10章概念设计13讲-总体

先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计1先进设计系统机械系统设计•第8章生产线•第9章需求设计•第10章概念设计•第11章详细设计•第12章设计评价•第13章创新设计•第14章虚拟设计•第15章智能设计先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计2第10章概念设计10.4总体设计10.4.1总体设计的意义与内容10.4.2总体布置设计10.4.3总体主要参数的确定10.4.4总体设计的技术文件与总图先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计310.4.1总体设计的意义与内容•1.总体设计的意义•2.总体设计的内容先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计41.总体设计的意义•总体设计(Overalldesign)是运用先进科学技术的理论和方法，对大型工程项目体系的总体方案和总体技术途径的设计，以期确保项目在规划、设计、制造和运行各阶段的总体性能最佳。•总体设计要把初始要求变为众多研制参加者的具体工作。•总体设计是进行系统技术设计的依据。总体设计给具体设计规定了总的基本原理、原则和布局，指导具体设计的进行。对产品的性能、尺寸、外形、质量及生产成本具有重大影响。•总体设计对必须在保证实现己定方案的基础上，尽可能充分考虑与人—机—环境、加工装配、运行管理等外部系统的联系，使内部系统与外部系统相协调和适应，以求设计更臻完善。•在设计的中、后期，总体设计人员仍有大量工作要做，只有把总系统的观点贯穿于全过程，才能保证最后的成功。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计52.总体设计的内容⑴系统的原理方案的构思⑵结构方案设计⑶总体布局与环境设计⑷主要参数及技术指标的确定⑸总体方案的评价与决策先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计62.总体设计的内容图10-1总体设计的基本步骤先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计710.4.2总体布置10.4.2.1总体布置的基本要求10.4.2.2总体布置的注意事项10.4.2.3总体布置实例先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计81.总体布置的基本要求（1）保证工艺过程的连续和流畅•机械系统工作的工艺过程包含多项作业工序。例：包装机械有供料、充填、裹包、封口、清洗、堆码、盖印、计量等多项工序。•应考虑运动零部件惯性力、弹性变形、过载变形及热变形、磨损、制造及装配误差等因素的影响，确保运动零部件必需的安全空间，不发生运动干涉。例：汽车的货箱与驾驶室后壁之间必需留有足够的间隙，以免当汽车在行驶中紧急制动时引起货厢与驾驶室相互撞击和摩擦。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计91.总体布置的基本要求（2）降低质心高度、减小偏置1）整机质心位置的影响：①质心过高或偏置过大，造成倾倒或加剧振动。②移动式机械的前后轴载荷分配、纵向稳定性、横向稳定性、操纵性及附着性等。③固定式机械将影响其基础的稳定性。2）整机质心位置改变时，应考虑放置配重。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计101.总体布置的基本要求（3）保证精度、刚度，提高抗振性及热稳定性•1）为提高精密机械的传动精度，应简化和缩短传动链。•2）受力较大及自重较大的零部件，更应使受力均匀，避免偏载。①大型结构件采用框架式封闭断面结构和双立柱对称布置②增加辅助支承、辅助导轨或采用重锤、液压缸等负荷平衡装置。③尽可能减小悬臂长度或不用悬臂布置。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计111.总体布置的基本要求(3)保证精度、刚度，提高抗振性及热稳定性（续）•3）应尽量减小扰力偏心距，提高支承刚度，采取隔振措施：•①采用隔振装置或柔性连结，以减小振动的传递。•②把电动机与变速箱、主轴箱分开布置的方案。•③振源与主要工作部件隔开。•4）减小热变形和均匀传热（见支承系统实例）•①把热源部件与主要工作部件分开布置。•②或采用隔热及散热措施。•③采用结构对称布置。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计121.总体布置的基本要求（4）充分考虑产品系列化和发展•1）应尽可能提高产品的标准化因数和重复因数，以提高产品的标准化程度。•2）产品系列化可以有效地提高产品标准化程度，便于发展变型产品或实现产品的更新换代。•3）产品系列化设计与总体布置密切相关。主要参数的标准化，基本结构的模块化。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计131.总体布置的基本要求（5）结构紧凑，层次分明•1）紧凑的结构可节省空间，便于安装调试，带来良好的造型条件。•2）应注意利用支承大件的内部空间，把电动机、传动部件、附件、操控件布置在其内部。•3）为使占地面积小，可用立式布置代替卧式布置。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计141.总体布置的基本要求（6）操作、维修、调整方便•1）应使操作位置、修理位置和信息源的数目尽量减少并适当集中。•2）应由人体尺度及体能参数合理确定操纵装置的位置及尺寸，尽量方便省力。•3）根据人的视觉特征布置信号显示装置、确定信号显示方式，便于识别。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计151.总体布置的基本要求（7）外形美观•1）应使产品外形、色彩和表观特征符合美学原则。•2）使产品适应销售地区的时尚，受到用户的喜爱。•3）应使各零部件的组合匀称协调。•4）型体的比例与尺度具有比率美。•5）前后左右的轻重配置对称和谐，有稳定感和安全感。•6）外形的轮廓线最好由直线或光滑曲线构成，有整体感。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计162.总体布置的注意事项（1）总体布置的一般特点1）总体布置各子系统的一般顺序：•①先布置执行系统，•②再布置动力系统，•③传动系统，•④操纵系统•⑤支承系统等。