第2章_機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計與總體設(shè)計

1、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計制造銷售制造銷售內(nèi)部設(shè)計內(nèi)部設(shè)計外部設(shè)計外部設(shè)計計劃計劃研究計劃書、設(shè)計任務(wù)書研究計劃書、設(shè)計任務(wù)書調(diào)查研究調(diào)查研究可行性研究可行性研究系統(tǒng)計劃系統(tǒng)計劃可行性報告可行性報告系統(tǒng)開發(fā)計劃書系統(tǒng)開發(fā)計劃書工作圖設(shè)計工作圖設(shè)計技術(shù)設(shè)計技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)分解系統(tǒng)分解初步設(shè)計、方案設(shè)計初步設(shè)計、方案設(shè)計鑒定和評審鑒定和評審定型設(shè)計定型設(shè)計小批試制小批試制改進(jìn)設(shè)計改進(jìn)設(shè)計樣機(jī)鑒定和評審樣機(jī)鑒定和評審樣機(jī)試制樣機(jī)試制銷售銷售第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計看課本看課本P16P16表表1-11-1階階段段步驟步驟方法方法主主 要要 指指 導(dǎo)導(dǎo) 理理 論論產(chǎn)產(chǎn)

2、品品規(guī)規(guī)劃劃設(shè)計方法設(shè)計方法預(yù)測技術(shù)預(yù)測技術(shù)設(shè)計方法學(xué)設(shè)計方法學(xué)技術(shù)預(yù)測理論技術(shù)預(yù)測理論市場學(xué)市場學(xué)信息學(xué)信息學(xué)信息集約信息集約可行性報告、設(shè)計要求項目表可行性報告、設(shè)計要求項目表產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)預(yù)測調(diào)研預(yù)測調(diào)研可行性分析可行性分析明確任務(wù)要求明確任務(wù)要求階階段段步驟步驟方方法法主主 要要 指指 導(dǎo)導(dǎo) 理理 論論原原理理方方案案設(shè)設(shè)計計系統(tǒng)化設(shè)計法系統(tǒng)化設(shè)計法創(chuàng)造技法創(chuàng)造技法評價決策方法評價決策方法系統(tǒng)工程學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)形態(tài)學(xué)形態(tài)學(xué)創(chuàng)造學(xué)創(chuàng)造學(xué)思維心理學(xué)思維心理學(xué)決策論決策論模糊數(shù)學(xué)模糊數(shù)學(xué)總功能分析總功能分析原理參數(shù)表、方案原理圖原理參數(shù)表、方案原理圖功能分解功能分解功能載體組合功能載

3、體組合功能原理方案功能原理方案( (多個多個) )功能元求解功能元求解原理試驗原理試驗評價決策評價決策最優(yōu)原理方案最優(yōu)原理方案階階段段步驟步驟方法方法主要指導(dǎo)理論主要指導(dǎo)理論技技術(shù)術(shù)設(shè)設(shè)計計價值設(shè)計價值設(shè)計優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計宜人性設(shè)計宜人性設(shè)計產(chǎn)品造型設(shè)產(chǎn)品造型設(shè)計計系列化設(shè)計系列化設(shè)計機(jī)械性能設(shè)機(jī)械性能設(shè)計計工藝性設(shè)計工藝性設(shè)計自動化設(shè)計自動化設(shè)計價值工程學(xué)價值工程學(xué)最優(yōu)化方法、工程最優(yōu)化方法、工程遺傳算法遺傳算法可靠性理論與實驗可靠性理論與實驗人機(jī)工程學(xué)人機(jī)工程學(xué)工業(yè)美學(xué)工業(yè)美學(xué)模塊化設(shè)計、模塊化設(shè)計、相似理論相似理論有限元法、動態(tài)設(shè)有限元法、動態(tài)設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、計、摩

4、擦學(xué)設(shè)計、高等機(jī)構(gòu)學(xué)高等機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械設(shè)計的工藝基機(jī)械設(shè)計的工藝基礎(chǔ)礎(chǔ)控制理論、智能工控制理論、智能工程、人工神經(jīng)元計程、人工神經(jīng)元計算方法、專家系統(tǒng)算方法、專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)方案( (多個多個) )結(jié)構(gòu)價值分析結(jié)構(gòu)價值分析試驗?zāi)Ｐ驮囼災(zāi)Ｐ驮囼炘囼灴傮w設(shè)計總體設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計造型設(shè)計造型設(shè)計造型價值分析造型價值分析外觀方案外觀方案( (多個多個) )評價決策評價決策評價決策評價決策最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)造型方案最優(yōu)造型方案最優(yōu)技術(shù)設(shè)計方案最優(yōu)技術(shù)設(shè)計方案總體布置圖、裝配總體布置圖、裝配草圖、技術(shù)文件草圖、技術(shù)文件總體效果圖、總體效果圖、外觀效果模型外觀效果模型階階段段步驟步驟方法方法主

5、要指導(dǎo)主要指導(dǎo)理論理論施施工工設(shè)設(shè)計計各種制造、裝各種制造、裝配、造型、裝配、造型、裝飾、檢驗等方飾、檢驗等方法法各種工藝學(xué)各種工藝學(xué)批批量量生生產(chǎn)產(chǎn)銷銷售售零件工作圖零件工作圖外觀件加工工藝、外觀件加工工藝、面飾工藝規(guī)程面飾工藝規(guī)程部件裝配圖部件裝配圖效果圖、檢驗標(biāo)準(zhǔn)效果圖、檢驗標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件技術(shù)文件造型工藝文件造型工藝文件試制試制修改修改批量生產(chǎn)批量生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)技術(shù)服務(wù)用戶訪問用戶訪問計算機(jī)輔計算機(jī)輔助制造助制造反饋控制法反饋控制法機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計制造銷售制造銷售內(nèi)部設(shè)計內(nèi)部設(shè)計外部設(shè)計外部設(shè)計計劃計劃工作圖設(shè)計工作圖設(shè)計技術(shù)設(shè)計技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)分解系統(tǒng)分解初步設(shè)計、初步

6、設(shè)計、方案設(shè)計方案設(shè)計鑒定和評審鑒定和評審 方案設(shè)計是一個方案設(shè)計是一個創(chuàng)造性思維的過程創(chuàng)造性思維的過程，在進(jìn)行方案設(shè)計時，重要的是要創(chuàng)，在進(jìn)行方案設(shè)計時，重要的是要創(chuàng)新，在制定方案時采用新，在制定方案時采用新原理、新技術(shù)、新機(jī)構(gòu)、新工藝新原理、新技術(shù)、新機(jī)構(gòu)、新工藝，這樣才能設(shè)計出，這樣才能設(shè)計出有突破性的新產(chǎn)品。有突破性的新產(chǎn)品。 方案設(shè)計是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第三階段，也是內(nèi)部設(shè)計階段要做的第一項工方案設(shè)計是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第三階段，也是內(nèi)部設(shè)計階段要做的第一項工作。它是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的作。它是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的核心環(huán)節(jié)核心環(huán)節(jié)，方案設(shè)計方案設(shè)計是保證設(shè)計水平和質(zhì)量的重要是保證設(shè)計水平和質(zhì)量的重要工作，在

7、很大程度上決定了機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的成敗。工作，在很大程度上決定了機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的成敗。方案設(shè)計的方案設(shè)計的內(nèi)容內(nèi)容包括：包括： ( (1) )研究給定的設(shè)計任務(wù)，對機(jī)械產(chǎn)品的功能進(jìn)行分析和分解；研究給定的設(shè)計任務(wù)，對機(jī)械產(chǎn)品的功能進(jìn)行分析和分解； ( (2) )提出實現(xiàn)功能的工藝原理；提出實現(xiàn)功能的工藝原理；( (3) )確定技術(shù)過程，引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)；確定技術(shù)過程，引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)；( (4) )分析結(jié)構(gòu)布局，擬定設(shè)計方案；分析結(jié)構(gòu)布局，擬定設(shè)計方案； ( (5) )綜合評價設(shè)計方案，找出最佳方案。綜合評價設(shè)計方案，找出最佳方案。 一、研究給定的設(shè)計任務(wù)一、研究給定的設(shè)計任務(wù) 方案設(shè)計之前，已經(jīng)接到了方案

