吉林大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例--第7章機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).ppt

第七章機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第一節(jié)機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)由三個(gè)基本活動(dòng)組成 即創(chuàng)造 分析和決策 設(shè)計(jì)過程的開始是提出一種需求 即為預(yù)定設(shè)計(jì)目標(biāo) 它可以由使用者或生產(chǎn)者提出 機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)是先確定它的工作原理方案 再確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案 機(jī)械產(chǎn)品的工作原理方案和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的好壞是決定產(chǎn)品性能 成本 關(guān)系到產(chǎn)品水平和競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵所在 因此 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)階段是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的最重要的設(shè)計(jì)階段 一 方案設(shè)計(jì)的方法和步驟對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品來說 在功能分析和工作原理確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝動(dòng)作構(gòu)思和工藝動(dòng)作分解 初步擬定各執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作相互協(xié)調(diào)配合的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 提出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案和進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的設(shè)計(jì) 這就是機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段的主要內(nèi)容 一 方案構(gòu)思的常用方法1 黑箱法對(duì)于要解決的問題 設(shè)計(jì)人員難以立即認(rèn)識(shí) 猶如對(duì)待一個(gè)不透明 不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的 黑箱 利用對(duì)未知系統(tǒng)的外部觀測(cè) 分析該系統(tǒng)與環(huán)境之間的輸入和輸出 通過輸入和輸出的轉(zhuǎn)換關(guān)系確定系統(tǒng)的功能 特性所需具備的工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu) 這種方法稱為黑箱法 2 列舉法以現(xiàn)有功能類似的機(jī)械作對(duì)象 列舉其優(yōu)點(diǎn) 在新方案中保留 列舉其缺點(diǎn) 以便避免 列舉其不足 或不同 之處 以便作必要的補(bǔ)充 在繼承基礎(chǔ)上創(chuàng)新 可使新方案盡可能完善 3 移植法受其它事物 也許與本課題毫無直接關(guān)系的事物 的啟迪 觸發(fā)靈感 運(yùn)用聯(lián)想將其原理合理地應(yīng)用到自己的課題上 如將香水噴霧器原理移植到內(nèi)燃機(jī)上 發(fā)明了內(nèi)燃機(jī)燃油霧化噴嘴 將移動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理移植到齒輪上 發(fā)明了活齒齒輪 4 篩選法將有可能實(shí)現(xiàn)該功能要求的工作原理 工藝動(dòng)作及實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)的基本機(jī)構(gòu)和組合機(jī)構(gòu)盡可能按層次羅列出來 進(jìn)行排列組合 再按可行性 先進(jìn)性 方便性 經(jīng)濟(jì)性逐個(gè)分析審查 淘汰不適合的 經(jīng)過不斷篩選 剩下兩三個(gè)方案再按方案設(shè)計(jì)的有關(guān)步驟進(jìn)行 二 方案設(shè)計(jì)的一般步驟根據(jù)產(chǎn)品功能要求 工作性質(zhì)及動(dòng)作過程等基本要求進(jìn)行新機(jī)械的方案設(shè)計(jì)時(shí) 要將總功能分解為各分功能以及各功能元 并找出各功能元的動(dòng)作要求和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 按各功能元的動(dòng)作要求和運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定機(jī)械示意圖 亦可稱為機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案 按各功能元的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 動(dòng)作過程 動(dòng)力性能等要求來進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的尺度綜合 