了解产品设计过程和机械总体方案设计的内容_精品26页PPT

案例三：某环保机械的整体方案设计
总结词
创新性、技术性
详细描述
该案例涉及环保机械的整体方案设计，需要运用先进的技术和设计理念，实现机械的功能性和创新性 。设计过程中需要充分考虑环保要求和可持续发展，确保机械能够高效地完成环保任务，同时降低能 耗和减少对环境的影响。
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总结词
复杂、综合性
详细描述
该案例涉及机械制造企业的整体方案设计，包括生产线的规划、工艺流程的优 化、设备选型和布局等方面的综合设计。需要考虑的因素众多，如生产效率、 制造成本、产品质量等，设计难度较大。
案例二：某农业机械的整体方案设计
总结词
针对性、实用性
详细描述
该案例针对农业机械的整体方案设计，需要充分考虑农业生产的特殊需求和环境 条件。设计重点在于提高机械的实用性和易用性，降低使用成本，同时保证机械 的可靠性和耐用性。
04
方案确定与
最终方案确定
在综合评估后，选定最优方案。
详细设计
对选定方案进行详细设计，包括结构设计、电路设计、软件设计等。
设计输出
将设计结果以书面报告、图纸、模型等形式输出。
设计评审与反馈
进行内部和外部评审，收集反馈并进行必要的修改。
04 机械整体方案设 计的实施与执行
实施计划制定
明确目标
在开始设计之前，需要明确机械整体 方案设计的目标，包括功能需求、性 能指标、成本预算等方面。
都有其特定的任务和要求。
01
1. 需求分析
此阶段主要对用户需求和市场调研结 果进行分析，明确机械系统的功能、
性能和工艺要求等方面的需求。
03
3. 详细设计
在概念设计的基础上，对优选的方案进行详 细设计，包括零件设计、结构设计、运动设

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功能原理设计的要求(3项)： 1）应设计出几种不同的功能原理方案；
2）按照机械系统设计的基本原则、设计要求以及系统功能进行 比较，以便从中选出一个较理想的。
3）一个好的功能原理设计应既有创新构思，又能满足用户的 需求，同时兼顾经济效益。
基本原则：1)需求原则; 2）信息原则； 3)系统原则； 4)优化、效益原则； 设计要求: 1)功能要求；2)适应性要求；3)可靠性要求；4)生产能力要求；
知识、经验、才能、心理素质、机遇
知识和实践经验的积累是一个重要因素，设计者要进行创新 构思，就要具有很广的知识面和坚实的知识基础。
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.1 功能的定义及其分类 功能 是系统必须实现的任务，或者说是系统具有转化能量、
运动或其他物理量的特性。 “功能”是产品的核心和本质 “顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功 能”。
➢系统边界是指技术系统功能范围的界限。即内部系统和 外部系统的分界。确定系统边界时要考虑人参与技术系统、 的程度及系统外部环境条件的影响，其中人参与的程度涉 及操纵系统和控制系统的功能要求。
详细讲解
任何一种产品的开发，都面临着市场竞争的考验， 要提高产品的竞争力，必须在产品的以下几方面下 功夫：
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功能原理设计的特点： ①功能原理设计是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，
使所设计系统的工作原理发生根本变化。 ②功能原理设计中往往要引入某种新技术、新材料、新工
艺……，但首先要求设计人员有一种新想法、新构思。
③功能原理设计使所设计的系统发生质的变化。
所以，功能原理设计的好与坏将对产品的成败起决定性作用， 设计人员必须给予高度重视。
1）.尺寸参数 总体设计的尺寸参数主要是指影响机械性能的一些重要尺寸，如总体轮 廓尺寸、特性尺寸、主要运动零部件的工作行程，以及表示注意好零部件 之间位置关系的安装连续尺寸等。尺寸参数常用联系尺寸图示出。 2).运动参数 机械的运动参数一般是指机械执行机构的转速（或移动参数）及调速范围等。 3）.动力参数 动力参数一般是指机械系统的动力参数，如电动机，液压马达，内燃机 的功率及其机械特性。动力参数是机械中各零部件进行承载能力计算以 确定其尺寸参数的依据。动力参数确定恰当与否，既影响机械系统工作 性能，也影响其经济型。