8、設(shè)計之前，已經(jīng)接到了設(shè)計任務(wù)書設(shè)計任務(wù)書，明確了設(shè)計任務(wù)、目的和要求，明確了設(shè)計任務(wù)、目的和要求，搞清了外部系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)之間的相互作用和影響，提出了可行性報告，制搞清了外部系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)之間的相互作用和影響，提出了可行性報告，制定了系統(tǒng)開發(fā)的計劃。定了系統(tǒng)開發(fā)的計劃。 在系統(tǒng)開發(fā)計劃書中說明了對設(shè)計的各項要求，但這些要求尚未實現(xiàn)，在系統(tǒng)開發(fā)計劃書中說明了對設(shè)計的各項要求，但這些要求尚未實現(xiàn)，其中有其中有不確定的，過高或過低的，甚至有些是相互矛盾的不確定的，過高或過低的，甚至有些是相互矛盾的。 設(shè)計人員要仔細(xì)研究設(shè)計任務(wù)，對各項要求逐個分析，明確核心要求和設(shè)計人員要仔細(xì)研究設(shè)計任務(wù)，對各項要求

9、逐個分析，明確核心要求和約束條件，提出修改、補充和完善的建議，對約束條件，提出修改、補充和完善的建議，對相互矛盾的要求提出兩方面都相互矛盾的要求提出兩方面都可兼顧的折衷的解決辦法可兼顧的折衷的解決辦法。T2T1，n2n1能量不滅定理能量不滅定理系統(tǒng)系統(tǒng)T1n1T2n2二、設(shè)計任務(wù)的抽象化（是一種二、設(shè)計任務(wù)的抽象化（是一種“思維方式和工作方法思維方式和工作方法”） 思維可以有思維可以有思維定勢思維定勢和和創(chuàng)造性思維創(chuàng)造性思維。其中思維定勢是扼殺創(chuàng)造發(fā)明的殺。其中思維定勢是扼殺創(chuàng)造發(fā)明的殺手，是手，是“懶漢懶漢”的思維方法，有意識地破除它，會有許多發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。的思維方法，有意識地破除它，會有許多

10、發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。1 0 0 04 01 01 0 0 02 01 0 0 01 0 0 03 0+?1 4 4 9 91+? 創(chuàng)造性思維則是創(chuàng)作發(fā)明的基礎(chǔ)創(chuàng)造性思維則是創(chuàng)作發(fā)明的基礎(chǔ)。發(fā)明有。發(fā)明有原創(chuàng)性發(fā)明原創(chuàng)性發(fā)明和和組合式發(fā)明組合式發(fā)明，原，原創(chuàng)性發(fā)明是指在原理上具有新突破的發(fā)明，對于世界和人類來講具有一定的創(chuàng)性發(fā)明是指在原理上具有新突破的發(fā)明，對于世界和人類來講具有一定的難度，是比較少見的。而我們所聽到的發(fā)明多數(shù)都屬于組合式發(fā)明，也就是難度，是比較少見的。而我們所聽到的發(fā)明多數(shù)都屬于組合式發(fā)明，也就是在成熟理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，從而得到一種新的技術(shù)和理論。在成熟理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)

11、一步的改進(jìn)和完善，從而得到一種新的技術(shù)和理論。 總之，思維定勢是懶漢的思維方式，有意識的破除他，我們會有更總之，思維定勢是懶漢的思維方式，有意識的破除他，我們會有更多的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。多的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。 面對一個設(shè)計任務(wù)，有經(jīng)驗的設(shè)計人員馬上可提出一些設(shè)計方案，這雖面對一個設(shè)計任務(wù)，有經(jīng)驗的設(shè)計人員馬上可提出一些設(shè)計方案，這雖然可加快設(shè)計速度，但由于受到個人經(jīng)驗和所掌握資料的限制，在思維定勢然可加快設(shè)計速度，但由于受到個人經(jīng)驗和所掌握資料的限制，在思維定勢作用下，使設(shè)計方案缺乏創(chuàng)造性和創(chuàng)新性。作用下，使設(shè)計方案缺乏創(chuàng)造性和創(chuàng)新性。 任何機(jī)械系統(tǒng)都可以看成是任何機(jī)械系統(tǒng)都可以看成是實現(xiàn)某種能量流、物料

12、流和信息實現(xiàn)某種能量流、物料流和信息流傳遞和轉(zhuǎn)化的裝置流傳遞和轉(zhuǎn)化的裝置?；瘜W(xué)能化學(xué)能熱能熱能機(jī)械能機(jī)械能內(nèi)燃機(jī)能量流內(nèi)燃機(jī)能量流包裝機(jī)械包裝機(jī)械包裝容器包裝容器包裝物件包裝物件包裝后成品包裝后成品包裝機(jī)械物料流包裝機(jī)械物料流照相機(jī)照相機(jī)光強信號光強信號圖像信號圖像信號光圈電機(jī)信號光圈電機(jī)信號調(diào)整電機(jī)控制信號調(diào)整電機(jī)控制信號傻瓜照相機(jī)信息流傻瓜照相機(jī)信息流例如：例如： 在一些較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)中，能量流、物料流和信息流都在一些較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)中，能量流、物料流和信息流都存在，如自走式合物聯(lián)合收獲機(jī)。存在，如自走式合物聯(lián)合收獲機(jī)。 從這個意義上講，機(jī)械系統(tǒng)可抽象為：從這個意義上講，機(jī)械系統(tǒng)可抽象為

13、：實現(xiàn)輸入的能量、物實現(xiàn)輸入的能量、物料、信息和輸出的能量、物料、信息轉(zhuǎn)化的函數(shù)關(guān)系的機(jī)械裝置料、信息和輸出的能量、物料、信息轉(zhuǎn)化的函數(shù)關(guān)系的機(jī)械裝置?？杀硎救缦拢嚎杀硎救缦拢?機(jī)機(jī) 械械 裝裝 置置（待定的技術(shù)系統(tǒng)）（待定的技術(shù)系統(tǒng)） （黑箱）（黑箱）物料物料能量能量信息信息物料物料能量能量信息信息來自外界的影響來自外界的影響輸輸 入入對外界的影響對外界的影響輸輸 出出 在方案設(shè)計的初期，在方案設(shè)計的初期，把要設(shè)計的機(jī)械系統(tǒng)看成只知道輸入量、輸出量以把要設(shè)計的機(jī)械系統(tǒng)看成只知道輸入量、輸出量以及與外界的相互影響的及與外界的相互影響的“黑箱黑箱”，“黑箱黑箱”內(nèi)部是全然不知待定的技術(shù)系統(tǒng)，內(nèi)部

14、是全然不知待定的技術(shù)系統(tǒng)，這就是設(shè)計任務(wù)抽象化的方法。這就是設(shè)計任務(wù)抽象化的方法。 用用“黑箱黑箱”抽象地表示技術(shù)過程，不需要事先涉及具體的解決方法，就抽象地表示技術(shù)過程，不需要事先涉及具體的解決方法，就可以知道機(jī)械系統(tǒng)的基本功能和約束條件：可以知道機(jī)械系統(tǒng)的基本功能和約束條件：基本功能為物料、能量、信息的基本功能為物料、能量、信息的傳遞和轉(zhuǎn)化傳遞和轉(zhuǎn)化，約束條件表現(xiàn)為內(nèi)、外部系統(tǒng)的相互作用和相互影響約束條件表現(xiàn)為內(nèi)、外部系統(tǒng)的相互作用和相互影響。這樣可。這樣可以突出設(shè)計中的主要矛盾，明確設(shè)計追求的主要目標(biāo)，明確影響產(chǎn)品性能的以突出設(shè)計中的主要矛盾，明確設(shè)計追求的主要目標(biāo)，明確影響產(chǎn)品性能的主

15、要因素；避免設(shè)計者受一些框文的約束。主要因素；避免設(shè)計者受一些框文的約束。 確定確定“黑箱黑箱”作業(yè)對象（物料、能量、信息）轉(zhuǎn)化的作業(yè)對象（物料、能量、信息）轉(zhuǎn)化的工藝原工藝原理理，是打開，是打開“黑箱黑箱”的先決條件。的先決條件。 三、確定工藝原理（三、確定工藝原理（“黑箱黑箱”變成變成“玻璃箱玻璃箱”） 所謂工藝原理是所謂工藝原理是指自然科學(xué)中各種定理、定律、原理及效指自然科學(xué)中各種定理、定律、原理及效應(yīng)的具體應(yīng)用應(yīng)的具體應(yīng)用。 表示機(jī)械系統(tǒng)的表示機(jī)械系統(tǒng)的“黑箱黑箱”建立以后，打開建立以后，打開“黑箱黑箱”， 實現(xiàn)實現(xiàn)“黑箱黑箱”的透明化就成為了主要工作。的透明化就成為了主要工作。對于作

