【文章內(nèi)容簡介】 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(yùn)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)動源一般是電動機(jī)或液(氣)壓缸．各分功能均有自己單獨(dú)的驅(qū)動系統(tǒng)。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，簡單的在控制臺上有許多按鈕或閥門、復(fù)雜的則可由計(jì)算機(jī)根據(jù)編程進(jìn)行控制。二、運(yùn)動循環(huán)圖為了清楚地了解各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在完成總功能中的作用和次序。就必須先繪出整個機(jī)器中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)圖。（一般含位移、速度、加速度與時間的關(guān)系）作用：1）表明各機(jī)構(gòu)的配合關(guān)系，并可由它得出某 些機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始參數(shù)；2）設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和調(diào)試設(shè)備的依據(jù)。在運(yùn)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(yùn)動，執(zhí)行機(jī)構(gòu)周期性回到初始位置之間的時間間隔稱為工作周期，當(dāng)采用分配軸來控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，通常用分配軸轉(zhuǎn)一圈作為一個工作周期。運(yùn)動循環(huán)圖常用兩種形式表示：1）極坐標(biāo)式：表達(dá)方式與分配軸的分度完全一致，故比較直觀。設(shè)計(jì)安裝、調(diào)試均很方便；2）直角坐標(biāo)式：橫坐標(biāo)表示運(yùn)動循環(huán)內(nèi)各運(yùn)動區(qū)段的時間(或分配軸的轉(zhuǎn)角)，縱坐標(biāo)表示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性．如位移等。因而可以表示出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的更多運(yùn)動信息，也是一種廣泛采用的形式。圓周式工作循環(huán)圖，直角坐標(biāo)式工作循環(huán)圖（圖略）第五章機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)用化設(shè)計(jì)第一節(jié)產(chǎn)品設(shè)計(jì)核心和外圍問題內(nèi)部空間和外部空間內(nèi)部空間：設(shè)計(jì)核心工作；外部空間：設(shè)計(jì)的外圍問題。（1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)的依據(jù)和前提（2）設(shè)計(jì)過程中的各種設(shè)計(jì)要求核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)：核心技術(shù)：產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)總功能和主要要求的技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)：實(shí)現(xiàn)某種功能過程中需要解決的技術(shù)難題。例：核心技術(shù)：液壓彎輥和液壓壓下。關(guān)鍵技術(shù)：厚度、壓力、位置傳感器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成的電液閉環(huán)控制系統(tǒng)第二節(jié)實(shí)用化設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)容實(shí)用化設(shè)計(jì)：總?cè)蝿?wù)：完成產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)、部件、零件設(shè)計(jì)，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。