机械系统设计知识点总结

第一篇：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。

第二篇：机械系统设计--课程知识点考点总结

机械系统设计——课程资料整理

机械系统设计总结

1.机械是机构和机器的统称。机械零件是组成机械系统的基本要素。人与机器组成了生产中的最基本单元。

2.系统是指具有特定功能的 相互间具有有机联系的若干个要素所组成的一个整体。

3.系统可以分为两种：流系统（柔性连接），结合系统（刚性连接）。

4.机械系统的定义：任何机械都是由若干装置 部件和零件组成的一个特定系统，是一个由确定的质量 刚度和阻尼的物体组成的，彼此有机联系的，并能完成特定功能的系统。

5.机械系统的组成：动力系统 传动系统 执行系统 操作控制系统 框架支承结构系统 润滑系统等子系统组成。机械零件是组成机械系统的基本要素。

6.内部系统：机械本身构成的系统外部系统：人和环境构成的系统

7.现代机械系统：由计算机信息网络协调与控制 用于完成包括机械力 运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统。

8.从系统类型来看，机械系统本身通常为结合系统。

9.机械系统特性：集合性 整体性 相关性 目的性 环境适应性。

10.整体性是系统所具有的最重要和最基本的特性。

11.动力系统包括动力机及其配套装置，是机械系统工作的动力源。按能量转换

性质的不同，动力机可分为一次动力机和二次动力机。一次动力机是把自然界的能源转变为机械能的机械，如内燃机 汽轮机 水轮机等。二次动力机是把二次能源（如电能 液能 气能）转变为机械能的机械，如电动机 液压马达 气动马达等。动力机输出的运动通常为转动，而且转速高。

12.选择动力机时，应全面考虑执行系统的运动和工作载荷 机械系统的使用环境和工况 工作载荷的机械特性等要求，使系统既有良好的动态性能，又有较好的经济性。

13.执行系统包括机械的执行机构和执行构件，是利用机械能来改变作业对象的性质 状态 形状和位置，或对作业对象进行检测 度量等，以进行生产或达到其他预定要求的装置，根据不同的功能要求，各种机械的执行系统也不同，而且对运动和工作载荷的机械特性要求也不同。

15.执行系统通常处在机械系统的末端，直接与作业对象接触，其输出也是机械系统的主要输出。因此，执行系统工作性能的好坏，直接影响整个系统的性能，执行系统除应满足强度、刚度、寿命等要求外，还应充分注意其运动精度和动力学特性要求。

16．传动系统是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置。

17．传动系统功能：减速和增速、变速、改变运动规律或形式、传递动力。

18．当使用动力机变速不经济、不可能或不能满足要求时，通过传动系统实现变

速（有级或无级），以满足执行系统多种速度的要求。

19．如果动力机的工作性能完全符合执行系统的要求，传动系统可以省略，而将

动力机和执行系统直接连接。

20．框架支撑结构系统包括基础件和支承构件，它是用于安装和支撑动力系统、传动系统、执行系统和操纵系统等，是机械系统中必不可少的部分。机械中各部件之间的相对位置及位置精度、运动部件的运动精度、机械系统承载的能力等主要依靠支撑系统来保证。

21．操纵系统和控制系统都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调运

行，准确可靠地完成整机功能的装置，二者的主要区别是操纵系统指通过人工操作来实现上述要求的装置，通常包括起动、离合、制动、变速、换向等装置。控制系统是指通过人工操作或测量元件获得的控制信号，经由控制器，是控制对象改变其工作参数或运行状态而实现上述要求的装置，如伺服机构、自动控制装置等。良好的控制系统可以使机械处于最佳运行状态，提高其稳定性和可靠性，并有较好的经济性

