1、2022-8-17第二章机械系统的总体设计02第二章机械系统的总第二章机械系统的总体设计体设计第二章机械系统的总体设计本章内容：本章内容：1.机械系统总体设计的基本步骤和形成的技术文件；2.设计任务的形成与确定；3.机械系统的功能描述、功能分解与求解；4.机械系统总体方案设计和求解；5.机械系统方案的评价原则和方法；6.机械系统的结构方案和总体布局设计；7.机械系统的主要技术参数、技术指标和总体设计图要求。本章重点：本章重点：1.机械系统总体设计的技术文件；2.机械系统的功能分解与求解；3.机械系统总体方案设计和求解；本章难点：本章难点：1.机械系统的功能分解与求解；2.机械系统的方案求解（形
2、态学矩阵）；3.机械系统方案的评价方法（模糊评价法）。第二章机械系统的总体设计 机械系统设计的第一个环节是机械系统设计的第一个环节是总体设计总体设计，它是产品设计的关键，对产品的技术性能，经它是产品设计的关键，对产品的技术性能，经济指标，外观造型等具有决定性意义。济指标，外观造型等具有决定性意义。在总体设计过程中，应逐步形成下列技术文件：在总体设计过程中，应逐步形成下列技术文件：系统工作原理简图；主要部件的工作原理图；系统工作原理简图；主要部件的工作原理图；方案评价报告；总体设计报告；系统总体布置图方案评价报告；总体设计报告；系统总体布置图。1.系统的原理方案的构思系统的原理方案的构思2.结构
3、方案设计结构方案设计3.总体布局与环境设计总体布局与环境设计4.主要参数及技术指标的确定主要参数及技术指标的确定5.总体方案的评价与决策总体方案的评价与决策机械系统总体设计的主要内容包括：机械系统总体设计的主要内容包括：第二章机械系统的总体设计一、设计任务的形成与确定一、设计任务的形成与确定1.1.设计任务的类型设计任务的类型（1 1）开发性设计开发性设计“零零”“原型原型”的创新开发的创新开发（2 2）适应性设计适应性设计在原理方案基本保持不变的前提下，对产品作局部的变更或在原理方案基本保持不变的前提下，对产品作局部的变更或设计一个新部件，使产品在质和量方面更能满足使用要求。设计一个新部件，
4、使产品在质和量方面更能满足使用要求。（3 3）变型设计变型设计在工作原理和功能结构都不变的情况下，变更现有产品的结在工作原理和功能结构都不变的情况下，变更现有产品的结构配置和尺寸，使之适应于更多的量的要求。构配置和尺寸，使之适应于更多的量的要求。创新创新课堂作业：课堂作业：对于三种设计任务的类型举例说明。对于三种设计任务的类型举例说明。第二章机械系统的总体设计在所有的机械设计中75的机械是已经设计过的，有样机可供参考，有25的机械是未曾设计过的，无样机参考。从有无样机可供参考的角度，机械设计可分为三类：开发性设计、变型设计和仿型设计。1.开发性设计（开发性设计（New Product Desi
5、gn）在工作原理、结构等完全未知的情况下，应用成熟的科学技术或经过试验证明是可行的新技术，设计过去没有过的新型机械。这是一种完全创新的设计。世界上第一台电话的设计就属于完全创新设计。2.变型设计（变型设计（Improving Design）有同类产品可供参考，原理和结构完全已知。原理不变，为适应用户某些新的要求，或克服产品市场调查所反映的缺点，所进行的发展性设计。在结构设计或造型设计方面有创新，可获得实用新型专利或外观设计专利。第二章机械系统的总体设计例例2-1 更换普通自行车的传动系统，并改变部分结构后开发的变速赛车；发动机作四缸、六缸、直列、V形等改型设计。多数产品属于变型设计。随着技术水
6、平的提高和市场需求的变化，应掌握产品生命周期的特征，适时地对老产品进行改进。3.仿型设计（仿型设计（Selecting Design）它是指有同类产品可供参考，原理和结构完全或部分已知。原理、结构和性能一般不变，只作工艺性变化，以适应本企业的生产特点和技术装备要求。通常采用反求设计（Reverse Design）方法。第二章机械系统的总体设计2.2.设计任务的来源设计任务的来源（1 1）指令性设计任务指令性设计任务（政府和军队等部门下达的政府和军队等部门下达的）（2 2）来自市场的设计任务来自市场的设计任务（用户根据自己的需要提出的用户根据自己的需要提出的）（3 3）考虑前瞻的预研设计任务考虑
