行的經(jīng)濟、安全、美觀等基本原則所進行的綜合性設計綜合性設計，是一個，是一個從從整體目標整體目標出發(fā)，實現(xiàn)設備整體優(yōu)化設計的一個階段。出發(fā)，實現(xiàn)設備整體優(yōu)化設計的一個階段?？傮w設總體設計計2總體設計總體設計力學計算等力學計算等主要參數(shù)及技術指標主要參數(shù)及技術指標總體方案的評

2、價與決策總體方案的評價與決策總總體體設設計計結構方案設計及結構方案設計及 部件選型部件選型設備的原理方案的構思設備的原理方案的構思現(xiàn)階段中國機械設備設計產(chǎn)品以仿制為現(xiàn)階段中國機械設備設計產(chǎn)品以仿制為主，專用設備部分為開發(fā)性設計。主，專用設備部分為開發(fā)性設計。設備設備分析和功能分解，零件測繪為主要工作。分析和功能分解，零件測繪為主要工作。 總體設計：總體設計：4機械設備設計是一種高度復雜艱巨技術工機械設備設計是一種高度復雜艱巨技術工作，需要扎實理論基礎，豐富實踐經(jīng)驗，作，需要扎實理論基礎，豐富實踐經(jīng)驗，熟悉制造工藝，有良好創(chuàng)造精神。熟悉制造工藝，有良好創(chuàng)造精神。圖圖2-1 機械設備設計基本步驟機

3、械設備設計基本步驟工程設計工程設計必要時設計評審設計評審不行行返回上一頁測試測試測試試驗測試試驗必要時不行行試制調(diào)試試制調(diào)試設計任務完成設計任務完成必要時調(diào)試結果調(diào)試結果不行5 (1)設備工作原理簡圖； (2)主要部件（外協(xié)，外購）； (3)方案評價報告； (4)總體設計報告（可選）； 在設計過程中形成的技術文件：在設計過程中形成的技術文件：62. 測量與繪制性設計測量與繪制性設計3. 變型設計變型設計1. 開發(fā)性設計開發(fā)性設計2.2.1 2.2.1 設計任務的類型設計任務的類型第二節(jié) 設計任務的形成與確定7(1) 產(chǎn)品功能要求2. 產(chǎn)品設計要求產(chǎn)品設計要求(2) 適應性要求適應性要求(3)

4、性能要求性能要求 (4) 生產(chǎn)能力要求生產(chǎn)能力要求 (5) 制造工藝要求制造工藝要求 (6) 可靠性要求可靠性要求 (7) 使用壽命要求使用壽命要求 (8) 人機工程要求人機工程要求(9) 安全性要求安全性要求8第三節(jié) 機械設備的功能及指標分解 設計的第一步就是充分理解設計任務（書）所規(guī)定的設計設計的第一步就是充分理解設計任務（書）所規(guī)定的設計要求，并將其具體化，即對設備的功能（包括約束）進行描述。要求，并將其具體化，即對設備的功能（包括約束）進行描述。設備的功能描述設備的功能描述 功能是對某一產(chǎn)品的特定工作能力的形象化功能是對某一產(chǎn)品的特定工作能力的形象化描述。描述。功能的描述要準確、簡潔，

5、合理地抽象，抓住其本質(zhì)，避免帶有傾向性的提法。9 功能求解功能求解對對功能求解功能求解，是原理方案設計中的重要的搜索階段。，是原理方案設計中的重要的搜索階段。設計人員的設計人員的思維要發(fā)散思維要發(fā)散。u 應用科學原理進行技術原理構思從而進行功能求解u 按技術原理組織功能結構，在一定條件下作用于加工對象，成為技術分設備，實現(xiàn)分功能。u不局限于機械學范圍，力學、電子學、電磁學、熱學、光學、仿生學.u同一種功能可以用不同的技術原理來實現(xiàn)u對一個功能元應盡可能多地提出幾種技術原理，為后續(xù)方案的構思和評價提供較多的選擇10第四節(jié) 機械設備的方案設計什么是方案設計？什么是方案設計？對子功能方案進行方案綜合