16、業(yè)對象的一種轉(zhuǎn)化，可以采用不同的工藝原理。對于作業(yè)對象的一種轉(zhuǎn)化，可以采用不同的工藝原理。 以齒輪齒廓曲線的切制為例，將以齒輪齒廓曲線的切制為例，將齒輪坯齒輪坯變?yōu)樽優(yōu)辇X輪齒輪，可以有不，可以有不同的轉(zhuǎn)化：同的轉(zhuǎn)化： 可采用可采用仿形法仿形法，在銑床上用銑刀銑削，用分度頭分度；，在銑床上用銑刀銑削，用分度頭分度； 也可用也可用范成法范成法，在滾齒機(jī)、插齒機(jī)或刨齒機(jī)上用專用刀具滾削、，在滾齒機(jī)、插齒機(jī)或刨齒機(jī)上用專用刀具滾削、插削或刨削加工。插削或刨削加工。齒輪加工齒輪加工范成原理范成原理仿形原理仿形原理剃齒剃齒插齒插齒滾齒滾齒 采用不同的工藝原理，就會設(shè)計出不同的機(jī)械系統(tǒng)，它們的采用不同的工藝

17、原理，就會設(shè)計出不同的機(jī)械系統(tǒng)，它們的性能和經(jīng)濟(jì)效益各不相同。性能和經(jīng)濟(jì)效益各不相同。 切斷作切斷作物桔桿物桔桿沖擊沖擊搓擦搓擦 使谷粒和谷穗分離使谷粒和谷穗分離滾壓滾壓篩分、振動、重篩分、振動、重力、氣流使谷粒、力、氣流使谷粒、莖桿、穎殼雜物莖桿、穎殼雜物分離分離 在聯(lián)合收割機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)中，采用了多種工藝原理，工作過在聯(lián)合收割機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)中，采用了多種工藝原理，工作過程中完成了多次轉(zhuǎn)化，設(shè)計的關(guān)鍵則是程中完成了多次轉(zhuǎn)化，設(shè)計的關(guān)鍵則是不同工藝原理的組合與連不同工藝原理的組合與連接接，以及它們之間的，以及它們之間的適應(yīng)性與相容性適應(yīng)性與相容性。 作業(yè)對象的簡單轉(zhuǎn)化，可以只采用一個工藝原理就完成

18、；作業(yè)對象的簡單轉(zhuǎn)化，可以只采用一個工藝原理就完成；但作業(yè)對象的復(fù)雜轉(zhuǎn)化，往往要采用多種工藝原理經(jīng)多次轉(zhuǎn)化但作業(yè)對象的復(fù)雜轉(zhuǎn)化，往往要采用多種工藝原理經(jīng)多次轉(zhuǎn)化才能完成才能完成。以谷物聯(lián)合收割機(jī)為例，它的工藝原理可用下圖所。以谷物聯(lián)合收割機(jī)為例，它的工藝原理可用下圖所示：示：四、確定技術(shù)過程四、確定技術(shù)過程 技術(shù)過程是按選定的工藝原理，確定作業(yè)對象轉(zhuǎn)化的流程，規(guī)定每一個技術(shù)過程是按選定的工藝原理，確定作業(yè)對象轉(zhuǎn)化的流程，規(guī)定每一個轉(zhuǎn)化程序的相應(yīng)功能要求。轉(zhuǎn)化程序的相應(yīng)功能要求。技術(shù)過程的一般模式如下圖。技術(shù)過程的一般模式如下圖。 下圖是根據(jù)工藝原理圖畫出的自走式聯(lián)合收獲機(jī)的技術(shù)過程主流程圖。下

19、圖是根據(jù)工藝原理圖畫出的自走式聯(lián)合收獲機(jī)的技術(shù)過程主流程圖。 技術(shù)過程的技術(shù)過程的主線是作業(yè)對象（物料）的轉(zhuǎn)化主線是作業(yè)對象（物料）的轉(zhuǎn)化，用，用雙線箭頭表示雙線箭頭表示，在轉(zhuǎn)化過，在轉(zhuǎn)化過程中，不斷有程中，不斷有物料、能量和信息的支持和補充物料、能量和信息的支持和補充，要產(chǎn)生許多輔助功能，如要解，要產(chǎn)生許多輔助功能，如要解決各轉(zhuǎn)化程序間的連接和支承問題，要解決檢測、操縱、調(diào)整和控制的問題。決各轉(zhuǎn)化程序間的連接和支承問題，要解決檢測、操縱、調(diào)整和控制的問題。技術(shù)過程是若干個分過程和工序組合而成的復(fù)合過程技術(shù)過程是若干個分過程和工序組合而成的復(fù)合過程。谷物谷物 扶持谷物莖桿扶持谷物莖桿 切斷谷物

20、莖桿切斷谷物莖桿 脫脫 粒粒長莖桿長莖桿圖圖2-4 自走式谷物聯(lián)合收獲機(jī)的技術(shù)過程流程方框圖自走式谷物聯(lián)合收獲機(jī)的技術(shù)過程流程方框圖清選清選篩分篩分氣流氣流振動振動雜余（斷穗）雜余（斷穗）等等復(fù)脫復(fù)脫谷粒谷粒短 莖 桿 輕 混短 莖 桿 輕 混合物（穎殼、合物（穎殼、灰塵）等等灰塵）等等 對對設(shè)計對象的目標(biāo)和要求不同設(shè)計對象的目標(biāo)和要求不同，技術(shù)系統(tǒng)的組成、相應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)以及，技術(shù)系統(tǒng)的組成、相應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)邊界的劃分就不相同；即便是設(shè)計對象的目標(biāo)和要求相同，由于設(shè)計者系統(tǒng)邊界的劃分就不相同；即便是設(shè)計對象的目標(biāo)和要求相同，由于設(shè)計者的的著眼點不同著眼點不同，技術(shù)系統(tǒng)及系統(tǒng)邊界劃分也會有

21、較大差別。，技術(shù)系統(tǒng)及系統(tǒng)邊界劃分也會有較大差別。五、引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)并確定系統(tǒng)邊界五、引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)并確定系統(tǒng)邊界技術(shù)系統(tǒng)是實現(xiàn)技術(shù)過程各項轉(zhuǎn)化的人為系統(tǒng)。技術(shù)系統(tǒng)是實現(xiàn)技術(shù)過程各項轉(zhuǎn)化的人為系統(tǒng)。 技術(shù)過程中作業(yè)對象的轉(zhuǎn)化，有一些是完全靠機(jī)械系統(tǒng)來完成的，而有技術(shù)過程中作業(yè)對象的轉(zhuǎn)化，有一些是完全靠機(jī)械系統(tǒng)來完成的，而有一些是在人的參與下完成的。一些是在人的參與下完成的。良好的技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)是機(jī)械系統(tǒng)與人的完美結(jié)合良好的技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)是機(jī)械系統(tǒng)與人的完美結(jié)合。 以洗衣機(jī)為例，對人的參與程度要求不同，可設(shè)計出全自動、半自動和以洗衣機(jī)為例，對人的參與程度要求不同，可設(shè)計出全自動、半自動和非自動的洗衣機(jī)；就全

22、自動洗衣機(jī)而言，由于設(shè)計者的著眼點不同，可設(shè)計非自動的洗衣機(jī)；就全自動洗衣機(jī)而言，由于設(shè)計者的著眼點不同，可設(shè)計出立式和臥式洗衣機(jī)，它們各有優(yōu)缺點。出立式和臥式洗衣機(jī)，它們各有優(yōu)缺點。 引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)就是引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)就是根據(jù)技術(shù)過程的要求，確定機(jī)械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和功根據(jù)技術(shù)過程的要求，確定機(jī)械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和功能載體的組合能載體的組合。( (一一) )引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)一般分兩步進(jìn)行：引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)一般分兩步進(jìn)行：1 1確定機(jī)械系統(tǒng)的確定機(jī)械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu) 功能是機(jī)械系統(tǒng)的屬性，是機(jī)械系統(tǒng)價值的體現(xiàn)。功能是機(jī)械系統(tǒng)的屬性，是機(jī)械系統(tǒng)價值的體現(xiàn)。機(jī)械系統(tǒng)的功能表現(xiàn)為可以實現(xiàn)

