机械系统设计跑步机改进方案

第一篇：机械系统设计跑步机改进方案

一、设计背景

随着经济的发展和人们对健康的要求越来越高，自行车必将成为人们近距离的第一交通工具。时下，自行车的设计只考虑到了少数人的因素，自行车的设计急需更加人性化。同时，技术水平越来越成熟，自行车的设计更加强调人的舒适、安全、以及人的身心健康，也就是人因工程学。这样一来，对自行车的设计就更加合理，更好的实现人机配合。设计理念

我们在对自行车的设计过程中，强调人的效能、安全、舒适和身心健康，在设计高效的同时，充分考虑人的因素，反映人的需要，把人与机密切结合起来。依据人体的生理特征来设计，根据实际情况（环境，个人情况）来重点设计，最后，随着科技进步逐步改进，使产品功能更完善，使人的更多的要求得以满足。改善方案

（一）、车座设计

1、分析：

1）从人体解剖学分析人体形态。根据人体组织的解剖特性可知，坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位，身体的主要重量均由骨盆下的两块面积约为25cm2的坐骨结节承受。（注：应考虑到男女性别差异带来的设计差异）

2）人体处于坐姿时，坐骨结节离臀部后缘约10～12cm

3）有关的研究还表明，人在骑车时身体适当后倾，人体的迎风面积减小，更有利于发力和加速

4）根据人体坐姿的生物力学分析得知，人体上身越前倾，脊柱的弯曲程度越大，背部肌肉受力越大。当人骑车时，几乎完全伏在车把上，背部与水平面几乎平行，腰部椎间盘压力分布不当，腰椎变形。

2、设计不合理的危害：

1）使坐骨结节处在车座外缘或紧挨外缘的位置，身体的压力使得坐骨结节被迫分离的趋势过大，由此导致臀部的疼痛感。

2）人坐在车座上时，坐骨生殖区靠在平坦的座面上，车座会压迫到坐骨生殖区的组织 和脂肪以及坐骨生殖区的血管和神经，造成人体会阴区的疼痛和麻木。

3)会阴区深层中含有泌尿组织、血管及生殖动脉和传导神经，这样也会造成生殖区域的麻木和缺血，严重的会导致生殖系统障碍。

3、改善方案：

1）车座宽度的适宜范围：男式单车为24～26cm，女式单车为26～29cm较合适。根据《人体测量学》中成年男子坐姿臀宽355mm（90%），成年女子382mm（90%），应以女子的臀宽为设计标准，以满足座位的要求。（注：女性骨盆的坐骨结节间距约为23cm，男性骨盆坐骨结节间距为20cm）

2）车座后端的长度范围定为10～12cm，车座总长不同于一般工作椅的座深，车座的总长只需给骑车者以有限的支承稳定性即可，因为车座过长势必影响大腿前后摆动的灵活性。根据有关数据，50%的人体大腿厚约为13cm，故车座长度范围为22～24cm(余量约取5.5cm)。

3）设计靠背角90°，后倾角在15°以内，相当于前倾座面与靠背夹角在105°以内，属坐姿的舒适范围。

4）长时间骑车，臀部不舒服的另外一个原因就是座垫软硬不合适所致。车座加上座垫，人坐于其上，臀部压力值大为降低，接触支承面增大，使压力分散。但是座垫不可过软，过软不仅增加了身体的不稳定性，而且容易使人产生疲劳；过硬又会导致臀部痛楚或麻木。座垫的软硬应以股骨头刚好与座垫相接近，几近接触而无压力为宜。坐垫材料必须透气，且不易打滑，座垫应缝制或钉在车座上，使其对起坐时的动载有良好的弹性响应。

（二）、靠背设计

1、靠背的高度： 靠背由肩靠和腰靠两部分构成，腰靠的凸出部分压入腰凹内，以保证腰部得到充 分支持，其水平截面为曲率不大的圆弧形，以适合于腰圆。为了使背部下方 骶骨和臀部有适当的后凸空间，座面上方与靠背下部之间留一开口部分，其高度至少为12.5cm。

2、靠背的宽度：宽度由腰围决定，靠背宽度为腰围的1/3。靠背面带一点向内凹的圆弧，和背的形状相似，可以使背部和腰部受 力均匀，较少疲劳，增强舒适性。

3、靠背的角度：靠背设计为90°，该倾角的作用与座面倾角的作用相同。并设计成可调式靠背，可以满足因人的差异而带来的不同。

4、靠背的材料：靠背不易过重，应选用强度较好，质量较轻的材料(如ABS塑料)，并 具有适当的弹性，以增加舒适感。

、车把手设计

1、把手的高度：自行车的车把如果偏低，骑车 者必须弯下腰，时间久了，就会感到腰酸背疼，胳膊疲劳。车把的高度应保证骑车者在骑车时处于自然坐姿或接近自然坐姿，并使颈关节、胸关节、腰关节、髋关节、肩关节和肘关节处于舒适的调节范围内。（把手高于车座，保证正常坐 姿，对于运动员，应尽量减少阻力）

2、把手的宽度：经实践测量，当车把的宽度接近于骑车者的最大肩宽时，人能够自然舒 适地握住车把，并能保持长时间不易疲劳。据有关的统计数据，中等身材的人最大肩宽，男为43.1cm，女为39.7cm，因此，车把的宽度可定为39.7～43.1cm。适合男女满足大多 数人的需要。

3、把手的形状：

1）手部肌肉特点：掌心部位肌肉最少，指骨间肌和手指部分是神经末梢满布的区域。而指球肌、和大、小鱼际是肌肉丰富的部位，是手部的天然减振器。

2）优化方案：设计手把形状时，应避免将手把丝毫不差地贴合于手的握持空间，更不能紧贴手掌心。把手的设计应使操作者掌心处略有空隙，以减少压力和摩擦力的作用。手部肌肉分布图

3）设计尺寸：

比较合适的直径为3～4cm，车把的直径定为大端4cm左右，小端3cm左右。把手的长度主要取决于手掌宽度，掌宽一般为7.1～9.7cm，因此把手的长度可定为12cm左右。