6、的過程11第五節(jié) 機械設備方案的評價設備評價時應考慮的因素很多，既有設備評價時應考慮的因素很多，既有客觀因素客觀因素，又有又有主觀因素主觀因素。功能、性能指標、可靠性、成本、壽命及人類工程學等評價人員的經(jīng)驗及其評價角度122.2.加權系數(shù)加權系數(shù) 加權系數(shù)是反映目標重要程度的量化系數(shù)加權系數(shù)是反映目標重要程度的量化系數(shù)，加權系數(shù)大，加權系數(shù)大意味著重要程度高。意味著重要程度高。 加權系數(shù)值一般經(jīng)驗確定或采用加權系數(shù)值一般經(jīng)驗確定或采用強制判定法強制判定法（Forced Decision，簡稱，簡稱FD）計算。）計算。式中：式中：ki各評價目標的總分，各評價目標的總分，n評價目標數(shù)評價目標數(shù)ni

7、iiikkg1=評價目標與比較目標列于縱橫坐標，根據(jù)目標的重要程度兩兩加以比較5.1 評價目標評價目標13在進行設備評價時，遵循的原則在進行設備評價時，遵循的原則1.客觀性原則客觀性原則2.可比性原則可比性原則3.合理性原則合理性原則4.整體性原則整體性原則u 設備評價方法設備評價方法現(xiàn)在采用的較多的還是現(xiàn)在采用的較多的還是專家評專家評審集體討論審集體討論的方法，具體有的方法，具體有 名次計分法名次計分法、評分法評分法、技技術經(jīng)濟評價法術經(jīng)濟評價法、模糊評價法模糊評價法等。等。u 評價的目標評價的目標將設備的總收益與總投資費用之將設備的總收益與總投資費用之比作為主要評價值。比作為主要評價值。1

8、4 用設備分析的方法對目標設備進行分解并圖示，將總目標具體化為便于定性或定量評價的目標元，從而形成目標樹。3. 評價目標樹評價目標樹洗衣機洗衣機洗凈度洗凈度0.25壽命壽命0.17維修性維修性0.17性能性能0.59價格價格0.31經(jīng)濟性經(jīng)濟性0.31耗水量耗水量0.02外觀外觀0.08社會性社會性0.1洗衣機的洗衣機的評價目標評價目標樹樹5.1 評價目標評價目標15 當時從意大利進口一臺原型機。當時從意大利進口一臺原型機。無其他技術資料。仿制工作中分析無其他技術資料。仿制工作中分析其原理，進行了傳動及靜力計算其原理，進行了傳動及靜力計算后又設計了扭矩測量設備后又設計了扭矩測量設備 輪胎拆裝機

9、是輪胎拆裝機是 汽車維修行業(yè)常用設備，在中國汽車普及汽車維修行業(yè)常用設備，在中國汽車普及前，幾乎沒有此類設備。當時手工操作，費時費力。隨汽車前，幾乎沒有此類設備。當時手工操作，費時費力。隨汽車維修業(yè)快速發(fā)展，對此設備需求很大。維修業(yè)快速發(fā)展，對此設備需求很大。第六節(jié)第六節(jié) 機械設備設計實例機械設備設計實例以輪胎拆裝機設計為例介紹設計過程以輪胎拆裝機設計為例介紹設計過程返回返回16輪胎拆裝機輪胎拆裝機 輪胎拆裝機輪胎拆裝機 拆裝機設計，制造頗具代表性，包含機械加工零件，鉚拆裝機設計，制造頗具代表性，包含機械加工零件，鉚焊件，鈑金，五金件，塑料件，鑄造件，表面處理等。雖焊件，鈑金，五金件，塑料件，

