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1、第五章第五章 机械产品的实用化设计机械产品的实用化设计第一节第一节 产品设计核心产品设计核心和外围问题和外围问题一、产品设计的核心一、产品设计的核心1 1、设计理解为一个、设计理解为一个“空间空间”：整个设计整个设计“空间空间”分为两部分：分为两部分：1 1）内内部部空空间间：设设计计应应遵遵循循的的主主要要阶阶段段，其其任任务务是是使使设设计计要要求求转转化化为为“硬硬件件”以以满满足足需需求求，这这也也是是设设计计的的最最终终目目的的，故故称称内部空间为设计核心工作。内部空间为设计核心工作。2 2）外外部部空空间间：所所列列举举的的问问题题为为对对设设计计的的各各种种要要求求和和应应用用的
2、的技技术方法，是设计的外围问题。术方法，是设计的外围问题。12 2、设计含义：、设计含义：是是为为提提供供社社会会所所需需的的产产品品进进入入市市场场所所必必要要的的一一系系列列创创新新思思维维和和活活动动。最最后后以以技技术术文文件件的的形形式式，提提供供产产品制造依据的全过程工作。品制造依据的全过程工作。设设计计活活动动主主要要经经过过以以下下几几个个阶阶段段：了了解解市市场场需需求求、拟拟定定设设计计任任务务和和技技术术要要求求、功功能能原原理理设设计计、实实用用化化设设计、商品化设计、制造和销售。计、商品化设计、制造和销售。3 3、产品设计的核心即、产品设计的核心即核心技术核心技术(内
3、部空间设计）：内部空间设计）：是是指指产产品品实实现现总总功功能能和和主主要要要要求求的的技技术术。对对不不同同的的机机械械其其核核心心技技术术是是不不相相同同的的。核核心心技技术术对对于于产产品品设设计主要体现为产品的性能指标：计主要体现为产品的性能指标：2a)a)对对于于以以能能量量转转换换为为主主的的机机械械如如动动力力机机械械，其其主主要要性性能能指指标标是是热效率；热效率；b)b)对对于于轻轻工工机机械械，常常要要完完成成各各种种繁繁杂杂灵灵巧巧的的动动作作，其其机机构构设设计计问问题题比比较较突突出出，主主要要性性能能指指标标是是生生产产率率、有有节节奏奏地地可可靠靠工工作作、自动
4、化程度高；自动化程度高；c)c)重重型型机机械械特特点点是是巨巨型型、重重载载，其其承承载载能能力力、强强度度和和刚刚度度是是其其性能指标；性能指标；d)d)对对于于金金属属切切削削机机床床，主主要要性性能能指指标标是是生生产产率率、加加工工精精度度和和加加工范围；工范围；e)e)对对于于以以信信号号为为主主的的仪仪器器，主主要要性性能能指指标标是是灵灵敏敏度度、精精度度和和稳稳定性；定性；f)f)对对于于以以材材料料转转换换为为主主的的各各种种离离心心机机、筛筛选选机机和和过过滤滤器器的的主主要要性能指标是生产效率和分离出物料的纯净度。性能指标是生产效率和分离出物料的纯净度。34 4、关键技
5、术和核心技术是两个不同的概念：、关键技术和核心技术是两个不同的概念：关键技术关键技术是实现某种功能过程中需要解决的技术难题。它与核是实现某种功能过程中需要解决的技术难题。它与核心技术是两个不同的概念，在核心技术中也有关键技术问题。心技术是两个不同的概念，在核心技术中也有关键技术问题。例如，对于板例如，对于板(带带)轧钢机：可采用液压弯辊，利用液压缸的压轧钢机：可采用液压弯辊，利用液压缸的压力，在轧制过程中随时根据轧制条件变化迅速对轧辊施以附加力，在轧制过程中随时根据轧制条件变化迅速对轧辊施以附加弯曲力、使产生附加弯曲变形。为了实现对板厚偏差和板型的弯曲力、使产生附加弯曲变形。为了实现对板厚偏差
6、和板型的合理控制，在轧制过程中希望轧机当量刚度系数合理控制，在轧制过程中希望轧机当量刚度系数KK能够根据不能够根据不同工艺要求随时调整，一般是采用液压压下系统来实现。核心同工艺要求随时调整，一般是采用液压压下系统来实现。核心技术问题：液压弯辊和液压压下。技术问题：液压弯辊和液压压下。关键技术：其中厚度、压力、位置传感器、数据处理系统等组关键技术：其中厚度、压力、位置传感器、数据处理系统等组成的电液闭环控制系统则是解决核心技术问题的关键技术成的电液闭环控制系统则是解决核心技术问题的关键技术(参见参见图图5252、图、图53)53)。4轧钢机主传动装置是由联轴器、减速机、齿轮座和接轴等轧钢机主传动
