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1、第一章第一章 绪论绪论 机械原理机械原理机械原理机械原理、机械设计机械设计机械设计机械设计、机械系统设计机械系统设计机械系统设计机械系统设计的关系的关系的关系的关系 机械原理机械原理是研究各种机械的是研究各种机械的组成原理组成原理、机器中常用、机器中常用机构的运动及动力机构的运动及动力性能分析与设计性能分析与设计、机器动力学机器动力学等问题的一门主干技术基础课。等问题的一门主干技术基础课。机械设计机械设计主要是主要是研究研究通用机械零通用机械零(部部)件设计和选用方面的件设计和选用方面的基本知识、基本知识、基本理论和基本方法基本理论和基本方法。机械设计的一般知识、机械零件的主要类型、性能、结构
2、特点、应用、机械设计的一般知识、机械零件的主要类型、性能、结构特点、应用、材料和标准等。材料和标准等。机械设计的基本原则、机械零件的失效形式、工作能力计算准则、受力机械设计的基本原则、机械零件的失效形式、工作能力计算准则、受力分析、应力分析和提高零件强度的措施。分析、应力分析和提高零件强度的措施。设计计算、结构设计和制图技能、实验技能、编制技术文件技能和设计计算、结构设计和制图技能、实验技能、编制技术文件技能和CAD应用技能等。应用技能等。2021/9/231 通过学习机械设计，达到了可以设计通用联接零部件、传动零部件通过学习机械设计，达到了可以设计通用联接零部件、传动零部件和设计简单机械装置
3、的目的。最终在机械设计课程设计中我们设计了减和设计简单机械装置的目的。最终在机械设计课程设计中我们设计了减速器，为机械系统设计打下了基础。速器，为机械系统设计打下了基础。2021/9/232 学习完学习完机械设计机械设计课程以后，同学们肯定会想课程以后，同学们肯定会想我们能设计出一台真正我们能设计出一台真正的机器吗的机器吗？通过分析，大家就会发现，搞清楚通用零部件、机械传动装置和？通过分析，大家就会发现，搞清楚通用零部件、机械传动装置和简单机械的设计理论和设计方法，并简单机械的设计理论和设计方法，并不等于已经具备设计机器的能力不等于已经具备设计机器的能力。因为机器是由许多零部件有机结合而组成的
4、，它可以分成许多组成部分：因为机器是由许多零部件有机结合而组成的，它可以分成许多组成部分：原动部分原动部分传动部分传动部分执行部分执行部分辅助装置（如润滑装置、显示及辅助装置（如润滑装置、显示及照明装置）照明装置）操纵和控制装置操纵和控制装置 组成机器的各个部分协调工作才能够完成机器的功能。组成机器的各个部分协调工作才能够完成机器的功能。孤立地看待机器的各个组成部分，片面地追求零部件的优秀，看不到零部孤立地看待机器的各个组成部分，片面地追求零部件的优秀，看不到零部件之间以及各个组成部分相互之间的作用和关系，就会导致件之间以及各个组成部分相互之间的作用和关系，就会导致优质的零部件组装优质的零部件
5、组装不出性能良好的机器不出性能良好的机器。2021/9/233例如，减速器的润滑，轴承需要润滑、传动件需要润滑，若润滑不好就例如，减速器的润滑，轴承需要润滑、传动件需要润滑，若润滑不好就会干摩擦；若密封不好，润滑油会外泄，外面杂质会进入内部等。会干摩擦；若密封不好，润滑油会外泄，外面杂质会进入内部等。所以光是把传动件、轴承等设计得很好是不够的。所以光是把传动件、轴承等设计得很好是不够的。2021/9/234 把机器作为一个机械系统来加以研究把机器作为一个机械系统来加以研究，这也是，这也是机械系统设计机械系统设计这门课程这门课程的研究目的和方法。的研究目的和方法。设计过程中，必须设计过程中，必须
6、把机器看成是各个部分和所有零部件之间相互关系和相把机器看成是各个部分和所有零部件之间相互关系和相互作用的整体互作用的整体，以，以系统优秀为最终目标系统优秀为最终目标，这样才能设计出性能良好的机器。，这样才能设计出性能良好的机器。开设开设开设开设机械系统设计机械系统设计机械系统设计机械系统设计课程的重要性和必要性课程的重要性和必要性课程的重要性和必要性课程的重要性和必要性一、一、机械系统设计机械系统设计是机械设计制造及自动化专业的主干必修课之一是机械设计制造及自动化专业的主干必修课之一 通过本课程的学习，使学生能从通过本课程的学习，使学生能从整机的角度和系统的观点整机的角度和系统的观点了解一般机