7、前瞻的预研设计任务（根据市场的发展动向）（根据市场的发展动向）3.3.拟定设计任务书拟定设计任务书（1 1）拟定设计任务书的一般原则）拟定设计任务书的一般原则 “详细而明确，合理而先进详细而明确，合理而先进”详细详细：针对具体设计项目尽可能列出全部设计要求，特别：针对具体设计项目尽可能列出全部设计要求，特别是不要遗漏重要的设计要求。是不要遗漏重要的设计要求。明确明确：对设计要求尽可能定量化。：对设计要求尽可能定量化。合理合理：对设计要求提得适度，实事求是。：对设计要求提得适度，实事求是。先进先进：与国内外同类产品相比，在产品功能、技术性能、：与国内外同类产品相比，在产品功能、技术性能、经济指标
8、方面都有先进性。经济指标方面都有先进性。第二章机械系统的总体设计（3 3）设计任务书的格式）设计任务书的格式“明细表明细表或或合同书合同书”等方式表达等方式表达（2 2）产品设计要求）产品设计要求对整机而言，通用的主要要求如下：对整机而言，通用的主要要求如下：产品功能要求；（产品功能要求；（V=F/CV=F/C）适应性适应性要求；（要求；（产品的适应范围产品的适应范围）性能要求；（性能要求；（产品的技术特征产品的技术特征）生产能力要求；（生产能力要求；（产品的重要技术指标产品的重要技术指标）制造工艺要求；制造工艺要求；可靠性要求；可靠性要求；使用寿命要求；使用寿命要求；人机工程要求；人机工程要
9、求；安全性要求安全性要求第二章机械系统的总体设计编编 号号名名 称称微电脑全自动洗衣机微电脑全自动洗衣机设计单位设计单位起止时间起止时间主要设计人员主要设计人员设计费用设计费用设设 计计 要要 求求1功能功能主要功能主要功能:洗涤脏衣服洗涤脏衣服;辅助功能辅助功能:毛衣物上的毛绒过滤等。毛衣物上的毛绒过滤等。2适应性适应性洗涤对象洗涤对象:普通衣物普通衣物;毛毯、牛仔服；羊毛、丝绸等。毛毯、牛仔服；羊毛、丝绸等。入口水压：入口水压：0.10.6MPa环境：环境：远离热源、振动等，要有水源、电源远离热源、振动等，要有水源、电源3性能性能动力：动力：额定输入功率额定输入功率400W左右。左右。外形
10、尺寸：外形尺寸：小于小于550mmX550mmX900mm整机质量：整机质量：小于小于30kg4洗涤能力洗涤能力额定洗涤、脱水容量：额定洗涤、脱水容量：3.8kg（干衣）（干衣）5可靠度可靠度整机可靠度要求达到整机可靠度要求达到99.9%以上。以上。6使用寿命使用寿命一次性使用寿命一次性使用寿命5年，多次性维修使用寿命年，多次性维修使用寿命10年年7经济成本经济成本700元左右（含材料、设计、制作加工、管理费用）元左右（含材料、设计、制作加工、管理费用）8人机工程人机工程操作方便（面板式操作，全自动控制洗涤过程，可简单编操作方便（面板式操作，全自动控制洗涤过程，可简单编程）；显示清晰；造型美观
11、程）；显示清晰；造型美观9安全性安全性保证人身、设备安全（漏电保护功能、洗涤过程异常时的保证人身、设备安全（漏电保护功能、洗涤过程异常时的自动报警功能等）自动报警功能等）第二章机械系统的总体设计作业查阅有关书籍或利用网上资源，自己交上一份有关查阅有关书籍或利用网上资源，自己交上一份有关某机械产品的设计任务书，手写或打印都可以！某机械产品的设计任务书，手写或打印都可以！不允许有重复！不允许有重复！下周二（下周二（9 9月月7 7日）上课前交上来！日）上课前交上来！第二章机械系统的总体设计任务任务功能综合功能综合原理综合原理综合构型综合构型综合确定方案确定方案功能分析功能分析功能分解功能分解功能分
12、类功能分类创新技法创新技法形态矩阵形态矩阵冲突矩阵冲突矩阵解法目录解法目录资源利用资源利用机构构型机构构型结构构型结构构型方案评价方案评价技术冲突解决原理技术冲突解决原理（TRIZ理论）理论）第二章机械系统的总体设计二、机械系统的功能及指标分解二、机械系统的功能及指标分解系统的总功能系统的总功能主功能主功能物料的输入、转换与输出功能（物料流）动力功能动力功能能量传递与变换功能（能量流）控制功能控制功能信息传递与控制功能（信息流）结构功能结构功能主功能主功能直接实现系统目的，表明了系统的主要特征和功能；直接实现系统目的，表明了系统的主要特征和功能；动力功能动力功能为系统提供必要的能量；为系统提供
13、必要的能量；控制功能控制功能包括信息检测、处理和控制，是使系统正常运行，包括信息检测、处理和控制，是使系统正常运行，达到精确、可靠、节能、协调所必需的；达到精确、可靠、节能、协调所必需的；结构功能结构功能系统各要素组合起来，进行空间配置、形成一个统系统各要素组合起来，进行空间配置、形成一个统一的整体，并保证系统工作中的强度和刚度。一的整体，并保证系统工作中的强度和刚度。1.1.系统功能的描述系统功能的描述第二章机械系统的总体设计动力功能动力功能主功能主功能(洗涤衣物洗涤衣物)(污污)衣物衣物净水净水洗涤剂洗涤剂(净净)衣物衣物脏水脏水动力功能动力功能控制功能控制功能驱驱动动能能损损耗耗能能洗涤
