机械设计学课本

第一章绪论1.机械设计学学科的三个组成部分：功能原理设计、实用化设计、商品化设计。2.机械设计具有哪些主要特点？（多解性、系统性、创新性）3.近代“设计学”的重大发展（功能思想的提出和发展；人机学思想的形成和发展；工业设计学科体系的发展和成熟）4.从设计构思的角度将机械设计步骤归纳为哪三大步？（创意、构思、实现）出发点目标结果科研求知欲、好奇心发现自然规律更好地认识客观世界设计需求发明新产品创造一个更好的新世界技术制造开发新工艺和新材料制造出更好的零件5.“设计”是把各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法。机械产品设计的一般过程：认识需求→目标界定→问题求解→分析选优→评价决策→表达→实现。6.机械设计学的研究对象：机械设计学研究机械设计的规律、过程、原理、方法、设计原则以及其他机械设计的共性技术。7.功能是产品的核心和本质。第二章机器的组成及典型机器的功能分析1.机器的定义：有两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运动，能将某种原动力和运动转变，以执行人们预期的工作，在人或其他智能体的操作或控制下，实现为之设计的某种或几种功能。2.从不同角度看机器的组成：从机构学的角度看：各种基本机构，自由度=原动机数；从结构学的角度看：各种基本零件；从专业的角度看：各种主要部件3.从功能的观点看机器的组成：机器由多个主要分功能系统构成，它们的协调工作实现了实现了机器的总功能。又可进一步分为：工作机（工作头、执行机构）传动机原动机控制器。4.从功能的观点看机器的分类可分为：工艺类机器：对物料进行工艺性加工的机器，主要特征是具有专用的工作头并进行独特的工艺加工动作；非工艺类-不对任何物料进行工艺性加工，只实现某些特殊的动作性的机器。5.家用缝纫机是一种典型的工艺类机器。工艺方式：一是采用针尖引线的方法代替针尾引线；二是采用双线互锁交织的方法代替反复穿刺。功能分析：（1）总功能：将线按一定规律缝于缝料上，它可使一根线或多根线通过自连、互连、交织，在缝料上形成一定形式的线迹。（2）主要功能：引面线造环功能，勾面线扩环供给和收回面线的功能，输送缝料的功能。（3）调节面线和底线阻尼的功能，调节压脚和压紧力的功能，调节送布针距的功能，绕底线功能。（4）控制功能：机械控制功能，人机控制功能，电子控制功能。6.现代银行点钞机是一种典型的机电一体化系统，属于工艺类机器。功能要求：要有堆放准备清点纸币的空间，并能将纸币连续输入，直到最后一张；要有能把纸币逐张分开，避免两张当做一张计数的机构；要有准确计数的装置，清理完毕的纸币要整理成一叠。功能分析：（1）总功能：将一沓同样的纸币输入机器之后，经过机器处理，最后输出一沓整齐的纸币，同时计数器准确显示纸币的张数。（2）主要功能：进钞输入功能，分钞功能，计数功能，整理功能（3）辅助功能：动力及传动功能，接钞输入口斜板调节功能，阻尼轮压紧功能（4）控制功能：机械控制功能，光电控制功能，人机控制功能。第三章机械产品的功能原理设计1.功能原理设计：机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的主要功能提出一些原理性构思，这种针对主要功能的原理性设计，称„。实质:是对方案的构思和拟定过程。2.构思钞票逐张分离的工作原理：推括、摩擦、离心力、重力、粘力、气吹、气吸、静电。3..功能原理设计重点：提出创新构思，尽量使思维尽量“发散”，力求多解，便于选优。4.为什么要突出功能原理设计：功能原理设计对产品的成败起决定性作用。5.任何一种机器的更新换代都存在三个途径：一是改革工作原理；二是通过改进工艺、结构和材料提高技术性能；三是加强辅助功能使其更适应使用者的心理。6.功能原理设计的工作特点：用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本的变化的设计。;功能原理设计往往要引入某种技术，但首先要求设计人员具有新想法，新构思;功能原理设计使机器品质发生质的变化。