7、械了解一般机械产品设计的规律和特点，扩大机械结构知识，增强机械设计能力，掌握机械产品设计的规律和特点，扩大机械结构知识，增强机械设计能力，掌握机械产品设计的基本方法和技术，并结合课程设计和实验等实践环节，培养学生产品设计的基本方法和技术，并结合课程设计和实验等实践环节，培养学生具有开发设计性能良好的和有竞争力的机械产品的初步技能具有开发设计性能良好的和有竞争力的机械产品的初步技能。二、开设二、开设机械系统设计机械系统设计是教育改革的成果是教育改革的成果 在机械设计制造及自动化专业代替各种机械专业，成为了机械类的主干在机械设计制造及自动化专业代替各种机械专业，成为了机械类的主干专业后，以讲述方案
8、设计和总体设计，载荷特性和动力机选择，执行系统设专业后，以讲述方案设计和总体设计，载荷特性和动力机选择，执行系统设计，传动系统设计，操纵系统设计，控制系统设计及基础设计为主要内容的计，传动系统设计，操纵系统设计，控制系统设计及基础设计为主要内容的机械系统设计机械系统设计出现了。经过近十年的发展，该课程对学生的就业起到了出现了。经过近十年的发展，该课程对学生的就业起到了一定的作用。一定的作用。2021/9/235 机械设计机械设计课程以课程以通用机械零部件和机械传动装置通用机械零部件和机械传动装置为研究对象，不涉及为研究对象，不涉及到到机械系统的设计机械系统的设计，也就是说，也就是说，不能解决整
9、机设计的问题不能解决整机设计的问题。而。而机械系统设机械系统设计计从系统的观点出发，对机械系统的组成和设计进行分析，介绍机械系统从系统的观点出发，对机械系统的组成和设计进行分析，介绍机械系统的主要组成部分的设计方法和原理。学习该课程后，学生具有较为宽广的知的主要组成部分的设计方法和原理。学习该课程后，学生具有较为宽广的知识和视野，有较强的工作适应能力，有从事机械设计的基础知识和基本技能，识和视野，有较强的工作适应能力，有从事机械设计的基础知识和基本技能，有对机械设计中的具体技术问题进行分析和设计的能力，还具有进行整机设有对机械设计中的具体技术问题进行分析和设计的能力，还具有进行整机设计的初步能
10、力。计的初步能力。机械系统设计机械系统设计是系统工程学在机械设计方面的分支是系统工程学在机械设计方面的分支，属于现代设计方，属于现代设计方法。传统的机械设计方法偏重内部系统设计，法。传统的机械设计方法偏重内部系统设计，对外部系统和内部系统的相互对外部系统和内部系统的相互作用和影响重视不足作用和影响重视不足，会出现设计良好的机械产品，在外部环境下使用，技，会出现设计良好的机械产品，在外部环境下使用，技术性能和经济效益不好的情况。术性能和经济效益不好的情况。三、三、机械设计机械设计课程不能代替课程不能代替机械系统设计机械系统设计四、四、机械系统设计机械系统设计属现代设计方法属现代设计方法 在进行内
11、部系统设计时，传统的设计方法，以改善零部件的特性为重点，在进行内部系统设计时，传统的设计方法，以改善零部件的特性为重点，对零部件的相互作用和影响重视不足对零部件的相互作用和影响重视不足，会出现设计良好的零部件组装起来的，会出现设计良好的零部件组装起来的机械产品技术性能和经济效益不好的情况。机械产品技术性能和经济效益不好的情况。机械系统设计方法强调机械系统设计方法强调以系统的观点进行设计以系统的观点进行设计，既重视内部系统的设计，既重视内部系统的设计，又重视内部系统与外部系统的相互作用和影响；既重视零部件的设计，又重又重视内部系统与外部系统的相互作用和影响；既重视零部件的设计，又重视零部件之间的
12、相互协调和配合。视零部件之间的相互协调和配合。2021/9/236 第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 机械与机械系统机械与机械系统输出输出输入输入驱动驱动控制控制变速变速转向转向制动制动支架支架 转转动动自行车系统自行车系统2021/9/237一、系统的概念一、系统的概念 系统的概念非常广泛，可以举出许多的例子。在学校里，宿舍、班系统的概念非常广泛，可以举出许多的例子。在学校里，宿舍、班级、年级、学院、学校都是系统；在机械领域里，各种机械、机器、机级、年级、学院、学校都是系统；在机械领域里，各种机械、机器、机组也是系统；在更大的范围里，生物界、自然界、社会的各个阶层也可组也是系统；在更大的范
