机械系统设计教案

课程教学实施计划授课教师辅导教师(助教)实验(实践)教学指导教师学时计划总学时理论学时多媒体教学学时习题课实验学时484026使用教材名称出版社出版时间获奖情况机械系统设计(朱XX)机械工业出版社2001.8参考书目机械系统设计(刘XX)机械工业出版社1998.8机械系统设计(赵XX等)高等教育出版社200

5、3机械系统设计(侯珍秀)哈尔滨工业大学出版社2000.10机械系统设计原理(XXX)科学出版社2003.3教学要求理论教学要求能够对机械系统组成有初步知识，能够把握系统的总体布局设计，根据载荷特性合理选择动力机、通过分析通用的执行系统、传动系统、机械基础(框架支承系统)、操纵控制系统功能要求及特点(运动要求、动力要求、可靠性和寿命要求、其他特殊要求等)，能够对执行系统、传动系统、机械基础(框架支承系统)、操纵控制系统正确进行设计计算、对机械系统噪声能够进行分析和控制控制。培养学生对通用机械系统的整体认识、设计和各子系统的开发设计能力。实验教学要求实验教学是专业课程学习的必要手段，可提高学生的感性认识，帮助学生理解机械结构原理、运动原理、操纵控制原理，培养学生的设计能力，也可以激发学生的设计灵感和创新设计思维。通过实验教学，要求学生掌握通用机械系统的整体结构组成原理、运动、操纵控制原理。教学创新与更新培养学生对通用机械系统的整体组成认识、具有对机械整体系统和各子系统的开发设计能力。考核方式开卷考试成绩计算方法卷面成绩70分，作业、出勤、实验30分章节名称学时分配教学方法与手段进度计划(周次)

第一章绪论6理论教学12

第二章机械系统方案设计与总体设计4理论教学23实验一2机械系统总体结构认知实验3

第三章机械系统的载荷特性和动力机选择4理论教学4

第四章执行系统设计4理论教学5

第五章传动系统设计6理论教学67实验二2机械系统运动传递分析实验7

第六章操纵系统设计4理论教学8

第七章控制系统设计6理论教学910实验三2机械系统总体结构模拟设计分析实验10

第八章机械系统的噪声及控制2理论教学11

第九章机械基础设计4理论教学1112习题课212各章教学实施计划章节题目

第一章绪论课时安排6学时授课时间第12周教学目的、要求(分了解、理解、掌握三个层次要求)：教学目的：介绍机械系统的概念，阐明机械系统设计的任务和方法。教学要求：了解系统的特性、组成、衡量系统可靠性指标、寿命周期成本；掌握产品基本功能、设备技术和经济寿命；理解机械系统设计的过程。教学内容(包括基本内容、重点、难点)：第一节机械与机械系统

一、系统

二、机械系统

三、机械系统特性

四、机械系统组成

五、机械系统功能要求第二节机械系统设计的任务

一、满足需要原则

二、可靠性原则

三、经济合理原则

四、标准化原则

五、安全性原则第三节机械系统设计的方法

一、机械系统设计过程

二、机械系统设计的特点

三、机械系统分解

四、机械系统分析教学重点；教学难点讨论、思考题、作业：P19，

1、

2、

3、

5、

7、

8、10参考书目(含参考书、文献等)具体内容：课堂教学实施计划第1课教学过程设计：复习0分钟；授新课80分钟讨论0分钟；其它20分钟授课类型(请打)：理论课讨论课实验课习题课其它教学方式(请打)：讲授讨论示教指导其它教学手段(请打)：多媒体模型实物挂图音像其它教学内容(包括基本内容、重点、难点)：第一节机械与机械系统

一、系统：由若干个相互有机联系的要素所组成、并有特定功能的一个整体。系统结构：系统内部各要素相互联系的方式和作用秩序；系统功能：指系统对外部环境联系的效能和有利的作用。系统可以分为：

1、流系统：有一组输入流通过统一要素(子系统、设备或装置)的传递转换，最后变成一组输出流。流系统中的各组成要素成柔性连接，如：电机系统，电流输入，经过电磁转换成为机械能(扭矩)输出。

