機(jī)械設(shè)計學(xué)-課件1

機(jī)械設(shè)計學(xué)主講：楊化動華北電力大學(xué)機(jī)械工程系本課程的主要內(nèi)容功能原理設(shè)計實用化設(shè)計商品化設(shè)計本課程的教學(xué)安排講課:28學(xué)時觀看錄像:2學(xué)時考試:2學(xué)時教材名稱《機(jī)械設(shè)計學(xué)》，第三版，黃靖遠(yuǎn)主編，機(jī)械工業(yè)出版社參考書：各種有關(guān)設(shè)計方法學(xué)的教材考核方式平時成績*20%+考試成績*80%平時成績:到課情況+大作業(yè)第一章緒論§1-1機(jī)械設(shè)計的地位與作用

§1-2機(jī)械設(shè)計的任務(wù)

§1-3機(jī)械設(shè)計中的功能原理設(shè)計、實用化設(shè)計和商品化設(shè)計的特點§1-4近代設(shè)計科學(xué)的重大發(fā)展

§1-1機(jī)械設(shè)計的地位與作用一、機(jī)械設(shè)計的概念二、

機(jī)械設(shè)計與其他學(xué)科和科技的關(guān)系三、

作用機(jī)械設(shè)計根據(jù)使用要求對機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方式等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計算并將之轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。努力目標(biāo)在各種限定的條件下設(shè)計出較好的機(jī)械——優(yōu)化設(shè)計。機(jī)械設(shè)計學(xué)將機(jī)械設(shè)計的共性技術(shù)與理性化的設(shè)計方法有機(jī)的結(jié)合在一起而形成的一門獨立的、綜合性的學(xué)科。研究機(jī)械設(shè)計的規(guī)律、過程、原理、方法、設(shè)計原則以及其他機(jī)械設(shè)計的共性技術(shù)。一、機(jī)械設(shè)計的概念二、

機(jī)械設(shè)計與其他學(xué)科和科技的關(guān)系1.新興技術(shù)的應(yīng)用，使產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的變化。正向著機(jī)械-電子-信息一體化的技術(shù)方向發(fā)展。2.科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促使設(shè)計方法和技術(shù)的現(xiàn)代化。CAD、CAM、CE（并行工程）。三、

作用1．

是聯(lián)接需求到滿足需求這一鏈條上的最基本的環(huán)節(jié)2．

機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和成本，在很大程度上是由設(shè)計階段的工作決定的3.設(shè)計水平與工業(yè)發(fā)展水平是相互影響的。

返回§1-2機(jī)械設(shè)計的任務(wù)一、機(jī)械設(shè)計的一般過程（模式）二、設(shè)計階段的具體任務(wù)

三、三種不同類型的設(shè)計任務(wù)

提出需求調(diào)查研究掌握信息提出明確詳細(xì)設(shè)計要求原理性方案構(gòu)思評價和初選選擇模型確定參數(shù)詳細(xì)設(shè)計制造加工樣機(jī)測試設(shè)計鑒定批量生產(chǎn)銷售使用一、機(jī)械設(shè)計過程二、設(shè)計階段的具體任務(wù)可分為四個階段：可行性研究、初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和改進(jìn)設(shè)計1．可行性研究：從分析需求出發(fā)，經(jīng)過信息交流、尋找問題的解法、進(jìn)行原理性方案構(gòu)思，最終得到一組可行的原理性方案；2．初步設(shè)計：選出最優(yōu)的方案，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行設(shè)計參數(shù)的分析，將設(shè)計參數(shù)定量并加以優(yōu)化；3．詳細(xì)設(shè)計：總體設(shè)計（零部件的形狀、數(shù)量和相互配置關(guān)系，繪制總裝圖以及技術(shù)文件）；4.改進(jìn)設(shè)計：對反饋環(huán)節(jié)所反映的問題進(jìn)行技術(shù)處理。

三種不同類型的設(shè)計任務(wù)

1．

開發(fā)性設(shè)計：零-原型的創(chuàng)新開發(fā)2．

適應(yīng)性設(shè)計：產(chǎn)品局部的變更或設(shè)計內(nèi)燃機(jī)----增加增壓器----輸出功率增大3.變型設(shè)計：變更產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)配置和尺寸由于需要傳遞的轉(zhuǎn)矩或速比改變而重新設(shè)計減速器的傳動系統(tǒng)和尺寸，屬于變型設(shè)計§1-3機(jī)械設(shè)計中的功能原理設(shè)計、實用化設(shè)計和商品化設(shè)計的特點一、

功能原理設(shè)計1．產(chǎn)品開發(fā)的三階段：功能原理設(shè)計、實用化設(shè)計和商品化設(shè)計2．

實質(zhì)：原理方案的構(gòu)思和擬定的過程3.設(shè)計方法：以簡圖或示意圖來進(jìn)行方案構(gòu)思（例：船用抽水機(jī)）

二、

實用化設(shè)計1．工作：設(shè)計結(jié)構(gòu)、選擇材料、確定尺寸2．特點：從初步設(shè)計到詳細(xì)設(shè)計再到設(shè)計完善的由粗到細(xì)的過程3.要求：明確、簡單、安全可靠、掌握和遵循其內(nèi)在規(guī)律和一般原理。三、

商品化設(shè)計（技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會）1．

技術(shù)方面的評價：軟件質(zhì)量（設(shè)計原理、技術(shù)參數(shù)的選取、實現(xiàn)功能目標(biāo)的技術(shù)先進(jìn)性等）；硬件質(zhì)量（材質(zhì)、工藝精度、性能、壽命、可靠性）2．

經(jīng)濟(jì)方面的評價：成本與效益的比較3．

社會方面的評價：產(chǎn)品可能產(chǎn)生的社會效益4V=F/CC=生產(chǎn)成本+使用成本§1-4近代設(shè)計科學(xué)的重大發(fā)展

一、“設(shè)計學(xué)”從古代到現(xiàn)代的三個發(fā)展階段1．

從古代人類發(fā)明工具開始算起：有了原始的功能思想（力學(xué)尚未成熟）2．

1854年德國勞萊克斯作為起點：建立了機(jī)械設(shè)計的基本體系，把設(shè)計學(xué)分為“機(jī)構(gòu)學(xué)”和“機(jī)械零件”兩門課程。這一階段的“設(shè)計學(xué)”其實只是“機(jī)械學(xué)”，忽略了設(shè)計學(xué)的核心——功能，而一心一意去研究運動學(xué)、動力學(xué)和強(qiáng)度、斷裂、摩擦等問題。31947年麥爾斯提出的功能的概念算起：三個方面：“功能”思想的提出和被接受、“人機(jī)工程”學(xué)科的興起以及“工業(yè)設(shè)計”學(xué)科的成熟二、近代“設(shè)計學(xué)”的重大發(fā)展：二戰(zhàn)以后，機(jī)構(gòu)設(shè)計取得進(jìn)一步的發(fā)展，CAD、CAM、CE1．“功能”思想的提出和發(fā)展 名言：顧客購買的不是產(chǎn)品本身，而是產(chǎn)品所具有的功能 功能思想的提出，人們開始打破傳統(tǒng)習(xí)慣，尋找不同的原理、結(jié)構(gòu)和外形來實現(xiàn)同一種功能。2．“人機(jī)學(xué)”(ergonomics)思想的形成和發(fā)展：“宜人”的宗旨已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計不能疏忽的觀念。3．“工業(yè)設(shè)計”(industrialdesign)學(xué)科體系的發(fā)展和成熟第二章機(jī)器的組成及典型機(jī)器分析

§2-1機(jī)器的定義

§2-2機(jī)器的組成

§2-3機(jī)器的分類

§2-4典型機(jī)器功能分析—家用縫紉機(jī)

一、機(jī)器（現(xiàn)代機(jī)器）：

機(jī)器是由兩個或兩個以上的相互聯(lián)系配合的構(gòu)件所組成的聯(lián)合體，通過其中某些構(gòu)件的限定的相對運動，能將某種原動力和運動轉(zhuǎn)變，以執(zhí)行人們預(yù)期的工作，在人或其他智能體的操作和控制下，實現(xiàn)為之設(shè)計的某種或某幾種功能。注意：1）兩個或兩個以上的構(gòu)件 2）聯(lián)系：聯(lián)接方式 3）功能和控制二、包含了兩個新的概念：

功能（設(shè)計學(xué)的核心）和控制（可以由某種智能體來實現(xiàn)）三、構(gòu)件（廣義）：

構(gòu)件之間的聯(lián)系（機(jī)械聯(lián)接，電、磁、氣、液等各種聯(lián)系方式） 構(gòu)件：機(jī)器中每一個獨立的單元體§2-2機(jī)器的組成

一、傳統(tǒng)機(jī)器原動機(jī)傳動機(jī)工作機(jī)科技發(fā)展機(jī)器原動機(jī)傳動機(jī)工作機(jī)控制器機(jī)械裝置電子裝置二、不同角度下的組成1．機(jī)構(gòu)學(xué)：由各種基本機(jī)構(gòu)組合而成，能動度應(yīng)等于原動機(jī)數(shù)2．結(jié)構(gòu)學(xué)：由各種基本構(gòu)件組裝而成3．專業(yè)的角度：常以主要部件來看機(jī)器的組成4.對于機(jī)械設(shè)計來說，更強(qiáng)調(diào)從功能的觀點來看機(jī)器的組成三、從功能的觀點看機(jī)器的組成1.功能：設(shè)計學(xué)的基本概念。通過觀察和認(rèn)識機(jī)器，人們的思維才能從舊的結(jié)構(gòu)和形式中解放出來。2.機(jī)器的組成：機(jī)器由多個主要分功能系統(tǒng)構(gòu)成；他們的協(xié)調(diào)工作實現(xiàn)了機(jī)器的總功能；每個主要分功能系統(tǒng)可由原動機(jī)、傳動機(jī)、工作機(jī)和控制器組成；其中的工作機(jī)則多由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和工作頭構(gòu)成。如圖所示（例：車床的總功能：利用移動刀具對旋轉(zhuǎn)工件進(jìn)行切削。兩個分功能：工件旋轉(zhuǎn)、刀具進(jìn)給）3.機(jī)器的功能（主要功能和輔助功能）