23、物料、能量、信息的傳遞和轉(zhuǎn)化。機(jī)械系統(tǒng)的功能表現(xiàn)為可以實現(xiàn)物料、能量、信息的傳遞和轉(zhuǎn)化。洗洗 衣衣 機(jī)機(jī)（黑（黑 箱）箱）地基地基濕度濕度溫度溫度噪噪聲聲振振動動信息信息能量能量洗滌劑洗滌劑清水清水臟衣物臟衣物顯示信號顯示信號驅(qū)動能驅(qū)動能臟水臟水干凈衣物干凈衣物洗衣機(jī)的黑箱示意圖洗衣機(jī)的黑箱示意圖 機(jī)械系統(tǒng)的功能往往有多種形式，為便于分析和研究，應(yīng)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的功能往往有多種形式，為便于分析和研究，應(yīng)進(jìn)行功能分解功能分解。 可以用樹狀圖像模型功能圖形象地表達(dá)可以用樹狀圖像模型功能圖形象地表達(dá)功能分解功能分解的結(jié)果：的結(jié)果： 能量運動傳遞能量運動傳遞轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)速控制時間控制時間控

24、制雙向旋轉(zhuǎn)雙向旋轉(zhuǎn)單向旋轉(zhuǎn)單向旋轉(zhuǎn)波輪旋轉(zhuǎn)波輪旋轉(zhuǎn)攪動衣物和水?dāng)噭右挛锖退?lián)接與支承聯(lián)接與支承能量供應(yīng)與轉(zhuǎn)換能量供應(yīng)與轉(zhuǎn)換排水排水甩干脫水甩干脫水旋轉(zhuǎn)控制旋轉(zhuǎn)控制添加洗滌劑添加洗滌劑容納衣物和水容納衣物和水臟衣物臟衣物的洗滌的洗滌 洗衣機(jī)，它的洗衣機(jī)，它的總功能是洗滌臟衣物總功能是洗滌臟衣物。對總功能進(jìn)行分解，可得出如下一。對總功能進(jìn)行分解，可得出如下一些分功能：些分功能：容納衣物和水容納衣物和水、添加洗滌劑添加洗滌劑、攪動衣物和水?dāng)噭右挛锖退?，控制旋轉(zhuǎn)方向控制旋轉(zhuǎn)方向、時時間和速度間和速度，甩干衣物上的水甩干衣物上的水，排出臟水排出臟水，能量供應(yīng)能量供應(yīng)、轉(zhuǎn)化和傳遞轉(zhuǎn)化和傳遞、聯(lián)接與支聯(lián)接與

25、支承承等。等。 功能載體功能載體是實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)化的實體結(jié)構(gòu)。同一功能轉(zhuǎn)化，可找出不同的功是實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)化的實體結(jié)構(gòu)。同一功能轉(zhuǎn)化，可找出不同的功能載體。如傳遞回轉(zhuǎn)運動這一功能轉(zhuǎn)化，可采用摩擦輪傳動、帶傳動、齒輪能載體。如傳遞回轉(zhuǎn)運動這一功能轉(zhuǎn)化，可采用摩擦輪傳動、帶傳動、齒輪傳動、鏈傳動、蝸桿傳動等功能載體。傳動、鏈傳動、蝸桿傳動等功能載體。 功能分解是在系統(tǒng)分解的基礎(chǔ)上進(jìn)行的功能分解是在系統(tǒng)分解的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。對各子系統(tǒng)的功能可逐項分解，。對各子系統(tǒng)的功能可逐項分解，直到得到不能再分解的直到得到不能再分解的功能元功能元為止。為止。功能元功能元是指有確定功能的不可再分解的單元功能。是指有確定功能的

26、不可再分解的單元功能。進(jìn)行功能分解的要注意以下兩點：進(jìn)行功能分解的要注意以下兩點： (1) (1)總功能的分解程度以能找到相應(yīng)的總功能的分解程度以能找到相應(yīng)的技術(shù)物理效應(yīng)技術(shù)物理效應(yīng)和和功能載體功能載體來實現(xiàn)該來實現(xiàn)該功能為依據(jù)；功能為依據(jù)；(2)(2)同級功能的組合應(yīng)能滿足上級功能的要求。同級功能的組合應(yīng)能滿足上級功能的要求。 技術(shù)物理效應(yīng)技術(shù)物理效應(yīng)是將物理學(xué)原理通過一定的結(jié)構(gòu)形式，在工程技術(shù)上加是將物理學(xué)原理通過一定的結(jié)構(gòu)形式，在工程技術(shù)上加以應(yīng)用。以應(yīng)用。按樹狀功能圖還可以作出按樹狀功能圖還可以作出功能結(jié)構(gòu)圖功能結(jié)構(gòu)圖。如洗衣機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖如下：。如洗衣機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖如下： 洗衣機(jī)的功

27、能結(jié)構(gòu)圖洗衣機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖 聯(lián)接與支承聯(lián)接與支承能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換能量傳遞能量傳遞能量能量攪動臟衣攪動臟衣物和水物和水容納臟衣容納臟衣物和水物和水排水排水甩干甩干洗滌劑洗滌劑洗滌劑洗滌劑臟衣臟衣物水物水臟水臟水干凈干凈衣物衣物信息信息控制控制決策決策調(diào)整定時調(diào)整定時方向、速度、方向、速度、時間選擇時間選擇顯示顯示信號信號 從樹狀功能圖可看出功能分解的過程，從功能結(jié)構(gòu)圖可看出各項功能元從樹狀功能圖可看出功能分解的過程，從功能結(jié)構(gòu)圖可看出各項功能元以及分功能之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。以及分功能之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。 由洗衣機(jī)的樹狀功能圖和功能結(jié)構(gòu)圖可以看出洗衣機(jī)具有的主要分功能：由洗衣機(jī)的樹狀功能圖和功能結(jié)構(gòu)圖可以

28、看出洗衣機(jī)具有的主要分功能：容納衣物和水（容納衣物和水（A）、攪動衣物和水（攪動衣物和水（B）、運動傳遞（運動傳遞（C）和和控制（控制（D），通過對各個分功能尋找功能載體，便可以做出洗衣機(jī)相應(yīng)的通過對各個分功能尋找功能載體，便可以做出洗衣機(jī)相應(yīng)的形態(tài)學(xué)矩陣形態(tài)學(xué)矩陣（用（用其來表示所有可能組成的總體方案）。其來表示所有可能組成的總體方案）。電腦自控電腦自控機(jī)械定時機(jī)械定時人工控制人工控制齒輪傳動齒輪傳動帶傳動帶傳動超聲波超聲波電磁振蕩電磁振蕩機(jī)械摩擦機(jī)械摩擦陶瓷桶陶瓷桶玻璃鋼桶玻璃鋼桶塑料桶塑料桶金屬桶金屬桶D（控制）（控制）C（運動傳遞）（運動傳遞）B（洗滌原理）（洗滌原理）A（容納衣物水）

29、（容納衣物水）4321功能載體功能載體分功能分功能洗衣機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣洗衣機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣?yán)碚撋峡山M合出技術(shù)方案：理論上可組合出技術(shù)方案：N=4323=72 下圖是材料試驗機(jī)的下圖是材料試驗機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖的制作過程功能結(jié)構(gòu)圖的制作過程： 材料試驗機(jī)的總功能為：利用力和變形的關(guān)系，檢驗試件的力學(xué)性能。材料試驗機(jī)的總功能為：利用力和變形的關(guān)系，檢驗試件的力學(xué)性能。建立材料試驗機(jī)的建立材料試驗機(jī)的“黑箱黑箱”示意圖：示意圖：材料試驗機(jī)材料試驗機(jī)（黑箱）（黑箱）a a）材料試驗機(jī)的）材料試驗機(jī)的“黑箱黑箱”示意圖示意圖加載能量加載能量試件試件信號信號變形試件變形試件變形能變形能變形信號變形信號力信號力信號

30、噪聲噪聲振動振動溫度溫度風(fēng)力風(fēng)力 在材料試驗機(jī)的在材料試驗機(jī)的“黑箱黑箱”示意圖中，有示意圖中，有3個輸入元素：加載能量、試件和個輸入元素：加載能量、試件和信號；有信號；有4個輸出元素：變形能、變形試件、力信號和變形信號，內(nèi)、外系統(tǒng)個輸出元素：變形能、變形試件、力信號和變形信號，內(nèi)、外系統(tǒng)間有相互作用和影響。間有相互作用和影響。b）材料試驗機(jī)的功能分解圖）材料試驗機(jī)的功能分解圖建立材料試驗機(jī)的功能分解圖（初步簡單的功能結(jié)構(gòu)圖）：建立材料試驗機(jī)的功能分解圖（初步簡單的功能結(jié)構(gòu)圖）：通過功能分解，可以把材料試驗機(jī)的總功能分解成通過功能分解，可以把材料試驗機(jī)的總功能分解成4個主要的分功能：個主要的分

