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機械系統(tǒng)設計方法及應用 版權(quán)信息
- ISBN：9787030698827
- 條形碼：9787030698827 ; 978-7-03-069882-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
機械系統(tǒng)設計方法及應用 內(nèi)容簡介
本書結(jié)合應用案例全面系統(tǒng)地介紹有關(guān)機械系統(tǒng)設計的設計方法及應用，包括：機械系統(tǒng)的總體設計、動力系統(tǒng)設計、執(zhí)行系統(tǒng)設計、傳動系統(tǒng)設計、操控系統(tǒng)設計、結(jié)構(gòu)設計等。本書理論與實踐并進，將注重引導開發(fā)學生的創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)。
機械系統(tǒng)設計方法及應用 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 機械系統(tǒng)設計的基本概念 1
1.1.1 機械與機械系統(tǒng) 1
1.1.2 設計與機械系統(tǒng)設計 5
1.2 機械系統(tǒng)設計的任務與過程 5
1.2.1 機械系統(tǒng)設計的主要任務 5
1.2.2 機械系統(tǒng)設計的類型、原則及過程 10
1.3 機械系統(tǒng)設計的發(fā)展 13
1.3.1 發(fā)展概述 13
1.3.2 發(fā)展趨勢 15
思考與實踐題 17
第2章 機械系統(tǒng)的總體設計 18
2.1 總體設計概述 18
2.1.1 總體設計的基本原則 18
2.1.2 總體設計的主要內(nèi)容和步驟 19
2.1.3 總體設計的常用方法 20
2.2 基于功能分析的機械系統(tǒng)原理方案設計 24
2.2.1 機械系統(tǒng)原理方案設計的主要內(nèi)容 24
2.2.2 機械系統(tǒng)的需求分析 25
2.2.3 機械系統(tǒng)的功能 27
2.2.4 機械系統(tǒng)的功能分析 28
2.2.5 機械系統(tǒng)的原理方案設計方法 32
2.3 機械系統(tǒng)的總體布局設計 36
2.3.1 總體布局的基本要求 36
2.3.2 執(zhí)行系統(tǒng)的布置要求 37
2.3.3 傳動系統(tǒng)的布置要求 38
2.4 機械設計評價 39
2.4.1 設計評價的意義 39
2.4.2 設計評價的基本原則 39
2.4.3 設計評價的準則 40
2.4.4 設計評價的內(nèi)容 42
2.4.5 評價方法的分類及應用 42
2.4.6 常用的設計評價方法 43
2.5 案例分析 48
2.5.1 典型機械系統(tǒng)的功能分析 48
2.5.2 基于功能分析的原理方案設計實例 53
2.5.3 總體布置設計案例 53
2.5.4 設計評價實例 56
思考與實踐題 57
第3章 動力系統(tǒng)設計 58
3.1 工作機械的載荷分析 58
3.1.1 載荷的類型 58
3.1.2 載荷的處理方法 60
3.1.3 載荷的確定方法 60
3.1.4 工作機械的工作制 62
3.1.5 負載特性和負載圖 63
3.2 動力機的種類、特性及其選擇 65
3.2.1 電動機 65
3.2.2 內(nèi)燃機 71
3.2.3 液壓馬達 76
3.2.4 氣動馬達 79
3.3 動力機的選擇原則 81
3.4 案例分析 82
思考與實踐題 83
第4章 執(zhí)行系統(tǒng)設計 84
4.1 執(zhí)行系統(tǒng)的組成與分類 84
4.1.1 執(zhí)行系統(tǒng)的組成 84
4.1.2 執(zhí)行系統(tǒng)的分類 84
4.2 執(zhí)行系統(tǒng)的功能 84
4.3 執(zhí)行系統(tǒng)的運動分析 92
4.3.1 執(zhí)行系統(tǒng)的運動形式 92
4.3.2 運動分析實例 93
4.4 執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖和機器的工作循環(huán)圖 95
4.4.1 機械的運動循環(huán)周期 95
