機械繫統設計的基本原則是什麼

A. 機械原理大綱

1.教材體系與特點 適應我校機械大類教學改革，推行學分制新形勢的需求， 新編適合學分制教學，改革力度大的，內容新穎， 適應面寬的新世紀機械原理教材。 新知識，新技術的出現，對現代教學體系與內容是極大的沖擊， 教學要改革,才能適應時代發展的需要。 教材根據機械設計與機械製造過程的發展， 將機械原理課程的教學體系進行全面改革，引入現代設計內容， 教學體系與多媒體教學結合，從提高學生創新設計能力入手， 加強工程設計和實踐內容，著重設計技能的基本訓練， 拓寬學生知識面，全面提高學生的綜合素質。 2．教材特色 教材針對2l世紀科學技術的發展， 現代產品設計中對具有創新精神人才的需要， 注重學生全面素質的培養，拓寬專業口徑。 由專業教育轉向通識教育，本書以機械設計基礎知識為主線， 機構系統創新設計為重點，注重與相關系列教材內容緊密結合； 在內容取捨上，注意先進性與實用性，知識面的廣闊性； 在內容編排上，注重有利於培養學生創新意識和能力， 將設計內容和設計方法有機的融合，增加了機構系統創新設計、 廣義機構等內容，加強了機構運動方案設計及結構創新設計、 機構在工程中的應用的內容。文字敘述力求簡明、通俗。 3． 教材是在在承擔國家教委面向21世紀課程體系和教學內容改革項目 ——「工程制圖及機械基礎系列課程教學內容與課程體系改革」 的過程中，我們在系列課程整體優化與協調的基礎上， 將本書在教學體系與內容上進行了系統改革, 重視介紹學科發展的新方向，新內容，從整個機械繫統著眼， 著重培養學生創新設計能力，不僅向學生提供創新思維方法， 還通過大量實際的設計問題， 提高學生的獨立工作和解決實際問題的能力， 在教學體系和教學內容上,注重激發學生的求知慾望， 調動學習的積極性，開闊思路，拓寬知識面, 讓學生了解更多更新的理論和技術。通過機械設計基礎教學， 培養學生的機械設計能力、產品開發和創新思維能力。 4．教材根據現代自動化機電產品設計的要求， 介紹了機械繫統設計的特點和方法， 機構的功能及機構選型與機構結構設計的原則和方法。 其目的是擴大視野，拓寬知識面，進行創新思維的訓練， 提高創新設計能力和獨立工作的能力， 培養工程意識和工程實踐能力。 5．教材7章,採用文字、圖表及圖文對照的形式。 本課程有三個教學環節（講課（28、實驗4、課程設計20）， 初步擬訂30---35萬字，字數與學時相當，內容協調。 教材適用性強，供大機類與專科學生使用，量大面廣。 機械原理大綱 課程名稱：機械原理 學時：32 學分：2 先修課程：高等數學、工程圖學、金屬工藝學、計算機基礎、 工程力學 一．機械原理課程的性質、目的及任務 機械原理是講授機械傳動、 常用機構在設計中共性問題的一門主幹技術基礎課， 為適應大機類各專業對現代自動化機械設計及在機構選型設計方面的 要求，本課程著重講述了常用機構的工作原理和簡單的設計方法， 機構選型的原則，其目的是擴大視野，拓寬知識面， 提高創新設計能力。 二、課程主要內容 緒論 §0 1 機械設計的主要過程 §0 2 課程的性質、任務和內容 §0 3 機械設計及理論學科發展趨勢 第一章平面機構具有確定運動的條件 §1 1 平面機構運動簡圖的繪制 §1 2 平面機構具有確定運動的條件 第二章平面連桿機構設計 §2 1平面四桿機構的基本型式及演化 §2 2平面四桿機構設計中的共性問題 §2 3平面四桿機構的設計 §2 4平面四桿機構的結構設計 §2 5 連桿機構在工程中的應用 第三章凸輪機構設計 §3 1 凸輪機構的分類 §3 2 從動件常用運動規律 §3 3 盤形凸輪輪廓曲線的確定 §3 4 盤形凸輪機構的基本尺寸 §3 5 盤形凸輪機構的結構設計 §3 6 凸輪機構在工程中的應用 第四章齒輪機構設計 §4 1 齒輪機構的類型和特點 §4 2 漸開線和漸開線齒廓的嚙合特點 §4 3 直齒圓柱齒輪傳動 §4 4 斜齒圓柱齒輪傳動 §4 5 直齒錐齒輪傳動 §4 6 輪系及其在工程中的應用 第五章其他機構 §5 1 間歇運動機構 §5 2 廣義機構 §5 3具有其他功能的機構 §5 4 其他機構在工程中的應用 第六章 機構系統創新設計 §6 1 機構系統運動方案設計 §6 2 機構選型 §6 3 機構系統創新設計 三、課程的基本要求 (一) 理論教學 (二) 課程設計 (三) 教學實驗 三個環節 達到上述基本要求的講課的課內學時為32學時， 實驗及現場課的課內學時為4學時；復習、做習題、寫實驗報告、 看電視錄相的課外學時為60學時以上，課程設計集中上(1. 5周)。 四、授課對象 機械大類各專業