2、结合系统：通过两个或两个以上自成系统的要素的有机结合完成系统的总功能。系统中各要素成刚性连接，如：汽车由传动系统、制动系统、操作系统等有机结合，形成总系统。

二、机械系统：由若干零部件组成的、能完成特定功能的系统。简称为机械。按功能不同，分为：加工机械(车床)、运输机械(汽车)等。设计机械系统时，不仅要从完成特定功能角度设计各子系统，还应充分考虑人-机-环境整个大系统的要求。因而，机械系统称为内部系统，任何环境称为外部系统。

三、机械系统特性

1、集合性：机械系统是若干个子系统有机结合完成特定工作的综合体；

2、相关性：各子系统相互牵连，某一子系统的性能变化将对整个系统性能带来影响。

3、目的性：系统的价值体现在完成特定的功能要求上。

4、环境适应性：环境系统中的物质、能量、信息等要素与系统的交流将干扰系统的输入，引起系统的功能变化。因而要求系统具有良好的抗干扰性。

5、整体性：系统的优劣体现在总体功能要求上，应确定各子系统之间的有机联系，每一个子系统的变化将影响整个系统的部分性能，但不能影响整个系统的功能。

四、机械系统的组成机械系统的基本组成：动力系统、传动系统、操作控制系统、执行系统、润滑系统、框架支撑系统等子系统。机械零件是组成机械系统的基本要素。

1、动力系统：机械系统的动力源，包括动力机及配套装置。按能量转换性质，动力机分为一次和二次动力机。一次动力机是将自然能源转换成机械能的机械，如：内燃机、水轮机等。二次动力机是二次能源转换成机械能的机械，如：电动机、油压机等。应全面考虑系统的运动、工作载荷，使系统有良好的动态性能。

2、执行系统：由执行机构和执行构件组成，利用机械能对作业对象进行生产(改变作业对象的性质、状态、形状和位置)或对作业对象进行测量使其达到预定要求的装置。执行系统通常在系统的末端，直接与作业对象接触，若为输出也是机械系统的主要输出。执行系统的性能直接影响到整个系统的工作性能，应保证强度、刚度、寿命、运动精度、动力学性能等要求。

3、传动系统：将动力系统的动力和运动传递到执行系统的中间装置。主要功能有：1)变速：为适应执行系统的速度要求而改变(增大或减小、有级或无级)动力机传递出的运动；2)改变运动规律和形式：将动力机输出的匀速连续旋转运动转变为安某种运动规律变化的旋转或直线、间歇或连续的运动、或改变运动方向，以满足执行系统的运动要求。3)传递动力：将动力机输出的动力(扭矩或力)传递给执行系统去完成预定工作。如果动力系统输出的速度和动力能直接满足执行系统的要求，可不用传递系统而将动力系统与执行系统直接连接。

4、框架支承系统：由基础件(如：床身、底座、立柱等)和支承件(如：支架、箱体等)组成，用于按装和支承动力、传动、执行及操纵系统等，是机械系统中不可缺少的部分。系统中各部件之间的相对位置精度、运动精度、系统的承载能力均由支撑系统保证。

5、操纵控制系统：用于协调动力、传动、执行系统运动并准确完成整机功能的装置。操纵系统包括：启动、离合、制动、变速、换向等装置，一般多由人工操作完成；控制系统是指通过人工操作或测量元件获得控制信号、经由控制器使控制对象改变工作参数或运动状态的装置，包括：伺服机构、自动控制装置等。根据系统的总体功能要求，必要时可以增设冷却、润滑、行走系统等。

五、机械系统的功能要求

1、运动要求：如：速度、加速度、位移、转速、行程、运动轨迹、调速范围等；

2、动力要求：传递的功率扭矩力等；

3、体积和重量：外形尺寸、重量、功率重量比等；

4、可靠性和寿命：系统功能的可靠性、零部件的耐磨性和使用寿命等；

5、安全性：系统及零部件的强度、刚度、热力学性能、摩擦学性能、振动稳定性、操作安全性等；

6、经济性：设计制造使用维修的经济性；

7、环境保护：噪声振动防尘防毒“三废”的排放和治理等；

8、产品造型：外观色彩等；

9、其他要求：精密机械长期保持精度、经常搬动的机械方便安装、拆卸运输、户外机械防护、防腐、密封、药品和食品机械防污染等。第二节机械系统设计的任务机械系统设计的任务是开发新产品、改造老产品。产品设计的特点应体现时代性和创新性，功能应力争达到最优化。机械系统设计是产品开发的关键。根据统计，50%的产品质量事故、70%的生产成本都与设计有关。设计时应遵守以下基本原则：

