机械系统设计的基本原则是什么

A. 机械原理大纲

1.教材体系与特点 适应我校机械大类教学改革，推行学分制新形势的需求， 新编适合学分制教学，改革力度大的，内容新颖， 适应面宽的新世纪机械原理教材。 新知识，新技术的出现，对现代教学体系与内容是极大的冲击， 教学要改革,才能适应时代发展的需要。 教材根据机械设计与机械制造过程的发展， 将机械原理课程的教学体系进行全面改革，引入现代设计内容， 教学体系与多媒体教学结合，从提高学生创新设计能力入手， 加强工程设计和实践内容，着重设计技能的基本训练， 拓宽学生知识面，全面提高学生的综合素质。 2．教材特色 教材针对2l世纪科学技术的发展， 现代产品设计中对具有创新精神人才的需要， 注重学生全面素质的培养，拓宽专业口径。 由专业教育转向通识教育，本书以机械设计基础知识为主线， 机构系统创新设计为重点，注重与相关系列教材内容紧密结合； 在内容取舍上，注意先进性与实用性，知识面的广阔性； 在内容编排上，注重有利于培养学生创新意识和能力， 将设计内容和设计方法有机的融合，增加了机构系统创新设计、 广义机构等内容，加强了机构运动方案设计及结构创新设计、 机构在工程中的应用的内容。文字叙述力求简明、通俗。 3． 教材是在在承担国家教委面向21世纪课程体系和教学内容改革项目 ——“工程制图及机械基础系列课程教学内容与课程体系改革” 的过程中，我们在系列课程整体优化与协调的基础上， 将本书在教学体系与内容上进行了系统改革, 重视介绍学科发展的新方向，新内容，从整个机械系统着眼， 着重培养学生创新设计能力，不仅向学生提供创新思维方法， 还通过大量实际的设计问题， 提高学生的独立工作和解决实际问题的能力， 在教学体系和教学内容上,注重激发学生的求知欲望， 调动学习的积极性，开阔思路，拓宽知识面, 让学生了解更多更新的理论和技术。通过机械设计基础教学， 培养学生的机械设计能力、产品开发和创新思维能力。 4．教材根据现代自动化机电产品设计的要求， 介绍了机械系统设计的特点和方法， 机构的功能及机构选型与机构结构设计的原则和方法。 其目的是扩大视野，拓宽知识面，进行创新思维的训练， 提高创新设计能力和独立工作的能力， 培养工程意识和工程实践能力。 5．教材7章,采用文字、图表及图文对照的形式。 本课程有三个教学环节（讲课（28、实验4、课程设计20）， 初步拟订30---35万字，字数与学时相当，内容协调。 教材适用性强，供大机类与专科学生使用，量大面广。 机械原理大纲 课程名称：机械原理 学时：32 学分：2 先修课程：高等数学、工程图学、金属工艺学、计算机基础、 工程力学 一．机械原理课程的性质、目的及任务 机械原理是讲授机械传动、 常用机构在设计中共性问题的一门主干技术基础课， 为适应大机类各专业对现代自动化机械设计及在机构选型设计方面的 要求，本课程着重讲述了常用机构的工作原理和简单的设计方法， 机构选型的原则，其目的是扩大视野，拓宽知识面， 提高创新设计能力。 二、课程主要内容 绪论 §0 1 机械设计的主要过程 §0 2 课程的性质、任务和内容 §0 3 机械设计及理论学科发展趋势 第一章平面机构具有确定运动的条件 §1 1 平面机构运动简图的绘制 §1 2 平面机构具有确定运动的条件 第二章平面连杆机构设计 §2 1平面四杆机构的基本型式及演化 §2 2平面四杆机构设计中的共性问题 §2 3平面四杆机构的设计 §2 4平面四杆机构的结构设计 §2 5 连杆机构在工程中的应用 第三章凸轮机构设计 §3 1 凸轮机构的分类 §3 2 从动件常用运动规律 §3 3 盘形凸轮轮廓曲线的确定 §3 4 盘形凸轮机构的基本尺寸 §3 5 盘形凸轮机构的结构设计 §3 6 凸轮机构在工程中的应用 第四章齿轮机构设计 §4 1 齿轮机构的类型和特点 §4 2 渐开线和渐开线齿廓的啮合特点 §4 3 直齿圆柱齿轮传动 §4 4 斜齿圆柱齿轮传动 §4 5 直齿锥齿轮传动 §4 6 轮系及其在工程中的应用 第五章其他机构 §5 1 间歇运动机构 §5 2 广义机构 §5 3具有其他功能的机构 §5 4 其他机构在工程中的应用 第六章 机构系统创新设计 §6 1 机构系统运动方案设计 §6 2 机构选型 §6 3 机构系统创新设计 三、课程的基本要求 (一) 理论教学 (二) 课程设计 (三) 教学实验 三个环节 达到上述基本要求的讲课的课内学时为32学时， 实验及现场课的课内学时为4学时；复习、做习题、写实验报告、 看电视录相的课外学时为60学时以上，课程设计集中上(1. 5周)。 四、授课对象 机械大类各专业

