10章概念设计13讲总体ppt课件.ppt
2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,1,先进设计系统机械系统设计,第 8 章 生产线第 9章 需求设计第 10章 概念设计第 11章 详细设计第 12章 设计评价第 13章 创新设计第 14章 虚拟设计第 15章 智能设计,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,2,第 10章 概念设计10.4 总体设计,10.4.1 总体设计的意义与内容10.4.2 总体布置设计10.4.3 总体主要参数的确定10.4.4 总体设计的技术文件与总图,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,3,10.4.1 总体设计的意义与内容,1. 总体设计的意义2. 总体设计的内容,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,4,1. 总体设计的意义,总体设计 (Overall design)是运用先进科学技术的理论和方法，对大型工程项目体系的总体方案和总体技术途径的设计，以期确保项目在规划、设计、制造和运行各阶段的总体性能最佳。 总体设计要把初始要求变为众多研制参加者的具体工作。总体设计是进行系统技术设计的依据。总体设计给具体设计规定了总的基本原理、原则和布局，指导具体设计的进行。对产品的性能、尺寸、外形、质量及生产成本具有重大影响。总体设计对必须在保证实现己定方案的基础上，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，使内部系统与外部系统相协调和适应，以求设计更臻完善。 在设计的中、后期，总体设计人员仍有大量工作要做，只有把总系统的观点贯穿于全过程，才能保证最后的成功。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,5,2. 总体设计的内容, 系统的原理方案的构思 结构方案设计 总体布局与环境设计 主要参数及技术指标的确定 总体方案的评价与决策,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,6,2. 总体设计的内容,图10-1 总体设计的基本步骤,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,7,10.4.2 总体布置,10.4.2.1 总体布置的基本要求10.4.2.2 总体布置的注意事项 10.4.2.3 总体布置实例,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,8,1. 总体布置的基本要求,（1）保证工艺过程的连续和流畅机械系统工作的工艺过程包含多项作业工序。 例：包装机械有供料、充填、裹包、封口、清洗、堆码、盖印、计量等多项工序。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，不发生运动干涉。 例：汽车的货箱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。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,9,1. 总体布置的基本要求,（2）降低质心高度、减小偏置 1）整机质心位置的影响：质心过高或偏置过大，造成倾倒或加剧振动。移动式机械的前后轴载荷分配、纵向稳定性、横向稳定性、操纵性及附着性等。固定式机械将影响其基础的稳定性。 2）整机质心位置改变时，应考虑放置配重。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,10,1. 总体布置的基本要求,（3）保证精度、刚度，提高抗振性及热稳定性1） 为提高精密机械的传动精度， 应简化和缩短传动链。2）受力较大及自重较大的零部件， 更应使受力均匀，避免偏载。大型结构件采用框架式封闭断面结构和双立柱对称布置增加辅助支承、辅助导轨或采用重锤、液压缸等负荷平衡装置。尽可能减小悬臂长度或不用悬臂布置。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,11,1.总体布置的基本要求,(3)保证精度、刚度，提高抗振性及热稳定性（续）3）应尽量减小扰力偏心距，提高支承刚度， 采取隔振措施： 采用隔振装置或柔性连结，以减小振动的传递。 把电动机与变速箱、主轴箱分开布置的方案。 振源与主要工作部件隔开。 4）减小热变形和均匀传热 （见支承系统实例） 把热源部件与主要工作部件分开布置。 或采用隔热及散热措施。 采用结构对称布置。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,12,1. 总体布置的基本要求,（4）充分考虑产品系列化和发展1）应尽可能提高产品的标准化因数和重复因数， 以提高产品的标准化程度。2）产品系列化可以有效地提高产品标准化程度， 便于发展变型产品或实现产品的更新换代。3）产品系列化设计与总体布置密切相关。 