機械系統(tǒng)設(shè)計第章機械系統(tǒng)的方案設(shè)計與總體設(shè)計

1、機械系統(tǒng)設(shè)計(shj)制造(zhzo)銷售內(nèi)部(nib)設(shè)計外部設(shè)計計劃研究計劃書、設(shè)計任務(wù)書調(diào)查研究可行性研究系統(tǒng)計劃可行性報告系統(tǒng)開發(fā)計劃書工作圖設(shè)計技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)分析系統(tǒng)分解初步設(shè)計、方案設(shè)計鑒定和評審定型設(shè)計小批試制改進設(shè)計樣機鑒定和評審樣機試制銷售第二章 機械系統(tǒng)的方案設(shè)計與總體設(shè)計 第一節(jié) 機械系統(tǒng)的方案設(shè)計看課本P16表1-1第一頁，共111頁。階段步驟方法主 要 指 導(dǎo) 理 論產(chǎn)品規(guī)劃設(shè)計方法預(yù)測技術(shù)設(shè)計方法學(xué)技術(shù)預(yù)測理論市場學(xué)信息學(xué)信息集約可行性報告、設(shè)計要求項目表產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)預(yù)測調(diào)研可行性分析明確任務(wù)要求第二頁，共111頁。階段步驟方法主 要 指 導(dǎo) 理 論原理方案設(shè)計系統(tǒng)化

2、設(shè)計法創(chuàng)造技法評價決策方法系統(tǒng)工程學(xué)形態(tài)學(xué)創(chuàng)造學(xué)思維心理學(xué)決策論模糊數(shù)學(xué)總功能分析原理參數(shù)表、方案原理圖功能分解功能載體組合功能原理方案(多個)功能元求解原理試驗評價決策最優(yōu)原理方案第三頁，共111頁。階段步驟方法主要指導(dǎo)理論技術(shù)設(shè)計價值設(shè)計優(yōu)化設(shè)計可靠性設(shè)計宜人性設(shè)計產(chǎn)品造型設(shè)計系列化設(shè)計機械性能設(shè)計工藝性設(shè)計自動化設(shè)計價值工程學(xué)最優(yōu)化方法、工程遺傳算法可靠性理論與實驗人機工程學(xué)工業(yè)美學(xué)模塊化設(shè)計、相似理論有限元法、動態(tài)設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、高等機構(gòu)學(xué)機械設(shè)計的工藝基礎(chǔ)控制理論、智能工程、人工神經(jīng)元計算方法、專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案(多個)結(jié)構(gòu)價值分析試驗?zāi)Ｐ驮囼灴傮w設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計造型設(shè)計造型價值分析外觀

3、方案(多個)評價決策評價決策最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)造型方案最優(yōu)技術(shù)設(shè)計方案總體布置圖、裝配草圖、技術(shù)文件總體效果圖、外觀效果模型第四頁，共111頁。階段步驟方法主要指導(dǎo)理論施工設(shè)計各種制造、裝配、造型、裝飾、檢驗等方法各種工藝學(xué)批量生產(chǎn)銷售零件工作圖外觀件加工工藝、面飾工藝規(guī)程部件裝配圖效果圖、檢驗標準技術(shù)文件造型工藝文件試制修改批量生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)用戶訪問計算機輔助制造(zhzo)反饋(fnku)控制法第五頁，共111頁。機械系統(tǒng)設(shè)計制造銷售內(nèi)部設(shè)計外部設(shè)計計劃工作圖設(shè)計技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)分析系統(tǒng)分解初步設(shè)計、方案設(shè)計鑒定和評審第六頁，共111頁。 方案設(shè)計是一個創(chuàng)造性思維的過程，在進行方案設(shè)計時，重要的是

4、要創(chuàng)新，在制定方案時采用新原理(yunl)、新技術(shù)、新機構(gòu)、新工藝，這樣才能設(shè)計出有突破性的新產(chǎn)品。 方案設(shè)計是機械系統(tǒng)設(shè)計第三階段，也是內(nèi)部設(shè)計階段要做的第一項工作。它是機械系統(tǒng)設(shè)計的核心環(huán)節(jié)，方案設(shè)計是保證設(shè)計水平和質(zhì)量的重要工作，在很大程度上決定(judng)了機械系統(tǒng)設(shè)計的成敗。方案設(shè)計的內(nèi)容(nirng)包括： (1)研究給定的設(shè)計任務(wù)，對機械產(chǎn)品的功能進行分析和分解； (2)提出實現(xiàn)功能的工藝原理；(3)確定技術(shù)過程，引進技術(shù)系統(tǒng)；(4)分析結(jié)構(gòu)布局，擬定設(shè)計方案； (5)綜合評價設(shè)計方案，找出最佳方案。 第七頁，共111頁。一、研究給定(i dn)的設(shè)計任務(wù) 方案設(shè)計之前，已經(jīng)接

5、到了設(shè)計任務(wù)書，明確了設(shè)計任務(wù)、目的和要求，搞清了外部系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)之間的相互作用和影響，提出了可行性報告，制定了系統(tǒng)開發(fā)(kif)的計劃。 在系統(tǒng)開發(fā)計劃書中說明了對設(shè)計的各項要求，但這些要求尚未實現(xiàn)，其中(qzhng)有不確定的，過高或過低的，甚至有些是相互矛盾的。 設(shè)計人員要仔細研究設(shè)計任務(wù)，對各項要求逐個分析，明確核心要求和約束條件，提出修改、補充和完善的建議，對相互矛盾的要求提出兩方面都可兼顧的折衷的解決辦法。T2T1，n2n1能量不滅定理系統(tǒng)T1n1T2n2第八頁，共111頁。二、設(shè)計(shj)任務(wù)的抽象化（是一種“思維方式和工作方法”） 思維可以有思維定勢和創(chuàng)造性思維。其中思維定

6、勢是扼殺創(chuàng)造發(fā)明的殺手，是“懶漢”的思維方法(fngf)，有意識地破除它，會有許多發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。1 0 0 04 01 01 0 0 02 01 0 0 01 0 0 03 0+?1 4 4 9 91+?第九頁，共111頁。 創(chuàng)造性思維則是創(chuàng)作發(fā)明的基礎(chǔ)。發(fā)明有原創(chuàng)性發(fā)明和組合式發(fā)明，原創(chuàng)性發(fā)明是指在原理上具有新突破的發(fā)明，對于世界和人類來講具有一定的難度，是比較少見的。而我們所聽到的發(fā)明多數(shù)都屬于組合式發(fā)明，也就是在成熟理論的基礎(chǔ)上，進一步的改進(gijn)和完善，從而得到一種新的技術(shù)和理論。 總之(zngzh)，思維定勢是懶漢的思維方式，有意識的破除他，我們會有更多的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。 面對一個設(shè)

7、計任務(wù)，有經(jīng)驗的設(shè)計人員馬上可提出一些設(shè)計方案，這雖然可加快設(shè)計速度，但由于受到個人經(jīng)驗和所掌握資料的限制(xinzh)，在思維定勢作用下，使設(shè)計方案缺乏創(chuàng)造性和創(chuàng)新性。第十頁，共111頁。 任何機械系統(tǒng)都可以看成(kn chn)是實現(xiàn)某種能量流、物料流和信息流傳遞和轉(zhuǎn)化的裝置。化學(xué)能熱能機械能內(nèi)燃機能量流包裝機械包裝容器包裝物件包裝后成品包裝機械物料流照相機光強信號圖像信號光圈電機信號調(diào)整電機控制信號傻瓜照相機信息流例如(lr)：第十一頁，共111頁。 在一些(yxi)較復(fù)雜的機械系統(tǒng)中，能量流、物料流和信息流都存在，如自走式合物聯(lián)合收獲機。 第十二頁，共111頁。 從這個意義上講，機械系統(tǒng)