22．机械系统的功能要求：运动要求、动力要求、体积和和重量要求、可靠性和

寿命要求、安全性要求、经济性要求、环境保护要求、产品造型要求、其他要求。

辅助系统：支撑系统、冷却润滑系统、通风除尘系统、照明系统。

23.机械系统设计的任务是开发新的机械产品和改造老的机械产品

24.机械系统设计中，创造性是最基本的特点，最优化是最终目标的要求

25.机械系统设计的原则：满足需要原则、可靠性原则、经济合理原则、标准化原则、安全性原则

26.从设计角度出发，实现经济合理原则有以下几个方面措施：合理确定可靠性

和安全系数、采用新技术、改善零部件结构工艺性、提高产品的效率、合理确定经济寿命

27.零部件结构工艺性包括铸造工艺性、锻造工艺性、冲压工艺性、焊接工艺性、热处理工艺性、切削加工工艺性和装配工艺性

28产品的质量事故有50%是出于设计失误造成的产品的成本60%~70%以上取决于设计

29.良好的工艺性是减小劳动量、提高生产率、缩短生命周期、降低材料消耗和制造成本的前提，也是实现设计目标、减少差错、提高产品质量的基本保证

30.标准化的水平，是衡量设计现代化程度的一个重要标志

31.标准化通常包括产品标准化、系列化和通用化

32.机械工业的技术标准有以下三大类：基础标准、方法标准、产品标准

33.国际标准主要是指国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC两个国际性的标准化机构公布的标准

34.机械系统的安全性包括机械系统执行与其功能的安全性和人—机—环境系统的安全性

35.机械系统执行预期功能的安全性是指机械运行时系统本身的安全性，如满足

必要的强度、刚度、稳定性、耐磨性等要求

36.设计上可归于四大类：环境设计、系统设计、产品设计、零件设计

37.常用零件的设计，如标准件（紧固件）或通用件（联轴器），设计时只需注意

规格的选择以及互换性要求

38.从有无样机可参考的角度，机械设计分为三类：开发性设计、适应性设计、变形设计

39.传统设计是指经验设计和半理论半经验设计

40.机械系统设计一般程序：拟定计划、方案设计、技术设计、施工设计

41.机械系统设计一般分为三个阶段：功能原理设计阶段、实用化设计阶段、商品化设计阶段

42.结构设计的基本原则：明确、简单、安全可靠

43.简单是指整机、部件和零件的结构，在满足总的功能前提下，尽量力求结构

形状简单、零部件数量少。

安全技术可分为：直接安全技术法、间接安全技术法和提示安全技术法

直接安全技术法主要遵循下列三个原理：安全存在原理、有限损坏原理、冗余配置原理

设计结构的基本原理：任务非配原理、自补偿原理、传递原理、变形协调原理、力平衡原理、等强度原理、稳定性原理。

常见的自补原理的应用形式有三种：自增强、自平衡、自保护

方案设计有三种基本活动组成：创造、分析、决策

方案构思常见的方法：黑箱法、列举法、移植法、筛选法

设计任务抽象化的目的是为了确定产品的总功能

明确任务之后，把一个机械系统抽象为三个基本要素：能量、物料、信息

任何功能结构图，都有下面三个结构形式组成：串联结构、并联结构、循环结构（四路结构）

功能结构图与功能分解图最重要的区别在于：功能结构图体现了功能与分功

能之间的关系

54根据机构在运动转换中的功能，可以把各种机构分成五类：实现运动形式的变换的机构；实现运动合成与分解的机构；实现运动轴线位置变换的结构；实现转速变换的结构；实现运动分支、链接、过载保护等其他功能的结构。

55.在方案设计过程中，应考虑下列因素：机械的结构尽可能简单、机械系统的运动链要短、所包括的运动件和运动副尽量少、机械的尺寸要紧凑、传动条件要好、惯性力利于平衡

56.机械系统的总部局的基本要求;保证工艺的过程的连续和流畅；降低质心的高度、减少偏置；保证精度、刚度及抗振要求；充分考虑产品系列化的发展要求；结构紧凑，层次分明；操作、维修、调整简便；造型合理、实用美观；提高人机系统整体的效能

57.传动系统的布置：简化传动链；合理安排传动机构顺序；注意传动系统的润

滑和密封的可靠性

59.机械系统安全可靠的工作,基本条件:组成机械系统的零部件应该具有足够的强度,刚度和稳定性.

