《机械系统设计》教学大纲[最终定稿]

第一篇：《机械系统设计》教学大纲

《机械系统设计》教学大纲 课程的基本描述

课程名称： 机械系统设计 课程编号： 0101D11 课程性质： 专业平台课

Mechanical system design

适用专业： 机械设计制造及其自动化A 教材选用： 侯珍秀.机械系统设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001 总 学 时： 40学时 实验学时： 6学时 学

分： 2学分

理论学时： 34学时 课程设计： 有 开课学期： 第六学期

前导课程： 现代工程制图、工程力学、金属工艺学、电工学、机械精度设计及检测基础、机械原理、机械设计等

后续课程： 数字化网络协同设计技术、现代设计方法、机电产品设计技术等 教学定位

2.1 能力培养目标

本课程主要培养学生以下四个方面的能力：

1、认知和理解需求的能力

能够正确获取和理解机械系统的整体概念及各功能部分的有机组合，掌握机械系统组成、基本要求、工作原理、设计方法和理论计算的能力。

2、机械系统的分析和评价能力

能够综合运用机械设计和制造领域的基本概念、设计要求、原理和方法对机械系统的整体进行分析和评价。

3、机械系统的设计和计算能力

能够综合运用机械设计和制造领域的相关知识，初步具备开发设计性能良好、且具有市场竞争力的机电产品的能力。

4、团队协作和项目管理能力

了解机电产品项目开发的过程、组织、计划和管理等，培养学生具备个人工作与团队协作的能力。

2.2 课程的主要特点

该课程是机械设计制造及其自动化专业的重要专业平台课。它综合前导课程的有关科学技术知识，从系统的观点出发，介绍了机械系统的功能原理和总体设计方法，各子功能部分的组成、基本要求、工作原理、设计方法和理论计算等，结合课程设计等实践教学环节，使学生们掌握机电产品分析、设计和计算的基本技能。

2.3 教学定位

机械系统设计课程教学的任务，在于使学生们学会机械系统的基本分析方法，掌握机械产品的基本设计技能。

通过学习使学生牢固地树立起机械系统的整体概念及各功能部分的有机组合；掌握机械系统的基本设计方法和设计技巧。通过理论教学，使学生能以整机的角度和系统的观点了解机械产品的特点和设计规律，既能学会典型机械系统的设计知识和技能，又能掌握其它产业机械系统整体设计的初步能力；结合课程设计实践教学环节，培养学生具备分析和开发设计性能良好、且具有市场竞争力的机电产品的初步技能。通过该课程的学习为在今后工作中完成机电产品的综合设计打下扎实的基础。知识点与学时分配