8、可抽象為：實現(xiàn)(shxin)輸入的能量、物料、信息和輸出的能量、物料、信息轉(zhuǎn)化的函數(shù)關(guān)系的機械裝置?？杀硎救缦拢?機 械 裝 置（待定的技術(shù)(jsh)系統(tǒng)） （黑箱）物料(w lio)能量信息物料能量信息來自外界的影響輸 入對外界的影響輸 出 在方案設(shè)計的初期，把要設(shè)計的機械系統(tǒng)看成只知道輸入量、輸出量以及與外界的相互影響的“黑箱”，“黑箱”內(nèi)部是全然不知待定的技術(shù)系統(tǒng)，這就是設(shè)計任務(wù)抽象化的方法。 用“黑箱”抽象地表示技術(shù)過程，不需要事先涉及具體的解決方法，就可以知道機械系統(tǒng)的基本功能和約束條件：基本功能為物料、能量、信息的傳遞和轉(zhuǎn)化，約束條件表現(xiàn)為內(nèi)、外部系統(tǒng)的相互作用和相互影響。這樣可以

9、突出設(shè)計中的主要矛盾，明確設(shè)計追求的主要目標，明確影響產(chǎn)品性能的主要因素；避免設(shè)計者受一些框文的約束。 第十三頁，共111頁。 確定“黑箱”作業(yè)對象（物料、能量(nngling)、信息）轉(zhuǎn)化的工藝原理，是打開“黑箱”的先決條件。 三、確定(qudng)工藝原理（“黑箱”變成“玻璃箱”） 所謂工藝原理(yunl)是指自然科學(xué)中各種定理、定律、原理(yunl)及效應(yīng)的具體應(yīng)用。 表示機械系統(tǒng)的“黑箱”建立以后，打開“黑箱”， 實現(xiàn)“黑箱”的透明化就成為了主要工作。第十四頁，共111頁。對于作業(yè)對象的一種轉(zhuǎn)化，可以采用(ciyng)不同的工藝原理。 以齒輪齒廓曲線(qxin)的切制為例，將齒輪坯變?yōu)?/p>

10、齒輪，可以有不同的轉(zhuǎn)化： 可采用仿形法，在銑床上用銑刀銑削，用分度頭分度； 也可用范成法，在滾齒機、插齒機或刨齒機上用專用刀具滾削、插削或刨削加工。齒輪(chln)加工范成原理仿形原理剃齒插齒滾齒第十五頁，共111頁。 采用不同的工藝原理，就會設(shè)計(shj)出不同的機械系統(tǒng)，它們的性能和經(jīng)濟效益各不相同。 切斷(qi dun)作物桔桿沖擊搓擦 使谷粒( l)和谷穗分離滾壓篩分、振動、重力、氣流使谷粒、莖桿、穎殼雜物分離 在聯(lián)合收割機的機械系統(tǒng)中，采用了多種工藝原理，工作過程中完成了多次轉(zhuǎn)化，設(shè)計的關(guān)鍵則是不同工藝原理的組合與連接，以及它們之間的適應(yīng)性與相容性。 作業(yè)對象的簡單轉(zhuǎn)化，可以只采用一

11、個工藝原理就完成；但作業(yè)對象的復(fù)雜轉(zhuǎn)化，往往要采用多種工藝原理經(jīng)多次轉(zhuǎn)化才能完成。以谷物聯(lián)合收割機為例，它的工藝原理可用下圖所示：第十六頁，共111頁。四、確定(qudng)技術(shù)過程 技術(shù)過程是按選定的工藝原理(yunl)，確定作業(yè)對象轉(zhuǎn)化的流程，規(guī)定每一個轉(zhuǎn)化程序的相應(yīng)功能要求。技術(shù)過程的一般模式如下圖。第十七頁，共111頁。 下圖是根據(jù)工藝原理圖畫(thu)出的自走式聯(lián)合收獲機的技術(shù)過程主流程圖。 技術(shù)過程的主線是作業(yè)對象（物料）的轉(zhuǎn)化，用雙線箭頭表示(biosh)，在轉(zhuǎn)化過程中，不斷有物料、能量和信息的支持和補充，要產(chǎn)生許多輔助功能，如要解決各轉(zhuǎn)化程序間的連接和支承問題，要解決檢測、操縱

12、、調(diào)整和控制的問題。技術(shù)過程是若干個分過程和工序(gngx)組合而成的復(fù)合過程。谷物 扶持谷物莖桿 切斷谷物莖桿 脫 粒長莖桿圖2-4 自走式谷物聯(lián)合收獲機的技術(shù)過程流程方框圖清選篩分氣流振動雜余（斷穗）等復(fù)脫谷粒短莖桿輕混合物（穎殼、灰塵）等等第十八頁，共111頁。 對設(shè)計對象的目標和要求不同，技術(shù)系統(tǒng)的組成、相應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)邊界的劃分就不相同(xin tn)；即便是設(shè)計對象的目標和要求相同(xin tn)，由于設(shè)計者的著眼點不同，技術(shù)系統(tǒng)及系統(tǒng)邊界劃分也會有較大差別。五、引進技術(shù)系統(tǒng)(xtng)并確定系統(tǒng)(xtng)邊界技術(shù)系統(tǒng)是實現(xiàn)技術(shù)過程各項轉(zhuǎn)化(zhunhu)的人為系統(tǒng)。 技術(shù)

13、過程中作業(yè)對象的轉(zhuǎn)化，有一些是完全靠機械系統(tǒng)來完成的，而有一些是在人的參與下完成的。良好的技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)是機械系統(tǒng)與人的完美結(jié)合。 以洗衣機為例，對人的參與程度要求不同，可設(shè)計出全自動、半自動和非自動的洗衣機；就全自動洗衣機而言，由于設(shè)計者的著眼點不同，可設(shè)計出立式和臥式洗衣機，它們各有優(yōu)缺點。 引進技術(shù)系統(tǒng)就是根據(jù)技術(shù)過程的要求，確定機械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和功能載體的組合。(一)引進技術(shù)系統(tǒng)引進技術(shù)系統(tǒng)一般分兩步進行：1確定機械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu) 功能是機械系統(tǒng)的屬性，是機械系統(tǒng)價值的體現(xiàn)。機械系統(tǒng)的功能表現(xiàn)為可以實現(xiàn)物料、能量、信息的傳遞和轉(zhuǎn)化。第十九頁，共111頁。洗 衣 機（黑 箱）地基濕度溫度噪

14、聲振動信息能量洗滌劑清水臟衣物顯示信號驅(qū)動能臟水干凈衣物洗衣機的黑箱(hi xin)示意圖 機械系統(tǒng)的功能往往(wngwng)有多種形式，為便于分析和研究，應(yīng)進行功能分解。第二十頁，共111頁。 可以用樹狀圖像模型功能(gngnng)圖形象地表達功能(gngnng)分解的結(jié)果： 能量運動傳遞轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)速控制時間控制雙向旋轉(zhuǎn)單向旋轉(zhuǎn)波輪旋轉(zhuǎn)攪動衣物和水聯(lián)接與支承能量供應(yīng)與轉(zhuǎn)換排水甩干脫水旋轉(zhuǎn)控制添加洗滌劑容納衣物和水臟衣物(yw)的洗滌 洗衣機，它的總功能是洗滌臟衣物。對總功能進行(jnxng)分解，可得出如下一些分功能：容納衣物和水、添加洗滌劑、攪動衣物和水，控制旋轉(zhuǎn)方向、時間和速度，甩干衣物