機(jī)器（總功能）分功能系統(tǒng)1分功能系統(tǒng)i分功能系統(tǒng)n工作機(jī)傳動機(jī)原動機(jī)控制機(jī)工作頭執(zhí)行機(jī)構(gòu)….….機(jī)器的組成（功能角度）圖解§2-3機(jī)器的分類機(jī)器工藝類機(jī)器非工藝類機(jī)器加工機(jī)床食品機(jī)械紡織機(jī)械印刷機(jī)械動力機(jī)械其中運輸機(jī)械精密機(jī)械醫(yī)療機(jī)械通用機(jī)械……§2-4典型機(jī)器的功能分析(家用縫紉機(jī))企圖模仿人工縫紉的方式-針尾引線1.采用了針尖引線代替針尾引線2.采用了雙線互鎖交織以代替線的反復(fù)穿刺一、家用縫紉機(jī)的總功能1.將線按一定規(guī)律縫于縫料上2.特點：1）機(jī)縫線跡整齊美觀，縫合牢固，縫紉迅速。2）由于縫紉質(zhì)量的要求，實現(xiàn)總功能的各機(jī)構(gòu)間的運動配合要求精度很高，因此，家用縫紉機(jī)屬于精密的工藝類機(jī)器。二、家用縫紉機(jī)的功能分析1.主要功能1）引面線造環(huán)功能2）鉤面線擴(kuò)環(huán)，使底面線交織的功能3）供給和收回面線的功能4）輸送縫料的功能2.輔助功能（1）調(diào)節(jié)面線和底線的阻尼功能（2）調(diào)節(jié)壓腳壓緊力的功能（3）調(diào)節(jié)送布針距的功能（4）繞底線功能3.控制功能（1）機(jī)械控制功能：每一功能動作必須按規(guī)定的時間和速度進(jìn)行，由傳動機(jī)構(gòu)的巧妙配合進(jìn)行控制的。凸輪和連桿機(jī)構(gòu)。（2）人機(jī)控制功能人機(jī)接口共4個：縫針工作區(qū)、手輪、機(jī)針前方布面、腳踏板（3）電子控制功能：實現(xiàn)繡花和鎖扣眼第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計§3-1功能原理設(shè)計的工作特點和工作內(nèi)容§3-2功能、功能單元和功能結(jié)構(gòu)§3-3功能原理的發(fā)展歷史及其基本類型§3-4兩種動作功能及其對應(yīng)的求解思路§3-5工藝功能及其對應(yīng)的求解思路§3-6關(guān)鍵技術(shù)功能、綜合技術(shù)功能及其對應(yīng)的求解思路第三章緒論1.功能原理設(shè)計：針對主要功能的原理性設(shè)計2.例：點鈔機(jī)3.重點：提出創(chuàng)新構(gòu)思§3-1功能原理設(shè)計的工作特點和工作內(nèi)容一、工作特點1．功能原理設(shè)計往往使用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng)，使機(jī)器的工作原理發(fā)生根本的變化的設(shè)計。2．功能原理設(shè)計中往往要引入某種新技術(shù)（新材料、工藝），首先要求設(shè)計人員有一種新的想法和構(gòu)思。3．功能原理設(shè)計使機(jī)器品質(zhì)發(fā)生質(zhì)的變化。滿足以上三點的功能原理設(shè)計是一個高品位的功能原理設(shè)計

二、任務(wù)和主要內(nèi)容1．任務(wù)：針對某一確定的功能目標(biāo)，尋求一些物理效應(yīng)，并借助某些作用原理，來求得一些實現(xiàn)該功能目標(biāo)的解法原理。解釋：1）功能目標(biāo)：最后要達(dá)到的功能2）物理效應(yīng)：摩擦、離心力、氣吹、液化、壓電變形等3）

作用原理：摩擦輪、氣嘴、壓電晶體等4）解法原理：物理效應(yīng)+作用原理2．主要工作內(nèi)容：構(gòu)思能實現(xiàn)功能目標(biāo)的新的解法原理3．功能原理方案設(shè)計步驟：設(shè)計任務(wù)求總功能總功能分解尋求子功能解原理解組合評價與決策最佳原理方案黑箱法功能逐級分解創(chuàng)造性方法、目錄法、調(diào)查分析法形態(tài)學(xué)矩陣法各種評價方法分析綜合評價與決策如：設(shè)計一臺洗衣機(jī)，其總功能為"潔衣"，即"分離臟物"。如果模仿人手洗衣的動作，它將包括手臂、手指等由多桿機(jī)構(gòu)組成的機(jī)械手來完成，那將非常復(fù)雜，而且剛性構(gòu)件堅硬性對衣料的磨損也難以控制。然而，若采用水流與衣料相對運動的的洗法，則可用簡單的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的機(jī)械運動來實現(xiàn)，這是目前最常見的洗衣機(jī)的方式。如果思路再擴(kuò)展一些，還可考慮利用超聲波產(chǎn)生很強(qiáng)的水壓使衣物纖維振動，同時借助氣泡上升的力使衣物運動而產(chǎn)生摩擦，達(dá)到洗滌去臟的目的。

§3-2功能、功能單元和功能結(jié)構(gòu)一、功能的含義1．傳統(tǒng)的定義功能：是對于某一產(chǎn)品的特定的工作能力的抽象化的描述，是指某一機(jī)器（或裝置）所具有的轉(zhuǎn)化能量、運動或其他物理量的特性。注意：區(qū)分這樣的幾個概念（功用、用途、性能、能力）例：功用——作原動機(jī)電動機(jī)用途——驅(qū)動電扇、機(jī)床性能——效率、耐用性、振動能力——功率、轉(zhuǎn)速功能——將電能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動的動能

2．從系統(tǒng)工程學(xué)的角度來看功能的含義在系統(tǒng)工程學(xué)上，我們用“黑箱”來描述功能黑箱：只是描述了系統(tǒng)的功能目標(biāo)，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是未知的白箱：內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全已知灰箱：內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分已知用黑箱來描述功能：任何一個技術(shù)系統(tǒng)都有輸入和輸出，把技術(shù)系統(tǒng)看成一個黑箱，起輸入用物料流M、信息流S和能量流E來描述；其輸出用相應(yīng)的M'、S'、E'來描述。

我們根據(jù)所學(xué)過的傳遞函數(shù)的定義，可以得出功能的含義：一個技術(shù)系統(tǒng)在以實現(xiàn)某種任務(wù)為目標(biāo)時，其輸入量和輸出量之間相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系注意：1）功能抽象的描述機(jī)械產(chǎn)品輸入量和輸出量之間的因果關(guān)系2）黑箱只是描述了從系統(tǒng)外部觀察到的功能特點，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是需要設(shè)計師去進(jìn)行具體構(gòu)思和設(shè)計的。

技術(shù)系統(tǒng)信息流S（進(jìn)行能量流E的轉(zhuǎn)換）物料流M信息S能量E物料MS'E'M'

金屬切削機(jī)床毛坯冷卻劑潤滑劑驅(qū)動能信號能啟動信號零件耗損的冷卻劑耗損的潤滑劑切削切削功率自動開動熱量振動噪聲灰塵環(huán)境的溫度、濕度地基的振動機(jī)床黑箱示意圖二、功能元素和功能單元

1、

功能元素從系統(tǒng)論的觀點看，一個系統(tǒng)可以分解為一些子系統(tǒng)，相應(yīng)的總功能也可以分為一些分功能。因此，有些學(xué)者提出，將這些復(fù)雜動作分解為一些基本動作，把這些基本的動作稱為“功能元素”，也稱功能元

轉(zhuǎn)變復(fù)原、放大縮小、連接分離物理功能元總功能—分功能—功能元傳導(dǎo)-絕緣、存貯-提取數(shù)學(xué)功能元：加和減等邏輯功能元：與、或、非

2.功能單元功能元劃分過細(xì)，在機(jī)械實踐中并不很有效，尚有待進(jìn)一步的研究。另外一種分解方式：只是分解到功能單元的水平上，這樣的功能單元是既有一定的獨立性，又有一定復(fù)雜程度的技術(shù)單元。例：硬幣計數(shù)包卷機(jī)的功能單元：1）硬幣堆放、輸送2）硬幣排列、分選、挑殘3）硬幣分選計數(shù)4）硬幣堆碼、整理5）送紙、撕紙6）硬幣包卷7）卷邊

三、功能分析法（一）、確定總功能1.設(shè)計問題抽象化:從抽象到具體，從定性到定量是產(chǎn)品設(shè)計的戰(zhàn)略思想方法（1）臺鉗功能表述對解法的影響(2)砸開核桃殼取出果仁的功能描述適度抽象化功能表達(dá)解法螺旋加壓螺旋絲杠機(jī)械加壓偏心機(jī)構(gòu)…形成壓力氣動、液壓機(jī)構(gòu)…功能分析解法構(gòu)思砸殼適度抽象化分離殼與桃仁砸：利用重力

夾：杠桿作用（核桃夾子）壓：螺旋壓力機(jī)沖擊：水力沖壓射擊：把核桃作為“槍彈”射向硬靶使殼變脆：讓殼變脆易碎把殼溶解：溶解殼而不溶解桃仁鉆孔：向殼內(nèi)充氣撐破外殼整體加壓：外壓驟減，內(nèi)壓撐破外殼（專利發(fā)明）外部加壓逆向思維側(cè)向思維2.黑箱法（二）、功能結(jié)構(gòu)1.3種基本的結(jié)構(gòu)形式F1F2F3串聯(lián)F1F2F3并聯(lián)條件F1F2并聯(lián)安全離合器的離與合取決于傳遞載荷的數(shù)值F1F2F3條件F1F2環(huán)行環(huán)行串聯(lián)結(jié)構(gòu)又稱為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，它表示各分功能之間是按順序（因果、時間或空間關(guān)系）依次進(jìn)行的；并聯(lián)結(jié)構(gòu)（選擇結(jié)構(gòu)）的幾個分功能處于并聯(lián)關(guān)系，幾個分功能同時起作用才能實現(xiàn)預(yù)期的功能舉例：并聯(lián)（車床加工物料）串聯(lián)（虎鉗的施力與夾緊）2.建立功能結(jié)構(gòu)圖（表示分功能關(guān)系的圖）的要求（1）體現(xiàn)功能元或分功能之間的順序關(guān)系（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（4）盡可能簡單明了，但要便于實體解答方案的求取

在分析功能關(guān)系和邏輯關(guān)系時，首先考慮主要功能和主要流，初步建立功能結(jié)構(gòu)圖，然后，再解決輔助功能和次要流，逐漸完善系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)夾緊工件旋轉(zhuǎn)工件夾緊刀具送進(jìn)刀具原理方案設(shè)計的主要步驟為：

