【正文】 209 附錄 1 機械原理課程設(shè)計指導(dǎo) 一、 機械原理課程設(shè)計的目的和要求 機械原理課程設(shè)計是工科院校機械類學(xué)生在大學(xué)期間利用已學(xué)過的知識和計算機工具第一次比較全面的、具有實際內(nèi)容和意義的課程設(shè)計，也是機械原理課程的一個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。機械原理課程設(shè)計是將知識轉(zhuǎn)化為能力的橋梁，其主要目的是進一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，并將其系統(tǒng)化；培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識獨立解決實際問題的能力；使學(xué)生初步掌握機械運動方案設(shè)計，并在機構(gòu)分析與綜合方面受到一次比較全面的訓(xùn)練。 隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展和人民生活水平的日益提高，機械產(chǎn) 品種類日益增加。例如：各種金屬切削機床、儀器儀表、重型機械、輕工機械、紡織機械、石油化工機械、交通運輸機械、海洋作業(yè)機械、鋼鐵成套設(shè)備以及辦公設(shè)備、家用電器、兒童玩具等。各種機械設(shè)備一般均需實現(xiàn)生產(chǎn)和操作過程的自動化，或者實現(xiàn)某一工藝動作過程。因此，機械設(shè)備設(shè)計首先需要進行機械運動方案的設(shè)計和構(gòu)思，各種傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計。這些新機械設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計要求設(shè)計者除了掌握各種典型機構(gòu)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計方法和應(yīng)用場合等知識外，還要考慮如何選擇巧妙的工藝動作過程來達(dá)到預(yù)定的機械功能要求，如何選用 或創(chuàng)新機構(gòu)型式并組合成機械運動方案完成上述選定的工藝過程。 機械運動方案及機械運動簡圖設(shè)計是機械產(chǎn)品設(shè)計的第一步，也是決定機械產(chǎn)品質(zhì)量水平高低、性能優(yōu)劣和經(jīng)濟效益好壞的關(guān)鍵性的一步。機械原理課程設(shè)計要求針對某種簡單機器（工藝動作過程比較簡單）進行機械運動簡圖設(shè)計，其中包括機器功能分析、工藝動作確定、執(zhí)行機構(gòu)選擇、機械運動方案評價和機構(gòu)尺度綜合等。通過機械原理課程設(shè)計，更為重要的是培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)和創(chuàng)新機械的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在機械原理課程設(shè)計中占有十分重要的位置。 二、 機械原理課程設(shè)計的內(nèi)容和步驟 機械設(shè)計的 一般過程 不論哪一類設(shè)計，為了提高機械設(shè)計的質(zhì)量，必須有一個科學(xué)設(shè)計的程序，機械設(shè)計的一般進程可分為四個階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段和改進設(shè)計階段。通常廣泛實施和應(yīng)用的程序可歸納成附表 1所示的框圖程序。 1） 產(chǎn)品規(guī)劃階段 其中心任務(wù)是進行需求分析、市場預(yù)測、可行性分析、確定設(shè)計參數(shù)及制約條件，最后給出詳細(xì)的設(shè)計任務(wù)書（或要求表），作為設(shè)計、評價和決策的依據(jù)。 2）方案設(shè)計階段 需求是以產(chǎn)品的功能來體現(xiàn)的，功能與產(chǎn)品設(shè)計關(guān)系是因果關(guān)系，但又不是一一對應(yīng)的。體現(xiàn)同一功能的產(chǎn)品可以有多種多樣 的工作原理，因此，這一階段是在功能分析的基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新構(gòu)思、搜索探求、優(yōu)化篩選取得較理想的工作原理方案。對于機械產(chǎn)品來說，在功能分析和工作原理確定的基礎(chǔ)上進 210 行工藝動作構(gòu)思和工藝動作分解，初步擬定各執(zhí)行構(gòu)件動作相互協(xié)調(diào)配合的運動循環(huán)圖，進行機械運動方案的設(shè)計（即機械系統(tǒng)的型綜合和數(shù)綜合）等。這就是機械產(chǎn)品方案設(shè)計的主要內(nèi)容。 附表 1 機械設(shè)計的一般程序框圖 設(shè)計階段 設(shè)計程序內(nèi)容與設(shè)計步驟 階段設(shè)計目標(biāo) 市 場 需 求 提出設(shè)計任務(wù) 需求水平分析 明確任務(wù)要求 功能分析和工作原理確定 工藝動作分析、執(zhí)行動作確定 機械運動方案的設(shè)計與評價 評價優(yōu)化 機械運動簡圖優(yōu)化 機械運動簡圖 設(shè)計計算說明書 設(shè)計任務(wù)書 可行性研究報告 任務(wù)要求明細(xì)表 產(chǎn)品規(guī)劃 方案設(shè)計 詳細(xì)設(shè)計 改進設(shè)計 機械構(gòu)形構(gòu)思與設(shè)計 機械總裝圖設(shè)計 機械部件設(shè)計 機械零件設(shè)計 技術(shù)文件編 制 設(shè)計計算說明書 施 工 圖 使用說明書 標(biāo)準(zhǔn)、通用件明細(xì)表 樣機試制工作總結(jié) 樣機性能試驗檢測 樣機試用情況報告 針對存在問題進行技術(shù)完善 進行改進完善設(shè)計 研 制 報 告 用戶試用報告 性能測試報告 報 告 改進設(shè)計圖紙 211 3）詳細(xì)設(shè)計階段 主要是將機械的構(gòu)形構(gòu)思和機械運動簡圖具體轉(zhuǎn)化為機器及其零部件的合理結(jié)構(gòu)。