B. 對說明書最本質的要求

1.4 設計說明書的編寫

1.4.1 編寫設計說明書的意義

編寫設計說明書，是設計工作的重要組成部分，也是科技工作者必須掌握的基本技能之一。設計說明書用來闡明創新設計思想，分析論證設計方案，說明設計參數計算過程。設計說明書是整個設計過程的整理和技術總結，是圖樣設計的理論依據。設計說明書為是審查設計是否合格的基本文件，供審核設計和使用設備的人員查閱之用，所以設計說明書是重要的設計技術文件之一。因此，撰寫設計說明書是一項重要的、必不可少的工作。 1.4.2 設計說明書的內容

設計說明書的內容包括:

? 目錄 寫明標題、頁次。

? 概述(研究課題的意義，內容，現階段的現狀，發展趨勢，結論等)【A.能夠運用機械工程原理、技術和方法，通過綜合文獻研究，提出、分析和表達機械繫統的多種設計方案，並獲得有效結論。】章節，參考文獻，致謝等。

? 功能分析 給出功能分析說明和功能結構圖。

? 原理方案的擬定【B.能夠運用機械工程原理、技術和方法，對機械繫統設計方案的可行性進行分析和論證。】【E.能合理評價所設計的機械繫統對社會、健康、安全、法律和文化的影響，並理解應承擔的責任。】

構思能實現設計任務規定的工藝動作過程與要求的幾種設計方案的簡圖，並簡要說?

明其特點及性能。

? 分析比較上述各方案的優、缺點，確定設計方案，並說明選定的理由。

? 進行機械繫統運動方案的協調性設計(如設計方案中有多個執行構件，且各執行構件間有運動協調關系時，要進行機械繫統運動方案的協調性設計) ，畫出運動循環圖，簡要說明運動循環圖的制定過程。

? 對社會、健康、安全、法律和文化影響的評價。

包括對2~3個原理方案的分析比較與評價。給出工作原理圖。

? 主要技術參數的確定。

? 動力機的選擇計算。

? 運動系統 (包含執行系統和傳動系統) 的設計計算 。

? 執行系統的結構設計:主要包括執行機構各運動副和構件的結構設計等

? 傳動系統的結構設計:總傳動比的計算，傳動比的分配，變速機構(例如皮帶、齒輪、行星輪系傳動等) 的選擇，說明選擇的理由，分配的原則，參數的確定，寫出幾何尺寸計算

速機構的結構設計。給式及計算結果，畫出程序框圖，給出程序功能及標識符說明，進行變

出傳動系統圖。包括全部傳動零件的設計計算。

? 機械總體結構設計 主要包括:原動部分、傳動部分、執行部分的總體布局，支撐箱體結構，傳動系統的潤滑方式及密封形式的選擇等。其它內容包括運輸、安裝、維護及使用要求等。【C.能夠綜合考慮創新、安全、環境和社會因素，設計滿足一定功能要求的機械繫統。】

? 主要的參考資料。列出設計中所參考的中、外書籍、資料的編號、作者、書名、出版單位、出版日期。【D.能夠運用機械專業常用信息技術工具進行文獻查詢檢索和資料查詢，以獲取與設計相關的信息。】

?設計的體會 說明設計中的收獲及創新的體會，提出改進意見和建議，說明現代化設

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C. 機械繫統設計有哪些步驟

機械繫統設計是一項周密的技術工作，獲得產品任務以後，即進入了系統的總體設計階段，包含方案設計和初步篩選、系統分解、系統分析和系統技術方案設計、機械繫統方案評價五個步驟。
(1)系統方案設計和初步篩選。根據系統功能要求，選擇設計原則和設計原理，進行方案的初步設計。比如設計孔的加工機械設備，設計原理可以是機械方法、超聲原理、電。火花原理、射流原理等，其中機械方法還有車、鑽、銑、鏜等。採用不同的原理得到的加工設備盡管功能相同，但產品的價格、加工工藝、加工成本、適用范圍(加工孔的精度和大小)、生產批量等會完全不同，因而需要對初步方案進行可行性和經濟性等評價，選出合適的方案進行下一階段設計。圖2給出了對於不同的產品批量、生產率和需要採用的對應加工方式。
方案設計需要考慮的問題很多，考慮的方面越廣，系統總體方案越多，方案比較、選擇和優化才有基礎。
(2)系統分解。將總系統分解成若乾子系統，對於復雜的機械繫統，有可能需要進行多級分解，可以根據前面所講的系統五大部分組成進行分解，也可以根據系統各部分的功能進行分解，分級實現，並畫出系統圖，以便對系統進行分級分析和結構設計。
(3)系統分析。不僅要根據系統的目的和要求進行技術和經濟分析，還需要分析子系統之間的相互聯系和基本性能，這種分析可以是定性的或定量的。
(4)系統技術方案設計。繪制系統總裝配圖和電氣控制圖，提出子系統的技術要求。
(5)機械繫統方案評價。主要評價方案的完善程度、方案與設計要求的符合程度，方案是否已經達到最優以及某項具體指標是否達到最優。評價的指標體系可以歸結為三大類：技術可行性指標、經濟合理性指標和社會環境適宜性指標；評價方法通常有簡單評價法、加法評價法、連乘評價法、加權評價法和技術經濟評價法。

D. 簡述系統設計的基本原則

系統總復體設計應當根據制系統工程的設計思想，使開發的系統滿足科學化、合理化、經濟化的總體要求。一般遵循以下基本原則。

管理可接受的原則：一個系統能否發揮作用和具有較強的生命力，在很大程度上取決於管理上是否可以接受。

在系統設計時，要考慮到用戶的業務類型、用戶的管理基礎工作、用戶的人員素質、人機界面的友好程度、掌握系統操作的難易程度等諸多因素的影響。因此在系統設計時，必須充分考慮到這些因素，才能設計出用戶可接受的系統。