13、围里，生物界、自然界、社会的各个阶层也可以看成是系统。以看成是系统。“系统系统”这一概念来源于社会实践，它不是人们凭空想象出来的，这一概念来源于社会实践，它不是人们凭空想象出来的，而是在人类长期的社会实践中总结出来的而是在人类长期的社会实践中总结出来的。社会中的事物是复杂的，各。社会中的事物是复杂的，各事物之间是相互联系和相互作用的。人类为了科学把握和研究某一事物，事物之间是相互联系和相互作用的。人类为了科学把握和研究某一事物，除了必须分析和研究该事物的特性和发展规律外，还必须研究和分析与除了必须分析和研究该事物的特性和发展规律外，还必须研究和分析与该事物相关的事物之间的联系和作用，这样就形成
14、了该事物相关的事物之间的联系和作用，这样就形成了“系统系统”的概念。的概念。1.1.系统的定义系统的定义2021/9/238图图1-1伏羲古太极图伏羲古太极图伏羲古太极图伏羲古太极图蕴涵了古代中国人的系统思想。蕴涵了古代中国人的系统思想。易经易经试图用试图用阴阳五行八卦论阴阳五行八卦论来说明统一的世界，或把五行（金来说明统一的世界，或把五行（金木水火土）作为构成万物的基本要木水火土）作为构成万物的基本要素，或把八卦（从自然界中找出的素，或把八卦（从自然界中找出的8种事物：天地雷风水火山泽）看作种事物：天地雷风水火山泽）看作万物之源。战国时的子思、孟子提万物之源。战国时的子思、孟子提出了出了“天
15、人合一天人合一”的思想的思想。这些学。这些学说都把宇宙看作一个整体。说都把宇宙看作一个整体。古希腊思想家亚里士多德提出古希腊思想家亚里士多德提出了著名论点了著名论点“整体大于它的各部分整体大于它的各部分的总和的总和”。2021/9/239 始始建建于于公公元元前前7世世纪纪楚楚国国，秦秦始始皇皇（公公元元前前221-前前210）时时期期有有30万万人人连连接接了了各各国国长长城城，明明代代（1368-1644）万万历历年年间间又又大大规规模模修修筑筑。全全长长6700公公里里，是是世世界界上上最最长长的的城城墙墙建建筑筑。具具有有防防御御、通通讯讯和和保保护护交交通通的的功功能能，从从工工程程
16、计计算算、建建筑材料到施工管理均体现了系统思想筑材料到施工管理均体现了系统思想。图图 1-2 万里长城万里长城2021/9/2310 建于公元前建于公元前256-256-前前251251年，是世界上历史最长的无坝引水工程。将鱼嘴分洪、年，是世界上历史最长的无坝引水工程。将鱼嘴分洪、宝瓶口引水、飞砂堰分洪排沙合三为一，具有灌溉、防洪、引水、排沙、航运、宝瓶口引水、飞砂堰分洪排沙合三为一，具有灌溉、防洪、引水、排沙、航运、信息反馈等功能。在信息反馈等功能。在规划、设计、施工、维护等方面都体现了系统思想规划、设计、施工、维护等方面都体现了系统思想。图图1-3 都江堰都江堰2021/9/2311 现代
17、科学技术对于系统思想的发展有着重大的贡献。系统思想从许多现现代科学技术对于系统思想的发展有着重大的贡献。系统思想从许多现代科学技术中吸取了营养和精华：从辩证唯物主义那里吸取了丰富的哲学思代科学技术中吸取了营养和精华：从辩证唯物主义那里吸取了丰富的哲学思想；从运筹学、控制论、工程学、社会学那里获得了科学研究的方法；通过想；从运筹学、控制论、工程学、社会学那里获得了科学研究的方法；通过系统工程学充实了丰富的实践内容。系统工程学充实了丰富的实践内容。系统系统思想思想辩证唯物主义辩证唯物主义运筹学、控制论、工程学、社会学运筹学、控制论、工程学、社会学系统工程学系统工程学哲学思想哲学思想科学科学研究研究
18、方法方法实践实践内容内容 1994年我国年我国系统科学大辞典系统科学大辞典的系统（的系统（System）定义：）定义：系统是系统是由相互联系、相互作用的要素组成的具有一定结构和功能的有机由相互联系、相互作用的要素组成的具有一定结构和功能的有机整体。整体。1986至至1998年汪应洛院士给出的系统定义：年汪应洛院士给出的系统定义：系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。系统（系统（System）定义：）定义：2021/9/2312系统：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。由相互之间有机联
19、系的要素组成，具有特定功能的整体。系统特点：系统特点：系统由要素组成；系统由要素组成；组成系统的要素之间是有机联系的；组成系统的要素之间是有机联系的；系统应具有特定的功能。系统应具有特定的功能。系统包含了以下系统包含了以下6个基本概念：个基本概念：（1）要素要素：又称元素。是系统的组成部分，又称为子系统。：又称元素。是系统的组成部分，又称为子系统。（2）结构结构：系统各个要素相对稳定的相互联系、相互作用的方式。：系统各个要素相对稳定的相互联系、相互作用的方式。（5）功能功能：系统整体在内部与外部的联系中表现的作用和能力。：系统整体在内部与外部的联系中表现的作用和能力。（3）边界边界：系统所包含