將機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案中各個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算確定之后就得到機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的設(shè)計(jì)就是機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的尺度綜合 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)階段 要求完成機(jī)械產(chǎn)品的功能分析 功能原理求解和通過評(píng)價(jià)決策得到最佳功能原理和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案 也就是初步完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)中的機(jī)構(gòu)選型和組合應(yīng)用的分析和設(shè)計(jì) 機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)中幾個(gè)主要步驟的大致內(nèi)容 1 機(jī)械總功能的分解根據(jù)機(jī)械總功能要求 選定機(jī)械的工作原理 工藝動(dòng)作過程以及實(shí)現(xiàn)工藝動(dòng)作過程的功能原理解 根據(jù)機(jī)械的工作原理和功能原理解 就可以確定出機(jī)械所需要的執(zhí)行構(gòu)件的數(shù)目 運(yùn)動(dòng)形式以及它們之間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合關(guān)系等要求 2 繪制機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖按機(jī)械的工作原理 執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合要求 繪制出機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 作為各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型和擬定機(jī)構(gòu)的組合方案的依據(jù) 3 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)綜合確定各執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和生產(chǎn)阻力 選擇合適的原動(dòng)機(jī) 然后選擇各機(jī)構(gòu)的類型 進(jìn)行綜合 在進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合時(shí)要考慮機(jī)構(gòu)功能 結(jié)構(gòu) 尺寸 動(dòng)力特性等多種因素 同時(shí)要考慮機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖所提出的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合要求 機(jī)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)該進(jìn)行綜合評(píng)價(jià) 擇優(yōu)選用 4 作出機(jī)械運(yùn)動(dòng)示意圖 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案圖 根據(jù)機(jī)械的工作原理 執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)配合要求和所選定的各執(zhí)行機(jī)構(gòu) 擬定機(jī)構(gòu)的組合方案 畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)示意圖 這種示意圖表示了機(jī)械運(yùn)動(dòng)配合情況和機(jī)構(gòu)組成狀況 代表了機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案 對(duì)于運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜的機(jī)械 機(jī)械運(yùn)動(dòng)示意圖還可以采用軸測(cè)投影的方法繪制出立體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)示意圖 5 各機(jī)構(gòu)的尺度綜合根據(jù)各執(zhí)行構(gòu)件 原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)配合要求 同時(shí)還要考慮動(dòng)力性能要求 確定各機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的幾何尺寸 指機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸 或幾何形狀 如凸輪廓線 等 在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺度綜合時(shí)要考慮機(jī)構(gòu)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差的分析 6 繪制機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖對(duì)各機(jī)構(gòu)尺度綜合所得結(jié)果 要從運(yùn)動(dòng)規(guī)律 