主要参数的标准化，基本结构的模块化。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,13,1. 总体布置的基本要求,（5）结构紧凑，层次分明 1）紧凑的结构可节省空间，便于安装调试，带来良好的造型条件。2）应注意利用支承大件的内部空间，把电动机、传动部件、附件、操控件布置在其内部。3）为使占地面积小，可用立式布置代替卧式布置。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,14,1. 总体布置的基本要求,（6）操作、维修、调整方便1）应使操作位置、修理位置和信息源的数目尽量减少并适当集中。2）应由人体尺度及体能参数合理确定操纵装置的位置及尺寸，尽量方便省力。3）根据人的视觉特征布置信号显示装置、确定信号显示方式，便于识别。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,15,1. 总体布置的基本要求,（7）外形美观1）应使产品外形、色彩和表观特征符合美学原则。2）使产品适应销售地区的时尚，受到用户的喜爱。3）应使各零部件的组合匀称协调。4）型体的比例与尺度具有比率美。5）前后左右的轻重配置对称和谐，有稳定感和安全感。6）外形的轮廓线最好由直线或光滑曲线构成，有整体感。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,16,2. 总体布置的注意事项,（1）总体布置的一般特点1）总体布置各子系统的一般顺序：先布置执行系统，再布置动力系统，传动系统，操纵系统支承系统等。2）总体布置的过程：从粗到细，从简到繁，需要反复多次才能确定。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,17,2. 总体布置的注意事项,（2） 执行系统的布置1） 布置顺序：先根据拟定的工艺要求， 执行机构和执行构件原动件中间连接件。2） 减少构件和运动副的数目， 减小构件的几何尺寸， 以减小其磨损和变形对机构运动精度的影响。3）使原动件尽量接近执行机构。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,18,2. 总体布置的注意事项,（2） 执行系统的布置4）在布置相互联系型的多个执行机构时，应尽量将各原动件集中在一根或少数几根轴上。5）对外露的执行机构，最好将原动件隐蔽布置，以提高操作安全性；6）布置执行构件和中间连接件时应充分考虑作业对象装卡和传送的方便与安全。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,19,2. 总体布置的注意事项,（3）传动系统的布置1)简化传动链 传动链愈简短，零件数就愈少，材料的消耗和制造费用就愈低，同时也有利于提高传动效率、可靠性和精度。2)合理安排传动机构顺序 传动机构的安排顺序对传动系统的效率、尺寸、精度和动力学性能等都有影响。3)注意传动系统润滑和密封的便利性与可靠性 对于食品、药品、纺织等机械还要求可靠的密封和隔离，防止润滑剂污染产品。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,20,2. 总体布置的注意事项,如何使各级传动都能得到充分有效的润滑？当采用油浴或飞溅润滑时， 应考虑油面高度，使各级传动都有合适的 浸油深度或能可靠地飞溅到；当采用油雾润滑时， 应考虑油雾喷嘴的数量和方便安置， 使各级传动都在有效喷雾润滑区内；当采用循环润滑时， 应考虑便于供油管的布置和润滑油的选择等。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,21,2. 总体布置的注意事项,（4）传动机构的布置原则1）当传动链中同时采用蜗杆传动和齿轮传动时以传递运动为主，应将蜗杆传动布置在低速级；图a以传递动力为主，应将蜗杆传动布置在高速级。图b,图 两种减速传动顺序方案,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,22,2. 总体布置的注意事项,传动链的传动精度比较：设 齿轮副的传动误差 g 蜗杆副的传动误差 w 齿轮副传动比 igz2/ z13 蜗杆副传动比 iwz4/ z330则 传动总误差分别为： 方案a ag/iwwg/30w 方案b bw/iggw/3g若 gw 则 ab 结论：方案a的传动精度较高。推论：提高降速传动链的传动精度， 应尽可能增大最后一级传动副的传动比。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,23,2. 总体布置的注意事项,传动链的动力性能比较：方案a 齿轮传动布置在高速级时噪声较大，z1悬臂结构，使传动性能和承载能力下降。不利于蜗杆传动齿面压力油膜的建立，增大了传动负载，使磨损增大，效率降低，总体尺寸增大。结论：方案a的动力性能较差。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,24,2. 