一、从系统的观点出发满足需要原则设计应以市场的需求为前提，适当预测市场的发展需求，对机械产品的系统功能进行设计，最大满足用户的要求。不必要的功能设计将增加成本，必要的功能不考虑将影响使用价值。设计时应考虑整体系统和各子系统之间的关系，不能只考虑零部件的工作状态和性能，应在满足系统整体工作状态和性能最好的前提下确定各零部件的基本要求及协调统一。好的零部件不见得能组成最好的系统。

二、合理确定系统的功能系统功能分为：基本功能：能完成系统工作要求，是用户直接要求的功能，体现系统的基本价值；辅助功能：附加功能，是实现基本功能的方式。完成一定的基本功能可以采用不同的辅助功能，体现出技术方案不同，生产成本不同。如完成直线运动要求，有曲柄滑块、齿条齿轮、螺旋传动、液压传动等技术方案。设计辅助功能时应尽量减少多余的功能，如强度、精度过高、寿命过长等。使用功能：体现产品的实际使用价值，是必要功能；外观功能：在使用功能基础上的美化装饰功能，吸引注意力，增加产品竞争力。功能与成本是紧密结合的，增加功能意味着增加成本，可利用价值工程来评价功能与成本的关系：V(价值)=F(功能评价成本)确定系统功能应：保证基本要求、满足使用功能要求、添加新功能、合理利用外观功能、降低成本，提高功能价值。

三、可靠性原则可靠性是指在规定的使用条件和使用时间内，产品能完成规定功能的可靠程度要高。可靠性技术是研究系统发生故障或失效的原因及其预防措施的技术。

1、衡量系统可靠性指标1)平均无故障工作时间：可修复产品相邻量次故障间系统正确工作的平均时间。2)平均修复时间：可修复设备在规定的使用条件和使用时间内能够完成修复的概率。3)有效度(可利用率A)4)失效率和失效率曲线：失效率是指单位时间内发生故障或失效的概率。失效率曲线是反映瞬时故障随时间变化的曲线。

2、提高系统可靠性的措施：在分析影响可靠性的各种设计变量的分布特性和数据后，建立研究、设计、制造、试验及管理、使用维修等可靠性计划，对系统进行可靠性设计计算。1)分析失效，查找原因；2)零部件采用可靠性设计；3)提高维修性。课堂教学实施计划第2课教学过程设计：复习5分钟；授新课95分钟讨论0分钟；其它0分钟授课类型(请打)：理论课讨论课实验课习题课其它教学方式(请打)：讲授讨论示教指导其它教学手段(请打)：多媒体模型实物挂图音像其它教学内容(包括基本内容、重点、难点)：

四、经济合理原则：结构合理、功能先进、成本低、使用维修方便。

1、以寿命周期成本为目标：寿命周期成本=生产成本(直接和间接)+使用成本

2、提高设计和制造的经济性2.1合理确定可靠性要求和安全系数；2.2贯彻标准化设计产品的规格参数应符合国家标准化，采用互换性设计、通用性生产。标准化包括产品标准化系列化和通用化。技术标准有：2.2.1基础标准：以具有共性的基本要求为对象制定的标准，如：计量优先数系公差配合名词术语等；2.2.2方法标准：以设计等技术活动中的重要程序、规划方法等为对象制定的标准，如：设计计算工艺检测等标准；2.2.3产品标准：以产品及生产过程中的物质为对象制定的标准，如：机械设备仪器仪表工装原材料等标准。标准的等级：国内有国家标准、部(专业)标准、企业标准。各级标准在规定的范围内具有约束效力。国际有国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)等国际标准。2.