14、方式洗涤方式输入输入洗涤过程洗涤过程 显示显示结构结构第二章机械系统的总体设计2.2.系统的原理方案总体分析系统的原理方案总体分析例例1：制造一个零件：制造一个零件采用切削加工；采用挤压成型；采用激光烧结快速成型采用切削加工；采用挤压成型；采用激光烧结快速成型 切削机床切削机床 压力加工机床压力加工机床 激光快速成型设备激光快速成型设备例例2：洗衣机的设计：洗衣机的设计采用搓洗采用搓洗 采用振洗采用振洗波轮式的洗衣机波轮式的洗衣机 振动式的洗衣机振动式的洗衣机在分析或设计一个现代机械系统时，首先应该从主功能着手。在分析或设计一个现代机械系统时，首先应该从主功能着手。第二章机械系统的总体设计例例
15、3：螺纹加工机的总体原理方案分析：螺纹加工机的总体原理方案分析第二章机械系统的总体设计3.3.功能分解与功能树功能分解与功能树一般情况下，机械系统都比较复杂，一般情况下，机械系统都比较复杂，此时满足总功能的系统方案如何确定？此时满足总功能的系统方案如何确定？可按系统工程分解性原理进行功能分解，建立功能结构图可按系统工程分解性原理进行功能分解，建立功能结构图即即功能树功能树，化繁为简。，化繁为简。功能树起于总功能，末端为功能元。功能树起于总功能，末端为功能元。前级功能是后级功能的目的功能，后级功能是前级功能的手段功能。前级功能是后级功能的目的功能，后级功能是前级功能的手段功能。同一层次的功能元组
16、合起来，应能满足上一层功能的要求，最后合成同一层次的功能元组合起来，应能满足上一层功能的要求，最后合成的整体功能应能满足系统的要求。的整体功能应能满足系统的要求。总功能总功能一级分功能一级分功能1一级分功能一级分功能2二级分功能二级分功能1二级分功能二级分功能2功能元功能元2功能元功能元1功能元：组成总功能或分功能功能元：组成总功能或分功能的具有确切功能的基本单元。的具有确切功能的基本单元。第二章机械系统的总体设计第二章机械系统的总体设计4.4.功能求解功能求解分功能求解的基本思路可以简明地表达为：分功能求解的基本思路可以简明地表达为：功能功能工作原理工作原理功能载体功能载体分功能的求解就是寻
17、求完成分功能的技术实体分功能的求解就是寻求完成分功能的技术实体功能载体。功能载体。求解的过程是从基础科学研究揭示的一般科学原理开始，经过求解的过程是从基础科学研究揭示的一般科学原理开始，经过应用研究探明具体的技术原理，然后寻求实现该技术原理的技应用研究探明具体的技术原理，然后寻求实现该技术原理的技术手段和主要结构。术手段和主要结构。为了简单起见，把科学原理、技术原理一起称作为了简单起见，把科学原理、技术原理一起称作工作原理工作原理。负压效应（压力与容积的关系；流速与压力的关系）负压效应（压力与容积的关系；流速与压力的关系）惯性力效应惯性力效应毛细管效应毛细管效应波纹管水泵；波纹管水泵；柱塞泵；
18、柱塞泵；文丘里喉管文丘里喉管离心泵离心泵热管（用于人造卫星和冻土层输油管保温等）热管（用于人造卫星和冻土层输油管保温等）输送液体输送液体第二章机械系统的总体设计第二章机械系统的总体设计第二章机械系统的总体设计作业(1)查阅有关书籍或利用网上资源，自己交上一份有查阅有关书籍或利用网上资源，自己交上一份有关某机械产品的设计任务书，手写或打印都可以！关某机械产品的设计任务书，手写或打印都可以！(2)对该机械产品进行功能分析。对该机械产品进行功能分析。不允许有重复！不允许有重复！下周二（下周二（9 9月月7 7日）上课前交上来！日）上课前交上来！第二章机械系统的总体设计三、机械系统的方案设计三、机械系
19、统的方案设计总功能总功能若干子功能或功能元若干子功能或功能元形成若干个总体方案形成若干个总体方案方案设计的过程实际上就是对子功能方案进行方案综合的过程方案设计的过程实际上就是对子功能方案进行方案综合的过程1.形态学矩阵形态学矩阵形态学矩阵法：形态学矩阵法：一种系统搜索和程式化求解的分功能组合一种系统搜索和程式化求解的分功能组合 求解方法。求解方法。因素：因素：指构成机械产品总功能的各个分功能。指构成机械产品总功能的各个分功能。形态：形态：相应的实现各分功能的执行机构和技术手段。相应的实现各分功能的执行机构和技术手段。例如：例如：分功能：间歇运动分功能：间歇运动表现形态：棘轮机构、槽轮机构、间歇