20、的要素的界限，结构表明须有确定边界。：系统所包含的要素的界限，结构表明须有确定边界。（4）环境环境：存在于系统外与系统发生作用的各种因素的总体。：存在于系统外与系统发生作用的各种因素的总体。功能表明系统需要与环境发生关系。功能表明系统需要与环境发生关系。（6）输入输入：通过边界进入到系统的事物。：通过边界进入到系统的事物。输出输出：通过边界进入到环境的事物。：通过边界进入到环境的事物。2021/9/23132.2.系统的分类系统的分类划分依据划分依据系统类型系统类型实例实例系统起源系统起源自然系统自然系统 Natural systems 海洋系统，天体系统，生物系统海洋系统，天体系统，生物系统
21、人工系统人工系统 Artificial systems工程系统，社会系统，管理系统工程系统，社会系统，管理系统要素性质要素性质物质系统物质系统 Physical systems矿藏系统，生物系统，技术系统矿藏系统，生物系统，技术系统概念系统概念系统 Conceptual systems法律系统，文学系统，艺术系统法律系统，文学系统，艺术系统与时间关系与时间关系动态系统动态系统 Dynamic systems气象系统，生物系统，生产系统气象系统，生物系统，生产系统静态系统静态系统 Static systems建筑物，地图建筑物，地图要素数量和结构要素数量和结构简单系统简单系统 Simple sy
22、stems原子系统，简单工具原子系统，简单工具复杂系统复杂系统 Complex systems生命系统，生产系统，社会系统生命系统，生产系统，社会系统与外界的作用与外界的作用孤立系统孤立系统 Island systems宇宙飞船的密封仓宇宙飞船的密封仓封闭系统封闭系统 Closed systems外加磁外加磁/电场中的磁电场中的磁/电介质系统电介质系统开放系统开放系统 Open systems生命系统，经济系统，社会系统生命系统，经济系统，社会系统认识论认识论黑色系统黑色系统 Black systems银河系外遥远星座，待设计产品银河系外遥远星座，待设计产品白色系统白色系统 Whitening
23、 systems可拆卸的机器，已解决的问题可拆卸的机器，已解决的问题灰色系统灰色系统 Grey systems农业系统，人体系统农业系统，人体系统 复合系统复合系统（Compound systems）：几种类型的系统互相重合和嵌套所组成）：几种类型的系统互相重合和嵌套所组成的系统。大多数系统是自然系统与人工系统的复合系统。的系统。大多数系统是自然系统与人工系统的复合系统。2021/9/23143.3.系统的特性系统的特性 系统是可以系统是可以分解和综合分解和综合的。由两个或者两个以上的要素组成的具有一定的。由两个或者两个以上的要素组成的具有一定结构和功能的整体都可以看成是一个系统。结构和功能的
24、整体都可以看成是一个系统。一个大的系统可以看成是若干个小的系统一个大的系统可以看成是若干个小的系统子系统组成的。当然子系统子系统组成的。当然子系统还可能是由若干个更小的子系统组成的。还可能是由若干个更小的子系统组成的。系统的系统的可分性可分性：把一个大系统可以看成是若干个子系统按照一定的结构综合而成的。把一个大系统可以看成是若干个子系统按照一定的结构综合而成的。系统的可系统的可综合性综合性：系统具有系统具有6个特性：个特性：整体性、相关性（结构性和开放性）、动态性、层整体性、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次性、目的性和环境适应性。（1）整体性整体性：整体性是系统所
25、具有的：整体性是系统所具有的最重要和最基本最重要和最基本的特性。的特性。系统的整体性可以表现为以下系统的整体性可以表现为以下3各方面：各方面：判断一个系统的优劣，最终是看系统的整体功能如何判断一个系统的优劣，最终是看系统的整体功能如何。系统是由要素组成的，离开了要素就谈不上系统。系统是由要素组成的，离开了要素就谈不上系统。系统的性质是由要素系统的性质是由要素来决定的来决定的，有什么样的要素就会有什么样的系统。，有什么样的要素就会有什么样的系统。系统的性质、功能和运动规律只有从整体上才能显示出来。系统的性质、功能和运动规律只有从整体上才能显示出来。2021/9/2315 系统的性质除了决定于要素