(4)機械繫統設計的基本原則是什麼擴展閱讀：

系統設計通常應用兩種方法：

一種是歸納法，

另一種是演繹法。

首先盡可能地收集現有的和過去的同類系統的系統設計資料；在對這些系統的設計、製造和運行狀況進行分析研究的基礎上，根據所設計的系統的功能要求進行多次選擇，然後對少數幾個同類系統作出相應修正，最後得出一個理想的系統。

從具有一定功能的元素集合中選擇能符合系統功能要求的多種元素，然後將這些元素按照一定形式進行組合（見系統結構），從而創造出具有所需功能的新系統。在系統設計的實踐中，這兩種方法往往是並用的。

E. 機械設計有什麼設計准則

機械設計 機械零件的設計具有眾多的約束條件，設計准則就是設計所應該滿足的約束條件。 1、技術性能准則
技術性能包括產品功能、製造和運行狀況在內的一切性能，既指靜態性能，也指動態性能。例如，產品所能傳遞的功率、效率、使用壽命、強度、剛度、抗摩擦、磨損性能、振動穩定性、熱特性等。技術性能准則是指相關的技術性能必須達到規定的要求。例如振動會產生額外的動載荷和變應力，尤其是當其頻率接近機械繫統或零件的固有頻率時，將發生共振現象，這時振幅將急劇增大，有可能導至零件甚至整個系統的迅速損壞。振動性穩定準則就是限制機械繫統或零件的相關振動參數，如固有頻率、振幅、雜訊等在規定的允許范圍之內。又如機器工作時的發熱可能會導致熱應力、熱應變，甚至會造成熱損壞。熱特性准則就是限制各種相關的熱參數(如熱應力、熱應變、溫升等)在規定范圍內。
2、標准化准則 與機械產品設計有關的主要標准大致有： 概念標准化：設計過程中所涉及的名詞術語、符號、計量單位等應符合標准;
實物形態標准化：零部件、原材料、設備及能源等的結構形式、尺寸、性能等，都應按統一的規定選用。
方法標准化：操作方法、測量方法、試驗方法等都應按相應規定實施。
標准化准則就是在設計的全過程中的所有行為，都要滿足上述標准化的要求。現已發布的與機械零件設計有關的標准，從運用范圍上來講，可以分為國家標准、行業標准和企業標准三個等級。從使用強制性來說，可分為必須執行的和推薦使用的兩種。
3、可靠性准則
可靠性：產品或零部件在規定的使用條件下，在預期的壽命內能完成規定功能的概率。可靠性准則就是指所設計的產品、部件或零件應能滿足規定的可靠性要求。
4、安全性准則 機器的安全性包括： 零件安全性：指在規定外載荷和規定時間內零件不發生如斷裂、過度變形、過度磨損和不喪失穩定性等等。
整機安全性：指機器保證在規定條件下不出故障，能正常實現總功能的要求。 工作安全性：指對操作人員的保護，保證人身安全和身心健康等等。
環境安全性：指對機器周圍的環境和人不造成污染和危害。