B. 对说明书最本质的要求

1.4 设计说明书的编写

1.4.1 编写设计说明书的意义

编写设计说明书，是设计工作的重要组成部分，也是科技工作者必须掌握的基本技能之一。设计说明书用来阐明创新设计思想，分析论证设计方案，说明设计参数计算过程。设计说明书是整个设计过程的整理和技术总结，是图样设计的理论依据。设计说明书为是审查设计是否合格的基本文件，供审核设计和使用设备的人员查阅之用，所以设计说明书是重要的设计技术文件之一。因此，撰写设计说明书是一项重要的、必不可少的工作。 1.4.2 设计说明书的内容

设计说明书的内容包括:

? 目录 写明标题、页次。

? 概述(研究课题的意义，内容，现阶段的现状，发展趋势，结论等)【A.能够运用机械工程原理、技术和方法，通过综合文献研究，提出、分析和表达机械系统的多种设计方案，并获得有效结论。】章节，参考文献，致谢等。

? 功能分析 给出功能分析说明和功能结构图。

? 原理方案的拟定【B.能够运用机械工程原理、技术和方法，对机械系统设计方案的可行性进行分析和论证。】【E.能合理评价所设计的机械系统对社会、健康、安全、法律和文化的影响，并理解应承担的责任。】

构思能实现设计任务规定的工艺动作过程与要求的几种设计方案的简图，并简要说?

明其特点及性能。

? 分析比较上述各方案的优、缺点，确定设计方案，并说明选定的理由。

? 进行机械系统运动方案的协调性设计(如设计方案中有多个执行构件，且各执行构件间有运动协调关系时，要进行机械系统运动方案的协调性设计) ，画出运动循环图，简要说明运动循环图的制定过程。

? 对社会、健康、安全、法律和文化影响的评价。

包括对2~3个原理方案的分析比较与评价。给出工作原理图。

? 主要技术参数的确定。

? 动力机的选择计算。

? 运动系统 (包含执行系统和传动系统) 的设计计算 。

? 执行系统的结构设计:主要包括执行机构各运动副和构件的结构设计等

? 传动系统的结构设计:总传动比的计算，传动比的分配，变速机构(例如皮带、齿轮、行星轮系传动等) 的选择，说明选择的理由，分配的原则，参数的确定，写出几何尺寸计算

速机构的结构设计。给式及计算结果，画出程序框图，给出程序功能及标识符说明，进行变

出传动系统图。包括全部传动零件的设计计算。

? 机械总体结构设计 主要包括:原动部分、传动部分、执行部分的总体布局，支撑箱体结构，传动系统的润滑方式及密封形式的选择等。其它内容包括运输、安装、维护及使用要求等。【C.能够综合考虑创新、安全、环境和社会因素，设计满足一定功能要求的机械系统。】

? 主要的参考资料。列出设计中所参考的中、外书籍、资料的编号、作者、书名、出版单位、出版日期。【D.能够运用机械专业常用信息技术工具进行文献查询检索和资料查询，以获取与设计相关的信息。】

?设计的体会 说明设计中的收获及创新的体会，提出改进意见和建议，说明现代化设

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C. 机械系统设计有哪些步骤

机械系统设计是一项周密的技术工作，获得产品任务以后，即进入了系统的总体设计阶段，包含方案设计和初步筛选、系统分解、系统分析和系统技术方案设计、机械系统方案评价五个步骤。
(1)系统方案设计和初步筛选。根据系统功能要求，选择设计原则和设计原理，进行方案的初步设计。比如设计孔的加工机械设备，设计原理可以是机械方法、超声原理、电。火花原理、射流原理等，其中机械方法还有车、钻、铣、镗等。采用不同的原理得到的加工设备尽管功能相同，但产品的价格、加工工艺、加工成本、适用范围(加工孔的精度和大小)、生产批量等会完全不同，因而需要对初步方案进行可行性和经济性等评价，选出合适的方案进行下一阶段设计。图2给出了对于不同的产品批量、生产率和需要采用的对应加工方式。
方案设计需要考虑的问题很多，考虑的方面越广，系统总体方案越多，方案比较、选择和优化才有基础。
(2)系统分解。将总系统分解成若干子系统，对于复杂的机械系统，有可能需要进行多级分解，可以根据前面所讲的系统五大部分组成进行分解，也可以根据系统各部分的功能进行分解，分级实现，并画出系统图，以便对系统进行分级分析和结构设计。
(3)系统分析。不仅要根据系统的目的和要求进行技术和经济分析，还需要分析子系统之间的相互联系和基本性能，这种分析可以是定性的或定量的。
(4)系统技术方案设计。绘制系统总装配图和电气控制图，提出子系统的技术要求。
(5)机械系统方案评价。主要评价方案的完善程度、方案与设计要求的符合程度，方案是否已经达到最优以及某项具体指标是否达到最优。评价的指标体系可以归结为三大类：技术可行性指标、经济合理性指标和社会环境适宜性指标；评价方法通常有简单评价法、加法评价法、连乘评价法、加权评价法和技术经济评价法。

D. 简述系统设计的基本原则

系统总复体设计应当根据制系统工程的设计思想，使开发的系统满足科学化、合理化、经济化的总体要求。一般遵循以下基本原则。

管理可接受的原则：一个系统能否发挥作用和具有较强的生命力，在很大程度上取决于管理上是否可以接受。

在系统设计时，要考虑到用户的业务类型、用户的管理基础工作、用户的人员素质、人机界面的友好程度、掌握系统操作的难易程度等诸多因素的影响。因此在系统设计时，必须充分考虑到这些因素，才能设计出用户可接受的系统。