第三篇：集美大学 机械系统设计期末知识点总结

系统是指具有特定功能的，相互间具有有机联系的诸多要素组成的一个整体

机械系统：由若干机械要素组成，彼此间有机联系完成特定功能。

1系统的特性：1 目的性 2 整体性 3相关性 4环境适应性。

2系统的组成：1动力系统2传动系统 3执行系统 4控制系统 5支承系统.3系统的6个原理：1整体性原理 2结构性 3开发性 4动态性 5层次性 6目的性

4机械系统的基本要求：1功能要求 2性能要求 3可靠性要求 4工作效率 5适应性 6经济性7寿命要求 5系统的一般设计过程：市场需求-产品策划-产品设计-产品制造-产品销售-产品运行-产品报废与回收 6机械系统设计的前沿设计：模块化设计，协同设计，绿色设计，虚拟设计，动态设计

7设计类型：开发设计，适应性设计，变异设计

8总体设计的原则：1需求原则 2信息原则 3系统原则 4简单原则

9总体设计的内容：1原理方案设计 2确定参数 3总体结构设计 4分析与评价

10工业技术系统处理对象：能量物料信息

11待设计系统的功能：变换传递 保存

功能元：是指能够直接从技术效应和逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位，是产品功能的基本单位，是产品功能分析的基本单元（物理功能元，数学功能元,逻辑功能元）

12总体布置的基本要求：1功能要求 2性能要求 3结构要求 4工艺要求 5使用要求

13主要技术参数的确定：1尺寸参数2 运动参数 3 动力参数

14创新技法：类比创新法，组合创新法，头脑风暴法，TRIZ法

15方案评价的方法：加权评价法价值工程评价法 模糊评价法（单因素，多因素）

传动系统的功能：1实现从动力源到执行件的升降速功能 2实现执行件的变速功能 3实现执行件运动形式和运动规律的变化功能 4实现对不同执行件的运动分配功能 5实现从动力源到执行件的动力转化 16传动系统的类型：分级变速传动系统 无级变速传动系统定比传动系统