F. 機械繫統設計的系統法有哪些內容特性

機械繫統設計的系統法就是把研究的對象作為系統或系統的要素和結構，從整體上系統地、全面地進行確定的科學方法。它從系統的觀點出發，著眼於整體與局部、系統與環境、人與機之間的相互聯系和相互作用，並且綜合地、精確地考察研究對象，從而最佳地處理所研究的問題。下面側重闡述系統分解和系統分析的相關內容。
1、系統分解
任何較大的復雜的系統均可分成若幹部分或層次，對於時間過程系統可以分成若干階段。如何將所研究的系統按不同層次或階段，以至逐個地把組成系統的要素或子系統區分開來進行分析，使復雜的系統整體變換成許多簡單的子系統，這就是系統的分解問題。系統整體如何通過分解簡化為若干個子系統，這對於認識整體系統，作出決策，以及協調配合都關系極大。系統分解大體可以分成以下幾種類型：
(1)按空間結構關系進行分解
這是系統分解的常用方法。將系統按空間關系劃分為若干相互關聯的子系統，同一層次的子系統屬平行關系。
例如，一個機械廠如按空間關系可以劃分為鑄造車間、鍛造車間、金工車間、裝配車間、檢修車間等相對獨立的各個子系統，彼此之間雖有聯系，但基本上屬於平行關系。
(2)按系統總目標進行分解
這是將整體系統的總目標劃分為若幹部分的分目標。這種系統分析法有利體現系統不同的屬性。
例如，一台行走式穀物聯合收獲機其總目標是收獲穀物。它可以分解為動力、傳動、執行(包括作物莖稈切斷、穀粒與谷穗分離、穀粒清選等)、操縱控制、行走、支承等相對獨立的子系統。各個子系統分別實現分目標。這種劃分任務明確、目的性強。
(3)按系統模型的關聯性進行分解
這種方法藉助於系統模型的關聯性對系統分解。首先對系統建立主框圖模型，用圖示法或圖表法反映各子目標的相互關系；其次按掌握的資料建立定量的數學模型，反映各子目標的函數關系；其三，將屬性模型轉換為計算機語言以便進行分析計算。通過模型的關聯性分解得到系統的各子系統的相互關系。
(4)按系統控制和管理過程進行分解
為了便於系統工程施工以及進入運行階段的控制和管理，在工程系統中，還必須把一個完整的控制問題變換成一組控制的子問題，然後採取不同方法加以解決。
機械繫統的分解採用第2種方法居多。在進行系統分解時，要特別關注系統的整體性和相關性，並把容易綜合獲得最優的整體方案作為首要條件。
系統分解可以平面分解，也可以分級分解，或者兼有二者的組合分解
系統分解時應注意下述各點：
1)分解數和層次應適宜分解數太少，子系統仍很復雜，不便於子系統的模型化和優化等設計工作；分解數和層次太多，又會給總體系統的綜合設計造成困難。
2)避免過於復雜的分界面對那些聯系緊密的要素不宜分解拆開，即分解的界面應盡可能選擇在要素間結合枝數(聯系數)較少和作用較弱的地方。
3)保持能量流、物質流和信息流的合理流動途徑通常機械繫統工作時都存在著能量、物料和信息三種流的傳遞和變換，它們在從系統輸入到系統輸出的過程中，按一定方向和途徑流動，既不可中斷阻塞，也不能造成干涉或紊流，即便分解成各個子系統，它們的流動途徑仍應明確和暢通。
4)了解系統分解與功能分解的關聯及不同系統分解時，每個子系統仍是一個子系統，它把具有比較緊密結合關系的要素集合在一起，其結構成員雖稍為簡單，但其功能往往還有多項。而功能分解時是按功能體系進行逐級分解，直至不能再分解的單元功能為止。
2、系統分析
系統分析是一種科學的決策方法，其目的是幫助決策者，對所要決策的問題逐步提高其清晰度。它是採用系統的觀點和方法，用定性和定量的工具，對所研究的問題進行系統結構和系統狀態的分析，提出各種可行的方案和替代方案，並進行分析和評價，為決策者選擇最優系統方案提供主要依據。
系統分析的一般程序如下：
1)系統目標設定系統目標是系統分析的出發點和進行評價、決策的主要依據。因此，應進行系統研究——通過對廣泛的資料的分析，獲得有關信息，並利用有效方法(如進行統計和檢驗等)對信息進行處理，以確定系統目標。
2)構造模型模型是實體系統的抽象，它應能表示系統的主要組成部分和各部分的相互作用，以及在運用條件下因果作用和反作用的相互關系。構造模型的目的是用較少的風險、時間和費用來對實體系統作研究和實驗，以便更好地得到系統的性能。模型包括數學模型、實物模型、計算機模擬及各種圖表等。在構造模型時，必須全面考慮系統的各影響因素，分清主次，盡可能如實描述系統的主要特徵。在能滿足系統目標的前提下，應盡量簡化，以需要、簡明、易解為原則。
機械繫統是物理系統，描述物理系統的模型常用圖像模型和數學模型。由於計算機技術的滲透，數學模型的應用越來越廣，尤其是需要對系統進行精確定量分析的場合。
雖然構造模型對於系統分析是很重要的，但也不能排除經驗分析和類比判斷。當設計師能夠根據自己或他人的經驗直觀地作出正確的分析判斷時，也可不必建立模型，但應提出可靠的例證。
3)系統最優化系統最優化就是應用最優化理論和方法，對各個候選方案進行最優化設計和計算，以獲得最優的系統方案。
由於系統的變數眾多，結構通常都很復雜，在系統目標設定時，常常有多個目標，其中有些可能是矛盾的，很難完全兼顧，因此，在多目標的系統分解中，常採取合理的妥協和折中的辦法，如滿意性設計或協調性設計。前者為不一定追求系統的真正最優，而是尋求一個綜合考慮功能、技術、經濟、使用等因素後的滿意的系統；後者在系統中，不一定每項性能指標都達到最優，雖然從局部看不都是最優，但從整體看則是最優，整個系統具有良好的協調性。
4)系統評價系統評價是對系統分析過程和結果的鑒定，其主要目的是判斷所設計的系統是否達到了預定的各項技術經濟指標。
系統的評價對於決策的有效性關系極大，正確的評價可以使決策獲得成功，取得很大的效益，錯誤的評價可以導致決策失敗，付出沉重的代價。
系統評價時，首先要根據系統目標規定一組評價指標，確定系統的評價項目，制定評價的准則。不同的系統應該有不同的評價指標。系統評價的項目是由構成系統的性能要素來確定的，主要包括系統的功能、速度、成本、可靠性、實用性、適應性、壽命、技術水平、生存能力、競爭能力、重量、體積、外觀、能耗等因素。由這些因素構成描述系統的有序集合，可以根據系統所處的實際環境條件安排它們的評價順序。通過對各因素賦予反映價值地位的加權系數，形成一種評價的價值體系。這種價值體系主要是從技術和經濟的角度來進行衡量的。
系統評價應視被評價系統的特點和企業具體條件確定指標體系。一般機械繫統採用較多的評價指標體系是價值和投資體系，對系統總投資費用和總收益進行分析和評價，以選擇技術上先進、經濟上合理的最優系統方案。