(4)机械系统设计的基本原则是什么扩展阅读：

系统设计通常应用两种方法：

一种是归纳法，

另一种是演绎法。

首先尽可能地收集现有的和过去的同类系统的系统设计资料；在对这些系统的设计、制造和运行状况进行分析研究的基础上，根据所设计的系统的功能要求进行多次选择，然后对少数几个同类系统作出相应修正，最后得出一个理想的系统。

从具有一定功能的元素集合中选择能符合系统功能要求的多种元素，然后将这些元素按照一定形式进行组合（见系统结构），从而创造出具有所需功能的新系统。在系统设计的实践中，这两种方法往往是并用的。

E. 机械设计有什么设计准则

机械设计 机械零件的设计具有众多的约束条件，设计准则就是设计所应该满足的约束条件。 1、技术性能准则
技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既指静态性能，也指动态性能。例如，产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。例如振动会产生额外的动载荷和变应力，尤其是当其频率接近机械系统或零件的固有频率时，将发生共振现象，这时振幅将急剧增大，有可能导至零件甚至整个系统的迅速损坏。振动性稳定准则就是限制机械系统或零件的相关振动参数，如固有频率、振幅、噪声等在规定的允许范围之内。又如机器工作时的发热可能会导致热应力、热应变，甚至会造成热损坏。热特性准则就是限制各种相关的热参数(如热应力、热应变、温升等)在规定范围内。
2、标准化准则 与机械产品设计有关的主要标准大致有： 概念标准化：设计过程中所涉及的名词术语、符号、计量单位等应符合标准;
实物形态标准化：零部件、原材料、设备及能源等的结构形式、尺寸、性能等，都应按统一的规定选用。
方法标准化：操作方法、测量方法、试验方法等都应按相应规定实施。
标准化准则就是在设计的全过程中的所有行为，都要满足上述标准化的要求。现已发布的与机械零件设计有关的标准，从运用范围上来讲，可以分为国家标准、行业标准和企业标准三个等级。从使用强制性来说，可分为必须执行的和推荐使用的两种。
3、可靠性准则
可靠性：产品或零部件在规定的使用条件下，在预期的寿命内能完成规定功能的概率。可靠性准则就是指所设计的产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。
4、安全性准则 机器的安全性包括： 零件安全性：指在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、过度磨损和不丧失稳定性等等。
整机安全性：指机器保证在规定条件下不出故障，能正常实现总功能的要求。 工作安全性：指对操作人员的保护，保证人身安全和身心健康等等。
环境安全性：指对机器周围的环境和人不造成污染和危害。