3、采用新技术：提高产品的竞争能力，降低成本；2.

4、改善零部件结构工艺性：降低成本，提高质量；2.

5、采用经济的技术要求：不要过高提出精度设计要求；

3、提高使用和维修的经济性：维修是以维修费用为代价，保证系统良好技术状态、正常运行、

4、延长系统寿命的技术措施。降低维修费用可以增加经济效益。定期维修：按维修程序定期更换或维修易损件。应尽量安排在非生产时间进行，便于提前做好准备工作，保证维修质量。按需维修：系统出现故障时维修，带有随机性，一般影响生产。故障诊断技术维修：对系统主要零部件的特性值进行测定后，分析工作状态确定是否进行维修，可提高系统有效运行时间。低价值的产品可设计成免维修型，到寿命周期报废。

五、保证安全性要保证人-机安全及对周边环境无危害。

1、机械系统执行预期功能的安全性：过载保护，如离合器、安全销等

2、人-机-环境系统的安全性：劳动保护、环境保护等，如设立报警装置等限制操作人员进入危险工作区间。第三节机械系统设计的方法

一、概述

1、设计的内涵及种类1)环境设计2)系统设计3)零件设计4)产品设计

2、设计分类：开发性设计、适应性设计、变形设计。1)开发性设计：原理结构均为未知数，创新设计新的产品。2)适应性设计：原理结构基本保持不变，对产品的局部参数进行设计。3)变形设计：原理结构功能保持不变，只变更产品的配置和尺寸。

3、传统设计和现代设计1)传统设计：经验设计和半理论半经验设计。主要集中具体设计对象的内在机理、未能将局部与系统、定性与定量、静态与动态、创新设计等统一考虑。2)现代设计：现代广义设计和分析的科学方法，以突变论、智能论、系统论、信息论、优化论、控制论、模糊论、等为理论基础，主要有创造性设计、系统性设计、优化设计、计算机辅助设计、机械动态设计、有限元法、反求工程、价值工程、等设计方法。3)传统设计与现代设计的比较：传统设计没有将设计作为一个系统研究，有局限性。

二、机械系统设计过程：计划、外部系统设计、内部系统设计、制造销售四个阶段。

1、计划：了解设计任务，明确设计目的和确定功能要求；

2、外部设计：调查研究(包括分析原有设计的优缺点)、可行性研究、系统计划；

3、内部设计(产品设计)：初步设计(分析完成功能要求的原理(物理效应等)及系统结构组成)系统分解(参照系统的基本组成要求及功能要求分解成子系统)系统分析(目的、要求、评价方案)技术设计(完成具体结构分析和草图设计)工作图设计(零件设计，正式结构设计(包括连接尺寸和装配尺寸)。3.1功能原理设计：分析组成系统完成功能要求的原理(可采用不同的原理方案、不要有约束条件，提倡创新)。如自行车的动力可以采用链传动、锥齿轮传动等。3.2实用化设计：对不同的系统原理进行具体结构优化设计，加瓦盖等。3.3商品化设计：造型设计。

4、制造销售：样机-鉴定-改进-小批量-定型-销售。以自行车设计为例：功能要求：快捷方便，输入是人的自行力，输出为车速度要求。方案设计：将自行车作为一个系统进行分析，力输入的形式为扭矩(动力源)，输出表现为车轮的转动(执行件)，中间的传动为链传动，转向(操纵)为车把，制动有手闸或脚闸。技术设计：完成结构草图，包括车轮形状、传动系统结构、车把结构形状等。工作图设计：拆解零件图，完成装配图，说明书等。

三、机械系统设计的特点外部环境：对机械的作用和影响，如市场要求(功能、价格等)及约束条件(资金、材料、技术等)对系统方案、技术性能等；创新构思：由抽象到具体(原理性到方案结构草图)择优选择：对多方案比较(性能、原理等)；继承与创新：对适应性和变形设计应保留原有系统的优点(继承)、开发出新的功能(创新)；综合分析：定性和定量考虑性能、成本、市场等因素；决策评价：引导设计成功。可续页课堂教学实施计划第3课教学过程设计：复习5分钟；授新课95分钟讨论0分钟；其它0分钟授课类型(请打)：理论课讨论课实验课习题课其它教学方式(请打)：讲授讨论示教指导其它教学手段(请打)：多媒体模型实物挂图音像其它教学内容(包括基本内容、重点、难点)：