7.功能原理设计的工作内容:针对某一确定的功能目标，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。8.构思新原理的步骤：首先明确功能目标，然后进行创新构思，得出某些解法原理后还应通过模型试验，进行技术分析，验证其原理上的可行性；对于不完善的构思还应按实验结果做修改、完善和提高工作；最后对几个解法作技术经济的评价对比，选择其中一种较合理的解法作为最优方案予以采用。9.CIMS中物料运输系统的功能目标分析：1、明确功能目标：装设导向系统的费用要小；允许扩充和调整设备，变动运输路线；在拥挤的工作环境中小车能灵活运行。2、提出的原理性设想：应用惯性导航技术，利用所设参考点用于制程序给出理论轨迹并作轨迹误差的修正；应用传感器引导绕过障碍物；在共建转接战上用超声波定向，使小车实现准确定位。10.系统工程学用“黑箱”描述功能：任何一种系统都有输入和输出，把技术系统看成一个黑箱，其输入用物料流M、信息流S和能量流E描述，其输出用相应的M’、S’、E’来描述。11、硬币计数包卷机，试分析要实现总功能，必须要有哪些分功能单元，试分别画出功能分解图和功能结构图，并简要说明计数功能如何实现的？功能单元：硬币堆放、输送功能单元；硬币排列、分选、挑残功能单元；硬币分选计数功能单元；硬币堆码、整理功能单元；送纸、撕纸功能单元；硬币包卷功能单元；卷边功能单元。12.功能的含义：某一机器(或装置)所具有的转化能量、运动或其它物理量的特性。/一个技术系统在以实现某种任务为目标时，其输入量和输出量之间的关系。13.功能元素-把机器中的复杂动作分解为一些基本动作，这些基本动作理解为~14.任何技术系统都可以视为三种流的处理系统：能量流、物料流、信息流。15.功能单元：将总功能分解成较为简单的、具有一定的独立性、可以直接求解“功能单元”，也称“功能元”。16.功能分析：由总功能分解为分功能，最后作出功能结构图。也可称为“系统分析”。17、功能结构的三种基本结构形式：串联、并联、回路18.动作功能是指以实现动作为目的的功能。（1）简单动作功能:由俩个或俩个以上的具有特殊几何形状的构件组成，利用它们形体上的特征，可以实现互相运动或锁合的动作(带轴轮子，拉链)：一次性动作复杂动作。（2）复杂动作功能，以采用基本机构为主。常用的基本机构主要有齿轮机构，凸轮机构，连杆机构，螺旋机构，间歇运动机构，摩擦机构„简单动作功能的求解思路：几何形体组合法,即：针对功能目标，对几个构件的几何形体进行构思、组合；复杂动作功能的求解思路：基本机构组合法。19.工艺功能：工作头和工作对象相互配合，实现一种功能。20.两个重要因素：（1）采用哪种工艺方法（2）工作头采用什么形状和动作21.工艺功能的特点：工作头的形状、运动方式和作用场是完成工艺功能的三个主要因素。22.物一场分析法：S1通过F作用于S2。其中，主体(S1)是对客体发出作用的物体，即工作头；客体(S2)是被加工的物体；F：场，这不单指某种物理场，而是广义地指S1向S2作用时发出的力、运动、电磁、热、光„„一切作用场。23.“最小技术系统”：在任何一个最小技术系统中，至少有一个主体(S1)，一个客体(S2)和一个场(F)。缺一即不可能发生技术作用。24.用S—Field模式探求工艺功能原理的解法：寻求合理的F和S例1：为了完成修剪草地的任务，如何构思剪草机的工作原理?在这个问题里，S2是草地上的草。剩下的问题是寻找合适的F和S1了。首先要寻找各种可能被利用的F并加以分析和比较：拉力——可以拉断草，但无法控制被拉断的草的高度，无法使草地整齐。割断力——像农夫割麦一样，需要握住草的上部才能割断。剪断力——利用剪刀刃合拢，可以剪断。显然，人们常常选择剪断力作为理想的F，当然S1就只能是剪刀。将剪刀做成像理发推子那样，就是传统的剪草机的解法原理。还可以通过“完善”、“增加’’和“‘变换”的方法来寻求新的解法。（1）完善：原设计中有时出现缺少F或S1的情况并因此而造成功能不良的后果。