F. 机械系统设计的系统法有哪些内容特性

机械系统设计的系统法就是把研究的对象作为系统或系统的要素和结构，从整体上系统地、全面地进行确定的科学方法。它从系统的观点出发，着眼于整体与局部、系统与环境、人与机之间的相互联系和相互作用，并且综合地、精确地考察研究对象，从而最佳地处理所研究的问题。下面侧重阐述系统分解和系统分析的相关内容。
1、系统分解
任何较大的复杂的系统均可分成若干部分或层次，对于时间过程系统可以分成若干阶段。如何将所研究的系统按不同层次或阶段，以至逐个地把组成系统的要素或子系统区分开来进行分析，使复杂的系统整体变换成许多简单的子系统，这就是系统的分解问题。系统整体如何通过分解简化为若干个子系统，这对于认识整体系统，作出决策，以及协调配合都关系极大。系统分解大体可以分成以下几种类型：
(1)按空间结构关系进行分解
这是系统分解的常用方法。将系统按空间关系划分为若干相互关联的子系统，同一层次的子系统属平行关系。
例如，一个机械厂如按空间关系可以划分为铸造车间、锻造车间、金工车间、装配车间、检修车间等相对独立的各个子系统，彼此之间虽有联系，但基本上属于平行关系。
(2)按系统总目标进行分解
这是将整体系统的总目标划分为若干部分的分目标。这种系统分析法有利体现系统不同的属性。
例如，一台行走式谷物联合收获机其总目标是收获谷物。它可以分解为动力、传动、执行(包括作物茎秆切断、谷粒与谷穗分离、谷粒清选等)、操纵控制、行走、支承等相对独立的子系统。各个子系统分别实现分目标。这种划分任务明确、目的性强。
(3)按系统模型的关联性进行分解
这种方法借助于系统模型的关联性对系统分解。首先对系统建立主框图模型，用图示法或图表法反映各子目标的相互关系；其次按掌握的资料建立定量的数学模型，反映各子目标的函数关系；其三，将属性模型转换为计算机语言以便进行分析计算。通过模型的关联性分解得到系统的各子系统的相互关系。
(4)按系统控制和管理过程进行分解
为了便于系统工程施工以及进入运行阶段的控制和管理，在工程系统中，还必须把一个完整的控制问题变换成一组控制的子问题，然后采取不同方法加以解决。
机械系统的分解采用第2种方法居多。在进行系统分解时，要特别关注系统的整体性和相关性，并把容易综合获得最优的整体方案作为首要条件。
系统分解可以平面分解，也可以分级分解，或者兼有二者的组合分解
系统分解时应注意下述各点：
1)分解数和层次应适宜分解数太少，子系统仍很复杂，不便于子系统的模型化和优化等设计工作；分解数和层次太多，又会给总体系统的综合设计造成困难。
2)避免过于复杂的分界面对那些联系紧密的要素不宜分解拆开，即分解的界面应尽可能选择在要素间结合枝数(联系数)较少和作用较弱的地方。
3)保持能量流、物质流和信息流的合理流动途径通常机械系统工作时都存在着能量、物料和信息三种流的传递和变换，它们在从系统输入到系统输出的过程中，按一定方向和途径流动，既不可中断阻塞，也不能造成干涉或紊流，即便分解成各个子系统，它们的流动途径仍应明确和畅通。
4)了解系统分解与功能分解的关联及不同系统分解时，每个子系统仍是一个子系统，它把具有比较紧密结合关系的要素集合在一起，其结构成员虽稍为简单，但其功能往往还有多项。而功能分解时是按功能体系进行逐级分解，直至不能再分解的单元功能为止。
2、系统分析
系统分析是一种科学的决策方法，其目的是帮助决策者，对所要决策的问题逐步提高其清晰度。它是采用系统的观点和方法，用定性和定量的工具，对所研究的问题进行系统结构和系统状态的分析，提出各种可行的方案和替代方案，并进行分析和评价，为决策者选择最优系统方案提供主要依据。
系统分析的一般程序如下：
1)系统目标设定系统目标是系统分析的出发点和进行评价、决策的主要依据。因此，应进行系统研究——通过对广泛的资料的分析，获得有关信息，并利用有效方法(如进行统计和检验等)对信息进行处理，以确定系统目标。
2)构造模型模型是实体系统的抽象，它应能表示系统的主要组成部分和各部分的相互作用，以及在运用条件下因果作用和反作用的相互关系。构造模型的目的是用较少的风险、时间和费用来对实体系统作研究和实验，以便更好地得到系统的性能。模型包括数学模型、实物模型、计算机模拟及各种图表等。在构造模型时，必须全面考虑系统的各影响因素，分清主次，尽可能如实描述系统的主要特征。在能满足系统目标的前提下，应尽量简化，以需要、简明、易解为原则。
机械系统是物理系统，描述物理系统的模型常用图像模型和数学模型。由于计算机技术的渗透，数学模型的应用越来越广，尤其是需要对系统进行精确定量分析的场合。
虽然构造模型对于系统分析是很重要的，但也不能排除经验分析和类比判断。当设计师能够根据自己或他人的经验直观地作出正确的分析判断时，也可不必建立模型，但应提出可靠的例证。
3)系统最优化系统最优化就是应用最优化理论和方法，对各个候选方案进行最优化设计和计算，以获得最优的系统方案。
由于系统的变量众多，结构通常都很复杂，在系统目标设定时，常常有多个目标，其中有些可能是矛盾的，很难完全兼顾，因此，在多目标的系统分解中，常采取合理的妥协和折中的办法，如满意性设计或协调性设计。前者为不一定追求系统的真正最优，而是寻求一个综合考虑功能、技术、经济、使用等因素后的满意的系统；后者在系统中，不一定每项性能指标都达到最优，虽然从局部看不都是最优，但从整体看则是最优，整个系统具有良好的协调性。
4)系统评价系统评价是对系统分析过程和结果的鉴定，其主要目的是判断所设计的系统是否达到了预定的各项技术经济指标。
系统的评价对于决策的有效性关系极大，正确的评价可以使决策获得成功，取得很大的效益，错误的评价可以导致决策失败，付出沉重的代价。
系统评价时，首先要根据系统目标规定一组评价指标，确定系统的评价项目，制定评价的准则。不同的系统应该有不同的评价指标。系统评价的项目是由构成系统的性能要素来确定的，主要包括系统的功能、速度、成本、可靠性、实用性、适应性、寿命、技术水平、生存能力、竞争能力、重量、体积、外观、能耗等因素。由这些因素构成描述系统的有序集合，可以根据系统所处的实际环境条件安排它们的评价顺序。通过对各因素赋予反映价值地位的加权系数，形成一种评价的价值体系。这种价值体系主要是从技术和经济的角度来进行衡量的。
系统评价应视被评价系统的特点和企业具体条件确定指标体系。一般机械系统采用较多的评价指标体系是价值和投资体系，对系统总投资费用和总收益进行分析和评价，以选择技术上先进、经济上合理的最优系统方案。