31、功能：把能量轉(zhuǎn)換為力和位移；把能量轉(zhuǎn)換為力和位移；試件加載；試件加載；測力；測力；測變形。測變形。能量轉(zhuǎn)換為能量轉(zhuǎn)換為力和位移力和位移控制信號控制信號加載能量加載能量試件加載試件加載試件試件變形能變形能變形后的試件變形后的試件測變形測變形變形信號變形信號測力測力力信號力信號b）材料試驗機(jī)的功能分解圖）材料試驗機(jī)的功能分解圖能量轉(zhuǎn)換為能量轉(zhuǎn)換為力和位移力和位移控制信號控制信號加載能量加載能量試件加載試件加載試件試件變形能變形能變形后的試件變形后的試件測變形測變形變形信號變形信號測力測力力信號力信號建立材料試驗機(jī)的完善的功能結(jié)構(gòu)圖：建立材料試驗機(jī)的完善的功能結(jié)構(gòu)圖：c c）材料試驗機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖）

32、材料試驗機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖通過增加分功能來進(jìn)一步完善材料試驗機(jī)的功能結(jié)構(gòu)：通過增加分功能來進(jìn)一步完善材料試驗機(jī)的功能結(jié)構(gòu)：調(diào)節(jié)能量的大??；調(diào)節(jié)能量的大小；裝卡裝卡試件試件試件試件加載加載變形能變形能變形后變形后試件試件試件試件調(diào)節(jié)能調(diào)節(jié)能量大小量大小加載能量加載能量控制信號控制信號能量轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換為力換為力和位移和位移各測量值的放大；各測量值的放大； 比較標(biāo)準(zhǔn)值和實際值。比較標(biāo)準(zhǔn)值和實際值。測量值放大測量值放大測力測力測變形測變形力信號力信號變形信號變形信號比較標(biāo)準(zhǔn)值和比較標(biāo)準(zhǔn)值和實際值實際值輔助輔助能量能量標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量試件加載前要裝卡；試件加載前要裝卡；b）材料試驗機(jī)的功能分解圖）材料試驗機(jī)的功能

33、分解圖能量轉(zhuǎn)換為能量轉(zhuǎn)換為力和位移力和位移控制信號控制信號加載能量加載能量試件加載試件加載試件試件變形能變形能變形后的試件變形后的試件測變形測變形變形信號變形信號測力測力力信號力信號材料試驗機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖材料試驗機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖裝卡裝卡試件試件試件試件加載加載變形能變形能變形后變形后試件試件試件試件調(diào)節(jié)能調(diào)節(jié)能量大小量大小加載能量加載能量控制信號控制信號能量轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換為力換為力和位移和位移測量值放大測量值放大測力測力測變形測變形力信號力信號變形信號變形信號比較標(biāo)準(zhǔn)值和比較標(biāo)準(zhǔn)值和實際值實際值輔助輔助能量能量標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量 經(jīng)過功能分解后，一項總功能被分解成一系列分功能或功能元，與相應(yīng)經(jīng)過功能分解后

34、，一項總功能被分解成一系列分功能或功能元，與相應(yīng)的技術(shù)物理效應(yīng)及功能載體相對應(yīng)，得到功能分解圖和功能結(jié)構(gòu)圖。的技術(shù)物理效應(yīng)及功能載體相對應(yīng)，得到功能分解圖和功能結(jié)構(gòu)圖。 對于像自走式聯(lián)合收割機(jī)等對于像自走式聯(lián)合收割機(jī)等結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品，要用一張圖表示，要用一張圖表示它的功能結(jié)構(gòu)，不僅繪制困難，而且看起來也顯得雜亂無章。這時它的功能結(jié)構(gòu)，不僅繪制困難，而且看起來也顯得雜亂無章。這時可把機(jī)械可把機(jī)械系統(tǒng)分解成幾個子系統(tǒng)系統(tǒng)分解成幾個子系統(tǒng)，如把谷物聯(lián)合收獲機(jī)分解成：收割系統(tǒng)、脫粒系統(tǒng)、，如把谷物聯(lián)合收獲機(jī)分解成：收割系統(tǒng)、脫粒系統(tǒng)、清糧系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)

35、、控制系統(tǒng)、支承系統(tǒng)等清糧系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、支承系統(tǒng)等8 8個子系個子系統(tǒng)，統(tǒng)，分別畫出各子系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖，這樣可使復(fù)雜的問題簡化分別畫出各子系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖，這樣可使復(fù)雜的問題簡化。 在繪制子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖時，可與功能相當(dāng)?shù)臋C(jī)械系統(tǒng)作比較。對谷物在繪制子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖時，可與功能相當(dāng)?shù)臋C(jī)械系統(tǒng)作比較。對谷物聯(lián)合收獲機(jī)的子系統(tǒng)，收割系統(tǒng)與收割機(jī)，脫粒系統(tǒng)與脫粒機(jī)，清糧系統(tǒng)與聯(lián)合收獲機(jī)的子系統(tǒng)，收割系統(tǒng)與收割機(jī)，脫粒系統(tǒng)與脫粒機(jī)，清糧系統(tǒng)與清選機(jī)、行走系統(tǒng)與拖拉機(jī)汽車作對比。清選機(jī)、行走系統(tǒng)與拖拉機(jī)汽車作對比。 用形態(tài)學(xué)方法建立形態(tài)學(xué)矩陣，可找出所有的組合方案。在做

36、這項工作用形態(tài)學(xué)方法建立形態(tài)學(xué)矩陣，可找出所有的組合方案。在做這項工作時，要集思廣義，廣開言路，避免犯偏聽偏信、先入為主、主觀片面的錯誤。時，要集思廣義，廣開言路，避免犯偏聽偏信、先入為主、主觀片面的錯誤。 2功能載體的組合功能載體的組合實現(xiàn)一項功能往往可采用多種功能載體，這就是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的多解性。實現(xiàn)一項功能往往可采用多種功能載體，這就是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的多解性。 對機(jī)械系統(tǒng)按功能進(jìn)行分解，對分解出的每一項功能找到可行的功能載對機(jī)械系統(tǒng)按功能進(jìn)行分解，對分解出的每一項功能找到可行的功能載體，將這些功能載體組合起來，就得到了機(jī)械系統(tǒng)一系列的總體方案。體，將這些功能載體組合起來，就得到了機(jī)械系統(tǒng)一

37、系列的總體方案。以行走式挖掘機(jī)為例，說明機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)方案確定的過程：以行走式挖掘機(jī)為例，說明機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)方案確定的過程： 位置位置1的物料的物料 位置位置2的物料的物料能量能量 驅(qū)動能驅(qū)動能信息信息顯示信號顯示信號噪聲噪聲廢氣廢氣振動振動溫度溫度濕度濕度道路道路 行走式挖掘機(jī)行走式挖掘機(jī) （黑箱）（黑箱）行走式挖掘機(jī)的黑箱示意圖行走式挖掘機(jī)的黑箱示意圖 1）作出行走式挖掘機(jī)的）作出行走式挖掘機(jī)的“黑箱黑箱”示意圖。示意圖。由圖可表明機(jī)械系統(tǒng)的互動能量；物料的取、移、放；環(huán)境對它的約束條件。由圖可表明機(jī)械系統(tǒng)的互動能量；物料的取、移、放；環(huán)境對它的約束條件。行走式挖掘機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖行走式挖掘機(jī)的

38、功能結(jié)構(gòu)圖 2）功能分解：行走式挖掘機(jī)有）功能分解：行走式挖掘機(jī)有3 3個基本功能：挖取物料、移動物料和堆放個基本功能：挖取物料、移動物料和堆放物料，作出該機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖。物料，作出該機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖。移物C（挖掘機(jī)移動）放物傳動D（挖掘斗運動）驅(qū)動能顯示信號信號能量移物傳動B（將動力傳動至行走裝置）驅(qū)動能顯示信號信號能量取物傳動D（挖掘斗的運動）驅(qū)動能顯示信號信號能量放物E（堆放）（位置2）物料取物E（挖?。ㄎ恢?）物料 由功能結(jié)構(gòu)圖可看出，行走式挖掘機(jī)有由功能結(jié)構(gòu)圖可看出，行走式挖掘機(jī)有5 5項分功能：動力源項分功能：動力源( (A) )、移位傳、移位傳動動( (B) )、移物、移物( (

