第三章机械产品的功能原理设计

第三章机械功能原理的实现——机械运动系统的方案设计第三章机械功能原理的实现——机械运动系统的方案设计6学时理论课1、初步掌握机构能实现的动作功能；2、进一步掌握传动机构和执行机构的作用；3、掌握常用的机械传动方法；4、认识机构的创新设计的含义。

重点：1、结构能实现的动作功能2、传动机构和执行机构3、常用的机械传动方法功能原理设计的工作特点难点：1、机构的创新设计；2、结构能实现的动作。

处理方法：突出基本概念、联系实际、结合多媒体教学。

一、机构能实现的动作功能1．利用机构实现运动形式或运动规律变换的动作功能在绝大多数的机械中原动机的运动形式为转动，而机构的输出运动是多种多样的。

利用机构可以进行构件运动形式的变换，例如：1)匀速运动(平动、转动)与非匀速运动(平动、转动或摆动)的变换。

2)连续转动与间歇式的转动或摆动的变换。

3)实现预期的运动轨迹运动。

2．利用机构实现开关、联锁和检测等的动作功能开关、联锁和检测是自动机中的重要内容。

检测机构可以检查最后的成品也可以检测中间工序．以自动校正与规定标准间的差异。

控制联锁机构的用途则是在机器工作过程中发现控制和检测机构所不能排除的缺陷时停止或限制机器的工作。

例如：1）用来实现运动离合或开停。

2）用来换向、超越和反向止动。

3）用来实现联锁、过载保护、安全制动。

4)实现锁止、定位、夹压等。

5) 实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等。

3利用机构实现程序控制或手动控制的功能程序控制或自动控制是自动机械中不可缺少的一部分，控制的方法很多，用机构来控制的方法就有；1)利用时间的序列进行控制2)利用动作的序列进行控制第1页第三章机械功能原理的实现——机械运动系统的方案设计3)利用运动的变化等进行控制二、选择机构来实现功能原理的原则和范围机构所能实现的动作功能完全可以用电气或电子的原则来实现。

但是在什么情况下选用机构来完成这些功能呢?当然首先是要完成设计时提出的功能目标。

电梯机械部分相关系统的原理及结构设计随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。

电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。

实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。

从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。

国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。

电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。

为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。

特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。

在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。

第二章电梯的结构2.1 电梯的基本结构电梯是机与电紧密结合的复杂产品，是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯，其基本组成包括机械部份和电气部份，结构包括四大空间（机房部分、井道和底坑部分、围壁部分和层站部分）和八大系统（曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统）组成。

电梯基本结构如图2—1所示：1-减速箱；2-曳引轮；3-曳引机底座；4-导向轮；5-限速器；6-机座；7-导轨支架；8-曳引钢丝绳；9-开关碰铁；10-紧急终端开关；11-导靴；12-轿架；13-轿门；14-安全钳；15-导轨；16-绳头组合；17-对重，18-补偿链；19-补偿链导轮；20-张紧装置；21-缓冲器；22-底坑；23-层门；24-呼梯盒；25-层楼指示灯；26-随行电缆；27-轿壁；28-轿内操纵箱；29-开门机；30-井道传感器；31-电源开关；32-控制柜；33-曳引电机；电梯的基本结构剖视图34-制动器图2-12.1.1 机房部分机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。

机械设计学课本第⼀章绪论1.机械设计学学科的三个组成部分：功能原理设计、实⽤化设计、商品化设计。

2.机械设计具有哪些主要特点？（多解性、系统性、创新性）3.近代“设计学”的重⼤发展（功能思想的提出和发展；⼈机学思想的形成和发展；⼯业设计学科体系的发展和成熟）4.从设计构思的⾓度将机械设计步骤归纳为哪三⼤步？（创意、构思、实现）第⼆章机器的组成及典型机器的功能分析1.机器的定义：有两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运动，能将某种原动⼒和运动转变，以执⾏⼈们预期的⼯作，在⼈或其他智能体的操作或控制下，实现为之设计的某种或⼏种功能。