26、外，还决定于系统的性质除了决定于要素外，还决定于联系各要素之间的结构联系各要素之间的结构，结构，结构的好坏直接是由要素之间的协调作用体现出来的。优质的要素如果协调的不的好坏直接是由要素之间的协调作用体现出来的。优质的要素如果协调的不好，形成的结构可能不是最优的，系统的整体功能也不会好。系统的非中心好，形成的结构可能不是最优的，系统的整体功能也不会好。系统的非中心要素中，有一些质量差的要素，但只要协调的好，就可以形成优异的结构，要素中，有一些质量差的要素，但只要协调的好，就可以形成优异的结构，从而形成质量较好的系统。因此，从而形成质量较好的系统。因此，合理地选择要素，处理好要素以及要素与合理地选
27、择要素，处理好要素以及要素与系统之间的关系，对于系统的功能和性质是至关重要的系统之间的关系，对于系统的功能和性质是至关重要的。在构成系统时，各种要素要形成一定的结构。在系统中，各要素处的地在构成系统时，各种要素要形成一定的结构。在系统中，各要素处的地位不同，所起的作用也不相同。有的要素处于位不同，所起的作用也不相同。有的要素处于中心地位中心地位，支配和决定着整个，支配和决定着整个系统的行为，它们是系统的行为，它们是中心要素中心要素；还有一些要素处于；还有一些要素处于非中心、被支配非中心、被支配的位置，的位置，它们则属于它们则属于非中心要素非中心要素。2021/9/2316组成系统间的要素相互间
28、必须有机地联系组成系统间的要素相互间必须有机地联系 要素间有机联系才能组成系统，而要素间的随意组合，不能形成要素间有机联系才能组成系统，而要素间的随意组合，不能形成系统。系统。整体与部分相对应，整体是各个部分综合的产物。整体与部分相对应，整体是各个部分综合的产物。系统整体不等于部系统整体不等于部分和，表现出了系统的非加和性，即要素的相互作用具有非线性分和，表现出了系统的非加和性，即要素的相互作用具有非线性。系统不能分割只能分解系统不能分割只能分解 在系统中不能存在与其他要素不相互联系的独立要素，不能把系在系统中不能存在与其他要素不相互联系的独立要素，不能把系统分割成为相互独立的子系统，但可以根
29、据需要（为了研究方便）把统分割成为相互独立的子系统，但可以根据需要（为了研究方便）把系统分解成为若干个相互联系的子系统，各子系统之间的联系可以采系统分解成为若干个相互联系的子系统，各子系统之间的联系可以采用它们之间的输入输出关系来表示。用它们之间的输入输出关系来表示。2021/9/2317 （2）相关性（相关性（包括结构性与开放性包括结构性与开放性）：组成系统的各个要素之间有机联系、：组成系统的各个要素之间有机联系、相互作用和相互影响所形成的特定关系就是相关性。相互作用和相互影响所形成的特定关系就是相关性。结构性结构性 系统的结构性是指要素与要素、要素与整体的相互联系、相互作用的系统的结构性是
30、指要素与要素、要素与整体的相互联系、相互作用的特性。特性。结构性又称为系统内部的相关性结构性又称为系统内部的相关性。结构是系统保持整体性和目的性的内在根据结构是系统保持整体性和目的性的内在根据。结构是功能的基础，功能是结构的表现。结构是功能的基础，功能是结构的表现。结构决定功能，功能又反作用于结构。结构决定功能，功能又反作用于结构。开放性开放性 系统的开放性是指系统与环境发生交换关系的属性。系统的开放性是指系统与环境发生交换关系的属性。开放性又称为系统外部的相关性开放性又称为系统外部的相关性，它是由系统内在结构所决定的。，它是由系统内在结构所决定的。环境选择系统，系统也选择环境。系统世界应该是
31、一个和谐发展的世界。环境选择系统，系统也选择环境。系统世界应该是一个和谐发展的世界。输入与输出是表征系统开放性的两个方面。输入与输出是表征系统开放性的两个方面。系统需要开放，是由于系统的存在和发展离不开环境。开放性是在与环系统需要开放，是由于系统的存在和发展离不开环境。开放性是在与环境的相互作用中实现的。境的相互作用中实现的。2021/9/2318（3）动态性动态性 任何具体系统都要经历产生、发展、稳定、老化和衰亡的过程，任何具体系统都要经历产生、发展、稳定、老化和衰亡的过程，系统状系统状态是时间的函数态是时间的函数，这就是系统的动态性。，这就是系统的动态性。运动是系统的存在方式运动是系统的存