G. 机械系统设计都有哪些类型特点

机械系统设计是对机械系统进行构思、计划并把设想变为现实的技术实践活动。
机械系统设计的类型：
虽然机械系统种类繁多，结构千变万化，但从设计角度来看一般可分为开发设计、变异设计和反求设计。
1、开发设计
针对新任务，提出新方案，完成产品规划、概念设计、构形设计的全过程。
2、变异设计
在已有产品的基础上，针对原有缺点或新的工作要求，从工作原理、功能结构、执行机构类型和尺寸等方面进行一定的变异，设计出新产品以适应市场需要，增强市场竞争力。这种设计也可包括在基本型产品的基础上，工作原理保持不变，开发出不同参数、不同尺寸或不同功能和性能的变型系列产品。如空调机系统产品，有不同功率的空调机系列、不同性能(变频、净化等)空调机系列等都属于变异设计。
3、反求设计
针对已有的先进产品或设计，进行深入分析研究，探索掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型、但能避开其专利的新产品。
机械系统设计的特点：
机械系统设计必须考虑整个系统的运行，而不是只关心各组成都分的工作状态和性能。传统的设计方法注重内部系统的设计，且以改善零部件的特性为重点，至于各零部件之间、外部环境与内部系统之间的相互作用和影响考虑较少。零部件的设计固然应该给予足够的重视，但全部用最好的零部件未必能组成好的系统，其技术和经济性未必能实现良好的统一。应该在保证系统整体工作状态和性能最好的前提下，确定各零部件的基本要求及它们之间的协调和统一。
同时，应在调查研究的基础上搞清外部环境对该机械系统的作用和影响，如市场的要求(包括功能、价格、销售量、尺寸、质量、工期、外观等)和约束条件(包括资金、材料、设备、技术、人员培训、信息、使用环境、后勤供应、检修、售后服务、基础和地基、法律和政策等)。这些都对内部系统设计有直接影响，不仅影响机械系统的总体方案、经济性、可靠性和使用寿命等指标，也影响具体零部件的性能参数、结构和技术要求，甚至可能导致设计失败。
此外，也不能忽略机械系统对外部环境的作用和影响，包括该产品投入市场后对市场形势、竞争对手的影响，运行中对操作环境、操作人员及周围其他人员的影响等。
内部系统设计与外部系统设计相结合是系统设计的特点，它可使设计尽量做到周密、合理，少走弯路，避免不必要的返工和浪费，以尽可能少的投资获取尽可能大的效益，其技术、经济、社会效果往往随系统复杂程度的增加而越趋明显。