10、鑄造件，表面處理等。雖然設備不大，可涉及范圍極廣然設備不大，可涉及范圍極廣 此設備有電力傳動系統(tǒng)，氣動夾緊，各種連桿，設計此設備有電力傳動系統(tǒng)，氣動夾緊，各種連桿，設計非常巧妙。反應了意大利設計風格。非常巧妙。反應了意大利設計風格。18 輪胎拆裝機輪胎拆裝機 拆裝機第一步將汽車輪胎壓緊放氣拆裝機第一步將汽車輪胎壓緊放氣第二步第二步 雖然設備不大，可涉及范圍極廣雖然設備不大，可涉及范圍極廣 功能介紹功能介紹19設計舉例（電動自行車檢測平臺）設計舉例（電動自行車檢測平臺）模擬電動自行車路面行駛模擬電動自行車路面行駛測量并顯示、記錄有關指標測量并顯示、記錄有關指標自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng)待檢的電動自

11、行車待檢的電動自行車檢測后的電動自行車檢測后的電動自行車電能電能控制信號控制信號信號能信號能熱能、振動、噪聲熱能、振動、噪聲各種檢測信息各種檢測信息總功能抽象化描述：總功能抽象化描述：黑箱法描述：黑箱法描述：行駛阻力模擬行駛阻力模擬轉(zhuǎn)動慣量模擬轉(zhuǎn)動慣量模擬模擬功能模擬功能路面行駛環(huán)境路面行駛環(huán)境動力性能測試動力性能測試噪聲測量噪聲測量電參數(shù)測量電參數(shù)測量測試功能測試功能檢測項目檢測項目電流測量電流測量電壓測量電壓測量轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)速測量距離測量距離測量 處理功能處理功能控制及信號控制及信號附加阻尼控制附加阻尼控制檢測過程控制檢測過程控制數(shù)據(jù)存儲、打印數(shù)據(jù)存儲、打印聯(lián)接功能聯(lián)接功能支撐功能支撐功能定

12、位功能定位功能輔助功能聯(lián)輔助功能聯(lián)接與支撐等接與支撐等縱向定位縱向定位橫向定位橫向定位防止傾翻防止傾翻 功能功能運動轉(zhuǎn)化運動轉(zhuǎn)化總總功功能能功能分解功能分解 機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計當 日 檢 測當 日 檢 測簡要報告簡要報告 檢測時輸入檢測時輸入 該車詳細信息該車詳細信息電動車各項電動車各項 待測指標待測指標動態(tài)顯示動態(tài)顯示檢測過程檢測過程控制系統(tǒng)軟件設計控制系統(tǒng)軟件設計檢測參數(shù)檢測參數(shù)動態(tài)曲線動態(tài)曲線電機特性電機特性曲線繪制曲線繪制20123456789 10車輛編號最高車速（KM/h）檢測平臺結果路面檢測結果19設計總結與樣機實驗設計總結與樣機實驗26設備的原理方案總體分析設備的

13、原理方案總體分析 在功能分析的基礎上，首先應對設備的原理方案進在功能分析的基礎上，首先應對設備的原理方案進行行總體分析總體分析。在分析或設計一個現(xiàn)代化機械設備時，在分析或設計一個現(xiàn)代化機械設備時，首先應該從主功能分析著手。首先應該從主功能分析著手。立體光固化成型 27粒狀巧克力包裝機總體布局粒狀巧克力包裝機總體布局 根據(jù)巧克力糖包裝機工藝，確定自動機由下列執(zhí)行機構組成： 送糖機構、供紙機構、接糖和頂糖機構、抄紙機構、拔糖機構、鉗糖機械手的開合機構以及轉(zhuǎn)盤步進傳動機構等。布局形式布局形式 由于巧克力糖是流水線生產(chǎn)，每分鐘越120粒，因此，不宜采用料倉式上料方式，而應將包裝機的進料系統(tǒng)直接與生產(chǎn)線

14、前端設備巧克力糖的澆注成形機的 出口相銜接，因此，采用回轉(zhuǎn)式工藝路線的多工位自動機型，立式布局（與巧克力糖的澆注 成形機相適應）2) 執(zhí)行機構簡介執(zhí)行機構簡介3) 總體布局總體布局28采用激光束聚焦的能量氣化切痕以得到一定精度輪廓的料型，并用壓輥加熱逐層粘合各層料。 分層實體制造分層實體制造29總體方案求解總體方案求解1. 求解原則求解原則1) 各功能元原理方案之間在物理上的各功能元原理方案之間在物理上的相容性鑒別相容性鑒別能量流、物料流及信息流不受干擾地連續(xù)流過功能元的原理方案在幾何學和運動學上是否有矛盾2) 從技術、經(jīng)濟效益較好的角度從技術、經(jīng)濟效益較好的角度1）要考慮設計要求及附加要求2