20、凸轮机构表现形态：棘轮机构、槽轮机构、间歇凸轮机构第二章机械系统的总体设计形态学矩阵：形态学矩阵：在形态学中，将各子系统的目标（功能）及在形态学中，将各子系统的目标（功能）及基本可能实现的办法（可以是物理效应、作用原理或功能基本可能实现的办法（可以是物理效应、作用原理或功能载体）列入一个矩阵形式的表中，这个表就称为，也称载体）列入一个矩阵形式的表中，这个表就称为，也称模幅箱图模幅箱图。第二章机械系统的总体设计2.总体方案求解总体方案求解（1）求解原则）求解原则相容性鉴别相容性鉴别功能结构中的能量流、物料流及信息流能否不受干扰地连续流过？功能元的原理方案在几何学和运动学上是否有矛盾？计算机完成
21、从技术、经济效益较好的角度，初选几个较有希望的方案。从技术、经济效益较好的角度，初选几个较有希望的方案。要考虑设计要求及附加要求。要考虑设计要求及附加要求。不仅针对某项具体功能元，还要兼顾到全局及其他相关不仅针对某项具体功能元，还要兼顾到全局及其他相关的功能元，最好能将几个功能元用同一类原理实现，使的功能元，最好能将几个功能元用同一类原理实现，使原理方案简化。原理方案简化。对于关键性的功能元，应多考虑采用创造性方法解决。对于关键性的功能元，应多考虑采用创造性方法解决。第二章机械系统的总体设计例例1：单缸洗衣机的总体方案设计：单缸洗衣机的总体方案设计功能分解功能分解功能求解功能求解列形态学矩阵并
22、进行方案综合列形态学矩阵并进行方案综合理论上可组合出理论上可组合出44348 种方案种方案方案方案1：A1+B1+C1 一种最原始的洗衣机一种最原始的洗衣机方案方案2：A1+B1+C2 最简单的普及型单缸洗衣机最简单的普及型单缸洗衣机方案方案3：A2+B3+C1 结构简单的热胀增压式洗衣机结构简单的热胀增压式洗衣机方案方案4：A1+B2+C2 利用电磁振荡原理分离脏物的洗衣机利用电磁振荡原理分离脏物的洗衣机方案方案5：A1+B4+C2 超声波洗衣机的设想超声波洗衣机的设想第二章机械系统的总体设计例例2：挖掘机的总体方案设计：挖掘机的总体方案设计其主要功能有，取物取物(包括传动传动、取物取物)和
23、运物运物(包括传动传动、移位移位)，可建立其形态学矩阵如表所示，可能的组合方案数为N654431440A3B4C3D2E1履带式挖掘机履带式挖掘机A5B5C2D4E2液压轮胎式挖掘机液压轮胎式挖掘机第二章机械系统的总体设计对于复杂机械，若采用一个形态学矩阵表示整个系统功能的对于复杂机械，若采用一个形态学矩阵表示整个系统功能的解法，则该矩阵将过于庞大，此时可先建立各分功能的形态解法，则该矩阵将过于庞大，此时可先建立各分功能的形态学矩阵，分别考虑局部的设计方案，然后再综合为整体方案。学矩阵，分别考虑局部的设计方案，然后再综合为整体方案。（2）功能集成）功能集成如何将求解所得的功能载体进行集成？如何
24、将求解所得的功能载体进行集成？最主要的工作：接口设计最主要的工作：接口设计功能集成功能集成需要考虑各功能载体在机械结构上的需要考虑各功能载体在机械结构上的关联关联与与控制信息控制信息上的关系两个方面，是一个充分考虑如何确定合理的整体布局上的关系两个方面，是一个充分考虑如何确定合理的整体布局形式，采用恰当的传动和支承结构，检测控制硬件、信息处理形式，采用恰当的传动和支承结构，检测控制硬件、信息处理方法等的过程。方法等的过程。第二章机械系统的总体设计例如：例如：传统的双桶洗衣机的传统的双桶洗衣机的脱水及洗涤分别由两套机构实现脱水及洗涤分别由两套机构实现（在设计较完善时，脱水运动与洗涤运动之间不发生
25、动力学（在设计较完善时，脱水运动与洗涤运动之间不发生动力学的相互影响）；的相互影响）；全自动微电脑控制单桶洗衣机全自动微电脑控制单桶洗衣机只采用一个电动机实现脱水与只采用一个电动机实现脱水与洗涤洗涤（两者不是同时进行的，则产生了关联）。（两者不是同时进行的，则产生了关联）。例如：例如：数控车床在做差补运动时，为复现运动轨迹，要求各数控车床在做差补运动时，为复现运动轨迹，要求各运动轴联动（关联表现在运动学上）；运动轴联动（关联表现在运动学上）；机器人手臂各关节之间不仅有运动学的关联，也有动力学的机器人手臂各关节之间不仅有运动学的关联，也有动力学的关联。关联。第二章机械系统的总体设计四、机械系统方