15、上的水，排出臟水，能量供應(yīng)、轉(zhuǎn)化和傳遞、聯(lián)接與支承等。 第二十一頁，共111頁。 功能(gngnng)載體是實現(xiàn)功能(gngnng)轉(zhuǎn)化的實體結(jié)構(gòu)。同一功能(gngnng)轉(zhuǎn)化，可找出不同的功能(gngnng)載體。如傳遞回轉(zhuǎn)運動這一功能(gngnng)轉(zhuǎn)化，可采用摩擦輪傳動、帶傳動、齒輪傳動、鏈傳動、蝸桿傳動等功能(gngnng)載體。 功能分解是在系統(tǒng)(xtng)分解的基礎(chǔ)上進行的。對各子系統(tǒng)(xtng)的功能可逐項分解，直到得到不能再分解的功能元為止。功能元是指有確定(qudng)功能的不可再分解的單元功能。進行功能分解的要注意以下兩點： (1)總功能的分解程度以能找到相應(yīng)的技術(shù)物理效應(yīng)

16、和功能載體來實現(xiàn)該功能為依據(jù)；(2)同級功能的組合應(yīng)能滿足上級功能的要求。 技術(shù)物理效應(yīng)是將物理學(xué)原理通過一定的結(jié)構(gòu)形式，在工程技術(shù)上加以應(yīng)用。按樹狀功能圖還可以作出功能結(jié)構(gòu)圖。如洗衣機的功能結(jié)構(gòu)圖如下： 第二十二頁，共111頁。洗衣機的功能結(jié)構(gòu)圖 聯(lián)接與支承能量轉(zhuǎn)換能量傳遞能量攪動臟衣物和水容納臟衣物和水排水甩干洗滌劑洗滌劑臟衣物水臟水干凈衣物信息控制決策調(diào)整定時方向、速度、時間選擇顯示信號第二十三頁，共111頁。 從樹狀功能圖可看出功能分解的過程，從功能結(jié)構(gòu)(jigu)圖可看出各項功能元以及分功能之間的結(jié)構(gòu)(jigu)關(guān)系。 由洗衣機的樹狀功能圖和功能結(jié)構(gòu)圖可以看出洗衣機具有的主要分功能：

17、容納衣物和水（A）、攪動衣物和水（B）、運動傳遞（C）和控制（D），通過(tnggu)對各個分功能尋找功能載體，便可以做出洗衣機相應(yīng)的形態(tài)學(xué)矩陣（用其來表示所有可能組成的總體方案）。電腦(dinno)自控機械定時人工控制齒輪傳動帶傳動超聲波電磁振蕩機械摩擦陶瓷桶玻璃鋼桶塑料桶金屬桶D（控制）C（運動傳遞）B（洗滌原理）A（容納衣物水）4321功能載體分功能洗衣機的形態(tài)學(xué)矩陣理論上可組合出技術(shù)方案：N=4323=72 第二十四頁，共111頁。下圖是材料(cilio)試驗機的功能結(jié)構(gòu)圖的制作過程： 材料試驗機的總功能為：利用力和變形的關(guān)系(gun x)，檢驗試件的力學(xué)性能。建立(jinl)材料試驗

18、機的“黑箱”示意圖：材料試驗機（黑箱）a）材料試驗機的“黑箱”示意圖加載能量試件信號變形試件變形能變形信號力信號噪聲振動溫度風力 在材料試驗機的“黑箱”示意圖中，有3個輸入元素：加載能量、試件和信號；有4個輸出元素：變形能、變形試件、力信號和變形信號，內(nèi)、外系統(tǒng)間有相互作用和影響。第二十五頁，共111頁。b）材料試驗機的功能分解圖建立(jinl)材料試驗機的功能分解圖（初步簡單的功能結(jié)構(gòu)圖）：通過功能分解(fnji)，可以把材料試驗機的總功能分解(fnji)成4個主要的分功能：把能量轉(zhuǎn)換(zhunhun)為力和位移；試件加載；測力；測變形。能量轉(zhuǎn)換為力和位移控制信號加載能量試件加載試件變形能變

19、形后的試件測變形變形信號測力力信號第二十六頁，共111頁。b）材料試驗機的功能分解圖能量轉(zhuǎn)換為力和位移控制信號加載能量試件加載試件變形能變形后的試件測變形變形信號測力力信號建立材料試驗機的完善(wnshn)的功能結(jié)構(gòu)圖：c）材料(cilio)試驗機的功能結(jié)構(gòu)圖通過增加分功能(gngnng)來進一步完善材料試驗機的功能(gngnng)結(jié)構(gòu)：調(diào)節(jié)能量的大小；裝卡試件試件加載變形能變形后試件試件調(diào)節(jié)能量大小加載能量控制信號能量轉(zhuǎn)換為力和位移各測量值的放大；比較標準值和實際值。測量值放大測力測變形力信號變形信號比較標準值和實際值輔助能量標準量試件加載前要裝卡；第二十七頁，共111頁。b）材料試驗機的功

20、能分解圖能量轉(zhuǎn)換為力和位移控制信號加載能量試件加載試件變形能變形后的試件測變形變形信號測力力信號材料試驗機的功能結(jié)構(gòu)圖裝卡試件試件加載變形能變形后試件試件調(diào)節(jié)能量大小加載能量控制信號能量轉(zhuǎn)換為力和位移測量值放大測力測變形力信號變形信號比較標準值和實際值輔助能量標準量第二十八頁，共111頁。 經(jīng)過功能分解后，一項總功能被分解成一系列分功能或功能元，與相應(yīng)的技術(shù)(jsh)物理效應(yīng)及功能載體相對應(yīng)，得到功能分解圖和功能結(jié)構(gòu)圖。 對于像自走式聯(lián)合收割機等結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜的機械產(chǎn)品，要用一張圖表示它的功能結(jié)構(gòu)，不僅繪制困難，而且(r qi)看起來也顯得雜亂無章。這時可把機械系統(tǒng)分解成幾個子系統(tǒng)，如把谷物聯(lián)合

21、收獲機分解成：收割系統(tǒng)、脫粒系統(tǒng)、清糧系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、支承系統(tǒng)等8個子系統(tǒng)，分別畫出各子系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖，這樣可使復(fù)雜的問題簡化。 在繪制子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖時，可與功能相當?shù)臋C械系統(tǒng)作比較。對谷物聯(lián)合收獲機的子系統(tǒng)，收割系統(tǒng)與收割機，脫粒系統(tǒng)與脫粒機，清糧系統(tǒng)與清選機、行走系統(tǒng)與拖拉機汽車(qch)作對比。 用形態(tài)學(xué)方法建立形態(tài)學(xué)矩陣，可找出所有的組合方案。在做這項工作時，要集思廣義，廣開言路，避免犯偏聽偏信、先入為主、主觀片面的錯誤。 2功能載體的組合實現(xiàn)一項功能往往可采用多種功能載體，這就是機械系統(tǒng)設(shè)計的多解性。 對機械系統(tǒng)按功能進行分解，對分解出的每一項功能找

22、到可行的功能載體，將這些功能載體組合起來，就得到了機械系統(tǒng)一系列的總體方案。第二十九頁，共111頁。以行走式挖掘機為例，說明機械系統(tǒng)技術(shù)(jsh)方案確定的過程： 位置1的物料 位置2的物料能量 驅(qū)動能信息顯示信號噪聲廢氣振動溫度濕度道路 行走式挖掘機 （黑箱）行走式挖掘機的黑箱示意圖 1）作出行走(xngzu)式挖掘機的“黑箱”示意圖。由圖可表明機械系統(tǒng)的互動(h dn)能量；物料的取、移、放；環(huán)境對它的約束條件。第三十頁，共111頁。行走式挖掘機的功能結(jié)構(gòu)圖 2）功能(gngnng)分解：行走式挖掘機有3個基本功能(gngnng)：挖取物料、移動物料和堆放物料，作出該機的功能(gngnng