32、在方式。系统内部各要素的相互作用是系统运动的内因，。系统内部各要素的相互作用是系统运动的内因，系统与环境的相互作用是系统运动的外因。系统与环境的相互作用是系统运动的外因。系统的发展方式：系统的发展方式：直线式、阶段式、飞跃式和振荡式直线式、阶段式、飞跃式和振荡式等。等。系统具有绝对的动态性，并不否认系统具有相对的稳定性。系统具有绝对的动态性，并不否认系统具有相对的稳定性。系统的稳定性是指系统在外界干扰和内部故障的作用下，能够持续保持结系统的稳定性是指系统在外界干扰和内部故障的作用下，能够持续保持结构、功能和性质的恒定性和有序性。构、功能和性质的恒定性和有序性。相对稳定性是系统存在和发展的必要条
33、件。相对稳定性是系统存在和发展的必要条件。系统抵抗干扰和故障以保存自身的属性，又称为整体稳定性。系统抵抗干扰和故障以保存自身的属性，又称为整体稳定性。2021/9/2319动态性对设计工作的启示：动态性对设计工作的启示：要要以发展变化的观点来研究问题以发展变化的观点来研究问题，把握设计对象的发展趋势和变化规，把握设计对象的发展趋势和变化规律，在实践中防止退化，促成进化。律，在实践中防止退化，促成进化。由于系统的动态变化，就会出现这样或那样的时机可以利用。因此，由于系统的动态变化，就会出现这样或那样的时机可以利用。因此，要要认识时机，抓住时机认识时机，抓住时机。要保持系统的稳定有序状态，必须要保
34、持系统的稳定有序状态，必须在动态中平衡系统在动态中平衡系统。在条件具备时，。在条件具备时，平衡是可以打破的，打破之后要在新的基础上建立新的动态平衡，以维持新的平衡是可以打破的，打破之后要在新的基础上建立新的动态平衡，以维持新的稳定有序状态。稳定有序状态。2021/9/2320系统层次性的基本内容有系统层次性的基本内容有3点：点：任何系统都具有层次结构任何系统都具有层次结构。任何系统从简单到复杂的发展过程是分层次的任何系统从简单到复杂的发展过程是分层次的。不同层次的系统之间是相互影响的不同层次的系统之间是相互影响的。高层次系统与低层次系统形成一种高层次系统与低层次系统形成一种纵向联纵向联系系。在
35、同在同层次的各层次的各(子子)系统之间形成系统之间形成复杂的横向联系复杂的横向联系。系统的层次性是指系统的层次性是指系统的一种垂直结构系统的一种垂直结构，即系统由一定的要素组成，这，即系统由一定的要素组成，这些要素是由低一级要素组成的子系统，而系统本身又是更高一级系统的组成些要素是由低一级要素组成的子系统，而系统本身又是更高一级系统的组成要素。要素。社会系统社会系统农业系统农业系统工业系统工业系统种植业系统种植业系统（4）层次性层次性2021/9/2321（5）目的性目的性：系统具有特定的功能是系统存在的目的。系统的价值体现在它的功能上。系统具有特定的功能是系统存在的目的。系统的价值体现在它的
36、功能上。如果系统不具备有序稳定结构，就不具有保持自身的能力，就会在外力和内力如果系统不具备有序稳定结构，就不具有保持自身的能力，就会在外力和内力的影响下分解、崩溃。任何系统都具有内部的影响下分解、崩溃。任何系统都具有内部(结构结构)和外部和外部(功能功能)的二重性。的二重性。系统的目的性系统的目的性并不是超自然的神秘力量，而是并不是超自然的神秘力量，而是系统自组织系统自组织的结果的结果。系统在自组织的过程中，系统吸收相互作用所产生的信息，并通过信息反系统在自组织的过程中，系统吸收相互作用所产生的信息，并通过信息反馈来协调内部关系以及它与环境的关系，从而使系统从无序状态走向稳定有序馈来协调内部关
37、系以及它与环境的关系，从而使系统从无序状态走向稳定有序的结构，这样就表现出自组织这种目的性。的结构，这样就表现出自组织这种目的性。自组织自组织:系统自发地从无序状态组织成一种有序结构的过程系统自发地从无序状态组织成一种有序结构的过程。2021/9/2322 任何一个系统都存在于一定的物质环境中任何一个系统都存在于一定的物质环境中，外界环境发生了变化，会使系，外界环境发生了变化，会使系统的输入变化，甚至会对系统产生干扰，从而引起系统功能变化。这时要求外统的输入变化，甚至会对系统产生干扰，从而引起系统功能变化。这时要求外界环境不发生变化是不可能的，由于变化是绝对的，而稳定是相对的、暂时的，界环境不