G. 機械繫統設計都有哪些類型特點

機械繫統設計是對機械繫統進行構思、計劃並把設想變為現實的技術實踐活動。
機械繫統設計的類型：
雖然機械繫統種類繁多，結構千變萬化，但從設計角度來看一般可分為開發設計、變異設計和反求設計。
1、開發設計
針對新任務，提出新方案，完成產品規劃、概念設計、構形設計的全過程。
2、變異設計
在已有產品的基礎上，針對原有缺點或新的工作要求，從工作原理、功能結構、執行機構類型和尺寸等方面進行一定的變異，設計出新產品以適應市場需要，增強市場競爭力。這種設計也可包括在基本型產品的基礎上，工作原理保持不變，開發出不同參數、不同尺寸或不同功能和性能的變型系列產品。如空調機系統產品，有不同功率的空調機系列、不同性能(變頻、凈化等)空調機系列等都屬於變異設計。
3、反求設計
針對已有的先進產品或設計，進行深入分析研究，探索掌握其關鍵技術，在消化、吸收的基礎上，開發出同類型、但能避開其專利的新產品。
機械繫統設計的特點：
機械繫統設計必須考慮整個系統的運行，而不是只關心各組成都分的工作狀態和性能。傳統的設計方法注重內部系統的設計，且以改善零部件的特性為重點，至於各零部件之間、外部環境與內部系統之間的相互作用和影響考慮較少。零部件的設計固然應該給予足夠的重視，但全部用最好的零部件未必能組成好的系統，其技術和經濟性未必能實現良好的統一。應該在保證系統整體工作狀態和性能最好的前提下，確定各零部件的基本要求及它們之間的協調和統一。
同時，應在調查研究的基礎上搞清外部環境對該機械繫統的作用和影響，如市場的要求(包括功能、價格、銷售量、尺寸、質量、工期、外觀等)和約束條件(包括資金、材料、設備、技術、人員培訓、信息、使用環境、後勤供應、檢修、售後服務、基礎和地基、法律和政策等)。這些都對內部系統設計有直接影響，不僅影響機械繫統的總體方案、經濟性、可靠性和使用壽命等指標，也影響具體零部件的性能參數、結構和技術要求，甚至可能導致設計失敗。
此外，也不能忽略機械繫統對外部環境的作用和影響，包括該產品投入市場後對市場形勢、競爭對手的影響，運行中對操作環境、操作人員及周圍其他人員的影響等。
內部系統設計與外部系統設計相結合是系統設計的特點，它可使設計盡量做到周密、合理，少走彎路，避免不必要的返工和浪費，以盡可能少的投資獲取盡可能大的效益，其技術、經濟、社會效果往往隨系統復雜程度的增加而越趨明顯。