23、)結(jié)構(gòu)圖。移物C（挖掘機移動）放物傳動D（挖掘斗運動）驅(qū)動能顯示信號信號能量移物傳動B（將動力傳動至行走裝置）驅(qū)動能顯示信號信號能量取物傳動D（挖掘斗的運動）驅(qū)動能顯示信號信號能量放物E（堆放）（位置2）物料取物E（挖取）（位置1）物料 由功能結(jié)構(gòu)圖可看出，行走式挖掘機有5項分功能：動力源(A)、移位傳動(B)、移物(C)、取物傳動(D)、取放物(E)(取物、放物合二為一，用一個功能載體實現(xiàn))。找出各分功能可行(kxng)的功能載體，就可以作出挖掘機的形態(tài)學(xué)矩陣。 第三十一頁，共111頁。方案(fng n)總數(shù)：N=ABCDE=65443=1440鉗式斗抓斗挖斗液壓缸傳動(chundng)氣缸

24、(q n)傳動繩傳動拉桿氣墊履帶輪胎軌道及車輪液力耦合器鏈傳動帶傳動蝸桿傳動齒輪傳動氣動馬達液動機透平機柴油機汽油機電動機挖掘機的形態(tài)學(xué)矩陣E(取放物)D(取放物傳動)C(移位)B(移物傳動)A(動力源)654321功能載體分功能A3 +B4+C3+D2+E1履帶式挖掘機柴油機 鏈傳動 履帶 繩傳動 挖斗 3）作出挖掘機的形態(tài)學(xué)矩陣：第三十二頁，共111頁。液動機(dngj) 液力耦合器 輪胎 液壓缸傳動 抓斗 A3 +B4+C3+D2+E1履帶式挖掘機柴油機 鏈傳動 履帶(ldi) 繩傳動 挖斗A5+B5 + C2+ D4+ E2液壓輪胎式挖掘機 對那些合理的可行方案，應(yīng)進行綜合評價?？蓮奈?/p>

25、理學(xué)相容原理、技術(shù)(jsh)經(jīng)濟效益、功率、速度、尺寸等功能參數(shù)方面，對這些方案進行復(fù)核、檢驗、評審，從中找出幾個較好的方案。 對于像自走式聯(lián)合收獲機這類比較復(fù)雜的機械產(chǎn)品，如果對整機采用一個形態(tài)學(xué)矩陣，就過于龐大了，這時可分別建立各子系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)矩陣，考慮各子系統(tǒng)的方案，然后再綜合成整個機械產(chǎn)品的方案。 通過形態(tài)學(xué)矩陣得到的某一些方案，可能沒有實際意義，甚至有一些功能載體無法匹配，所以應(yīng)首先舍去那些不合理或沒有實際意義的方案。第三十三頁，共111頁。思考題：1、舉例說明什么是“黑箱”，為什么要把待定的設(shè)計對象抽象為“黑箱”，從“黑箱”圖中可以看出什么問題。2、舉例說明怎么針對設(shè)計對象確定工藝

26、原理，技術(shù)過程和尋找功能載體。3、以你最熟悉的機械產(chǎn)品為例，說明機械系統(tǒng)方案設(shè)計的方法，要求畫出“黑箱”示意圖，樹狀功能圖，功能結(jié)構(gòu)圖和形態(tài)學(xué)矩陣(j zhn)，并且組合可能的方案。第三十四頁，共111頁。 外部環(huán)境的溫度、濕度、塵埃、振動、噪聲、外部輸入能量的穩(wěn)定性等因素，都會影響或干擾技術(shù)過程的轉(zhuǎn)化；同樣，技術(shù)過程的轉(zhuǎn)化也會影響外部環(huán)境。是否對這些影響和干擾進行控制，就涉及到系統(tǒng)(xtng)的邊界。 (二)確定系統(tǒng)(xtng)邊界 系統(tǒng)邊界是技術(shù)系統(tǒng)功能范圍的界限，即內(nèi)部(nib)系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的分界。 1人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度 人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度涉及到操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的功能。有許多分功

27、能如機床加工機械零件時，被加工工件的定位、夾緊、移位、調(diào)整和測量等分功可以由人完成也可由機械系統(tǒng)完成。人和機械系統(tǒng)的不同分工，就體現(xiàn)了機械系統(tǒng)的機械化和自動化程度，人參與程度不同，機械系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本也不相同。2外部系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)的相互影響確定系統(tǒng)的邊界時應(yīng)考慮下面兩個因素： 人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度； 外部系統(tǒng)與內(nèi)部系統(tǒng)的相互作用和影響。第三十五頁，共111頁。例如： 普通轎車和越野車，外部環(huán)境道路不同，要求內(nèi)部系統(tǒng)車的適應(yīng)性不同，要求操縱系統(tǒng)不同，越野車要能適應(yīng)較為(jio wi)惡劣的外部環(huán)境。 造紙設(shè)備，對外部環(huán)境的影響污水，要經(jīng)過處理以后才能排放，因此要把污水處理放到系統(tǒng)之內(nèi)，這就是

28、系統(tǒng)邊界問題。第三十六頁，共111頁。六、確定(qudng)基本結(jié)構(gòu)布局 技術(shù)方案確定后，功能載體的組合關(guān)系就明確了，但結(jié)構(gòu)元件在空間的相互位置還可以進行不同的處理，即相同的功能載體關(guān)系，可以構(gòu)成(guchng)不同的結(jié)構(gòu)布局。 第三十七頁，共111頁。發(fā)動機A后置(hu zh)；駕駛臺B在發(fā)動機前側(cè)、左方(zu fn)；糧箱C前置(qin zh)；脫粒機頂蓋D在糧箱C下方。優(yōu)點：對發(fā)動機尺寸沒有限制，駕駛員工作條件好，保養(yǎng)空間大，適合布置尺寸大的發(fā)動機。結(jié)構(gòu)特點：缺點：檢查保養(yǎng)發(fā)動機，需從尾部爬上頂蓋，不方便；糧箱尺寸受限制，不能太大。第三十八頁，共111頁。發(fā)動機A前置(qin zh)；駕

29、駛臺B在糧箱C的前方(qinfng)、發(fā)動機左側(cè)；脫粒機頂蓋D在糧箱C下方(xi fn)。優(yōu)點：發(fā)動機靠近駕駛臺，保養(yǎng)維護發(fā)動機方便；糧倉容積可以較大。結(jié)構(gòu)特點：缺點：發(fā)動機尺寸受限制，駕駛員受發(fā)動機影響，有振動、噪聲和高溫。第三十九頁，共111頁。發(fā)動機A后置(hu zh)；糧箱C位于(wiy)發(fā)動機A與駕駛臺B之間；脫粒機頂蓋D在糧箱C下方(xi fn)。優(yōu)點：發(fā)動機尺寸不受限制，駕駛員工作條件好，保養(yǎng)空間大；由于糧箱C的隔離作用，發(fā)動機的振動、噪聲和高溫對駕駛員影響較小。結(jié)構(gòu)特點：缺點：保養(yǎng)發(fā)動機要從側(cè)面或后面爬上，較困難。駕駛臺B前置；第四十頁，共111頁。 2）短頭式：發(fā)動機一小部分

30、伸入駕駛室之下。 優(yōu)點：可以改善駕駛員的視野，減小軸距和車的長度，改善機動性，減輕自重。 缺點(qudin)：發(fā)動機保養(yǎng)不方便，發(fā)動機工作產(chǎn)生的噪聲、振動和高溫對駕駛員有影響。載重汽車的發(fā)動機與駕駛室相對位置有3種三種方案(fng n)（型式）： 1）長頭式：駕駛室在發(fā)動機之后。 優(yōu)點(yudin)：保養(yǎng)發(fā)動機方便； 缺點：駕駛員的視線受影響，車輛的軸距和長度較大，機動性不好，自重較大。 3）平頭式：發(fā)動機在駕駛室之下。 優(yōu)點：駕駛員視野開闊，車輛的軸距和長度小，機動性好，自重輕。 缺點：保養(yǎng)發(fā)動不方便，駕駛員受發(fā)動機工作產(chǎn)生的噪聲、振動、高溫的影響，另外，發(fā)生撞車后對司機保護不利。 第四十一