3.1 机械系统设计的相关概念和发展历程

机械系统设计概述——基本概念（学时：2学时）

机械系统的概念和组成（了解，核心）机械系统设计的地位和作用（了解，核心）

机械系统设计的任务、设计类型、基本原则（理解，核心）机械设计的发展趋势（了解，推荐）共2学时

3.2 机械系统总体设计

功能原理设计——基础原理（学时：2学时）

基本概念（功能，功能分类，功能元，功能结构）（理解，核心）

设计方法（黑箱法，功能元求解，设计实例）（了解，核心）

结构总体设计——设计概念（学时：2学时）

设计任务和原则，设计步骤，总体布局（理解，核心）

主要设计参数（转速损失，公比，变速范围，级数，标准数列）（运用，核心）

共4学时

3.3 传动系统设计

传动系统概述——需求基础（学时：1学时）

类型及其组成（了解，核心）

有级变速传动系统——设计方法（学时：5学时）

转速图（基本组和扩大组，结构网和结构式，拟定方法和原则，几种特殊情况，扩大变速范围方法）（运用，核心）

齿轮齿数的确定（运用，核心 齿轮的布置与排列（理解，核心）

计算转速——计算方法（学时：1学时）

功率－扭矩特性（理解，核心）

传动件计算转速（运用，核心）

无级变速传动系统——设计方法（学时：2学时）

工作特点（理解，核心）

扩大恒功率区间的方法（运用，核心）

内联传动系统——设计策略（学时：1学时）

误差来源和传动规律（了解，核心）

提高传动精度的方法（内联传动链设计原则）（运用，核心）

共10学时

3.4执行系统设计

执行系统概述——需求基础（学时：1学时）

功能，组成，分类（了解，核心）

执行轴系统——设计方法（学时：5学时）

构成，基本要求，布局（了解，核心）

执行轴（形状，结构，材料及热处理，技术要求）（运用，核心）

执行轴支承（推力支承的配置，支承形式的选择，典型滚动轴承）（运用，核心）

执行轴传动件（典型传动方式，传动件的布置）（运用，核心）

执行轴组件计算（支承刚度，执行轴直径，合理跨距）（运用，核心）导轨——设计方法（学时：5学时）

功能，分类，技术要求（了解，核心）

普通滑动导轨（结构类型，组合方式，适用场合，间隙调整方法，导轨材料的选用和搭配）（运用，核心）

普通滑动导轨计算（受力分析，验算方法）（运用，核心）

其它各种类型导轨（了解，推荐）共11学时

3.5 支承系统设计

支承系统概述——需求基础（学时：1学时）

功用，基本要求，设计步骤（了解，核心）

静刚度——设计概念（学时：2学时）

基本类型，各项静刚度的影响因素，刚度的折算和比较（理解，核心）

支承系统设计——设计策略（学时：1学时）

截面的选择原则（理解，核心）

设计中应注意的若干问题（隔板，加强筋，开口，提高各项静刚度的措施）（理解，核心）共4学时

3.6 控制系统设计

控制系统——设计概念（学时：1学时）

控制系统的作用、分类、组成（理解，核心）典型控制系统的类型及工作原理（了解，推荐）共1学时

3.7 操纵系统设计

操纵系统——设计概念（学时：1学时）

操纵系统的功能、组成、分类（了解，推荐）

主要参数的确定方法，机构结构及原理（理解，核心）共1学时

3.8 其它学时

机动(学时：1学时)实验(学时：6学时)讲授提示及方法

4.1 机械系统设计的相关概念和发展历程

重点：机械，机械系统的相关概念及学科中的位置。难点：学习机械系统设计课程的重要性。

讲授提示与方法：回顾机械工程的发展历程，注重机械系统的整体性，提高学生对机械系统设计的认知程度。

4.2 机械系统总体设计

重点：功能原理设计的基本概念，主要设计参数及其确定方法。难点：各主要设计参数的特点及所适用场合。

讲授提示与方法：强调总体设计在机电产品开发应用中的重要性，强化机械系统的设计方法和步骤；充分利用多媒体课件，多以实例说明解释各概念和各项设计参数。

4.3 传动系统设计

重点：转速图的定义，转速图拟定方法和原则，扩大变速范围的方法，齿轮齿数的确定，功率扭矩特性，传动件的计算转速，无级变速传动系统设计。

难点：拟定转速图的方法和步骤，设备的功率扭矩特性和传动件计算转速的求解方法，无级变速传动系统的设计特点。

讲授提示与方法：引入实例讲解转速图所表示内容和含义，根据转速图拟定原则“口诀”结合实例讲授转速图的拟定方法和步骤，注重讲解传动齿轮齿数配齿表的使用特点，比较设备功率扭矩特性特点和调速电动机功率扭矩特性关系讲解无级变速传动系统的设计方法和特点；讲授中充分利用多媒体课件。

4.4 执行系统设计

重点：执行轴，执行轴支承，执行轴传动件，执行轴组件计算，普通滑动导轨，普通滑动导轨计算。

难点：执行轴组件的计算，滑动导轨计算中力学模型简化过程和叠加。

讲授提示与方法：引入工程力学中弹性模量、惯性矩、角应变、强度和刚度等相关概念，考虑实际工作中的摩擦、发热、受力、变形和振动等因素影响，结合工程结构实例分项分析、比较和总结（或经过理论推导和计算），得出结论。

4.5 支承系统设计

重点：静刚度的基本类型及影响因素，截面的选择原则，设计中应注意的若干问题。

难点：提高支承系统静刚度的方法和措施。

讲授提示与方法：采用由浅入深、循序渐进的讲解方式，由支承系统的受力分析入手，通过支承系统受力变形引出各项静刚度的概念，结合支承系统的典型结构形式和截面的选择原则阐明提高各项静刚度的方法和措施。

