【正文】 對于這類產(chǎn)品，首先要考慮所設(shè)計的機(jī)械產(chǎn)品可能出現(xiàn)的 各種工況 ，然后確定執(zhí)行構(gòu)件的最高速度 nmax和最低速度 nmin，從而就可確定 變速范圍 ： m inm axnnR ? 在確定了變速范圍 R后，還需要確定所采用的 調(diào)速方式 。 有些工藝過程運(yùn)動參數(shù)不能太高，否則會損傷作業(yè)對象。 圖中主要有下面一些種類的尺寸參數(shù)： (4)通過分析計算確定。 如果機(jī)械產(chǎn)品沒有空回行程，即 t0=0，那么它的生產(chǎn)率叫 連續(xù)生產(chǎn)率 ，以 Gk表示。對不同的產(chǎn)品，總體參數(shù)的內(nèi)容和確定方法不相同，但歸納起來， 總體參數(shù)包括 ： 生產(chǎn)率 、 尺寸參數(shù) 、 運(yùn)動參數(shù) 和 動力參數(shù) 。 后面 3臺銑床，對距離較近的相對運(yùn)動用一臺電動機(jī)集中驅(qū)動；距離較遠(yuǎn)的相對運(yùn)動，各用一臺電動機(jī)獨立驅(qū)動，這樣 可簡化傳動系統(tǒng) 。 加工時，工件裝在工作臺上，工作臺、滑鞍和升降臺可帶著 工件沿 X、 Y、Z3個方向的運(yùn)動 。 作為小型簡易的手扶拖拉機(jī)，采用 臥式柴油機(jī)橫置 ： 整個傳動系統(tǒng)的所有軸都可橫置， 不需要錐齒輪傳動改變轉(zhuǎn)動方向，大大簡化了傳動系統(tǒng) 。如與水平軸減速器相比較，鉛垂軸減速器就難解決潤滑和密封問題。35′ 3176。 顯然 ba ?? ??? 與齒輪傳動相比較，蝸桿傳動的效率要低的多，因此在齒輪副與蝸桿副組成的傳動系統(tǒng)中，蝸桿副的傳動效率起主要作用。 如四工位專用機(jī)床，執(zhí)行構(gòu)件 —刀具和工件必須外露，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)接件和原動件都包在箱體里。而總體布置圖很難一次完成，要 由簡到繁 、 由子系統(tǒng)到整機(jī) 、 由草圖到正式圖 逐漸完成。 在總體布置設(shè)計時，還應(yīng)考慮 維修方便 的要求。 機(jī)床的床身，如果其剛度不足或抗振性不好，機(jī)床的加工精度會降低。 (一 )總體布置設(shè)計的基本要求 (7個方面 ) 二、總體布置設(shè)計 機(jī)械系統(tǒng)總體布置設(shè)計的目的是 確定各零、部件的相互位置和運(yùn)動關(guān)系 。機(jī)床的執(zhí)行動作有兩個：一是裝有工件的 回轉(zhuǎn)工作臺的間歇轉(zhuǎn)動 ；二是裝有三把專用刀具的 主軸箱的往復(fù)移動 （刀具的轉(zhuǎn)動由專用電機(jī)驅(qū)動）。 載重汽車的 發(fā)動機(jī)與駕駛室 相對位置有 3種三種方案（型式）： 1） 長頭式 ：駕駛室在發(fā)動機(jī)之后。 2．外部系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)的相互影響 確定系統(tǒng)的邊界時應(yīng)考慮下面兩個因素： ①人參與技術(shù)系統(tǒng)的程度； ②外部系統(tǒng)與內(nèi)部系統(tǒng)的相互作用和影響。 行走式挖掘機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖 2）功能分解：行走式挖掘機(jī)有 3個基本功能：挖取物料、移動物料和堆放物料，作出該機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖。 由洗衣機(jī)的樹狀功能圖和功能結(jié)構(gòu)圖可以看出洗衣機(jī)具有的主要分功能：容納衣物和水（ A） 、 攪動衣物和水（ B） 、 運(yùn)動傳遞（ C） 和 控制（ D） ，通過對各個分功能尋找功能載體，便可以做出洗衣機(jī)相應(yīng)的 形態(tài)學(xué)矩陣 （用其來表示所有可能組成的總體方案）。 (一 )引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng) 引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)一般分兩步進(jìn)行： 1．確定機(jī)械系統(tǒng)的 功能結(jié)構(gòu) 功能是機(jī)械系統(tǒng)的屬性，是機(jī)械系統(tǒng)價值的體現(xiàn)。 對于作業(yè)對象的一種轉(zhuǎn)化，可以采用不同的工藝原理。 T2T1， n2n1 能量不滅定理 系統(tǒng) T1 n1 T2 n2 二、設(shè)計任務(wù)的抽象化（是一種“思維方式和工作方法”） 思維可以有 思維定勢 和 創(chuàng)造性思維 。其中思維定勢是扼殺創(chuàng)造發(fā)明的殺手，是 “ 懶漢 ” 的思維方法，有意識地破除它，會有許多發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。 以齒輪齒廓曲線的切制為例，將 齒輪坯 變?yōu)?齒輪 ，可以有不同的轉(zhuǎn)化： 可采用 仿形法 ，在銑床上用銑刀銑削，用分度頭分度； 也可用 范成法 ，在滾齒機(jī)、插齒機(jī)或刨齒機(jī)上用專用刀具滾削、插削或刨削加工。 機(jī)械系統(tǒng)的功能表現(xiàn)為可以實現(xiàn)物料、能量、信息的傳遞和轉(zhuǎn)化。 