四、系统分解

1、系统化设计：将机械设备仪器部件视为一个系统，根据输入输出的对应关系，系统可以分解若干子系统，通过边界与周边环境或其他系统相分离、通过输入输出量与外界相联系。

2、系统分解：将复杂系统分解为若干个设计简单的子系统。系统分解时应注意：1)分解层次适宜：太多总体系统设计困难；太少设计困难；2)分界面简单：子系统的分解点应在联系数少的部位；3)保持系统分解前后输入输出关系不变，传输的明确畅通；

五、系统分析5.1系统分类输入和输出可以抽象为能量、物料、信号三个要素，当系统的输入量和输出量不同时，系统内部的物理量发生变化，称为转换。5.1.1主要传递能量的技术系统机械，设计时需进行运动学和动力学分析，主要技术指标有强度刚度磨损寿命；5.1.2主要传递物料的技术系统设备，设计时主要考虑强度刚度；5.1.3主要传递信号的技术系统仪器，主要性能指标是精度。5.2设计原理方案与构形结构设计是满足机械功能的重要一环，要考虑保证功能、提高性能、降低成本等要求。设计内容有：定性分析构形和定量计算定材料和定尺寸。5.2.1系统的构形过程有效表面(有效体)零件部件机械(仪器)机组技术系统构形设计时应抓住：形状、大小、位置、数量、顺序五个基本参数进行综合，经分析比较得到最佳设计方案；考虑加工及装配工艺性、造型设计、人机工程等要求，运用变形协调、力平衡、等强度、稳定性等基本设计原则得到最佳结构设计。构形的变形参数有效面构形：形状、大小、顺序、位置、数量联结：相对静止：联结(可拆、不可拆)-锁紧力：形锁紧、力锁紧、材料锁紧相对运动：运动方式：滑动、转动、其它运动摩擦方式：滑动、滚动、滚滑运动传动原理：机械：杠杆(连杆、齿轮、凸轮、摩擦轮、带、链)、斜面液压：设计时应考虑各子系统的协调性。5.3系统分析一般步骤5.3.1分析确定系统的设计目的和要求：设计的出发点和评价的基础；5.3.2模型化：模型是描述系统实体的映像，定性和定量分析的工具，应全面考虑影响因素、如实描述系统特征；5.3.3系统最优化：寻求综合功能、技术、经济、使用等因素的优化系统，每一局部不一定是最优，但整体则是相对最优，系统有良好协调性。5.3.4系统评价评价目标：技术、经济、社会。应考虑系统的总投资费用与收益之比。第四节机械结构设计的基本原则和原理

一、基本原则：明确、简单、安全可靠。

1、明确：功能、工作原理、工作条件(载荷性质等)、其它要求；

2、简单：结构、形状、数量；

3、安全可靠：安全存在原理：组成系统的零部件之间的连接在规定的载荷和时间内完全处于安全状态；有限损坏原理：某个零件的损坏不得对主要部件产生损害；冗(rong)余配置原理：对重大设备或发生失效将对人身安全造成严重后果的设备，可采用重复设备系统。当设备超出设计载荷工作条件时，可通过安全保护装置或报警装置给予提示。

二、结构设计基本原理

1、任务分配原理同一功能任务分配：同一功能可由一个构件或多个构件承担，如带传动；不同功能任务分配：同一零件不同位置的功能不同，材料及热处理不同，如大齿轮或表面处理等；