31、頁，共111頁。 1）發(fā)動機前置：發(fā)動機在車箱之前。優(yōu)點：操縱簡單，發(fā)動機冷卻條件好，保養(yǎng)維修方便。缺點：車箱里噪聲大，有油煙味和熱氣，車輛的面積(min j)利用較差。大型客車(kch)發(fā)動機與車箱的相對位置有3種方案： 2）發(fā)動機中置：發(fā)動機在車箱中下方。 優(yōu)點：車內(nèi)噪聲小，條件好，乘坐舒適，駕駛員視野開闊。 缺點：發(fā)動機保養(yǎng)維修困難，冷卻(lngqu)防塵難，地板高度也不易降低。 3）發(fā)動機后置：發(fā)動機在車箱之后，橫置或者縱置。 優(yōu)點：車內(nèi)噪聲小，條件好，乘坐舒適，車廂內(nèi)地板平坦，駕駛員視野開闊。 缺點：發(fā)動機冷卻不好解決，散熱條件差，操縱困難。行進中車尾負壓及車輪灰塵，使進氣環(huán)境惡化，

32、后橋易超載。第四十二頁，共111頁。七、方案(fng n)評價（自學(xué)(zxu)）第四十三頁，共111頁。例4：四工位專用機床 四工位專用機床是在四個工位上分別完成工件的裝卸、鉆孔、擴孔、鉸孔工作的專用加工設(shè)備。機床的執(zhí)行動作有兩個：一是裝有工件的回轉(zhuǎn)工作臺的間歇轉(zhuǎn)動(zhun dng)；二是裝有三把專用刀具的主軸箱的往復(fù)移動（刀具的轉(zhuǎn)動(zhun dng)由專用電機驅(qū)動）。兩個執(zhí)行動作由同一臺電機驅(qū)動，工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)和主軸箱往復(fù)運動機構(gòu)按動作時間順序分支并列，組合成一個機構(gòu)系統(tǒng)。 第四十四頁，共111頁。加工孔，如下(rxi)圖。材料：HT200裝拆工件 鉆底孔(d kn) 擴孔 鉸孔（工位）

33、 （工位） （工位） （工位） 該機床技術(shù)成熟，設(shè)計(shj)任務(wù)抽象化、確定工藝原理、確定技術(shù)過程就省略了。第四十五頁，共111頁。一、設(shè)計要求和主要參數(shù)1.對主軸箱移動A3的要求原始距離S=65mm快速送進：慢進切削： （據(jù)材料(cilio)、工藝等確定該數(shù)據(jù)） 快速退回： 2.對刀具切削運動的要求刀具轉(zhuǎn)速：n（刀）=？r/min(由工藝員定）刀具移動速度V（刀）=3.工件裝拆時間10s（否則裝拆來不及）4.生產(chǎn)率：由生產(chǎn)量和機床數(shù)量決定。理論生產(chǎn)率： 件/小時5.原動機為Y系列電動機，裝在機體之內(nèi)，執(zhí)行構(gòu)件露在外面。 第四十六頁，共111頁。二、功能(gngnng)結(jié)構(gòu)圖第四十七頁，共1

34、11頁。三、機械運動循環(huán)情況(qngkung)1.工作臺轉(zhuǎn)一圈（完成一個工件時間）周期2.工作臺回轉(zhuǎn)情況(qngkung)靜止時間： 用于裝拆工件，不轉(zhuǎn)時才能裝拆 轉(zhuǎn)動時間：轉(zhuǎn)動速度：第四十八頁，共111頁。四工位專用(zhunyng)機床運動循環(huán)圖：第四十九頁，共111頁。四、機構(gòu)選型與方案(fng n)評定 功能轉(zhuǎn)化圖如下：第五十頁，共111頁。形態(tài)學(xué)矩陣(j zhn)（五個分功能）分功能功能載體12345減速A帶傳動鏈傳動蝸桿傳動齒輪傳動擺線針輪減速B帶傳動鏈傳動蝸桿傳動齒輪傳動行星齒輪分動C齒輪傳動連續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)殚g歇轉(zhuǎn)動D圓柱凸輪式簡諧運動機構(gòu)弧面凸輪機構(gòu)曲柄搖桿-棘輪機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu)

35、槽輪機構(gòu)連續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)橐苿覧移動推桿圓柱凸輪機構(gòu)移動推桿盤形凸輪機構(gòu)擺動推桿、盤形凸輪擺動滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)六桿機構(gòu)（帶滑塊）總方案(fng n)個數(shù)：5X5x1x5x5=625個其中一個可行方案(fng n)為：A5+B1+C1+D5+E1第五十一頁，共111頁。畫機構(gòu)(jgu)運動簡圖：A5（擺線針輪傳動）+B1（帶傳動）+C1（齒輪分動）+D5（槽輪傳動）+E1（移動(ydng)推桿圓柱凸輪）第五十二頁，共111頁。思考題：4、舉例說明在確定機械系統(tǒng)邊界時應(yīng)考慮哪些因素。系統(tǒng)邊界不同對機械系統(tǒng)有什么影響。5、舉例說明同一技術(shù)方案可以找出不同的結(jié)構(gòu)布局。各種結(jié)構(gòu)布局的特點是什么。6、畫出四

36、工位專用機床的功能轉(zhuǎn)換圖和機構(gòu)運動簡圖。7、每位同學(xué)構(gòu)思設(shè)計一臺中、小型機器或機械裝置,要有新意(創(chuàng)新性),進行方案設(shè)計,提出其具有的結(jié)構(gòu)和功能.做出黑箱模型,確定其工藝原理、技術(shù)過程(guchng)和功能載體,畫出結(jié)構(gòu)原理簡圖.第五十三頁，共111頁。 在進行總體設(shè)計時，不僅要考慮內(nèi)部系統(tǒng)，而且(r qi)要考慮內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的聯(lián)系，使內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)相協(xié)調(diào)和適應(yīng)，以求設(shè)計得更加完善。第二節(jié) 機械系統(tǒng)的總體設(shè)計一、總體設(shè)計的內(nèi)容(nirng) 1總體布置設(shè)計； 2確定主要(zhyo)的總體參數(shù)； 3繪制總體設(shè)計圖樣； 4編制總體設(shè)計報告及技術(shù)說明書等文件。 總體設(shè)計是機械系統(tǒng)設(shè)計第3階

37、段內(nèi)部設(shè)計階段的主要部分，是以后進行系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計的依據(jù)。總體設(shè)計對機械的性能、尺寸、外形、質(zhì)量及生產(chǎn)成本具有重大影響?？傮w設(shè)計必須在方案設(shè)計基礎(chǔ)上進行。第五十四頁，共111頁。(一)總體(zngt)布置設(shè)計的基本要求(7個方面) 二、總體(zngt)布置設(shè)計機械系統(tǒng)總體布置設(shè)計的目的(md)是確定各零、部件的相互位置和運動關(guān)系。 在進行總體布置設(shè)計時，不僅要考慮內(nèi)部因素，還要考慮人與機械、機械與環(huán)境的關(guān)系等外部因素，按簡單、合理、經(jīng)濟的原則進行機械系統(tǒng)的總體布置。 機械系統(tǒng)總體布置的順序：先布置執(zhí)行系統(tǒng)，再布置傳動、操縱及支承系統(tǒng)等，最后布置動力和控制系統(tǒng)。要從粗到細，由簡而繁，經(jīng)多次反復(fù)修改