（1）明確設(shè)計任務(wù)把設(shè)計任務(wù)作為更大系統(tǒng)的一部分，研究社會需求與技術(shù)發(fā)展趨勢，確定設(shè)計目標(biāo)，并分析設(shè)計的產(chǎn)品將產(chǎn)生的社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效果。在盡可能全面掌握有關(guān)信息，深入掌握需求實質(zhì)的基礎(chǔ)上，以表格形式編寫出設(shè)計要求表，它將作為設(shè)計與評價的依據(jù)。

（2）確定系統(tǒng)的整體目的性——總功能把設(shè)計對象看作黑箱，通過系統(tǒng)與環(huán)境的輸入和輸出，明確系統(tǒng)的整體功能目標(biāo)和約束條件，由功能出發(fā)去決定系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

（3）進(jìn)行功能分解

系統(tǒng)是由相互聯(lián)系的分層次的諸要素組成，這是系統(tǒng)的可分解性和相關(guān)性。通過功能分析把總功能分解為相互聯(lián)系的分功能（功能元），使問題變得易于求解。分功能的相互聯(lián)系可用功能樹或功能結(jié)構(gòu)圖表達(dá)。

（4）分功能求解

（5）將分功能解綜合為整體解——原理方案

用形態(tài)學(xué)矩陣表達(dá)分功能求解的結(jié)果，將相容的分功能解綜合為整體方案。綜合時從最重要的分功能的較優(yōu)解出發(fā)，追求整體最優(yōu)。

整體原則是系統(tǒng)方法的核心，這一原則認(rèn)為，任何系統(tǒng)都是由部分組成的，但整體不等于部分的機(jī)械相加，這是由于各部分之間的相互作用、關(guān)系和層次產(chǎn)生了系統(tǒng)的整體特征。最后組成幾個整體方案，通過評價比較，篩選出或綜合為1-2個原理方案，作為繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計的基礎(chǔ)。

一般工程系統(tǒng)都比較復(fù)雜，難以直接求得滿足總功能的系統(tǒng)解。因此，一般可按系統(tǒng)分解的原則進(jìn)行功能分解，通過較簡單的功能元去求解。

總功能可分解為分功能

→二級分功能

→功能元，并用樹狀的功能關(guān)系圖（功能樹圖）表達(dá)。

功能元是直接能求解的功能單元，功能樹中前級功能是后級功能的目的功能，而后級功能是前級功能的手段功能。

功能分解分功能分解的原則1）通常按照解決問題的因果關(guān)系或手段目的關(guān)系來分析分功能2）也可按照生產(chǎn)的空間順序或時間順序來分析3）功能分解的結(jié)果用功能樹的形式表示4）功能分解不只是問題求解的手段，而是深刻認(rèn)識事物的方法例如，對材料拉伸試驗機(jī)的功能分解而形成的其功能樹為：

常用的功能元可分為三類：物理功能元、邏輯功能元和數(shù)學(xué)功能元。

物理功能元是反映系統(tǒng)或設(shè)備中能量、物料、信息變化的基本物理作用的。常用的基本物理功能元有功能轉(zhuǎn)換類、功能縮放類、功能聯(lián)接類、功能傳導(dǎo)及離合類、功能存放類等。

物理功能元是通過物理效應(yīng)實現(xiàn)其功能而獲得解答的。

機(jī)械、儀器中常用的物理效應(yīng)有：力學(xué)、液氣、電力、磁力、光學(xué)、熱力、核效應(yīng)等。

同一物理效應(yīng)可以完成不同的功能，同一功能可以用不同的物理效應(yīng)實現(xiàn)。

數(shù)學(xué)功能元有加減、乘除、乘方開方、積分微分等四類。

邏輯功能元有“與”、“或”、“非”三種基本關(guān)系，主用于邏輯運算和控制。功能元求解

功能元求解，可參考有關(guān)資料或利用各種創(chuàng)造性方法開闊思路去探尋解法，也可利用解法目錄來求解。所謂解法目錄是把能實現(xiàn)某種功能的各種原理和結(jié)構(gòu)綜合在一起的一種表格或分類資料。

圖示為物理功能元中的物料運送一解法目錄。

建立各種類型功能元的解法目錄不僅便于設(shè)計人員作參考，而且也有利于存入計算機(jī)進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計。物料運送解法

將各功能元解進(jìn)行合理組合，就可得到多個系統(tǒng)原理解。進(jìn)行功能元解的組合常用的方法是形態(tài)綜合法。它是將系統(tǒng)的功能元列為縱坐標(biāo)，各功能元的相應(yīng)解列為橫坐標(biāo)，構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣，如表

所示。表

系統(tǒng)解的形態(tài)學(xué)矩陣

求系統(tǒng)原理解

從每項功能元中取出一種解進(jìn)行有機(jī)組合，即得到一個系統(tǒng)解。最多可以組合出N種方案：式中，m

——功能元數(shù)；

——i

種功能元解的個數(shù)。3.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（通常首先考慮所應(yīng)完成的主要工作過程的動作和作用）（3）建立功能結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)其物理作用原理、經(jīng)驗或參照已有的類似系統(tǒng)，首先排定主要工作過程有關(guān)的分功能或功能元的順序，通常先提出一個粗略方案，然后檢驗并完善其相互關(guān)系，補(bǔ)充其它部分。（4）評比，選出最佳的功能結(jié)構(gòu)方案例2：建立材料拉伸試驗機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖解（1）用黑箱法求總功能。通過分析輸入和輸出關(guān)系，得到材料拉伸試驗機(jī)的總功能：測量試件受力與變形。（3）建立功能結(jié)構(gòu)圖有了總功能圖后，接著建立一級分功能結(jié)構(gòu)圖，最后建立二級分功能結(jié)構(gòu)圖。分功能的細(xì)分和設(shè)計注意以下幾點：1）確定工藝動作時要充分注意機(jī)械自身的特點，不能照搬手工操作的程序，而應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)自身的特點將手工操作的動作變換為機(jī)構(gòu)易于實現(xiàn)的動作要求，只要變換的結(jié)果能體現(xiàn)原手工操作的效果就可以了。

2)把復(fù)雜的運動規(guī)律(工藝動作)先進(jìn)行分解再合成。機(jī)械最容易實現(xiàn)的運動是簡單的轉(zhuǎn)動和直線移動。因此，要與機(jī)械的運動特性相結(jié)合，最一般的方法是把復(fù)雜的運動要求先進(jìn)行分解，然后合成。

3)確定運動方式時。要顧及工作對象的特性，因為有時利用被加工對象的特性參與運動往往可以簡化結(jié)構(gòu)。4)要使分解后的運動規(guī)律協(xié)調(diào)配合。（三）分功能求解的方法所謂分功能求解,就是尋找實現(xiàn)各分功能的作用原理及其物化特征載體---功能載體.功能載體應(yīng)包含實現(xiàn)該功能所需的物理效應(yīng),以及將物理效應(yīng)轉(zhuǎn)化為技術(shù)效果的物化特征(如幾何、運動、材料等特征），并將這些內(nèi)容用原理簡圖或大體按比例的草圖表達(dá)出來。分功能求解的一般步驟與原則（1）分功能求解的一般步驟1）尋求作用原理。對于機(jī)械系統(tǒng)而言，作用原理主要是以各種物理效應(yīng)為基礎(chǔ)，當(dāng)然有時也包括化學(xué)或生物學(xué)方面的效應(yīng)。2）在物理效應(yīng)發(fā)生處，選擇、確定合適的作用形狀（點、線、面或空間等）、作用運動（類型、形式、方向、數(shù)量等）以及材料種類等。（2）分功能求解的一般原則1）針對同一問題找出多種解決方案，這樣才有比較、選擇的余地2）不要過早的具體化，以免把設(shè)計思路局限在某一種傾向上3）恰如其分的參考、借鑒已有的解決方案,不能指望每一步都是創(chuàng)新發(fā)明4）對所有獲得的分功能解，均應(yīng)以文字、簡圖等方式作出記錄。5）在尋找最佳分功能解時，注意與其它專長的技術(shù)人員協(xié)同工作（3）分功能求解的方法1）研究物理效應(yīng)求解系統(tǒng)的研究物理現(xiàn)象并深入分析其內(nèi)在規(guī)律，是尋求功能原理解的重要手段。當(dāng)某物理功能解的物理效應(yīng)或決定它的物理關(guān)系式為已知時，通過分析有關(guān)物理量之間的關(guān)系，可以導(dǎo)出多個不同的解。2）制定編排表式求解3）設(shè)計目錄法?。﹫?zhí)行機(jī)構(gòu)基本運動常用機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式有回轉(zhuǎn)運動、直線運動和曲線運動三種，回轉(zhuǎn)和直線運動是最簡單的機(jī)械運動形式。按運動有無往復(fù)性和間歇性，基本運動的形式如表1所示。表1執(zhí)行構(gòu)件的基本運動形式序號運動形式舉例1單向轉(zhuǎn)動曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的曲柄、轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿、齒輪機(jī)構(gòu)中的齒輪2往復(fù)擺動曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的搖桿、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的擺動導(dǎo)桿、搖塊機(jī)構(gòu)中的搖塊3單向移動帶傳動機(jī)構(gòu)或鏈傳動機(jī)構(gòu)中的輸送帶（鏈）移動4往復(fù)移動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的滑塊、牛頭刨床機(jī)構(gòu)中的刨頭5間歇運動槽輪機(jī)構(gòu)中的槽輪、棘輪機(jī)構(gòu)中的棘輪、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)也可以構(gòu)成間歇運動6實現(xiàn)軌跡平面連桿機(jī)構(gòu)中的連桿曲線、行星輪系中行星輪上任意點的軌連等序號基本功能舉例1變換運動形式轉(zhuǎn)動←→轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動←→擺動轉(zhuǎn)動←→移動轉(zhuǎn)動→單向間歇轉(zhuǎn)動擺動←→擺動擺動←→移動移動←→移動擺動→單向間歇轉(zhuǎn)動雙曲柄機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、帶傳動機(jī)構(gòu)、鏈傳動機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、撓性輸送機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)、移動推桿凸輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、空間凸輪間歇運動機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)、移動推桿移動凸輪機(jī)構(gòu)齒式棘輪機(jī)構(gòu)、摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)2變換運動速度齒輪機(jī)構(gòu)（用于增速或減速）、雙曲柄機(jī)構(gòu)3變換運動方向齒輪機(jī)構(gòu)、蝸桿機(jī)構(gòu)、錐齒輪機(jī)構(gòu)等4進(jìn)行運動合成（或分解）差動輪系、各種2自由度機(jī)構(gòu)5對運動進(jìn)行操作或控制離合器、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、杠桿機(jī)構(gòu)6實現(xiàn)給定的運動位置或軌跡平面連桿機(jī)構(gòu)、連桿一齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪連桿機(jī)構(gòu)、聯(lián)動凸輪機(jī)構(gòu)7實現(xiàn)某些特殊功能增力機(jī)構(gòu)、增程機(jī)構(gòu)、微動機(jī)構(gòu)、急回特性機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)序號執(zhí)行構(gòu)件實現(xiàn)的運動或功能機(jī)構(gòu)形式1勻速轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)（包括定傳動比機(jī)構(gòu)、變傳動比機(jī)構(gòu)）摩擦輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)、輪系平行四邊形機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)各種有級或無級變速機(jī)構(gòu)2非勻速轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)非圓齒輪機(jī)構(gòu)雙曲柄四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)撓性機(jī)構(gòu)3往復(fù)運動機(jī)構(gòu)（包括往復(fù)移動和往復(fù)擺動）曲柄-搖桿往復(fù)運動機(jī)構(gòu)雙搖桿往復(fù)運動機(jī)構(gòu)滑塊往復(fù)運動機(jī)構(gòu)凸輪式往復(fù)運動機(jī)構(gòu)齒輪式往復(fù)運動機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)4間歇運動機(jī)構(gòu)（包括間歇轉(zhuǎn)動、間歇擺動、間歇移動）間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)（棘輪、槽輪、凸輪、不完全齒輪機(jī)構(gòu)）間歇擺動機(jī)構(gòu)（一般利用連桿曲線上近似圓弧或直線段實現(xiàn)）間歇移動機(jī)構(gòu)（由連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)等來實現(xiàn)單側(cè)停歇、雙單側(cè)停歇、步進(jìn)移動）5差動機(jī)構(gòu)差動螺旋機(jī)構(gòu)差動棘輪機(jī)構(gòu)差動齒輪機(jī)構(gòu)差動連桿機(jī)構(gòu)差動滑輪機(jī)構(gòu)6實現(xiàn)預(yù)期軌跡機(jī)構(gòu)直線機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)、行星齒輪機(jī)構(gòu)等）特殊曲線（橢圓、拋物線、雙曲線等）繪制機(jī)構(gòu)工藝軌跡機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、凸輪連桿機(jī)構(gòu)等）7增力及夾持機(jī)構(gòu)斜面杠桿機(jī)構(gòu)鉸鏈杠桿機(jī)構(gòu)肘桿式機(jī)構(gòu)8行程可調(diào)機(jī)構(gòu)棘輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)螺旋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)搖桿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可調(diào)式導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（四）原理方案綜合——形態(tài)學(xué)矩陣法1.形態(tài)學(xué)矩陣建立在形態(tài)學(xué)矩陣的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)的分解和組合尋找各種答案。形態(tài)學(xué)是用集合代數(shù)的表達(dá)方法描述系統(tǒng)形態(tài)和分類問題的學(xué)科。