動(dòng)力條件 工作性能等多方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià) 確定合適的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸 然后繪制出機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)按比例尺畫出各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸和幾何形狀 根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖所求得的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 動(dòng)力參數(shù) 受力情況可以作為機(jī)械詳細(xì)設(shè)計(jì) 總圖 零部件設(shè)計(jì)等 的依據(jù) 二 設(shè)計(jì)任務(wù)抽象化與功能結(jié)構(gòu)功能是抽象地描述機(jī)械產(chǎn)品輸入量和輸出量之間的因果關(guān)系 對(duì)具體產(chǎn)品來說 功能是指產(chǎn)品的效能 用途和作用 人們購(gòu)置的是產(chǎn)品功能 人們使用的也是產(chǎn)品功能 按照功能的重要程度 功能可分為兩類 基本的功能和輔助功能 基本功能是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品使用價(jià)值必不可少的功能 輔助功能即產(chǎn)品的附加功能 一 設(shè)計(jì)任務(wù)抽象化抽象化的目的是為了確定產(chǎn)品的總功能 設(shè)計(jì)任務(wù)抽象化的步驟 確定總功能 抓住本質(zhì) 擴(kuò)展思路 尋找解決問題的多種方法 將總功能分解為子功能直至功能元 尋求子功能 功能元 的解 原理解組合 形成多種原理設(shè)計(jì)方案 方案評(píng)價(jià)與決策 二 功能結(jié)構(gòu)類似電氣系統(tǒng)線路圖 分功能的關(guān)系也可以用圖來描述 表達(dá)分功能關(guān)系的圖為功能結(jié)構(gòu)圖 功能結(jié)構(gòu)圖的建立是結(jié)合初步的工作原理或簡(jiǎn)單的構(gòu)形設(shè)想進(jìn)行的 1 基本功能結(jié)構(gòu)任何功能結(jié)構(gòu)圖 都由下面三種基本結(jié)構(gòu)形式組成 1 串聯(lián)結(jié)構(gòu)反映了分功能之間的因果關(guān)系或時(shí)間 空間順序關(guān)系 2 并聯(lián)結(jié)構(gòu)又稱選擇結(jié)構(gòu) 幾個(gè)分功能作為手段共同完成一個(gè)目的 或同時(shí)完成某些分功能后才能繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)分功能 則這幾個(gè)分功能處于并聯(lián)關(guān)系 例如車床需要工件與刀具共同運(yùn)動(dòng)來完成加工物料的任務(wù) 3 回路結(jié)構(gòu)它又稱循環(huán)結(jié)構(gòu) 輸出反饋為輸入的結(jié)構(gòu)為循環(huán)結(jié)構(gòu) 2 建立功能結(jié)構(gòu)圖的要求1 體現(xiàn)功能元或分功能之間的順序關(guān)系 這是功能結(jié)構(gòu)圖與功能分解圖之間的重要區(qū)別 2 各分功能或功能元的劃分及其排列要有一定的理論依據(jù) 物理作用原理 或經(jīng)驗(yàn)支持 以確保分功能或功能元有明確解答 3 不能漏掉必要的分功能或功能元 要保證得到預(yù)期的結(jié)果 4 盡可能簡(jiǎn)單明了 但要便于實(shí)體解答方案的求取 3 功能結(jié)構(gòu)圖的變化實(shí)現(xiàn)同一總功能的功能結(jié)構(gòu)可有多種 改變功能結(jié)構(gòu)?？砂l(fā)展出新的產(chǎn)品 改變的途徑有 1 功能的進(jìn)一步分解或重新組合 2 順序的改變 例如能量進(jìn)入系統(tǒng)以后 其轉(zhuǎn)換與傳遞順序不同 實(shí)體解答方案亦將不同 3 分功能聯(lián)接型式改變 4 系統(tǒng)邊界的改變 必要時(shí)可擴(kuò)大或縮小系統(tǒng)的功能 以求得更合理的解答方案 提高系統(tǒng)機(jī)械化 自動(dòng)化程度是其重要方面 4 建立功能結(jié)構(gòu)圖的步驟1 通過技術(shù)過程分析 劃定技術(shù)系統(tǒng)的邊界 定出其總功能 2 劃分分功能及功能元 通常是首先考慮所應(yīng)完成的主要工作過程的動(dòng)作和作用 具體作法可參見功能分解 3 建立功能結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)其物理作用原理 經(jīng)驗(yàn)或參照已有的類似系統(tǒng) 首先排定與主要工作過程有關(guān)的分功能或功能元的順序 通常先提出一個(gè)粗略方案 然后檢驗(yàn)并完善其相互關(guān)系 補(bǔ)充其它部分 為了選出較優(yōu)的方案 一般應(yīng)同時(shí)考慮幾個(gè)不同的功能結(jié)構(gòu) 4 評(píng)比 選出最佳的功能結(jié)構(gòu)方案 進(jìn)行評(píng)比的方面是 實(shí)現(xiàn)的可能性 復(fù)雜程度 是否易于獲得解答方案 是否滿足特定要求 通?？