7、装置是由联轴器、减速机、齿轮座和接轴等部件所组成，作用是将电动机的运动和力矩传给工作机座部件所组成，作用是将电动机的运动和力矩传给工作机座中的轧辊进行轧制。中的轧辊进行轧制。56二、设计的外围问题 1、主要设计要求（1）功能要求 （2）适应性要求（3）性能要求（4）生产能力要求（5）可靠性要求（6）使用寿命要求（7）效率要求 （8）成本要求 （9）人机工程要求（10）安全性要求（11）包装、运输要求 2、其它设计要求（1）强度、刚度要求 （2）制造工艺要求（3）零件加工技术要求 （4）工作循环图要求 由销售反馈信息，进行市场分析，改进技术要求，再进行设由销售反馈信息，进行市场分析，改进技术要求
8、，再进行设计的循环，是一个相互作用不断完善的迭代过程，使产品不断地计的循环，是一个相互作用不断完善的迭代过程，使产品不断地发展。产品设计过程中的各种设计要求，是设计的依据和前提，发展。产品设计过程中的各种设计要求，是设计的依据和前提，它们就是设计的外围问题。它们就是设计的外围问题。第二节第二节 实用化设计的任务和主要内容实用化设计的任务和主要内容1 1、实用化设计：、实用化设计：实用化设计是在功能原理设计成熟的基础上，实用化设计是在功能原理设计成熟的基础上，把原理方案结构化、实体化，使原理构思转化为具把原理方案结构化、实体化，使原理构思转化为具有实用水平的实体机械达到实用的要求。有实用水平的实
9、体机械达到实用的要求。实用化设计的前期工作：实用化设计的前期工作：工作原理确定后首先要进工作原理确定后首先要进行工艺动作构思和分解，初步拟定各执行构件的动行工艺动作构思和分解，初步拟定各执行构件的动作和各动作的相互协调关系，即进行机械运动方案作和各动作的相互协调关系，即进行机械运动方案设计和机械简图设计。设计和机械简图设计。该阶段总的任务：该阶段总的任务：完成产品的总体设计、部件、完成产品的总体设计、部件、零件设计、完成交付制造的和施工的图样资料，同零件设计、完成交付制造的和施工的图样资料，同时编制全套技术文件。时编制全套技术文件。9 2 2、具体工作：、具体工作：如果说功能原理设计是产品创新
10、和保证质量的如果说功能原理设计是产品创新和保证质量的关键，则实用化设计就是得到高质量产品的保证。关键，则实用化设计就是得到高质量产品的保证。在实用化设计阶段。在实用化设计阶段。工作既要具体化又要精细化，工作既要具体化又要精细化，要处理大量的结构设计等方面的问题，主要有：要处理大量的结构设计等方面的问题，主要有：零部件的形状、装配关系、材料选择、尺寸大小、零部件的形状、装配关系、材料选择、尺寸大小、加工要求、表面处理、总体布置、安装等。这些问加工要求、表面处理、总体布置、安装等。这些问题处理合理与否，对产品功能、性能指标和技术经题处理合理与否，对产品功能、性能指标和技术经济指标，对机器的强度、刚
11、度、寿命、对靠性、振济指标，对机器的强度、刚度、寿命、对靠性、振动、噪声等有着直接的影响。动、噪声等有着直接的影响。10 3 3、实用化设计步骤一般为：、实用化设计步骤一般为：1 1）绘制总体布置和总装草图；）绘制总体布置和总装草图；2 2）由总装草图画出部件、零件草图；）由总装草图画出部件、零件草图；3 3）经审核再由零件工作图、部件装配图画出）经审核再由零件工作图、部件装配图画出总装图和总图；总装图和总图；4 4）最后编制技术文件如设计说明书、使用说）最后编制技术文件如设计说明书、使用说明书、标准件、外购件明细表等等。明书、标准件、外购件明细表等等。11第三节第三节 总体设计的基本任务和内
12、容总体设计的基本任务和内容 一、总体设计的基本任务一、总体设计的基本任务 机机械械产产品品设设计计通通过过原原理理方方案案设设计计、结结构构设设计计，使使主主要要功功能能得得到到满满足足。但但是是，从从系系统统论论观观点点分分析析，机机器器本本身身不不是是独独立立的的系系统统，它它不不能能孤孤立立存存在在。它它需需要要人人操操纵纵和和控控制制，需需要要人人装装配配和和安安装装。机机器器工工作作在在环环境境之之中中，环环境境对对它它有有约约束束，相相反反机机器器对对环环境境又又施施加加影影响响，并并受受到到有有关关规规范范和和法法律律限限制制，它它与与其其它它机机器器还还有有关关联联等等等等。这