形態(tài)學(xué)矩陣采用矩陣的形式，第一列A,B,…,N為分功能，對應(yīng)每個分功能的橫行為其解答，如A1,A2,A3…由每個分功能解中挑選一個解，經(jīng)過組合可以形成一個包括全部分功能的整體方案。從理論上說，可以組成整體方案的數(shù)量，為各行解法個數(shù)的連乘積。分功能可能的解法123…IJKAA1A2A3…AIAJAKBB1B2B3…BIBJBKCC1C2C3…CICJCK……NN1N2N3…NINJNK設(shè)計參數(shù)可能的解答1234A墨庫剛性管可折疊的筆纖維物質(zhì)-B裝填機(jī)構(gòu)部分真空毛細(xì)作用可更換的儲液器把墨注入儲液器C筆尖墨液輸出裂縫筆尖毛細(xì)供液圓珠-粘性墨纖維物質(zhì)的筆尖毛細(xì)供液-

液墨書寫器的形態(tài)學(xué)矩陣這個矩陣中的分功能可以形成3*4*3=36個整體方案。形態(tài)學(xué)矩陣組成的方案數(shù)目過大，難以進(jìn)行評選。一般通過以下要點組成少數(shù)幾個整體方案供評價決策使用，以便確定1-2個進(jìn)一步設(shè)計的方案。（1）相容性。分功能之間必須相容，否則不能組合。（2）優(yōu)先選用主要分功能的較佳解，由該解法出發(fā)，選擇與它相容的其他分功能解。（3）提出對設(shè)計要求、約束條件不滿足，或不令人滿意的解答，如成本過高、效率低、污染嚴(yán)重、不安全、加工困難等。例：試設(shè)計進(jìn)行露天礦開采的挖掘機(jī)的原理方案解：1.用黑箱法尋找總功能和轉(zhuǎn)換關(guān)系2.總功能分解（1）總功能分解的依據(jù)機(jī)器一般都由5部分組成：原動機(jī)、傳動部分、工作機(jī)構(gòu)、控制和支承。其技術(shù)過程通常是：原動機(jī)-傳動-控制-工作機(jī)構(gòu)，而這4部分都安裝在支承部件上。工作機(jī)構(gòu)就是每臺機(jī)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了表示這種技術(shù)過程和周圍環(huán)境關(guān)系，用技術(shù)過程流程圖來表示。圖中幾點說明：a.環(huán)境系統(tǒng)：是根據(jù)設(shè)計要求明細(xì)中提出的，如爬坡、作業(yè)范圍等等要求b.”人”是指操作人員對機(jī)器的要求，即考慮人機(jī)工程學(xué)設(shè)計c.相鄰技術(shù)系統(tǒng)是指運輸機(jī)的種類，設(shè)計要求中已提出為汽車，這實質(zhì)是提出卸煤的高度要求；能源的種類為柴油機(jī)。d.虛線方框內(nèi)表示機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而機(jī)械與外界聯(lián)系用實線大方框表示通過上面的技術(shù)流程圖粗線條地看清楚了機(jī)器的技術(shù)輪廓，其技術(shù)系統(tǒng)是很復(fù)雜的，能直接求得總功能的解，同時流程圖還為總功能的分解提供了可靠的依據(jù)。（２）總功能分解將總功能分解為一級、二級分功能二級分功能還找不到解，還可以接著往下分解，直到可找到相應(yīng)的原理解為止。３.建立功能結(jié)構(gòu)圖第一步：首先建立總功能與一級分功能的功能結(jié)構(gòu)圖（１）做出總功能輸入、輸出轉(zhuǎn)換關(guān)系圖，然后再建立一級分功能的結(jié)構(gòu)圖（２）先畫出最基本的功能即執(zhí)行功能，然后畫它的輸入和輸出（３）畫出行走、輔助、控制、驅(qū)動功能，畫每個功能的輸入和輸出（４）各個功能的輸入、輸出關(guān)系的連接（５）支承和聯(lián)接功能與上述每個功能相關(guān)，故用多個箭頭表示第二步：建立二級功能結(jié)構(gòu)圖接著往下，還可以逐步的建立更加詳細(xì)的完善的功能結(jié)構(gòu)圖４.尋找原理解法和原理解組合功能結(jié)構(gòu)圖建立后，就可尋找各功能的原理解，然后用形態(tài)學(xué)矩陣進(jìn)行原理解組合，可得到設(shè)計方案的多種解。組合方案數(shù)：＝３＊３＊２＊３＊１＊４＊４＊３＊４＝１０３６８方案１為履帶式正鏟機(jī)械挖掘機(jī)（A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1）方案２為輪胎式正鏟液壓挖掘機(jī)（A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2）根據(jù)設(shè)計要求中功率的要求，在能量傳遞與分配中，采用鏈傳動和皮帶傳動，顯然不相容的，應(yīng)去掉。故組合方案數(shù)=3*3*2*2*3*1*2*4*3*4=5184。在眾多的方案中，進(jìn)行定性篩選，然后進(jìn)行詳細(xì)評價，最后決策最佳方案。

大作業(yè)1。汽車舉升機(jī)原理方案設(shè)計：汽車舉升機(jī)主要用于汽車的舉升維修和保養(yǎng)，它可以根據(jù)不同的修理部位，將汽車舉升到適宜的高度，以改變地溝工作地點窄小，潮濕陰暗、工作效率低等勞動環(huán)境。2。瓶蓋整列裝置的原理方案設(shè)計設(shè)計要求：把一堆不規(guī)則放置的瓶蓋整列成口朝上的位置逐個輸出。瓶蓋的形狀和尺寸如圖。瓶蓋質(zhì)量為M=10G，整列速度100個/分鐘。能量為220V交流和高壓氣（壓力為0.6MPA）φ25mmφ30mm7mm§3-3功能原理的發(fā)展歷史及其基本類型

一、功能原理的特點1．綜合，不可能有任何定法可循的：對應(yīng)于分析2．有多解的問題，而且很難得到絕對理想的解二、分類1．工藝功能：以完成對對象物的加工為目的的功能（例：機(jī)床、絞肉機(jī)、犁）2.動作功能：以實現(xiàn)動作為目的的功能（簡單動作功能：完成簡單的一次性動作，例：拉鏈、圓珠筆；復(fù)雜動作功能：實現(xiàn)連續(xù)的傳動，例：六種基本機(jī)構(gòu)的組合）共性：用純機(jī)械或主要靠機(jī)械完成的動作功能

3．綜合技術(shù)功能：不再局限于用純機(jī)械的方式，而是綜合運用機(jī)、光、電、磁、熱、化各種廣義物理效應(yīng)去實現(xiàn)動作功能和工藝功能（例：高速平面電機(jī)式自動繪圖機(jī)、精密定位工作臺）4.關(guān)鍵技術(shù)功能：作為某個企業(yè)或部門獨有的技術(shù)，暫時還沒被別人掌握（動作功能、工藝功能、綜合技術(shù)功能）（例：在數(shù)控機(jī)床發(fā)展的初期，滾珠絲杠和靜壓導(dǎo)軌成了關(guān)鍵技術(shù)）

簡單動作功能關(guān)鍵技術(shù)功能

動作類復(fù)雜動作功能功能類型工藝類——工藝功能綜合技術(shù)功能§3-4兩種動作功能及其對應(yīng)的求解思路一、簡單動作功能1．特點：由兩個或兩個以上的具有特殊幾何形狀的構(gòu)件組成，利用它們形體上的特征，可以實現(xiàn)互相運動或鎖合的動作。舉例：帶軸的輪子、拉鏈、魔方、鼠標(biāo)、彈子鎖2．求解思路：幾何形體組合法1）明確“功能目標(biāo)”2）針對功能目標(biāo)，對幾個構(gòu)件上的幾何形體進(jìn)行構(gòu)思。二、復(fù)雜動作功能1．特點：這類功能以采用常用基本機(jī)構(gòu)為主，其設(shè)計已有很成熟的理論和經(jīng)驗。盡管這類功能原理要實現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的功能目標(biāo)，設(shè)計起來并非毫無困難，但是比起簡單動作功能的設(shè)計來，還是要容易的多，因為它畢竟被人們研究的相當(dāng)透徹了。2.求解思路：基本機(jī)構(gòu)組合法齒輪、齒條、連桿、凸輪、螺旋§3-5工藝功能及其對應(yīng)的求解思路