H. 機電一體化系統中，機械傳動的功能是什麼設計原則有哪些

機械轉動功能是 配合執行器完成力的傳遞。
機電一體化系統設計這一項目你可以去看看這本書，上面介紹的比較清楚
[1] 《機電一體化系統設計(普通高等教育機械類十二五規劃系列教材)》( 俞竹青、金衛東擔任主編)介紹了機電一體化系統的基本原理、機電一體化系統的構成、常用感測器、常用執行元件以及相關檢測控制電路設計，力求貼近工程實用。全書共7章，內容包括：概論、機械繫統部件及其設計、檢測感測器及其介面電路、執行元件及控制、單片機及介面電路設計、機電一體化系統的抗干擾設計、機電一體化系統設計實例。本書注意理論與實際的結合，重視解決工程實際問題，並力求做到突出重點，層次分明，語言易懂，以便於讀者自學。 目錄第1章 概論 1．1 機電一體化概念 1．2 機電一體化系統的構成 1．3 機電一體化關鍵技術 復習思考題第2章 機械繫統部件及其設計 2．1 概述 2．1．1 機電一體化產品對機械繫統部件的基本要求 2．1．2 機電一體化產品機械繫統的基本組成及其功能 2．2 機械傳動機構 2．2．1 齒輪傳動機構及其設計 2．2．2 絲杠螺母機構及其選用 2．2．3 同步帶傳動 2．3 導向與支承機構 2．3．1 回轉運動支承 2．3．2 直線運動支承 2．3．3 框架類支承構件 2．4 機械執行機構 2．4．1 機械執行機構的功能 2．4．2 機械執行機構的分類 2．4．3 機械執行機構設計的要求 2．4．4 機械執行機構設計的步驟 復習思考題第3章 檢測感測器及其介面電路 3．1 溫度感測器 3．2 力感測器 3．2．1 金屬電阻應變片式力感測器 3．2．2 半導體應變式力感測器 3．3 位移測量感測器 3．3．1 電容位移感測器 3．3．2 氣隙電感位移感測器 3．3．3 差動變壓器結構電感式位移感測器 3．3．4 渦流電感式位移感測器 3．4 光電感測器 3．5 光電編碼器 3．5．1 增量式光電編碼器構成及原理 3．5．2 絕對式光電編碼器構成及原理 3．5．3 增量式光電編碼器計數電路 3．6 電流環信號傳輸 3．7 運算放大器的基本電路 復習思考題第4章 執行元件及控制 4．1 執行元件的分類 4．1．1 電動執行元件 4．1．2 氣動執行元件 4．1．3 液壓執行元件 4．2 直流電動機的基本工作原理 4．3 三相非同步電動機的旋轉磁場 4．4 步進電動機 4．5 直線電動機 4．5．1 直線感應電動機 4．5．2 直線直流電動機 4．5．3 直線步進電動機 4．6 直流電動機的驅動控制 4．6．1 開關型功率介面電路 4．6．2 直流電動機PWM驅動方式 4．6．3 IR2130三相驅動控制集成晶元 4．7 交流伺服電動機控制 4．8 電—氣比例閥、伺服閥 4．8．1 滑閥式電氣方向比例閥 4．8．2 動圈式二級方向伺服閥 4．8．3 動圈式壓力伺服閥 4．8．4 脈寬調制伺服閥 4．8．5 電—氣比例伺服系統的應用實例(柔性定位伺服汽缸) 4．9 電—液比例閥、伺服閥 4．9．1 電—液伺服閥 4．9．2 電—液比例閥 復習思考題第5章 單片機及介面電路設計 5．1 MCS—51單片機 5．1．1 MCS—51單片機的引腳描述及片外匯流排結構 5．1．2 MCS—51片內總體結構 5．1．3 MCS—51單片機基本外圍電路 5．1．4 MCS—51單片機看門狗電路(MAX6814) 5．2 A/D轉換及與單片機介面電路設計 5．3 多路模擬開關 5．4 AVR單片機簡介 5．4．1 ATmegal28的結構和主要特點 5．4．2 ATmegal28的封裝和引腳 5．4．3 ATmegal28的I/O埠描述 5．4．4 ATmegal28埠的第2功能 5．4．5 ATmegal28的時鍾系統 5．5 AVR單片機開發工具(ATmegal28) 5．5．1 ICCAVR集成開發環境 5．5．2 ICCAVR介紹 5．5．3 ICCAVR導游 5．5．4 ICCAVR C庫函數與啟動文件 5．5．5 訪問AVR硬體的編程 5．6 ATmegal28基礎實例 5．6．1 發光二極體應用實驗 5．6．2 鍵盤電路應用實例 復習思考題第6章 機電一體化系統的抗干擾設計 6．1 電磁干擾形成的條件 6．2 干擾源 6．2．1 供電干擾 6．2．2 過程通道干擾 6．2．3 場干擾 6．3 提高系統抗電源干擾能力的方法 6．3．1 配電方案中的抗干擾措施 6．3．2 利用電源監視電路抗電源干擾 6．3．3 用Watchdog抗電源干擾 6．4 電場與磁場干擾耦合的抑制 6．4．1 電場與磁場干擾耦合的特點 6．4．2 電場與磁場干擾耦合的抑制 6．5 幾種接地技術 6．5．1 單點接地 6．5．2 多點接地 6．5．3 混合單點接地 6．5．4 混合多點接地 6．5．5 接地的一般性原則 6．6 過程通道抗干擾措施 6．7 模擬信號的線性光耦隔離 6．7．1 HCNR200基本工作原理 6．7．2 HCNR200的基本工作電路 6．7．3 HCNR200應用電路設計 6．8 空間干擾的抑制 6．9 軟體抗干擾技術 6．9．1 實施軟體抗干擾的必要條件 6．9．2 數據采樣的干擾抑制 6．9．3 程序運行失常的軟體抗干擾措施 6．10 鐵氧體插損器 6．10．1 鐵磁性材料(鐵氧體)特性 6．10．2 磁導率對電磁干擾的影響 6．10．3 鐵氧體的特性阻抗 6．10．4 鐵氧體插損器件及應用 復習思考題第7章 機電一體化系統設計實例 7．1 RC伺服電動機控制 7．1．1 RC伺服電動機簡介 7．1．2 RC伺服電動機的內部組成 7．1．3 RC伺服電動機的控制 7．1．4 硬體電路圖 7．1．5 RC伺服電動機的正向旋轉和逆向旋轉控制實驗 7．1．6 RC伺服電動機的旋轉相應角度實驗 7．1．7 RC伺服電動機速度控制實驗 7．2 步進電動機應用軟/硬體設計實例 7．2．1 步進電動機概述 7．2．2 步進電動視的分類與結構 7．2．3 步進電動機的基本參數 7．2．4 步進電動機的特性 7．2．5 反應式步進電動機的結構 7．2．6 反應式步進電動機的工作原理 7．2．7 步進電動機的失步、振盪及解決方法 7．2．8 步進電動機的控制 7．2．9 步進電動機的應用設計 7．3 小型列印機系統 7．3．1 硬體電路設計 7．3．2 典型器件選型及介紹 7．3．3 硬體電路 7．3．4 軟體設計 7．3．5 經驗總結 7．4 直流電動機的控制實例 7．4．1 硬體電路設計 7．4．2 典型器件選型及介紹 7．4．3 硬體電路 7．4．4 軟體設計復習思考題

