【正文】 的運動關系。 課本 P33圖 28，為自走式谷物收獲機的總體布置圖。 總體布置圖繪制后有重要意義。而在進行總體布置時，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) ” 的思路來進行。 在總體布置設計階段，要畫出相應的總體布置圖。 如 P25圖 26，在確定自走式谷物聯(lián)合收獲機的基本結構布局時，就畫出了發(fā)動機、駕駛室和糧箱 3種方案的布置圖，以此作為評價方案的依據(jù)。轎車的外形輪廓在這方面的要求特別高。消防車采用紅色為主體，紅色有很好的注目性和遠視效果，使消防車暢行無阻。 轎車的外形輪廓具有流線美感，用戶才喜愛。 在總體布置上應使各零部件的 組合勻稱協(xié)調(diào) ， 符合一定的比例關系 ， 前后左右的輕重關系要對稱和諧 ， 有穩(wěn)定感和安全感 ，否則用戶就不敢購買。 7．外形美觀 機械產(chǎn)品的外觀是對用戶的第一印象，是用戶購買時要考慮的因素之一。 經(jīng)常要維修的部位要布置機器的外部便于維修處 。 例如，減速器外伸軸的聯(lián)軸器，設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。 機械產(chǎn)品還有許多 要調(diào)整的部位 ，在總體布置設計時， 要考慮調(diào)整的方便 。 只要是人所使用的產(chǎn)品，都應在人機工程上加以考慮。 機械系統(tǒng)的操作要符合 人 機工程學 ，使人感到舒適。 電動機 電動機 執(zhí)行構件 工件 、 刀具 以四工位專用機床為例，把電動機、傳動部件、操縱控制部件安裝在支承大件之內(nèi)，就可作到結構緊湊，節(jié)省空間，外觀也較好看。 5．結構緊湊、層次分明 機械產(chǎn)品結構緊湊，可 節(jié)省空間 ， 減少零部件 ， 提高產(chǎn)品的可靠性和經(jīng)濟性 ，并 為總體造型設計創(chuàng)造了條件 。如設計一臺木工鋸床，要考慮，以后可發(fā)展成能鋸、鉆、刨、銑的組合機床，在總體布置設計及傳動系統(tǒng)、機架設計上采取一些措施，是很有意義的。床身用 整體式鑄造結構 或 框架式焊接結構 ，來提高其剛度和抗振性。 機械產(chǎn)品的剛度不足或抗振性不好，也會使機械產(chǎn)品不能正常工作，使機械產(chǎn)品的動態(tài)精度降低。對執(zhí)行系統(tǒng)，應盡量使 振動源遠離執(zhí)行系統(tǒng) ，采用 分離驅(qū)動 的方法，把電動機和變速箱、主軸箱分置，用有緩沖減振的傳動裝置將它們聯(lián)接起來，就可使振源與執(zhí)行系統(tǒng)隔開。 因此在總體布置時必須驗算機器的質(zhì)心位置 ,控制質(zhì)心偏置量 . 3．保證精度、剛度及抗振性的要求 以機床為例，為能加工出一定精度的零件，機床車身要具有更高的幾何精度、傳動精度和動態(tài)精度。 2．降低質(zhì)心高度，減小偏置 為保證機械系統(tǒng)能平衡、穩(wěn)定地工作，就應當盡量使機械系統(tǒng)的 質(zhì)心高度較低，盡量相對于支承對稱布置 ，這對于 行走式機械和工程機械 尤為重要。 以 谷物聯(lián)合收獲機為 例，從谷物被割倒到進入脫粒滾筒，直至谷粒進入糧箱，桔桿、穎殼及其它雜物排出，都應運行連續(xù)流暢，不能堵塞和斷擋。 1．保證工藝過程的連續(xù)和流暢 保證機械系統(tǒng)內(nèi)部的能量流 、 物料流和信息流的流動途徑合理 ， 各零部件運動時不產(chǎn)生干涉 ， 使機械系統(tǒng)的工藝過程連續(xù)和流暢 ，是對機械系統(tǒng)總體布置的首要要求。 要 從粗到細 ， 由簡而繁 ，經(jīng)多次反復修改，才能最后確定。 在進行總體布置設計時，不僅要考慮內(nèi)部因素，還要考慮人與機械、機械與環(huán)境的關系等外部因素，按 簡單 、 合理 、 經(jīng)濟 的原則進行機械系統(tǒng)的總體布置。 總體設計必須在方案設計基礎上進行。 總體設計 是機械系統(tǒng)設計第 3階段 —內(nèi)部設計階段的主要部分 ， 是以后進行系統(tǒng)技術設計的依據(jù) 。 每位同學構思設計 一臺中、小型機器或機械裝置 ,要有新意 (創(chuàng)新性 ),進行方案設計 ,提出其具有的結構和功能 .做出黑箱模型 ,確定其工藝原理、技術過程和功能載體 ,畫出結構原理簡圖 . 