13、这些些问问题题有有些些在在结结构构设设计计中中考考虑虑到到了了，但但大大部部分分没没有有涉涉及及，需需要要在在总总体体设设计计中中，全全面面综综合合考考虑虑。与与此此同同时时，总总体体设设计计对对各各部部件件、零零件件设设计计要要提提出出主主要要参参数数和和设设计计要要求求，以以保保证证各部件、零件在设计时满足总体设计各种约束条件。各部件、零件在设计时满足总体设计各种约束条件。12总之：总体设计是产品设计的中心环节，它对机械产品的技术总之：总体设计是产品设计的中心环节，它对机械产品的技术性能、经济指标和外观具有决定意义。性能、经济指标和外观具有决定意义。总体设计的任务：总体设计的任务：(1)(
14、1)完善和扩大方案设计和结构设计内容完善和扩大方案设计和结构设计内容 (2)(2)使各部件、零件得到合理的组合；使各部件、零件得到合理的组合；(3)(3)综合人一机器一环境三者关系，使之协调和适应，以保证综合人一机器一环境三者关系，使之协调和适应，以保证全面满足机械产品的技术性能、经济性能和美学性能的所有要全面满足机械产品的技术性能、经济性能和美学性能的所有要求。求。二、总体设计的内容二、总体设计的内容各种具体机器总体设计内容虽然有所不同，但纵观全局，总体各种具体机器总体设计内容虽然有所不同，但纵观全局，总体设计内容包括：设计内容包括：1 1）工艺方案的确定。在进行机械总体设计时，应对不同类型
15、）工艺方案的确定。在进行机械总体设计时，应对不同类型的工艺方案进行分析比较，选择符合实际情况的具有先进性的的工艺方案进行分析比较，选择符合实际情况的具有先进性的工艺方案。工艺方案。132 2）确定机器的总体参数）确定机器的总体参数总体参数是表明机器技术性能的主要指标，包括机器性能参数总体参数是表明机器技术性能的主要指标，包括机器性能参数和结构参数两方面：和结构参数两方面：（1 1）性能参数是指生产率、功率和重量等；）性能参数是指生产率、功率和重量等；（2 2）结构参数是指主要结构尺寸，它由整机外形尺寸、主要）结构参数是指主要结构尺寸，它由整机外形尺寸、主要部件的外形尺寸及工作机构作业位置尺寸等
16、组成。部件的外形尺寸及工作机构作业位置尺寸等组成。对具体机器而言，总体参数内容还更多些，如采煤机的性对具体机器而言，总体参数内容还更多些，如采煤机的性能参数除了上面所指外，还包括采高、鼓深、滚筒直径、滚筒能参数除了上面所指外，还包括采高、鼓深、滚筒直径、滚筒转速、牵引力和牵引速度等。若机器性能参数和作业位置尺寸转速、牵引力和牵引速度等。若机器性能参数和作业位置尺寸有国家或部级标准时，则计算后取值一定要符合上级标准。性有国家或部级标准时，则计算后取值一定要符合上级标准。性能和结构参数的确定，可采用计算法、类比法、相似设计法以能和结构参数的确定，可采用计算法、类比法、相似设计法以及优化设计法等。及
17、优化设计法等。14 3)3)机械运动系统方案设计和确定机械运动简图。根据工艺动机械运动系统方案设计和确定机械运动简图。根据工艺动作过程选用合适执行机构，完成各个基本运动。再用一定的作过程选用合适执行机构，完成各个基本运动。再用一定的组合方式构成机械系统来实现产品的功能。机械运动方案就组合方式构成机械系统来实现产品的功能。机械运动方案就是机械系统的综合。将机械运动方案中各个机构运动尺寸计是机械系统的综合。将机械运动方案中各个机构运动尺寸计算确定之后就得到机械运动简图。算确定之后就得到机械运动简图。4 4）总体布置设计）总体布置设计 主要是确定各部件、零件的相互位置和联接方式，并考虑安主要是确定各
18、部件、零件的相互位置和联接方式，并考虑安全操作，整体造型等问题。全操作，整体造型等问题。5)5)机械驱动系统机械驱动系统(Drive system)(Drive system)设计。根据所需的载荷，从设计。根据所需的载荷，从直接承载零件开始，选择或设计机器的工作构件，然后按驱直接承载零件开始，选择或设计机器的工作构件，然后按驱动链的顺序向上，对机构和零件逐个进行设计、直到选择原动链的顺序向上，对机构和零件逐个进行设计、直到选择原动机。动机。15 6 6）计算整机的平衡和稳定）计算整机的平衡和稳定 平衡是指整机处于不同工作状态时，所有机构作用力和重力平衡是指整机处于不同工作状态时，所有机构作用力
19、和重力的合力不超出规定范围。对某些机器如挖掘机，平衡问题实质的合力不超出规定范围。对某些机器如挖掘机，平衡问题实质是确定平衡重的问题。是确定平衡重的问题。稳定性是指整机的平衡，是研究机器在工作和行定时是否发稳定性是指整机的平衡，是研究机器在工作和行定时是否发生倾翻的可能性。这一点对地面行走机器和工程机械尤其重要。生倾翻的可能性。这一点对地面行走机器和工程机械尤其重要。7 7）动力源特性分析）动力源特性分析 若设计任务书没有对原动机种类作出明确规定时，应首先确若设计任务书没有对原动机种类作出明确规定时，应首先确定动力源种类，是电动机还是柴油机或其它，然后再作动力源定动力源种类，是电动机还是柴油机