4.4.2 執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖 95
4.4.3 機器的工作循環(huán)圖 96
4.4.4 擬定機器工作循環(huán)圖的步驟和要點 97
4.4.5 工作循環(huán)圖設計實例 98
4.5 執(zhí)行系統(tǒng)設計的要求和步驟 100
4.5.1 執(zhí)行系統(tǒng)的設計要求 100
4.5.2 執(zhí)行系統(tǒng)的設計步驟 101
思考與實踐題 103
第5章 傳動系統(tǒng)設計 104
5.1 傳動系統(tǒng)的作用與類型 104
5.1.1 傳動系統(tǒng)的作用 104
5.1.2 傳動系統(tǒng)的類型 104
5.2 傳動系統(tǒng)的組成 110
5.2.1 變速裝置 111
5.2.2 啟停和換向裝置 116
5.2.3 制動裝置 119
5.2.4 安全保護裝置 123
5.3 機械傳動系統(tǒng)的設計 124
5.3.1 傳動系統(tǒng)的設計程序 124
5.3.2 分級變速傳動系統(tǒng)的運動設計 127
5.3.3 無級變速傳動系統(tǒng)的運動設計 135
思考與實踐題 140
第6章 操控系統(tǒng)設計 141
6.1 操控系統(tǒng)概述 141
6.1.1 操控系統(tǒng)的功能和要求 141
6.1.2 操控系統(tǒng)的分類和組成 142
6.2 操縱系統(tǒng)設計 146
6.2.1 操縱系統(tǒng)方案設計及參數(shù)確定 146
6.2.2 操縱系統(tǒng)和人機工程學 149
6.3 控制系統(tǒng)設計 151
6.3.1 常用控制方式的原理和特性 151
6.3.2 檢測裝置 155
6.3.3 伺服控制系統(tǒng)設計 160
6.3.4 智能控制技術(shù) 166
6.4 操控系統(tǒng)的安全保護 168
6.4.1 安全保護要求和措施 168
6.4.2 自鎖和互鎖 169
思考與實踐題 171
第7章 機械結(jié)構(gòu)設計 172
7.1 零件 172
7.1.1 零件的功能 172
7.1.2 零件的分類 173
7.1.3 零件的相關(guān) 173
7.1.4 零件的結(jié)構(gòu)要素 174
7.2 結(jié)構(gòu)設計的基本原則與原理 175
7.2.1 結(jié)構(gòu)設計的基本原則 175
7.2.2 結(jié)構(gòu)設計原理 177
7.3 機械結(jié)構(gòu)設計的工作步驟 181
7.4 機械結(jié)構(gòu)設計規(guī)范 182
7.5 機械結(jié)構(gòu)設計的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化 185
7.5.1 有限單元法的基本理論 185
7.5.2 機械優(yōu)化設計 189
思考與實踐題 194
第8章 加工中心的機械系統(tǒng)設計 195
8.1 概述 195
8.1.1 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)組成 195
8.1.2 對數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的要求 196
8.1.3 設計過程中可以采取的措施 197
8.2 總體方案設計 199
8.2.1 數(shù)控機床的總體布局 199
8.2.2 常見的車削中心設計方案 200
8.2.3 需求分析 203
8.2.4 加工中心機械系統(tǒng)的主要參數(shù) 204
8.3 加工中心執(zhí)行系統(tǒng)說明 205
8.4 加工中心的結(jié)構(gòu)功能說明 206
8.4.1 床身結(jié)構(gòu)設計和功能說明 206
8.4.2 主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計和功能說明 207
8.4.3 尾臺結(jié)構(gòu)說明 212
8.4.4 進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明 212
8.4.5 其他結(jié)構(gòu)說明 214
8.5 載荷及其動力設計 215