扇∩贁?shù)較好的方案進(jìn)一步具體化 直至實(shí)體解答完全確定 可以明確看出差異時(shí)再最后選定 把總功能分解成一系列分功能 功能元 之后 構(gòu)思的著重點(diǎn)在于 1 確定這些分功能 即工藝動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律匹配不同的機(jī)構(gòu) 2 同一種運(yùn)動(dòng)規(guī)律 可用 選用或創(chuàng)造 不同的機(jī)構(gòu)型式來實(shí)現(xiàn) 3 同一種功能 可選用不同的工作原理 不同的機(jī)構(gòu)來滿足功能要求 4 同一種工作原理 可選用 創(chuàng)造不同的機(jī)構(gòu)及其組合來實(shí)現(xiàn) 例 衣物洗滌 如圖2 6 2 7 根據(jù)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換中的功能 可把各種機(jī)構(gòu)分成如下五類 1 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式變換的機(jī)構(gòu) 2 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)合成與分解的機(jī)構(gòu) 3 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸線位置變換的機(jī)構(gòu) 4 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速變換的機(jī)構(gòu) 5 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)分支 連接 離合 過載保護(hù)等其它功能的機(jī)構(gòu)或裝置 機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)實(shí)例 一 四工位專用機(jī)床方案設(shè)計(jì)舉例分析1 機(jī)器的功能和設(shè)計(jì)要求四工位專用機(jī)床可完成裝卸工件 鉆孔 擴(kuò)孔 鉸孔工作 其執(zhí)行機(jī)構(gòu)有2個(gè) 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和主軸箱 帶3把專用刀具 2 工藝動(dòng)作分解和機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 3 機(jī)構(gòu)選型和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)比 第二節(jié)機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)一 總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容總體設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一 也是進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù) 總體設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械的性能 尺寸 外形 質(zhì)量及生產(chǎn)成本具有重大影響 因此 總體設(shè)計(jì)時(shí)必須在保證實(shí)現(xiàn)已定方案的基礎(chǔ)上 盡可能充分考慮與人 機(jī) 環(huán)境 加工裝配 運(yùn)行管理等外部系統(tǒng)的聯(lián)系 使機(jī)械系統(tǒng)與外部系統(tǒng)相協(xié)調(diào)和適應(yīng) 以求設(shè)計(jì)更臻完善 總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有 1 總體布置設(shè)計(jì) 2 確定總體主要參數(shù) 3 繪制總體設(shè)計(jì)圖樣 4 編寫總體設(shè)計(jì)報(bào)告書及技術(shù)說明書等 二 總體布置設(shè)計(jì) 一 總體布置的基本要求總體布置是結(jié)構(gòu)布局的細(xì)化 需具體確定各零部件之間的相對(duì)位置及聯(lián)系尺寸 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞方式及主要技術(shù)參數(shù) 并繪制總體布置圖 總體布置的基本要求如下 1 保證工藝過程的連續(xù)和流暢通常機(jī)械系統(tǒng)工作的工藝過程包含多項(xiàng)作業(yè)工序 例如一臺(tái)聯(lián)合收割機(jī)從作物切割 脫粒 分離 清選直至獲得清潔的谷粒要經(jīng)過許多工序 包裝機(jī)械則有供料 充填 裹包 封口 甚至清洗 堆碼 蓋印 計(jì)量等多項(xiàng)工序 保證工藝過程的連續(xù)和流暢是總體布置的最基本要求 對(duì)于工作條件惡劣和工況復(fù)雜的機(jī)械 還應(yīng)考慮運(yùn)動(dòng)零部件慣性力 彈性變形 過載變形及熱變形 磨損 制造及裝配誤差等因素的影響 確保運(yùn)動(dòng)零部件必需的安全空間 相互間不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉 例如 汽車的貨廂與駕駛室后壁之間必需留有足夠的間隙 以免當(dāng)汽車在行駛中緊急制動(dòng)時(shí)引起貨廂與駕駛室相互撞擊和摩擦 2 降低質(zhì)心高度 減小偏置任何機(jī)械都應(yīng)能平衡 穩(wěn)定地工作 如果機(jī)械的質(zhì)心過高或偏置過大 則可能因擾力矩增大而造成傾倒或加劇振動(dòng) 所以 在總體布置時(shí)應(yīng)力求降低質(zhì)心高度 盡量對(duì)稱布置 減小偏置 整機(jī)的質(zhì)心位置將直接影響行走機(jī)械和工程機(jī)械如汽車 拖拉機(jī) 叉車等的前后軸載荷分配 縱向穩(wěn)定性 橫向穩(wěn)定性 操縱性及附著性等 對(duì)于固定式機(jī)械則將影響其基礎(chǔ)的穩(wěn)定性 因此 在總體布置時(shí)必須驗(yàn)算各零部件和整機(jī)的質(zhì)心位置 