15、）選擇時，不僅針對某項具體功能元，還要兼顧到全局及其它相關功能元。3）對于關鍵性的功能元，應多考慮采用創(chuàng)造性方法解決，必要時應做有關的實驗。剔除挑選302. 功能集成功能集成 功能集成，即如何將求解所得的功能載體進行功能集成，即如何將求解所得的功能載體進行集成集成，其，其中最主要的工作就是中最主要的工作就是接口設計接口設計。 除了在控制信息上互相協(xié)調(diào)外，每個單元的輸出都不影除了在控制信息上互相協(xié)調(diào)外，每個單元的輸出都不影響其他單元的輸出，我們稱這種狀態(tài)為響其他單元的輸出，我們稱這種狀態(tài)為正交正交?？傮w方案求解總體方案求解31 結構方案與總體布局設計結構方案與總體布局設計1. 結構方案設計結構方

16、案設計 機械設備的原理方案僅表示功能載體的組合，但同樣的機械設備的原理方案僅表示功能載體的組合，但同樣的 功能載體可以有不同的組合，所得到的產(chǎn)品不僅可能有不功能載體可以有不同的組合，所得到的產(chǎn)品不僅可能有不 同的形狀和尺寸，甚至可能影響到整體性能。同的形狀和尺寸，甚至可能影響到整體性能。 結構方案設計的主要工作就是確定功能載體的組合方式結構方案設計的主要工作就是確定功能載體的組合方式。 因此說，結構方案設計的目的不僅是將原理方案結構化，而因此說，結構方案設計的目的不僅是將原理方案結構化，而 且要實現(xiàn)結構的且要實現(xiàn)結構的優(yōu)化優(yōu)化與與創(chuàng)新創(chuàng)新。32 結構布局設計雖沒有固定的模式遵循，但可在設計時參

17、結構布局設計雖沒有固定的模式遵循，但可在設計時參考以下基本原則：考以下基本原則：1) 運動學原則運動學原則2) 基面合一原則基面合一原則3) 最短傳動鏈原則最短傳動鏈原則4) 保證安全性原則保證安全性原則5) 簡單化原則簡單化原則結構方案與總體布局設計結構方案與總體布局設計332.2.總體布局設計的基本要求總體布局設計的基本要求 總體布局設計的總體布局設計的主要任務主要任務是，是，確定設備各主要部件之間確定設備各主要部件之間 相對應的位置關系以及它們之間所需要的相對運動關系。相對應的位置關系以及它們之間所需要的相對運動關系。 總體布局設計一般從粗到細，有時要經(jīng)過多次反復才能確總體布局設計一般從

18、粗到細，有時要經(jīng)過多次反復才能確 定。總體布局圖可由正視圖和側(cè)視圖組成或用三維圖形表達，定?？傮w布局圖可由正視圖和側(cè)視圖組成或用三維圖形表達， 當然，有時只需一個視圖就可表達清楚?？傮w布局圖應能反當然，有時只需一個視圖就可表達清楚?？傮w布局圖應能反 映：映：1) 設備的大致工藝路線設備的大致工藝路線2) 機型特征、外形尺寸機型特征、外形尺寸3) 主要組成部件及其相對位置、尺寸主要組成部件及其相對位置、尺寸結構方案與總體布局設計結構方案與總體布局設計34 可以按形狀、大小、數(shù)量、位置、順序五個基本方面進行綜合，可以得出一般布局的類型：1) 按主要工作機構的空間幾何位置，可分為平面式、空間 式等；