8.5.1 主傳動系統(tǒng)設計 215
8.5.2 進給傳動系統(tǒng)設計 217
參考文獻 228
第1章 緒論 1
1.1 機械系統(tǒng)設計的基本概念 1
1.1.1 機械與機械系統(tǒng) 1
1.1.2 設計與機械系統(tǒng)設計 5
1.2 機械系統(tǒng)設計的任務與過程 5
1.2.1 機械系統(tǒng)設計的主要任務 5
1.2.2 機械系統(tǒng)設計的類型、原則及過程 10
1.3 機械系統(tǒng)設計的發(fā)展 13
1.3.1 發(fā)展概述 13
1.3.2 發(fā)展趨勢 15
思考與實踐題 17
第2章 機械系統(tǒng)的總體設計 18
2.1 總體設計概述 18
2.1.1 總體設計的基本原則 18
2.1.2 總體設計的主要內(nèi)容和步驟 19
2.1.3 總體設計的常用方法 20
2.2 基于功能分析的機械系統(tǒng)原理方案設計 24
2.2.1 機械系統(tǒng)原理方案設計的主要內(nèi)容 24
2.2.2 機械系統(tǒng)的需求分析 25
2.2.3 機械系統(tǒng)的功能 27
2.2.4 機械系統(tǒng)的功能分析 28
2.2.5 機械系統(tǒng)的原理方案設計方法 32
2.3 機械系統(tǒng)的總體布局設計 36
2.3.1 總體布局的基本要求 36
2.3.2 執(zhí)行系統(tǒng)的布置要求 37
2.3.3 傳動系統(tǒng)的布置要求 38
2.4 機械設計評價 39
2.4.1 設計評價的意義 39
2.4.2 設計評價的基本原則 39
2.4.3 設計評價的準則 40
2.4.4 設計評價的內(nèi)容 42
2.4.5 評價方法的分類及應用 42
2.4.6 常用的設計評價方法 43
2.5 案例分析 48
2.5.1 典型機械系統(tǒng)的功能分析 48
2.5.2 基于功能分析的原理方案設計實例 53
2.5.3 總體布置設計案例 53
2.5.4 設計評價實例 56
思考與實踐題 57
第3章 動力系統(tǒng)設計 58
3.1 工作機械的載荷分析 58
3.1.1 載荷的類型 58
3.1.2 載荷的處理方法 60
3.1.3 載荷的確定方法 60
3.1.4 工作機械的工作制 62
3.1.5 負載特性和負載圖 63
3.2 動力機的種類、特性及其選擇 65
3.2.1 電動機 65
3.2.2 內(nèi)燃機 71
3.2.3 液壓馬達 76
3.2.4 氣動馬達 79
3.3 動力機的選擇原則 81
3.4 案例分析 82
思考與實踐題 83
第4章 執(zhí)行系統(tǒng)設計 84
4.1 執(zhí)行系統(tǒng)的組成與分類 84
4.1.1 執(zhí)行系統(tǒng)的組成 84
4.1.2 執(zhí)行系統(tǒng)的分類 84
4.2 執(zhí)行系統(tǒng)的功能 84
4.3 執(zhí)行系統(tǒng)的運動分析 92
4.3.1 執(zhí)行系統(tǒng)的運動形式 92
4.3.2 運動分析實例 93
4.4 執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖和機器的工作循環(huán)圖 95
4.4.1 機械的運動循環(huán)周期 95
4.4.2 執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖 95
4.4.3 機器的工作循環(huán)圖 96
4.4.4 擬定機器工作循環(huán)圖的步驟和要點 97
4.4.5 工作循環(huán)圖設計實例 98
4.5 執(zhí)行系統(tǒng)設計的要求和步驟 100
4.5.1 執(zhí)行系統(tǒng)的設計要求 100
4.5.2 執(zhí)行系統(tǒng)的設計步驟 101
思考與實踐題 103
第5章 傳動系統(tǒng)設計 104
5.1 傳動系統(tǒng)的作用與類型 104
5.1.1 傳動系統(tǒng)的作用 104
5.1.2 傳動系統(tǒng)的類型 104
5.2 傳動系統(tǒng)的組成 110
5.2.1 變速裝置 111
5.2.2 啟停和換向裝置 116
5.2.3 制動裝置 119
5.2.4 安全保護裝置 123
5.3 機械傳動系統(tǒng)的設計 124