I. 機械繫統設計的任務是什麼，有哪些內容

機械繫統設計的任務是為市場提供優質、高效、價廉物美的產品，在市場競爭中取得優勢，贏得用戶，並取得良好的經濟效益。產品質量和經濟效益取決於設計、製造、管理的綜合水平，而產品設計是關鍵，沒有高質量的設計，就不可能有高質量的產品；沒有經濟觀點的設計人員，絕不可能設計出經濟性好的產品。據統計，產品的質量事故中約有一半是設計不當造成的；產品成本中的60％-70％取決於設計。同時，從國民經濟支出的角度看，設計通常是產品研製的所有階段中花費最少的一個階段。但從後果看，這個階段可能是最昂貴的。例如，在科學研究中出現了及時更正只需要1元的錯誤，那麼在試驗設計時更正它的代價就會是10元，在試制階段可能增加到100元，最後在生產階段就會增加到1000元。機械繫統設計時，特別強調和重視要從系統的觀點出發，合理地確定系統功能，增強可靠性，提高經濟性，保證安全性。
1、合理確定系統功能
一項產品的推出總是以社會需求為前提，沒有需求就沒有市場，也就失去了產品存在的價值和依據。而社會需求是變化的，不同時期、不同地點、不同社會環境就會有不同的市場行情和要求。所以，設計師必須確立市場觀念，以社會需求和為用戶服務作為最基本的出發點。
所謂需求，就是對功能的需求。用戶購買產品實際就是購買產品的功能。
按功能的性質可分為基本功能和輔助功能。基本功能是用戶直接要求的功能，體現了產品存在的基本價值。輔助功能是為了實現基本功能而附加在產品上的功能，是實現基本功能的手段。而無論實現哪種功能都需要成本投入。價值工程中常用價值來評價功能與成本的統一程度，即產品的價廉物美程度。價值V(value)可用功能F(function)與成本C(cost)的比來表示：
V=F/C
從式中可以看出，為了提高產品的價值礦，可以採取下述五種措施：①增加功能F，而成本C不變；②功能F不變，降低成本C；③增加一些成本C以換取更多的功能F，即F的增加比C的增加多。④降低一些功能F以使成本C更多地降低，即F的減少小於C的減少；⑤增加功能F，降低成本C。顯然，最後一種是最理想的，但也是最困難的，這就要求我們採用一些特別的手段，如高科技手段。
因此，確定系統功能時應遵循保證基本功能、滿足使用功能、增添新穎功能、剔除多餘功能，恰到好處地利用外觀功能的原則，降低現實成本，提高功能價值，力求使產品達到更加物美價廉的境界。
2、增強可靠性
按照GB／T2900、13—2008的規定，可靠性可定義為：「產品在給定的條件下和在給定的時間區間內能完成要求的功能的能力。」
①產品是泛指的，包括零件、部件、設備、系統。
②要求的功能是指產品所應實現的使用任務的預期功能。例如，汽車的規定功能是運輸，機床的規定功能是加工零件。產品喪失要求的功能稱為失效，對可修復的產品也稱為故障。
③給定的條件是指使用條件與環境條件，含運輸、保管條件。
④給定的時間：產品的功能只有同使用時間相聯系才有實際意義，不同的產品應有不同的規定時間，如海底電纜要求使用長達三四十年，火箭只要求保證一次工作。給定的時間有的要求的是應力循環次數、轉數等相當於時間的量。
增強系統可靠性的最有效方法是進行可靠性設計，也稱概率設計。
3、提高經濟性
機械繫統的經濟性表現在設計、製造、使用、維修，乃至回收的全過程中。
(1)提高設計和製造的經濟性
產品的經濟性決定於其成本，而成本是由設計和製造兩方面的因素決定的。因此，設計師應該了解影響產品成本的設計因素和製造因素，在保證產品功能的前提下努力降低產品的成本。
提高設計和製造的經濟性，從設計角度來說主要有以下幾個方面：
1)合理地確定可靠性要求和安全系數
可靠性要求和安全系數分別是可靠性設計及傳統設計方法中描述系統工作而不失效的程度指標，但它們的含義及應用有所不同。
由於設計時使用的載荷、材料強度等數據都屬於統計量，因而可靠性要求更符合客觀實際。所以，採用可靠性設計可以使系統的設計更合理、更經濟。系統越復雜，其優越性也就越明顯，經濟性和可靠性也就越統一。
採用傳統設計方法，以安全系數作為判據時，將設計中的統計量當作確定量來處理，顯然不符合客觀實際，當安全系數大於1時，並不能排除失效的可能性。
2)貫徹標准化
標准化是組織現代化大生產的重要手段，它大大提高了產品的通用性和互換性，可以使生產技術活動獲得必要的統一協調和良好的經濟效果。它創造的經濟性體現在很多方面，如加快了產品開發速度，縮短了生產技術准備時間，節約了原材料，提高了產品質量、可靠性和勞動生產率，改善了維修性等。
標准化通常包括產品標准化、系列化和通用化。機械工業的技術標准有以下三大類：
①物品標准
它又稱為產品標准，是以產品及其生產過程中使用的物質器材為對象制定的標准，如機械設備、儀器儀表、工裝、包裝容器、原材料等標准。
②方法標准
它是以生產技術活動中的重要程序、規劃、方法為對象制定的標准，如設計計算、工藝、測試、檢驗等標准。
③基礎標准
它是以機械工業各領域的標准化工作中具有共性的一些基本要求或前提條件為對象制定的標准，如計量單位、優先數系、極限與配合、圖形符號、名詞術語等標准。
我國標准分國家標准、部頒標准(專業標准)、企業標准三級。
鑒於目前我國標准化工作的現狀和需要，積極採用國際標准和國外先進標准也是一項重要的技術經濟政策。國際標准主要是指國際標准化組織ISO和國際電工委員會IEC兩個國際性的標准化機構公布的標准。我國是ISO和IEC的成員國。
3)採用新技術
隨著科學技術的發展，各種新技術(包括新工藝、新結構和新材料等)不斷問世，在設計中採用新技術可以使產品具有更好的性能和經濟性，因而具有更強的市場競爭力。
4)改善零部件的結構工藝性