H. 机电一体化系统中，机械传动的功能是什么设计原则有哪些

机械转动功能是 配合执行器完成力的传递。
机电一体化系统设计这一项目你可以去看看这本书，上面介绍的比较清楚
[1] 《机电一体化系统设计(普通高等教育机械类十二五规划系列教材)》( 俞竹青、金卫东担任主编)介绍了机电一体化系统的基本原理、机电一体化系统的构成、常用传感器、常用执行元件以及相关检测控制电路设计，力求贴近工程实用。全书共7章，内容包括：概论、机械系统部件及其设计、检测传感器及其接口电路、执行元件及控制、单片机及接口电路设计、机电一体化系统的抗干扰设计、机电一体化系统设计实例。本书注意理论与实际的结合，重视解决工程实际问题，并力求做到突出重点，层次分明，语言易懂，以便于读者自学。 目录第1章 概论 1．1 机电一体化概念 1．2 机电一体化系统的构成 1．3 机电一体化关键技术 复习思考题第2章 机械系统部件及其设计 2．1 概述 2．1．1 机电一体化产品对机械系统部件的基本要求 2．1．2 机电一体化产品机械系统的基本组成及其功能 2．2 机械传动机构 2．2．1 齿轮传动机构及其设计 2．2．2 丝杠螺母机构及其选用 2．2．3 同步带传动 2．3 导向与支承机构 2．3．1 回转运动支承 2．3．2 直线运动支承 2．3．3 框架类支承构件 2．4 机械执行机构 2．4．1 机械执行机构的功能 2．4．2 机械执行机构的分类 2．4．3 机械执行机构设计的要求 2．4．4 机械执行机构设计的步骤 复习思考题第3章 检测传感器及其接口电路 3．1 温度传感器 3．2 力传感器 3．2．1 金属电阻应变片式力传感器 3．2．2 半导体应变式力传感器 3．3 位移测量传感器 3．3．1 电容位移传感器 3．3．2 气隙电感位移传感器 3．3．3 差动变压器结构电感式位移传感器 3．3．4 涡流电感式位移传感器 3．4 光电传感器 3．5 光电编码器 3．5．1 增量式光电编码器构成及原理 3．5．2 绝对式光电编码器构成及原理 3．5．3 增量式光电编码器计数电路 3．6 电流环信号传输 3．7 运算放大器的基本电路 复习思考题第4章 执行元件及控制 4．1 执行元件的分类 4．1．1 电动执行元件 4．1．2 气动执行元件 4．1．3 液压执行元件 4．2 直流电动机的基本工作原理 4．3 三相异步电动机的旋转磁场 4．4 步进电动机 4．5 直线电动机 4．5．1 直线感应电动机 4．5．2 直线直流电动机 4．5．3 直线步进电动机 4．6 直流电动机的驱动控制 4．6．1 开关型功率接口电路 4．6．2 直流电动机PWM驱动方式 4．6．3 IR2130三相驱动控制集成芯片 4．7 交流伺服电动机控制 4．8 电—气比例阀、伺服阀 4．8．1 滑阀式电气方向比例阀 4．8．2 动圈式二级方向伺服阀 4．8．3 动圈式压力伺服阀 4．8．4 脉宽调制伺服阀 4．8．5 电—气比例伺服系统的应用实例(柔性定位伺服汽缸) 4．9 电—液比例阀、伺服阀 4．9．1 电—液伺服阀 4．9．2 电—液比例阀 复习思考题第5章 单片机及接口电路设计 5．1 MCS—51单片机 5．1．1 MCS—51单片机的引脚描述及片外总线结构 5．1．2 MCS—51片内总体结构 5．1．3 MCS—51单片机基本外围电路 5．1．4 MCS—51单片机看门狗电路(MAX6814) 5．2 A/D转换及与单片机接口电路设计 5．3 多路模拟开关 5．4 AVR单片机简介 5．4．1 ATmegal28的结构和主要特点 5．4．2 ATmegal28的封装和引脚 5．4．3 ATmegal28的I/O端口描述 5．4．4 ATmegal28端口的第2功能 5．4．5 ATmegal28的时钟系统 5．5 AVR单片机开发工具(ATmegal28) 5．5．1 ICCAVR集成开发环境 5．5．2 ICCAVR介绍 5．5．3 ICCAVR导游 5．5．4 ICCAVR C库函数与启动文件 5．5．5 访问AVR硬件的编程 5．6 ATmegal28基础实例 5．6．1 发光二极管应用实验 5．6．2 键盘电路应用实例 复习思考题第6章 机电一体化系统的抗干扰设计 6．1 电磁干扰形成的条件 6．2 干扰源 6．2．1 供电干扰 6．2．2 过程通道干扰 6．2．3 场干扰 6．3 提高系统抗电源干扰能力的方法 6．3．1 配电方案中的抗干扰措施 6．3．2 利用电源监视电路抗电源干扰 6．3．3 用Watchdog抗电源干扰 6．4 电场与磁场干扰耦合的抑制 6．4．1 电场与磁场干扰耦合的特点 6．4．2 电场与磁场干扰耦合的抑制 6．5 几种接地技术 6．5．1 单点接地 6．5．2 多点接地 6．5．3 混合单点接地 6．5．4 混合多点接地 6．5．5 接地的一般性原则 6．6 过程通道抗干扰措施 6．7 模拟信号的线性光耦隔离 6．7．1 HCNR200基本工作原理 6．7．2 HCNR200的基本工作电路 6．7．3 HCNR200应用电路设计 6．8 空间干扰的抑制 6．9 软件抗干扰技术 6．9．1 实施软件抗干扰的必要条件 6．9．2 数据采样的干扰抑制 6．9．3 程序运行失常的软件抗干扰措施 6．10 铁氧体插损器 6．10．1 铁磁性材料(铁氧体)特性 6．10．2 磁导率对电磁干扰的影响 6．10．3 铁氧体的特性阻抗 6．10．4 铁氧体插损器件及应用 复习思考题第7章 机电一体化系统设计实例 7．1 RC伺服电动机控制 7．1．1 RC伺服电动机简介 7．1．2 RC伺服电动机的内部组成 7．1．3 RC伺服电动机的控制 7．1．4 硬件电路图 7．1．5 RC伺服电动机的正向旋转和逆向旋转控制实验 7．1．6 RC伺服电动机的旋转相应角度实验 7．1．7 RC伺服电动机速度控制实验 7．2 步进电动机应用软/硬件设计实例 7．2．1 步进电动机概述 7．2．2 步进电动视的分类与结构 7．2．3 步进电动机的基本参数 7．2．4 步进电动机的特性 7．2．5 反应式步进电动机的结构 7．2．6 反应式步进电动机的工作原理 7．2．7 步进电动机的失步、振荡及解决方法 7．2．8 步进电动机的控制 7．2．9 步进电动机的应用设计 7．3 小型打印机系统 7．3．1 硬件电路设计 7．3．2 典型器件选型及介绍 7．3．3 硬件电路 7．3．4 软件设计 7．3．5 经验总结 7．4 直流电动机的控制实例 7．4．1 硬件电路设计 7．4．2 典型器件选型及介绍 7．4．3 硬件电路 7．4．4 软件设计复习思考题