5.3.1 傳動系統(tǒng)的設計程序 124
5.3.2 分級變速傳動系統(tǒng)的運動設計 127
5.3.3 無級變速傳動系統(tǒng)的運動設計 135
思考與實踐題 140
第6章 操控系統(tǒng)設計 141
6.1 操控系統(tǒng)概述 141
6.1.1 操控系統(tǒng)的功能和要求 141
6.1.2 操控系統(tǒng)的分類和組成 142
6.2 操縱系統(tǒng)設計 146
6.2.1 操縱系統(tǒng)方案設計及參數(shù)確定 146
6.2.2 操縱系統(tǒng)和人機工程學 149
6.3 控制系統(tǒng)設計 151
6.3.1 常用控制方式的原理和特性 151
6.3.2 檢測裝置 155
6.3.3 伺服控制系統(tǒng)設計 160
6.3.4 智能控制技術(shù) 166
6.4 操控系統(tǒng)的安全保護 168
6.4.1 安全保護要求和措施 168
6.4.2 自鎖和互鎖 169
思考與實踐題 171
第7章 機械結(jié)構(gòu)設計 172
7.1 零件 172
7.1.1 零件的功能 172
7.1.2 零件的分類 173
7.1.3 零件的相關(guān) 173
7.1.4 零件的結(jié)構(gòu)要素 174
7.2 結(jié)構(gòu)設計的基本原則與原理 175
7.2.1 結(jié)構(gòu)設計的基本原則 175
7.2.2 結(jié)構(gòu)設計原理 177
7.3 機械結(jié)構(gòu)設計的工作步驟 181
7.4 機械結(jié)構(gòu)設計規(guī)范 182
7.5 機械結(jié)構(gòu)設計的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化 185
7.5.1 有限單元法的基本理論 185
7.5.2 機械優(yōu)化設計 189
思考與實踐題 194
第8章 加工中心的機械系統(tǒng)設計 195
8.1 概述 195
8.1.1 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)組成 195
8.1.2 對數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的要求 196
8.1.3 設計過程中可以采取的措施 197
8.2 總體方案設計 199
8.2.1 數(shù)控機床的總體布局 199
8.2.2 常見的車削中心設計方案 200
8.2.3 需求分析 203
8.2.4 加工中心機械系統(tǒng)的主要參數(shù) 204
8.3 加工中心執(zhí)行系統(tǒng)說明 205
8.4 加工中心的結(jié)構(gòu)功能說明 206
8.4.1 床身結(jié)構(gòu)設計和功能說明 206
8.4.2 主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計和功能說明 207
8.4.3 尾臺結(jié)構(gòu)說明 212
8.4.4 進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明 212
8.4.5 其他結(jié)構(gòu)說明 214
8.5 載荷及其動力設計 215
8.5.1 主傳動系統(tǒng)設計 215
8.5.2 進給傳動系統(tǒng)設計 217
參考文獻 228
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機械系統(tǒng)設計方法及應用 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 機械系統(tǒng)設計的基本概念 1.1.1 機械與機械系統(tǒng) 1. 機械 自從人類學會使用工具開始，人們發(fā)明了各種各樣由簡單到復雜的工具幫助改善工作條件、提高工作效率和工作質(zhì)量。所謂機械，就是人類在生活、工作中使用的復雜工具。總體而言，機械就是可以幫助人們把能量和力進行轉(zhuǎn)換和傳遞的工具。從說文解字的角度來講，幾指數(shù)量，積木成機。事實上，*早的“機”都是木制的。另外，機的首義是事物發(fā)生的樞紐，*早是指弓弩上的發(fā)射機關(guān)。而械則是器物，早先多指武器。