26、案的评价四、机械系统方案的评价1.1.方案评价的概念方案评价的概念评价：评价：指在设计过程中，对解决设计问题的各方案进行比较 和评定，由此确定各方案的价值，判断其优劣，以使 筛选出最佳设计方案。对于每一个设计问题，一般都会有许多不同的解决方案。从这种意义上说，设计是一种发散收敛，搜索筛选的过程。解决这种多解的问题，其通常的逻辑步骤为：分析综合评价决策分析综合评价决策这里“方案方案”的意义是广泛的，可以有多种形式，如原理方案、结构方案、造型方案等，从其载体上看，可以是零、部件或总成图纸，也可以是模型、样机、产品，等等。一般来说，评价中所指的“方案”，其实质是指对设计中所遇问题的解答。不论其是实体
27、的形态(如样机、产品、模型)，还是构想的形态，这些方案都可以作为评价的对象。第二章机械系统的总体设计客观性原则客观性原则包括参与人员的客观性和评价资料的客观性。评价的客观性、有效性和合理性必须充分保证；评价方法要合理和可靠等。可比性原则可比性原则要求被评价的各方案的基本功能、基本属性具有可比性，能建立共同的评价指标体系建立共同的评价指标体系。合理性原则合理性原则确定的评价指标体系和评价尺度（标准）应合乎逻辑确定的评价指标体系和评价尺度（标准）应合乎逻辑，能正确反映评价目的。整体性原则（全面性原则）整体性原则（全面性原则）评价指标应尽量全面，能综合反映系统的整体指标；注意区分各指标对整体性能影响
28、的重要程度。为使评价尽可能减少偏差和避免失误，为使评价尽可能减少偏差和避免失误，必须遵循以下原则：必须遵循以下原则：第二章机械系统的总体设计2.评价目标（评价准则）评价目标（评价准则）确定目标确定目标作为评价依据作为评价依据对评价目标给予定性或定量的评价对评价目标给予定性或定量的评价技术评价目标技术评价目标：评价方案在技术上的适用性、先进性和完善性。如：工作性能指标、可靠性、安全性、宜人性、可维护性等等 经济评价目标经济评价目标：评价方案的经济性。如：方案的投入产出比、性能价格比、成本与利润、资金占用、竞争潜力、市场潜力等等 社会评价目标社会评价目标：评价方案实施后产生的社会效益和环境影响。如
29、：对经济发展、市场前景、生态环境的影响，对人们生活方式的影响、对人们身心健康的影响，对生产的安全性、环境变化的适应性、资源及能源的利用状况等方面。内容内容目的目的通过对可行的候选方案进行技术、经济、社会等通过对可行的候选方案进行技术、经济、社会等方面的评定，提出方案的评价意见，为决策者最方面的评定，提出方案的评价意见，为决策者最后确定设计方案提供信息和依据。后确定设计方案提供信息和依据。第二章机械系统的总体设计审美评价审美评价：如造型风格、形态、色彩、时代性、创造性、传达性、审美价值、心理效果等等。方法方法定量评价时，需根据各目标的重要程度设置定量评价时，需根据各目标的重要程度设置加权系数加权
30、系数，它是反映目标重要程度的量化系数。，它是反映目标重要程度的量化系数。由经验确定或采用强制判定法强制判定法（Forced Desion），简称FD）计算。FD法操作时将评价目标评价目标和比较目标比较目标分别列于判别表的纵、横坐标。根据评价目标的重要程度两两加以比较两两加以比较并在相应格中给出评分。两目标同等重要各给两目标同等重要各给2分分；某项比另一项重要分别给某项比另一项重要分别给3分和分和1分分；基本项比另一项重要得多则分别给基本项比另一项重要得多则分别给4分和分和0分。分。各评价目标的总分评价目标数第二章机械系统的总体设计 比较目标评价目标耗水量耗水量外观外观寿命寿命维修性维修性洗净度
31、洗净度价格价格耗水量外观寿命维修性洗净度价格0.020.080.170.170.250.311000042103310014321044331444431510101519例：例：确定洗衣机的评价目标的加权系数。已知：洗衣机六个评确定洗衣机的评价目标的加权系数。已知：洗衣机六个评价目标的重要程度顺序为价目标的重要程度顺序为价格价格、洗净度洗净度、维修性维修性、寿命寿命、外观外观、耗水量耗水量（其中维修性与寿命同等重要）。（其中维修性与寿命同等重要）。第二章机械系统的总体设计目标树目标树是是分析表达评价目标的一种有效手段分析表达评价目标的一种有效手段。用系统分析的。用系统分析的方法对目标系统进行