20、或其它，然后再作动力源特性分析。特性分析。8 8）人一机一环境系统设计）人一机一环境系统设计 主要是操作和控制系统设计。主要是操作和控制系统设计。169 9）附属装置设计）附属装置设计 为增加机器功能，扩大机器使用范围或减少环境为增加机器功能，扩大机器使用范围或减少环境对人机影响而设计附属装置，如井下巷道掘进机增对人机影响而设计附属装置，如井下巷道掘进机增加打铆杆孔的装置，采煤机、掘进机的高压水喷雾加打铆杆孔的装置，采煤机、掘进机的高压水喷雾灭尘装置灭尘装置1010）机器造型设计）机器造型设计对机器外形、色彩进行艺术设计，对机器外形、色彩进行艺术设计，1111）产品故障分析和对策）产品故障分析
21、和对策1212）明确易损件、外购件、标准件）明确易损件、外购件、标准件1313）明确产品包装和运输要求）明确产品包装和运输要求17第四节第四节 确定功能原理方案确定功能原理方案为了实现同一工艺目的，可以采用不同的工艺方案，为了实现同一工艺目的，可以采用不同的工艺方案，各方案决定了设备不同的结构、性能、产品质量、各方案决定了设备不同的结构、性能、产品质量、生产率和成本。选择工艺方案时应综合考虑下列问生产率和成本。选择工艺方案时应综合考虑下列问题：题：1)1)工艺方案的先进性工艺方案的先进性2)2)合理的运动规律合理的运动规律3)3)工艺方案实现的可能性和稳定性工艺方案实现的可能性和稳定性4)4)
22、与生产率要求相适应，经济上合理与生产率要求相适应，经济上合理1819 机器的总体布置，关系到整机的性能、质量和机器的总体布置，关系到整机的性能、质量和整机的合理性。也关系到操作方便、工作安全和整机的合理性。也关系到操作方便、工作安全和工作效率。因此，总体布置是总体设计中极为重工作效率。因此，总体布置是总体设计中极为重要的内容。要的内容。总体布置的任务是合理布置各部件、零件在整总体布置的任务是合理布置各部件、零件在整机上的位置，按照简单、合理和安全的原则，使机上的位置，按照简单、合理和安全的原则，使其实现工作要求；确定机器的重心坐标，确定总其实现工作要求；确定机器的重心坐标，确定总体尺寸。体尺寸
23、。第六节第六节 机械总体布置设计机械总体布置设计20 一、总体布置的基本要求一、总体布置的基本要求 1 1保证产品整机的平衡和稳定性能；保证产品整机的平衡和稳定性能；2 2在满足强度、刚度要求的前提下，尽量做到结构紧凑、在满足强度、刚度要求的前提下，尽量做到结构紧凑、外形尺寸小、重量轻；外形尺寸小、重量轻；3 3动力传递路线力求简短、直接，做到传动效率高；动力传递路线力求简短、直接，做到传动效率高；4 4各部件或零件在装配和使用中，其位置调整、拆装和各部件或零件在装配和使用中，其位置调整、拆装和维修等，力求简单、方便、互锁，保护要安全可靠；维修等，力求简单、方便、互锁，保护要安全可靠；5 5、
24、司机室的布置，要求操作安全、方便、司机视野开阔、司机室的布置，要求操作安全、方便、司机视野开阔、空气净化、温度宜人，空气净化、温度宜人，6 6电气线路、气路、液压管路的布置，要整齐、清楚、电气线路、气路、液压管路的布置，要整齐、清楚、醒目，醒目，7 7机器外形平整、美观、大方、紧凑、色泽调和。机器外形平整、美观、大方、紧凑、色泽调和。21二、总体布置型式二、总体布置型式 总体布置视其机器用途不同，布置型式是多种总体布置视其机器用途不同，布置型式是多种多样的。但从众多的型式中进行分析和研究，根据多样的。但从众多的型式中进行分析和研究，根据顺序、位置、数量、形状、大小等五要素综合考虑，顺序、位置、
25、数量、形状、大小等五要素综合考虑，总体布置的型式大致分为如下几类：总体布置的型式大致分为如下几类：(1)(1)按照发动机与机架的相对位置，如大客车发动按照发动机与机架的相对位置，如大客车发动机可分为前置式、中置式、后置式和偏置式；机可分为前置式、中置式、后置式和偏置式；(2)(2)按照主要作业装置轴线方向，如矿用钻机有水按照主要作业装置轴线方向，如矿用钻机有水平式、垂直式和倾斜式平式、垂直式和倾斜式 (3)(3)按照机器主轴的运动轨迹，可分为回转式、直按照机器主轴的运动轨迹，可分为回转式、直线式和振动式；线式和振动式；22 (4)(4)按机架型式，可分为整体式、剖分式和组合式；按机架型式，可分