也就是要完成機械產(chǎn)品的總體設(shè)計、部件和零件設(shè)計，完成全部 生產(chǎn)圖紙并編制設(shè)計說明書等有關(guān)技術(shù)文件。 4）改進設(shè)計階段 根據(jù)樣機性能測試數(shù)據(jù)，用戶使用以及在鑒定中所暴露的各種問題進一步做出相應(yīng)的技術(shù)完善工作，以確保產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。這一階段是設(shè)計過程不可分割的一部分，通過這一階段的工作可以進一步提高產(chǎn)品的效能、可靠性和經(jīng)濟性，使產(chǎn)品更具有生命力。 機械運動簡圖設(shè)計 機械運動簡圖設(shè)計主要包括下列內(nèi)容： 1） 功能原理方案的設(shè)計和構(gòu)思 根據(jù)機械所要實現(xiàn)的功能（功用）采用有關(guān)的工作原理，由工作原理出發(fā)設(shè)計和構(gòu)思出工藝動作的過程就是功能原理方案設(shè)計。在功能設(shè)計中，應(yīng)將機械將要 達(dá)到的總功能，分解成多個功能元的運動和動作，確定運動方案。在確定功能元中還應(yīng)考慮各執(zhí)行機構(gòu)間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系，畫出機械運動循環(huán)圖。值得指出的是，一個靈巧的功能原理方案是創(chuàng)新機械的出發(fā)點和歸宿。如下圖所示。 2） 機械運動方案設(shè)計 機械運動方案通常用機械運動示意圖來表示，它是根據(jù)功能原理方案中提出的工藝動作過程及各個動作的運動規(guī)律要求，選擇相應(yīng)的若干個執(zhí)行機構(gòu)，并按一定的順序把它們組合成機械運動示意圖，這個機械系統(tǒng)應(yīng)能合理地、可靠地完成上述工藝動作。機械運動方案就是機械運動簡圖設(shè)計中的型綜 合，機械運動方案中所畫出的表示機構(gòu)結(jié)構(gòu)型式、機構(gòu)相互聯(lián)接情況的示意圖是進行機械運動簡圖設(shè)計尺度綜合的依據(jù)。 3） 機械運動簡圖的尺度綜合 將機械運動方案中各個執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)工藝動作運動規(guī)律和機械運動循環(huán)圖的要求進行尺度綜合。機械運動簡圖中各機構(gòu)的運動尺寸（如有高副機構(gòu)還應(yīng)包括高副的形狀）都要通過分析、計算加以確定。當(dāng)然在設(shè)計機械運動簡圖進行尺度綜合時，子功能 1 子功能 2 子功能 3 子功能 n ? ? ?? 總 功 能 相應(yīng)工藝動作 ? ? ?? 相應(yīng)工藝動作 相應(yīng)工藝動作 相應(yīng)工藝動作 執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu) ? ? ?? ? ? ?? 執(zhí)行動作 執(zhí)行動作 執(zhí)行動作 執(zhí)行動作 ? ? ?? ? ? ?? 附圖 機器的功能、工藝動作及執(zhí)行機構(gòu)框圖 212 應(yīng)該同時考慮其運動條件和動力條件，否則不利于設(shè)計性能良好的新機械。 機械運動簡圖設(shè)計舉例 現(xiàn)以設(shè)計半自動鉆床為例說明運動方案設(shè)計的步驟和過程。 設(shè)計任務(wù)：對已 加工好的帶有凸臺的盤形零件進行鉆孔。其總功能應(yīng)分解成如下的幾個工藝動作：①送料；②定位；③夾緊；④進刀（鉆孔）。 設(shè)計參數(shù)：零件圖如附圖 ，要求每分鐘送五個零件，電機的轉(zhuǎn)速 n 電 =1440r/min。 1）確定運動方案及機械運動循環(huán)圖 根據(jù)半自動鉆床設(shè)計所提出的總功能和工藝動作的要求，構(gòu)思實現(xiàn)這些工藝動作的執(zhí)行機構(gòu)和運動形式。其構(gòu)思框架如下： 通過對上述框圖及運動過程的分析，應(yīng)定出各執(zhí)行機構(gòu)相互之間協(xié)調(diào)配合的關(guān)系，即要制定各機構(gòu)間的運動循環(huán)圖。機械的運動循環(huán)圖在機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計一章中已講 述，其表達(dá)方式有三種：直線式、圓周式和直角坐標(biāo)式。在這里主要采用直線式運動循環(huán)圖。 設(shè)計運動循環(huán)圖時，應(yīng)選擇某一主要機構(gòu)中的一個構(gòu)件作為標(biāo)定件，以其工作起點作為基準(zhǔn)，用它的運動位置（轉(zhuǎn)角、時間或位移）來確定其它執(zhí)行構(gòu)件運動的先后次序或相位。在半自動鉆床中，以帶動各機構(gòu)運動的主軸為標(biāo)定件，其各機構(gòu)的直線式運動循環(huán)圖如 附圖 。 ??????????????????附圖 零件圖 附圖 機械運動循環(huán)圖 0O 360O 90O 240O 150O 270O 180O 50O 30O 20O 60O 1 12 6 9 3 2 0 轉(zhuǎn)角（度） 或時間（秒） 送 料 夾 緊