4、把手的弯度：传统的自行车把手为水平，这不符合 人因工程学原理，因为这样将会使 手腕处于背屈状态，腕部酸痛，握力减小，长时间操作还会引起腕道综合症、腱鞘炎等症状。测试表明，把手与水平位置成10°左右 效果最好，可以降低疲劳，并且容易操作，还使腕关节处于放松状态。

5、手闸的设计：车闸的设计精度较高，而人手的抓握直径在13cm左右，所以，车闸直径可定为13cm左右，长度约等于把手长度。车闸与把手的交角为40°。至于把手与车闸的表面设计，应保证能准确抓握，不产生滑动，所以它们的表面不能太光滑，要适当的粗糙。

6、手把的材料：改进手柄的设计，使用弹性更好的材料，使其握起来更舒适。

四、改善前后比较

1、老式自行车：不轻便，车座与车把一样高，轮子太大，不灵活。2.部分改善的自行车

五、结果分析

本次对自行车的改善运用了人因工程的知识，对自行车的设计加入了人因的理念，能更加符合人类的需要，满足舒适、环保、健康、安全的基本准则，设计过程中，有严格的查数据，以及人体有关的生理参数，充分保证了人多生理、心理特征以及能力限度得到充分运用。因此此改善结果是具有一定可行性的。

一．背景概述

近几年来，我国健身器材市场一直呈逐年上升趋势，随着全国健身计划的实施，人民生活水平的提高和消费观念的转变等等，对健身器材、特别是家用健身器材、特别是家用健身器材的销售也都有了极大的促进作用，身器材的市场必然会越来越广阔。“一二一”工程倡导社区提供一处以上体育健身活动场所，倡导每个家庭拥有一件以上体育健身器材，这就为健身器材市场绘制了宏伟的蓝图：若以每户平均有5口人计算，而每个家庭只以拥有一台器材来计算，则单就这一项，全国就需要2亿4千万件！这简直可谓天下第一市场。

健身车是家庭健身器材中的领先产品，早年曾出现了供不应求的局面。预计未来几年内健身车仍将是受欢迎的健身器材。健身车在运动科学领域叫做“功率自行车”，分为直立式、背靠式（也称为卧式）健身车两种，可以调整运动时的强度（功率），起到健身的效果，所以人们把它称为健身车。属于典型的模拟户外运动的有氧健身器材亦被称为心肺训练器材。主要是通过身体较长时间，适当强度的运动来促进心血管的运动，加快新陈代谢，增强心脏和肺部功能，从而改善人体的体质。二．健身车的现状和发展趋势 从健身车的阻力调节方式看，目前市场的健身车有普及型的磁控健身车（根据飞轮的构造不同还分为内磁控和外磁控），较高阶的电磁控健身车。

1、磁控健身车

磁控健身车是指产生阻力的金属飞轮外围（或内围）有磁铁挨近，通过人力旋钮拉线方式，调节磁铁与金属飞轮的远近调节阻力大小来实现不同运动强度的要求，目前此类健身车是入门家庭用健身车的主力军。

2、电磁控健身车

原理与磁控健身车类似，只是原先人力旋钮调节更换为拉线马达控制磁铁与飞轮 调节段数可以更细微，而且设定的程序允许在运动过程中自动变换阻力大小，形成模拟类似爬山、山地、间歇等自然环境的程序。以适合较高阶使用者。目前此类健身车是高阶家用和小型健身会所常用设备。三．健身车功能分析

健身车具有普通自行车所不可比拟的优点——可自由发挥自己的骑行速度、掌控骑行时间。通过健身车上配置的电子表，你可以随时观察自己每时每刻的速度、时间、心率值等。利用它进行锻炼，不仅能有效提高心肺功能，还有助于减肥、增强腿部肌肉力度和全面提高身体素质。

目前，先进的健身车已达到电脑化程度。车前屏幕除显示出各种数据，如训练者的心率、呼吸频率、时间、速度、耗能外，还能计算出训练者的最佳训练时间、速度及耗费能量，让你既不用担心自己因运动量不足而致使减肥失败，也不必担心因运动量过大而造成身体不适。有的健身车上所装置的彩色荧屏还能显示出不同的风景画面，让你在锻炼时如同置身于田野外，顿觉心旷神怡。

功能结构图

四．现有健身车的主要结构及工作原理

健身车主要组成部分：主架、皮带轮、电源、磁控装置、皮带、电子表、护罩、扶手等。1.整机外观

健身车外观简洁柔和,内部结构采用钢管焊接而成,刚体车架稳固结实,外部罩壳采用各种塑料工艺,色彩多样化,更能有效的防止汗水进入内部。2.仪表（电子表）显示.A、转度(RPM)：一分钟传动圆轮盘所转动的圈数。

B、时间：单位为分和秒，最高可显示99分钟。对于一般家用来说1个小时左右的有氧运动已足够。在一些运动模式下也可以显示的 是倒计时。

C、距离：国内产品基本上是以公里为计量单位。D、心率：使用者的每分钟的心跳次数，单位为次/分。E、卡路里：使用者运动时所消耗的热量。1克脂肪燃烧可以释放9卡路里的热量。F、程序：可以显示当前的程序状况。

G、体脂测试：测试使用者的体内脂肪含量。按“体脂测量”键，并根据提示，依次输入年龄，身高，体重，性别，按开始键，双手握在心率感应器上（测试使用者的身体导电率），即可测量。3.扶手

健身车的扶手区分在于是立式健身车还是靠背式健身车,立式健身车的扶手在仪表盘的两边,而靠背式的健身车则在坐垫位置的两边。4.车箱体

车箱体的大小决定了运动的轨迹距离和内部平衡飞轮的大小。5.阻力调节旋纽 阻力调节旋纽只是在物理调节阻力大小的机器上有。构造原理和自行车上的变速器一样，它通过拉动钢丝绳调节另一端磁阻铁离平衡飞轮的距离，以次来调节阻力的大小。阻力调节旋纽暂时分两种，一种是有档位的调节，阻力从1-16左右。一种没有固定的档位，可以进行细微的调节。6.平衡飞轮