2）总体布置的过程：•①从粗到细，从简到繁，•②需要反复多次才能确定。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计172.总体布置的注意事项（2）执行系统的布置•1）布置顺序：先根据拟定的工艺要求，执行机构和执行构件→原动件→中间连接件。•2）减少构件和运动副的数目，减小构件的几何尺寸，以减小其磨损和变形对机构运动精度的影响。•3）使原动件尽量接近执行机构。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计182.总体布置的注意事项（2）执行系统的布置•4）在布置相互联系型的多个执行机构时，应尽量将各原动件集中在一根或少数几根轴上。•5）对外露的执行机构，最好将原动件隐蔽布置，以提高操作安全性；•6）布置执行构件和中间连接件时应充分考虑作业对象装卡和传送的方便与安全。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计192.总体布置的注意事项（3）传动系统的布置1)简化传动链传动链愈简短，零件数就愈少，材料的消耗和制造费用就愈低，同时也有利于提高传动效率、可靠性和精度。2)合理安排传动机构顺序传动机构的安排顺序对传动系统的效率、尺寸、精度和动力学性能等都有影响。3)注意传动系统润滑和密封的便利性与可靠性•对于食品、药品、纺织等机械还要求可靠的密封和隔离，防止润滑剂污染产品。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计202.总体布置的注意事项★如何使各级传动都能得到充分有效的润滑？①当采用油浴或飞溅润滑时，应考虑油面高度，使各级传动都有合适的浸油深度或能可靠地飞溅到；②当采用油雾润滑时，应考虑油雾喷嘴的数量和方便安置，使各级传动都在有效喷雾润滑区内；③当采用循环润滑时，应考虑便于供油管的布置和润滑油的选择等。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计212.总体布置的注意事项（4）传动机构的布置原则1）当传动链中同时采用蜗杆传动和齿轮传动时•以传递运动为主，应将蜗杆传动布置在低速级；图a•以传递动力为主，应将蜗杆传动布置在高速级。图b图两种减速传动顺序方案z4从动主动(a)齿轮—蜗杆传动顺序z2z1z3(b)蜗杆—齿轮传动顺序z1z2从动主动z3z4先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计222.总体布置的注意事项①传动链的传动精度比较：设齿轮副的传动误差Δθg蜗杆副的传动误差Δθw齿轮副传动比ig＝z2/z1＝3蜗杆副传动比iw＝z4/z3＝30则传动总误差分别为：方案aΔθa＝Δθg/iw＋Δθw＝Δθg/30＋Δθw方案bΔθb＝Δθw/ig＋Δθg＝Δθw/3＋Δθg•若Δθg≈Δθw则Δθa＜Δθb•结论：方案a的传动精度较高。•推论：提高降速传动链的传动精度，应尽可能增大最后一级传动副的传动比。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计232.总体布置的注意事项②传动链的动力性能比较：•方案a齿轮传动布置在高速级时噪声较大，•z1悬臂结构，使传动性能和承载能力下降。•不利于蜗杆传动齿面压力油膜的建立，•增大了传动负载，使磨损增大，效率降低，总体尺寸增大。•结论：方案a的动力性能较差。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计242.总体布置的注意事项2）带传动宜布置在传动链的高速端，①传递同样大小功率，转速高则转矩小，传动带所受的拉力减小，②外廓尺寸也随之减小，③对减小带传动的弹性滑动和速度损失及提高传动带的寿命均有利，④还可减小传动系统的振动。3）链传动宜布置在低速级，振动、冲击和噪声可小些。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计252.总体布置的注意事项4）应把转变运动形式的机构(凸轮机构、连杆机构、螺旋和齿条传动)布置在传动链的低速端，与执行机构靠近，这样布置：①可使传动链简单，②可减小传动系统的惯性冲击。5）当传动链中含有机械无级变速传动时，①对恒功率传动，应把无级变速传动布置在传动链的高速端，最好与电动机直接连接，注意勿使最高转速超过许用值；②对恒转矩传动，则无级变速传动的布置位置一般不受限制。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计262.总体布置的注意事项（5）操纵件的布置•操纵件：电源开关、旋钮、操纵手柄、调节手柄1）操纵件布置应便于操纵和观察，保证与操作者之间的空间位置合适。2）符合习惯：①被加工物体应相对于操作人员自左向右运动，或顺时针转动。②操纵件运动方向应与被驱动件运动方向一致。③一般规定调速手轮顺时针转动为增速，④为便于调试和避免误操作，应附设指示牌。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计272.总体布置的注意事项（5）操纵件的布置3）操作位置①应设在工序集中、操纵频繁、易出故障和便于观察的部位。②常用操纵件应尽量布置在操作人员的近旁。③大型机械需在几个位置操作，可采用联动装置。④也可采用可移动的集中操纵按钮站。⑤紧急制动按钮应在每个操作位置上都设置，要醒目，易识别。4）仪表和仪器的位置应便于操作人员观察和维护。先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计283.总体布置实例•例1手扶拖拉机的总体布置产品结构是影响总体布置的重要因素•例2铣床的总体布置工件大小是影响总体布置的重要因素•例3连续缠管机的总体布置工艺过程是影响总体布置的重要因素先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计29例1手扶拖拉机的总体布置•1)保持总体平衡•2)发动机和传动系统横向平行布置•3)操纵件集中布置在扶手架上•结论：产品结构是影响总体布置的重要因素图10-3手扶拖拉梳总体布置简图起动手柄支撑架机架先进设计系统2020年3月29日6时52分第10概念设计31例2.铣床的总体布置结论：工件大小是影响总体布置的重要因素图铣床总体布置型式简图(a)升降台卧式铣床(b)工作台不升降立式铣床(c)横梁移动式龙门铣床(d)地坑式龙门铣床•图a，适用于加工质量及尺寸较小的工件。铣刀只作回转铣削运动，工件的三个方向移动分别由工作台、滑鞍和升降台完成。•图b，适用于加工质量和尺寸较大的工件。工作台不能升降，只能作纵、横方向运动，上下的运动由铣头完成