2、自补偿原理：通过系统元件及配置关系自动实现增强功能。自增强：偏心夹紧机构利用自锁原理使工作可靠；自平衡：构件预应力强化克服变形；

3、力传递原理：分解、合并，力沿最短路线及最弱路线传递；

4、变形协调原理：零部件联结处变形方向相同，相对变形量减小；

5、力平衡原理：减少惯性力等无用力；如对称布设置平衡元件等；

6、等强度原理：同一零件各点处强度相同；

7、稳定性原理：系统受到干扰时恢复系统性能的效应。各章教学实施计划章节题目

第二章机械系统的方案设计和整体设计课时安排4学时授课时间第23周教学目的、要求(分了解、理解、掌握三个层次要求)：教学目的：掌握机械系统设计的方法。教学要求：了解机械系统功能；理解原理方案设计；掌握总体布局设计、合理确定系统主要参数和精度。教学内容(包括基本内容、重点、难点)：教学重点第一节机械系统的方案设计

1、研究设计的功能要求；

2、设计任务抽象化

3、引进技术系统，确定系统边界

4、确定基本结构布局

5、方案评价第二节机械系统的总体方案设计

1、总体布局设计

2、总体布置图教学重点；教学难点讨论、思考题、作业：P43:

1、

3、

4、6。参考书目(含参考书、文献等)具体内容：课堂教学实施计划第1课教学过程设计：复习5分钟；授新课95分钟讨论0分钟；其它0分钟授课类型(请打)：理论课讨论课实验课习题课其它教学方式(请打)：讲授讨论示教指导其它教学手段(请打)：多媒体模型实物挂图音像其它教学内容(包括基本内容、重点、难点)：第一节机械系统的方案设计原则：研究设计的功能要求，确定机械系统实现功能的工作原理方案，选择工艺原理和技术过程，确定机械运动方案，引进技术系统，分析结构布局，通过评价得到最佳方案。

一、研究设计的功能要求对各项功能要求认真分分析，确定设计核心及相关的约束条件，避免功能要求的互相矛盾。

二、设计任务抽象化明确设计任务的简单模型，不考虑具体设计方法，有助于设计创新。如黑箱法设计：对必须根据保证功能而提出限制条件来设计的机械，由于条件的定性和定量要求不同，对系统的主次功能认识不清，可根据输入输出关系，通过黑箱模拟确定设计任务的主要约束条件，通过设计逐步进行功能分析和协调，细化系统结构。确定内部结构，实现输入与输出的转化。系统的输入和输出量一般为物料、能量、信息等。以联合收割机设计为例：功能要求：谷粒与秸杆脱离。输入：带粒秸杆、动力、信号；输出：谷粒、秸杆、信号等。黑箱包括：输送、脱粒、分离、秸杆切割、秸杆收集等子系统。设计明朗。

三、确定工艺原理工艺原理是指完成功能要求的各种物理效应的具体应用。同一物理效应可以实现多种转化，同一转化可由不同效应和功能结构来实现。

四、确定技术过程技术过程是按工艺原理实现转化所需流程。要求在功能分析和确定工作原理的基础上，进行工艺动作构思和分解，拟订各执行构件动作相互协调配合的运动循环，提出运动方案和运动简图。

五、引进技术系统，确定系统边界技术系统是实现技术过程的人为系统，设计要求不同，技术系统的组成、功能结构、系统边界不同。

(一)引进技术系统：根据技术过程的要求，确定系统的功能结构。

1、确定功能结构功能是系统的属性，表明系统的效能和实现传递转换的能力。为便于分析，可通过建立功能结构图对功能进行分解，确定实现相应功能的功能载体。功能分析是直接从物理效应、逻辑关系等方面寻找最小功能单位(功能元)。将分功能进行组合，得到系统总功能的解决方案。有物理、逻辑、数学等功能元，常用功能有：转换、缩放、存储、联结、传导、分离等。功能组合可用形态学矩阵方法。1.1功能载体：实现功能的确定实体结构，如齿轮啮合、齿轮箱部件、系列化模块化的部件等；1.2功能结构：功能的分解与组合关系，功能载体的组合整体应满足总功能要求。1.3建立功能结构图的要求功能结构图的建立是技术系统由抽象转为具体的重要环节，可明确实现系统总功能所需要的分功能、功能元及其顺序关系。分功能、功能元与一定的物理效应及实现结构相对应，可提出实体结构设计方案。要求：1)确定顺序关系；2)分功能和功能元的划分及排列应有理论依据或经验；3)不能漏掉必要的分功能；4)分功能应简单明了，便于确定实体结构。1.4建立功能结构图的步骤：1)分析技术过程划定技术系统的边界，确定总功能；2)划分分功能及功能元；3)建立功能结构图；