平衡飞轮最主要的功能是让机器的运转更顺畅，产品的顺畅程度和飞轮的大小，重量有关。椭圆机的平衡飞轮具有以下特点：飞轮的材质多以熟铁，其大小，重量决定了在运转时的惯性，越大越重其惯性越强，但太大了会造成车体内部空间加大，而影响使用效果。一般平衡飞轮重量在5-8kg左右，太小惯性不足，使用时会有明显的停顿感。飞轮表面会有凹槽，这样和传送皮带接触面积更大，不易打滑，一般分5槽和7槽。7.磁阻铁 磁阻铁是控制椭圆机阻力大小的设备，安装在平衡飞轮的正前方，靠钢丝绳或电机驱动调节其和平衡飞轮的距离，由于磁力大小的不同，达到调节阻力的效果。8.水平调节垫 健身车的水平调节垫有两种：

①水平垫脚:通过旋转垫脚螺丝调节高度。

②水平套筒:套筒的侧面高度不一,通过旋转套筒以达到调节水平的目的。9.脚踏

脚踏材料为工程塑料一体压制成型.做工精细的会在脚踏下部配有平衡块,使脚踏一直处在水平的位置上,方便操作。10.移动轮

健身车的移动轮基本上都设置在前端,也多为两种方式。①滚轮式:前端做活动的滑轮.②滚筒式:前端做可以活动的套筒 11.坐垫,靠背

所有健身车的坐垫靠背都是人造革包裹泡沫海棉缝合而成.好坏主要取决于海绵的密度和缝合做工.12.曲柄

健身车的曲柄就是连接脚踏位置的杠杆，有考虑到成本左右两边的曲柄做成一体的,也有但独分开安装。13.导轨

只有靠背式健身车才有,由于铝合金的抗氧化性要高,所以多为铝合金材料.考虑到很多老年人的使用方便,车身采用了无障碍设计。

五．系统分析

（一）支撑系统分析

支撑系统主要有健身车底部两条条状支架、座椅和把手组成。相较于整个车身底部接触地面来讲，条状结构与地面的接触部分大大降低，因而稳定性也更好，对于地面平整性的要求也更低。倘若整个车身底部与地面接触，其接触部分存在部分突起也将使得整个健身车发生摇晃或者倾斜。此外条状结构在一定程度上节省材料，降低了生产成本，提高了产品自身的竞争优势。

（二）控制系统分析

对于磁控健身车调节磁铁与金属飞轮的远近调节阻力大小来实现不同运动强度的要求;对于电磁控式健身车其操纵原理与磁控健身车类似，只是原先人力旋钮调节更换为拉线马达控制磁铁与飞轮的远近阻力来调节阻力大小，因为马达的出现，加上电脑程序，电磁控健身车的阻力调节段数可以更细微，而且设定的程序允许在运动过程中自动变换阻力大小。

（三）操纵系统分析：

主要的操纵系统为车身两旁的两个脚踏板，和显示面板两侧的各种控制按钮。对于脚 踏板

（四）安全系统分析: 对于健身器材来说，其主要功能即为了给人一个健康的体魄，没有人会希望在锻炼时

受伤。故安全措施就显得非常必要。针对锻炼时避免因出汗而发生意外，在健身车的踏板上都布置有粗糙的花纹来提高摩擦力防止脚上打滑。另外在金属的把手上都套有一层橡胶材料海绵结构的吸汗套，一方面防止因手上出汗而导致意外发生，另一方面也提高了舒适性。此外座椅的高度可调，既可适应身材较为矮小的人和保护身材较为高大的人。

六．对现有健身车的总体评价及改进

（一）评价

第二篇：机械系统设计课程总结

2011—2012学年第1学期

《机械系统设计》结课综合设计（论文）

专业班级 机械设计制造及其自动化 08-4 姓 名 123456789 学 号 08041406 开课系室 机电工程学院 机电工程系 结课日期 2011年 11月30日

机械系统设计课程总结

总体概述：本门课程名叫机械系统设计，不同于我们以前所学的机械设计。上学期我们所学的机械设计是以机械零件为研究对象进行具体的设计；而在本门课程中的研究对象是整个机械系统，包括原动机、传动系统、执行系统、控制系统以及辅助系统，进行的是整机设计。

下面就根据本课程所学的内容，对机械系统设计过程做一个较为详细的介绍：

一：方案设计

在接到一个设计任务后，首先要明确设计任务是什么，并对其进行功能方面的分析，针对要实现的功能设计出合理的方案，大体步骤如下：

1、设计任务抽象化——一般用黑箱原理来表示。

2、确定工艺原理——设法确定黑箱所要求的能实现作业对象转化的工艺原理。

3、确定技术过程——按照选定的工艺原理确定转化所需的程序及其顺序。

4、引进技术系统并确定系统边界——根据技术过程的要求确定机械系统的具体任务，并把这些任务分配给各个子系统。

5、确定功能结构——进行功能分解。

6、确定设计方案——分以下三步：寻找实现分功能的方法和载体；构建形态学矩阵；确定基本结构布局。二：总体设计

1、初步总体设计——根据设计方案绘制总体布置草图，进行初步计算和运动分析，并进行初步技术经济分析。注意改进薄弱环节，必要时应对方案中的关键技术系统进行试验研究。

2总体设计——对初步总体设计做进一步完善，形成技术文件和图纸。1）设计任务书、技术任务书；2）机构运动简图和系统简图；3）总装配图及关键部件装配图；4）电、光、气、液控制图；5）总体设计报告书及技术说明书。

在此过程中，主要涉及步骤有：执行系统的布置、传动系统的设置、操纵件的布置、总体主要参数的确定等。

三：原动机的选择

动力机的选取的依据是工作载荷的类型，常用的原动机主要类型有：电动机、液压马达、气压马达、以及内燃机。

电动机作动力有以下优点：驱动效率高，与工作机连接简便，种类和型号较多，可以满足不同类型机械的工作要求。此外，电动机还具有良好的调速性能，起动、制动、反向和调速的控制简单，可实现远距离测量和控制，便于集中管理和实现生产过程自动化。其不足之处就是要用电源，这对野外工作的机械及移动式机械如钻机来讲，使用受到限制，因为可能有时无电源。