38、，才能最后確定。 機械系統(tǒng)各零部件布置得合理與否，對機械系統(tǒng)的工藝過程有很大影響，對工作條件較惡劣,工作狀況較復(fù)雜的機械系統(tǒng)影響更大。1保證工藝過程的連續(xù)和流暢 保證機械系統(tǒng)內(nèi)部的能量流、物料流和信息流的流動途徑合理，各零部件運動時不產(chǎn)生干涉，使機械系統(tǒng)的工藝過程連續(xù)和流暢，是對機械系統(tǒng)總體布置的首要要求。第五十五頁，共111頁。 有些機械系統(tǒng)完成(wn chng)不同作業(yè)，有多種工作狀況，質(zhì)心位置會發(fā)生變化，此時應(yīng)考慮最危險狀況，必要時要留出加配重的位置。 以谷物聯(lián)合收獲機為例，從谷物被割倒到進入脫粒滾筒，直至谷粒進入糧箱，桔桿、穎殼及其它雜物(z w)排出，都應(yīng)運行連續(xù)流暢，不能堵塞和斷擋

39、。 又如載重汽車，若貨箱與駕駛室后壁間的距離太小，當汽車緊急制動時，由于慣性會引起(ynq)兩者相互撞擊或摩擦。2降低質(zhì)心高度，減小偏置 為保證機械系統(tǒng)能平衡、穩(wěn)定地工作，就應(yīng)當盡量使機械系統(tǒng)的質(zhì)心高度較低，盡量相對于支承對稱布置，這對于行走式機械和工程機械尤為重要。 因此進行總體布置設(shè)計時，零部件運動產(chǎn)生的慣性力，彈性變形以及過載變形等影響，都應(yīng)充分考慮,確保不發(fā)生運動干涉. 例如,清糧機構(gòu)中的篩子如果距發(fā)動機太近，發(fā)動機工作過程產(chǎn)生的振動會影響篩子正常工作，從而影響篩分效果。 因此在總體布置時必須驗算機器的質(zhì)心位置,控制質(zhì)心偏置量.第五十六頁，共111頁。3保證精度、剛度(n d)及抗振性

40、的要求 以機床為例，為能加工出一定精度的零件，機床車身要具有更高的幾何精度、傳動精度和動態(tài)精度。 機床的總體布置對機床的精度有較大的影響。對執(zhí)行系統(tǒng)，應(yīng)盡量使振動源遠離執(zhí)行系統(tǒng)，采用分離驅(qū)動的方法(fngf)，把電動機和變速箱、主軸箱分置，用有緩沖減振的傳動裝置將它們聯(lián)接起來，就可使振源與執(zhí)行系統(tǒng)隔開。 對機械傳動系統(tǒng)，為提高傳動精度，在總體布置時，應(yīng)合理安排傳動順序，應(yīng)簡化(jinhu)或縮短傳動鏈。 機械產(chǎn)品的剛度不足或抗振性不好，也會使機械產(chǎn)品不能正常工作，使機械產(chǎn)品的動態(tài)精度降低。 機床的床身，如果其剛度不足或抗振性不好，機床的加工精度會降低。床身用整體式鑄造結(jié)構(gòu)或框架式焊接結(jié)構(gòu)，來提

41、高其剛度和抗振性。 在總體布置設(shè)計時，不僅要解決眼前存在的問題，還應(yīng)有發(fā)展的眼光，要考慮變型設(shè)計或系列設(shè)計的可能性，要注意產(chǎn)品更新?lián)Q代的適應(yīng)性問題。如設(shè)計一臺木工鋸床，要考慮，以后可發(fā)展成能鋸、鉆、刨、銑的組合機床，在總體布置設(shè)計及傳動系統(tǒng)、機架設(shè)計上采取一些措施，是很有意義的。 4充分考慮產(chǎn)品系列化和發(fā)展的要求第五十七頁，共111頁。 以車床為例，電動機、床頭箱、溜板箱、尾座分別設(shè)計成獨立部件，將它們安裝在床身上，就做到層次分明，安裝、調(diào)試、維修、保養(yǎng)(boyng)方便。 5結(jié)構(gòu)緊湊、層次分明(cn c fn mn) 機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，可節(jié)省空間，減少零部件，提高產(chǎn)品的可靠性和經(jīng)濟性，并為總

42、體造型設(shè)計(shj)創(chuàng)造了條件。 機械產(chǎn)品布局設(shè)計層次分明，這樣便于安裝、調(diào)試、維修、保養(yǎng)。電動機電動機執(zhí)行構(gòu)件工件、刀具 以四工位專用機床為例，把電動機、傳動部件、操縱控制部件安裝在支承大件之內(nèi)，就可作到結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，外觀也較好看。第五十八頁，共111頁。6使機械系統(tǒng)操縱、維修和調(diào)整(tiozhng)方便 機械系統(tǒng)的操縱件和控制(kngzh)裝置的布置應(yīng)使操縱者感到方便舒適，減少操縱時的腦力和體力消耗。 機械系統(tǒng)的操作要符合人-機工程學(xué)，使人感到舒適(shsh)。 人機工程學(xué)是運用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等有關(guān)科學(xué)知識，研究組成人機系統(tǒng)的機器和人的相互關(guān)系，以提高整個系統(tǒng)功效的新型邊緣科學(xué)

43、。 只要是人所使用的產(chǎn)品，都應(yīng)在人機工程上加以考慮。 我們可以將它們描述為：以心理為圓心，生理為半徑，用以建立人與物之間和諧關(guān)系的方式，最大限度地挖掘人的潛能，綜合平衡的使用人的肌能，保護人體健康，從而提高生產(chǎn)率。第五十九頁，共111頁。 機械產(chǎn)品還有許多要調(diào)整的部位，在總體布置設(shè)計時，要考慮調(diào)整的方便。 如谷物聯(lián)合收獲機的脫粒滾筒與凹板間的間隙要隨作物情況及外界環(huán)境的情況變化能夠進行調(diào)整，同時還要注意使調(diào)節(jié)機構(gòu)(jgu)簡單實用，把調(diào)節(jié)部位布置在便于操作的地方。 例如，減速器外伸軸的聯(lián)軸器，設(shè)計時就注意不用拆卸聯(lián)軸器的情況下就能打開減速器的上下箱體。 在總體布置設(shè)計時，還應(yīng)考慮維修方便的要求

44、。經(jīng)常要維修的部位要布置機器的外部便于維修處。 P25圖2-6所示的谷物聯(lián)合收獲機的發(fā)動機、駕駛室、糧箱布置，發(fā)動機要經(jīng)常維修和保養(yǎng)(boyng)，一定要考慮保養(yǎng)(boyng)空間，滿足保養(yǎng)(boyng)的工作條件。第六十頁，共111頁。7外形(wi xn)美觀 機械產(chǎn)品的外觀是對用戶的第一印象，是用戶購買時要考慮的因素之一。機械產(chǎn)品的外形、色彩和表現(xiàn)特征應(yīng)符合(fh)美學(xué)原則，并要適應(yīng)產(chǎn)品的特點和銷售地區(qū)的時尚。 在總體布置上應(yīng)使各零部件的組合勻稱協(xié)調(diào)，符合(fh)一定的比例關(guān)系，前后左右的輕重關(guān)系要對稱和諧，有穩(wěn)定感和安全感，否則用戶就不敢購買。 例如起重機的外觀要給人穩(wěn)定感和安全感，否則

45、用戶不敢購買。 轎車的外形輪廓具有流線美感，用戶才喜愛。 機械產(chǎn)品的色彩要適應(yīng)產(chǎn)品的特點，比如家用電冰霜應(yīng)采用冷顏色，給人的感覺是冷和干凈，工程機械色彩要醒目。消防車采用紅色為主體，紅色有很好的注目性和遠視效果，使消防車暢行無阻。 機械產(chǎn)品的外形輪廓最好由直線或光滑的曲線構(gòu)成，要有靈感和整體感。轎車的外形輪廓在這方面的要求特別高。第六十一頁，共111頁。(二)繪制(huzh)總體布置圖 方案設(shè)計階段(jidun)，對各候選方案有時也要畫出總體布置圖。如P25圖2-6，在確定自走式谷物聯(lián)合收獲機的基本結(jié)構(gòu)布局時，就畫出了發(fā)動機、駕駛室和糧箱3種方案的布置圖，以此作為評價方案的依據(jù)。 畫總體布置圖

