哈工大机械系统设计第一章

机械系统设计主讲:郭景哲教学目的机械系统设计是学生学习技术基础课后，机电一体化学生的必修课之一，它在培养学生的工程意识、创新思维、运用规范的工程语言和技术信息解决工程实际问题的能力方面，具有重要作用。通过学习本课程让学生在学习技术基础课后掌握机械系统的组成，设计过程和方法，其任务是开发新的产品和改造老产品，最终目的是为市场提供优质高效，物美价廉的机械产品，以取得较好的经济效益主要内容学时分配第一章绪论(2学时)第二章机械系统总体设计(4学时)第三章执行系统设计(4学时)第四章传动系统设计(2学时)第五章支撑系统设计(2学时)第六章价值分析(2学时)第七章操纵系统及安全系统设计(2学时)第八章润滑系统设计(2学时)第九章绿色设计及微系统简介(2学时)参观,实验(4学时)总结(2学时)考试(2学时)考试成绩平时出勤等占20%期末考试(闭卷)80%第一章绪论本章重点:1.机械系统设计的基本原则和要求2.机械系统的组成3.产品生产过程和寿命阶段流程图4.机电一体化概念及工业三大要素5.现代设计方法的主要内容1.1机械系统设计在机械工程科学中的地位和作用一.机械工程科学---研究机械产品(或系统)的性能,设计和制造的基础理论与技术的科学.包括:机械学-功能综合定量描述,控制其性能机械制造学-研究机械制造系统及过程手段设计为核心,制造为基础.反之可出现:用先进的设计技术设计出”质量很差的先进产品,或用先进的制造技术生产出”落后的高质量产品”两者不能偏废.电子学力学数学材料科学计算机科学环境科学管理科学生命科学信息科学机械学机械设计过程信息加工过程材料流机械制造机械制造过程材料的变形和质变信息流能量流工艺学两种基本设计思想示意图机器人人机器工作位置环境环境工作位置人机工程学研究机械系统与人和周围环境关系的科学提问学生:机械系统与人的关系例子机械系统与环境的关系例子环境污染包括什么?机械制造:冷加工和热加工热加工:1.将材料加工成一定形状和尺寸的机器部件2.在加工中保证或改进材料的内部组织,化学成分和加工性能3.研究发展机器部件所需的本体材料或其表面层4.研究机器部件的疲劳,蠕变,断裂韧性,应力腐蚀,寿命等问题5.研究加工工艺,加工装备及自动流水线crackdetection按方法可分:铸造,锻造,焊接,金属热处理,无损探伤,表面工程机械制造:冷加工和热加工冷加工:1.机械加工和装配工艺过程的生产装备及其自动化,集成化与智能化2.机械加工和装配工艺的过程和方法3.机械制造(冷加工)的基础理论二.机械,系统,机械系统机械:1.须由两个以上的零部件组成2.这些零部件中的运动部件,应按照设计要求作确定的运动3.把外来的能源变为有用的机械功系统:具有特定功能的,相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体系统的特性1.目的性2.相关性与整体性3.环境的适应性三.机械系统的组成动力系统传动系统执行系统POWERDRIVEEXECUTIVE操纵系统和控制系统OPERATEANDCONTROLL支承系统SUPPORT系统边界润滑冷却密封安全等系统BORDERLUBRICATECOLDSEAL四.机械系统的地位及作用人生活的任何地方都有机械系统.只是简单复杂不同而已.人体和机电一体化系统的五大要素:内脏动力五官头脑手脚检测控制执行传感器计算机支承(机构)骨骼1.2机械系统设计的任务,基本原则及要求一.任务和类型任务:开发新产品,改造老产品,提供物美价廉的机器产品,以取得最高经济效益.类型:1.完全创新产品无任何参考资料2.适应性设计局部变更3.变异性设计结构配置和尺寸改变二.机械系统设计的基本原则及要求1.原则:A需求原则B信息原则C系统原则D优化,效益原则2.设计要求A功能B适应性C可靠性D生产能力E使用经济性F成本三.产品设计,生产过程市场需求—产品策划—产品设计—产品生产—产品销售—产品使用—产品报废或回收功能原理方案设计阶段明确任务要求(设计任务书要求明细表)功能分析搜寻解法方案综合评价决策确定最佳原理解,画出原理图结构总体设计阶段功能面变形,连接变形,材料变形定材料,尺寸评价最佳结构总装配图技术设计阶段部件装配图零件图各种技术文件(零部件图样技术文件)试制机械产品成本材料费用工资附加费用价格工序数量生产量数量质量工序时间设备数量质量利用程度工人技术级别生产管理水平设计简化安全系数零件结构制造方法1.3机械系统设计方法一.机械系统的设计方法传统的设计方法现代设计方法静态半理论,半经验动态,科学,计算机化性质偏重技术偏重功能目标,技术,经济-和社会环境综合一起思维结构的收敛性总功能目标的发散性思维方法满足限定约束条件多元性全优化手段图版,计算器等手工计算机绘图,集团分工合作对象局限在零件和结构上系统的全局构成,包括造型等工况按确定工况与静态考虑随机工况,模糊性,复杂细解评价单项,手册标准(强度,成本等)科学的模糊综合评价现代设计方法主要内容信息论方法INFORMATION信息分析法,技术预测法系统论方法SYSTEM人—机工程,系统设计法控制论方法CONTROLL动态分析设计法优化论方法OPTIMIZE优化设计法是现代设计的目标对应论方法CORRESPONDING相似设计法智能论方法INTELLIGENTCADCAM等寿命论方法LIFE可靠性设计,价值工程等离散论方法DISPERSE有限元和边界元分析设计法模糊论方法BLURRED,DIM模糊设计法突变论方法创造性设计等艺术论方法ART现代设计方法与相关科学技术的关系政治社会学心理学经济学自然科学-工程科学-现代设计方法-工程技术—生产工业设计工艺品设计艺术1.4机电一体化一.概念:在机械的主功能,动力功能,信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合构成系统的总称.二.组成工业的三大要素:物质,能量,信息旧的三要素—变换,传递,储存—新的三要素变换-可能是加工,处理,储存—保持,存储,记录传递---运输,移动机电一体化系统的构成要素及其功能干扰废弃物输出物质能量信息新三要素计测功能动力功能控制功能动力输入控制输入控制输出主功能(变换,传递,储存)数控机床构成要素示意图计算机数字控制装置接口控制器计算机数字控制装置接口动力源驱动源刀库机床主机位置检测传感器工业机器人执行元件机构三.发展机电一体化技术的基础人才人力技术组织管理需求财力物力政策法规信息处理技术微机及微电子技术电力电子变换技术信息处理技术机械工程系统设计制造技术系统总体技术精密机械技术实验模拟技术材料科学技术自动控制技术伺服驱动技术检测传感技术基础元件技术人才和人才培养经济基础技术基础机电一体化技术与产品物资器材基础技术设计测试制造工艺标准资金社会环境政法管理组织管理需求和社会服务四.机电一体化的共性关键技术1.检测传感技术2.信息处理技术3.自动控制技术4.伺服驱动技术5.接口技术6.精密机械技术7.系统总体技术