2.从不同⾓度看机器的组成：从机构学的⾓度看：各种基本机构，⾃由度=原动机数；从结构学的⾓度看：各种基本零件；从专业的⾓度看：各种主要部件3.从功能的观点看机器的组成：机器由多个主要分功能系统构成，它们的协调⼯作实现了实现了机器的总功能。

⼜可进⼀步分为：⼯作机（⼯作头、执⾏机构）传动机原动机控制器。

4.从功能的观点看机器的分类可分为：⼯艺类机器：对物料进⾏⼯艺性加⼯的机器，主要特征是具有专⽤的⼯作头并进⾏独特的⼯艺加⼯动作；⾮⼯艺类-不对任何物料进⾏⼯艺性加⼯，只实现某些特殊的动作性的机器。

5.家⽤缝纫机是⼀种典型的⼯艺类机器。

⼯艺⽅式：⼀是采⽤针尖引线的⽅法代替针尾引线；⼆是采⽤双线互锁交织的⽅法代替反复穿刺。

功能分析：（1）总功能：将线按⼀定规律缝于缝料上，它可使⼀根线或多根线通过⾃连、互连、交织，在缝料上形成⼀定形式的线迹。

（2）主要功能：引⾯线造环功能，勾⾯线扩环供给和收回⾯线的功能，输送缝料的功能。

（3）辅助功能：调节⾯线和底线阻尼的功能，调节压脚和压紧⼒的功能，调节送布针距的功能，绕底线功能。

（4）控制功能：机械控制功能，⼈机控制功能，电⼦控制功能。

6.现代银⾏点钞机是⼀种典型的机电⼀体化系统，属于⼯艺类机器。

功能要求：要有堆放准备清点纸币的空间，并能将纸币连续输⼊，直到最后⼀张；要有能把纸币逐张分开，避免两张当做⼀张计数的机构；要有准确计数的装置，清理完毕的纸币要整理成⼀叠。

教案首页课程名称机械设计学任课教师第一章绪论计划学时 3教学目的和要求：1.明确课程定位，使学生理解机械设计与机械设计学的内容侧重点和课程特点；2.了解机械设计学的发展史；3.本课程的内容按章节的分布情况；4.要求同学掌握机械设计学的研究重点；5.要求同学掌握机械设计的一般步骤。

重点：1.设计的基本内涵，机械设计学的学科组成；2.机械设计的一般步骤。

难点：机械设计学的定义、机械设计的一般步骤。

思考题：1.如何认识人类文明的一切成果都是设计的产物？2.根据“功能”思想，预测下一代家用电器会风靡市场的是什么产品？本课程以培养学生“能提出创新构思并能尽快将其转化为有竞争能力的产品”的初步能力为目标，围绕影响产品竞争力的功能原理设计、实用化设计和商品化设计三个关键设计环节展开讨论。

科学和技术是两个完全不同的概念，千万不可混为一谈，科学是指那些基础性的研究，例如数学、物理、化学、天文、地理、生物……；技术则主要指制造工艺（包括材料的制备、加工、处理）以及各种制作的技巧、经验等。

设计的产品有的来源于生活，有的来源于想象，总的来说来源于思考，设计的始终都在贯穿着思考。

俗语说：没有做不到的，只有想不到的。

随着科技的发展会使很多不可能变为可能，把很多幻想变成现实。

机械设计学是一门方法性的课程，讲的是机械设计的理念、思路与方法。

产品设计的过程中，尤其是产品的方案设计中机械设计学的知识占的比重很大，能熟练运用辩证法、创新设计方法、概念设计等方法在机械设计中尤为重要。

第一讲绪论教学主要内容：1.机械设计的概念2.“设计学”的核心内容3.“机械设计学”的学科组成4.机械设计的类型及设计过程5.传统设计和现代设计一、概念1.机械（Machinery）机械是依据力学原理组成的各种装置和设备，是机器和机构的总称。

它包括机器、工具、器械、仪器…….2.机器 (Machine)机器是人类进行生产以减轻体力劳动和提高劳动生产力的主要工具。

电动伸缩杆课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电动伸缩杆的基本原理和构造，掌握其运作机制。