39、C) )、取物傳動、取物傳動( (D) )、取放物、取放物( (E)()(取物、放物合二為一，用一個取物、放物合二為一，用一個功能載體實現(xiàn)功能載體實現(xiàn)) )。找出各分功能可行的功能載體，就可以作出挖掘機(jī)的形態(tài)學(xué)。找出各分功能可行的功能載體，就可以作出挖掘機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣。矩陣。 方案總數(shù)：方案總數(shù)：N=ABCDE=65443=1440鉗式斗鉗式斗抓斗抓斗挖斗挖斗液壓缸液壓缸傳動傳動氣缸傳動氣缸傳動繩傳動繩傳動拉桿拉桿氣墊氣墊履帶履帶輪胎輪胎軌道及車輪軌道及車輪液力耦液力耦合器合器鏈傳動鏈傳動帶傳動帶傳動蝸桿傳蝸桿傳動動齒輪傳動齒輪傳動氣動馬達(dá)氣動馬達(dá)液動機(jī)液動機(jī)透平機(jī)透平機(jī)柴油機(jī)柴油機(jī)汽油機(jī)汽油

40、機(jī)電動機(jī)電動機(jī)挖掘機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣挖掘機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣E(取放物取放物)D(取放物傳動取放物傳動)C(移位移位)B(移物傳動移物傳動)A(動力源動力源)654321功能載體功能載體分功能分功能A3 +B4+C3+D2+E1履帶式挖掘機(jī)履帶式挖掘機(jī)柴油機(jī)柴油機(jī) 鏈傳動鏈傳動 履帶履帶 繩傳動繩傳動 挖斗挖斗 3）作出挖掘機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣：）作出挖掘機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣：液動機(jī)液動機(jī) 液力耦合器液力耦合器 輪胎輪胎 液壓缸傳動液壓缸傳動 抓斗抓斗 A3 +B4+C3+D2+E1履帶式挖掘機(jī)履帶式挖掘機(jī)柴油機(jī)柴油機(jī) 鏈傳動鏈傳動 履帶履帶 繩傳動繩傳動 挖斗挖斗A5+B5 + C2+ D4+ E2液壓輪胎式挖掘

41、機(jī)液壓輪胎式挖掘機(jī) 對那些合理的可行方案，應(yīng)進(jìn)行綜合評價?？蓮膶δ切┖侠淼目尚蟹桨?，應(yīng)進(jìn)行綜合評價?？蓮奈锢韺W(xué)相容原理物理學(xué)相容原理、技術(shù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)濟(jì)效益、功率功率、速度速度、尺寸等功能參數(shù)方面尺寸等功能參數(shù)方面，對這些方案進(jìn)行，對這些方案進(jìn)行復(fù)核、檢驗、復(fù)核、檢驗、評審評審，從中找出幾個較好的方案。，從中找出幾個較好的方案。 對于對于像自走式聯(lián)合收獲機(jī)這類像自走式聯(lián)合收獲機(jī)這類比較復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品比較復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品，如果對整機(jī)采用一，如果對整機(jī)采用一個形態(tài)學(xué)矩陣，就過于龐大了，這時個形態(tài)學(xué)矩陣，就過于龐大了，這時可分別建立各子系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)矩陣，考可分別建立各子系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)矩陣，考慮各子系統(tǒng)

42、的方案，然后再綜合成整個機(jī)械產(chǎn)品的方案慮各子系統(tǒng)的方案，然后再綜合成整個機(jī)械產(chǎn)品的方案。 通過形態(tài)學(xué)矩陣得到的某一些方案，可能沒有實際意義，甚至有一些功通過形態(tài)學(xué)矩陣得到的某一些方案，可能沒有實際意義，甚至有一些功能載體無法匹配，所以應(yīng)首先舍去那些不合理或沒有實際意義的方案。能載體無法匹配，所以應(yīng)首先舍去那些不合理或沒有實際意義的方案。思考題：思考題：1、舉例說明什么是、舉例說明什么是“黑箱黑箱”，為什么要把待定的，為什么要把待定的設(shè)計對象抽象為設(shè)計對象抽象為“黑箱黑箱”，從，從“黑箱黑箱”圖中可以圖中可以看出什么問題?？闯鍪裁磫栴}。2、舉例說明怎么針對設(shè)計對象確定工藝原理，技、舉例說明怎么針

43、對設(shè)計對象確定工藝原理，技術(shù)過程和尋找功能載體。術(shù)過程和尋找功能載體。3、以你最熟悉的機(jī)械產(chǎn)品為例，說明機(jī)械系統(tǒng)方、以你最熟悉的機(jī)械產(chǎn)品為例，說明機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計的方法，要求畫出案設(shè)計的方法，要求畫出“黑箱黑箱”示意圖，樹狀示意圖，樹狀功能圖，功能結(jié)構(gòu)圖和形態(tài)學(xué)矩陣，并且組合可功能圖，功能結(jié)構(gòu)圖和形態(tài)學(xué)矩陣，并且組合可能的方案。能的方案。 外部環(huán)境的溫度、濕度、塵埃、振動、噪聲、外部輸入能量的穩(wěn)定性等外部環(huán)境的溫度、濕度、塵埃、振動、噪聲、外部輸入能量的穩(wěn)定性等因素，都會影響或干擾技術(shù)過程的轉(zhuǎn)化；同樣，技術(shù)過程的轉(zhuǎn)化也會影響外因素，都會影響或干擾技術(shù)過程的轉(zhuǎn)化；同樣，技術(shù)過程的轉(zhuǎn)化也會影響外部

44、環(huán)境。部環(huán)境。是否對這些影響和干擾進(jìn)行控制，就涉及到系統(tǒng)的邊界。是否對這些影響和干擾進(jìn)行控制，就涉及到系統(tǒng)的邊界。 ( (二二) )確定系統(tǒng)邊界確定系統(tǒng)邊界 系統(tǒng)邊界是技術(shù)系統(tǒng)功能范圍的界限，即內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的分界系統(tǒng)邊界是技術(shù)系統(tǒng)功能范圍的界限，即內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的分界。 1 1人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度 人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度涉及到操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的功能人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度涉及到操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的功能。有許多分功。有許多分功能如機(jī)床加工機(jī)械零件時，被加工工件的定位、夾緊、移位、調(diào)整和測量等能如機(jī)床加工機(jī)械零件時，被加工工件的定位、夾緊、移位、調(diào)整和測量等分功分功可以由

45、人完成也可由機(jī)械系統(tǒng)完成可以由人完成也可由機(jī)械系統(tǒng)完成。人和機(jī)械系統(tǒng)的不同分工，就體現(xiàn)。人和機(jī)械系統(tǒng)的不同分工，就體現(xiàn)了機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械化和自動化程度，人參與程度不同，機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜程度了機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械化和自動化程度，人參與程度不同，機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本也不相同。和成本也不相同。2 2外部系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)的相互影響外部系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)的相互影響確定系統(tǒng)的邊界時應(yīng)考慮下面兩個因素：確定系統(tǒng)的邊界時應(yīng)考慮下面兩個因素： 人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度；人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度； 外部系統(tǒng)與內(nèi)部系統(tǒng)的相互作用和影響。外部系統(tǒng)與內(nèi)部系統(tǒng)的相互作用和影響。例如：例如： 普通轎車和越野車，外部環(huán)境普通轎車和越野車，外部環(huán)

46、境道路不同，要求內(nèi)部道路不同，要求內(nèi)部系統(tǒng)系統(tǒng)車的適應(yīng)性不同，要求操縱系統(tǒng)不同，越野車要車的適應(yīng)性不同，要求操縱系統(tǒng)不同，越野車要能適應(yīng)較為惡劣的外部環(huán)境。能適應(yīng)較為惡劣的外部環(huán)境。 造紙設(shè)備，對外部環(huán)境的影響造紙設(shè)備，對外部環(huán)境的影響污水，要經(jīng)過處理污水，要經(jīng)過處理以后才能排放，因此要把污水處理放到系統(tǒng)之內(nèi)，這就是以后才能排放，因此要把污水處理放到系統(tǒng)之內(nèi)，這就是系統(tǒng)邊界問題。系統(tǒng)邊界問題。六、確定基本結(jié)構(gòu)布局六、確定基本結(jié)構(gòu)布局 技術(shù)方案確定后，功能載體的組合關(guān)系就明確了，但結(jié)構(gòu)元件在空間的技術(shù)方案確定后，功能載體的組合關(guān)系就明確了，但結(jié)構(gòu)元件在空間的相互位置還可以進(jìn)行不同的處理，即相互位