32、分解并图示，将总目标化为便于定性或方法对目标系统进行分解并图示，将总目标化为便于定性或定量评价的目标元，从而形成目标树。定量评价的目标元，从而形成目标树。第二章机械系统的总体设计3.模糊评价法模糊评价法模糊评价：模糊评价：利用集合和模糊数学将模糊信息数值化以进行利用集合和模糊数学将模糊信息数值化以进行定量定量 评价评价的方法。的方法。（1 1）隶属度隶属度隶属度：隶属度：表示某方案对评价标准的从属程度，用表示某方案对评价标准的从属程度，用01之间的之间的 实数表达。确定隶属度用实数表达。确定隶属度用统计法或隶属函数法统计法或隶属函数法。（2 2）模糊评价模糊评价对于多个评价目标的方案，先分别求
33、各评价目标的隶属度，对于多个评价目标的方案，先分别求各评价目标的隶属度，考虑加权系数，根据模糊矩阵的合成规律求得综合模糊评价考虑加权系数，根据模糊矩阵的合成规律求得综合模糊评价的隶属度，再通过比较求得最佳方案。的隶属度，再通过比较求得最佳方案。序号序号评价评价频数频数相对频数相对频数12345很好好好较好不太好不好1153100.050.750.150.050第二章机械系统的总体设计（2）某方案对）某方案对n个评价目标的模糊评价隶属度矩阵个评价目标的模糊评价隶属度矩阵（3）加权系数矩阵）加权系数矩阵（1）取评价目标集）取评价目标集取评价标准集取评价标准集步骤步骤第二章机械系统的总体设计取小取大
34、法取小取大法（4）综合模糊评价隶属度矩阵）综合模糊评价隶属度矩阵乘加法乘加法（5）方案选优）方案选优方案比较时，计算每个候选方案的优先度，数值高者为方案比较时，计算每个候选方案的优先度，数值高者为优，设计方案的优先度按下式计算：优，设计方案的优先度按下式计算：优先度的计算：优先度的计算：应当将方案归属于每个等级的隶属度与应当将方案归属于每个等级的隶属度与该等级的分数相乘，然后所有项相加。该等级的分数相乘，然后所有项相加。第二章机械系统的总体设计例：例：某厂在开发一种新产品时，总体设计时选定了某厂在开发一种新产品时，总体设计时选定了A1、A2两两个候选方案。为了确定选择哪个方案，组织了一个由个候
35、选方案。为了确定选择哪个方案，组织了一个由10位专位专家组成的评价小组，用模糊评价法对两个方案进行评价。家组成的评价小组，用模糊评价法对两个方案进行评价。（1）确定评价指标及评价尺度）确定评价指标及评价尺度三个评价指标：产品性能P1、可靠度P2、使用方便性P3评价尺度向量（2）确定评价指标加权系数）确定评价指标加权系数评价指标P1、P2、P3的相对重要度之比6:3:1，则加权系数矩阵（3）构造评价方案）构造评价方案A1、A2的隶属度矩阵的隶属度矩阵专家组就评价方案在指定的评价目标下应归属哪个等级问题进行了投票，投票结果见表。第二章机械系统的总体设计方案方案1和和2对对3个评价目标的模糊评价隶属
36、度矩阵个评价目标的模糊评价隶属度矩阵R是是3行行4列列矩阵，其元素为矩阵，其元素为第二章机械系统的总体设计（4）计算评价方案的综合模糊评价隶属度矩阵）计算评价方案的综合模糊评价隶属度矩阵（5）计算评价方案的综合得分（优先度）并选优）计算评价方案的综合得分（优先度）并选优要计算综合得分，应当将方案归属于每个等级的隶属度与该等级的分数相乘，然后所有项相加。结论：方案结论：方案A1的评价比方案的评价比方案A2略高一些。略高一些。第二章机械系统的总体设计作业作业1：某厂在开发一种洗衣机时，总体设计时选定了某厂在开发一种洗衣机时，总体设计时选定了A1、A2两个候选方案。为了确定选择哪个方案，组织了一个由
37、两个候选方案。为了确定选择哪个方案，组织了一个由10位专家组成的评价小组，用模糊评价法对两个方案进行评价。位专家组成的评价小组，用模糊评价法对两个方案进行评价。六个评价指标：六个评价指标：价格价格、洗净度洗净度、维修性维修性、寿命寿命、外观外观、耗水量耗水量评价指标划分为评价指标划分为4个等级：个等级：0.9，0.7，0.5，0.3第二章机械系统的总体设计（1）确定评价指标及评价尺度）确定评价指标及评价尺度评价尺度向量（2）确定评价指标加权系数）确定评价指标加权系数加权系数矩阵第二章机械系统的总体设计（3）构造评价方案）构造评价方案A1、A2的隶属度矩阵的隶属度矩阵（4）计算评价方案的综合模糊
38、评价隶属度矩阵）计算评价方案的综合模糊评价隶属度矩阵第二章机械系统的总体设计（5）计算评价方案的综合得分（优先度）并选优）计算评价方案的综合得分（优先度）并选优要计算综合得分，应当将方案归属于每个等级的隶属度与该等级的分数相乘，然后所有项相加。结论：方案结论：方案A2的评价比方案的评价比方案A1略高一些。略高一些。第二章机械系统的总体设计作业作业2：在某机器设计中，有两种备选方案，为了确定选择在某机器设计中，有两种备选方案，为了确定选择哪个方案，组织了一个由哪个方案，组织了一个由20位专家组成的评价小组用模糊综位专家组成的评价小组用模糊综合评价法对两个方案进行评价。已知：合评价法对两个方案进行