I. 机械系统设计的任务是什么，有哪些内容

机械系统设计的任务是为市场提供优质、高效、价廉物美的产品，在市场竞争中取得优势，赢得用户，并取得良好的经济效益。产品质量和经济效益取决于设计、制造、管理的综合水平，而产品设计是关键，没有高质量的设计，就不可能有高质量的产品；没有经济观点的设计人员，绝不可能设计出经济性好的产品。据统计，产品的质量事故中约有一半是设计不当造成的；产品成本中的60％-70％取决于设计。同时，从国民经济支出的角度看，设计通常是产品研制的所有阶段中花费最少的一个阶段。但从后果看，这个阶段可能是最昂贵的。例如，在科学研究中出现了及时更正只需要1元的错误，那么在试验设计时更正它的代价就会是10元，在试制阶段可能增加到100元，最后在生产阶段就会增加到1000元。机械系统设计时，特别强调和重视要从系统的观点出发，合理地确定系统功能，增强可靠性，提高经济性，保证安全性。
1、合理确定系统功能
一项产品的推出总是以社会需求为前提，没有需求就没有市场，也就失去了产品存在的价值和依据。而社会需求是变化的，不同时期、不同地点、不同社会环境就会有不同的市场行情和要求。所以，设计师必须确立市场观念，以社会需求和为用户服务作为最基本的出发点。
所谓需求，就是对功能的需求。用户购买产品实际就是购买产品的功能。
按功能的性质可分为基本功能和辅助功能。基本功能是用户直接要求的功能，体现了产品存在的基本价值。辅助功能是为了实现基本功能而附加在产品上的功能，是实现基本功能的手段。而无论实现哪种功能都需要成本投入。价值工程中常用价值来评价功能与成本的统一程度，即产品的价廉物美程度。价值V(value)可用功能F(function)与成本C(cost)的比来表示：
V=F/C
从式中可以看出，为了提高产品的价值矿，可以采取下述五种措施：①增加功能F，而成本C不变；②功能F不变，降低成本C；③增加一些成本C以换取更多的功能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的减少小于C的减少；⑤增加功能F，降低成本C。显然，最后一种是最理想的，但也是最困难的，这就要求我们采用一些特别的手段，如高科技手段。
因此，确定系统功能时应遵循保证基本功能、满足使用功能、增添新颖功能、剔除多余功能，恰到好处地利用外观功能的原则，降低现实成本，提高功能价值，力求使产品达到更加物美价廉的境界。
2、增强可靠性
按照GB／T2900、13—2008的规定，可靠性可定义为：“产品在给定的条件下和在给定的时间区间内能完成要求的功能的能力。”
①产品是泛指的，包括零件、部件、设备、系统。
②要求的功能是指产品所应实现的使用任务的预期功能。例如，汽车的规定功能是运输，机床的规定功能是加工零件。产品丧失要求的功能称为失效，对可修复的产品也称为故障。
③给定的条件是指使用条件与环境条件，含运输、保管条件。
④给定的时间：产品的功能只有同使用时间相联系才有实际意义，不同的产品应有不同的规定时间，如海底电缆要求使用长达三四十年，火箭只要求保证一次工作。给定的时间有的要求的是应力循环次数、转数等相当于时间的量。
增强系统可靠性的最有效方法是进行可靠性设计，也称概率设计。
3、提高经济性
机械系统的经济性表现在设计、制造、使用、维修，乃至回收的全过程中。
(1)提高设计和制造的经济性
产品的经济性决定于其成本，而成本是由设计和制造两方面的因素决定的。因此，设计师应该了解影响产品成本的设计因素和制造因素，在保证产品功能的前提下努力降低产品的成本。
提高设计和制造的经济性，从设计角度来说主要有以下几个方面：
1)合理地确定可靠性要求和安全系数
可靠性要求和安全系数分别是可靠性设计及传统设计方法中描述系统工作而不失效的程度指标，但它们的含义及应用有所不同。
由于设计时使用的载荷、材料强度等数据都属于统计量，因而可靠性要求更符合客观实际。所以，采用可靠性设计可以使系统的设计更合理、更经济。系统越复杂，其优越性也就越明显，经济性和可靠性也就越统一。
采用传统设计方法，以安全系数作为判据时，将设计中的统计量当作确定量来处理，显然不符合客观实际，当安全系数大于1时，并不能排除失效的可能性。
2)贯彻标准化
标准化是组织现代化大生产的重要手段，它大大提高了产品的通用性和互换性，可以使生产技术活动获得必要的统一协调和良好的经济效果。它创造的经济性体现在很多方面，如加快了产品开发速度，缩短了生产技术准备时间，节约了原材料，提高了产品质量、可靠性和劳动生产率，改善了维修性等。
标准化通常包括产品标准化、系列化和通用化。机械工业的技术标准有以下三大类：
①物品标准
它又称为产品标准，是以产品及其生产过程中使用的物质器材为对象制定的标准，如机械设备、仪器仪表、工装、包装容器、原材料等标准。
②方法标准
它是以生产技术活动中的重要程序、规划、方法为对象制定的标准，如设计计算、工艺、测试、检验等标准。
③基础标准
它是以机械工业各领域的标准化工作中具有共性的一些基本要求或前提条件为对象制定的标准，如计量单位、优先数系、极限与配合、图形符号、名词术语等标准。
我国标准分国家标准、部颁标准(专业标准)、企业标准三级。
鉴于目前我国标准化工作的现状和需要，积极采用国际标准和国外先进标准也是一项重要的技术经济政策。国际标准主要是指国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC两个国际性的标准化机构公布的标准。我国是ISO和IEC的成员国。
3)采用新技术
随着科学技术的发展，各种新技术(包括新工艺、新结构和新材料等)不断问世，在设计中采用新技术可以使产品具有更好的性能和经济性，因而具有更强的市场竞争力。
4)改善零部件的结构工艺性