2、功能载体的组合实现同一总功能的功能载体(结构)可有多种，通过形态学矩阵改变功能载体(结构)组合(变化功能结构图)可开发出新产品。P24改变功能载体(结构)组合原则：分析原理相容性、技术可行性、先进性、动力匹配性、尺寸合理性，找出合理可行的组合方案。途径：1)分功能的进一步分解或组合；2)顺序改变；3)改变连接形式；4)系统边界改变。3将总功能分解为分功能应注意：3.1不同工艺动作的运动规律与机构的关系；3.2同一运动规律与不同机构的关系；3.3同一种功能可用不同的机构来实现；3.4同一种工作原理可用不同的机构及其组合来实现。

4、根据机构在运动转换中的功能，机构可分为：4.1实现运动变换；4.2运动合成与分解；4.3实现运动轴线位置变换；4.4实现转速变换；4.5实现运动分支、连接、离合、过载保护等其他功能。以分功能为纵坐标、各种解法(实现功能动作的机构)为横坐标，构成形态矩阵。通过合理优化组合找出最佳方案。

(二)确定系统的边界边界是功能范围的界限，要考虑人参与系统的程度和外部环境因素的影响。人参与系统的程度涉及到系统的控制、操纵系统功能，体现自动化程度。自动化程度高，人参与系统的程度减少，可简化结构、提高性能等。

六、确定基本结构布局结构布局不考虑具体布置和尺寸参数，但与总体布局有关。同样的功能载体组合可以有不同的结构布局，设计系统的外形、总体布局、技术性能。

七、方案评价

1、评价内容：技术性：能否完成系统预定功能要求，技术的可行性、先进性、完美性等；经济性：性能价格比、投入产出比等；外部环境：社会和环境效益、经济发展环境适应性资源和能源的利用等。

2、评价原则：客观性原则：人员不带偏见、资料真实可靠；可比性原则：尽可能采用量化指标或能明确区分程度的文字说明合理性原则：评价指标和尺度要合理，能反映预定的评价目的；整体性原则：评价指标应全面，有代表性，反映系统的整体性能，区分单项指标对整体性能的影响程度。可续页课堂教学实施计划第2课教学过程设计：复习5分钟；授新课95分钟讨论0分钟；其它0分钟授课类型(请打)：理论课讨论课实验课习题课其它教学方式(请打)：讲授讨论示教指导其它教学手段(请打)：多媒体模型实物挂图音像其它教学内容(包括基本内容、重点、难点)：第二节机械系统的总体设计总体设计是技术设计的基础，对系统的性能、尺寸、质量等影响很大。设计内容：

一、总体布局设计：总体布局是指系统的有关零部件在整机中相对空间位置、联系尺寸的合理分配、确定运动动力的传递方式及主要技术参数。

(一)基本要求

1、保证工艺过程的连续和流畅：考虑惯性力、变形、误差等影响，保证领部件不发生运动干涉；

2、降低质心高度、减小偏置：保证载荷分配、系统稳定性、着附性等，如起重机结构

3、保证精度刚度及抗振性等要求：简化运动链可提高传动精度，采用框架封闭结构或双立柱对称布置可提高刚度和稳定性；必要时可采用隔振和隔热措施

4、考虑产品系列化发展要求：主参数应符合标准要求，简化品种提高标准化

5、结构紧凑层次分明：减少空间便于安装调试

6、操作维修调整简便：结合人机系统要求，操作观察维修方便；

7、造型合理实用美观：美学要求，匀称协调，有稳定感和安全感。

8、提高人机系统整体效益。

(二)总体布置图确定各部件(或子系统)的基本结构、形势、配置、构型设计、运动分析等，考虑要求绘制。应安执行系统、传动系统、操纵系统、支撑形式等顺序布置。总体布置图基本确定主要零部件的尺寸、加工要求等。分析确定最佳功能结构方案，综合调整各机构尺寸。方案设计的方法和步骤