電腦自控 機(jī)械定時 人工控制 齒輪傳動 帶傳動 超聲波 電磁振蕩 機(jī)械摩擦 陶瓷桶 玻璃鋼桶 塑料桶 金屬桶 D（控制） C（運(yùn)動傳遞） B（洗滌原理） A（容納衣物水） 4 3 2 1 功能載體 分功能 洗衣機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣 理論上可組合出技術(shù)方案： N=4 3 2 3=72 下圖是材料試驗機(jī)的 功能結(jié)構(gòu)圖的制作過程 ： 材料試驗機(jī)的總功能為：利用力和變形的關(guān)系，檢驗試件的力學(xué)性能。 移物 C （挖掘機(jī)移動） 放物傳動 D （挖掘斗運(yùn)動） 驅(qū)動能 顯示信號 信號 能量 移物傳動 B （將動力傳動至行走裝置） 驅(qū)動能 顯示信號 信號 能量 取物傳動 D （挖掘斗的運(yùn)動） 驅(qū)動能 顯示信號 信號 能量 放物 E （堆放） （位置 2） 物料 取物 E （挖取） （位置 1） 物料 由功能結(jié)構(gòu)圖可看出，行走式挖掘機(jī)有 5項分功能：動力源 (A)、移位傳動 (B)、移物 (C)、取物傳動 (D)、取放物 (E)(取物、放物合二為一，用一個功能載體實現(xiàn) )。 例如： 普通轎車和越野車，外部環(huán)境 —— 道路不同，要求內(nèi)部系統(tǒng) —— 車的適應(yīng)性不同，要求操縱系統(tǒng)不同，越野車要能適應(yīng)較為惡劣的外部環(huán)境。 優(yōu)點：保養(yǎng)發(fā)動機(jī)方便； 缺點：駕駛員的視線受影響，車輛的軸距和長度較大，機(jī)動性不好，自重較大。 兩個執(zhí)行動作由同一臺電機(jī)驅(qū)動 ，工作臺轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和主軸箱往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)按動作時間順序分支并列，組合成一個機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。 在進(jìn)行總體布置設(shè)計時，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 簡單 、 合理 、 經(jīng)濟(jì) 的原則進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的總體布置。床身用 整體式鑄造結(jié)構(gòu) 或 框架式焊接結(jié)構(gòu) ，來提高其剛度和抗振性。 經(jīng)常要維修的部位要布置機(jī)器的外部便于維修處 。而在進(jìn)行總體布置時，要按照 “ 執(zhí)行系統(tǒng) — 傳動系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及支承形式 — 動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng) ” 的思路來進(jìn)行。 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。 （ 2）齒輪 —蝸桿減速裝置的 傳動效率較低。09′ 4176。在進(jìn)行總體布置時，要注意有利于各級傳動的潤滑與密封。 手扶拖拉機(jī)總體平衡的特點：作為一個機(jī)組來考慮質(zhì)心位置和行駛平穩(wěn)性，同時又要兼顧單機(jī)行駛和停放的要求。由于工件尺寸和重量小，刀具只轉(zhuǎn)動。 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)動形式不一樣。 三、總體主要參數(shù)的確定 0w ttT ??式中： tw—工作行程所需時間； t0—空回行程所需時間。 機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)率 Gth為： wk1tG ? (5)必要時對一些關(guān)鍵尺寸參數(shù)要通過試驗確定。 如食品機(jī)械中與果實發(fā)生關(guān)系的機(jī)械，像水果分級、運(yùn)輸、清洗機(jī)械，運(yùn)動參數(shù)以不損傷水果為限度。常見的有兩種調(diào)速方式： 無級變速 和 有級變速 。在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過試驗，才能最后決定執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動參數(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、噪聲、溫升、能耗就越大，對零部件的制造安裝精度及潤滑密封等要求越高。 標(biāo)注 2個工作行程：升降臺 5在升降液壓缸 6帶動下，上下移動的行程(350mm)，左、右主軸箱橫向移動行程 (俯視圖中 )(420220=200mm)。 （ 1） Gth所表示的是機(jī)器 調(diào)整到正常工作狀態(tài) 時的生產(chǎn)率， Gth又叫 理論生產(chǎn)率 。 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)計和零部件設(shè)計的依據(jù)。 地坑式龍門銑床 驅(qū)動模式： 采用 多臺電動機(jī)獨立驅(qū)動 的模式， 有 2個銑削頭，各用一個電動機(jī)驅(qū)動，實現(xiàn)銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和上下、左右運(yùn)動；用另一臺電動機(jī)驅(qū)動龍門架前后運(yùn)動。 