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机械系统设计第二章机械系统的方案设计与总体设计
利用相容性矩阵对原理对各个方案进行筛选 为了便于检验和了解有联系的分功能(功能元)之间的相容性,可以列出相容性矩阵。检验相邻功能元所对应的技术、物理效应之间的相容性。 * 1.总体设计的内容 总体设计是机械系统内部设计的主要内容之一,也是进行 系统技术设计的依据。总体设计对机械系统的性能、尺寸、 外形、质量及生产成本具有重大影响。因此,总体设计时 必须在保证实现已定方案的基础上,尽可能充分考虑与 人—机—环境、加工装配、运行管理等外部系统的联系, 使机械系统与外部系统相协调和适应,以求设计更加完美。 总体设计的主要内容: 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 2.总体布置设计 (1).总体布置设计的基本要求 总体布置设计是结构布局的细化,需具体确定各零部件之 间的相对位置关系及联系尺寸、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。 总体布置设计的基本要求如下: 1).保证工艺过程的连续和流畅 2).降低质心高度、减小偏置 3).保证精度、刚体,提高抗震性及热稳定性 4).充分考虑产品系列化和发展 5).结构紧凑,层次分明 6).操作、维修、调整方便 7).外形美观 对方案设计阶段确定的各可行方案都应绘制 其总体布置图。 3.总体主要参数的确定 总体主要参数包括尺寸参数、运动参数和动力参数。 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。 4.绘制总体设计图及编写设计文件 总体设计图一般是指单个产品的总装配图或成套设备的总体 布置详图。总体设计图应对所设计机械系统的总体布置和结 构做完整的描述。 总体设计的设计文件通常包括技术任务书或技术建议、产 品设计评审报告等,必要时应提交研究实验大纲及研究实验报告。 2.2.1 结构总体设计的任务、原则 任务:将原理方案设计结构化。(输出是装配图)。 重要性:它的工作质量对满足功能要求、保证产品质量和可靠性、降低产品的成本等都起着十分重要的作用。 * 详细展开 结构总体设计原则(三项基本原则):明确、简单、安全可靠 (1)明确原则 ①功能明确;(不疏漏、不冗余) ②工作情况明确; ③结构的工作原理明确。 (2)简单原则 ①结构简单; ②操作与监控简便 ③制造与测量简单; ④安装与调试简单。 (3)安全可靠原则 ①构件的可靠性;(结构件的强度与刚度问题) ②功能的可靠性;(系统总功能的可靠性) ③工作安全性; (对操作者的防护) ④环境安全性。 (环保性与环境适应性) * 2.2.2 结构总体设计的步骤 总体设计步骤一般分为 三个阶段: 1)初步设计 2)详细设计 3)完善和审核阶段。 * 1.初步设计 1)明确设计要求(4项) 与确定配置有关的要求(物料流动方向、运动方向、位置关系等); 与确定尺寸有关的要求(功率、转矩、生产能力、空间限制等); 与确定材料有关的要求(使用寿命、工作环境、零部件材料等); 制造、安装、运输、经济性等方面的要求。 * 2.2.3 总体布置设计 总体布置设计就是确定机械系统中各子系统之间的相对位置关系及相对运动关系,并使总系统具有一个协调完善的造型。 1)机械系统功能原理方案的多样性,决定了总体布置设计方案的多样性; 2)不同的总体布置形式对系统本身的功能有很大影响 总体布置设计的重要性: * 前置前驱优势在与动力系统结构紧凑,驱动轴短,动力输出损耗低。在操控方面,前驱车天生具有转向不足特性,。在布局方面,没有传动轴经过车厢,可以降低车身中间的隆起,增大车厢可用空间。其缺点是起步时,前轴荷会减少,导致轮胎附着力降低,影响动力输出。另外,前轮要负责驱动、转向和大部分的制动力,所以磨损严重。 后驱车正好相反,起步加速能力强,四轮负荷平均,但是在转向时时容易出现转向过度,需要很好的技术或先进的电子设备辅助。所以大多数的赛车还是使用后轮驱动。按照操控性能来讲,最理想的布置方式是中置发动机后轮或四轮驱动。
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