實(shí)用化設(shè)計(jì)步驟一般為：1）繪制總體布置和總裝草圖；2）由總裝草圖畫出部件、零件草圖；3）經(jīng)審核再由零件工作圖、部件裝配圖畫出總裝圖和總圖；4）最后編制技術(shù)文件如設(shè)計(jì)說明書、使用說明書、標(biāo)準(zhǔn)件、外購件明細(xì)表等等。第三節(jié)總體設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和內(nèi)容一、總體設(shè)計(jì)的基本任務(wù)總體設(shè)計(jì)包括功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此外還須考慮機(jī)械系統(tǒng)和其它系統(tǒng)的關(guān)系。(1)完善和擴(kuò)大方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容(2)使各部件、零件得到合理的組合；(3)綜合人一機(jī)器一環(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)性能的所有要求。二、總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容工藝方案的確定確定機(jī)器的總體參數(shù)機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和確定機(jī)械運(yùn)動簡圖機(jī)械總體布置設(shè)計(jì)機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)(Drive system)設(shè)計(jì)計(jì)算整機(jī)的平衡和穩(wěn)定動力源特性分析人一機(jī)一環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)附屬裝置設(shè)計(jì)機(jī)器造型設(shè)計(jì)產(chǎn)品故障分析和對策畫出機(jī)器總裝配圖、零件施工圖編寫全部設(shè)計(jì)技術(shù)文件明確易損件、外購件、標(biāo)準(zhǔn)件、明確產(chǎn)品包裝和運(yùn)輸要求第四節(jié)確定工藝方案為了實(shí)現(xiàn)同一工藝目的，可以采用不同的工藝方案，各方案決定了設(shè)備不同的結(jié)構(gòu)、性能、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本。選擇工藝方案時應(yīng)綜合考慮下列問題：1)工藝方案的先進(jìn)性2)合理的運(yùn)動規(guī)律3)工藝方案實(shí)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)上合理第五節(jié)整機(jī)總體參數(shù)確定總體參數(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(jì)算法、經(jīng)驗(yàn)公式法、相似類比法。確定總體參數(shù)的原則：1）先進(jìn)性；2）實(shí)用性；3）經(jīng)濟(jì)性。一、理論計(jì)算法機(jī)械設(shè)備的理論生產(chǎn)率Q，T：為在設(shè)備上加工一個工件的循環(huán)時間或稱工作周期時間；tg：工作時間，即直接用在加工或裝配一個工件的時間；tf：輔助工作時間，即在一個循環(huán)內(nèi)除去tg 所消耗的時間，如上下料、間歇等所消耗的時間。功率參數(shù)(包括運(yùn)動參數(shù)、力能參數(shù))（1）運(yùn)動參數(shù)：機(jī)械的運(yùn)動參數(shù)有移動速度、加速度和調(diào)速范圍等，主要取決于工藝要求：一般情況是希望速度盡可能地高，但卻因受到慣性、振動、定位精度、結(jié)構(gòu)、制造和裝配水平，以及新技術(shù)應(yīng)用程度等的影響和限制。（2）力能參數(shù)：包括承載力(如成型力、破碎力、運(yùn)行阻力、挖掘力)和原動機(jī)功率。工作裝置是載荷直接作用的構(gòu)件。1)機(jī)器的作用力(承載力)：大部分材料輸送操作，機(jī)器載荷由加速工件的慣性力載荷、移動工件的摩擦力載荷或材料提升的重力載荷組合而成。而對成型機(jī)械、加工機(jī)械主要需求的力是用于材料成型或切削加工。例1：圖5—6表示三種常用于材料彎曲的形式：折邊、彎V形和彎U形。要使金屬成形必須施加壓力到其塑性區(qū)，假設(shè)所有的應(yīng)變硬化材料均能完全地彎曲，則彎曲力通常以材料的極限抗拉強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算。例2：設(shè)計(jì)剪切機(jī)時，需要計(jì)算最大剪切力Fmax。