一、工藝功能（由于作為S1的工作頭和起媒介作用的F的變換是有很大自由度的，因此工藝功能是一種最具靈活性的功能）1．定義：1）工作頭和工作對象互相配合所實現(xiàn)的功能2）以完成對對象物的加工為目的的功能2．兩個重要因素：1）采用那種工藝方法2）工作頭采用什么形狀和動作——確定工作頭的形狀和動作3．特點：工作頭的形狀、運動方式和作用場是完成工藝功能的三個重要因素分析：1）工藝方法不能完全模仿手工的工藝方法2）工作頭對物體的作用有可能不是純機(jī)械的，而加入其他廣義的作用3）比動作功能更易改進(jìn)和革新（工作頭的變革可能性大）二、求解思路——物-場分析法（S-FIELD）1.最小技術(shù)系統(tǒng)：主體（S1）、客體（S2）和場（F）2.標(biāo)準(zhǔn)的S-FIELD模型分析：1）S1—主體，是對客體發(fā)出作用的物體，也就是所說的工作頭（或工具）2）S2—客體，是被加工的物體，也就是工藝動作的對象物體3)F—場，不單指物理場，而是廣義的指S1向S2作用時發(fā)出的力、運動、光一切作用場

3.求解的方法1）F、S1搜索例：構(gòu)思剪草機(jī)的工作原理(1)S2：草拉力：無法保證草地整齊(2)選擇合適的F割斷力：鐮刀、需要握住草的上部剪斷力：理發(fā)推子(3)根據(jù)選用的力F為剪斷力，那么S1肯定是剪刀了2）完善 方法：針對原設(shè)計中出現(xiàn)的缺少F或S1的情況，補(bǔ)全F或S1例：制造平板玻璃原設(shè)計（垂直引上法），用S-FIELD分析后發(fā)現(xiàn)，S2在凝固前大部分時間內(nèi)缺少F和S1。改進(jìn)后的設(shè)計（浮法）：讓液態(tài)玻璃飄浮在低熔點金屬的液面上。S1：低熔點合金的液面，F(xiàn)：表面張力

FS1S2標(biāo)準(zhǔn)S-FIELD模式3）增加：S1、S2和F，有時還應(yīng)輔以S1’和F1’，才能實現(xiàn)更好的功能例：金屬切削過程：S2：鋼工件，S1：刀具，F(xiàn)：切削力加入S1’（切削液）——切削工藝過程更好，工件的表面粗糙度較低，切削速度提高。F’（分子吸附膜）——刀具和工件表面之間的摩擦得到改善，同時還起冷卻作用。FS1S2F1S1’S-F模型的變型4）變換：對已有功能解法中的S1和F進(jìn)行分析后，常常發(fā)現(xiàn)他們并非是不可替換的。有時通過變換可能產(chǎn)生意想不到的效果。例：S1——尼龍線F——高速抽打的抽擊力總結(jié)：由于作為S1的工作頭和起媒介作用的F的變換是有很大自由度的，因此工藝功能是一種最具靈活性的功能

§3-6關(guān)鍵技術(shù)功能、綜合技術(shù)功能及其對應(yīng)的求解思路

一、關(guān)鍵技術(shù)功能1．關(guān)鍵技術(shù)的幾個因素1）材料：高強(qiáng)度、高耐磨性、特殊的潤滑油、特殊輕質(zhì)材料、特殊的物理性能要求等2）制造工藝：高精度、小的表面粗糙度、高的熱處理要求3）設(shè)計：通過設(shè)計實現(xiàn)特殊的功能原理，尤其是實現(xiàn)以前從未有人實現(xiàn)過的功能或是比別人已經(jīng)實現(xiàn)的功能更好的功能水平。2.功能特點：由于特殊的工作條件（約束）或特殊的使用要求，用常規(guī)技術(shù)或已有技術(shù)難以達(dá)到的技術(shù)難點，或是別人目前尚難以實現(xiàn)的技術(shù)高度，總的來說他的技術(shù)要求高，而解決的方法也往往是出奇制勝。3．求解思路：技術(shù)矛盾分析法技術(shù)矛盾：約束條件和期望達(dá)到的較高要求

由于空間的限制，只能用直徑僅?20mm左右的微型直流電動機(jī)（額定輸出n=5000r/min，M=0.3N.cm）。經(jīng)過減速比i1=900的降速后，驅(qū)動一套連桿機(jī)構(gòu)，使手指得到約0.5rad/s的抓握運動速度。但是在這樣的運動速度下，指端的捏緊力只有5N左右。若使捏緊力達(dá)到50N，一般的方法是降速比增大10倍，手指的運動速度降低10倍。存在運動與力的矛盾。1)主要矛盾是電動機(jī)體積和輸出力矩之間的矛盾。研制一種大力矩的微型電動機(jī)就是一種求解的途徑。2）從動力學(xué)的角度來看，若有足夠大的存儲能量的飛輪，也可達(dá)到增大指端捏緊力的目的。二、綜合技術(shù)功能1．特點：在某些特定的條件下，采用廣義物理效應(yīng)，有可能實現(xiàn)比純機(jī)械方法更好的動作或工藝功能。顯然這里我們并不強(qiáng)調(diào)全部可以代替純機(jī)械功能，因為有許多場合純機(jī)械的動作和工藝功能還是特別簡單可靠的，沒有必要用更復(fù)雜的廣義物理效應(yīng)去代替。2．求解思路：物理效應(yīng)引入法第三章復(fù)習(xí)總結(jié)1、功能原理設(shè)計的基本任務(wù)、內(nèi)容、設(shè)計步驟2、功能的概念3、黑箱法4、功能單元和功能結(jié)構(gòu)5、功能原理設(shè)計擬定的一般過程6、功能原理的分類7、各種功能類型及其對應(yīng)的求解思路第四章機(jī)械功能原理的實現(xiàn)——機(jī)械運動系統(tǒng)的方案設(shè)計§4-1機(jī)構(gòu)能實現(xiàn)的動作功能§4-2傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)§4-3按機(jī)械動作功能原理要求作機(jī)械運動系統(tǒng)的方案設(shè)計§4-4發(fā)揮機(jī)構(gòu)固有潛力的方法——機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計§4-5機(jī)械運動的協(xié)調(diào)設(shè)計和運動循環(huán)圖§4-1機(jī)構(gòu)能實現(xiàn)的動作功能一、機(jī)構(gòu)能實現(xiàn)那些動作功能1．利用機(jī)構(gòu)實現(xiàn)運動形式或運動規(guī)律變換的動作功能輸入：轉(zhuǎn)動輸出1）勻速運動（平動、轉(zhuǎn)動）與非勻速運動（平動、轉(zhuǎn)動或擺動）的變換2）連續(xù)轉(zhuǎn)動與間歇式的轉(zhuǎn)動或擺動的變換3）實現(xiàn)預(yù)期的運動軌跡運動2．利用機(jī)構(gòu)實現(xiàn)開關(guān)、聯(lián)鎖或檢測等的動作功能檢測機(jī)構(gòu)可以檢查最后的成品也可以檢測中間工序，以自動校正與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)間的差異?？刂七B鎖機(jī)構(gòu)的用途，則是在機(jī)器工作過程中發(fā)現(xiàn)控制和檢測機(jī)構(gòu)所不能排除的缺陷時停止或限制機(jī)器的工作。例如：1）用來實現(xiàn)運動離合或開停2）用來換向、超越和反向止動3）用來實現(xiàn)連鎖、過載保護(hù)、安全制動4）實現(xiàn)鎖止、定位、夾壓等5）實現(xiàn)測量、放大、比較、顯示、記錄、運算等3．利用機(jī)構(gòu)實現(xiàn)程序控制或手動控制的功能1）利用時間的序列進(jìn)行控制（凸輪程序裝置）2)利用動作的序列進(jìn)行控制（電磁閥控制液壓缸）

3)利用運動的變化等進(jìn)行控制二、選擇機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)功能原理的原則和范圍（探討在什么情況下選用機(jī)構(gòu)來完成這些功能）原則：工作可靠、運行安全、操作方便、制造和運行的經(jīng)濟(jì)性1.實現(xiàn)功率性的機(jī)械運動形式或規(guī)律的變換功能交直流變速電動機(jī)——各種轉(zhuǎn)速要求——運動特性不理想，會受到載荷的變化而變化或轉(zhuǎn)換的效率較低——使用運動特性號，交換效率高的鼠籠型異步電動機(jī)——各種減速、變速機(jī)構(gòu)非功率性的微小擺動或移動，除了機(jī)構(gòu)之外，還可以用電磁原理來獲得；2002年高維技術(shù)公司推出了國內(nèi)首臺直線電動機(jī)驅(qū)動電火花成型機(jī)床

2.實現(xiàn)固定軌跡或簡單可調(diào)的軌跡功能各種自動機(jī)上的上、下料，加工、檢測等工序上需要的運動軌跡，均可全部用機(jī)構(gòu)來完成，對于要實現(xiàn)可任意變動的復(fù)雜軌跡，雖然一般采用電子或電氣來控制，但其軌跡動作部分也還必須使用機(jī)構(gòu)3.在特定條件下能優(yōu)質(zhì)的實現(xiàn)開關(guān)、聯(lián)鎖和檢測等功能這些功能一般用電或機(jī)械均能實現(xiàn)，但究竟用那一種好，需要設(shè)計者仔細(xì)分析研究4.實現(xiàn)簡單的固定程序或可變程序的控制功能以上幾種均適宜用機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，但究竟如何選擇，要注意科技的發(fā)展動向直線電動機(jī)-直線運動（超導(dǎo)的出現(xiàn)）電視機(jī)的頻道-機(jī)械式轉(zhuǎn)變?yōu)檫b控式的?！?-2傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、傳動機(jī)構(gòu)1．作用：將原動機(jī)的運動和動力傳遞給工作機(jī)，以完成預(yù)期的功能2．常用的傳動機(jī)構(gòu)：齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、楔塊機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、摩擦輪機(jī)構(gòu)、撓性件機(jī)構(gòu)、彈性件機(jī)構(gòu)、液氣動機(jī)構(gòu)、電氣機(jī)構(gòu)以及利用以上一些常用機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合而產(chǎn)生的組合機(jī)構(gòu)。3．目的：實現(xiàn)速度或力的變換，或?qū)崿F(xiàn)特定運動規(guī)律的要求4．運動速度或力的大小變換由p=fv可以看出，在p一定的情況下，若想得到一個大的f，則可以降低v，若要f按一定規(guī)律變化，則可通過調(diào)整輸出速度按某一種規(guī)律變化來得以實現(xiàn)。常見的用于運動速度或力的大小變換的傳動機(jī)構(gòu)主要有：