47、置還可以進(jìn)行不同的處理，即相同的功能載體關(guān)系，可以構(gòu)成不同的相同的功能載體關(guān)系，可以構(gòu)成不同的結(jié)構(gòu)布局結(jié)構(gòu)布局。 發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)A后置；后置；駕駛臺駕駛臺B在發(fā)動機(jī)前側(cè)、左方；在發(fā)動機(jī)前側(cè)、左方；糧箱糧箱C前置；前置；脫粒機(jī)頂蓋脫粒機(jī)頂蓋D在糧箱在糧箱C下方。下方。優(yōu)點：對發(fā)動機(jī)尺寸沒有限制，駕駛員優(yōu)點：對發(fā)動機(jī)尺寸沒有限制，駕駛員工作條件好，保養(yǎng)空間大，適合布置尺工作條件好，保養(yǎng)空間大，適合布置尺寸大的發(fā)動機(jī)。寸大的發(fā)動機(jī)。結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：缺點：檢查保養(yǎng)發(fā)動機(jī)，需從尾部爬上缺點：檢查保養(yǎng)發(fā)動機(jī)，需從尾部爬上頂蓋，不方便；糧箱尺寸受限制，不能頂蓋，不方便；糧箱尺寸受限制，不能太大。太大。發(fā)動

48、機(jī)發(fā)動機(jī)A前置前置；駕駛臺駕駛臺B在糧箱在糧箱C的前方、發(fā)動機(jī)左側(cè)；的前方、發(fā)動機(jī)左側(cè)；脫脫粒粒機(jī)頂蓋機(jī)頂蓋D在糧箱在糧箱C下方。下方。優(yōu)點：發(fā)動機(jī)靠近駕駛臺，保養(yǎng)維護(hù)發(fā)動優(yōu)點：發(fā)動機(jī)靠近駕駛臺，保養(yǎng)維護(hù)發(fā)動機(jī)方便；糧倉容積可以較大。機(jī)方便；糧倉容積可以較大。結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：缺點：發(fā)動機(jī)尺寸受限制，駕駛員受發(fā)動缺點：發(fā)動機(jī)尺寸受限制，駕駛員受發(fā)動機(jī)影響，有振動、噪聲和高溫。機(jī)影響，有振動、噪聲和高溫。發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)A后置；后置；糧箱糧箱C位于發(fā)動機(jī)位于發(fā)動機(jī)A與駕駛臺與駕駛臺B之間之間；脫脫粒粒機(jī)頂蓋機(jī)頂蓋D在糧箱在糧箱C下方。下方。優(yōu)點：發(fā)動機(jī)尺寸不受限制，駕駛員工作優(yōu)點：發(fā)動機(jī)尺寸不受限

49、制，駕駛員工作條件好，保養(yǎng)空間大；由于糧箱條件好，保養(yǎng)空間大；由于糧箱C的隔離的隔離作用，發(fā)動機(jī)的振動、噪聲和高溫對駕駛作用，發(fā)動機(jī)的振動、噪聲和高溫對駕駛員影響較小。員影響較小。結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：缺點：保養(yǎng)發(fā)動機(jī)要從側(cè)面或后面爬上，缺點：保養(yǎng)發(fā)動機(jī)要從側(cè)面或后面爬上，較困難。較困難。駕駛臺駕駛臺B前置；前置； 2）短頭式短頭式：發(fā)動機(jī)一小部分伸入駕駛室之下。：發(fā)動機(jī)一小部分伸入駕駛室之下。 優(yōu)點：可以改善駕駛員的視野，減小軸距和車的長度，改善機(jī)動性，優(yōu)點：可以改善駕駛員的視野，減小軸距和車的長度，改善機(jī)動性，減輕自重。減輕自重。 缺點：發(fā)動機(jī)保養(yǎng)不方便，發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生的噪聲、振動和高溫對缺

50、點：發(fā)動機(jī)保養(yǎng)不方便，發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生的噪聲、振動和高溫對駕駛員有影響。駕駛員有影響。載重汽車的載重汽車的發(fā)動機(jī)與駕駛室發(fā)動機(jī)與駕駛室相對位置有相對位置有3種三種方案（型式）：種三種方案（型式）： 1）長頭式長頭式：駕駛室在發(fā)動機(jī)之后。：駕駛室在發(fā)動機(jī)之后。 優(yōu)點：保養(yǎng)發(fā)動機(jī)方便；優(yōu)點：保養(yǎng)發(fā)動機(jī)方便； 缺點：駕駛員的視線受影響，車輛的軸距和長度較大，機(jī)動性不好，缺點：駕駛員的視線受影響，車輛的軸距和長度較大，機(jī)動性不好，自重較大。自重較大。 3）平頭式平頭式：發(fā)動機(jī)在駕駛室之下。：發(fā)動機(jī)在駕駛室之下。 優(yōu)點：駕駛員視野開闊，車輛的軸距和長度小，機(jī)動性好，自重輕。優(yōu)點：駕駛員視野開闊，車輛的軸距

51、和長度小，機(jī)動性好，自重輕。 缺點：保養(yǎng)發(fā)動不方便，駕駛員受發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生的噪聲、振動、缺點：保養(yǎng)發(fā)動不方便，駕駛員受發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生的噪聲、振動、高溫的影響，另外，發(fā)生撞車后對司機(jī)保護(hù)不利。高溫的影響，另外，發(fā)生撞車后對司機(jī)保護(hù)不利。 1）發(fā)動機(jī)前置發(fā)動機(jī)前置：發(fā)動機(jī)在車箱之前。：發(fā)動機(jī)在車箱之前。優(yōu)點：操縱簡單，發(fā)動機(jī)冷卻條件好，保養(yǎng)維修方便。優(yōu)點：操縱簡單，發(fā)動機(jī)冷卻條件好，保養(yǎng)維修方便。缺點：車箱里噪聲大，有油煙味和熱氣，車輛的面積利用較差。缺點：車箱里噪聲大，有油煙味和熱氣，車輛的面積利用較差。大型客車大型客車發(fā)動機(jī)與車箱發(fā)動機(jī)與車箱的相對位置有的相對位置有3種方案：種方案： 2）發(fā)動

52、機(jī)中置發(fā)動機(jī)中置：發(fā)動機(jī)在車箱中下方。：發(fā)動機(jī)在車箱中下方。 優(yōu)點：車內(nèi)噪聲小，條件好，乘坐舒適，駕駛員視野開闊。優(yōu)點：車內(nèi)噪聲小，條件好，乘坐舒適，駕駛員視野開闊。 缺點：發(fā)動機(jī)保養(yǎng)維修困難，冷卻防塵難，地板高度也不易降低。缺點：發(fā)動機(jī)保養(yǎng)維修困難，冷卻防塵難，地板高度也不易降低。 3）發(fā)動機(jī)后置發(fā)動機(jī)后置：發(fā)動機(jī)在車箱之后，橫置或者縱置。：發(fā)動機(jī)在車箱之后，橫置或者縱置。 優(yōu)點：車內(nèi)噪聲小，條件好，乘坐舒適，車廂內(nèi)地板平坦，駕駛員優(yōu)點：車內(nèi)噪聲小，條件好，乘坐舒適，車廂內(nèi)地板平坦，駕駛員視野開闊。視野開闊。 缺點：發(fā)動機(jī)冷卻不好解決，散熱條件差，操縱困難。行進(jìn)中車尾缺點：發(fā)動機(jī)冷卻不好解決

53、，散熱條件差，操縱困難。行進(jìn)中車尾負(fù)壓及車輪灰塵，使進(jìn)氣環(huán)境惡化，后橋易超載。負(fù)壓及車輪灰塵，使進(jìn)氣環(huán)境惡化，后橋易超載。七、方案評價七、方案評價 （自學(xué)）（自學(xué)）例例4 4：四工位專用機(jī)床：四工位專用機(jī)床 四工位專用機(jī)床是在四工位專用機(jī)床是在四個工位上四個工位上分別完成工件的分別完成工件的裝卸、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔裝卸、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔工作的專用加工設(shè)備。機(jī)工作的專用加工設(shè)備。機(jī)床的執(zhí)行動作有兩個：一是裝有工件的床的執(zhí)行動作有兩個：一是裝有工件的回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)工作臺的間歇轉(zhuǎn)動的間歇轉(zhuǎn)動；二是裝有三把專用刀具的；二是裝有三把專用刀具的主軸箱的往主軸箱的往復(fù)移動復(fù)移動（刀具的轉(zhuǎn)動由專用電機(jī)驅(qū)動）。（