4.6 控制系统设计

重点：控制系统的作用、典型控制系统的类型。难点：控制系统在机械系统中的作用。

讲授提示与方法：明确控制系统的功能，讲授中应注重相关课程知识的联系，指明控制系统有多种形式。

4.7 操纵系统设计

重点：摆动式操纵机构。

难点：摆动式操纵机构的定位、行程和干涉。

讲授提示与方法：明确操纵机构的功能；讲授中充分利用多媒体课件，结合实际结构讲解摆动式操纵机构设计。习题与实验设计

5.1习题设计

由于本课程主要讲述机械系统的基础设计理论和设计方法，因此本课程的作业应以综合性分析和设计题目为主，使学生综合运用教师在课堂上讲述的设计理论和设计方法来解决机械系统的实际设计问题。习题主要有计算习题、分析习题和思考习题三种形式。习题涵盖的主要方面包括：

1、机械系统设计的基础概念练习；

2、机械系统主要参数计算和确定；

3、转速图的拟定、配齿和传动件计算转速的确定，已知传动系统的分析与计算；

4、执行轴的结构分析和执行轴组件的计算；

5、导轨的结构选择、受力分析和验算应用；

6、静刚度的概念和影响因素，支承系统结构分析。

通过上述作业的练习使得学生们加深对课堂教学的理解，加强学生们对机械系统的分析、设计和计算能力，同时可反映学生对知识的掌握程度，针对存在的问题进行课堂教学的改进。

5.2 实验设计

实验项目共3项，合计6学时。实验

一、传动系统分析（2学时）实验类型：综合性实验；

实验内容：观察典型的传动系统，绘制传动系统图和转速图，分析传动系统中基本组和扩大组选用，及各传动轴的位置和布置；

实验目标：使学生深化对不同类型传动系统的理解，增强对传动系统的感性认识，掌握传动系统的分析方法，培养学生的工程分析能力。

实验

二、执行系统静刚度检测与分析（2学时）实验类型：设计性实验； 实验内容：设计执行系统静刚度的检测方案，在不同载荷下分别检测并记录执行系统的变形量，学习执行系统静刚度的分析方法；

实验目标：使学生掌握静刚度的检测方法，熟悉静刚度对执行系统的影响，增强实际操作和团队协作的能力。

实验

三、机械系统的振动、温升检测与分析（2学时）实验类型：验证性实验； 实验内容：检测设备的振动和温度变化，根据机械设备的结构特点分析振动和热量产生的原因和传播途径，学习机械的振动和温度的测量和分析方法；

实验目标：使学生掌握现代化检测与分析的原理，熟悉实验数据的采集和处理方法，达到加深教学内容和提高学生实际操作能力的目的。考核与成绩记载

6.1 考核的方式及成绩的评定。

学生成绩的构成：平时成绩占总成绩的30%，期末成绩占总成绩的70%。

平时成绩的构成：上课出勤占平时成绩的1/3，作业占平时成绩的1/3，实验占平时成绩的1/3。

期末成绩：闭卷笔试。

6.2 考题的设计

考试题分为以下三类，重点考察学生对基本概念、基本方法、基本技术的掌握和综合运用。

1、概念、判断、计算题

重点考察学生对基本概念的掌握程度，基本设计技法的理解，基本计算的应用。其基本形式包含：填空题、判断题、简答题等。约占60%

2、综合分析题

重点考察学生综合运用基本原理分析问题和解决问题的能力。约占20%。

3、传动系统设计、运算和分析题

重点考察学生设计和分析传动系统及拟定转速图的能力。约占20%。

第二篇：机械系统设计课程考核

机械系统设计课程论文基本要求

1.成绩组成：

课程论文（系统综合设计与分析）：35分 课后作业：10分 大作业：10分 课堂：10分 实验：20分 读书工程：15分

2.课程考核方式：课程论文 命题类型：设计类、分析类 3.设计类论文基本要求：

（1）题目可从给定题目中选择（见附录1）或者自拟；

（2）按模板要求的内容撰写，可对内容扩充，但不能减少；（3）A4打印，封皮姓名处签字；

（4）抄袭视为违纪，总成绩计0。注意：雷同者双方总成绩均为0。4.分析类论文基本要求：

（1）题目自拟，所选系统必须具有精巧的机构或工作原理新颖，否则成绩不及格；（2）按模板要求的内容撰写，可对内容扩充，但不能减少；（3）A4打印，封皮姓名处签字；

（4）抄袭视为违纪，总成绩计0。注意：雷同者双方总成绩均为0。4.读书工程

阅读指定书目《机械创新设计》主编：丛晓霞（见附件），针对全书或较有收获的章节，写出自己的心得和收获之处。正文不少于3000字(3页)，A4打印，封皮姓名处签字。模板见附件。