液压马达作动力机时有以下优点：可以获得很大的机械力或转矩。与电动机相比，功率/重量比大，因而运动件惯性相对小，快速响应灵敏度高。液马达还可以通过改变流量来调节执行机构的速度，改变运动速度方便，易实现无级调速。其局限性为：要有高压油供给系统，液压元件加工、装配要求高，易漏油并影响工作效率和工作机械的运动精度。

气动马达作动力机时有以下优点：与液压马达相比，工作介质为空气，易获得、无污染。维护简单，成本低，对易燃、易爆、多尘和振动环境适应性好。其不足之处在于：由于空气可压缩，因而气动马达工作稳定性差，噪音大，输出扭矩不大，只适用于小型和轻型机械。

内燃机作动力时有以下优点：自持能力高（只要备足燃料和油料，可独立工作），功率范围宽。其缺点是：对燃料（柴油或汽油）的要求高，内燃机排气污染。噪音都较大，而且结构复杂，对零部件的加工精度要求较高。不能带负载启动。

在进行机械系统设计时，如何选择动力机的类型，主要从以下三个方向考虑：

1、工作机的负载特性和要求：包括工作机的载荷特性、工作制度、结构布置和工作环境等。

2、动力机本身的机械特性：包括动力机的功率、转矩、转速等特性，以及对工作环境的适应性，要使动力机的机械特性和工作机械的负载特性相匹配。

3、进行经济性比较：包括能源的供应和消耗，动力机的制造、运行和维修成本的对比等。

除上面所说的三个方面外，有些动力机的选择还要考虑对环境的污染，包括空气污染和噪声污染等。例如，室内工作的机械就尽量不要用内燃机作动力机。四：传动系统设计

传动系统的作用是联接动力机与工作机，即把动力机的运动和动力传给执行机构或执行构件。在实际应用中，常用的传动系统有：带传动、链传动、齿轮传动、液力传动、气力传动。

传动系统通常包括以下几个组成部分：变速装置，起停和换向装置，制动装置及安全保护装置。

变速装置是传动系统中最重要的组成部分，它的作用是改变动力机的输出转速和转矩，以满足执行机构的要求；常见的变速装置有以下几种：变速齿轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、啮合器变速机构。

起停和换向装置的作用是控制执行机构的起动、停车以及改变运动方向，那么对起停和换向装置的基本要求是：起停和换向方便省力，操作安全可靠，结构简单，能传递足够的动力。

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电动机实现起停和换向，另一类是用离合器实现起停和换向。选择方案时应考虑执行机构所要求的起停和换向的频繁程度、动力机的类型与功率大小。

制动装置：动构件具有惯性，所以制动停车时不能立即停止，而是逐渐减速后才能停止运动。为节省停车时间，对于起停频繁或运动构件惯性大、速度高的系统，要设置制动装置。制动装置还可用于机械一旦发生事故时紧急停车，或使运动构件可靠地停在某个位置上。机械系统对制动装置的基本要求是：工作可靠、操纵方便、制动平稳、时间短，结构简单、尺寸小、磨损小、散热良好。

常用的制动器有摩擦式或非摩擦式两大类：带式制动器、外抱块式制动器、张蹄式制动器、磁粉制动器 安全保护装置：

有些机械在工作过程中载荷经常变化，并且变化幅度较大，因此可能过载，如这时本身无保护装置的话，应在传动链中设置安全保护装置，以免传动机构破坏。本身具有保护作用的传动链有带传动、摩擦离合器等，而传动链中的安全保护装置常见的有安全离合器或安全销等。当传动链所传递的转矩超过规定值时，安全保护装置中联接件会折断、分离或打滑来停止或限制转矩的传递。常用的有如下几种：

销钉安全联轴器、钢珠安全离合器、摩擦式安全离合器等。另外，从系统的变速形式（是否连续）来看，变速部分可分为有级变速传动和无级变速传动：

有级变速传动系统常有变速齿轮传动、链传动或变速带传动组成。在一定的变速范围内，其输出轴只能得到有限级数的转速。在有级变速传动中最基本的变速装置是二轴变速运动，即在两根轴之间用一个变速组进行传动，二轴变速传动可实现二至四级变速。若要求的变速级数多于四级时，可以采用两个或两个以上变速组串联而成的多轴传动装置。无级变速传动系统：

主要用于下列场合：

（1）要求转速在工作中连续变化；（2）探求机械的最佳工作状态；（3）带负载启动的机械要求在低速启动；

（4）需要协调机械系统中几个执行机构之间的运转速度。无级变速的类型主要有：电力的（直流变速、交流变速）、流体的（液力的耦合器、变矩器、液压变速）和机械的（利用摩擦传动机构实现）。五：执行系统的选择

执行系统是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机器可以只有一个执行部分，也可以有多个执行部分。

常见的可用于执行系统的机构有：连杆机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等，在选用时要根据预定功能的运动形式选择合理的机构来完成预定的运动。六：控制系统的构建

机械系统在工作过程中，各执行机构应根据生产要求，以一定的顺序和规律运动，而各执行机构的开始、结束及其顺序一般由控制系统保证。

机械控制系统的主要任务有：

1）使各执行机构按一定的顺序和规律运动。2）改变各运动构件的运动方向和速度大小。3）使各运动构件间有协调的动作，完成给定的作业环节要求。4）对产品进行检测、分类以及防止事故，对工作中出现的不正常现象及时报警并消除。控制系统的要求: 1）稳定性要求

系统的稳定性是系统的固有特性，系统稳定与否取决于系统本身的结构与参数，与输入无关。若控制系统在任何足够小的初始偏差作用下，其响应过程随着时间的推移逐渐衰减为0，则称该系统具有渐近稳定性。反之，在初始条件影响下，若控制系统的响应过程随时间的推移而发散，输入无法控制输出，则这样的系统为不稳定系统。任何一个系统能进行正常工作的首要条件是系统必须是稳定的。2）响应特性要求

