【正文】 ，直到得到不能再分解的 功能元 為止。 洗 衣 機(jī) （黑 箱） 地基 濕度 溫度 噪聲 振動(dòng) 信息 能量 洗滌劑 清水 臟衣物 顯示信號(hào) 驅(qū)動(dòng)能 臟水 干凈衣物 洗衣機(jī)的黑箱示意圖 機(jī)械系統(tǒng)的功能往往有多種形式，為便于分析和研究，應(yīng)進(jìn)行 功能分解 。 谷物 扶持谷物莖桿 切斷谷物莖桿 脫 粒 長(zhǎng)莖桿 圖 24 自走式谷物聯(lián)合收獲機(jī)的技術(shù)過(guò)程流程方框圖 清選 篩分 氣流 振動(dòng) 雜余 （ 斷穗 ）等 復(fù)脫 谷粒 短莖桿輕混合物 （ 穎殼 、灰塵 ） 等等 對(duì) 設(shè)計(jì)對(duì)象的目標(biāo)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；即便是設(shè)計(jì)對(duì)象的目標(biāo)和要求相同，由于設(shè)計(jì)者的 著眼點(diǎn)不同 ，技術(shù)系統(tǒng)及系統(tǒng)邊界劃分也會(huì)有較大差別。 齒輪加工 范成原理 仿形原理 剃齒 插齒 滾齒 采用不同的工藝原理，就會(huì)設(shè)計(jì)出不同的機(jī)械系統(tǒng)，它們的性能和經(jīng)濟(jì)效益各不相同?？杀硎救缦拢? 機(jī) 械 裝 置 （待定的技術(shù)系統(tǒng)） （黑箱） 物料 能量 信息 物料 能量 信息 來(lái)自外界的影響 輸 入 對(duì)外界的影響 輸 出 在方案設(shè)計(jì)的初期， 把要設(shè)計(jì)的機(jī)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(jì)任務(wù)抽象化的方法。 1 0 0 0 4 0 1 0 1 0 0 0 2 0 1 0 0 0 1 0 0 0 3 0 + ? 1 4 4 9 9 1 + ? 創(chuàng)造性思維則是創(chuàng)作發(fā)明的基礎(chǔ) 。 方案設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三階段，也是內(nèi)部設(shè)計(jì)階段要做的第一項(xiàng)工作。 設(shè)計(jì)人員要仔細(xì)研究設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)各項(xiàng)要求逐個(gè)分析，明確核心要求和約束條件，提出修改、補(bǔ)充和完善的建議，對(duì) 相互矛盾的要求提出兩方面都可兼顧的折衷的解決辦法 。 任何機(jī)械系統(tǒng)都可以看成是 實(shí)現(xiàn)某種能量流、物料流和信息流傳遞和轉(zhuǎn)化的裝置 。 表示機(jī)械系統(tǒng)的“黑箱”建立以后，打開(kāi)“黑箱”， 實(shí)現(xiàn)“黑箱”的透明化就成為了主要工作。 下圖是根據(jù)工藝原理圖畫(huà)出的自走式聯(lián)合收獲機(jī)的技術(shù)過(guò)程主流程圖。 引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)就是 根據(jù)技術(shù)過(guò)程的要求，確定機(jī)械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和功能載體的組合 。同一功能轉(zhuǎn)化，可找出不同的功能載體。如洗衣機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖如下： 洗衣機(jī)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(dòng)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(shí) 方向 、 速度 、時(shí)間選擇 顯示 信號(hào) 從樹(shù)狀功能圖可看出功能分解的過(guò)程，從功能結(jié)構(gòu)圖可看出各項(xiàng)功能元以及分功能之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。這時(shí) 可把機(jī)械系統(tǒng)分解成幾個(gè)子系統(tǒng) ，如把谷物聯(lián)合收獲機(jī)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(dòng)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、支承系統(tǒng)等 8個(gè)子系統(tǒng)， 分別畫(huà)出各子系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖，這樣可使復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)化 。 由圖可表明機(jī)械系統(tǒng)的互動(dòng)能量；物料的取、移、放；環(huán)境對(duì)它的約束條件。 思考題： 舉例說(shuō)明什么是 “黑箱 ”，為什么要把待定的設(shè)計(jì)對(duì)象抽象為 “黑箱 ”，從 “黑箱 ”圖中可以看出什么問(wèn)題。