38、发生变化是不可能的，由于变化是绝对的，而稳定是相对的、暂时的，所以只能所以只能要求系统对外界环境的变化和干扰有良好的适应能力要求系统对外界环境的变化和干扰有良好的适应能力。例如谷物收割机在一定的环境中工作，当环境改变，尽管谷物收割机的例如谷物收割机在一定的环境中工作，当环境改变，尽管谷物收割机的一些参数发生变化，但其仍能工作。这就是适应性。一些参数发生变化，但其仍能工作。这就是适应性。（6）环境适应性环境适应性系统应能够系统应能够适应外界的环境变化适应外界的环境变化。环境环境 系统系统(处理处理)输入输入输出输出反馈反馈2021/9/23233.3.机械系统的概念机械系统的概念 从从生产生产的
39、角度来看机械零件是组成机械的最小单元；从的角度来看机械零件是组成机械的最小单元；从物理物理的角度来看，的角度来看，机械零件是具有一定质量、刚度和阻尼的物体；从机械零件是具有一定质量、刚度和阻尼的物体；从系统结构的不同层次系统结构的不同层次来看，来看，零件、部件和装置都是组成机械的要素，它们是机械处于不同层次的子系统。零件、部件和装置都是组成机械的要素，它们是机械处于不同层次的子系统。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成的有特定功能的整体，我们称其为机械系统。组成系统的基本要素是，我
40、们称其为机械系统。组成系统的基本要素是机械零机械零件件。从更大的范围看，从更大的范围看，机械、人和环境组成了一个更大的系统机械、人和环境组成了一个更大的系统，它们之间有相，它们之间有相互联系和相互作用，具有特定的功能。常常把机械称为这个大系统的互联系和相互作用，具有特定的功能。常常把机械称为这个大系统的内部系统内部系统，而把人和环境而把人和环境称为称为外部系统外部系统。2021/9/2324系统输出系统输出+机机环境环境任务要求任务要求人人显示显示环境环境控制控制图图1-4 人机环系统示意图人机环系统示意图内部系统内部系统外部系统外部系统外部系统外部系统外部系统外部系统2021/9/2325部
41、部外外统统系系部部统统内内系系输入输入3 3输入输入2 2输入输入1 1输出输出2 2输出输出3 3输出输出1 1内内 部部系系 统统外外部部系系统统输入输入1 1输入输入3 3输入输入2 2输出输出2 2输出输出3 3输出输出1 1外部系外部系统统与内部系与内部系统统的关系可以用的关系可以用输输入和入和输输出表示。出表示。外部系统对内部系统的作用和影响，对内部系统是输入，对外部系统是输出。外部系统对内部系统的作用和影响，对内部系统是输入，对外部系统是输出。内部系统对外部系统的作用和影响，对外部系统是输入，对内部系统是输出。内部系统对外部系统的作用和影响，对外部系统是输入，对内部系统是输出。2
42、021/9/2326二、机械系统的组成二、机械系统的组成 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：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：动力动力系统、传动系统、执行系统、操纵与控制系统系统、传动系统、执行系统、操纵与控制系统等。等。(一一)动力系统动力系统 动力系统的功能是为机械系统提供动力动力系统的功能是为机械系统提供动力。动力系统一般包括动力机和配套。动力系统一般包括动力机和配套装置，而装置，而动力机可以分为一次动力机和二次动力机动力机可以分为一次动力机和二次动力机。动力系统动力系统传动系统传动系统执行系统执行系统操纵和控制系统操纵和控制系统系统边
43、界系统边界2021/9/2327 动力机的种类很多，特性各不相同。为了使机械系统具有良好的动态特动力机的种类很多，特性各不相同。为了使机械系统具有良好的动态特性及较好的经济性，应为机械系统选择合适的动力机。性及较好的经济性，应为机械系统选择合适的动力机。选择动力机时，选择动力机时，应考虑以下应考虑以下5 5个方面的因素个方面的因素：（1）现场的能源条件；）现场的能源条件；（2）执行系统的机械特性与工作制度；）执行系统的机械特性与工作制度；（3）机械系统的使用环境、工作状况、操作和维修条件；）机械系统的使用环境、工作状况、操作和维修条件；（4）机械系统对起动、过载、调速及运转平稳性的要求；）机械
44、系统对起动、过载、调速及运转平稳性的要求；（5）应使机械系统在运行中有良好的经济性和可靠性。）应使机械系统在运行中有良好的经济性和可靠性。二次动力机是二次动力机是把把二次能源二次能源(电能、液能、气能电能、液能、气能)变成机械能的机械，如电变成机械能的机械，如电动机、液压马达、气压马达等。动机、液压马达、气压马达等。一次动力机一次动力机是把是把自然界的能源自然界的能源(一次能源一次能源)转变成为机械能的机械，如内转变成为机械能的机械，如内燃机、汽轮机、水轮机等。燃机、汽轮机、水轮机等。为了能够得到较高的经济效益，动力机一般输出的是旋转运动，而且转速为了能够得到较高的经济效益，动力机一般输出的是