经济性要求----机器的经济性体现在设计、制造和使用 的全过程中，设计机器时就要全面综合地进行考虑。 设计制造的经济性表现为机器的成本低，使用经济性 表现为高生产率，高效率，低能耗，以及低的管理和 维护费用等。
提高设计和制造经济性指标的主要途径有: 1）采用先进的现代设计方法(CAD)，使设计参数最
选择材潘料存云、教授确研定制 尺寸
评价
决策—确定结构形状与尺寸
技
零件设计
术
部件设计
设
计
总体设计
编制技术文件
二、 机械设计的主要要求
----在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高、 成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全可靠， 操作方便、维修简单。具体要求如下：
▲使用功能要求 ▲经济性要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根 据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般 来说，对机器都要提出以下的基本要求：
2. 零件的工作情况 --指零件所处的环境特点、工作温度、摩擦磨损程度等。 ▲在湿热环境下工作的零件，其材料应具有良好防腐
蚀能力，可选用不锈钢、铜合金等。
▲两配合零件的线性膨胀系数不能相差过大，一面在 温度变化时产生过大热应力或使配合松动，另一方 面要考虑材料机械性能随温度而变化的情况。
▲零件在工作中可能发生磨损的表面，应提高其表面 硬度，增加耐磨性，因此应选择淬火钢、渗碳钢、 氮化钢。
铜合金 (ZCuSn10P1)
铸铁--灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。
特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。
较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。
应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。
2.4 机械零件的材料及热处理

2）表面强度 分为表面挤压强度和表面接触强度
表面挤压强度是指面接触的两零件，受载后接触
面间产生挤压应力，应力分布在接触面不太深的表层，
挤压应力过大时，零件表面被压溃。
判定条件：
p [p]
[
p
]

p lim
Sp
表面接触强度是指两个零件
在受载前是点接触或线接触。受
载后，由于变形其接触处为一小
4) 疲劳断面明显分为两
个区域，即表面光滑的
疲劳发展区和表面粗糙
的脆性断裂区。
三、疲劳曲线
σrN
疲劳极限σrN与循环次数N 之σ
间的关系曲线称为：疲劳曲线
r
由图可知：应力越小，试件能经受的循环次数就越多。试
验表明，当 N>N0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循 环时试件将不会断裂。
1）无限寿命区
3）变应力下，
S =1.3～1.7
材料不均匀，或计算不准时取： S =1.7～2.5
§9－3 机械制造常用材料及其选择
机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等 。
一、金属材料
常用金 属材料
铸铁 ----含碳量>2% 钢 ----含碳量≤ 2% 铜合金
铁碳合金
1.铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。
如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带 传动等。机械零件虽然有多种可能的 失效形式，归纳起来最主要的为
零件的失效形式:
断裂或塑性变形; 过大的弹性变形; 工作表面的过度磨损或损伤; 发生强烈的振动；联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。
失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度 等原因。
对于各种不同的失效形式，相应地有各种工作 能力判定条件。这种为防止失效而制定的判定条件， 通常称为工作能力计算准则。

• 第13章 机械总体方案的设计
13.1 机械产品的设计过程 13.2 机械总体方案设计的
目的和内容 13.3 机械总体方案设计中
的设计思想
13.1 机械产品的设计过程
机械产品设计:
分析 综合 创新
开发
特定要求
新产品
特定功能
13.1 机械产品的设计过程
机械新产品的开发设计过程：
1）初期规划设计阶段 2）总体方案设计阶段 3）结构技术设计阶段 4）生产施工设计阶段
• 润滑系统 • 冷却系统 • 故障监测系统 • 安全保护系统 • 照明系统
13.3 机械总体方案设计中的设计 思想
13.3.1 现代设计的概念
机械设计已不再纯属于工程技术范畴，而是自然科学、 人文科学和社会科学相互交叉、科学理论与工程技术高度融合所 形成的一门现代设计科学。
13.3.1 现代设计的概念
本章基本要求：
1.了解机械系统设计的整个过程； 2.明确总体方案设计阶段的设计目的，掌握各阶段的设
计内容和要求； 3.了解总体方案设计中的现代设计、系统工程和工程设
计观念，逐步学会正确、灵活地运用这些设计思想。
感谢下 载
• 一般机械系统： 由驱动系统、传动系统、
执行系统、控制系统等子系统 组成。
•各子系统都具有特定的功能
13.3.2 系统工程的概念
• 系统工程解决设计问题的基本思想： 1. 从系统的整体目标出发，将总体功能分解成若干功能
单元。 2. 寻找出能完成各个功能的技术方案。 3. 把能完成各个功能的技术方案组成方案组，进行分析
• 运动规律设计
• 执行机构的型式设计
• 执行系统的协调设计
• 执行系统的方案评价与决 策