零部件的结构工艺性包括铸造工艺性、锻造工艺性、冲压工艺性、焊接工艺性、热处理工艺性、切削加工工艺性和装配工艺性等，深入研究结构工艺性，对新产品的设计，对简化设计、缩短生产周期、提高劳动生产率、降低成本有重大的经济意义。良好的结构工艺性也是实现设计目标、减少差错、减少废品率、提高产品质量的基本保证。
影响结构工艺性的因素很多，如生产规模、设备和工艺条件、原材料的供应等。当生产条件改变时，零部件结构工艺性是否良好的评价也会随之变化。因此，结构工艺性既有原则性和规律性，又有一定的灵活性和相对性。设计时应根据不同的情况进行具体分析后确定。
改善结构工艺性的具体措施、原则和规范可参阅有关的设计手册和资料。
(2)提高使用和维修的经济性
使用和维修的经济性就是考虑使用者的经济效益，主要可从以下几个方面加以考虑。
1)提高产品的效率
用户总是希望购买的产品效率高，能源消耗低，省电、省煤、省油等。机械设备的效率主要取决于传动系统和执行系统的效率。设计人员应在方案设计和结构设计时，充分考虑提高效率的措施。
对属于生产资料的机械设备，提高其生产率，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径。
2)合理地确定经济寿命
一般都希望产品有长的使用寿命，但在设计中单纯追求长寿命是不恰当的。
系统正常运行寿命的延长必须以相应的维修为代价。使用寿命的延长，往往伴随着系统性能的下降，效率降低，使用费用(包括运行、维修、保养、操作、材料及能源消耗等费用)增加，使用经济性降低，因此在适当的时候应考虑设备更新。另外，由于科学技术的进步，不断有一些技术更先进、性能价格比更高的新设备出现，加上企业生产规模的发展、产品品种的扩大或改变等，都是要求更新设备的原因。
设备从开始使用至其主要功能丧失而报废所经历的时间称为功能寿命；设备从开始使用至因技术落后而被淘汰所经历的时间称为技术寿命。对设备进行适时的技术改造可延长其技术寿命，在延长其技术寿命的同时，再以良好的维修为保证，可延长其经济寿命。在科技高速发展的时代，设备的技术寿命、经济寿命常大大短于功能寿命。按成本最低原则，设备更新的最佳时间应由其经济寿命确定。
3)提高维修保养的经济性
维修能延长设备的使用寿命，是保持设备良好的技术状况及正常运行的技术措施，但必须以付出一定的维修费为代价，以尽可能少的维修费用换取尽可能多的使用经济效益，是机械设备进行维修的原则。
目前，在机械设备中应用比较多的是定期维修方式。这种维修方式因无法准确估计影响故障的因素及故障发生的时间，因而难免出现设备失修或维修次数过多的现象。有的零件未到维修期就已经失效，而有的零件虽未失效，但因已到维修期，而不得不提前更换。因此，定期维修方式的总维修费较高。但由于能够尽量安排在非正常生产时间进行，从而使因停机停产造成的损失减少，而且便于安排维修前的准备工作，有利于缩短维修时间，保证维修质量。
随着故障诊断技术的不断进步，维修技术也得到了飞速发展。按需维修的方式就是采用了故障诊断技术。它不断地对系统中的主要零部件进行特性值的测定，当发现某种故障征兆时就进行维修或更换。这种维修方式既能提高系统有效的运行时间，充分发挥零部件的功能潜力。又能减少维修次数，尤其是盲目维修，因而其总的经济效益较高。但因需配备十分可靠的监控和测试装置，所以只在重要的和价值很高的系统中采用。
对于不太重要的或价值不太高的产品，有时可设计成免修产品。它在使用期内不必维修，功能寿命终止时即行报废。
4、保证安全性
机械系统的安全性包括机械系统执行预期功能的安全性和人—机—环境系统的安全性。
(1)机械系统执行预期功能的安全性
机械系统执行预期功能的安全性是指机械运行时系统本身的安全性，如满足必要的强度、刚度、稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等要求。为此，应根据机械的工作载荷特性及机械本身的要求，按有关规范和标准进行设计和计算。为了避免机械系统由于意外原因造成故障或失效，常需配置过载保护、安全互锁等装置。
(2)人—机—环境的安全性
在人—机—环境的关系中，包括三个要素，即人、机与环境。这三者之间形成了三种子关系，即人与机关系、机与环境关系以及人与环境的关系。从机械系统设计的角度讨论安全性问题就是要考察以下这两个方面的内容：人—机安全与环境保护。
1)人—机安全
人—机安全首先指的是人员的劳动安全。改善劳动条件，防止环境污染，保护劳动者在生产活动中的安全和健康，是工业技术发展的重要法规，也是企业管理的基本原则之一。
为了保障操作人员的安全，应特别注意机械系统运行时可能对人体造成伤害的危险区，并进行切实有效的保护。
人—机安全另一方面的内容是人对机器运行安全性的影响，即由于人的操作错误(或称人为差错)造成系统的功能失灵，甚至危及人的生命安全，这往往不被人们所认识，或不能引起人们的足够重视。实践表明，随着科学技术的发展，人工操纵或控制的各类机器也日趋复杂，对操作人员的要求愈来愈高，如要有准确、熟练地分析、判断、决策和对复杂情况迅速做出反应的能力。然而，人的能力是有限的，不可能随着机器的发展而无限提高。如果先进的机器对人的操作要求过高，超出人的能力范围，就容易发生操作错误，这不仅使系统性能得不到发挥，甚至使整个系统失灵或发生重大事故。如美国的AV—8A垂直起落飞机装备部队后，从1973年到1977年的五年中，发生16起事故，其中有11起是由飞行员的操作错误引起的，占68％。因此，如何从总体设计上尽量减少系统的不安全因素，是确保“安全”性的一个非常重要的方面。
2)环境保护
环境保护的内容非常广泛，如工业三废(废气、废水、废渣)的治理，除尘，防毒，防暑降温，采光，采暖与通风，放射保护，噪声和振动的控制等。