系统的响应特性包括动态特性和稳态特性。

① 动态特性：过渡过程中系统的动态性能常用系统的阻尼特性和响应速度来表征。

② 稳态特性：闭环控制系统的稳态性能用稳态误差表示和度量，它是当t时，即过渡过程结束时，系统的实际输出y(t)与参考输入所调整的期望值yr(t)之间的差值。控制系统的组成：

无论多么复杂的控制系统，都是由一些基本环节或元件组成的。

1）给定环节：给出与反馈信号同样形式和因次的控制信号，以确定被控对象“目标值”的环节。给定环节给出的信号可以是电量、非电量，也可以是数字量或模拟量。

2）测量环节：用于测量被控变量，并将被控变量转变为便于传送的另一物理量（一般为电量）的环节，常用的有电位计可将机械转角→电压信号，测速发电机将转速电压信号，光栅测量装置将直线位移→数字信号。

3）比较环节：比较环节是将输入信号X(s)与测量环节发出的有关被控变量Y(s)的反馈信号B(s)进行比较的环节。

4）校正及放大环节：通常偏差信号很小，为了实现控制，要将偏差信号作必要的校正，然后进行功率放大以便推动执行环节，常用的放大类型有电流放大，电气—液压放大等。

5）执行环节：执行环节用来接收放大信号的控制信号，驱动被控对象按照预期规律运动的环节。执行环节一般是能将外部能量传递给被控对象的有源功率放大装置，工作中要进行能量转换，如把电能通过电机转换成机械能，驱动被控对象作机械运动。七：其他辅助系统的配备

1、操纵系统：是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。操纵系统的作用和要求

操纵系统的作用是完成信号转换，也就是把人施加于机械的信号，经过转换传递到执行系统，以实现机械的起动、停止、转向、变速、变力及制动等目的。

操纵系统虽然不直接参与机械做功，对机械的精度、强度、刚度和寿命没有直接影响，但机械系统性能的好坏，功能完成情况及操作者工作强度等，都与操纵系统有直接的关系。因此，对操纵系统的设计有下列主要要求：

1）操纵轻便省力。尽可能地减小操纵力，这样不但可以减轻操作者的劳动强度，符合人机工学的要求，以提高劳动生产力；同时还可提高操纵系统灵敏度，达到对机械系统的灵活操纵。

2）操纵行程适当。操纵的行程应尽量在保证人体不动的情况下，上、下肢能舒适达到的范围。

3）操纵件定位可靠。操纵件应能长时间可靠地保持在某一操作状态的位置，不能因其它操纵力的作用而改变其操作状态。

4）操纵系统的反馈准确迅速。操纵系统应具有良好的反馈性，使操纵信号准确迅速地反馈给操作者，以便操作者及时判断操作的效果，并作出新的操纵决策。

5）操纵系统应具有可调性。操纵系统应能进行必要的调节，以保证系统的元件磨损后，经过调节仍能达到操纵的效果。

6）操纵方便和舒适。为达到这一要求，不仅要求操纵力和操纵行程的大小舒适，而且操纵件的形状、尺寸、布置位置、运动方向和各操纵件的标记、操纵顺序等都要符合人体状况和动作习惯。

7）操纵安全可靠。操纵系统应保证实现预定的操作功能，防止错误的操纵或操纵失效。

2、机械基础的设计

机械工作时的全部载荷都由它下面的地层承受。受机械载荷影响的那一部分地层称为地基，机械向地基传递载荷的中间结构体即为基础。机械基础应满足下列基本要求

1）强度方面的要求：避免在载荷作用下产生破坏和开裂； 2）刚度方面的要求：避免在载荷作用下产生过大的变形或倾斜； 3）振动方面的要求：避免过大的振动，以免影响机械本身的正常工作及邻近机械、设备等的正常使用；

4）经济性要求：机械基础在满足上述要求的情况下，应有良好的经济性。

机械基础设计的一般规定：

1）基础设计时应取得机械基础的基本资料；

2）机械基础宜与建筑物的基础、上部结构以及混凝土地面分开； 3）当管道与机械连接而产生较大振动时，管道与建筑物连接处应采取隔振措施；

4）当基础的振动对邻近的人员、精密设备、仪器仪表、工厂生产及建筑物产生有害影响时，应采取隔振措施； 5）基础不得产生有害的不均匀沉降；

6）重要的或对沉降有严格要求的机械，应在其基础上设置永久的沉降观测点，并应在设计图中注明要求。在基础施工、机械安装及运行过程中定期观测沉降情况，并作记录。

以上各个环节是整个机械系统设计的基本组成部分，各个环节的内容只是一些基本概念和要求，而在实际的设计过程中，每个环节的设计都有更加细致的过程，设计时需充分而全面的考虑可各方面的因素，在满足各个环节本身的要求的基础上，还要考虑原动机、传动系统、执行系统、控制系统以及辅助系统各个系统作为整个机械系统的组成部分之间的相互联系，以保证在组成整个系统后依然能较好的完成预定的功能要求。

第三篇：机械系统设计实习报告

机械认识实习心得

一、实习的意义和目的工业工程是一门实践性很强的学科，单纯学习理论、原理而不了解企业、不深入企业现场，不到实践中去，就不能真正掌握这门学科的知识。认识实习可以让我们初步了解企业，提高我们的观察能力、理解能力，培养我们的独立思考能力，开发我们的创造能力，强化我们的学习研究能力，都具有重要的意义。