控制質(zhì)心的偏移量 有些機(jī)械在完成不同作業(yè)或工況改變時(shí) 整機(jī)質(zhì)心位置可能改變 此時(shí)在總體布置時(shí)應(yīng)考慮這種情況 必要時(shí)留有放置配重的位置 3 保證精度 剛體 提高抗振性及熱穩(wěn)定性對(duì)于機(jī)床 精密機(jī)械設(shè)備等 為了保證被加工工件的精度及所需的性能指標(biāo) 總體布置時(shí)必須充分考慮精度 剛度 抗振性及熱穩(wěn)定性的要求 為此 在總體布置時(shí)應(yīng)使運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞盡量簡(jiǎn)捷 以簡(jiǎn)化和縮短傳動(dòng)鏈 提高機(jī)械的傳動(dòng)精度 對(duì)于受力較大及自重較大的零部件 更應(yīng)注意提高其結(jié)構(gòu)剛度和抗振性 使受力均勻 避免偏載 如柱 梁 底座 床身等大型結(jié)構(gòu)件 宜采用框架式封閉斷面結(jié)構(gòu)和雙立柱對(duì)稱布置 對(duì)于擾力較大的機(jī)械應(yīng)盡量減小擾力的偏心距 提高支承剛度 必要時(shí)還應(yīng)采取隔振措施 如設(shè)置隔振裝置或采用柔性連結(jié) 以減小振動(dòng)的傳遞 熱傳導(dǎo)的不均勻也會(huì)降低機(jī)械的精度 把熱源部件與主要工作部件分開布置 或采用隔熱及散熱措施 采用結(jié)構(gòu)對(duì)稱布置等均有利于均勻傳熱和減小熱變形 4 充分考慮產(chǎn)品系列化和發(fā)展設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品時(shí)不僅要注意解決當(dāng)前存在的問題 還應(yīng)考慮今后進(jìn)行產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)的可能性及產(chǎn)品更新?lián)Q代的適應(yīng)性 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化因數(shù)和重復(fù)因數(shù) 以提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度 產(chǎn)品系列化通過把產(chǎn)品的主要參數(shù) 尺寸 型式 基本結(jié)構(gòu)等作出合理的安排與規(guī)劃 形成并合理地簡(jiǎn)化產(chǎn)品的品種規(guī)格 實(shí)現(xiàn)零部件最大限度的通用化 可以在只增加少數(shù)專用零部件的情況下即可發(fā)展變型產(chǎn)品或?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代 產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容 如主要參數(shù) 尺寸和型式 基本結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化 規(guī)格化 模塊化 都與總體布置密切相關(guān) 5 結(jié)構(gòu)緊湊 層次分明緊湊的結(jié)構(gòu)不僅可節(jié)省空間 減少零部件 便于安裝調(diào)試 往往還會(huì)帶來良好的造型條件 為使結(jié)構(gòu)緊湊 應(yīng)注意利用機(jī)械的內(nèi)部空間 如把電動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)部件 附件 操縱控制部件等布置在支承大件內(nèi)部 為使占地面積小 可用立式布置代替臥式布置 6 操作 維修 調(diào)整方便為改善操作者的勞動(dòng)條件 減少操作失誤 應(yīng)力求操作方便舒適 在總體布置時(shí)應(yīng)使操作位置 修理位置和信息源的數(shù)目盡量減少并適當(dāng)集中 使操作 觀察 調(diào)整 維修等盡量方便省力 便于識(shí)別 以適應(yīng)人的生理機(jī)能 例如應(yīng)由人體尺度及體能參數(shù)合理確定操縱裝置的位置及尺寸 根據(jù)人的視覺特征布置信號(hào)顯示裝置 確定信號(hào)顯示方式等 7 外形美觀機(jī)械產(chǎn)品投入市場(chǎng)后給人們的第一個(gè)直覺印象是外觀造型和色彩 它是機(jī)械的功能 結(jié)構(gòu) 工藝 材料和外觀形象的綜合表現(xiàn) 是科學(xué)性 藝術(shù)性與實(shí)用性的結(jié)合 機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)使其外形 色彩和表觀特征符合美學(xué)原則 并適應(yīng)銷售地區(qū)的時(shí)尚 使產(chǎn)品受到用戶的喜愛 為此 總體布置時(shí)應(yīng)使各零部件的組合勻稱協(xié)調(diào) 型體的比例與尺度具有比率美 前后左右的輕重配置對(duì)稱和諧 并有穩(wěn)定感和安全感 外形的輪廓線最好由直線或光滑曲線構(gòu)成 有整體感 二 繪制總體布置圖為確定各部件 子系統(tǒng) 的基本結(jié)構(gòu) 型式及配置 進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì) 初步計(jì)算和運(yùn)動(dòng)分析 應(yīng)考慮前述基本要求 按比例繪制總體布置圖 總體布置圖一般難以一次繪就 通常均需先繪制總體布置草圖 總體布置時(shí)一般總是先布置執(zhí)行系統(tǒng) 再布置傳動(dòng)系統(tǒng) 操縱系統(tǒng)及支承形式等 通常都是從粗到細(xì) 從簡(jiǎn)到繁 需要反復(fù)多次才能確定 對(duì)方案設(shè)計(jì)階段確定的各可行候選方案都應(yīng)繪制其總體布置草圖 總體布置草圖中不僅確定了整機(jī)的布置型式和主要尺寸 