54、刀具的轉(zhuǎn)動由專用電機(jī)驅(qū)動）。兩個執(zhí)行兩個執(zhí)行動作由同一臺電機(jī)驅(qū)動動作由同一臺電機(jī)驅(qū)動，工作臺轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和主軸箱，工作臺轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和主軸箱往復(fù)運動機(jī)構(gòu)按動作時間順序分支并列，組合成一往復(fù)運動機(jī)構(gòu)按動作時間順序分支并列，組合成一個機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。個機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。 加工孔，如下圖。材料：HT20050H6A A2 2A A3 3裝拆工件 鉆底孔 擴(kuò)孔 鉸孔（工位） （工位） （工位） （工位） 該機(jī)床技術(shù)成熟，設(shè)計任務(wù)抽象化、確定工藝原理、確定技術(shù)過程就省略了。一、設(shè)計要求和主要參數(shù)一、設(shè)計要求和主要參數(shù)1.對主軸箱移動對主軸箱移動A3的要求的要求原始距離原始距離S=65mm快速送進(jìn)：快速送進(jìn)：慢進(jìn)切削：慢進(jìn)切削

55、： （據(jù)材料、工藝等確定該數(shù)據(jù)）（據(jù)材料、工藝等確定該數(shù)據(jù)） 快速退回：快速退回： 2.對刀具切削運動的要求對刀具切削運動的要求刀具轉(zhuǎn)速：刀具轉(zhuǎn)速：n（刀）（刀）=？r/min(由工藝員定）由工藝員定）刀具移動速度刀具移動速度V（刀）（刀）=3.工件裝拆時間工件裝拆時間10s（否則裝拆來不及）（否則裝拆來不及）4.生產(chǎn)率：由生產(chǎn)量和機(jī)床數(shù)量決定。生產(chǎn)率：由生產(chǎn)量和機(jī)床數(shù)量決定。理論生產(chǎn)率：理論生產(chǎn)率： 件件/小時小時5.原動機(jī)為原動機(jī)為Y系列電動機(jī)，裝在機(jī)體之內(nèi)，執(zhí)行系列電動機(jī)，裝在機(jī)體之內(nèi)，執(zhí)行構(gòu)件露在外面。構(gòu)件露在外面。 慢進(jìn)smmVstmms/10,6,60111smmVstmms/2,

56、30,60222smmVstmms/10,12,120333smmV/2275thG二、功能結(jié)構(gòu)圖三、機(jī)械運動循環(huán)情況1.工作臺轉(zhuǎn)一圈（完成一個工件時間）周期2.工作臺回轉(zhuǎn)情況靜止時間： 用于裝拆工件，不轉(zhuǎn)時才能裝拆 轉(zhuǎn)動時間：轉(zhuǎn)動速度：ssGsTth487536003600ssttt10362/324sttt122/135min/25. 1/5 . 712/90/905rstnw四工位專用機(jī)床運動循環(huán)圖：四、機(jī)構(gòu)選型與方案評定四、機(jī)構(gòu)選型與方案評定 功能轉(zhuǎn)化圖如下：功能轉(zhuǎn)化圖如下：形態(tài)學(xué)矩陣（五個分功能）形態(tài)學(xué)矩陣（五個分功能）分功能分功能功能載體功能載體12345減速減速A帶傳動帶傳動鏈傳

57、動鏈傳動蝸桿傳動蝸桿傳動齒輪傳動齒輪傳動擺線針輪擺線針輪減速減速B帶傳動帶傳動鏈傳動鏈傳動蝸桿傳動蝸桿傳動齒輪傳動齒輪傳動行星齒輪行星齒輪分動分動C齒輪傳動齒輪傳動連續(xù)轉(zhuǎn)動變連續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)殚g歇為間歇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動D圓柱凸輪式圓柱凸輪式簡諧運動簡諧運動機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)弧面凸輪機(jī)弧面凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)曲柄搖桿曲柄搖桿-棘棘輪機(jī)構(gòu)輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪不完全齒輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)連續(xù)轉(zhuǎn)動變連續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)橐苿訛橐苿覧移動推桿圓移動推桿圓柱凸輪機(jī)柱凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)移動推桿盤移動推桿盤形凸輪機(jī)形凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)擺動推桿、擺動推桿、盤形凸輪盤形凸輪擺動滑塊擺動滑塊機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)（六桿機(jī)構(gòu)（帶滑塊）帶滑塊）總方案個數(shù)：總

58、方案個數(shù)：5X5x1x5x5=625個個其中一個可行方案為：其中一個可行方案為：A5+B1+C1+D5+E1畫機(jī)構(gòu)運動簡圖：畫機(jī)構(gòu)運動簡圖：A5（擺線針輪傳動）（擺線針輪傳動）+B1（帶傳動）（帶傳動）+C1（齒輪分動）（齒輪分動）+D5（槽輪傳動）（槽輪傳動）+E1（移動推桿圓柱凸輪）（移動推桿圓柱凸輪）思考題：思考題：4、舉例說明在確定機(jī)械系統(tǒng)邊界時應(yīng)考慮哪些因素。、舉例說明在確定機(jī)械系統(tǒng)邊界時應(yīng)考慮哪些因素。系統(tǒng)邊界不同對機(jī)械系統(tǒng)有什么影響。系統(tǒng)邊界不同對機(jī)械系統(tǒng)有什么影響。5、舉例說明同一技術(shù)方案可以找出不同的結(jié)構(gòu)布局。、舉例說明同一技術(shù)方案可以找出不同的結(jié)構(gòu)布局。各種結(jié)構(gòu)布局的特點是

59、什么。各種結(jié)構(gòu)布局的特點是什么。6、畫出四工位專用機(jī)床的功能轉(zhuǎn)換圖和機(jī)構(gòu)運動簡圖、畫出四工位專用機(jī)床的功能轉(zhuǎn)換圖和機(jī)構(gòu)運動簡圖。7、每位同學(xué)構(gòu)思設(shè)計、每位同學(xué)構(gòu)思設(shè)計一臺中、小型機(jī)器或機(jī)械裝置一臺中、小型機(jī)器或機(jī)械裝置,要要有新意有新意(創(chuàng)新性創(chuàng)新性),進(jìn)行方案設(shè)計進(jìn)行方案設(shè)計,提出其具有的結(jié)構(gòu)和功提出其具有的結(jié)構(gòu)和功能能.做出黑箱模型做出黑箱模型,確定其工藝原理、技術(shù)過程和功能確定其工藝原理、技術(shù)過程和功能載體載體,畫出結(jié)構(gòu)原理簡圖畫出結(jié)構(gòu)原理簡圖. 在進(jìn)行總體設(shè)計時，不僅要考慮內(nèi)部系統(tǒng)，而且要考慮內(nèi)部系統(tǒng)與外部在進(jìn)行總體設(shè)計時，不僅要考慮內(nèi)部系統(tǒng)，而且要考慮內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的聯(lián)系，使內(nèi)部

60、系統(tǒng)與外部系統(tǒng)相協(xié)調(diào)和適應(yīng)，以求設(shè)計得更加完善。系統(tǒng)的聯(lián)系，使內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)相協(xié)調(diào)和適應(yīng)，以求設(shè)計得更加完善。第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計一、總體設(shè)計的內(nèi)容一、總體設(shè)計的內(nèi)容 1總體布置設(shè)計；總體布置設(shè)計； 2確定主要的總體參數(shù)；確定主要的總體參數(shù)； 3繪制總體設(shè)計圖樣；繪制總體設(shè)計圖樣； 4編制總體設(shè)計報告及技術(shù)說明書等文件。編制總體設(shè)計報告及技術(shù)說明書等文件。 總體設(shè)計總體設(shè)計是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第3階段階段內(nèi)部設(shè)計階段的主要部分內(nèi)部設(shè)計階段的主要部分，是以后是以后進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計的依據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計的依據(jù)?？傮w設(shè)計對機(jī)械的性能、尺寸、外形、質(zhì)量及生。