人和機(jī)械系統(tǒng)的不同分工，就體現(xiàn)了機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械化和自動(dòng)化程度，人參與程度不同，機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本也不相同。 發(fā)動(dòng)機(jī) A前置 ； 駕駛臺(tái) B在糧箱 C的前方、發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)； 脫 粒 機(jī)頂蓋 D在糧箱 C下方。 缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)不方便，發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的噪聲、振動(dòng)和高溫對(duì)駕駛員有影響。 缺點(diǎn)：車(chē)箱里噪聲大，有油煙味和熱氣，車(chē)輛的面積利用較差。 七、方案評(píng)價(jià) （自學(xué)） 例 4：四工位專(zhuān)用機(jī)床 四工位專(zhuān)用機(jī)床是在 四個(gè)工位上 分別完成工件的裝卸、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔 工作的專(zhuān)用加工設(shè)備。系統(tǒng)邊界不同對(duì)機(jī)械系統(tǒng)有什么影響。 總體設(shè)計(jì)必須在方案設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行。 以 谷物聯(lián)合收獲機(jī)為 例，從谷物被割倒到進(jìn)入脫粒滾筒，直至谷粒進(jìn)入糧箱，桔桿、穎殼及其它雜物排出，都應(yīng)運(yùn)行連續(xù)流暢，不能堵塞和斷擋。 機(jī)械產(chǎn)品的剛度不足或抗振性不好，也會(huì)使機(jī)械產(chǎn)品不能正常工作，使機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)精度降低。 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī) 執(zhí)行構(gòu)件 工件 、 刀具 以四工位專(zhuān)用機(jī)床為例，把電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)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(guān)也較好看。 例如，減速器外伸軸的聯(lián)軸器，設(shè)計(jì)時(shí)就注意不用拆卸聯(lián)軸器的情況下就能打開(kāi)減速器的上下箱體。 轎車(chē)的外形輪廓具有流線(xiàn)美感，用戶(hù)才喜愛(ài)。 在總體布置設(shè)計(jì)階段，要畫(huà)出相應(yīng)的總體布置圖。例如多缸內(nèi)燃機(jī)，它有多個(gè)進(jìn)排氣門(mén)機(jī)構(gòu)，把各進(jìn)排氣門(mén)機(jī)構(gòu)的凸輪布置在一根軸上，既可使原動(dòng)件凸輪接近執(zhí)行構(gòu)件 — 氣門(mén)，又容易滿(mǎn)足各氣門(mén)間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī) 執(zhí)行構(gòu)件 工件 、 刀具 當(dāng)有外露的執(zhí)行構(gòu)件時(shí)，最好將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)接件和原動(dòng)件隱蔽布置，以提高作業(yè)的安全性。 對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)時(shí)， 布置傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)考慮下面 3個(gè)問(wèn)題： 一般情況下，機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)是由一些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組合而成， 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的先后順序?qū)鲃?dòng)系統(tǒng)的性能影響較大 。 a??b、 ,即齒輪 — 蝸桿減速裝置的傳動(dòng)誤差較小，運(yùn)動(dòng)精度較高。當(dāng)量摩擦角 φv與滑移速度 Vs有關(guān)。00′ 2176。 ② 對(duì)以傳遞運(yùn)動(dòng)為主要要求的傳統(tǒng)系統(tǒng)，由于對(duì)傳動(dòng)精度要求較高，應(yīng)優(yōu)先采用齒輪 —蝸桿減速裝置?？傮w布置對(duì)潤(rùn)滑和密封也有影響。 ① 操縱件的布置應(yīng)便于操作 ② 操縱件的布置應(yīng)使操作人員按習(xí)慣進(jìn)行操作 人有許多習(xí)慣，操縱件的布置應(yīng)遵循這些習(xí)慣。橫置 — 曲軸旋轉(zhuǎn)平面與單輪平行；豎置 — 兩者垂直。 總體布置時(shí)還考慮各旋轉(zhuǎn)零件間、旋轉(zhuǎn)零件與不旋轉(zhuǎn)零件間要有一定距離。 