所以機械就是有機關(guān)樞紐的器物。現(xiàn)在，人們把機器與機構(gòu)總稱為機械。很顯然，一個稍稍復雜點的機械，主要應該包括：結(jié)構(gòu)形式、運動關(guān)系、驅(qū)動與傳動這三個方面。從機械的復雜程度而言，可大致分為簡單機械、復雜機械和智能機械。簡單與復雜只是一個相對的概念，我們可以把一個只有零件(構(gòu)件)組成的機械稱為簡單機械，如圖1-1所示。若一個機械包含有部件(機構(gòu))或其他有獨立功能的機械裝置時，就可稱之為復雜機械，如圖1-2所示。復雜機械也可看作由多個簡單機械所構(gòu)成。如果一個機械不需要人工干預就能夠自主獲取信息，分析、識別信息，并能指示執(zhí)行機構(gòu)按要求動作完成相應功能，則稱之為智能機械，如無人駕駛飛機、巡檢機器人等，如圖1-3所示。 圖1-1 簡單機械 (a)人力水車 (b)腳踏縫紉機 (c)卷揚機示意圖 圖1-2 復雜機械 (a)無人駕駛飛機 (b)巡檢機器人 圖1-3 智能機械 2. 系統(tǒng) 系統(tǒng)一般是指具有特定功能、相互間有關(guān)聯(lián)的多個要素構(gòu)成的一個結(jié)構(gòu)形態(tài)。所謂要素就是指構(gòu)成系統(tǒng)的各組成部分，既可以是子系統(tǒng)，也可以是不可分解的*小單元。構(gòu)成系統(tǒng)的這些要素，其自身作用及其相互關(guān)聯(lián)的方式都決定著系統(tǒng)所具有的特性，有什么樣的要素就有什么樣的系統(tǒng)。也就是說，系統(tǒng)的特性除了受各要素自身性能及其在系統(tǒng)中的地位和作用影響外，還取決于各要素間的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣反映了相互關(guān)聯(lián)的各要素間的協(xié)調(diào)性：對于性能優(yōu)異的要素，如果相互間的協(xié)調(diào)性不好，形成的結(jié)構(gòu)就不是*優(yōu)的，其形成的系統(tǒng)也不會是性能*優(yōu)的系統(tǒng)。這個概念是系統(tǒng)優(yōu)化理論中的一個重要基本概念。 系統(tǒng)是普遍存在的，不管是自然形成的還是人工制作的，在現(xiàn)實生活中，任何系統(tǒng)一般都是以特定系統(tǒng)出現(xiàn)，其前都含一個表征研究對象的修飾詞。如人體的消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等，計算機系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等，軍事上的指揮系統(tǒng)、防御系統(tǒng)、后勤保障系統(tǒng)等，生態(tài)系統(tǒng)、教育系統(tǒng)、金融系統(tǒng)等。大系統(tǒng)可以包含若干個子系統(tǒng)。 通常，把系統(tǒng)在特定環(huán)境中所起的作用稱為系統(tǒng)的功能。很顯然，系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系密切。系統(tǒng)存在于環(huán)境之中，所謂系統(tǒng)的環(huán)境就是系統(tǒng)之外的所有其他事物，是系統(tǒng)的外部條件。系統(tǒng)與環(huán)境是相互影響的。良好的環(huán)境有利于系統(tǒng)充分發(fā)揮其功能，而一個好的系統(tǒng)則一定是環(huán)境友好的。 3. 機械系統(tǒng) 按照前述系統(tǒng)的概念，機械系統(tǒng)就是由機械要素(包括機械零件、機械部件或機構(gòu)等機械裝置)組成，能完成特定功能的系統(tǒng)。機械系統(tǒng)是一個廣義的概念，它可以是簡單機械，也可以是復雜機械，還可以是由諸多機械設備構(gòu)成的一條生產(chǎn)線(圖1-4所示)。不失一般性，本書重點介紹、講解的機械系統(tǒng)是特指包含若干子系統(tǒng)的一類機械系統(tǒng)，如圖1-5所示。這些子系統(tǒng)按其能夠完成的功能可分為以下六部分。 (1)動力系統(tǒng)——機械系統(tǒng)的動力源部分。動力系統(tǒng)一般包括動力機及其配套裝置，主要為整個機械系統(tǒng)提供所需的運動和動力。一個復雜的機械系統(tǒng)可以有多個動力源(動力機)。