总体布置的注意事项,2）带传动宜布置在传动链的高速端， 传递同样大小功率，转速高则转矩小， 传动带所受的拉力减小， 外廓尺寸也随之减小， 对减小带传动的弹性滑动和速度损失及 提高传动带的寿命均有利， 还可减小传动系统的振动。3） 链传动宜布置在低速级， 振动、冲击和噪声可小些。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,25,2. 总体布置的注意事项,4） 应把转变运动形式的机构 (凸轮机构、连杆机构、螺旋和齿条传动)布置在传动链的低速端，与执行机构靠近，这样布置： 可使传动链简单， 可减小传动系统的惯性冲击。5）当传动链中含有机械无级变速传动时，对恒功率传动，应把无级变速传动布置在传动链的高速端，最好与电动机直接连接， 注意勿使最高转速超过许用值；对恒转矩传动，则无级变速传动的布置位置一般不受限制。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,26,2. 总体布置的注意事项,（5）操纵件的布置操纵件：电源开关、旋钮、操纵手柄、调节手柄1）操纵件布置应便于操纵和观察， 保证与操作者之间的空间位置合适。2）符合习惯： 被加工物体应相对于操作人员自左向右运动， 或顺时针转动。 操纵件运动方向应与被驱动件运动方向一致。 一般规定调速手轮顺时针转动为增速， 为便于调试和避免误操作，应附设指示牌。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,27,2. 总体布置的注意事项,（5）操纵件的布置3）操作位置 应设在工序集中、操纵频繁、易出故障和便于观察的部位。 常用操纵件应尽量布置在操作人员的近旁。 大型机械需在几个位置操作，可采用联动装置。 也可采用可移动的集中操纵按钮站。 紧急制动按钮应在每个操作位置上都设置， 要醒目，易识别。4）仪表和仪器的位置应便于操作人员观察和维护。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,28,3. 总体布置实例,例1 手扶拖拉机的总体布置 产品结构是影响总体布置的重要因素例2 铣床的总体布置工件大小是影响总体布置的重要因素例3 连续缠管机的总体布置工艺过程是影响总体布置的重要因素,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,29,例1 手扶拖拉机的总体布置,1)保持总体平衡 2)发动机和传动系统横向平行布置 3)操纵件集中布置在扶手架上结论：产品结构是影响总体布置的重要因素,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,30,1)保持总体平衡 手扶拖拉机单机不能平衡，必须配带机具(如犁、旋耕机或拖车)才能平衡并稳定行驶。本例是采用在机架前部和扶手架上安置配重块以保持总体平衡的办法。为便于平稳停放，在机架前方设置一可收放的支撑架。2)发动机和传动系统横向平行布置 采用单缸卧式发动机作横向布置。传动系统中的所有轴都是平行的，简化了传动系统。离合器多为多片常合式，为使结构紧凑，通常将其布置在从动V带轮内部。发动机横置减小了手扶拖拉机的横向振动。3)操纵件集中布置在扶手架上 扶手架在高度和长度方向均可调。,例1 手扶拖拉机的总体布置,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,31,例2. 铣床的总体布置,结论：工件大小是影响总体布置的重要因素,图 铣床总体布置型式简图,(a) 升降台卧式铣床,(b) 工作台不升降立式铣床,(c) 横梁移动式龙门铣床,(d) 地坑式龙门铣床,图a，适用于加工质量及尺寸较小的工件。铣刀只作回转铣削运动，工件的三个方向移动分别由工作台、滑鞍和升降台完成。,图b，适用于加工质量和尺寸较大的工件。工作台不能升降，只能作纵、横方向运动，上下的运动由铣头完成。,图c，适用于加工大型的工件。工件随工作台作纵向移动，升降和横向运动由横梁和铣头完成。,图d，适用于加工特大型的工件。工件不动，三个方向的运动均由龙门架和铣头完成。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,32,例3 连续缠管机的总体布置,增强塑料管也叫玻璃钢管，用连续缠绕法生产，图 。连续缠管机组成：传动系统、成型心轴、纤维(或其他增强材料)供给装置、树脂供给装置、固化炉、切割装置、翻管机构和控制台。连续缠管机有两种布置型式：立式和卧式，各有不同特点。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,33,例3 连续缠管机的总体布置,立式布置的优点：缠绕时心轴不会因自重而变形，也不会在玻璃钢管内产生附加应力；树脂不易流滴到偏于管子的一侧，不会造成含树脂量不匀现象；因各层缠绕工作台均水平布置，纵向纱和横向纱都可在缠绕前通过树脂槽，实现湿法缠绕；占地面积小。 缺点：自动化程度较低，需另行设置固化及脱模等辅助设备，难以实现连续生产。