通过这次认识实习，参观惠林机械厂，使我更深入、感性地了解到一些机床设备，零件加工的工艺流程，作为今后的学习或者实习打下了坚实的基础。这次实习是我们工科类的学生较为重要的具有特别意义的活动。认识实习让我们感受到车间的气氛。同时也让我们感受到工人的心情他们的工作需求，使我们更清醒地认识到肩负的责任，使我对机械生产的工艺、流程有了比较形象的认识。对机械零件生产的整个过程有了初步的形象认识，知道一件零件、一个产品是如何一步步加工形成的，也充分体验到了流水线生产的高效和数控机床的便利，揭开了流水线生产的神秘面纱，体会到了科技发展所带来的重大作用。对我们这些未出社会的学生来说，实际工作是一片新的世界。短短的半天内，我们以前学的理论知识经历了一次历练，我们思想认识也一次次地被刷新，视野也慢慢地开阔起来。实习期间的点点滴滴都让我受益匪浅，认识到的内容都将作为自己的知识积累。

二、实习内容

1．对福建惠林机械有限公司的简要认识

福建惠林机械有限公司是集林业、园林、农业机械产品研发、设计、制造、销售与服务为一体的专业公司。该公司系福建省林业厅直属企业，是中国最大的林业、园林机械专业供应商之一。十几年来，公司凭借丰富的市场运作经验及对各类林业、园林专业机型的深刻理解，在引进、提供符合专业需要的户外机型方面，做了大量有益的偿试。

公司拥有一支集海归人员、各类专业专家、教授和高级技师组成的产品研发、设计与制造队伍。以先进的工业设计理念为导向，以CAD/CAM系统的数据传输为手段，以多年生产经验和专业人人员为依托，实现规模化、智能化生产，精心设计适应市场需求的每一款产品。

该公司自1980年创立之始，即致力于走专业化经营之路，主导业务始终定位于为国内林业生产单位和园林绿化部门提供技术先进、操作安全，符合人机工程和环保要求的新机种、新机型。近年来为适应园林、农业产业化发展的需求，公司积极拓展新的经营领域，开辟了园林规划设计、园林绿化工程和管养、农业灌溉工程等经营业务，主导业务已由林业、园林机具专业化经营逐步向设计、规划、工程施工、社会化管养服务多元化经营方向发展。与多个国际性园林、农林业机械厂商携手合作，共同拓展中国林业、园林机械市场，有力地推动了中国林业机械和园林养护机械化的发展，赢得了同行的普遍赞誉，公司自身也获得了长远的发展。公司把客户视为上帝，坚持“诚信、创新、勤俭、和谐”的理念。以分布于国内外地区分公司与代理商的销售平台为保障，方便灵活的销售，优质快捷的服务，来保证客户的需求。以质取胜，以诚取信，公司全体同仁精诚合作，真诚愿与国内外同行携手奋进，共同发展和繁荣祖国的绿化事业。

公司主要产品：马驰宝自走式滚刀割草机、马驰宝怪兽系列割草机、马驰系列宝割草机、马驰宝系列抽水机、马驰宝割灌割草机、马驰宝绿篱修剪机；魔力神系列割草机、魔力神系列割草机、魔力神割灌割草机、魔力神绿篱修剪机、魔力神油锯；惠林农业管理机；FS/2F系列树枝、枝桠粉碎机；惠林系列草坪梳草机、草坪打孔机；英迈格120升/160升/220升/300升系列打药车、中耕机、微耕机；园林手动工具等。

2.马驰宝系列割草机

我们首先接触的就是公司的产品之一马驰宝系列割草机，在学长的介绍下我们对割草机有了笼统的认识，如割草机底盘高度可以调节，割草是依靠高速旋转刀盘上的刀片冲击切割牧草等等。动力机安放在表面，有两个进油口，一个注入机油一个注入汽油，其中机油做润滑作用，汽油起动力作用。割完的草由侧面排出。割草机割草之前，必须先清除割草区域内的杂物，以免损坏打草头，刀片。且都要检查机油油面，看是否处于机油标尺上下刻度之间。冷机状态下启动发动机，应先关闭风门，启动后再适时打开风门。割草机使用后，应对其进行全面清洗，并检查所有的螺钉是否紧固，刀片有无缺损，检修高压帽等。

3.参观割草机装配厂房

待我们对割草机有了笼统的认识后，我们到装配厂房里面参观怪兽式割草机的装配线。割草机的装配生产线平面布置类型为U型，每一个员工负责一个流程。分为大概十几道工序，装配手柄、车轮、贴标等。待到贴标后就直接装箱出厂，一个产品也就完成了。

4.参观零部件生产厂房

之后，我们陆续到各个零部件的生产车间去参观。车间包含了很多我们所学的内容，不仅仅是加工工艺的问题，关键是每一个零件，每一个部分的设计，它的精度，它的要求都是要经过合理的计算设计过程，流水线、检测线、输送生产、及喷涂生产线，一道工序紧接一道，安排紧凑合理。工人师傅们熟练地实用着设备机器。机械就是一门随着时间的推移自身技能逐渐成长的过程，不允许偷工减料，凭的是真材实料。当然我们来参观不仅仅是为了了解专业知识，更准确的说还要让我们的思想成熟起来。正如我们对未知的零件，看到它的形状我们就可以猜测到它的功能，这也是培养一种创新的精神。印象很深的是底盘磨具的锻造，工人师傅手推车将铁水倒入加工设备中，我觉得这个的合理性还欠缺，首先，铁水的高温以及手推车的破旧容易引发事故，威胁生命安全；其次，效率太低，无法适应当今自动化的生产。在工厂里我还了解了塑封包装是将一整块塑料薄膜经加热后再与被包装物接触，这样在冷却的过程中塑料膜就与产品充分接触起塑封的作用。

三、总结

这次认识实习是我大学生活中不可或缺的重要经历，对于我们的专业工业工程的学习受益匪浅。首先在实践中我的知识得到了巩固,思考问题的能力也受到了锻炼；其次，它实习开阔了我的视野，使我对公司在现实中的运作有所了解，不再像以前那样只会纸上谈兵了，工业工程的学习更重要的是要把理论应用到实践中，在商品的生产、零件的装配等生产线、装配线中都要运用工业工程的知识。此外，我还了解了不少资料的搜集整理方法，可以和同学在一起相互交流，相互促进。实习带给我们的不仅仅是经验与体验。