17传动系统的组成：变速装置 启停和换向装置 制动装置安全保护装置

18扩大传动系统的变速范围1 增加传动组 2采用分支传动3采用背轮机构 4采用混合公比

19系统结构设计的原则：1从内到外 2从主到此3从局部到整体4从粗略到详细

20执行系统的功能：1传递和输出所需要的运动2传递和输出所需要的动力3实现运动形式和运动规律的变换 4完成预定的辅助功能

21执行系统的组成：1执行末端件：执行系统中直接完成工作任务的零部件完成一定动作

2执行机构：驱动执行构件，传递变换运动和动力以满足执行构件要求

22箱体轴线布置：1平面布置 2三角布置 3轴线互相重合布置

23支撑件的静刚度：1自身刚度 2局部刚度 3接触刚度

24支撑件的截面形状：1 圆形截面扭转惯性炬较大 矩形截面弯曲惯性矩较大 2空心截面可以增大惯性矩3封闭结构的惯性矩比未封闭的大

25支承件的结构：1隔板 2加强筋 3窗孔 4连接结构

26设计支撑件时在满足使用要求的前提下应尽量便于铸造 焊接 加工和装配

27提高支承件动态性能的措施：1提高支撑件的静刚度 2增加支撑件的阻尼

28转速图的拟定原则：1前多后少 2 前密后疏 3 “升2降4”原则 4 前慢后快

超速现象：当一条传动路线工作时，在另一条不工作的传动路线上传动件出现高速空转的现象。危害：加剧齿轮和离合器磨损及噪声，增大空载损失

29载荷的确定方法：1 类比法 2实测法 3计算法

设计带式制动器时，应使拉紧力作用在制动带的松边。

原因：1装在转速高的传动件上，可使结构尺寸小些 2装在靠近执行机构的传动构件上能使传动链中其他传动构件避免过载运行 3因此应该放在靠近执行机构且转速高的传动体上

30控制系统的组成：1发令环节 2 执行环节3转换环节

31总体主要参数的确定：1尺寸参数2运动参数3动力参数4重量参数5性能参数

11.从控制系统的原理来看控制系统由3个环节组成，发令环节，执行环节。

12.系统的产生有生核，合并，因果，自繁，外力等五种形式。

13.在导轨副中，运动的一方称为动导轨，不动的一方称为支承导轨。

14.提高支承系统热特性的措施有均热，采用“热对称 ”结构，散热和隔热。

1.设计对象的四个共性

1）具有确定的技术过程。

2）具有接受和转换物料、能量与信息状态的功能。

3）由许多要素集成。设施、设备、机器、零部件、元器件等。

4）由人规划、设计、加工、建立和使用

2.简述系统的三个定律

系统论第一定律：系统的属性种类总是多于组成它的各个事物在孤立状态时的属性种类 之和，对于可

量度的某具体属性的值，系统可能起到放大或缩小作用，也可能不发生变化，究竟起何作

用取决于该属性的本质、系统的结构以及系统内协同作用的强弱。

系统论第二定律：在保证实现环境允许系统达到的功能的前提下，整个系统对空间、时间、物质、能

量和信息的利用率将趋于最高。

该定律又称之为五率最高原则。

系统论第三定律：不同的系统在某种意义上存在着一定程度的相似性，从一个系统上得出的规律，可

以推广或还原到与之相似的其它系统上去

4.先进设计与常规设计的比较

设计对象：先进技术考虑了人、机、环境的相互协调，从而发挥产品的最大潜力或提高系统的有效性。

工业设计、人因设计、生态设计等方面的设计成果不胜枚举。

设计过程：先进设计在手段、方式和内容上发生了质的变化。它充分采用计算机、自动绘图和数据库

管理等技术，大大提高了数据的准确性、稳定性和效率，且使修改设

计十分方便。它由过去的串行设计发展为并行工程，正在向全程自动化设计发展。

设计方法：先进设计的指导思想由过去的经验、类比方法提高到逻辑的、理性的、系统的新设计方法。它广泛采用系统化设计、创新设计、智能设计和虚拟设计等，使设计水平有了质的飞跃。其中不少技术已日趋成熟，并得到广泛的应用。

技术系统设计过程规律性：抽象到具体发散到收敛 继承到创新定性到定量 部分到整体 常用动力机：电动机，液压马达，气压马达，内燃机

执行机构的功能：1施力2夹持3搬运和运输4分度，转位与定位 5检测 6复杂动作

操作环境的不安全因素：1）机械系统的干扰：来自被操作的机械和周围的其它机械

2）自然环境的干扰： 3）操作者的干扰：来自操作者的不安全因素包括人体健康、心情、情绪以及由此而造成的生理或心理的不良变化

 功能修正量：穿鞋着衣产生的各方向尺寸变化量（高度、围度等）；人体姿态不同产生的变化量；为了确保产品功能的修正量。

 心理修正量：为了消除空间压抑感、恐惧感或为了追求美观等心理需求而作的尺寸修正量。支承系统的基本要求：

 足够的静刚度：支承件在静载荷作用下抵抗变形的能力。

 较好的动特性：抵抗振动的能力。

 良好的热特性：要求支承件的热变形较小或均匀。

 最小的内应力：内应力会引起支承件的变形

 良好的结构工艺性和合理的结构布局

 提高支承系统热特性就是设法减少热变形，特别是不均匀的热变形，以及降低热变形对加工精度的影响。

 散热和隔热

 均热

 采用“热对称”结构



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。