测试与验证
对原型进行严格的测试和验证，确保产品性能稳定、符合设 计要求以及满足用户需求。
02
前期准备与市场调研
明确设计任务与目标
确定设计项目的背景、目的和意义 明确设计的具体任务和要求
分析设计项目的限制条件和挑战
进行市场调研与分析
01
收集市场相关信息，包括行业趋势、竞争对手 、用户需求等
02
对市场信息进行分类、整理和分析，提取有价 值的数据和洞察
产品设计的重要性
优秀的产品设计可以提高产品的竞争力，降低生产成本，增强用户体验，从而 为企业赢得市场份额和利润。
产品设计的目标与原则
满足用户需求
产品设计应以用户需求为出发点 ，确保产品功能、性能、外观等 方面符合用户期望。
实现商业价值
产品设计需要考虑产品的市场定 位、价格策略等因素，以实现企 业的商业目标。
03
运用市场调研结果，为产品设计提供决策支持
确定产品定位与用户需求
01
根据市场调研结果，明 确产品的目标用户群体
和市场定位
02
深入了解目标用户的需 求、痛点和期望
03
将用户需求转化为具体 的产品功能和设计要求
03
创意构思与方案设计
创意构思的方法与技巧
头脑风暴法
通过集体讨论，激发创新思维，产生大量创意 。
产品设计的目标与原则
• 提升品牌形象：优秀的产品设计可以提升企业的品牌形象，增强消费者对品牌 的认同感和忠诚度。
产品设计的目标与原则
创新性原则
鼓励创新思维，追求独特的设计理念 和解决方案。
实用性原则
确保产品功能实用、性能稳定，满足 用户的基本需求。
产品设计的目标与原则
美观性原则

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4.确定电动机型号
例：P0 = 5.471 kW
根据电动机功率和同步转速，选定 电动机型号为Y132M2-6。查表查表知 其有关参数：
额定功率 P 5.5kW 电动机满载转速 nm 960r/min
电动机轴伸出直径 D 38mm
电动机轴伸出长度 L 80mm
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四、传动装置总传动比的确定和分配
注意：
1动.按机额工定作功机率所需Pm电计动算机。功率P0 计算，而不按电
2.设计轴时应按其输入功率计算、设计传动零 件时应按主动轴的输出功率计算
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1.各轴转速
Ⅰ轴
n
nm i带
Ⅱ轴
nII＝
n i1齿
Ⅲ轴
nⅢ
nII i2齿
Ⅳ轴（卷筒轴） nⅣ nⅢ
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2.各轴输入功率
Ⅰ轴 PI P00 P0带 Ⅱ轴 PⅡ＝PⅡ P轴承１齿轮 Ⅲ轴 PⅢ PⅡⅡⅢ PⅡ轴承2齿轮
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题目4：搅拌机传动装置设计
6
4
3 5
1
2
1、搅拌机效率0.8，包括搅拌轮与轴承的效率损失；
2、一班制，双向运转，有中等冲击，每年工作300天，工
作寿命10年；
3、动力源为电力，三相交流，电压380V。
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题目5：设计一型砂运输机用的减速装置。传动方案如下图所 示
鼓轮直径D
输出转矩T 输送带带速V
可以参考《机械设计》教科书的例题。
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二、减速器内传动零件设计
1.圆柱齿轮传动
已知条件：所需传递的功率(或转矩)； 主动轮转速和传动比；工作条件和尺寸限 制等。
设计内容：选择齿轮的材料及热处理 方式；确定齿轮传动的参数(中心距、齿数、 模数、齿宽等)；设计齿轮的结构及其他几 何尺寸；作用在轴上力的大小和方向；验 算传动比。