,1413121110,图 立式连续缠管机总体布置示意图1心轴；2牵引辊；3、5、8 、9 、10 、13 第六层工作台；4、 11 玻璃纤维布带；6玻璃纤维纱；7树脂浸渍槽；12第六层工作台的张力器；14玻璃纸带；15导辊,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,34,例 3 连续缠管机的总体布置结论：工艺过程是影响总体布置的重要因素,卧式连续缠管机的优点：可使缠绕、固化、脱模、切割等工序连续进行，心轴固定不动，结构简单，操作方便，卧式连续缠管机的缺点：难以进行湿法缠绕，且因用履带牵引机脱模易使管子变形。,图 卧式连续编管机总体布置示意图1轴内加热控制装置；2纵向纤维带盘；3纵向纤维；4心轴； 5环向纤维带盘；6带盘的传动系统；7固化妒； 8电机及减速器；9牵引机；10玻璃钢管；11换向机构,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,35,10.4.3 总体主要参数的确定,1. 尺寸参数2. 运动参数3. 动力参数 4. 重量参数 5. 性能参数,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,36,1. 尺寸参数,总体设计的尺寸参数： 影响产品性能的一些重要尺寸。 总体轮廓尺寸(总长、总宽、总高)； 特性尺寸(加工范围、中心高度)； 主要运动零部件的工作行程； 主要零部件之间位置关系的安装连接尺寸； 其它重要尺寸： 钢绳直径、曲轴半径、车轮直径。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,37,1. 尺寸参数, 尺寸参数的确定 依据设计任务书中的原始数据； 方案设计时的总体布局图； 与同类机械的类比； 通过分析计算确定； 必要时经试验确定。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,38,1. 尺寸参数,制定时机械系统的尺寸参数， 应根据系统的实际工作情况而定。例：机床的尺寸参数是根据被加工零件的尺寸确定的，代表机床的加工范围，称为该机床的主参数： 卧式车床是床身上工件的最大回转直径； 龙门刨床、龙门铣床、升降台铣床的矩形工作台平面； 磨床的尺寸参数是指工作台工作面宽度。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,39,1. 尺寸参数,例：尺寸参数常用联系尺寸图示出。图中标明了该镗床的重要尺寸。该镗床专用于加工大小头孔距分别为220、300和420mm的三种连杆，大小头孔可同时加工。,图10-8 专用立式镗床的联系尺寸1左主轴箱；2右主轴箱；3横梁；4夹具；5升降台；6升降液压缸； 7底座；8立柱；9、10电动机；11操纵台,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,40,1. 尺寸参数,例：确定颚式破机的钳角。 此钳角应通过力的分析计算确定。 Fnl ，Fn2 物料受到颤板给它的压力， 物料与颚板之间的摩擦因数， 则物料的摩擦力为 FlFnl 及 F2Fn2 物料的重力W 忽略不计。当物料被夹牢时，各力须互相平衡，于是有 x0， y0，得 Fnl-Fn2cos-Fn2sin0-Fnl-Fn2cos+ Fn2sin0,图10-9 颚式破碎机的钳角,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,41,1. 尺寸参数,将两式合并化简后得 -2cos+(1-2)sin0 即 tan=2/(1-2) 又 = tan， 为摩擦角， 则 tan=2 tan/(1- tan2)= tan2为使破碎机正常工作，必须使 2 一般摩擦因数0.20.3，故钳角最大值为2230。由于实际物料粒度可能差别较大，为防止楔塞，故在设计中一般取1822。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,42,1. 尺寸参数,注意：确定的尺寸参数应符合规定 应符合优先数和优先数系GB321-80的规定。 优先数：是在设计及参数分级时优先采用的等比级数。 优先数系：是以公比为qr=101/r导出的一组近似的等比数列。 对有互换性或系列化要求的主要尺寸(如安装、连接尺寸，配合尺寸，决定产品系列的公称尺寸等)及其他结构尺寸，应符合标准尺寸GB2822-81的规定，优先按R5、R10、R20、R40的顺序选用标准尺寸， Rr为优先数系的代号。 R5、R10、R20、R40对应的公比分别为1.58，1.25，1.12, 1.06。如需将值圆整，应按Ra5、Ra10、Ra20、Ra40的顺序选取标准尺寸。Ra表示选用优先数化整值系列制定的标准尺寸系列。 (xia ke),2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,43,2. 运动参数,运动参数是指机械执行构件的转速(或移动速度)及调速范围。例：机床等加工机械主轴、工作台、刀架的运动速度，移动机械的行驶速度，连续作业机械的生产节拍等。运动参数确定执行构件的工作速度一般应根据作业对象的工艺过程要求、工作条件及生产率等因素确定。适宜的工作速度应在综合考虑各影响因素后由分析计算或经验确定，必要时由试验确定。