通過不同的相對運(yùn)動方案，就形成了 4種型號的銑床： 升降臺臥式銑床 工作臺不升降立式銑床 橫梁移動式龍門銑床 地坑式龍門銑床 結(jié)構(gòu)特點： 銑刀軸水平布置 ， 加工尺寸和重量較小的工件。橫置 — 曲軸旋轉(zhuǎn)平面與單輪平行；豎置 — 兩者垂直。總體布置對潤滑和密封也有影響。00′ 2176。 a??b、 ,即齒輪 — 蝸桿減速裝置的傳動誤差較小，運(yùn)動精度較高。 電動機(jī) 電動機(jī) 執(zhí)行構(gòu)件 工件 、 刀具 當(dāng)有外露的執(zhí)行構(gòu)件時，最好將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)接件和原動件隱蔽布置，以提高作業(yè)的安全性。 在總體布置設(shè)計階段，要畫出相應(yīng)的總體布置圖。 例如，減速器外伸軸的聯(lián)軸器，設(shè)計時就注意不用拆卸聯(lián)軸器的情況下就能打開減速器的上下箱體。 機(jī)械產(chǎn)品的剛度不足或抗振性不好，也會使機(jī)械產(chǎn)品不能正常工作，使機(jī)械產(chǎn)品的動態(tài)精度降低。 總體設(shè)計必須在方案設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行。 七、方案評價 （自學(xué)） 例 4：四工位專用機(jī)床 四工位專用機(jī)床是在 四個工位上 分別完成工件的裝卸、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔 工作的專用加工設(shè)備。 缺點：發(fā)動機(jī)保養(yǎng)不方便，發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生的噪聲、振動和高溫對駕駛員有影響。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。 由圖可表明機(jī)械系統(tǒng)的互動能量；物料的取、移、放；環(huán)境對它的約束條件。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 方向 、 速度 、時間選擇 顯示 信號 從樹狀功能圖可看出功能分解的過程，從功能結(jié)構(gòu)圖可看出各項功能元以及分功能之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。 引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)就是 根據(jù)技術(shù)過程的要求，確定機(jī)械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和功能載體的組合 。 表示機(jī)械系統(tǒng)的“黑箱”建立以后，打開“黑箱”， 實現(xiàn)“黑箱”的透明化就成為了主要工作。 設(shè)計人員要仔細(xì)研究設(shè)計任務(wù)，對各項要求逐個分析，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 相互矛盾的要求提出兩方面都可兼顧的折衷的解決辦法 。 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) 。 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，就會設(shè)計出不同的機(jī)械系統(tǒng)，它們的性能和經(jīng)濟(jì)效益各不相同。 洗 衣 機(jī) （黑 箱） 地基 濕度 溫度 噪聲 振動 信息 能量 洗滌劑 清水 臟衣物 顯示信號 驅(qū)動能 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 。 Ⅰ 建立材料試驗機(jī)的 “ 黑箱 ” 示意圖： 材料試驗機(jī) （黑箱） a） 材料試驗機(jī)的 “ 黑箱 ” 示意圖 加載能量 試件 信號 變形試件 變形能 變形信號 力信號 噪聲 振動 溫度 風(fēng)力 在材料試驗機(jī)的“黑箱”示意圖中，有 3個輸入元素：加載能量、試件和信號；有 4個輸出元素：變形能、變形試件、力信號和變形信號，內(nèi)、外系統(tǒng)間有相互作用和影響。找出各分功能可行的功能載體，就可以作出挖掘機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣。 造紙設(shè)備，對外部環(huán)境的影響 —— 污水，要經(jīng)過處理以后才能排放，因此要把污水處理放到系統(tǒng)之內(nèi)，這就是系統(tǒng)邊界問題。 3） 平頭式 ：發(fā)動機(jī)在駕駛室之下。 加工孔，如下圖。 機(jī)械系統(tǒng) 總體布置的順序 ： 先布置執(zhí)行系統(tǒng)，再布置傳動、操縱及支承系統(tǒng)等，最后布置動力和控制系統(tǒng)。 在總體布置設(shè)計時，不僅要解決眼前存在的問題，還應(yīng)有發(fā)展的眼光，要 考慮變型設(shè)計或系列設(shè)計的可能性 ， 要注意產(chǎn)品更新?lián)Q代的適應(yīng)性問題 。 P25圖 26所示的谷物聯(lián)合收獲機(jī)的發(fā)動機(jī)、駕駛室、糧箱布置，發(fā)動機(jī)要經(jīng)常維修和保養(yǎng)，一定要考慮保養(yǎng)空間，滿足保養(yǎng)的工作條件。例如，對機(jī)床先布置刀具、卡具，再布置傳動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)。 （ 3）應(yīng) 保證作業(yè)對象