1）通過嚙合方式進(jìn)行傳動（例如：齒輪、蝸輪蝸桿、鏈傳動、同步齒形帶等）其中，齒輪傳動可以在平行軸或交錯軸間實現(xiàn)準(zhǔn)確的定傳動比傳動，適用功率和速度范圍廣，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高，工作可靠，壽命長，互換性好，因而得到廣泛應(yīng)用2）通過摩擦方式進(jìn)行傳動（例如：摩擦輪傳動、摩擦式無級變速器、帶傳動、滑輪傳動等）這類機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，成本低廉，由于帶具有柔軟性，有吸收振動的特性，且有緩沖和安全保護(hù)的作用特性使帶傳動適用于兩軸中心距較大的傳動。3）利用楔塊原理進(jìn)行傳動（例如：螺旋機(jī)構(gòu)等）。螺旋傳動主要由螺桿、螺母、機(jī)架組成，螺旋傳動的優(yōu)點是增力效果大，可用較小的轉(zhuǎn)距得到較大的軸向力，結(jié)構(gòu)簡單，傳動精度高，平穩(wěn)無噪聲等。4）利用流體作用原理進(jìn)行傳動（例如：液壓、氣動傳動等）。液體可以看作是一種不可壓縮物體，因而液壓傳動能傳動較大的力，經(jīng)常用于傳動比不需十分精確，但載荷很大的情況下，但液壓傳動速度較慢。例如液壓千斤頂、液壓挖掘機(jī)的推桿等。相反氣動傳動機(jī)構(gòu)一般用于傳遞較小的力，但作用速度快。

5運動形式或傳力方式的變換：將原動機(jī)輸出的勻速轉(zhuǎn)動變換成工作機(jī)的需求的輸出。1）常見的運動形式：轉(zhuǎn)動、平動、擺動。2）常見的變換機(jī)構(gòu)：凸輪、螺旋、連桿、齒輪、撓性體、摩擦輪、流體機(jī)構(gòu)。二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)1定義：帶動工作頭進(jìn)行工作并使之獲得工作力或力距的機(jī)構(gòu)。2作用：給工作頭產(chǎn)生工作力同時帶動工作頭實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或特定的運動軌跡等。1）滿足特定的運動規(guī)律特定的運動規(guī)律是指那些輸出中有速度變化要求，如有等速輸出、瞬時或長時間停歇、有急回特性，周期性轉(zhuǎn)位和步進(jìn)分度動作等（例：牛頭刨床）。2）滿足特定的運動軌跡。3）滿足某種特殊的信息傳遞。

此抓片機(jī)構(gòu)采用了聯(lián)動凸輪機(jī)構(gòu)，通過兩凸輪的聯(lián)動作用，使抓片爪按矩形軌跡運動，從而達(dá)到間歇抓片的目的。

此裝配線采用了聯(lián)動凸輪機(jī)構(gòu)，使筆芯托架沿著矩形軌跡運動，從而達(dá)到使圓珠筆芯步進(jìn)式地向前送進(jìn)的目的。三.工作頭1定義：工作頭是直接接觸并攜帶工作對象完成一定的工作（例如：夾持、搬運、轉(zhuǎn)位等），或是在其上完成一定的工藝動作（例如噴涂、洗滌、鍛壓等）2工作頭的作用1）夾持2）搬運、輸送及轉(zhuǎn)換工位3）施力四、選擇機(jī)構(gòu)類型和擬定機(jī)構(gòu)簡圖中的幾個問題1在滿足工藝功能動作和運動要求的情況下應(yīng)使機(jī)構(gòu)最簡單，傳動鏈最短2使機(jī)構(gòu)有有利的傳力條件3使機(jī)構(gòu)有盡可能好的動力性能4使機(jī)器操縱方便，調(diào)整容易、安全耐用§4-3按機(jī)械動作功能原理要求作機(jī)械運動系統(tǒng)的方案設(shè)計

一、功能原理解與機(jī)械運動系統(tǒng)的方案設(shè)計功能結(jié)構(gòu)圖——各個分功能以及它們之間的關(guān)系（分析分功能，那些可以適用機(jī)械功能完成；那些屬于傳動類型還是執(zhí)行類型）——選擇實現(xiàn)分功能的最佳機(jī)構(gòu)需注意的問題：1）分功能較復(fù)雜時，不可能用一個已知的機(jī)構(gòu)來完成。這里就需要根據(jù)分功能的特點，挑選幾個機(jī)構(gòu)組成一個機(jī)械運動系統(tǒng)，由這些機(jī)構(gòu)共同完成這個分功能的機(jī)械動作，這就是所謂的“機(jī)械運動系統(tǒng)的方案設(shè)計”或稱為“機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新涉及”。2）當(dāng)個機(jī)械分功能選擇好相應(yīng)的機(jī)構(gòu)后，怎樣使這些分散的機(jī)構(gòu)組成一個協(xié)調(diào)運動的整體，這也稱為“機(jī)械運動系統(tǒng)的方案設(shè)計”，也稱為“機(jī)械運動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計”。二、功能原理的分解和機(jī)構(gòu)的選擇當(dāng)分功能比較復(fù)雜時，需要將這些分功能分解，其分解的原則：所分解出的分功能能夠用一個簡單機(jī)構(gòu)去完成（例：工廠備料車間用的鋸床）三、機(jī)械運動系統(tǒng)方案設(shè)計舉例——家用縫紉機(jī)的送布機(jī)構(gòu)設(shè)計§4-4發(fā)揮機(jī)構(gòu)固有潛力的方法

——機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計

一、改變機(jī)構(gòu)的某些尺寸參數(shù)，使機(jī)構(gòu)出現(xiàn)一種新的功能例：六桿增力機(jī)構(gòu)二、運用機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合，改變機(jī)構(gòu)的運動特性例：拉延壓力機(jī)三、運用機(jī)構(gòu)的并聯(lián)組合，得到某種特殊的運動規(guī)律或軌跡例：送布機(jī)構(gòu)四、利用機(jī)構(gòu)組成原理發(fā)現(xiàn)新的機(jī)構(gòu)五、引進(jìn)當(dāng)前的最新技術(shù)，使舊的機(jī)械功能得到新的生命§8－4機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計

機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計是在新構(gòu)思的基礎(chǔ)上進(jìn)行的設(shè)計，它包括對原有機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用、新機(jī)構(gòu)的構(gòu)思和原動機(jī)的創(chuàng)新發(fā)展三個方面。一、機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用是仍然使用常見的機(jī)構(gòu)，經(jīng)過巧妙的構(gòu)思，賦予機(jī)構(gòu)以新的應(yīng)用。如無腳蹬自行車即是將自行車后輪安裝成偏心輪，恰似曲柄的形式，使后輪轉(zhuǎn)動二、新機(jī)構(gòu)的構(gòu)思

1.原有機(jī)構(gòu)的發(fā)展在對原有機(jī)構(gòu)的應(yīng)用中，由于其某些性能方面的不足，所以會出現(xiàn)一些新的機(jī)構(gòu)。如齒輪傳動的傳動比較小，因而有蝸輪-蝸桿機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，此后又有擺線針輪減速器和諧波減速器的出現(xiàn)等等。

2.新機(jī)構(gòu)的創(chuàng)造如利用纖維連桿將可逆旋轉(zhuǎn)或擺動變換成直線往復(fù)運動的執(zhí)行元件已用于假手的研制中。

3.組合機(jī)構(gòu)將幾個機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)封閉的形式組合后形成的機(jī)構(gòu)稱之為組合機(jī)構(gòu)。組合機(jī)構(gòu)是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的一個重要方面。

1)齒輪-連桿組合機(jī)構(gòu)圖8-24是包裝機(jī)械中常用的一種齒輪-連桿組合機(jī)構(gòu)，它可以實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律，使齒輪5單向變速轉(zhuǎn)動，瞬時停歇變速轉(zhuǎn)動或具有反向轉(zhuǎn)動的變速轉(zhuǎn)動等。圖8-27為一種實現(xiàn)復(fù)雜軌跡曲線的齒輪-連桿機(jī)構(gòu)。連桿的尺寸、齒輪的傳動比及M點的位置不同，軌跡曲線則發(fā)生變化。圖8-27為一種實現(xiàn)復(fù)雜軌跡曲線的齒輪-連桿機(jī)構(gòu)。連桿的尺寸、齒輪的傳動比及M點的位置不同，軌跡曲線則發(fā)生變化。2)凸輪—連桿組合機(jī)構(gòu)圖8-29為一凸輪-連桿滑塊組合機(jī)構(gòu)，這實質(zhì)上是一個可變曲柄長度的對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

3)其他形式機(jī)構(gòu)的組合引進(jìn)了非剛性構(gòu)件或氣體、液體等中間介質(zhì)，使機(jī)構(gòu)更適于控制。機(jī)構(gòu)簡化:低副高代的方式實現(xiàn)演變?yōu)?-15a的結(jié)構(gòu)考慮:這樣的方式控制矩形的各段的生成是否方便?矩形軌跡的生成可以分為兩個部分,分別為上升和下降、前進(jìn)與后退（2）矩形軌跡生成的控制機(jī)構(gòu)1）上升下降機(jī)構(gòu)：凸輪機(jī)構(gòu)控制2）前進(jìn)后退運動：要求送布量大小無級可調(diào)⑴組合法

串聯(lián)組合前一級子機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件，作為后一級子機(jī)構(gòu)的輸入構(gòu)件，依次串聯(lián)的組合方式。輸入輸出子機(jī)構(gòu)II子機(jī)構(gòu)I

后一級子機(jī)構(gòu)的主動件為前一級子機(jī)構(gòu)的一個連架桿。

后一級子機(jī)構(gòu)的主動件為前一級子機(jī)構(gòu)的連桿。III51234

1123A54DCBFEM

并聯(lián)組合幾個子機(jī)構(gòu)共用同一個輸入構(gòu)件，而它們的輸出運動又同時輸入給一個多自由度的子機(jī)構(gòu)，從而形成一個自由度為1的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的組合方式。子機(jī)構(gòu)n

1子機(jī)構(gòu)III子機(jī)構(gòu)I子機(jī)構(gòu)II子機(jī)構(gòu)n輸入輸出直線電機(jī)襟翼直線電機(jī)某型飛機(jī)的襟翼操縱機(jī)構(gòu)大型船舶主傳動機(jī)構(gòu)某航空發(fā)動機(jī)附件傳動系統(tǒng)主動軸IVIIIVVIIII

各子機(jī)構(gòu)間無嚴(yán)格的運動協(xié)調(diào)配合關(guān)系

各子機(jī)構(gòu)在動作的先后次序上有嚴(yán)格的要求

自動車床上三個并聯(lián)凸輪的工作順序有先后要求。工件(鉚釘)外圓車刀棒料切斷刀倒角刀凸輪軸擋板IIIIII主軸凸輪I凸輪II凸輪III凸輪轉(zhuǎn)角0

90?180?270?360?