剪切機(jī)的公稱剪切力是根據(jù)Fmax 確定的。最大剪切力Fmax 為:Fmax＝KτmaxAA：被剪切軋件橫斷面面積(mm2)；τmax：被剪切軋件金屬在剪切溫度下的最大剪切應(yīng)力(Mpa/mm2)；K：考慮由于刀刃磨鈍、刀片間隙增大而使剪切力提高的系數(shù)。2)原動機(jī)功率：反映了機(jī)械的動力級別，它與其它參數(shù)有函數(shù)關(guān)系，常是機(jī)械分級的標(biāo)志。也是機(jī)械中各零、部件的尺寸(如軸和絲杠的直徑、齒輪的模數(shù)等)設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。機(jī)器需要的輸出功率等于機(jī)器工作的動力加上所損耗的動力。大部分機(jī)器載荷是力(扭矩)以某速度作用一段距離(角度)。如果使用重量大、速度高的工作頭，則在載荷中要考慮慣性分量的作用。舉例1：如圖5—7所示為機(jī)器之輸出功率Pmax，系由一固定力F在△t時間內(nèi)作用一段線性距離△x，此種運(yùn)動如同一個液壓臂彎曲金屬板。機(jī)器輸出的功率可表示為：舉例2：圖5—8表示固定扭矩T在瞬間△t作用一個角度△θ時機(jī)器之輸出功率Pmax。此種功率發(fā)生在工具機(jī)的銑刀切削情況，通常我們考慮機(jī)器在刀具軸的輸出為扭矩，它可用刀具的切削力與力臂來表示。此種機(jī)器的輸出功率Pmax為：3．重量參數(shù)重量參數(shù)包括整機(jī)重量、各主要部件重量、重心位置等。它反映了整機(jī)的品質(zhì)，如自重與載重之比，生產(chǎn)能力與機(jī)重之比等。重心位置反映了機(jī)器的穩(wěn)定性及車輪輪壓分布等問題。對于定行機(jī)械如履帶式裝載機(jī)的重量，主要根據(jù)作業(yè)時所需的牽引力來確定，同時必須滿足地面附著條件和作業(yè)、行走穩(wěn)定性要求，否則機(jī)器行走時將產(chǎn)生打滑或傾翻。機(jī)器提供的最大牽引力必須克服工作阻力和總的行走阻力，其表達(dá)式為：4．總體結(jié)構(gòu)參數(shù)總體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括主要結(jié)構(gòu)尺寸和作業(yè)位置尺寸。主要結(jié)構(gòu)尺寸是由整機(jī)外形尺寸和主要組成部分的外形尺寸綜合而成。作業(yè)位置尺寸是機(jī)器在作業(yè)過程中為了適應(yīng)工作條件要求所需尺寸。例如，礦用蟹爪式裝載機(jī)總體尺寸，要考慮機(jī)器工作條件(巷道尺寸、配套車輛尺寸等)?？傮w參數(shù)確定，除上面一般理論分分析計(jì)算外，還有參數(shù)優(yōu)化計(jì)算。二、經(jīng)驗(yàn)公式法對同類產(chǎn)品參數(shù)按概率統(tǒng)計(jì)，歸納得出經(jīng)驗(yàn)公式，然后求解總體參數(shù)。在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，利用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來確定總體參數(shù)，有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）便于比較現(xiàn)有產(chǎn)品的各種參數(shù)，從而提出最優(yōu)數(shù)據(jù)；（2）有利于老產(chǎn)品更新?lián)Q代和發(fā)展新系列；（3）為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件。下面以液壓挖掘機(jī)為例，說明經(jīng)驗(yàn)公式法。液壓挖掘機(jī)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，一般以斗容量、發(fā)動機(jī)功率和機(jī)重三者之一作為主參數(shù)，并依此決定其它參數(shù)。國內(nèi)外學(xué)者都習(xí)慣以機(jī)重G為主參數(shù)。通過對國內(nèi)外百余種液壓挖掘機(jī)的機(jī)重統(tǒng)計(jì)分析提出了液壓挖掘機(jī)各種參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，其中K值為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。（圖略）三、相似類比法采用相似類比法確定總體參數(shù)時，是以相似理論為基礎(chǔ)，選用國內(nèi)外先進(jìn)名牌產(chǎn)品為典型樣機(jī)，或國內(nèi)外有關(guān)該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，求出相似系數(shù)(級差系數(shù))，然后再確定其它主要參數(shù)。