也基本確定了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 基本加工要求等影響制造成本的數(shù)據(jù)已可進(jìn)行計(jì)算或估算 因而可進(jìn)行初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 對(duì)各候選方案的評(píng)審也可做得比較具體和精細(xì) 在分析各候選方案的薄弱環(huán)節(jié)并加以改進(jìn)后 并經(jīng)全面分析比較 可確定最佳總體布置方案 必要時(shí)應(yīng)對(duì)方案中的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究 圖2 8所示為自走式谷物聯(lián)合收割機(jī)的總體布置草圖 1 執(zhí)行系統(tǒng)的布置布置執(zhí)行系統(tǒng)時(shí) 一般是先根據(jù)擬定的工藝要求 將執(zhí)行機(jī)構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件布置在預(yù)定的工作位置 然后布置其原動(dòng)件和中間連接件 布置時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1 減少構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目 減小構(gòu)件的幾何尺寸 以減小其磨損和變形對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度的影響 2 使原動(dòng)件盡量接近執(zhí)行機(jī)構(gòu) 在布置相互聯(lián)系型的多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí) 應(yīng)盡量將各原動(dòng)件集中在一根或少數(shù)幾根軸上 對(duì)外露的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 最好將原動(dòng)件隱蔽布置 以提高操作安全性 3 由于執(zhí)行構(gòu)件往往與作業(yè)對(duì)象直接接觸 所以布置執(zhí)行構(gòu)件和中間連接件時(shí)應(yīng)充分考慮作業(yè)對(duì)象裝卡和傳送的方便與安全 2 傳動(dòng)系統(tǒng)的布置機(jī)械產(chǎn)品的傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)其制造和維修費(fèi)用 以及操作和使用性能都有很大影響 為此在布置傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn) 1 簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈在保證運(yùn)動(dòng)要求的前提下 傳動(dòng)鏈愈簡(jiǎn)短 零件數(shù)就愈少 材料的消耗和制造費(fèi)用就愈低 同時(shí)也有利于提高傳動(dòng)效率 可靠性和精度 2 合理安排傳動(dòng)機(jī)構(gòu)順序各種不同傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的性能不同 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安排順序?qū)鲃?dòng)系統(tǒng)的效率 尺寸 精度和動(dòng)力學(xué)性能等都有影響 如圖2 9所示的兩種減速傳動(dòng)方案 圖2 9a為齒輪傳動(dòng)布置在高速級(jí) 蝸桿傳動(dòng)布置在低速級(jí) 圖2 9b的傳動(dòng)順序的布置相反 二者的傳動(dòng)效果不同 一般應(yīng)把轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)和傳動(dòng) 如凸輪機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu) 螺旋和齒條傳動(dòng)等 布置在傳動(dòng)鏈的低速端 與執(zhí)行機(jī)構(gòu)靠近 這樣布置可使傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)單 且可減小傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性沖擊 帶傳動(dòng)宜布置在傳動(dòng)鏈的高速端 由于在傳遞同樣大小功率時(shí) 轉(zhuǎn)速高則轉(zhuǎn)矩小 傳動(dòng)帶所受的拉力減小 外廓尺寸也隨之減小 對(duì)減小帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和速度損失及提高傳動(dòng)帶的壽命均有利 此外 還可減小傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng) 3 注意傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑和密封的便利性與可靠性總體布置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使各級(jí)傳動(dòng)都能得到充分有效的潤(rùn)滑 雖然確定適宜的潤(rùn)滑方法和設(shè)計(jì)潤(rùn)滑系統(tǒng)應(yīng)在技術(shù)設(shè)計(jì)階段才能具體進(jìn)行 但總體布置時(shí)應(yīng)為其創(chuàng)造有利條件 例如 當(dāng)采用油浴或飛濺潤(rùn)滑時(shí) 應(yīng)考慮油面高度 當(dāng)采用油霧潤(rùn)滑時(shí) 應(yīng)考慮油霧噴嘴的數(shù)量和方便安置 