26、为整体式、剖分式和组合式；(5)(5)按动力传递路线，可分为开式、闭式；按动力传递路线，可分为开式、闭式；(6)(6)按工作机构布置方向，可分为平面和空间式；按工作机构布置方向，可分为平面和空间式；(7)(7)按照传动方式，可分为单发动机传动、多发动按照传动方式，可分为单发动机传动、多发动机传动。机传动。23三、机械化生产线的布置三、机械化生产线的布置 机械化生产线机械化生产线(参见图参见图5 59)9)是按产品工艺过是按产品工艺过程，把主要机械设备和辅助设备用运输和中间程，把主要机械设备和辅助设备用运输和中间存贮设备等连接起来，组成独立控制和连续生存贮设备等连接起来，组成独立控制和连续生产的
27、系统。产的系统。24机械化生产线由机械设备组成，根据其在生产上的机械化生产线由机械设备组成，根据其在生产上的作用及工作特点，机械设备归纳起来可分为下列几作用及工作特点，机械设备归纳起来可分为下列几种类型：种类型：25 在机械化工艺流程中，存在各种分散的作业，需在机械化工艺流程中，存在各种分散的作业，需要解决协调联接的问题。一般说来，机械是以循要解决协调联接的问题。一般说来，机械是以循环的移动作业动作来处理工件的，可以采用连续环的移动作业动作来处理工件的，可以采用连续工艺方法进行作业，如连续轧制、连续浇铸、化工艺方法进行作业，如连续轧制、连续浇铸、化工过程等工过程等(参见图参见图5 510)10
28、)。26作业动作是在工件连续作业动作是在工件连续运行中进行的，如飞剪、运行中进行的，如飞剪、飞锯等，参见图飞锯等，参见图5 51111。27 过程：当钢筋通过平移式下切刀台进入承料架并触动定长过程：当钢筋通过平移式下切刀台进入承料架并触动定长开关后，电磁铁带动转键离合器使飞轮轴与曲柄轴联接，曲开关后，电磁铁带动转键离合器使飞轮轴与曲柄轴联接，曲柄上的连杆推动平移式下切刀台在四连杆机构的作用下前进。柄上的连杆推动平移式下切刀台在四连杆机构的作用下前进。摆动式上切刀片的一端固定在机架上，另一端刃口紧贴在平摆动式上切刀片的一端固定在机架上，另一端刃口紧贴在平移式下切刀台的刃口处，当平移式下切刀台沿圆
29、弧轨迹运动移式下切刀台的刃口处，当平移式下切刀台沿圆弧轨迹运动时，两刀片刃口相对运动，切断钢筋，曲柄使刀台复位，等时，两刀片刃口相对运动，切断钢筋，曲柄使刀台复位，等待下一次剪切。待下一次剪切。分析：该机构设计巧妙，通过四连杆机构可使下切刀台自分析：该机构设计巧妙，通过四连杆机构可使下切刀台自身平行地且绕摆杆做摆动，是一种飞剪。身平行地且绕摆杆做摆动，是一种飞剪。上下移动式剪切：上下移动式剪切：该系统主要由承料架、定长该系统主要由承料架、定长开关，电磁铁，转键离合器，开关，电磁铁，转键离合器，曲柄连杆，平移式下切刀台，曲柄连杆，平移式下切刀台，摆动式上切刀片，制动器等组摆动式上切刀片，制动器等
30、组成，如右图：成，如右图：28在机械加工、装配作业和在机械加工、装配作业和手工操作等很多生产流程手工操作等很多生产流程中，大多是断续的工艺方中，大多是断续的工艺方法，流程是间歇的因此法，流程是间歇的因此在移动停止时需要定位及在移动停止时需要定位及吸收惯性动能，则可用步吸收惯性动能，则可用步进运动机构进运动机构(见图见图5 5l2)l2)。29 移动作业移动作业 (Transfer operation)(Transfer operation)是使工件向处是使工件向处理方向移进。因而，附带而来的是工件的抓取、理方向移进。因而，附带而来的是工件的抓取、定位、向下一道工序的送进等。定位、向下一道工序的
31、送进等。移动方式：移动方式：1 1）有直进式）有直进式(line)(line)：处理大工件的重型机处理大工件的重型机械和加工种类少的作械和加工种类少的作业机械大多采用直进业机械大多采用直进式。如轧制生产线、式。如轧制生产线、轻工生产线等。轻工生产线等。(见图见图5 513)13)302 2）旋转式）旋转式(rotary)(rotary)：小件的机械可采用旋转式：小件的机械可采用旋转式(见图见图5 514)14)。31 二、生产作业机械的总体布置二、生产作业机械的总体布置 总体布置的任务是合理布置各部件，零件在整机上总体布置的任务是合理布置各部件，零件在整机上的位置，按照简单、合理和安全的原则，