但應(yīng)注意相似類比法只適用于同類型產(chǎn)品。即結(jié)構(gòu)型式、工作對象、環(huán)境條件基本相同者。相似類比法有以下優(yōu)點(diǎn)：如果樣機(jī)的性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)是優(yōu)選的，則可得到一個優(yōu)化的系列產(chǎn)品，它簡化了設(shè)計(jì)計(jì)算，加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度，可以迅速研制出新產(chǎn)品。這是仿制性能優(yōu)良產(chǎn)品的一種有效方法。第六節(jié)機(jī)械總體布置設(shè)計(jì)一、機(jī)械化生產(chǎn)線的布置按產(chǎn)品工藝過程，把主要機(jī)械設(shè)備和輔助設(shè)備用運(yùn)輸和中間存貯設(shè)備等連接起來，組成獨(dú)立控制和連續(xù)生產(chǎn)的系統(tǒng)。機(jī)械化生產(chǎn)線由機(jī)械設(shè)備組成，根據(jù)其在生產(chǎn)上的作用及工作特點(diǎn)，機(jī)械設(shè)備歸納起來可分為下列幾種類型：（1）主要工藝設(shè)備；（2）輔助工藝設(shè)備；（3）物料儲運(yùn)裝置；（4）控制裝置。機(jī)械化工藝流程，作業(yè)動作（略）上下移動式剪切：該系統(tǒng)主要由承料架、定長開關(guān)，電磁鐵，轉(zhuǎn)鍵離合器，曲柄連桿，平移式下切刀臺，擺動式上切刀片，制動器等組成，如右圖：過程：當(dāng)鋼筋通過平移式下切刀臺進(jìn)入承料架并觸動定長開關(guān)后，電磁鐵帶動轉(zhuǎn)鍵離合器使飛輪軸與曲柄軸聯(lián)接，曲柄上的連桿推動平移式下切刀臺在四連桿機(jī)構(gòu)的作用下前進(jìn)。擺動式上切刀片的一端固定在機(jī)架上，另一端刃口緊貼在平移式下切刀臺的刃口處，當(dāng)平移式下切刀臺沿圓弧軌跡運(yùn)動時，兩刀片刃口相對運(yùn)動，切斷鋼筋，曲柄使刀臺復(fù)位，等待下一次剪切。分析：該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，通過四連桿機(jī)構(gòu)可使下切刀臺自身平行地且繞擺桿做擺動，是一種飛剪。斷續(xù)的工藝方法間歇的流程（略）移動作業(yè)方式：直進(jìn)式(line)：處理大工件的重型機(jī)械和加工種類少的作業(yè)機(jī)械大多采用直進(jìn)式。如軋制生產(chǎn)線、輕工生產(chǎn)線等。旋轉(zhuǎn)式(rotary)：小件的機(jī)械可采用旋轉(zhuǎn)式二、生產(chǎn)作業(yè)機(jī)械的總體布置生產(chǎn)作業(yè)機(jī)械：是指完成作業(yè)操作的單體機(jī)械。作業(yè)操作：是指包括滾軋、擠壓、拉拔、剪切、彎曲、包裝等多種生產(chǎn)作業(yè)?？傮w布置的基本原則：1．功能合理；2．在滿足強(qiáng)度、剛度要求的前提下，盡量做到結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸小、重量輕；3．動力傳遞路線力求簡短、直接，做到傳動效率高；4．各部件或零件在裝配和使用中，其位置調(diào)整、拆裝和維修等，力求簡單、方便、互鎖，保護(hù)要安全可靠；總體布置型式根據(jù)順序、位置、數(shù)量、形狀、大小等五要素綜合考慮(1)按照發(fā)動機(jī)與機(jī)架的相對位置，如大客車發(fā)動機(jī)可分為前置式、中置式、后置式和偏置式；(2)按照主要作業(yè)裝置軸線方向，如礦用鉆機(jī)有水平式、垂直式和傾斜式；(3)按照機(jī)器主軸的運(yùn)動軌跡，可分為回轉(zhuǎn)式、直線式和振動式；(4)按機(jī)架型式，可分為整體式、剖分式和組合式；(5)按工件運(yùn)動回路或機(jī)械系統(tǒng)功率傳遞路線，可分為開式、閉式；(6)按工作機(jī)構(gòu)布置方向，可分為平面和空間式；(7)按照傳動方式，可分為單發(fā)動機(jī)傳動、多發(fā)動機(jī)傳動。三、布置型式舉例示例1：輪式裝載機(jī)（圖略）1)以車架上平面作為各部件上下位置的基準(zhǔn)，也是作為部件垂直方向安裝尺寸的基準(zhǔn)。2)以通過后橋中心線并與車架平面垂直的平面作為前后位置的基準(zhǔn)，也是部件縱向安裝尺寸的基準(zhǔn)。3)以裝載機(jī)的縱向?qū)ΨQ面作為左右位置的基準(zhǔn)。