當(dāng)采用循環(huán)潤(rùn)滑時(shí) 應(yīng)考慮便于供油管的布置和潤(rùn)滑油的選擇等 對(duì)于食品 藥品 紡織等機(jī)械還要求可靠的密封和隔離 防止?jié)櫥瑒┪廴井a(chǎn)品 3 操縱件的布置操縱件有電源開關(guān) 旋鈕 離合器及變速器的操縱手柄 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程和速度的調(diào)節(jié)手柄等 這些操縱件的布置應(yīng)便于操縱和觀察 保證操作人員和操縱件之間有合適的空間位置 符合方便宜人及與環(huán)境協(xié)調(diào)的要求 按習(xí)慣 被加工的物體應(yīng)相對(duì)于操作人員自左向右運(yùn)動(dòng) 或順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 操縱件的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)與被驅(qū)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向一致 一般規(guī)定調(diào)速手輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為增速 為便于調(diào)試和避免誤操作 應(yīng)附設(shè)指示牌 操作位置應(yīng)設(shè)置在工序最集中 操縱最頻繁 容易出現(xiàn)故障和最便于觀察的部位 常用操縱件應(yīng)盡量布置在操作人員的近旁 對(duì)于大型復(fù)雜的機(jī)械往往需要在幾個(gè)位置上操作 可采用聯(lián)動(dòng)裝置 以便在不同位置都可進(jìn)行操縱 也可采用可移動(dòng)的集中操縱按鈕站 緊急制動(dòng)按鈕應(yīng)在每個(gè)操作位置上都設(shè)置 而且要醒目 便于識(shí)別 儀表和儀器等的位置應(yīng)便于操作人員觀察和維護(hù) 三 總體布置示例1 手扶拖拉機(jī)的總體布置手扶拖拉機(jī)為單軸輪式移動(dòng)機(jī)械 田間作業(yè)時(shí)駕駛員一般步行扶持駕駛 所以手扶拖拉機(jī)的總體布置體現(xiàn)出下列一些特點(diǎn) 1 保持總體平衡如圖2 10所示 手扶拖拉機(jī)單機(jī)不能平衡 必須配帶機(jī)具 如犁 旋耕機(jī)或拖車 才能平衡并穩(wěn)定行駛 所以在總體布置時(shí) 應(yīng)與掛接的主要作業(yè)機(jī)具作為一個(gè)機(jī)組來設(shè)計(jì) 由于配帶不同機(jī)具時(shí)機(jī)組質(zhì)心位置不同 因此手扶拖拉機(jī)總體布置必須考慮如何保持總體平衡 本例是采用在機(jī)架前部和扶手架上安置配重塊以保持總體平衡的辦法 在相應(yīng)位置留有安置配重塊的空間 由于單機(jī)的質(zhì)心偏在驅(qū)動(dòng)輪之前 為便于平穩(wěn)停放 在機(jī)架前方設(shè)置一可收放的支撐架 支撐架收放的操縱件設(shè)在扶手架上 以便操作 2 發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)橫向平行布置采用單缸臥式發(fā)動(dòng)機(jī)作橫向布置 其曲軸方向與驅(qū)動(dòng)輪平行 發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)V帶驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)箱至驅(qū)動(dòng)輪 傳動(dòng)系統(tǒng)中的所有軸都是平行的 簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)橫置還便于將發(fā)動(dòng)機(jī)作為抽水 脫粒等其他作業(yè)的動(dòng)力 也減小了手扶拖拉機(jī)的橫向振動(dòng) 減輕了駕駛者的不舒適感 離合器多為多片經(jīng)常結(jié)合式 為使結(jié)構(gòu)緊湊 通常將其布置在從動(dòng)V帶輪內(nèi)部 當(dāng)配帶旋耕機(jī)時(shí) 由傳動(dòng)箱的動(dòng)力輸出軸經(jīng)鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋耕刀轉(zhuǎn)動(dòng) 為防止旋耕刀反向轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生事故 應(yīng)使鏈傳動(dòng)與傳動(dòng)箱的倒檔有聯(lián)鎖機(jī)構(gòu) 使手扶拖拉機(jī)倒駛時(shí)旋耕刀停止轉(zhuǎn)動(dòng) 3 操縱機(jī)構(gòu)集中布置為便于操作 將轉(zhuǎn)向 變速 油門 離合器和制動(dòng)器等的操縱件集中布置在扶手架上 同時(shí) 將扶手架設(shè)計(jì)成在高度和長(zhǎng)度方向均可進(jìn)行調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu) 為減輕手扶步行操作的勞動(dòng)強(qiáng)度 在大型手扶拖拉機(jī)上加裝乘座裝置和尾輪 乘座裝置和尾輪通過支架連于扶手架上 考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)需手搖起動(dòng) 應(yīng)在起動(dòng)手柄四周留出足夠的空間 以免搖動(dòng)手柄時(shí)碰傷手 2 銑床的總體布置銑刀與工件相對(duì)銑削運(yùn)動(dòng)可有不同的分配方案 因而銑床有不同的總體布置方案 圖2 11所示為銑床的四種不同布置型式 a 升降臺(tái)臥式銑床銑刀只作回轉(zhuǎn)銑削運(yùn)動(dòng) 工件的三個(gè)方向移動(dòng)分別由工作臺(tái) 滑鞍和升降臺(tái)完成 