32、使其实现工的位置，按照简单、合理和安全的原则，使其实现工作要求，确定机器重心坐标、确定总体尺寸。作要求，确定机器重心坐标、确定总体尺寸。生产作业机械：是指完成作业操作的单体机械。生产作业机械：是指完成作业操作的单体机械。作业操作：是指包括滚轧、挤压、拉拔、剪切、弯曲、作业操作：是指包括滚轧、挤压、拉拔、剪切、弯曲、包装等多种生产作业。包装等多种生产作业。如果称实际作业的部件为工作头如果称实际作业的部件为工作头(工作构件工作构件)，那么作，那么作业进行的场所就是工位是工件停止时接受作业的位业进行的场所就是工位是工件停止时接受作业的位置。如多工位自动机置。如多工位自动机(见图见图5 51515、图
33、、图5 51616）。另外）。另外移动式的生产作业机械如挖掘机、装载机等可完成多移动式的生产作业机械如挖掘机、装载机等可完成多种作业，但工位是不确定的，没有工位的概念，而有种作业，但工位是不确定的，没有工位的概念，而有不同的工序。不同的工序。3233五、布置型式举例五、布置型式举例 示例示例1 1：图：图5 52 2是悬臂式掘进机，主要用于巷道掘是悬臂式掘进机，主要用于巷道掘进，是一种采掘、装载、运输、除尘联合作业的掘进进，是一种采掘、装载、运输、除尘联合作业的掘进设备。该设备机型种类很多，但在总体布置上有如下设备。该设备机型种类很多，但在总体布置上有如下共同特点：共同特点：(1)(1)切割机
34、构由悬臂和回转台组成，位于机器前上部，切割机构由悬臂和回转台组成，位于机器前上部，作业时悬臂能上下、左右回转；作业时悬臂能上下、左右回转；(2)(2)装载铲板是在机器下部前方，后接中间刮板运输装载铲板是在机器下部前方，后接中间刮板运输机，两者组成装运机构，贯穿掘进机的纵向轴线；机，两者组成装运机构，贯穿掘进机的纵向轴线；(3)(3)考虑掘进机的横向稳定平衡，主要部件按掘进机考虑掘进机的横向稳定平衡，主要部件按掘进机纵向平面对称布置，如电控箱、液压装置分别装在运纵向平面对称布置，如电控箱、液压装置分别装在运输机两侧；输机两侧；34(4)(4)为保证作业的稳定性，履带位于机器的下部中为保证作业的稳
35、定性，履带位于机器的下部中间，前有落地铲板，后有稳定器支撑，整个机器的间，前有落地铲板，后有稳定器支撑，整个机器的重心在履带接地面积的形心面积范围内；重心在履带接地面积的形心面积范围内；(5)(5)为了保护司机安全，同时又便于观察、操作，为了保护司机安全，同时又便于观察、操作，将司机位置布置在机器后部左例或右侧，这与地面将司机位置布置在机器后部左例或右侧，这与地面挖掘机明显不同；挖掘机明显不同；(6)(6)由于掘进机是地下巷道作业，所以整个机器呈由于掘进机是地下巷道作业，所以整个机器呈长条形，而且机身越矮越稳定长条形，而且机身越矮越稳定3536示例示例2 2：图：图5 53 3是车床布置型式：
36、是车床布置型式：图图(a)(a)是卧式水平布置，用于车削轴类或盘形零件，是卧式水平布置，用于车削轴类或盘形零件，如普通车床；如普通车床；图图(b)(b)是落地式布置，用于大直径盘形或环形零件加是落地式布置，用于大直径盘形或环形零件加工；工；图图(c)(c)是单柱立式布置，用于加工短、粗、重量大的是单柱立式布置，用于加工短、粗、重量大的盘形零件；盘形零件；图图(d)(d)是双柱立式布置，用于加工长、宽尺寸都较大是双柱立式布置，用于加工长、宽尺寸都较大的零件。的零件。这些不同的布置型式都是由于加工对象不同而决这些不同的布置型式都是由于加工对象不同而决定的。由此可知：工件的重量和大小是影响机械系定的
37、。由此可知：工件的重量和大小是影响机械系统总体布置及外观造型设计的重要间索。统总体布置及外观造型设计的重要间索。3738示例示例3 3：铣床的总体布置：图：铣床的总体布置：图2 21919中列出了四种不同的铣床布中列出了四种不同的铣床布置型式，它们的特点是：置型式，它们的特点是：1 1）图）图2-19a2-19a：升降台卧式铣床，铣刀只作回转运动，工件的三：升降台卧式铣床，铣刀只作回转运动，工件的三个方向移动分别由工作台、滑鞍和升降台完成。一般用于加工个方向移动分别由工作台、滑鞍和升降台完成。一般用于加工较小的工件；较小的工件；2 2）图）图2 219b19b：工作台不升降立式铣床，工作台不能