放松(送料)切斷夾緊車外圓倒角擋料

各子機(jī)構(gòu)有運動形式配合要求

磨床中的主軸運動、砂輪運動和、工件運動在運動形式上有配合要求。砂輪砂輪架工件

反饋式組合在機(jī)構(gòu)組合系統(tǒng)中，其多自由度子機(jī)構(gòu)的一個輸入運動，是通過單自由度子機(jī)構(gòu)從該多自由度子機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件回授的組合方式。校正原理蝸桿主動，因制造誤差使蝸輪運動精度達(dá)不到要求，由誤差設(shè)計一凸輪機(jī)構(gòu)，經(jīng)齒輪齒條、差動機(jī)構(gòu)K使蝸桿得到一附加運動，以校正誤差。輸入輸出

4凸輪機(jī)構(gòu)2自由度蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)機(jī)床校正機(jī)構(gòu)輸入4

1

42

13K2

復(fù)合式組合由一個或幾個串聯(lián)的基本機(jī)構(gòu)去封閉一個具有兩個或多個自由度的基本機(jī)構(gòu)的組合方式5桿機(jī)構(gòu)輸入輸出凸輪機(jī)構(gòu)⑵變異法更換原動件

雙搖桿機(jī)構(gòu)中，選連桿作為原動件，可把風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為連架桿的搖動。ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機(jī)電機(jī)ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機(jī)ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿運動倒置擺動凸輪機(jī)構(gòu)123123連桿—凸輪機(jī)構(gòu)罐頭封口機(jī)構(gòu)

A1BCO234

改變構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀

將擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的直線導(dǎo)槽改為圓弧導(dǎo)槽，可獲得較長時間的停歇。改變構(gòu)件運動尺寸

槽輪直徑變?yōu)闊o窮大，槽數(shù)無窮多時，演變?yōu)椴蹢l機(jī)構(gòu)§4-5機(jī)械運動的協(xié)調(diào)設(shè)計和運動循環(huán)圖

一、機(jī)械運動協(xié)調(diào)設(shè)計控制方法設(shè)計：怎樣使各執(zhí)行機(jī)構(gòu)嚴(yán)格按規(guī)定的時間運動1．集中驅(qū)動、分散控制在比較小型的機(jī)器上，一般均采用本方法，它由一個總驅(qū)動原（一般是電動機(jī)），經(jīng) 過變速后達(dá)到合適的工作轉(zhuǎn)速，作為機(jī)器的總傳動軸，即稱為分配軸。執(zhí)行機(jī)構(gòu)均 分散在其應(yīng)完成分功能的位置上，其主動構(gòu)件的運動經(jīng)分配軸引入，因此各執(zhí)行機(jī) 構(gòu)應(yīng)何時動作，就由分配軸控制。2．集中控制、分散驅(qū)動常用在比較大的機(jī)器中，用分配軸傳送到各處不方便時采用。驅(qū)動原一般是電動機(jī)或液（氣）壓缸，在這種設(shè)計中，各分功能均由自己單獨的驅(qū)動系統(tǒng)。但什么時間 動作，是根據(jù)集中控制處發(fā)出的指令進(jìn)行。集中控制的方法，簡單的在控制臺上由 許多按鈕或閥門。操作者可根據(jù)總功能的要求進(jìn)行操作，較復(fù)雜的，則由控制集資 動的操作。更復(fù)雜的則可由計算機(jī)根據(jù)編程進(jìn)行控制。二、運動循環(huán)圖1．作用：1）可清楚的了解各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在完成總功能中的作用和次序2）表明各種機(jī)構(gòu)的配合關(guān)系3）可得出某種機(jī)構(gòu)設(shè)計的原始參數(shù)2．工作周期：在運動循環(huán)時間內(nèi)，機(jī)器的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)要完成一定的周期運動，執(zhí)行機(jī)構(gòu)周期性回到初始位置之間的時間間隔3．表示形式：極坐標(biāo)式和直角坐標(biāo)式4．繪制運動循環(huán)圖需注意的幾點：1）以工藝過程開始點作為運動循環(huán)圖的起始點，并定出最先開始工作的那個機(jī)構(gòu)在循環(huán)圖上的位置，其他機(jī)構(gòu)則按工藝程序的先后一次列出。2）不再分配軸上的凸輪，應(yīng)將其動作所對中心角，換算成分配軸相應(yīng)的轉(zhuǎn)角。3）盡可能使各機(jī)構(gòu)的動作重合，以便縮短運動周期，提高生產(chǎn)率

4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作作用在同一構(gòu)件上時，當(dāng)某個機(jī)構(gòu)作用在該構(gòu)件上動作結(jié)束到另一機(jī)構(gòu)開始作用在該構(gòu)件上之間，硬件各2-3，以補(bǔ)償凸輪制造及裝配誤差，避免兩機(jī)構(gòu)在動作銜接處發(fā)生干涉。5）在不影響工藝要求和生產(chǎn)率的情況下，應(yīng)盡可能使動作所對應(yīng)的中心角增大些，以便減小壓力角。

運動循環(huán)圖形式

直線式圓周式直角坐標(biāo)式

退回停止沖制

進(jìn)給沖頭送料器曲柄轉(zhuǎn)角

0o90o180o270o

360o

直線式工作循環(huán)圖

主軸作為參考構(gòu)件

圓周式工作循環(huán)圖

圖示單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)圖。曲軸為參考構(gòu)件，轉(zhuǎn)動2轉(zhuǎn)為一個工作循環(huán)。

啟排氣門開啟進(jìn)氣門開進(jìn)氣排氣壓縮膨脹閉進(jìn)氣門關(guān)火點曲軸0o

540o

360o

180o

排門閉關(guān)氣直角坐標(biāo)式工作循環(huán)圖

餅干包裝機(jī)工作循環(huán)圖中，橫坐標(biāo)表示參考構(gòu)件的轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)表示執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)角。進(jìn)退

靜止

靜止

靜止

進(jìn)退

MM餅干1342餅干21左折邊構(gòu)件餅干32包裝紙4右折邊構(gòu)件餅干1342餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構(gòu)件右折邊構(gòu)件MBA左執(zhí)行機(jī)構(gòu)1

左執(zhí)行機(jī)構(gòu)2

分配軸轉(zhuǎn)角

0o90o180o270o360o（1）給油輥上墨

用槽輪機(jī)構(gòu)使油盤間歇轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。油盤有兩個行程，即轉(zhuǎn)動（工作行程）和停歇。一般采用在一個運動循環(huán)內(nèi)作定向間歇轉(zhuǎn)過60o。（2）往銅鋅板上均勻刷墨

采用連桿機(jī)構(gòu)帶動油輥上下往復(fù)擺動來完成。也有兩個行程，油輥的工作行程（給銅鋅板刷墨）和空回行程。為了使油輥均勻地把油墨刷在銅鋅板上，要求油輥在工作行程盡可能等速運動。（3）白紙與銅鋅板的貼合印刷

用凸輪連桿機(jī)構(gòu)帶動印頭（上面裝有紙）往復(fù)擺動完成與固定不動的銅鋅板的貼合。其兩個行程是印頭的工作行程（印刷）和空回行程。（4）取印刷品和裝白紙

手工完成.油盤、油輥和印頭三個執(zhí)行構(gòu)件中，印頭是印刷的主要執(zhí)行構(gòu)件，故取印頭為參考構(gòu)件。帶動印頭往復(fù)擺動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動件每轉(zhuǎn)一周完成一個運動循環(huán)，以該主動件作為直線式和直角坐標(biāo)式運動循環(huán)圖的橫坐標(biāo)。下圖為冷霜自動灌裝機(jī)的運動循環(huán)圖，分別為直線式、圓周式和直角坐標(biāo)式，根據(jù)此工作循環(huán)圖回答下面的問題：什么是工作循環(huán)圖？它的作用是什么？根據(jù)此工作循環(huán)圖，說明冷霜自動灌裝機(jī)主要完成那些動作？各個動作之間的銜接關(guān)系怎樣？六、1．工作循環(huán)圖：表示各機(jī)構(gòu)動作次序及時間的圖形成為工作循環(huán)圖。他是進(jìn)行自動機(jī)整機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計及確定各機(jī)構(gòu)間運動聯(lián)系的基礎(chǔ)。表明了各機(jī)構(gòu)的配合關(guān)系，而且可以由它的出某些機(jī)構(gòu)設(shè)計的原始參數(shù)，也是設(shè)計控制系統(tǒng)和調(diào)試設(shè)備的依據(jù)。2．機(jī)械要完成的基本動作主要有以下四個：四個基本運動：1）輸送帶的連續(xù)運動2）輪盤的間歇轉(zhuǎn)動3）頂桿的往復(fù)運動4）定量泵活塞的往復(fù)運動活塞桿12由偏心輪機(jī)構(gòu)帶動作上下往復(fù)運動；●頂桿由凸輪杠桿機(jī)構(gòu)帶動作上下運動；●轉(zhuǎn)盤8由槽輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動，進(jìn)行間歇旋轉(zhuǎn)；●工作流程：在轉(zhuǎn)盤每一次轉(zhuǎn)位中，完成灌裝、制平盒口、貼錫紙、蓋盒蓋?；钊麠U12由偏心輪機(jī)構(gòu)帶動作上下往復(fù)運動；●頂桿由凸輪杠桿機(jī)構(gòu)帶動作上下運動；●轉(zhuǎn)盤8由槽輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動，進(jìn)行間歇旋轉(zhuǎn)；●工作流程：在轉(zhuǎn)盤每一次轉(zhuǎn)位中，完成灌裝、制平盒口、貼錫紙、蓋盒蓋。第四章知識要點1、機(jī)構(gòu)能實現(xiàn)的動作功能有哪些？2、傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用？3、擬定機(jī)構(gòu)簡圖應(yīng)注意那些問題？4、機(jī)械運動系統(tǒng)的方案設(shè)計與機(jī)械運動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計的概念？5、工作循環(huán)圖的概念、表示形式？6、工作循環(huán)圖中表示的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)量、執(zhí)行的動作有那些？動作之間有什么樣的關(guān)系？第五章機(jī)械產(chǎn)品的實用化設(shè)計