我们对课程有了更深刻认识，对了解机械产品、零部件设备的特点、结构特点以及零部件的工艺，提高对机械产品设计的认识，加深产品设计加工技术在工业各领域应用的感性认识，同时真正看到一个产品从生产到装配出厂的过程，不想是在书本上那么的抽象，看到了员工的操作，使得知识的层面不止是在理论阶段。我们看到了高效率的生产设备，以及高效率的生产线，这些对我们专业来说是非常重要的。我们专业所要从事的就是要通过改善已有的生产方式来提高生产效率，降低成本。

我们即将面临就业，没有人会把需要做的事情点滴细致的告诉自己，更多的时候靠的是自己，所以要有自学能力，不具备这项能力就难以胜任未来的挑战。随着科学的迅猛发展，新技术的广泛应用，我们将接触到很多我们所不懂的领域，只有敢于去尝试勇于创新的人才能有所突破，有所创新。这半天的认识实习带给我们的，不全是我们所接触到的那些操作技能，也不仅仅是通过几项工种所要求我们锻炼的几种能力，更多的则需要我们每个人在实习结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤时自勉，有所收获，使这次实习达到了他的真正目的。

第四篇：机械系统设计概念总结

1)机械工程学科是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论和技术的科学；分为机械学和机械制造 2)机械学：对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基础技术科学；

3)

机械制造：接受设计输出的指令和信息，并加工出合乎设计要求的产品的过程。分为热加工和冷加工。

热：研究如何将材料加工成产品，如何保证、评估、提高这些产品的安全可靠度和寿命的技术科学.冷：研究各种机械制造过程和方法的技术科学；

1)系统：是指由特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即有两个或以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体

二1.2机械系统设计

一、任务：开发新的产品和改造老产品，最终目的是为市场提供

优高效、价廉物美的机械产品，以取得较好的效益。设计角度的种类：完全创新

二、设计的的基本原则和要求 1)

需求、信息、系统（输入输出；三大流）、优化和效益 要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本

三、产品设计、生产过程

1)产品策划（指导性作用）、产品设计、产品生产、产品销售、产品运转、产品报废或回收

2)功能原理方案设计、结构总体设计和技术设计阶段

第二章机械系统总体设计是产品设计的关键，对产品的技术性能、经济指标和外观造型均具有决定性意义

2.1功能原理设计必要功能（基本功能和附加功能）非必要功能 1)定义：针对所设计的产品的主要功能提出一些原理性的构思，即针对产品的主要功能进行原理性设计

2)任务：针对某一确定的功能要求，去寻求一些物理效应并借助某些作用原理来求得一些实现该功能目标的解法原理来。1)输入输出量只涉及物料流、能量流、信号流 2)用来描述产品的功能，内部结构未知

3)

特点：暂时不考虑附加和非必须功能、突出。将这些功能用抽象的形式（）表达，通过抽象化清晰掌握设计产品功能和主要约束条件，从而突出设计中的主要矛盾问题本质

基本的功能单位：功能元：能直接从技术效应及逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位

功能元：物理反映系三大流的基本物理动作、数学：逻辑 结构总体设计任务：将原理方案设计机构化 1)

1、明确原则：功能、工作情况、结构的工作原理

2、简单原则

3、安全可靠原则：构件可靠性、功能可靠性、工作安全性、环境安全性 步骤 1)

初步设计：

1、明确设计要求

2、主功能载体的初步设计

3、按比例绘制主要结构草图

4、检查主、辅功能载体结构5设计结果触屏机选择

2)详细设计1各功能载体的详细设计2补充、完善结构总体设计草图3对完善的结构总体草图进行审核4进行技术经济评分

3)机构总体设计的完善和审核

总体布置设计 1)任务：确定机械系统中各子系统之间的相对位置及相对运动关系，使总系统具有一个协调完善的造型 2)

基本要求1功能合理2结构紧凑、层次清晰、比例协调3充分考虑产品的系列化及发展

总体参数是结构总体设计和零部件设计的依据，参数：性能生产能力、结构、运动、动力；

最高、最低转速的确定；转速相对损失A与公比ψ、变速范围Rn与级数Z；确定公比ψ的原则

执行系统设计要求：保证设计提出的功能目标、使用寿命强度刚度、各执行机构结构合理配合协调

轴静刚度：轴尺寸形状、轴承数量预紧配置、前后支撑距离、前悬伸量、传动件布置、主轴组件的制造和装配质量 导轨：导向和承载3类要求：导向精度及精度保持性（几何和接触精度、刚度、高灵敏度间隙：镶条和压板 传动：独立、集中、联合驱动组成：变速改变动力源的输出转矩和力矩适应执行间的要求；离合器：牙嵌式、齿轮、摩擦片式：减小尺寸、超速、结构因素

起停换向：方便省力、操作安全、结构安全可靠并能传递足够动力：齿轮-摩擦离合器、齿轮换向机构

制动：与离合器互锁、合理确定制动器的安装位置、闸带式制动器的操纵力应作用在松边

安全保护：销钉安全联轴器、钢珠、摩擦安全离合器内联：保证传动精度指各执行末端之间的协调性和均匀性；提高精度原则：缩短传动链、降速传动、合理分配传动比、合理选择传动件、合理确定传动副的精度、教正装置 支承件作用：支撑零件部件、并保持被支撑零部件的相互位置关系及承受各种力和力矩：静刚度、动、热、内应力 变形及刚度:自身、局部、接触 截面积：空心、形状、封闭