38、升降，只能：工作台不升降立式铣床，工作台不能升降，只能使工件作纵、横方向运动，上下的运动由铣头完成。适宜于加使工件作纵、横方向运动，上下的运动由铣头完成。适宜于加工较大的工件。工较大的工件。3 3）图）图2 219c19c：横梁移动式龙门铣床，工件随工作台作纵向移动，：横梁移动式龙门铣床，工件随工作台作纵向移动，升降和横向运动出横梁和铣头完成适用于加工大型的工件，升降和横向运动出横梁和铣头完成适用于加工大型的工件，4 4）图）图2 219d19d：地坑式龙门铣床，工件不动，三个方向的运动由：地坑式龙门铣床，工件不动，三个方向的运动由龙门架和铣头完成，可加工特大型的工件。龙门架和铣头完成，可加工
39、特大型的工件。3940示例示例4 4：轮式装载机轮式装载机 总体布置的任务是确定装载机各部件位置，控制各部分的总体布置的任务是确定装载机各部件位置，控制各部分的尺寸和重量，使载荷分配合理。布置操纵机构及驾驶员座位，尺寸和重量，使载荷分配合理。布置操纵机构及驾驶员座位，校核运动零部件的运动空间，排除干涉。总布置草图通常以下校核运动零部件的运动空间，排除干涉。总布置草图通常以下列平面为基准：列平面为基准：1)1)以车架上平面作为各部件上下位置的基准，也是作为部件以车架上平面作为各部件上下位置的基准，也是作为部件垂直方向安装尺寸的基准。垂直方向安装尺寸的基准。2)2)以通过后桥中心线并与车架平面垂直
40、的平面作为前后位置以通过后桥中心线并与车架平面垂直的平面作为前后位置的基准，也是部件纵向安装尺寸的基准。的基准，也是部件纵向安装尺寸的基准。3)3)以装载机的纵向对称面作为左右位置的基准。以装载机的纵向对称面作为左右位置的基准。此外地平线通常作为辅助基准，是装载机的高度、离地间隙此外地平线通常作为辅助基准，是装载机的高度、离地间隙等尺寸的基准。等尺寸的基准。41 装载机主要是装载散状物料，并将物料卸入自卸卡装载机主要是装载散状物料，并将物料卸入自卸卡车或将物料直接运往卸料地点，装载机有时也承担轻车或将物料直接运往卸料地点，装载机有时也承担轻度的铲掘、推土和修整场地等作业。为完成上述工作度的铲掘
41、、推土和修整场地等作业。为完成上述工作现代装载机一般是将铲斗及工作装置安装在最前端现代装载机一般是将铲斗及工作装置安装在最前端(如图如图5 518)18)。发动机布置在装载机的后部，起到配重作用，有发动机布置在装载机的后部，起到配重作用，有利于提高稳定性。发动机的输出端接液力变矩器，再利于提高稳定性。发动机的输出端接液力变矩器，再通过万向节和传动轴与前后驱动桥相连。驾驶室布置通过万向节和传动轴与前后驱动桥相连。驾驶室布置在工作装置之后的中部。位置应尽量向前，使前方视在工作装置之后的中部。位置应尽量向前，使前方视野开阔，利于作业准确。野开阔，利于作业准确。为了保证装载机作业的稳定性，使铲斗与料堆
42、相为了保证装载机作业的稳定性，使铲斗与料堆相对位置准确，现代装载机不安装弹性悬对位置准确，现代装载机不安装弹性悬架，架，42但为防止在凹凸地上行驶时出现车轮悬空现象，使但为防止在凹凸地上行驶时出现车轮悬空现象，使一个驱动桥能上下摆动，即将驱动架铰接于车架上。一个驱动桥能上下摆动，即将驱动架铰接于车架上。绝大多数装载机采用四轮驱动，以提高牵引力和能绝大多数装载机采用四轮驱动，以提高牵引力和能在恶劣地面上行驶。工作装置多采用液压传动。在恶劣地面上行驶。工作装置多采用液压传动。43示例示例5 5：轧钢机：轧钢机 轧辊是轧机进行轧制的工作头件。在大轧机轧辊是轧机进行轧制的工作头件。在大轧机中它是巨型零
43、件，可达几十吨重，因此，必须具中它是巨型零件，可达几十吨重，因此，必须具有特殊的轴承、轴承座和机架等起支承作用的零有特殊的轴承、轴承座和机架等起支承作用的零部件。为了保证轧辊开度，还设有压下调整装置，部件。为了保证轧辊开度，还设有压下调整装置，对重量大又要移动的零部件如轧辊和轴承座等都对重量大又要移动的零部件如轧辊和轴承座等都有平衡装置，来消除传动件的间隙减少受力零有平衡装置，来消除传动件的间隙减少受力零件的冲击和磨损。轧机的主传动部件有万向连接件的冲击和磨损。轧机的主传动部件有万向连接轴、平衡装置、齿轮座、主联轴器、减速机、电轴、平衡装置、齿轮座、主联轴器、减速机、电动机联轴器和电动机等动机
44、联轴器和电动机等(参见图参见图5 519)19)。44454647 各类轧机轧辊在工作机座中有不同的布置方法各类轧机轧辊在工作机座中有不同的布置方法(见图见图520)。48一般轧机的轧辊皆作旋一般轧机的轧辊皆作旋转运动，进行纵轧或斜转运动，进行纵轧或斜轧，但也可作行星运动轧，但也可作行星运动如高效的行星轧机如高效的行星轧机(图图521)：49示例示例6 6：食品机械：食品机械 在食品加工机械中，机械的总布置是多种多样的，属于平在食品加工机械中，机械的总布置是多种多样的，属于平面水平转子式的机器有：转子式灌瓶机、夹心糖的转子分装自面水平转子式的机器有：转子式灌瓶机、夹心糖的转子分装自动机等；属于