通過(guò)不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方案，就形成了 4種型號(hào)的銑床： 升降臺(tái)臥式銑床 工作臺(tái)不升降立式銑床 橫梁移動(dòng)式龍門(mén)銑床 地坑式龍門(mén)銑床 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 銑刀軸水平布置 ， 加工尺寸和重量較小的工件。采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，可 簡(jiǎn)化傳統(tǒng)系統(tǒng) ，使得運(yùn)動(dòng)鏈大大縮短。 地坑式龍門(mén)銑床 驅(qū)動(dòng)模式： 采用 多臺(tái)電動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng) 的模式， 有 2個(gè)銑削頭，各用一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和上下、左右運(yùn)動(dòng)；用另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)龍門(mén)架前后運(yùn)動(dòng)。 心 軸處于鉛垂位置，樹(shù)脂不會(huì)在重力作用下偏向管子一側(cè)，從而產(chǎn)生樹(shù)脂不均勻的現(xiàn)象； (3)設(shè)備占地面積較小。 所繪制的產(chǎn)品總體布置圖上應(yīng)標(biāo)明該產(chǎn)品的總體主要參數(shù)，這些參數(shù)是進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)的依據(jù)。 （ 1） Gth所表示的是機(jī)器 調(diào)整到正常工作狀態(tài) 時(shí)的生產(chǎn)率， Gth又叫 理論生產(chǎn)率 。 標(biāo)注 2個(gè)工作行程：升降臺(tái) 5在升降液壓缸 6帶動(dòng)下，上下移動(dòng)的行程(350mm)，左、右主軸箱橫向移動(dòng)行程 (俯視圖中 )(420220=200mm)。 顎式破碎機(jī)的鉗角是定顎 1與動(dòng)顎 2的夾角 α ， 它是 顎式破碎機(jī)的 重要的尺寸參數(shù)。 速度越高，機(jī)械系統(tǒng)的生產(chǎn)率就越高， 但系統(tǒng)的振動(dòng)、噪聲、溫升、能耗就越大，對(duì)零部件的制造安裝精度及潤(rùn)滑密封等要求越高。 有些運(yùn)動(dòng)參數(shù)是通過(guò)計(jì)算得到的 ，如播種機(jī)中采用的型孔輪式排種器的轉(zhuǎn)速 n是通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算得到的， P41圖 217和 218。在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)，才能最后決定執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 m inm ax ~ nnn t 有級(jí)變速 nmax nmin 對(duì)于有級(jí)變速，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先確定 公比 φ。常見(jiàn)的有兩種調(diào)速方式： 無(wú)級(jí)變速 和 有級(jí)變速 。 如食品機(jī)械中與果實(shí)發(fā)生關(guān)系的機(jī)械，像水果分級(jí)、運(yùn)輸、清洗機(jī)械，運(yùn)動(dòng)參數(shù)以不損傷水果為限度。 取物料為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析：重力 Fw、動(dòng)顎 2法向作用力 Fn切向力 (摩擦力 )F定顎 1法向作用力 Fn切向力 (摩擦力 )F1。 (5)必要時(shí)對(duì)一些關(guān)鍵尺寸參數(shù)要通過(guò)試驗(yàn)確定。生產(chǎn)率系數(shù) η表示 工藝過(guò)程的連續(xù)化程度 ，也反映了 時(shí)間的利用程度 。 機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)率 Gth為： wk1tG ? 三、總體主要參數(shù)的確定 0w ttT ??式中： tw—工作行程所需時(shí)間； t0—空回行程所需時(shí)間。纏滿(mǎn)一根芯軸后 ,要切斷 \固化 \脫模 ,再纏另一根 ,難以連續(xù)生產(chǎn) .要實(shí)現(xiàn)玻璃鋼管的生產(chǎn)，還 需要相應(yīng)的設(shè)備來(lái)完成加熱、固化和脫模的工序 。 工件的質(zhì)量和尺寸大小 是影響總體布置的重要因素，總體布置不一樣，驅(qū)動(dòng)形式不一樣。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 用來(lái)加工大型工件 。由于工件尺寸和重量小，刀具只轉(zhuǎn)動(dòng)。為適應(yīng)不同作業(yè)和不同人體高度， 手扶架在高度和長(zhǎng)度方向上都可調(diào)節(jié) 。 手扶拖拉機(jī)總體平衡的特點(diǎn)：作為一個(gè)機(jī)組來(lái)考慮質(zhì)心位置和行駛平穩(wěn)性，同時(shí)又要兼顧單機(jī)行駛和停放的要求。 ③ 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(guān)察的部位 ；當(dāng)不能滿(mǎn)足上述要求時(shí)，常用的操縱件一定要放在操作人員的身旁；對(duì)于大型機(jī)械，有時(shí)要設(shè)幾個(gè)操作位置，這時(shí)應(yīng)設(shè)聯(lián)鎖裝置。在進(jìn)行總體布置時(shí)，要注意有利于各級(jí)傳動(dòng)的潤(rùn)滑與密封。 “ 帶 — 齒輪 — 鏈”減速裝置 “ 鏈 — 齒輪 — 帶”減速裝置 兩種減速裝置相比較， “帶 —齒輪 —鏈”減速裝置較為合理： （ 1） 帶傳動(dòng)適于在較高速度下進(jìn)行傳動(dòng)， 具體表現(xiàn)為： ① 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)生打滑現(xiàn)象； ② 帶傳動(dòng)的 彈性滑動(dòng)率較小，速度損失?。? ③ 帶受的拉力小，帶的壽命較長(zhǎng)； ④ 帶傳動(dòng)的外廓尺寸也較小。09′ 4176。 ?表示傳動(dòng)系統(tǒng)的效率 g?表示齒輪副的傳動(dòng)效率 w?表示蝸桿副的傳動(dòng)效率 g?? ?? w 1)~( ??效率的乘積 ～ 效率與攪油損失 2? 3?蝸桿傳動(dòng)的效率主要決定于嚙合效率 η1。 （ 2）齒輪 —蝸桿減速裝置的 傳動(dòng)效率較低。四工位專(zhuān)用機(jī)床采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別驅(qū)動(dòng)不同的執(zhí)行系統(tǒng)。 自走式谷物聯(lián)合收獲機(jī)，要把直立的谷物割倒并輸送走，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)件 — 割刀滾輪等的位置應(yīng)能保證谷物傳送方便與安全。例如在四工位專(zhuān)用機(jī)床進(jìn)行總體布置時(shí)，首先把執(zhí)行構(gòu)件 — 刀具和工件布置好。而在進(jìn)行總體布置時(shí)，要按照 “ 執(zhí)行系統(tǒng) — 傳動(dòng)系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及支承形式 — 動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng) ” 的思路來(lái)進(jìn)行。消防車(chē)采用紅色為主體，紅色有很好的注目性和遠(yuǎn)視效果，使消防車(chē)暢行無(wú)阻。 經(jīng)常要維修的部位要布置機(jī)器的外部便于維修處 。 機(jī)械系統(tǒng)的操作要符合 人 機(jī)工程學(xué) ，使人感到舒適。床身用 整體式鑄造結(jié)構(gòu) 或 框架式焊接結(jié)構(gòu) ，來(lái)提高其剛度和抗振性。 2．降低質(zhì)心高度，減小偏置 為保證機(jī)械系統(tǒng)能平衡、穩(wěn)定地工作，就應(yīng)當(dāng)盡量使機(jī)械系統(tǒng)的 質(zhì)心高度較低，盡量相對(duì)于支承對(duì)稱(chēng)布置 ，這對(duì)于 行走式機(jī)械和工程機(jī)械 尤為重要。 在進(jìn)行總體布置設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮內(nèi)部因素，還要考慮人與機(jī)械、機(jī)械與環(huán)境的關(guān)系等外部因素，按 簡(jiǎn)單 、 合理 、 經(jīng)濟(jì) 的原則進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的總體布置。各種結(jié)構(gòu)布局的特點(diǎn)是什么。 兩個(gè)執(zhí)行動(dòng)作由同一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng) ，工作臺(tái)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和主軸箱往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)按動(dòng)作時(shí)間順序分支并列，組合成一個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)：車(chē)內(nèi)噪聲小，條件好，乘坐舒適，駕駛員視野開(kāi)闊。 優(yōu)點(diǎn)：保養(yǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)方便； 缺點(diǎn)：駕駛員的視線(xiàn)受影響，車(chē)輛的軸距和長(zhǎng)度較大，機(jī)動(dòng)性不好，自重較大。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸受限制，駕駛員受發(fā)動(dòng)機(jī)影響，有振動(dòng)、噪聲和高溫。 例如： 普通轎車(chē)和越野車(chē)，外部環(huán)境 —— 道路不同，要求內(nèi)部系統(tǒng) —— 車(chē)的適應(yīng)性不同，要求操縱系統(tǒng)不同，越野車(chē)要能適應(yīng)較為惡劣的外部環(huán)境。 以你最熟悉的機(jī)械產(chǎn)品為例，