19、2) 按主要工作機構的相對位置，可分為前置式、中置式、 后置式等；3) 按主要工作機構的運動軌跡，可分為回轉(zhuǎn)式。直線式、 振動式等；4) 按機架或機殼的形式，可分為整體式、組合式等。3. 設備總體布局的基本形式設備總體布局的基本形式結構方案與總體布局設計結構方案與總體布局設計354. 總體布局示例總體布局示例1) 汽車輪胎拆裝機的總體布局汽車輪胎拆裝機的總體布局2) 粒狀巧克力糖包裝機整體布局粒狀巧克力糖包裝機整體布局3) 電動自行車測試機的整體布置電動自行車測試機的整體布置2.6.1 結構方案與總體布局設計結構方案與總體布局設計36機械設備的主要技術參數(shù)與技術指標機械設備的主要技術參數(shù)與技術

20、指標 機械設備的主要技術參數(shù)是能夠基本反映出該設備機械設備的主要技術參數(shù)是能夠基本反映出該設備的概貌與特征的一些項目。的概貌與特征的一些項目。 機械設備的技術指標，主要是指設備或產(chǎn)品的精度、機械設備的技術指標，主要是指設備或產(chǎn)品的精度、功能等。功能等。37機械設備的主要技術參數(shù)與技術指標機械設備的主要技術參數(shù)與技術指標1. 尺寸與規(guī)格參數(shù)尺寸與規(guī)格參數(shù)2. 重量參數(shù)重量參數(shù)3. 運動參數(shù)運動參數(shù)4. 動力參數(shù)動力參數(shù)5. 技術經(jīng)濟指標技術經(jīng)濟指標影響力學性能的結構尺寸，規(guī)格尺寸整機重量，各部件重量，重心位置等執(zhí)行機構的轉(zhuǎn)動或移動速度及調(diào)試范圍機械設備中使用的動力源參數(shù)生產(chǎn)率、加工質(zhì)量、成本等3

21、8繪制總體設計圖繪制總體設計圖單個產(chǎn)品的總裝配圖單個產(chǎn)品的總裝配圖成套設備的總體布置詳圖成套設備的總體布置詳圖總體設計圖總體設計圖按比例繪制表示重要零部件的細部結構機構運動部件的極限位置操縱件的位置標注有關尺寸根據(jù)需要繪制分設備圖傳動設備圖液壓設備圖潤滑設備圖原理圖電氣原理圖邏輯原理圖功能原理圖電路接線圖繪繪制制要要求求39回顧：回顧：1、機械設備總體設計內(nèi)容：、機械設備總體設計內(nèi)容：1) 設備的原理方案構思設備的原理方案構思2) 結構方案設計結構方案設計3) 總體布局與環(huán)境設計總體布局與環(huán)境設計4) 主要參數(shù)及技術指標的確定主要參數(shù)及技術指標的確定5) 總體方案的評價與決策總體方案的評價與決

22、策40回顧：回顧：2、機械設備總體設計步驟：、機械設備總體設計步驟：設計任務書設計任務書對設計對象的簡略描述，包對設計對象的簡略描述，包括一些要求達到的指標等括一些要求達到的指標等詳細而明確，合理而先進詳細而明確，合理而先進產(chǎn)品功能、適應性、性能要求、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品功能、適應性、性能要求、生產(chǎn)能力、制造工藝、可靠性、使用壽命、安全性等制造工藝、可靠性、使用壽命、安全性等設備原理方案設備原理方案分析及確定分析及確定功能描述功能描述設備原理方案選擇主功能主功能(物料流物料流)、動力功能動力功能(能量流能量流)、控制功能控制功能(信息流信息流)、結構功能結構功能41回顧：回顧：評價目標樹評價目標樹模糊評價法模糊評價法功能分解功能分解形態(tài)學矩陣形態(tài)學矩陣評價指標及加權系數(shù)評價指標及加權系數(shù)功能求解方案評價功能樹描述總體方案設計總體方案設計結構方案及總體布局、主要技術結構方案及總體布局、主要技術參數(shù)及技術指標繪制總體設計圖參數(shù)及技術指標繪制總體設計圖421. 明確設計任務，編寫設計任務書明確