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1、二、机械系统二、机械系统(产品产品)的设计方法及的设计方法及 设计程序设计程序 机械系统（产品）种类繁多。形式多样、用途各异，但在设计方法上基本相同，大致可以划分为三类：1理论设计 主要是根据一定的科学理论及试验结论进行设计，可以分为设计计算与校核计算两种。设计计算是指根据机械系统中零件运动要求、受力情况、材料性能及失效形式等，用理论公式计算出零件危险剖面的尺寸，然后根据结构与工艺等方面的要求，设计出机械零件的具体结构。校核计算则是参照已有的实物、图纸和经验数据，即根据零件的形状和尺寸，通过理论公式校核其强度是否满足使用要求。2经验设计 是根据现有机械系统在使用中总结出来的经验数据或公式进行设
2、计，或与同类机械系统相类比进行设计。经验设计简便、可靠，避免了繁琐费时的计算过程，是一种实用有效的设计方法。但有时由于缺乏相似形式的机械系统相类比，而使此法受到一定限制。3模型试验设计 对于一些巨大的、结构复杂的重要机械系统，由于往往难以进行可靠的理论设计，可采用模型试验设计。通过模型试验，测定其主要零部件的实际应力分布情况和极限承载能力，并根据试验结果修正初步设计的模型，这样便弥补了理论设计和经验设计的不足。设计一个新的机械系统（产品）是一项复杂细致的工作，要提供性能好、质量好、成本低、竞争能力强、受用户欢迎的新的机械产品，必须有一套科学的工作程序。基本程序如图所示。1 1）制定设计任务书）
3、制定设计任务书 任务书可以由主管部门指令性下达或由用户提出，也可由设计部门根据需要提出。不论设计任务书是谁提出的，都应由主管部门召开可行性论证会，通过专家评议审查，才能确定设计任务书。设计任务书中应明确规定：产品的名称（代号）、功用、生产率、主要性能指标、可靠性和使用维护要求、工作条件、生产批量、预期成本、设计和制造完成日期以及其它特殊要求等等。2）方案设计（构思设计方法）方案设计（构思设计方法）根据设计任务书规定的要求，进行充分的调查研究，包括：收集类似产品的技术数据及有关图纸资料；了解国内外的生产状况；了解制造单位的设备、材料供应情况等等，根据产品的性能要求，提出若干个切实可行的方案，召开
4、方案审查会，对方案进行对比分析、可行性分析，必要时还可以进行试验分析，最后选定一种较好的方案。方案设计包括机械产品的整体方案、传动系方案及工作机构选择等等，它是下一步技术设计的基础。方案设计的好，可以说设计成功了一半，如果方案设计不好，将影响设计甚至导致设计的失败。3）技术设计）技术设计 方案确定之后，为实现设计方案就要进行技术设计，其中包括运动设计、动力设计、结构设计和主要零部件工作能力（强度、刚度、寿命等）设计。这一阶段要完成装配图、零件工作图及编写设计计算说明书等技术文件，它是把设计方案变成技术文件的过程。4）样机试制）样机试制 用技术设计所提供的图纸等技术文件进行样机试制。5）样机测试
5、）样机测试 对试制提供样机进行试验，检测样机是否达到设计要求，发现问题对图纸进行进一步修改。6）技术经济评价）技术经济评价 进行技术经济评价可以从多种设计方案的比较中找到理想的设计方案，遇到两个评价相似的方案，其中之一技术价值较高，而另一个经济价值较高，这时最好选择技术价值较高的方案。7）修改设计）修改设计 针对样机试验和技术经济评价中暴露的问题，修改原来设计方案，使设计趋于完善。8）生产设计）生产设计 根据修改设计后所得的图纸等技术文件，考虑生产批量，进行工艺流程和工艺装备的设计，以确保产品的性能和质量。9）正式投产）正式投产 按照修改后的技术文件和确定的批量，正式组织生产合格的产品，投放市
6、场。19.3机械系统原动机的选择机械系统原动机的选择一、原动机的运动参数一、原动机的运动参数 我们知道机械系统都是由原动机驱动的。原动机的运动形式比较单一，现代机械系统多采用作回转运动的原动机，如电动机、内燃机、旋转式液压马达等。电动机具有结构简单、价格便宜、效率高、控制使用方便等优点，所以应有最为广泛。电动机的运动参数为转速（r/min）。当工作机构的转速或移动速度较高时，应选用高转速的电动机。因为这样不但可以减小电动机的尺寸和重量、降低电动机的价格，还能缩短运动链和提高传动系统的机械效率。但是，当工作机构的转速或移动速度很低时，则不应采用高速电动机，否则传动链过长、零件增多、机械效率降低，
7、反而不经济。因此，确定电动机的转速时，应综合考虑电动机的重量、尺寸、价格、机械传动系统的复杂程度以及机械效率等因素。电动机的主要指标有功率P（kW）、转矩T（Nm）和转速n（r/min），它们之间的关系为：电动机的容量（功率）选择是否合适，会影响到电动机的工作性能和经济性。容量小于工作要求，则不能保证工作机正常工作，或使电动机过早损坏；容量过大，则造成浪费。选择电动机的容量，以电动机工作时温度升高数值不超过允许值为原则，方法较为复杂。对于静载荷作用下长期运行的电动机，可以选择电动机的额定功率Ped略大于传动系统的输入功率Pd，一般不必验算发热和起动力矩。当工作机构和原动机的运动参数确定以后，就
8、可以计算出运动链的总传动比，然后选择机构和进行机构的组合设计。二、原动机类型的选择二、原动机类型的选择 原动机的类型影响机械传动形式和机构类型的选择。例如原动机的运动形式、速度、驱动转矩、调速和制动性能好坏以及可否逆转等一系列因素的不同，都将对机械传动形式和机构类型提出不同要求。因此，首先应选好原动机。机械系统比较常用的几种原动机及主要特点见下表格。电动机的选择，主要根据机械系统的工作环境（温度、湿度、粉尘、酸碱等），工作特点（起动频繁程度、起动载荷大小等等），并考虑各种电动机的特点及供应情况等而选型。在生产中，对于一些不经常起动和无特殊要求的机械系统，应尽量采用三相鼠笼式异步电动机；对于经常
9、起动、制动和正反转的场合（如起重、提升设备），要求电动机具有较大的过载能力和较小的转动惯量，应选用起重及冶金设备用的三相异步电动机。对于野外工作机械、移动式机械及特殊要求的机械可用内燃机、液压马达等作为动力机。19.4 传动系统设计传动系统设计 一、机械系统的传动方案一、机械系统的传动方案 传动装置是将动力机的动力和运动传递给执行装置的中间装置。设计机械传动系统时，首先应根据生产工作需要提出的动作要求，拟定产品的传动方案。一般以传动动力为主的传动称为动力传动，以传动运动为主的传动称为运动传动。机器中采用不同的传动方式构成的传动装置可以起到以下作用：1）改变运动规律，如减速、增速、间歇运动等。2）改变运动形式，将连续的匀速旋转运动变为按某种规律变化的旋转、非旋转的其它运动，如曲柄滑块机构、齿轮齿条机构等。3）实现由一个动力机驱动若干个运动形式和速度各异的驱动机构，如弯曲成型机等。4）传递动力，即将动力机的动力传递给执行机构。5）物料输送，如生产线上的物料输送装置。