操纵系统集中、独立控制操纵系统：操纵件、变送、执行 要求：操纵灵活省力、方便舒适、安全可靠 设计原理方案和机构设计

安全：目的系统运行和人身位置、手段：电气液机械 润滑：减少摩擦损失、工作表面的磨损发热、提高寿命及精度、工作效率冲洗、防腐。

油：粘度、粘温特性、闪点、凝固点脂:表现粘度、针入度、滴点、腐蚀

微电系统特征：微机械中起主导作用力是表面力、微机械并不是传统的模拟缩小、微机械一般采用静电力供能或者使用静电力激励供能。

第五篇：机械系统设计知识点总结

《机械原理》是研究各种机械的组成原理、机器常用机构的运动及动力性能分析与设计、机器动力学等问题的一门主干技术基础课。

系统：由相互之间有机联系的要素组成，具有特定功能的整体。

2,系统具有6个特性：整体性、相关性（结构性和开放性）、动态性、层次性、目的性和环境适应性。整体性是系统所具有的最重要和最基本的特性。

3,任何机械都可以看成是由若干个装置、部件和零件按照一定的结构组合而成的有特定功能的整体，这个整体就机械系统。而组成机械系统的基本要素是机械零件。

4,从实现系统功能的角度出发，机械系统应有以下必备的子系统组成：动力系统、传动系统、执行系统、操纵与控制系统等。

5,传动系统的功能包括以下四项:减速或增速,变速,有级变速和无级变速,改变运动规律或形式。

6,机械系统设计的目的是提供优质高效、物美价廉，应能够在市场竞争中取得优势，能够赢得用户，取得较好的经济效益和社会效益的机械产品。

7,方案设计是机械系统设计的核心环节，方案设计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。

方案设计是一个创造性思维的过程，在进行方案设计时，重要的是要创新，采用新原理、新技术、新机构、新工艺，才能设计出有突破性的新产品。

8任何机械系统都可以看成是实现某种能量流、物料流和信息流传递和转化的装置。

机械系统可抽象为：实现输入的能量、物料、信息和输出的能量、物料、信息转化的机械装置。

9用“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

10技术过程是若干个分过程和工序组合而成的复合过程

11技术系统是实现技术过程各项转化的人为系统。

12功能分解是在系统分解的基础上进行的。对各子系统的功能可逐项分解，直至得到不能再分解的功能元为止。

13系统边界是技术系统功能范围的界限，即内部系统与外部系统的分界

14总体设计必须在方案设计基础上进行。总体设计是机械系统设计第3阶段—内部设计阶段的主要部分，是以后进行系统技术设计的依据.总体布置设计的目的：确定各零、部件的相互位置和运动关系。总体布置设计的原则：简单、合理、经济。保证机械系统内部的能量流、物料流和信息流的流动途径合理，各零部件运动时不产生干涉，是对机械系统总体布置的首要要求

15为保证机械系统能平衡、稳定地工作，就应当尽量使机械系统的质心高度较低，尽量相对于支承对称布置，这对于行走式机械和工程机械尤为重要

17对机械系统的执行系统，应尽量使振动源远离执行系统，采用分离驱动的方法，把电动机和变速箱、主轴箱分置，用有缓冲减振的传动装置将它们联接起来，就可使振源与执行系统隔开.布置执行系统时应首先确定执行构件的位置。工作机械就是机械系统的执行系统。

16载荷是对机械及零部件进行强度、刚度、稳定性、可靠性和寿命计算的依据，也是进行机械系统动力机类型和容量选择时需要考虑因素之一。恒转矩负载特性又可分为两类：位能性负载特性和反抗性负载特性

17周期载荷包含3个要素：幅值、频率和相位角

18确定载荷有3种方法：类比法、计算法和实测法。

19按励磁方式不同，直流电机可分为：他励、并励、串励、复励等形式,按转子转速和旋转磁场转速的不同，交流电机可分为同步电动机和异步电动机。按电源不同，电动机分为交流电动机和直流电动机。

20电动机的机械特性可分为固有机械特性和人为机械特性

三相异步电动机可分为笼型电动机和绕线型电动机。

选择原则：满足使用要求的前提下，交流电动机优先于直流电动机；笼型电动机优先于绕线型电动机；专用电动机优先于通用电动机

21执行系统是由执行构件和执行机构组成。执行构件是执行机构中的一个或几个构件，是执行系统中直接完成功能的零部件。

执行机构是带动执行构件运动所需要的机构,执行系统的作用是传递或变换运动和动力，把传动系统传来的运动或动力进行变换后传递给执行构件，满足其要求。

22执行系统的功能是多种多样的，归纳起来有：夹持、搬运、输送、分度与转位、检测、实现运动形式或运动规律的变换、完成工艺性复杂动作等。夹持功能可分解为：抓取、夹持和放开三个过程。2输送是按给定的路线将工件从一个位置移动到另一个位置

24工程中使用的机械，大都是由若干个基本机构通过各种连接方法组合而成的机构系统—机构组合。

25并联组和:若干个单自由度基本机构的输入构件连接在一起，保留各自的输出运动；或若由干个单自由度机构的输出构件连接在一起，而保留各自的输入运动；或有共同的输入构件与输出构件的连接（称为并行连接）。其特征是各基本机构均是单自由度机构。

26机器的运动循环至少包括一个工作行程和空回行程，有时有的执行构件还有一个或若干个停歇阶段。

27传动系统是位于动力机与执行机构（或执行构件）之间的中间装置，它的作用是将动力机的运动和动力传递给执行机构（执行构件）。传动系统是由运动链及相应的联系装置组成的。

28动力机输出的一般是等速连续的回转运动，而执行系统的运动形式是多种多样的。当两者的运动形式不相同时，要求传动系统能够改变动力机输出的运动形式，以满足执行机构的要求。当两者运动形式相同时，还有转速、转矩是否相同的问题，这就要求传动系统具有减速增矩或增速减矩的作用。

29按传动比变化情况传动系统可分为：固定传动比传动系统和可调传动比传动系统。可调传动比传动又可分为：有级变速传动系统、无级变速传动系统和周期性变速传动系统

30传动系统按驱动形式可分为：独立驱动传动系统、集中驱动传动系统和联合驱动传动系统.按工作原理不同，传动系统可分为：机械传动系统、流体传动系统和电

传动系统。

31常用的离合器按工作原理分有两种形式：啮合式离合器和摩擦式离合器。

32最简单最基本的有级变速装置是两轴变速传动装置，可采用两个或两个以上的两轴变速机构串联的方法，组合成多轴变速装置。