適用于加工質(zhì)量及尺寸較小的工件 b 工作臺(tái)不升降立式銑床工作臺(tái)不能升降 只能作縱 橫方向運(yùn)動(dòng) 上下的運(yùn)動(dòng)由銑頭完成 適用于加工質(zhì)量和尺寸較大的工件 c 橫梁移動(dòng)式龍門銑床工件隨工作臺(tái)作縱向移動(dòng) 升降和橫向運(yùn)動(dòng)由橫梁和銑頭完成 適用于加工大型的工件 d 地坑式龍門銑床工件不動(dòng) 三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)均由龍門架和銑頭完成 故適用于加工特大型的工件 可見 工件的質(zhì)量和尺寸大小是影響機(jī)械總體布置的重要因素 3 汽車的總體布置汽車總體布置 指發(fā)動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)軸和車身 或駕駛室 的相互位置關(guān)系和布置特點(diǎn) 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)與車身的相對(duì)位置 分為三種布置型式 發(fā)動(dòng)機(jī)前置式 中置式和后置式 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)與駕駛室的相對(duì)位置 分為四種布置型式 長(zhǎng)頭式 將駕駛室布置在發(fā)動(dòng)機(jī)之后 短頭式 將發(fā)動(dòng)機(jī)的一小部分伸入到駕駛室內(nèi) 平頭式 將駕駛室布置在發(fā)動(dòng)機(jī)之上 偏置式 將駕駛室偏置于發(fā)動(dòng)機(jī)的一旁 它是平頭式或長(zhǎng)頭式的一種變型 1 貨車的布置型式發(fā)動(dòng)機(jī)前置 后輪驅(qū)動(dòng) 特點(diǎn) 發(fā)動(dòng)機(jī)維修方便 能適應(yīng)各種型式的發(fā)動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng)和操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單 在貨車上廣泛應(yīng)用 平頭式由于汽車的軸距和總長(zhǎng)短 自重較輕 機(jī)動(dòng)性好 視野良好 面積利用系數(shù)高 在輕型 中型貨車上廣泛采用 近年來 重型貨車由于受到長(zhǎng)度限制 公路法規(guī)限制 為增加貨廂長(zhǎng)度 充分提高其載重量 采用平頭式的不斷增多 長(zhǎng)頭式適合于使用條件較差的貨車和越野汽車 偏置式具有平頭式的優(yōu)點(diǎn) 便于發(fā)動(dòng)機(jī)的維修 進(jìn)一步改善視野 應(yīng)用在超重型礦用自卸車 2 大客車的布置型式現(xiàn)代大客車幾乎全部采用平頭式 大客車的布置型式可分為發(fā)動(dòng)機(jī)前置 中置和后置 前置式操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻條件好 維修方便 但車廂內(nèi)噪聲較大 有油煙味和熱氣 車廂內(nèi)面積利用較差 地板較高 后置形式 車內(nèi)噪聲小 車廂內(nèi)的面積利用好 舒適性 安全性 視野性好 尤其后置式乘坐舒適性更好一些 三 總體主要參數(shù)的確定總體主要參數(shù)包括 尺寸參數(shù) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) 1 尺寸參數(shù)總體設(shè)計(jì)的尺寸參數(shù)主要是指影響機(jī)械性能的一些重要尺寸 如總體輪廓尺寸 總長(zhǎng) 總寬 總高 特性尺寸 加工范圍 中心高度 主要運(yùn)動(dòng)零部件的工作行程 以及表示主要零部件之間位置關(guān)系的安裝連接尺寸等 尺寸參數(shù)常用聯(lián)系尺寸圖示出 圖2 15所示為一專用立式幢床的聯(lián)系尺寸圖 圖中標(biāo)明了該鏜床的重要尺寸 該鏜床專用于加工大小頭孔距分別為220 300和420mm的三種連桿 大小頭孔可同時(shí)加工 圖2 15某專用立式鏜床的聯(lián)系尺寸圖1 左主軸箱2 右主軸箱3 橫梁4 夾具5 升降臺(tái)6 升降液壓缸7 底座8 主柱9 夾具10 電動(dòng)機(jī)11 操縱臺(tái) 尺寸參數(shù)一般依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中的原始數(shù)據(jù) 方案設(shè)計(jì)時(shí)的總體布局圖與同類機(jī)械的類比或通過分析計(jì)算確定 必要時(shí)經(jīng)試驗(yàn)確定 例如圖2 16所示鄂式破碎機(jī)的鉗角 是通過力的分析計(jì)算確定的 2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)參數(shù)一般是指機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)速 或移動(dòng)速度 及調(diào)速范圍等 如機(jī)床等加工機(jī)械主軸 工作臺(tái) 刀架的運(yùn)動(dòng)速度 移動(dòng)機(jī)械的行駛速度 連續(xù)作業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)節(jié)拍等 執(zhí)行構(gòu)件的工作速度一般應(yīng)根據(jù)作業(yè)對(duì)象的工藝過程要求 工作條件及生產(chǎn)率等因素確定 一般而言 執(zhí)行構(gòu)件的工作速度愈高 則生產(chǎn)率愈高 經(jīng)濟(jì)效益愈好 但同時(shí)也會(huì)使工作機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)的振動(dòng) 噪聲 溫度