46、對確定機械系統(tǒng)各零部件的基本結(jié)構(gòu)、型式、配置，對系統(tǒng)的構(gòu)型設(shè)計、初步計算和運動分析都有益處。 在總體布置設(shè)計階段，要畫出相應(yīng)的總體布置圖。而總體布置圖很難一次完成，要由簡到繁、由子系統(tǒng)到整機、由草圖到正式圖逐漸完成。而在進行總體布置時，要按照“執(zhí)行系統(tǒng)傳動系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及支承形式動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)”的思路(sl)來進行。例如，對機床先布置刀具、卡具，再布置傳動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)。 總體布置圖繪制后有重要意義。利用總體布置圖不僅可以確定整機的布置型式和主要尺寸，也可以基本確定各部件的基本型式和特性參數(shù)，主要零部件的尺寸、質(zhì)量及其加工要求等影響制造成本的數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)該圖進行計算或估算，可以進行技術(shù)

47、經(jīng)濟分析。 課本P33圖2-8，為自走式谷物收獲機的總體布置圖。第六十二頁，共111頁。 當執(zhí)行系統(tǒng)中有相互聯(lián)系的多個執(zhí)行機構(gòu)時，應(yīng)盡量(jnling)將各執(zhí)行機構(gòu)的聯(lián)接件和原動件布置在一根或少數(shù)幾根軸上。例如多缸內(nèi)燃機，它有多個進排氣門機構(gòu)，把各進排氣門機構(gòu)的凸輪布置在一根軸上，既可使原動件凸輪接近執(zhí)行構(gòu)件氣門，又容易滿足各氣門間的運動關(guān)系。 總體(zngt)布置的過程：1執(zhí)行系統(tǒng)(xtng)的布置 布置執(zhí)行系統(tǒng)時應(yīng)首先確定執(zhí)行構(gòu)件的位置。例如在四工位專用機床進行總體布置時，首先把執(zhí)行構(gòu)件刀具和工件布置好。然后再布置執(zhí)行機構(gòu)的原動件和中間聯(lián)接件。布置執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)注意下面3個問題： （1）盡量減

48、少執(zhí)行機構(gòu)的運動副和構(gòu)件數(shù)目，減小構(gòu)件的幾何尺寸。 減小構(gòu)件的幾何尺寸，可減小執(zhí)行機構(gòu)的幾何尺寸。（2）使原動件盡量接近執(zhí)行構(gòu)件 減小執(zhí)行機構(gòu)的運動副和構(gòu)件的數(shù)目，可以減小因運動副磨損和構(gòu)件發(fā)生變形而造成的誤差積累，從而提高執(zhí)行機構(gòu)的運動精度。運動副越多，誤差積累越大。第六十三頁，共111頁。電動機電動機執(zhí)行構(gòu)件工件、刀具 當有外露的執(zhí)行構(gòu)件時，最好(zu ho)將執(zhí)行機構(gòu)的聯(lián)接件和原動件隱蔽布置，以提高作業(yè)的安全性。 如四工位專用機床，執(zhí)行構(gòu)件刀具和工件必須外露，而執(zhí)行機構(gòu)的聯(lián)接件和原動件都包在箱體里。 自走式谷物聯(lián)合(linh)收獲機，要把直立的谷物割倒并輸送走，執(zhí)行機構(gòu)的構(gòu)件割刀滾輪等的

49、位置應(yīng)能保證谷物傳送方便與安全。 （3）應(yīng)保證作業(yè)對象裝卡和傳送方便(fngbin)與安全 例如:四工位專用機床，在作業(yè)過程中，要經(jīng)常裝拆工件，在總體布置時，要考慮裝拆工件的方便與安全。第六十四頁，共111頁。（1）簡化(jinhu)運動鏈 在保證傳統(tǒng)系統(tǒng)功能的前提下，運動鏈越簡單，零件的數(shù)目和運動副數(shù)目就越少，材料的消耗和制造費用就越低，傳動(chundng)效率和精度、可靠度就越高。為簡化運動鏈，對要求減速比較大的傳動(chundng)系統(tǒng)，可采用少齒差行星齒輪傳動(chundng)、擺線針輪傳動(chundng)、諧波齒輪傳動(chundng)。 2傳動系統(tǒng)的布置(bzh) 傳動系統(tǒng)在機

50、械產(chǎn)品中占有重要的地位，例如在汽車拖拉機制造過程中，制造傳動系統(tǒng)的工作量占總工作量的50%以上，金屬切削機床制造過程中，占60%以上。因此，傳動系統(tǒng)的好壞，對產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟性影響很大。對機械產(chǎn)品進行總體布局設(shè)計時，布置傳動系統(tǒng)應(yīng)考慮下面3個問題： 一般情況下，機械的傳動系統(tǒng)是由一些傳動機構(gòu)組合而成，傳動機構(gòu)的先后順序?qū)鲃酉到y(tǒng)的性能影響較大。 而對于較復(fù)雜的傳動系統(tǒng)，設(shè)計時應(yīng)設(shè)法將其分解成幾條簡單的傳動鏈，分別由各自的動力機驅(qū)動。四工位專用機床采用兩臺電動機，分別驅(qū)動不同的執(zhí)行系統(tǒng)。橫梁式移動龍門銑床，有4臺電動機分別驅(qū)動4條運動鏈。（2）合理安排傳動系統(tǒng)中各機構(gòu)的順序第六十五頁，共111頁

51、。 例1：由齒輪傳動和蝸桿傳動組成的傳動系統(tǒng)，其可以組成“齒輪蝸桿”減速裝置和“蝸桿齒輪”減速裝置(按從高速級到低速(d s)級的順序命名)。試比較兩種減速裝置的性能有何差異。（1）齒輪蝸桿減速裝置(zhungzh)的傳動精度較高 設(shè)兩種傳動方案(fng n)中各零件的制造精度和參數(shù)相同，齒輪副的傳動誤差為，蝸桿副的傳動誤差為 且兩者數(shù)值比較接近。 設(shè)齒輪副的傳動比和蝸桿副的傳動比分別為：則總傳動比為： a）b）第六十六頁，共111頁。齒輪蝸桿減速裝置(zhungzh)的輸出傳動誤差為：蝸桿齒輪減速裝置的輸出傳動(chundng)誤差為：分別表示a)、b)方案減速裝置輸出的傳動誤差。、,即齒輪

52、蝸桿減速裝置的傳動誤差較小，運動精度較高。顯然 與齒輪傳動相比較，蝸桿傳動的效率要低的多，因此在齒輪副與蝸桿副組成(z chn)的傳動系統(tǒng)中，蝸桿副的傳動效率起主要作用。 （2）齒輪蝸桿減速裝置的傳動效率較低。 結(jié)論：為了提高傳動鏈的傳動精度，應(yīng)盡可能增大傳動鏈中最后一級傳動副的傳動比。高速級的傳動誤差反映到輸出運動上，被低速級的速比縮小了。第六十七頁，共111頁。蝸桿主動時，蝸桿副的嚙合(nih)效率為：蝸桿的導(dǎo)程角；蝸桿副的當量摩擦角。式中： 由公式可看出：在蝸桿導(dǎo)程角不變時，1主要(zhyo)決定于蝸桿副的當量摩擦角v。 v越大，效率1越低。當量摩擦角v與滑移速度Vs有關(guān)。對于鋼蝸桿和青