按能量轉(zhuǎn)換性質(zhì)，動力機可分為一次動力機和二次動力機。一次動力機是把自然界的能源(稱一次能源)轉(zhuǎn)換為機械能的機械，如內(nèi)燃機、汽輪機、燃氣輪機等。汽車等移動作業(yè)的機械大多使用內(nèi)燃機。二次動力機則是把二次能源(如電能、液能、氣能等)轉(zhuǎn)變成機械能的機械，如電動機、液壓馬達、氣動馬達等。通常情況下，動力機輸出的運動形式是轉(zhuǎn)動且轉(zhuǎn)速較高。 圖1-4 廣義機械系統(tǒng) 圖1-5 機械系統(tǒng)組成示例——簡單提升機 (2)執(zhí)行系統(tǒng)——機械系統(tǒng)完成相應功能*直接的結(jié)構(gòu)部分，完成的功能就是機械系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能。執(zhí)行系統(tǒng)一般由執(zhí)行機構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件組成，通常是利用機械能來改變作業(yè)對象的性質(zhì)、狀態(tài)、形狀、位置等，或者是對作業(yè)對象進行檢測、度量等來實現(xiàn)整個機械系統(tǒng)的功能。因此，執(zhí)行系統(tǒng)通常是處于整個機械系統(tǒng)的末端，并直接與作業(yè)對象接觸，它的輸出就是整個機械系統(tǒng)的輸出，其功能也是機械系統(tǒng)的主要功能，所以執(zhí)行系統(tǒng)的功能及性能直接影響和決定了機械系統(tǒng)的整體功能和性能。絕大多數(shù)機械系統(tǒng)可以完成多個功能，這些功能可以由一個執(zhí)行系統(tǒng)來實現(xiàn)，也可以由多個執(zhí)行系統(tǒng)來完成。功能的多解性，就說明為實現(xiàn)一個機械系統(tǒng)的特定功能，是可以有多種執(zhí)行系統(tǒng)方案，設計人員需要對各種方案從技術(shù)和經(jīng)濟層面進行深入分析、比較后擇優(yōu)選用。 (3)傳動系統(tǒng)——位于動力系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)之間，功能主要是將執(zhí)行系統(tǒng)所需要的運動和動力由動力系統(tǒng)傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)。也就是說，動力系統(tǒng)所能提供的能量是通過傳動系統(tǒng)傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)一般可以實現(xiàn)增減速、變速、傳遞動力、改變運動規(guī)律或形式。若動力機的工作特性完全符合執(zhí)行系統(tǒng)的工作要求，機械系統(tǒng)中也可以沒有傳動系統(tǒng)，而把動力系統(tǒng)直接與執(zhí)行系統(tǒng)相連接。 (4)操控系統(tǒng)——機械系統(tǒng)中能夠協(xié)調(diào)動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)之間運行的操縱和控制部分，主要功能是保障整個機械系統(tǒng)能夠準確、可靠、高效地完成整體功能。操控系統(tǒng)中的操縱部分，通常是由人通過按鈕或手柄等機構(gòu)完成相應控制功能的裝置；而操控系統(tǒng)中的控制部分則是指通過傳感器獲取相關(guān)信息，經(jīng)由控制器使控制對象改變工作參數(shù)或運行狀態(tài)而實現(xiàn)相應控制功能的裝置。這就是通常所說的自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)有很多種，對于能夠以一定準確度響應控制信號(或給定輸入量)的自動控制系統(tǒng)，可稱為伺服系統(tǒng)；若控制器是可編程的，則可按給定算法實現(xiàn)自動控制，這類自動控制系統(tǒng)一般稱為可編程控制器(PLC)控制系統(tǒng)；如果控制系統(tǒng)具備自主感知獲取信息、高效處理識別信息、智能判斷決策并發(fā)出控制指令的功能，則可稱之為智能控制系統(tǒng)。 (5)支撐系統(tǒng)——由安裝和支承機械系統(tǒng)各組成要素的基礎件(如底座、機身等)和支承件(如支架、橫梁等)所組成，是機械系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。其主要功能是保障機械系統(tǒng)的承載能力、各要素間的相對位置精度和運動部件的運動精度。 (6)輔助系統(tǒng)——其他按機械系統(tǒng)功能要求配備的系統(tǒng)，如潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。 前文提到的系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系，對于一個機械系統(tǒng)而言，其環(huán)境就是除機械系統(tǒng)之外的一切事物。為討論和研究方便，通常把機械系統(tǒng)本身稱為內(nèi)部系統(tǒng)，而把人和外部環(huán)境稱為外部系統(tǒng)。這樣，內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)就組成了一個更大的廣義系統(tǒng)。很顯然，內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)之間存在著相互作用、相互影響的關(guān)系。同樣，由于一個機械系統(tǒng)可以由若干子系統(tǒng)組成，所以在進行機械系統(tǒng)設計分析時，把某個子系統(tǒng)看作是一個內(nèi)部系統(tǒng)，則除該子系統(tǒng)外的其他機械系統(tǒng)部分都是外部系統(tǒng)的組成部分。 4. 機械系統(tǒng)的主要特性 1)整體性 機械系統(tǒng)是由若干子系統(tǒng)和其他機械要素組成的一個整體，在一個內(nèi)部系統(tǒng)中不存在一個完全獨立的機械要素，機械系統(tǒng)是不可分割的。盡管各子系統(tǒng)的性能完全不同，但它們在機械系統(tǒng)內(nèi)必須服從、適應和滿足機械系統(tǒng)的整體功能要求，整體性能的優(yōu)劣是判斷一個機械產(chǎn)品好壞的主要標準。因此，在進行機械系統(tǒng)設計時，不能片面追求某個子系統(tǒng)的完美性能，必須要從機械系統(tǒng)的整體角度，協(xié)調(diào)好各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，使整體性能達到*優(yōu)。特別需要強調(diào)的是，在對已有機械系統(tǒng)的某個子系統(tǒng)進行改造和改進時，無論是對其結(jié)構(gòu)形式還是對其中的某個機械要素，都必須充分考慮對其外部系統(tǒng)的影響，尤其是對整體機械系統(tǒng)性能的影響。 2)相關(guān)性 機械系統(tǒng)內(nèi)部各種要素之間是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，這種相關(guān)性可以是強相關(guān)，也可以是弱相關(guān)。機械系統(tǒng)的性能就是由各子系統(tǒng)的性能通過這種相關(guān)性來實現(xiàn)的，所以改變機械要素間的相關(guān)性，往往會影響機械系統(tǒng)的整體性能。內(nèi)部系統(tǒng)機械要素間的相關(guān)性，可以通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來表達。這就是說，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了機械要素的相關(guān)性。 3)目的性 研發(fā)設計出一個機械產(chǎn)品的目的就是要求其完成所需的特定功能，這也是一個機械產(chǎn)品的價值體現(xiàn)。開發(fā)一個機械系統(tǒng)，目的一定要明確，包括適用領域、使用范圍等，要有明確的功能指標。實際上，實現(xiàn)一個功能可以有多種形式，不同的機械系統(tǒng)可以完成同一種功能，但各自的應用場合和應用對象往往各有不同。例如汽車，其功能是運載，根據(jù)運載對象，可分為貨車和客車。根據(jù)承載能力，貨車按不同噸位又有重載卡車、輕型貨車和小型貨車之分。同樣地，客車也可分為大型客車、中型客車和小型客車。當然了，一個機械系統(tǒng)也可以完成不同的功能，但通常有主次之分。