39、评价。已知：1)评价指标：评价指标：产品性能（产品性能（B1）、可靠性（）、可靠性（B2）、使用方便性（）、使用方便性（B3）、制）、制造成本（造成本（B4）、使用成本（）、使用成本（B5）；）；每个评价指标划分为每个评价指标划分为优、良、中等、较差、很差优、良、中等、较差、很差5个等级个等级：0.9，0.7，0.5，0.3，0.1；2)评价指标评价指标B1、B2、B3、B4、B5的权分别为：的权分别为：0.25、0.2、0.2、0.2、0.15；3)投票结果如下表所示：投票结果如下表所示：第二章机械系统的总体设计评评价价指指标标评价等级（评价等级（A方案方案）评价等级（评价等级（B方案方案）
40、优优良良中中等等较较差差很很差差优优良良中中等等较较差差很很差差B110442086420B210424084422B38442284422B48444064442B58642064460每个评价指标划分为每个评价指标划分为优、良、中等、较差、很差优、良、中等、较差、很差5个等级个等级：0.9、0.7、0.5、0.3、0.1评价指标评价指标B1、B2、B3、B4、B5的权分别为：的权分别为：0.25、0.2、0.2、0.2、0.15第二章机械系统的总体设计（4）计算评价方案的综合模糊评价隶属度矩阵）计算评价方案的综合模糊评价隶属度矩阵（2）确定评价指标加权系数）确定评价指标加权系数（1）确定评
41、价指标及评价尺度）确定评价指标及评价尺度（3）构造评价方案）构造评价方案A、B的隶属度矩阵的隶属度矩阵第二章机械系统的总体设计（5）计算评价方案的综合得分（优先度）并选优）计算评价方案的综合得分（优先度）并选优要计算综合得分，应当将方案归属于每个等级的隶属度与该等级的分数相乘，然后所有项相加。结论：方案结论：方案A的评价比方案的评价比方案B略高一些。略高一些。第二章机械系统的总体设计五、机械系统的总体布局设计及主要参数确定五、机械系统的总体布局设计及主要参数确定1.1.结构方案与总体布局设计结构方案与总体布局设计（2 2）总体布局设计）总体布局设计（1 1）结构方案设计）结构方案设计结构方案设
42、计的主要工作是确定功能载体的组合方式确定功能载体的组合方式。原则原则运动学原则运动学原则基面合一原则基面合一原则最短传动链原则最短传动链原则保证安全性原则保证安全性原则简单化原则简单化原则任务任务确定系统各主要部件之间相对应的位置关系以及它们确定系统各主要部件之间相对应的位置关系以及它们之间所需要的相对运动关系。之间所需要的相对运动关系。内容内容机械的大致工艺路线机械的大致工艺路线机型特征，外形尺寸机型特征，外形尺寸主要组成部件及其相对位置、尺寸主要组成部件及其相对位置、尺寸第二章机械系统的总体设计有利于系统功能的实现有利于物料流的畅通有利于安装、使用与维修应注意到整体的平衡性有效避免干涉在进
43、行总体布局时，应注意以下基本问题：在进行总体布局时，应注意以下基本问题：按主要工作机构的相对位置，可分为前置式、中置式、后置式等按主要工作机构的空间位置，可分为平面式、空间式等按主要工作机构的运动轨迹，可分为回转式、直线式、振动式等按机架或机壳的形式，可分为整体式、组合式等总体布局的基本形式：总体布局的基本形式：第二章机械系统的总体设计例例1：洗衣机的总体布局：洗衣机的总体布局第二章机械系统的总体设计例例2：数控机床的总体布局：数控机床的总体布局（1）采用框架式对称结构（2）采用无悬伸工作台结构（3）采用热源和振动源隔离布局（4）采用双八面体全封闭框架结构第二章机械系统的总体设计第二章机械系统
44、的总体设计第二章机械系统的总体设计并联（虚拟轴）数控机床并联（虚拟轴）数控机床第二章机械系统的总体设计并联（虚拟轴）加工中心并联（虚拟轴）加工中心第二章机械系统的总体设计并联（虚拟轴）加工中心并联（虚拟轴）加工中心第二章机械系统的总体设计MOV45 MOV45 并联（虚拟轴）加工中心并联（虚拟轴）加工中心第二章机械系统的总体设计MOV46 并联数控机床第二章机械系统的总体设计机械系统的总体布局设计机械系统的总体布局设计！1.机械化生产线的布置机械化生产线的布置机械化生产线机械化生产线是按产品工艺过程，主要机械设备主要机械设备和辅助设备辅助设备用运输运输和中间存贮设备中间存贮设备等连接起来，组成