2. 学生能掌握电动伸缩杆在生活中的应用场景，了解其功能特点。

3. 学生能了解电动伸缩杆涉及的物理知识，如力、能量转换等。

技能目标：1. 学生能够运用所学的电动伸缩杆知识，分析并解决实际生活中的问题。

2. 学生能够通过动手实践，掌握电动伸缩杆的安装、调试和使用方法。

3. 学生能够运用科学探究的方法，对电动伸缩杆进行创新设计和优化。

情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到电动伸缩杆在科技发展中的重要性，增强科技创新意识。

2. 学生能够培养对电动伸缩杆及相关科技领域的兴趣，激发学习热情。

3. 学生能够通过团队协作，培养合作精神和沟通能力，提高解决问题的能力。

课程性质：本课程为科技实践类课程，注重理论与实践相结合，培养学生的动手能力和创新能力。

学生特点：学生具备一定的物理知识基础，对科技产品有浓厚兴趣，喜欢动手实践。

教学要求：教师应注重启发式教学，引导学生主动探究，关注学生的个体差异，鼓励学生积极参与讨论和实践活动。

教学过程中，要关注学生的学习成果，及时给予评价和反馈。

二、教学内容1. 电动伸缩杆的基本原理：介绍电动伸缩杆的工作原理，包括电机驱动、传动机构、伸缩机构等，关联课本第二章“简单机械及其原理”。

2. 电动伸缩杆的结构与功能：分析电动伸缩杆的各部分结构及其功能，结合课本第三章“机械装置的设计与应用”。

3. 电动伸缩杆的应用场景：探讨电动伸缩杆在生活中的应用，如窗帘、天线、摄像头等，参考课本第四章“机械设备的实际应用”。

4. 电动伸缩杆的安装与调试：学习电动伸缩杆的安装步骤、调试方法及注意事项，结合课本第五章“机械设备的安装与调试”。

5. 电动伸缩杆的创新设计：鼓励学生运用所学知识，对电动伸缩杆进行创新设计，提高其性能和应用范围，关联课本第六章“创新设计与制作”。

6. 实践活动：安排学生分组进行电动伸缩杆的组装、调试及创新设计，培养学生动手能力和团队协作精神。

机械设计学第一章绪论1、机械设计学定义——是一门研究机械设计的共性的综合性学科。

如设计技术、设计理论和设计方法。

2、机械设计的目标：在满足需求的基础上，实现约束最优化设计。

3、机械是机器和机构的统称。

4、机械设计具有的主要特点：多解性、系统性和创新性5、机械设计学的学科由（机械产品设计的三个基本环节是）功能原理设计、实用化设计和商品化设计三大部分组成。

功能原理设计：针对产品的主要功能所进行的原理性设计实质：原理方案的构思和拟定过程。

设计方法：以简图或示意图来进行方案的设计。

实用化设计工作：设计结构、选择材料、确定尺寸要求：明确、简单、安全可靠、掌握和遵循其内在规律和一般原理。

实用化设计的核心是要使产品具有优良的性能，好用。

商品化设计（技术、经济、社会）6、从设计构思的角度机械产品设计可归纳为三大步：创意、构思和实现。

创意：重点在于新颖性，且必须具有潜在需求。

构思：重点在于创造．即要构思一种新的技术方向或功能原理来实现某创意。

实现：重点在于验证构思的合理性，可以通过模型或原理样机来检查构思的合理性。

7、创新需要充分发挥设计人员的三种能力：抽象思维（抓住问题的本质）创造性思维（求多解）形象思维（头脑设计阶段）8、信息的交流与综合是创新的前提9、设计过程是在约束条件下求优过程（约束优化问题）包括：方案优化、设计参数优化、结构形状优化和整体布局方案优化。

10、机械设计按其创新程度可分为创新设计、变型设计和适用性设计三种类型。

11、设计阶段的具体任务可分为四个阶段：可行性研究、初步设计、详细设计和改进设计。

12、机械设计的基本程序可分为四个阶段：设计规划、方案设计、技术设计和施工设计。

第二章机器的组成及典型机器的功能分析1、机器的定义：一种用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合。

2、任何一台机器都是由原动机、传动机、工作机和控制器四部分组成。

第三章机械产品的功能原理设计1、功能原理设计定义：针对产品的主耍功能所进行的原理性设计简称为功能原理设计。