53、銅蝸輪， v與Vs的關(guān)系見機械設(shè)計(邱宣懷主編)P268表13.6。 表示傳動系統(tǒng)的效率表示齒輪副的傳動效率表示蝸桿副的傳動效率效率的乘積0.950.98是軸承效率與攪油損失蝸桿傳動的效率(xio l)主要決定于嚙合效率(xio l)1。分別為嚙合效率、攪油效率和軸承效率。第六十八頁，共111頁?；扑俣犬斄磕Σ两钱斄磕Σ料禂?shù)0.0130.0160.0220.0350.0450.0550.0800.110045055116200235309434617241052.01.00.500.100.01 由上表可看出，滑移速度Vs提高，當量(dngling)摩擦角v和當量(dngling)摩擦系數(shù)v

54、大大降低，從而嚙合效率1提高。 齒輪蝸桿減速裝置(zhungzh)，蝸桿副在低速級，而蝸桿齒輪減速裝置(zhungzh)，蝸桿副在高速級?；扑俣龋海ㄊ街衝1蝸桿轉(zhuǎn)速) 由上式可以看出：齒輪蝸桿減速裝置(zhungzh)蝸桿副的滑移速度遠低于蝸桿齒輪減速裝置(zhungzh)，從而使傳動效率較低。 第六十九頁，共111頁。 對以傳遞動力為主要要求的傳動系統(tǒng)，由于傳遞的載荷較大，應(yīng)優(yōu)先(yuxin)采用蝸桿齒輪減速裝置； （3）齒輪蝸桿減速(jin s)裝置噪聲大、承載能力低 齒輪傳動布置在高速級且懸臂布置，使其傳動噪聲大，承載能力低；而蝸桿傳動布置在低速級，滑移(hu y)速度Vs較小，在蝸桿

55、副摩擦面之間不易形成流體動壓油膜，若傳動的載荷較大，容易發(fā)生齒面膠合，同時蝸桿傳動在低速級，作用在蝸桿上的力較大，對蝸桿的剛度和強度不利，這些因素都限制了齒輪蝸桿減速裝置的承載能力。 對以傳遞運動為主要要求的傳統(tǒng)系統(tǒng)，由于對傳動精度要求較高，應(yīng)優(yōu)先采用齒輪蝸桿減速裝置。 由以上3點可得出結(jié)論：(課程設(shè)計中讓設(shè)計齒輪-蝸桿減速器是為了繪圖簡單）第七十頁，共111頁。 例2：試比較“帶齒輪(chln)鏈”減速裝置和“鏈齒輪(chln)帶”減速裝置性能的優(yōu)劣?！皫X輪鏈”減速裝置第七十一頁，共111頁?！版滮X輪帶”減速裝置第七十二頁，共111頁。 兩種減速(jin s)裝置相比較，“帶齒輪鏈”減速(

56、jin s)裝置較為合理：（1）帶傳動(chundng)適于在較高速度下進行傳動(chundng)，具體表現(xiàn)為： 傳遞相同的功率，在較高的轉(zhuǎn)速下，傳遞的轉(zhuǎn)矩T小，帶所受的拉力F小，帶不容易產(chǎn)生打滑(dhu)現(xiàn)象；帶傳動的彈性滑動率較小，速度損失??；帶受的拉力小，帶的壽命較長；帶傳動的外廓尺寸也較小。普通V帶傳動的最高帶速的范圍為： （2）鏈傳動適于在較低速度下進行傳動 鏈傳動主要的缺點是“多邊形效應(yīng)”，其表現(xiàn)為：被動鏈輪的轉(zhuǎn)速和鏈速發(fā)生周期性的變化，傳動過程中要產(chǎn)生多種形式的動載荷和沖擊載荷。鏈的速度越高，“多邊形效應(yīng)”越嚴重。滾子鏈傳動的最高鏈速為： 第七十三頁，共111頁。 變回轉(zhuǎn)運動為往

57、復(fù)直線運動或擺動的機構(gòu)，如凸輪機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)等，運動過程中產(chǎn)生較大的加速度和慣性力，從而(cng r)引起沖擊，放在運動鏈的低速端，可減小系統(tǒng)的慣性沖擊。 例3：變回轉(zhuǎn)運動為往復(fù)直線運動或擺動(bidng)的機構(gòu)，應(yīng)放在運動鏈的低速端。（3）應(yīng)保證(bozhng)傳動系統(tǒng)潤滑密封可靠 傳動系統(tǒng)經(jīng)常是由于潤滑和密封裝置失效而失去工作能力的?？傮w布置對潤滑和密封也有影響。如與水平軸減速器相比較，鉛垂軸減速器就難解決潤滑和密封問題。在進行總體布置時，要注意有利于各級傳動的潤滑與密封。對食品機械、藥品機械、紡織機械等要特別注意密封，防止污染產(chǎn)品。3操縱件的布置 操縱系統(tǒng)中產(chǎn)生操縱力或

58、發(fā)生操作信號的構(gòu)件叫操縱件，如拉桿、手柄、手輪、按鈕、按鍵、腳踏板等，都是操縱件。人通過操縱件和機械系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，機械系統(tǒng)隨操縱件的動作運行。操縱件的布置既要考慮對機械系統(tǒng)操縱方便，又要照顧到操縱者使用方便。第七十四頁，共111頁。 以駕駛汽車為例，駕駛員要通過方向盤、變速器、離合器及制動器踏板、油門、喇叭按鈕、各種燈的開關(guān)等操縱件駕駛車輛行走，這些操縱件與駕駛員的距離應(yīng)適當，位置應(yīng)與駕駛員的四肢相應(yīng)，才能使在注視(zhsh)道路情況時，能得心應(yīng)手地操縱汽車行駛。 操縱(cozng)件的布置應(yīng)便于操作操縱件的布置應(yīng)使操作(cozu)人員按習慣進行操作(cozu) 人有許多習慣，操縱件的布置應(yīng)遵

59、循這些習慣。如金屬加工機床上的被加工工件對于操作人員從左向右運動，或順時針轉(zhuǎn)動，人感到順眼；控制驅(qū)動件的運動方向時，操縱件的運動方向與驅(qū)動件的運動方向一致，就不容易犯錯誤；為避免操縱失誤，可在操縱部位設(shè)指示牌。操縱件的布置應(yīng)使操作人員有合適的位置 操作人員的位置應(yīng)設(shè)在操縱件集中的地方，為此操縱件應(yīng)集中布置在工序集中，操作最頻繁、最容易出現(xiàn)故障和最便于觀察的部位；當不能滿足上述要求時，常用的操縱件一定要放在操作人員的身旁；對于大型機械，有時要設(shè)幾個操作位置，這時應(yīng)設(shè)聯(lián)鎖裝置。儀器、儀表的位置應(yīng)便于操作人員在操縱機器的同時就可以查看。第七十五頁，共111頁。1手扶拖拉機的總體(zngt)布置 （三

60、）總體(zngt)布置設(shè)計示例第七十六頁，共111頁。手扶拖拉機在總體布置上有下面(xi mian)3個特點：要保持(boch)總體平衡 手扶拖拉機屬于單軸移動式機械，手扶拖拉機采用單輪輪式的支撐方式，單機不能縱向平衡，只有和農(nóng)具或拖車組成機組才能縱向平衡和穩(wěn)定行駛。由于手扶拖拉機單機的質(zhì)心偏在輪軸之前(zhqin)，為保證單機停放時平衡，前方設(shè)了一個可收放的支撐架。手扶拖拉機行走時，駕駛員坐在機架一方的座位上，這時機器重心后移到輪軸后方，為保持平衡，在拖拉機后部加了一個支撐輪。發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的布置 手扶拖拉機采用單缸臥式柴油機，這種柴油機在拖拉機上有橫置和豎置兩種布置方式。橫置曲軸旋轉(zhuǎn)平面