第1章概述。
1.1 机械设计的过程、内容及机械原理课程设计的意义。
设计是创造性的建立满足功能要求的技术系统的活动过程。
机械设计的步骤和内容一般可分为四个阶段，即：产品规划阶段、方案设计阶段、详细设计阶段和改进设计阶段。
1. 产品规划阶段。
本阶段主要是通过市场调查了解市场需求，做出市场**，对产品开发的可能性作综合研究并提出可行性报告，本阶段最终目的是确定任务并给出详细的设计任务书。
2. 方案设计阶段。
通过规划阶段明确了设计任务，确定了系统的功能。当然能实现同一功能的系统可以有不同的工作原理，同一原理又可以有不同的运动方案。通过功能分析并确定了工作原理的基础上进行工艺动作构思，初步拟定出从原动机经传动机构到执行机构的运动方案，并画出各执行构件动作相互协调配合的运动循环图，设计各执行机构，画出机构运动简图并作机构的运动学分析和动力学分析计算，这是机械产品方案设计阶段的主要内容。
3. 详细设计阶段。
该阶段是将机械运动简图具体化为机器及零部件的合理结构。完成机械产品的总体设计、部件和零件设计，完成全部生产图纸并编制设计说明书等技术文件。
4. 改进设计阶段。
本阶段的主要任务是根据试验、使用、鉴定所暴露的问题，进一步做出相应的技术完善工作，以确保产品的设计质量。
设计是一个创新的过程，而在设计的四个阶段中，方案设计的创新及其优劣尤为重要，它对机械系统功能的实现、性能的好坏、经济性及其市场竞争力具有决定性的作用，直接关系到机械设计全局的成败，因此机械系统的方案设计在整个机械设计中占有极其重要的地位。而《机械原理》课程的内容正是为方案设计提供了理论依据和基本方法，机械原理课程设计则是机械系统运动方案设计的一个综合训练。机械原理课程设计是本科阶段的第一个课程设计，它对初步掌握机械系统的方案设计和了解机械设计的内容和方法具有重要意义。
1.2 课程设计的目的。
通过综合运用机械原理及相关课程所学内容，针对一个实际机械系统完成课程设计，达到以下目的：
1. 巩固和加深对机械原理课程内容的理解；
2. 初步掌握机械系统方案设计的方法并对机械设计的全过程有个初步了解；
3. 培养学生分析问题和解决问题的能力，并对学生的创新意识和创新方法进行初步训练；
4. 培养学生自学、查阅资料和独立工作的能力，同时培养学生的团队协作精神；
5. 培养学生运用计算机技术解决实际工程的能力。
第2章机械系统运动方案设计。
机械系统运动方案的设计就是要完成从原动机、传动机构到执行机构的方案设计，其中传递动力和实现预期运动是机械系统的两个基本任务，执行机构或执行构件的运动参数和力参数是设计的原始依据，机械系统运动方案设计的结果就是要完成一份满足系统功能要求的运动简图。其中执行机构的设计是方案设计的核心。
2.1 机械运动方案设计的步骤与内容。
方案设计的主要步骤如图2-1流程图所示，其主要内容包括功能原理方案的设计和构思；机械运动方案的设计和机械运动系统的尺度综合。
图2-1 机械运动方案设计流程图。
下面简述主要步骤的大致内容：
2.1.1 分析确定系统的总功能，明确任务的功能目标
对于总功能的描述要抓住本质，尽量做到准确合理的描述，这样即可使设计目的明确又可以开阔思路。对于总功能的分析常采用“黑箱法”，即把待设计的系统看作为一个内容未知的“黑箱”，如图2-2所示，根据已知的待设计系统的输入和输出的能量流、物料流和信息流的转换关系，便可反映出系统的总功能。例如图2-3所示，对一冲床的系统功能分析，输入的是机械能、板料、控制讯号，而输出的是冲制好的工件和余下的边角料。
通过对系统输入与输出的主要内容分析可知，冲床系统的功能是使物料变形和分离。
图2-2 黑箱图图2-3冲床系统的功能分析。
2.1.2 功能原理设计。
当明确了主功能后，应针对主功能提出一些原理性构思，即所谓的“功能原理设计”。因为要实现同一功能要求，可以有不同的功能原理，而不同的功能原理则有不同的工艺动作，其执行机构的运动方案也将不同。
图2-4 点钞机功能原理构思。