1、方案构思方法：黑箱法、列举法、移植法、筛选法；一般步骤：分解总功能、绘制运动循环图、确定执行机构、作机械运动示意图、绘制机构运动简图。1)执行系统的布置根据拟定的工艺要求将执行构件布置在预定的位置上，然后布置原动件和中间连接件。应注意：减少构件的数目和几何尺寸，提高运动精度；原动件尽量靠近执行机构；连接件和执行构件应考虑作业对象的装夹、传送的变利安全。2)传动系统的布置要考虑：简化传动链：提高可靠性和效率：合理安排传动顺序：机构的传动性能对效率、精度、动力学性能有影响。提高降速传动链的传动精度，应尽量增大最后一级传动副的传动比；传递动力时，应尽量减小最后一级传动副的传动比。如：齿轮和蜗轮传动组合的传动精度、动力性能比较：P34润滑和密封:可靠便利3)操纵件的布置便于操作观察符合人与环境要求按习惯，相对于操纵人员，被加工的工件应自左向右或顺时针运动、操纵件的运动方向与被加工件运动方向一致、调速手轮顺时针转动为增速。设有指示牌。对大型复杂设备采用连动装置以在不同位置实现操纵。

(三)总体设计布置示例

1、汽车总体布置

2、机床总体布置

二、总体主要参数确定

1、尺寸参数：总体轮廓尺寸、特性(加工范围、中心高度等)、主要零部件的工作行程、位置、安装尺寸等，用联系尺寸标出。尺寸参数应通过分析计算确定。P40

2、运动参数：执行机构的转速或调速范围。工作速度与工艺过程、条件、生产率有关。调速范围，须考虑工作要求计算。

3、动力参数输入功率及机械特性(电机功率)，是计算零件承载能力及尺寸的依据。

三、绘制总体设计图，编写设计文件总体设计图：总装配图、总体布置图，是零件设计的依据，要严格按比例绘制，表示出重要零件的结构、运动部件的极限位置、操作位置、联系尺寸等；系统图、原理图等；设计文件：技术任务书、设计评审报告、技术说明书等。可续页各章教学实施计划章节题目

第三章机械系统的载荷特性和动力机选择课时安排4学时授课时间第4周教学目的、要求(分了解、理解、掌握三个层次要求)：教学目的：通过分析载荷特性与动力机的特性，学会为工作机选择匹配动力机。教学要求：了解载荷类型；理解载荷确定处理方法；掌握动力机的机械特性、回合理选择动力机。教学内容(包括基本内容、重点、难点)：第一节工作机械的载荷和工作制

一、载荷类型

二、载荷确定方法

三、载荷处理方法

四、工作机械的工作制第二节动力机种类、机械特性、选择

一、电动机的种类、机械特性、选择

二、内燃机种类、机械特性、选择

三、液压马达种类、机械特性、选择教学重点；教学难点讨论、思考题、作业：P73:

1、

4、

8、

9、

10、

13、16。参考书目(含参考书、文献等)具体内容：课堂教学实施计划第1课教学过程设计：复习5分钟；授新课95分钟讨论分钟；其它0分钟授课类型(请打)：理论课讨论课实验课习题课其它教学方式(请打)：讲授讨论示教指导其它教学手段(请打)：多媒体模型实物挂图音像其它教学内容(包括基本内容、重点、难点)：机械系统可靠工作的必要条件是系统的各零部件应有足够的强度、刚度和稳定性、动力机应满足执行机构所要求的等.第一节工作机械的载荷和工作制作用在机械上的外力(工作阻力、重力、惯性力、驱动力等)称为载荷，确定载荷类型、大小、变化规律是系统设计(强度、刚度和稳定性、动力计算和动力机类型选择等)的基础。工作载荷的形式：

1、摩擦阻力(带传动、车辆运输)

2、重力(起重机械)

3、切削阻力(切削机床)

4、材料破碎(破碎机、球磨机)

5、流体阻力(液压系统内)

6、冲压阻力(冲床、压力机)工作机械的转矩与转速之间的关系称为工作机械的负载特性。表3-1。

一、载荷类型