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,44,2. 运动参数,例：起重机的工作速度，包括起升(下降)速度、大车运行速度、小车运行速度、回转速度和变幅速度，主要是根据行业的经验确定的：装卸作业的工作速度较高，安装作业的工作速度宜低；运行距离长的工作速度应较高，反之应较低；起重量小工作速度可高些，反之，则宜低些。 由于实际工作条件比较复杂，一般理论分析计算结果需根据经验作适当调整，或经试验确定。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,45,2. 运动参数,一般机械往往需多种工作速度。变速范围R：也称调速范围，工作速度的变化范围， Rnmax / nmin 机械作业范围愈广，通用性愈强，则所需R愈大。需变速的机械，应根据作业范围和各种工况，计算其最高转速nmax、最低转速nmin及R。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,46,2. 运动参数,两种变速传动：无级变速传动，有级变速传动。一般广泛应用有级变速， 也用无级与有级相结合，扩大适应性。有级变速传动通常采用等比级数排列， 使各相邻的各级转速按等比级数变化， 可使变速系统结构易于实现且经济合理。 相邻两级转速的相对损失相等， 在变速范围内对生产率的影响相同。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,47,2. 运动参数,两种变速传动的比较：无级变速传动可获得最有利的工作速度，可在运转中变速，变范围较小，不能保证严格的传动比，传动功率较小。经济性较强，适应性较差。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,48,3. 动力参数,动力参数：指机械系统的动力源参数， 如电动机、液压马达、内燃机的功率及其机械特性。 它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。确定方法：见动力系统。 动力参数确定恰当与否，既影响机械系统工作性能，也影响其经济性。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,49,4. 重量参数,包括整机重量、各部件重量、重心位置 等。它反映了整机的质量， 如 自重与载重之比， 生产能力与机重之比。重心位置反映了机器的稳定性及车轮轮压分布。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,50,5.性能参数,又称技术经济指标， 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。不同机械的性能参数有不同的内容。 例：动力机械的效率，轻工机械的生产率， 机床的加工精度、加工范围和生产率， 各类仪器的精度、灵敏度和稳定性， 还有各类机械设备的成本与寿命，等等。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,51,10.4.4 总体设计的技术文件与总图,总体设计中应形成的技术文件：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。系统总体布置图和总装图 。必要时应提交研究试验大纲及研究试验报告。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,52,10.4.4 总体设计的技术文件与总图,总图：是指单个产品的总装配图 或成套设备的总体布置图。总图的作用：应对所设计机械系统的总体布置和结构作完整的描述。是零部件技术设计的依据。绘制过程： 按比例绘制通常需先绘制总体布置草图，再绘制总体布置图，最后完成总装配图。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,53,10.4.4 总体设计的技术文件与总图,总体布置草图的作用：确定了整机的布置型式和主要尺寸，基本确定了各部件的基本型式和特性参数。可估算主要零部件的制造成本。具体评审各候选方案，确定最佳总体布置方案。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,54,10.4.4 总体设计的技术文件与总图,绘制总装配图的要求：严格按比例绘制，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，要表明操作件的位置，标注出有关重要尺寸和技术要求。应绘出其它相关图：联系尺寸图， 系统图：传动系统图、液压系统图、润滑系统图 原理图：电气原理图、逻辑原理图、功能原理图 电路接线图等。,2022年11月6日8时17分,第 10 概念设计,55,本章复习思考题,10.8 总体布置的基本要求是什么？10.9 布置传动系统时应注意哪些问题？10.10 如何确定蜗杆传动和齿轮传动 在同一传动链中的顺序？10.11 总体主要参数包括哪些参数？10.12 产品的总装配图中一般应标注哪些尺寸参数？,