§5-1產(chǎn)品設(shè)計的核心和外圍問題

§5-2實用化設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容

§5-3總體設(shè)計的基本任務(wù)和內(nèi)容

§5-4確定工藝方案§5-5機(jī)器總體布置設(shè)計§5-6機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計§5-1產(chǎn)品設(shè)計的核心和外圍問題

一、產(chǎn)品設(shè)計的核心1）產(chǎn)品設(shè)計活動主要經(jīng)過的階段：了解市場需求、擬定設(shè)計任務(wù)和技術(shù)要求、功能原理設(shè)計、實用化設(shè)計、商品化設(shè)計、制造和銷售。2）核心工作：內(nèi)部空間為設(shè)計應(yīng)遵循的主要階段，其任務(wù)是使設(shè)計要求轉(zhuǎn)化為“硬件”以滿足需求，這也是設(shè)計的最終目的。3）外圍問題：外部空間所列舉的問題為對設(shè)計的各種要求和應(yīng)用的技術(shù)方法。4）要區(qū)別的兩個概念：（1）核心技術(shù)：實現(xiàn)總功能和主要要求的技術(shù)（2）關(guān)鍵技術(shù)：實現(xiàn)某種功能過程中需要解決的技術(shù)難題。二、設(shè)計的外圍問題-各種設(shè)計要求

1．主要設(shè)計要求（1）功能要求：在滿足主要功能情況下，還應(yīng)滿足用戶附加功能要求，盡可能做到功能齊全、一機(jī)多用。（2）適應(yīng)性要求：應(yīng)明確指出產(chǎn)品的適用范圍。所謂適應(yīng)性，是指工況發(fā)生變化時，產(chǎn)品的適應(yīng)程度。（3）性能要求：性能是產(chǎn)品的技術(shù)特征，包括動力、載荷、運動參數(shù)、可靠度等。（4）生產(chǎn)能力要求：生產(chǎn)能力是產(chǎn)品的重要技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)對理論生產(chǎn)能力做出規(guī)定。（5）可靠性要求：是一項重要的技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)，關(guān)系到設(shè)備系統(tǒng)或產(chǎn)品能否持續(xù)正常工作、故障率的多少，甚至關(guān)系到設(shè)備和人身安全問題。（6）使用壽命要求：指產(chǎn)品的耐用性。要找出提高整體壽命的綜合方法。（7）效率要求：指一個系統(tǒng)輸入量轉(zhuǎn)換為輸出量的有效利用程度。

（8)成本要求：產(chǎn)品質(zhì)量提高，成本下降才有競爭能力。(9)人機(jī)工程要求：要根據(jù)人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)要求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。(10)安全性要求：必須認(rèn)真考慮工作安全性。(11)包裝、運輸要求：考慮產(chǎn)品的運輸方法、交通工具等。2．其它設(shè)計要求(1)強(qiáng)度剛度要求：強(qiáng)度是保證產(chǎn)品安全可靠，具有良好的使用壽命必須得到滿足的；剛度是保證系統(tǒng)各種精度及使用壽命所必需的。（2）制造工藝要求：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要符合工藝原則，有好的工藝性，盡量減少專用件，增加標(biāo)準(zhǔn)件。批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，要求有較高的互換性。（3)零件加工技術(shù)要求：為保證系統(tǒng)良好的技術(shù)性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)而對零件加工提出的技術(shù)要求。(4)工作循環(huán)圖要求：自動線、自動機(jī)設(shè)計中所特有的要求，以確保各作業(yè)動作間協(xié)調(diào)配合?！?-2實用化設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容

任務(wù)：完成產(chǎn)品的總體設(shè)計、部件、零件設(shè)計、完成交付制造的和施工的圖樣資料，同時編制全套技術(shù)文件。主要內(nèi)容：要處理大量的機(jī)構(gòu)設(shè)計等方面的問題（零件的形狀、裝配關(guān)系、材料選擇、尺寸大小、加工要求、表面處理、總體布置、安裝等）。步驟：繪制總體布置和總裝草圖，由總裝草圖畫出部件、零件草圖。經(jīng)審核再由零件工作圖、部件裝配圖畫出總裝圖和總圖。最后編制技術(shù)文件如設(shè)計說明書、使用說明書、標(biāo)準(zhǔn)件、外購件明細(xì)表等等?！?-3總體設(shè)計的基本任務(wù)和內(nèi)容

一、總體設(shè)計的基本任務(wù)

1．設(shè)計任務(wù)的基本類型1）開發(fā)新產(chǎn)品以滿足一種明確或已形成的需要2）改善產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性以擴(kuò)大銷售市3）開發(fā)較廉價產(chǎn)品已增加競爭能力：總體設(shè)計（功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計）.2．總體設(shè)計的任務(wù)：1）完善和擴(kuò)大方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容。2）使各部件、零件得到合理的組合。3）綜合人-機(jī)器-環(huán)境三者關(guān)系，使之協(xié)調(diào)和適應(yīng)，以保證全面滿足機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能和美學(xué)性能的要求。二、總體設(shè)計的內(nèi)容工藝方案的確定：分析不同類型的工藝方案，選擇符合實際情況的具有先進(jìn)性的工藝方案。確定機(jī)器的總體參數(shù)（功能參數(shù)：指生產(chǎn)率、載荷（力、力矩）、速度、功率和重量等；結(jié)構(gòu)參數(shù)：主要結(jié)構(gòu)尺寸）。機(jī)械運動系統(tǒng)方案設(shè)計和確定機(jī)械運動簡圖：機(jī)械運動方案就是機(jī)械系統(tǒng)的總和。將機(jī)械運動方案中各個機(jī)構(gòu)運動尺寸計算確定之后就得到機(jī)械運動見圖。4.機(jī)械總體布置：機(jī)械設(shè)備和輔助設(shè)備的相互位置和連接方式。5.機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計：根據(jù)所需的載荷，從直接承載零件開始，設(shè)計機(jī)器的工作構(gòu)件，然后按驅(qū)動鏈的順序向上，對機(jī)構(gòu)和零件逐個進(jìn)行設(shè)計，直到選擇原動機(jī)。6.計算整機(jī)的平衡和穩(wěn)定：平衡是指整機(jī)處于不同工作狀態(tài)時，所有機(jī)構(gòu)作用力和重力的合力不超出規(guī)定范圍。平衡問題的實質(zhì)是確定平衡重的問題。穩(wěn)定性是指整機(jī)的平衡。7.動力源特性分析：應(yīng)首先確定動力源種類，然后再作動力源特性分析。8.人機(jī)學(xué)設(shè)計：主要是操縱系統(tǒng)設(shè)計、顯示和控制裝置的設(shè)計。9.附屬裝置設(shè)計。10.機(jī)器造型設(shè)計。11.

產(chǎn)品故障分析和對策。12.畫出機(jī)器總裝配圖、零件施工圖。13.編寫全部設(shè)計技術(shù)文件。14.明確易損件、產(chǎn)品包裝和運輸要求?！?-4確定工藝方案選擇工藝方案時應(yīng)考慮以下的問題：1．工藝方案的先進(jìn)性2．合理的運動規(guī)律3．工藝方案實現(xiàn)的可能性和穩(wěn)定性4.與生產(chǎn)率要求相適應(yīng)，經(jīng)濟(jì)上合理

§5-5整機(jī)總體參數(shù)確定

一、理論計算法：根據(jù)擬定的產(chǎn)品原理方案，在理論分析與實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行分析計算，確定總體參數(shù)1．機(jī)械設(shè)備的理論生產(chǎn)率Q設(shè)循環(huán)時間T=TG+TF，則Q=1/T=1/(TG+TF)2．功率參數(shù)（1）運動參數(shù)：移動速度、加速度和調(diào)速范圍等（2）功能參數(shù)：承載力和原動機(jī)功率4．

重量參數(shù)5．

總體結(jié)構(gòu)參數(shù)二、經(jīng)驗公式法第五節(jié)整機(jī)總體參數(shù)確定總體參數(shù)的確定是產(chǎn)品總體設(shè)計的一個重要組成部分，它與機(jī)器各部件性能、結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。在總體設(shè)計過程中，必須首先初步確定總體參數(shù)，據(jù)此進(jìn)行各部件的技術(shù)設(shè)計，最后準(zhǔn)確計算出機(jī)器的總體參數(shù)，但有時總體參數(shù)和技術(shù)設(shè)計需要交叉反復(fù)進(jìn)行。在確定總體參數(shù)時，必須正確處理相互制約的有關(guān)參數(shù)間關(guān)系，例如在礦山工程機(jī)械產(chǎn)品中，機(jī)重是一個重要性能指標(biāo)過份減輕機(jī)重，勢必影響采掘力和機(jī)器強(qiáng)度、剛度。反之，過份考慮強(qiáng)度、剛度必然導(dǎo)致機(jī)器笨重、經(jīng)濟(jì)性差。因此，各參數(shù)間要互相匹配和協(xié)調(diào)，形成一個優(yōu)化的整體。合理的總體參數(shù)應(yīng)符合下列條件：1）先進(jìn)性——與國內(nèi)外同類產(chǎn)品比較，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和工作性能優(yōu)先；2）實用性——滿足實際使用要求，可靠度高、維修方便、使用壽命長；3）經(jīng)濟(jì)性——充分利用發(fā)動機(jī)功率、節(jié)約能源、原材料消耗少，在滿足功能的情況下，體積小、重量輕、價格便宜?？傮w參數(shù)包含：生產(chǎn)率Q、功率參數(shù)、重量參數(shù)、總體結(jié)構(gòu)參數(shù)?？傮w參數(shù)的初步確定，可采用理論計算法、經(jīng)驗公式法和相似類比法。一、理論計算法根據(jù)擬定的產(chǎn)品原理方案，在理論分析與試驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行分析計算，確定總體參數(shù)。

1．機(jī)械設(shè)備的理論生產(chǎn)率Q

機(jī)械設(shè)備的理論生產(chǎn)率是指設(shè)計生產(chǎn)能力。在單位時間內(nèi)完成的產(chǎn)品數(shù)量，就是機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)率。加工一個工件或裝配一個組件所需的循