零部件的結構工藝性包括鑄造工藝性、鍛造工藝性、沖壓工藝性、焊接工藝性、熱處理工藝性、切削加工工藝性和裝配工藝性等，深入研究結構工藝性，對新產品的設計，對簡化設計、縮短生產周期、提高勞動生產率、降低成本有重大的經濟意義。良好的結構工藝性也是實現設計目標、減少差錯、減少廢品率、提高產品質量的基本保證。
影響結構工藝性的因素很多，如生產規模、設備和工藝條件、原材料的供應等。當生產條件改變時，零部件結構工藝性是否良好的評價也會隨之變化。因此，結構工藝性既有原則性和規律性，又有一定的靈活性和相對性。設計時應根據不同的情況進行具體分析後確定。
改善結構工藝性的具體措施、原則和規范可參閱有關的設計手冊和資料。
(2)提高使用和維修的經濟性
使用和維修的經濟性就是考慮使用者的經濟效益，主要可從以下幾個方面加以考慮。
1)提高產品的效率
用戶總是希望購買的產品效率高，能源消耗低，省電、省煤、省油等。機械設備的效率主要取決於傳動系統和執行系統的效率。設計人員應在方案設計和結構設計時，充分考慮提高效率的措施。
對屬於生產資料的機械設備，提高其生產率，提高原材料的利用率，降低物耗等，也是提高其效率的重要途徑。
2)合理地確定經濟壽命
一般都希望產品有長的使用壽命，但在設計中單純追求長壽命是不恰當的。
系統正常運行壽命的延長必須以相應的維修為代價。使用壽命的延長，往往伴隨著系統性能的下降，效率降低，使用費用(包括運行、維修、保養、操作、材料及能源消耗等費用)增加，使用經濟性降低，因此在適當的時候應考慮設備更新。另外，由於科學技術的進步，不斷有一些技術更先進、性能價格比更高的新設備出現，加上企業生產規模的發展、產品品種的擴大或改變等，都是要求更新設備的原因。
設備從開始使用至其主要功能喪失而報廢所經歷的時間稱為功能壽命；設備從開始使用至因技術落後而被淘汰所經歷的時間稱為技術壽命。對設備進行適時的技術改造可延長其技術壽命，在延長其技術壽命的同時，再以良好的維修為保證，可延長其經濟壽命。在科技高速發展的時代，設備的技術壽命、經濟壽命常大大短於功能壽命。按成本最低原則，設備更新的最佳時間應由其經濟壽命確定。
3)提高維修保養的經濟性
維修能延長設備的使用壽命，是保持設備良好的技術狀況及正常運行的技術措施，但必須以付出一定的維修費為代價，以盡可能少的維修費用換取盡可能多的使用經濟效益，是機械設備進行維修的原則。
目前，在機械設備中應用比較多的是定期維修方式。這種維修方式因無法准確估計影響故障的因素及故障發生的時間，因而難免出現設備失修或維修次數過多的現象。有的零件未到維修期就已經失效，而有的零件雖未失效，但因已到維修期，而不得不提前更換。因此，定期維修方式的總維修費較高。但由於能夠盡量安排在非正常生產時間進行，從而使因停機停產造成的損失減少，而且便於安排維修前的准備工作，有利於縮短維修時間，保證維修質量。
隨著故障診斷技術的不斷進步，維修技術也得到了飛速發展。按需維修的方式就是採用了故障診斷技術。它不斷地對系統中的主要零部件進行特性值的測定，當發現某種故障徵兆時就進行維修或更換。這種維修方式既能提高系統有效的運行時間，充分發揮零部件的功能潛力。又能減少維修次數，尤其是盲目維修，因而其總的經濟效益較高。但因需配備十分可靠的監控和測試裝置，所以只在重要的和價值很高的系統中採用。
對於不太重要的或價值不太高的產品，有時可設計成免修產品。它在使用期內不必維修，功能壽命終止時即行報廢。
4、保證安全性
機械繫統的安全性包括機械繫統執行預期功能的安全性和人—機—環境系統的安全性。
(1)機械繫統執行預期功能的安全性
機械繫統執行預期功能的安全性是指機械運行時系統本身的安全性，如滿足必要的強度、剛度、穩定性、耐磨性、耐腐蝕性等要求。為此，應根據機械的工作載荷特性及機械本身的要求，按有關規范和標准進行設計和計算。為了避免機械繫統由於意外原因造成故障或失效，常需配置過載保護、安全互鎖等裝置。
(2)人—機—環境的安全性
在人—機—環境的關系中，包括三個要素，即人、機與環境。這三者之間形成了三種子關系，即人與機關系、機與環境關系以及人與環境的關系。從機械繫統設計的角度討論安全性問題就是要考察以下這兩個方面的內容：人—機安全與環境保護。
1)人—機安全
人—機安全首先指的是人員的勞動安全。改善勞動條件，防止環境污染，保護勞動者在生產活動中的安全和健康，是工業技術發展的重要法規，也是企業管理的基本原則之一。
為了保障操作人員的安全，應特別注意機械繫統運行時可能對人體造成傷害的危險區，並進行切實有效的保護。
人—機安全另一方面的內容是人對機器運行安全性的影響，即由於人的操作錯誤(或稱人為差錯)造成系統的功能失靈，甚至危及人的生命安全，這往往不被人們所認識，或不能引起人們的足夠重視。實踐表明，隨著科學技術的發展，人工操縱或控制的各類機器也日趨復雜，對操作人員的要求愈來愈高，如要有準確、熟練地分析、判斷、決策和對復雜情況迅速做出反應的能力。然而，人的能力是有限的，不可能隨著機器的發展而無限提高。如果先進的機器對人的操作要求過高，超出人的能力范圍，就容易發生操作錯誤，這不僅使系統性能得不到發揮，甚至使整個系統失靈或發生重大事故。如美國的AV—8A垂直起落飛機裝備部隊後，從1973年到1977年的五年中，發生16起事故，其中有11起是由飛行員的操作錯誤引起的，佔68％。因此，如何從總體設計上盡量減少系統的不安全因素，是確保「安全」性的一個非常重要的方面。
2)環境保護
環境保護的內容非常廣泛，如工業三廢(廢氣、廢水、廢渣)的治理，除塵，防毒，防暑降溫，採光，採暖與通風，放射保護，雜訊和振動的控制等。