此外地平線通常作為輔助基準(zhǔn)，是裝載機(jī)的高度、離地間隙等尺寸的基準(zhǔn)。鏟斗及工作裝置安裝在最前端發(fā)動機(jī)布置在裝載機(jī)的后部，起到配重作用，有利于提高穩(wěn)定性。發(fā)動機(jī)的輸出端接液力變矩器，再通過萬向節(jié)和傳動軸與前后驅(qū)動橋相連。駕駛室布置在工作裝置之后的中部。位置應(yīng)盡量向前，使前方視野開闊，利于作業(yè)準(zhǔn)確。為了保證裝載機(jī)作業(yè)的穩(wěn)定性，使鏟斗與料堆相對位置準(zhǔn)確，現(xiàn)代裝載機(jī)不安裝彈性懸架。但為防止在凹凸地上行駛時出現(xiàn)車輪懸空現(xiàn)象，使一個驅(qū)動橋能上下擺動，即將驅(qū)動架鉸接于車架上。絕大多數(shù)裝載機(jī)采用四輪驅(qū)動，以提高牽引力和能在惡劣地面上行駛。工作裝置多采用液壓傳動。示例2：軋鋼機(jī)（圖略）軋輥是軋機(jī)進(jìn)行軋制的工作頭件。在大軋機(jī)中它是巨型零件，可達(dá)幾十噸重，因此，必須具有特殊的軸承、軸承座和機(jī)架等起支承作用的零部件。為了保證軋輥開度，還設(shè)有壓下調(diào)整裝置，對重量大又要移動的零部件如軋輥和軸承座等都有平衡裝置，來消除傳動件的間隙。減少受力零件的沖擊和磨損。軋機(jī)的主傳動部件有萬向連接軸、平衡裝置、齒輪座、主聯(lián)軸器、減速機(jī)、電動機(jī)聯(lián)軸器和電動機(jī)等(參見圖5—19)。各類軋機(jī)軋輥在工作機(jī)座中有不同的布置方法(見圖5—20)。一般軋機(jī)的軋輥皆作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)行縱軋或斜軋，但也可作行星運(yùn)動。如高效的行星軋機(jī)(圖5—21)。示例3：食品機(jī)械（圖略）在食品加工機(jī)械中，機(jī)械的總布置是多種多樣的，屬于平面水平轉(zhuǎn)子式的機(jī)器有：轉(zhuǎn)子式灌瓶機(jī)、夾心糖的轉(zhuǎn)子分裝自動機(jī)等；屬于立體直線式機(jī)器有包裝散狀物料和牛奶的許多自動機(jī)。該自動機(jī)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)是沿加工對象自上而下的運(yùn)動路線來布置的，占地空間小，工藝流程方向與物料重力方向一致。因此，采用立式布置是比較合理的。第七節(jié)機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、選擇機(jī)構(gòu)的類型和擬定機(jī)構(gòu)簡圖1．機(jī)械傳動系統(tǒng)它包括定傳動比機(jī)構(gòu)、變速機(jī)構(gòu)、運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和操縱控制機(jī)構(gòu)等幾部分組成。按其能量流動路線的不同，傳動系統(tǒng)可分為：（1）單流傳動（2）分流傳動（3）匯流傳動（4）混流傳動：所謂混流傳動，就是傳動系統(tǒng)中既有分流傳動又有匯流傳動，是前述三種傳動形式組合的傳動系統(tǒng)。對于輕工機(jī)械多采用一個原動機(jī)帶動多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖526。而重型機(jī)械常采用一個原動機(jī)帶動一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如單獨(dú)驅(qū)動的起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)(如圖527)，有時甚至用多個原動機(jī)共同驅(qū)動一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖52圖529。圖528為懸掛式多點(diǎn)嚙合柔性傳動，用于轉(zhuǎn)爐、回轉(zhuǎn)窯等多種重型機(jī)械上，用多個各自帶有初級減速器的小齒輪帶動同一個末級大齒輪。這樣可以大大減小末級大齒輪和整套機(jī)構(gòu)的尺寸和重量。而軸的撓曲變形不影響齒輪副的正常嚙合，懸掛箱體則用柔性防扭裝置來支承。因而傳動平穩(wěn)，降低了動載荷，安全性能也好。2．機(jī)械傳動鏈的類型外聯(lián)傳動鏈：聯(lián)系動力源和執(zhí)行件(如機(jī)械主軸或分配軸)的傳動鏈、是運(yùn)動和外部(動力源)的聯(lián)系，稱為外聯(lián)傳動鏈。內(nèi)聯(lián)傳動鏈：復(fù)合運(yùn)動的內(nèi)部聯(lián)系，如分配軸至各執(zhí)行件，稱為內(nèi)聯(lián)傳動鏈。只有復(fù)合運(yùn)動