45、独立控制和连续生产的系统。2.生产作业机械的总体布置生产作业机械的总体布置生产作业机械生产作业机械是指完成作业操作的单体机械。第二章机械系统的总体设计主要工艺设备主要工艺设备各种轧机，锻压机，自动冲压机，挤压机，金属成型机金属切削自动机，加工中心机床，组合机床化工过程设备：反应釜、蒸发器辅助工艺装置辅助工艺装置剪切机，卷取机，矫直机，转位、翻转装置，夹持装置原料分选，筛分装置，去皮、切块、榨汁机清洗、冷却装置，排屑、排渣装置物料贮运装置物料贮运装置各种起重机，辊道，链板式或皮带式传料机液、气压力输送管道装置，推床、推杆装置物料存贮装置：料仓、料斗，堆垛机，垛板台上下料装置：各种上料机、机械手控
46、制装置控制装置检测装置：产品质量、设备故障寻查和诊断环境监视检测装置，各种传感器信号处理装置：数据处理、报警、反馈仪器控制装置：速度，、压力控制器第二章机械系统的总体设计在机械化工艺流程中，存在各种分散的作业，需要解决协调连接的问题。一般来说，机械是以循环的移动作业动作来处理工件的，可以采用连续工艺方法连续工艺方法进行作业，如连续轧制、连续浇铸，化工过程等。作业动作是在工件连续运行作业动作是在工件连续运行中进行的中进行的，如飞剪、飞锯等第二章机械系统的总体设计但是在机械加工、装配作业和手工操作等生产流程中，大多是断续的工艺方法断续的工艺方法，流程是间歇的，因此在移动停止时需要定位及吸收惯性动能
47、，则可用步进运动机构步进运动机构。第二章机械系统的总体设计移动作业移动作业（Transfer operation）：是使工件向处理方向移近。移动方式移动方式：直进式（line）和旋转式（rotary）第二章机械系统的总体设计2.生产作业机械的总体布置生产作业机械的总体布置生产作业机械生产作业机械是指完成作业操作的单体机械。作业操作（作业操作（work operation）是指包括滚轧、挤压、拉拔、剪切、弯曲、包装等多种生产作业，实际工作的部件为实际工作的部件为工作头（工作构工作头（工作构件）件），作业进行的场所就是作业进行的场所就是工位工位，是工件停止时接受作业的位置。如多工位自动机。移动式的
48、生移动式的生产作业机械产作业机械如挖掘机、装载机等可完成多种作业，但工位是不确定的，没有工位的概念，而有不同的工序。第二章机械系统的总体设计机械总体布置示例机械总体布置示例例例1：轮式装载机：轮式装载机第二章机械系统的总体设计例例2：轧钢机：轧钢机第二章机械系统的总体设计第二章机械系统的总体设计第二章机械系统的总体设计例例3：粒状巧克力糖包装机总体布局：粒状巧克力糖包装机总体布局第二章机械系统的总体设计第二章机械系统的总体设计第二章机械系统的总体设计2.2.机械系统的主要技术参数与技术指标机械系统的主要技术参数与技术指标主要技术参数主要技术参数基本反映出系统的概貌与特征的一些项目基本反映出系统
49、的概貌与特征的一些项目技术指标技术指标指设备或产品的精度、功能等指设备或产品的精度、功能等规格参数：规格参数：主要指影响力学性能的结构尺寸、规格尺寸。主要指影响力学性能的结构尺寸、规格尺寸。重量参数：重量参数：包括整机重量、各主要部件重量、重心位置等包括整机重量、各主要部件重量、重心位置等运动参数：运动参数：指执行机构的转动或移动速度及调速范围等指执行机构的转动或移动速度及调速范围等动力参数：动力参数：指机械系统中使用的动力源参数指机械系统中使用的动力源参数性能参数：性能参数：也称也称技术经济指标技术经济指标，它是评价机械系统性能，它是评价机械系统性能优劣的主要依据，也是设计应达到的基本要求。
50、包括生优劣的主要依据，也是设计应达到的基本要求。包括生产率、加工质量、寿命、成本等。产率、加工质量、寿命、成本等。常用的技术参数及指标如下：常用的技术参数及指标如下：第二章机械系统的总体设计3.3.绘制总体设计图绘制总体设计图总体设计图：指单个产品的总装配图或成套设备的总体布置总体设计图：指单个产品的总装配图或成套设备的总体布置 详图，对所设计机械系统的总体布置和结构详图，对所设计机械系统的总体布置和结构 作完整的描述。作完整的描述。严格按比例绘制严格按比例绘制要表明重要零部件的细部结构要表明重要零部件的细部结构要表明机构运动部件的极限位置要表明机构运动部件的极限位置要表明操纵件的位置要表明操