例如車銑復合加工中心，既可對工件進行車削加工，又可進行銑削加工。 4)適應性 此處主要是指機械系統(tǒng)的環(huán)境適應性。任何機械系統(tǒng)都處于某種特定的環(huán)境之中，系統(tǒng)與環(huán)境都會相互作用和影響。一方面，當系統(tǒng)外部環(huán)境發(fā)生變化時，環(huán)境因素(包括溫度、濕度、電壓、振動等)會對機械系統(tǒng)的工作產(chǎn)生干擾和影響，嚴重時甚至會影響系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。因此，在機械系統(tǒng)設計時，設計者必須充分考慮系統(tǒng)的使用環(huán)境，確保系統(tǒng)具備良好的環(huán)境適應性。另一方面，也要求機械系統(tǒng)是環(huán)境友好的。既然系統(tǒng)和環(huán)境是相互影響的，所以也要求能夠把系統(tǒng)對環(huán)境的不利影響降低到*小。例如，對機械系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲、振動等，必要時需要采取有效措施來減少其對環(huán)境的影響。還有的機械系統(tǒng)，作業(yè)過程中會產(chǎn)生廢氣、廢液、廢渣(簡稱“三廢”)，會給環(huán)境造成不利影響和傷害，設計者在設計時都應該給予高度重視，采取有效措施加以處理，減少“三廢”的排放。 1.1.2 設計與機械系統(tǒng)設計 1. 設計 “設”的原意是：布置、安排、設立、設置、籌劃、假使、假設等，而“計”則是：核算、主意、策略、謀劃、打算等意思。所謂設計，就是為了滿足某種需求而進行的一種人類特有的活動，是一種從構(gòu)思到實現(xiàn)的創(chuàng)作行為。人類的進步、生活水平的提高*初是由創(chuàng)造性勞動加以實現(xiàn)的，現(xiàn)在已轉(zhuǎn)化為通過創(chuàng)造性設計來推動。設計是創(chuàng)新的核心，通常包括以下兩部分內(nèi)容。 (1)理解用戶的期望、要求、動機等，并充分了解相關(guān)業(yè)務、技術(shù)和行業(yè)上的需求與限制。 (2)將已知的東西轉(zhuǎn)化為對一種產(chǎn)品形式(或產(chǎn)品的規(guī)劃)，并使產(chǎn)品的形式、內(nèi)容、行為變得有用、能用，且在技術(shù)和經(jīng)濟上可行。 2. 機械系統(tǒng)設計 機械系統(tǒng)設計就是根據(jù)機械產(chǎn)品的功能要求和市場需求，應用相關(guān)科學技術(shù)知識，通過設計人員創(chuàng)新思維和設計計算，完成制造方案的制定和工程圖樣的工作過程。機械產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和經(jīng)濟性都體現(xiàn)在設計、制造和管理等諸多環(huán)節(jié)，而機械系統(tǒng)設計則是機械產(chǎn)品質(zhì)量、性能和經(jīng)濟性的首要環(huán)節(jié)。對于復雜的機械系統(tǒng)，沒有高質(zhì)量、高水平的設計，難以生產(chǎn)出高質(zhì)量、高性能、低成本的機械產(chǎn)品。一般認為，機械產(chǎn)品的設計成本約占產(chǎn)品總成本的5%～7%，但卻決定著占總成本60%～70%的制造成本。由產(chǎn)品質(zhì)量引發(fā)的事故中，大約一半都是因為設計不當所造成的。 很顯然，機械系統(tǒng)設計是社會所需的機械產(chǎn)品進入市場所必需的重要階段。當今國際市場的競爭，很大程度上是產(chǎn)品的設計與制造和管理等綜合水平的競爭。 就機械系統(tǒng)而言，設計是一種綜合的過程，通常與分析的行為相對應，如圖1-6所示。所以，對設計研究人員而言，不管是開展機械系統(tǒng)的分析研究工作，還是從事機械系統(tǒng)的設計工作，都需要對機械系統(tǒng)的設計原理和方法、機械系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和制造過程，以及機械系統(tǒng)的特性等有深入的了解和全面的掌握。 圖1-6 設計與分析的對應關(guān)系
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