2）同一种运动规律，可用（选用或创 造）不同的机构型式来实现；
3）同一种功能，可选用不同的工作原 理，不同的机构来满足功能要求；
4）同一种工作原理，可选用、创造不 同的机构及其组合来实现。
例：衣物洗涤， 如图2-6，2-7。
根据机构在运动转换中的功能，可把 各种机构分成如下五类：
1）实现运动形式变换的机构；
对于工作条件恶劣和工况复杂的机械， 还应考虑运动零部件惯性力、弹性变形、 过载变形及热变形、磨损、制造及装配 误差等因素的影响，确保运动零部件必 需的安全空间，相互间不发生运动干涉。 例如，汽车的货厢与驾驶室后壁之间必 需留有足够的间隙，以免当汽车在行驶 中紧急制动时引起货厢与驾驶室相互撞 击和摩擦。
总体设计的主要内容有：
1 ）总体布置设计； 2 ）确定总体主 要参数； 3 ）绘制总体设计图样； 4 ）编 写总体设计报告书及技术说明书等。
二、总体布置设计
（一）总体布置的基本要求
总体布置是结构布局的细化，需具体 确定各零部件之间的相对位置及联系尺寸、 运动和动力的传递方式及主要技术参数， 并绘制总体布置图。
一、方案设计的方法和步骤
对于机械产品来说，在功能分析和工 作原理确定的基础上进行工艺动作构思 和工艺动作分解，初步拟定各执行构件 动作相互协调配合的运动循环图，提出 机械运动方案和进行机械运动简图的设 计，这就是机械产品方案设计阶段的主 要内容。
（一）方案构思的常用方法
1．黑箱法
对于要解决的问题，设计人员难以 立即认识，犹如对待一个不透明、不知 其内部结构的“黑箱”。利用对未知系 统的外部观测，分析该系统与环境之间 的输入和输出，通过输入和输出的转换 关系确定系统的功能、特性所需具备的 工作原理与内部结构，这种方法称为黑 箱法。

平面机构中，设n个活动构件，PL个低副，PH个高副
F3n2P LP H
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铰链四杆机构：
2
1 1
3 4
F 3 n 2 PL PH 33 24 0 1
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2）机构具有确定运动的条件
F≤0，构件间无相对运动，不成为机构 。
F>0,
原动件数=F，运动确定。
原动件数<F，运动不确定 。 机构具有确 定运动的条
机器自锁条件： 0
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3.2.3 机械零件的设计准则
计算准则——以防止产生各种可能失效为目的而拟定 的零件工作能力计算依据的基本原则
1、强度准则
强度：零件在载荷作用下抵抗破坏的能力
[ ] lim
S
[ ] lim
St
lim(lim)SB((SB))塑 脆性 性材 材料 料 Y (Y )疲劳极限
3) 机构运动简图的绘制 （1）分析机构，观察相对运动，确定构件的数目。
（2）找出每个构件上所有的运动副，用简单的线条 联接该构件上的所有运动副元素，以表示每个构件。
（3）按一定比例尺将每个构件“装配”成机构运动简图。
l
实 际 尺 寸m
图上尺寸(mm )
10
11
3、机构具有确定运动的条件 1）平面机构的自由度
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2．机器的装配工艺性设计 装配过程的难易、装配成本的高低以及装配质量的优 劣，在很大程度上取决于装配件的结构工艺性，其评 价原则表现于下列几个方面。
(1)有利于保证装配质量 两轴装配有同轴要求时，应有装配基面
共振，破坏正常工作 因此，要求机器的振动频率fp远离其固有频率， 尤其是一阶固有频率f
fp0.8f5, fp1.1f5
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改进措施
根据改进方案进行产品设计优化和迭代，包括界面改进、功能增加或优化、操作流程简 化等；同时需要持续跟进用户反馈情况，确保问题得到有效解决。
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感谢您的观看
趋势
未来产品设计将更加注重人性化、智能化、环保化等方面的发展。同时，随着 互联网的普及和数字化技术的发展，产品设计也将更加多元化和个性化。
产品设计基本原则
用户为中心
产品设计应以用户需求为出发点， 确保产品的易用性、可访问性和
吸引力。
创新性
创新是产品设计的核心，设计师 需要不断尝试新的设计理念和技 术手段，以创造出更具竞争力的 产品。
重要性
产品设计是生产过程中的第一步，也是决定产品命运的关键环 节。一个好的产品设计，不仅能使产品更好地满足用户需求， 提高市场竞争力，还能为企业带来更大的经济效益。
产品设计发展历程与趋势
发展历程
从手工艺设计到工业设计，再到现代设计，产品设计经历了漫长的发展过程。 随着科技的不断进步和人们审美观念的变化，产品设计也在不断发展和创新。
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在满足产品性能要求的前提下，尽可能选 择成本低、易加工的材料。
04
注意材料之间的相容性和配合性，避免不 同材料之间产生不良反应。
05 结构设计与装配关系
结构设计基本原理和方法
设计原则
满足功能、强度、刚度、稳定性、工艺性、 经济性等要求。
设计方法
包括创新设计、系统设计、功能设计、优化 设计等。
常用材料性能及特点介绍
金属材料
具有高强度、优良的导电导热性、良好的加 工性等，但重量较大、易腐蚀。
塑料材料
轻便、易加工成型、绝缘性好，但耐热性、 刚性较差，易老化。