附录1 设计类题目： 1.小型切片机机构设计

可将土豆、红薯、莲藕等食品进行切割成片状，片厚可调。2.火灾高层逃生装置机构设计

试设计一高层建筑火灾逃生装生装置 发生火灾时可以借助其安全逃生。要求该装置具有匀速下降功能，不受人体重量不同的影响，不以电能力动力，便于操作。3.回收易拉罐空瓶装置机构设计

设计一种可以回收易拉罐空瓶的装置，每当将一易拉罐空瓶塞入该装置后能自动吐出一角硬币。要求结构合理、无需电力供应。4.手动钻孔工具机构设计

设计一手动金属钻孔装置，完全依靠手动实现金属钻孔过程。要求操作方便、省力、结构合理、体积小、外型美观。5.硬币分拣装置机构设计

设计一硬币分拣装置，该装置能将不同面值的硬币分拣并打包。要求体积小、外形美观、操作方便，且具有显示功能。6.电杆爬升装置机构设计 设计一新型电杆爬升装置，用于帮助电力工人攀爬电杆，要求该机构具有结构简单、重量轻、操作方便、使用可靠、攀爬速度较快等优点。7.水果削皮器机构设计

设计一种新型的水果削皮器，要求原理新颖、结构简单、外形美观、操作方便、效率高、具有市场竞争优势。

8.苹果分级系统机构设计 可将苹果按大小分级。

9.球形滚动机器人机构设计

设计一种球形滚动机器人 要求其具有定向、转向、停止等功能，以球形为外形，设计确定其内部结构、工作原理。10.自动售报机机构设计

设计一种可以放置于公共场所自动售报纸的机器（装置），顾客投入（推入）一枚硬币就可以自动弹出（送出）一份报纸。11.爬楼梯运输装置机构设计

设计一种爬楼梯运输装置 用于向楼上搬运小型货物 代替人肩扛和手提。该装置要求结构简单、成本低、可折回等特点。12.蚯蚓运动式爬行器机构设计

设计一种类似蚯蚓爬行原理的运动装置 可以实现在平面及管道内的爬行，要求结构简单、成本低、机构原理新颖。

13.停水后来水自动关闭水龙头设计

设计一种新型的水龙头 能够在停水后打开状态下来水自动关闭 起到安全保护作用。14.环保型手推式草坪的草机机构设计

设计一种手推式草坪的草机 该机器要求结构简单、无须电力驱动、无污染、成本低、操作方便。

15.球形滚动机器人机构设计

设计一种球形滚动机器人 要求其冥有定向、转向、停止等功能 以球形为外形 设计确定其

内部结构、工作原理、动力输人方式。16.面包切片机机构设计

设计一机构，可将长方形或圆形面包切成片状，片状厚度可调，面包店使用。17.啤酒瓶外壁清洗机机构设计

可成批量的清洗啤酒瓶外壁，要求有上下料机构。18.啤酒瓶内部清洗机机构设计

可成批量的清洗啤酒瓶外壁，要求有上下料机构。19.花生红衣脱皮机机构设计

完成均匀入料、脱皮、清选分离等工作。20.道路冰雪清除设备

可对冬季道路上的结冰进行破除、清扫、收集等工作。21.室内爬绳运动机构设计

爬绳运动是增强体质的有效方法之一。设计的室内爬绳机可自行调节攀爬速度，可随时停止。22.简易跑步机

无动力输入，可模拟跑步时的后登力且力大小可调 23.简易洗衣机运动机构设计 适用于校园使用，动力为人力且施加一个恒定方向的转动，具备洗衣（低速）和脱水功能（高速）。要求在一个洗衣循环内，滚筒完成正反各一次运动，即输入为一个恒定转向的转动，输出应为正反转。

24.螺帽与螺钉的自动输送及旋紧机构

将分别整列好的螺帽、螺钉按对旋紧在一起。25.螺帽整列机构设计

将一箱杂散螺帽按筒（垂直）整列，每筒10个螺帽。26.六角头螺栓整列机构设计

将一箱杂散螺栓整列，呈螺栓头朝下、杆朝上状态，且被固定。27.小型振动平台机构设计

振幅连续可调：0~5mm；频率:5Hz

第三篇：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。

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。