1- 推力 2-摩擦力 3-离心力 4-重力 5-粘力 6-气吹 7-气吸 8-静电。
例如：设计一点钞机，关键是如何将钞票分离的工作原理。图2-4所示即为其功能原理的构思示意图，从图中可以看出，要达到使钞票分离可以通过多种“物理效应”来实现，如图中的摩擦、离心力、气吹等。
然后利用某种“作用原理”，如图中的摩擦轮、转动架、气嘴等，最后达到“功能目标”的结果。
又如，要加工螺栓上的螺纹，可以采用车削加工原理、滚压工作原理和套丝工作原理。这几种不同的螺纹加工原理适用于不同的工况，满足不同的加工需要和加工精度要求，其执行系统的运动方案也不一样。
功能原理设计的重点在于提出创新构思，使思维尽量 “发散”，力求提出尽量多的方案以供评价选优，因为不同的功能原理可能带来本质的变化，对产品的成败常常起到决定性的作用。
2.1.3 功能分解
初定了主要功能的工作原理后，还需做功能分解，因为对于一般的机械系统很难直接找到满足总功能的系统解，因此，需将总功能分解到可以直接求解的功能元，在机械产品中就是将工艺动作过程分解为若干个执行机构。由总功能、分功能、功能元组成的系统，即为功能树，树的末端是功能元。前级功能是后级功能的目的功能，而后级功能是解决前级功能的手段功能。
2.1.4 功能元求解。
针对功能元再寻求功能元的解，即寻求满足功能元动作的执行机构。这个过程也常常称为执行机构的形式设计，或称执行机构的行综合。注意这个过程仍然要采用“发散性思维”，即凡是能满足功能元功能的所有的“物理效应”的解都作为初步解列出来，这是一项极具创造性的工作，因此可以说是一个展示你创造性思维的活跃阶段。
例如要实现一工件的夹紧功能，可以采用机械力、电磁力或液体压力等。同一原理又可以有若干方案，如机械力可以分别通过斜面、凸轮、螺旋等机械来实现。如果一个功能元有m个解决原理，而一种原理又有n个解，经排列组合则这个功能元的解可以有m n个方案。
把各功能元的解建在一个直角坐标上，便形成了一个“形态学矩阵”，通过这个矩阵可以组合若干方案。然后再作评价选优。
例如：设计挖掘机，对其总功能与分功能的分析如图2-5所示。
图2-5 挖掘机的功能分解图。
由此进一步列出形态学矩阵如表2-1：
表2-1 挖掘机的总体设计形态学矩阵。
可能组合方案 n = 66443 = 1728
如按a1+b4+c3+d4+e1组合，则得到履带式挖掘机；按a5+b5+c4+d4+e5组合，则得到液压轮胎式挖掘机。
在机构选型时要注意以下几点：
要仔细分析透工艺动作的要求；
要熟悉各种基本机构及其变异、组合，了解其运动特性，会灵活选用机构设计手册或其它机构专著中各种型式的机构；
要多积累机构选型方面的知识，具有较丰富的实践经验，如选不到合适的机构型式时，还要会创造性地构思出合适的机械型式，以满足运动要求。
具体选型时，还应考虑到原动机的类型，并注意机构选型的基本原则。
执行机构的输入运动都是从原动机经过变速、传动装置传递过来的，原动机的型式直接影响执行机构选用的型式，所以机构选型时要考虑采用何种原动机。表2-2列出了常用原动机的运动型式。
不同的原动机型式，在同样的执行构件运动形式下，要求选用不同的执行机构，表2-3列举一些为实现某一执行构件运动形式采用不同的原动机可以采用的执行机构型式。
表2-2 常用原动机的运动型式。
表2-3 采用不同原动机实现同一执行构件运动形式的分析。
各执行构件的运动形式已经确定之后，选用什么样的执行机构，机构选型时应遵循的原则列于表2-4。
表2-4 选用执行机构的原则与方法。
机械原理课程设计指导书
机械设计制造及自动化等专业适用 北京林业大学工学院。机械设计教研室司慧。北京市高等学校教育教学改革立项项目专项资助 2007 34 2010年3月。目录 2第1章概述 4 1.1 机械原理课程设计的目的和任务 4 1.1.1 课程设计目的 4 1.1.2 课程设计任务 4 1.2 课程设计所采用方法...
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