应该通过补全F或S1的措施来使S—Field模式完善化。（2）增加：一个最小技术系统至少应具有S1、S2和F，但有时还应辅以S’1和F’，才能更好地完成希望实现的功能。（3）变换：对已有工艺功能解法中的S1和F进行分析后，常常可以发现它们并非是不可替换的。有时通过变换可能会产生意想不到的好效果。例2.以前制造平板玻璃，采用“垂直引上法”，是将半流体的玻璃从熔池中不断上引，开始时通过轧辊控制厚度，以后边向上引边凝固。这种方法制造出来的玻璃表面总是有波纹并且厚度不均。试用物—场分析法分析产生波纹和厚度不均问题的原因，并说明改造措施。答：由物—场分析法可以看出，整个工艺过程中，玻璃S2在凝固前大部分时间中缺少F和S1，这是造成玻璃表面有波纹并且厚度不均的原因。改进工艺：让液态玻璃漂浮在低熔点金属的液面上，边向前流动边凝固，这就是“浮法”制造平板玻璃的功能原理解法。浮法工艺补充了低熔点合金的液面作为S1，又利用该合金液面的表面张力作为一种特殊的力场F，既浮起了玻璃又使玻璃表面保持水平、光滑和均匀。第四章机械功能原理的实现1.机构能实现哪些动作功能（运动形式或运动规律变换、实现开关、联锁和检测、实现程序控制或手动控制）2.选择机构实现功能原理的原则和范围：（1）实现功率性的机械运动形式或规律的变换功能(2)实现固定轨迹或简单可调的轨迹功能(3)在特定条件下能优质地实现开关、联锁和检测等功能(4)实现简单的固定程序或可变程序的控制。3.一切机器都包含哪四个部分？（动力机、传动机构、执行机构、控制部分）4.常用的传动机构有哪些？（齿轮、连杆、螺旋、楔块、棘轮、槽轮、摩擦轮、挠性件、弹性件、液气动、电气及利用以上机构组合而成的复合机构）5.传动机构在使用中主要作用是什么？（1）实现运动速度或力的大小变换：啮合方式、摩擦方式、楔块原理、流体作用原理。（2）运动形式或传力方式的变换：转动、平动、摆动。6.常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构主要有哪些？并简要说明。答：1)通过啮合方式进行传动(例如；齿轮、蜗轮蜗杆、链传动、同步齿形带等)。其中：齿轮传动可以在平行轴或交错轴间实现准确的定传动比传动，适用功率和速度范围广2)通过摩擦方式进行传动(例如：摩擦轮传动、摩擦式无级变速器、带传动、滑轮传动等)。这类机构结构简单，成本低廉，由于带具有柔软性、吸收振动的特性。3)利用楔块原理进行传动(例如：螺旋传动、偏心轮传动等)。螺旋传动的优点是增力效果大，可用较小的转矩得到较大的轴向力。结构简单，传动精度高，平稳无噪声等。4)利用流体作用原理进行传动(例如：液压、气动传动等)。液压传动能传动较大的力，经常用于传动比不需十分精确但载荷很大的情况下．但液压传动速度较慢。7.执行机构定义：带动工作头进行工作并使之获得工作力或力矩的机构。主要作用（1）实现特定运动规律（2）实现特定的运动轨迹（3）实现某种特殊的信息传递。8.工作头定义：直接接触并携带工作对象完成一定的工作，或是在其上完成一定的工艺动作的构件主要作用：(1)夹持：(2)搬运、输送及转换工位3)施力。9.选择机构类型和拟定机构简图中的几个问题：①满足工艺功能动作和运动要求的情况下应使机构最简单，传动链最短。②使机构有有利的传力条件对行程不大但克服工艺阻力很大的连杆机构(如冲压机构)，应采用增力机构，使其在近于死点位置工作。③使机构有尽可能好的动力性能④使机器操纵方便，调整容易，安全耐用。10.发挥机构固有潜力的方法—机构的创新设计①改变机构的某些尺寸参数，使机构出现一些新的功能②运用机构的串联组合，改变机构的运动特性③运用机构的并联组合，得到某些特殊的运动规律或轨迹④利用机构组成原理发现新的机构⑤引进当前的最新技术，使旧的机械功能得到新的生命。第五章机械产品的实用化设计1.产品设计就是根据市场需求，把提供的资料转化为满足人类和社会需求的技术装置的规划工作2.内部空间：它的任务是将设计要求转化为满足要求的实物产品，是设计核心工作；外部空间：所包括的问题是对设计的各项要求和设计工作所应用的技术方法