45、立体直线式机器有包装散状物料和牛奶的许多自动机等；属于立体直线式机器有包装散状物料和牛奶的许多自动机。动机。图图5-225-22所示为包装散状物料的自动机：从卷筒所示为包装散状物料的自动机：从卷筒1 1退下的包装退下的包装带被圆盘刀带被圆盘刀2 2纵向剖开，切开的两条包装带翻转后分别绕过两对纵向剖开，切开的两条包装带翻转后分别绕过两对导辊导辊5 5，而后又汇合一起，形成纵缝，由加热器，而后又汇合一起，形成纵缝，由加热器6 6焊合。通过圆焊合。通过圆管管3 3向所形成的软袋内装入定量的散状物料，由电熨斗向所形成的软袋内装入定量的散状物料，由电熨斗7 7焊合横焊合横缝。依靠辊子缝。依靠辊子8 8牵
46、引软袋，也就是将软带从卷筒退下，四边均焊牵引软袋，也就是将软带从卷筒退下，四边均焊合住的装有产品的袋子由剪切装置合住的装有产品的袋子由剪切装置9 9割开，然后落入溜槽割开，然后落入溜槽1010。借。借助光电装置助光电装置4 4调整预先印有图案的软带的运动，从而保证图案在调整预先印有图案的软带的运动，从而保证图案在袋上的中心位置。袋上的中心位置。50 该自动机的主要执该自动机的主要执行机构是沿加工对象自行机构是沿加工对象自上而下的运动路线来布上而下的运动路线来布置的，占地空间小，工置的，占地空间小，工艺流程方向与物料重力艺流程方向与物料重力方向一致。因此，采用方向一致。因此，采用立式布置是比较合
47、理的。立式布置是比较合理的。51第七节第七节 机械驱动系统设计机械驱动系统设计 一选择机构的类型和拟定机构简图一选择机构的类型和拟定机构简图机构按完成的功能机构按完成的功能:可分为执行机构和传动机构两可分为执行机构和传动机构两大类。执行机构是根据工作头的功能去实现轨迹、大类。执行机构是根据工作头的功能去实现轨迹、运动和力的变换和传递。一般情况下执行机构运动和力的变换和传递。一般情况下执行机构与动力源有着不同的运动形式，不同的速度和不与动力源有着不同的运动形式，不同的速度和不同的动力等要求，而运动和动力通常要由高速旋同的动力等要求，而运动和动力通常要由高速旋转的原动机提供，因此，要满足执行机构的
48、要求，转的原动机提供，因此，要满足执行机构的要求，必须进行运动形式的转换和变速。这就要有相应必须进行运动形式的转换和变速。这就要有相应的传动机构来完成。传动机构联系起来，就组成的传动机构来完成。传动机构联系起来，就组成了传动链，传动链可能是一条或若干条，汇总起了传动链，传动链可能是一条或若干条，汇总起来就构成了设备的传动系统。来就构成了设备的传动系统。52 1 1机械传动系统机械传动系统 它包括定传动比机构、变速机构、运动转换机构它包括定传动比机构、变速机构、运动转换机构和操纵控制机构等几部分组成。按其能量流动路线的和操纵控制机构等几部分组成。按其能量流动路线的不同，传动系统可分为：不同，传动
49、系统可分为：(1)单流传动单流传动 单流传动是指动力输出能量依次经过每单流传动是指动力输出能量依次经过每一个传动件的传动形式。这样传动级数越多。传动效一个传动件的传动形式。这样传动级数越多。传动效率就越低。因此多用于小功率、传动链短的机器。单率就越低。因此多用于小功率、传动链短的机器。单流传动框图如图流传动框图如图523。53(2)(2)分流传动分流传动 分流传动是指动力输出的能量分成分流传动是指动力输出的能量分成多个分支传到各执行机构的传动形式，显示分流传多个分支传到各执行机构的传动形式，显示分流传动有利于灵活安排传动线路、提高传动效率、缩小动有利于灵活安排传动线路、提高传动效率、缩小传动件
50、的结构尺寸，一般适合于执行件较多的机器。传动件的结构尺寸，一般适合于执行件较多的机器。图图5 52424所示所示(3)(3)汇流传动汇流传动 所谓汇流传动就是动力源经几条线路所谓汇流传动就是动力源经几条线路汇交于执行机构，图汇交于执行机构，图5 52424。54 这种能量流动路线的特点是将低速、重载、大功率机这种能量流动路线的特点是将低速、重载、大功率机器的动力源配备为多台中小型动力机，以减小传动机器的动力源配备为多台中小型动力机，以减小传动机构提高传动效率。使执行机构有效地完成所需的复构提高传动效率。使执行机构有效地完成所需的复合运动形式及速度变化节拍，然而为了保证各动力机合运动形式及速度变