45、旋转运动，而且转速较高，力矩较小。较高，力矩较小。2021/9/2328 机械系统的功能不同，执行系统就不相同，因此应当机械系统的功能不同，执行系统就不相同，因此应当根据机械系统的功根据机械系统的功能选择合适的执行系统能选择合适的执行系统。功能有多解性，为了实现机械系统的特定功能，可。功能有多解性，为了实现机械系统的特定功能，可以寻求多种执行系统的方案。对这些方案应从完成功能的优劣以及性能指标以寻求多种执行系统的方案。对这些方案应从完成功能的优劣以及性能指标的先进性方面进行综合的技术经济分析，比如可靠性、经济性、动力性等方的先进性方面进行综合的技术经济分析，比如可靠性、经济性、动力性等方面进行
46、分析，从中找出最优的方案。面进行分析，从中找出最优的方案。（二）执行系统（二）执行系统 执行系统：执行系统：直接实现机械系统功能的装置，由执行机构和执行构件组成直接实现机械系统功能的装置，由执行机构和执行构件组成。按照功能的不同对执行系统进行分类，这时它可以分为如下按照功能的不同对执行系统进行分类，这时它可以分为如下3类：类：利用机械能利用机械能改变作业对象改变作业对象物料的性质、形态、形状或位置物料的性质、形态、形状或位置的执行系统。的执行系统。如谷物收穗机、洗衣机、锅炉、车床、汽锤、运输机、起重机等。如谷物收穗机、洗衣机、锅炉、车床、汽锤、运输机、起重机等。对作业对象进行对作业对象进行检测
47、或度量检测或度量的执行系统。如材料试验机、的执行系统。如材料试验机、X光机、地磅等。光机、地磅等。可以可以传递或转换信息传递或转换信息的执行系统。计算机、电话机、照相机、摄像机等。的执行系统。计算机、电话机、照相机、摄像机等。执行系统处于机械系统的末端，直接与作业对象接触，执行系统的输出就执行系统处于机械系统的末端，直接与作业对象接触，执行系统的输出就是机械系统最主要的输出，因此，是机械系统最主要的输出，因此，执行系统的好坏将会直接影响机械系统的执行系统的好坏将会直接影响机械系统的功能功能。2021/9/2329 4、传递动力传递动力：把动力系统输出的动力改变后传送给执行系统，使执行系：把动力
48、系统输出的动力改变后传送给执行系统，使执行系统具有完成功能所需要的转矩或力。统具有完成功能所需要的转矩或力。如果动力机的工作性能与执行系统的要求完全相符，也可以将动力系统与如果动力机的工作性能与执行系统的要求完全相符，也可以将动力系统与执行系统直接联接起来，不过这样的机械系统比较少见。执行系统直接联接起来，不过这样的机械系统比较少见。（三）传动系统（三）传动系统 传动系统的作用是把动力系统提供的动力和运动传递给执行系统。传动系统的作用是把动力系统提供的动力和运动传递给执行系统。传动系统的功能可以分述以下：传动系统的功能可以分述以下：1、减速或增速减速或增速：保持动力系统输出的连续转动形式不变，
49、降低或提高转：保持动力系统输出的连续转动形式不变，降低或提高转速，以满足执行系统的要求。速，以满足执行系统的要求。2、变速变速：保持动力系统输出的连续转动形式不变，根据执行系统的要求，：保持动力系统输出的连续转动形式不变，根据执行系统的要求，通过传动系统，实现多种速度。通过传动系统，实现多种速度。有一些动力机，如直流电动机，可以提供一定范围的变化转速，但是对于有一些动力机，如直流电动机，可以提供一定范围的变化转速，但是对于多数动力机，这样做是不经济或者是不能满足执行系统的要求。因此，利用传多数动力机，这样做是不经济或者是不能满足执行系统的要求。因此，利用传动系统变速是必要的。变速可以分为：动系
50、统变速是必要的。变速可以分为：有级变速和无级变速有级变速和无级变速。3、改变运动规律或形式改变运动规律或形式：把动力系统输出的均匀连续转动，根据执行系：把动力系统输出的均匀连续转动，根据执行系统的要求，转变成按照某种运动规律变化的运动形式。统的要求，转变成按照某种运动规律变化的运动形式。执行系统运动形式是多种多样的，如旋转运动和非旋转运动、连续运动执行系统运动形式是多种多样的，如旋转运动和非旋转运动、连续运动和间歇运动、单向运动和多向运动等等。和间歇运动、单向运动和多向运动等等。2021/9/2330 机械系统除了上述的四个必备的系统外，有些机械系统还要具有润滑系机械系统除了上述的四个必备的系