在進行總體設計時，不僅要考慮內(nèi)部系統(tǒng)，而且要考慮內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的聯(lián)系，使內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)相協(xié)調(diào)和適應，以求設計得更加完善。各種結構布局的特點是什么。系統(tǒng)邊界不同對機械系統(tǒng)有什么影響。 理論生產(chǎn)率： 件 /小時 Y系列電動機，裝在機體之內(nèi)，執(zhí)行構件露在外面。材料： HT200 φ 50H6ⅠⅡⅢⅣA2A3裝拆工件 鉆底孔 擴孔 鉸孔 （ Ⅰ 工位） （ Ⅱ 工位） （ Ⅲ 工位） （ Ⅳ 工位） 該機床技術成熟，設計任務抽象化、確定工藝原理、確定技術過程就省略了。 兩個執(zhí)行動作由同一臺電機驅(qū)動 ，工作臺轉(zhuǎn)位機構和主軸箱往復運動機構按動作時間順序分支并列，組合成一個機構系統(tǒng)。 七、方案評價 （自學） 例 4：四工位專用機床 四工位專用機床是在 四個工位上 分別完成工件的裝卸、鉆孔、擴孔、鉸孔 工作的專用加工設備。 缺點：發(fā)動機冷卻不好解決，散熱條件差，操縱困難。 3） 發(fā)動機后置 ：發(fā)動機在車箱之后，橫置或者縱置。 優(yōu)點：車內(nèi)噪聲小，條件好，乘坐舒適，駕駛員視野開闊。 缺點：車箱里噪聲大，有油煙味和熱氣，車輛的面積利用較差。 1） 發(fā)動機前置 ：發(fā)動機在車箱之前。 優(yōu)點：駕駛員視野開闊，車輛的軸距和長度小，機動性好，自重輕。 優(yōu)點：保養(yǎng)發(fā)動機方便； 缺點：駕駛員的視線受影響，車輛的軸距和長度較大，機動性不好，自重較大。 缺點：發(fā)動機保養(yǎng)不方便，發(fā)動機工作產(chǎn)生的噪聲、振動和高溫對駕駛員有影響。 駕駛臺 B前置； 2） 短頭式 ：發(fā)動機一小部分伸入駕駛室之下。 優(yōu)點：發(fā)動機尺寸不受限制 ， 駕駛員工作條件好 ， 保養(yǎng)空間大；由于糧箱 C的隔離作用 ， 發(fā)動機的振動 、 噪聲和高溫對駕駛員影響較小 。 結構特點： 缺點：發(fā)動機尺寸受限制，駕駛員受發(fā)動機影響，有振動、噪聲和高溫。 發(fā)動機 A前置 ； 駕駛臺 B在糧箱 C的前方、發(fā)動機左側； 脫 粒 機頂蓋 D在糧箱 C下方。 優(yōu)點：對發(fā)動機尺寸沒有限制 ， 駕駛員工作條件好 ， 保養(yǎng)空間大 ， 適合布置尺寸大的發(fā)動機 。 六、確定基本結構布局 技術方案確定后，功能載體的組合關系就明確了，但結構元件在空間的相互位置還可以進行不同的處理，即 相同的功能載體關系，可以構成不同的結構布局 。 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) —— 車的適應性不同，要求操縱系統(tǒng)不同，越野車要能適應較為惡劣的外部環(huán)境。人和機械系統(tǒng)的不同分工，就體現(xiàn)了機械系統(tǒng)的機械化和自動化程度，人參與程度不同，機械系統(tǒng)的復雜程度和成本也不相同。 1．人參與技術系統(tǒng)的程度 人參與技術系統(tǒng)的程度涉及到操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的功能 。 是否對這些影響和干擾進行控制，就涉及到系統(tǒng)的邊界。 以你最熟悉的機械產(chǎn)品為例，說明機械系統(tǒng)方案設計的方法，要求畫出 “黑箱 ”示意圖，樹狀功能圖，功能結構圖和形態(tài)學矩陣，并且組合可能的方案。 思考題： 舉例說明什么是 “黑箱 ”，為什么要把待定的設計對象抽象為 “黑箱 ”，從 “黑箱 ”圖中可以看出什么問題。 對于 像自走式聯(lián)合收獲機這類 比較復雜的機械產(chǎn)品 ，如果對整機采用一個形態(tài)學矩陣，就過于龐大了，這時 可分別建立各子系統(tǒng)的形態(tài)學矩陣，考慮各子系統(tǒng)的方案，然后再綜合成整個機械產(chǎn)品的方案 。 方案總數(shù)： N=A B C D E=6 5 4 4 3=1440 鉗式斗 抓 斗 挖 斗 液壓缸傳動 氣缸傳動 繩傳動 拉 桿 氣 墊 履 帶 輪 胎 軌道及車輪 液力耦合器 鏈傳動 帶傳動 蝸桿傳動 齒輪傳動 氣動馬達 液動機 透平機 柴油機 汽油機 電動機 挖掘機的形態(tài)學矩陣 E(取放物 ) D(取放物傳動 ) C(移位 ) B(移物傳動 ) A(動力源 ) 6 5 4 3 2 1 功 能 載 體 分功能 A3 + B4 + C3 + D2 + E1——履帶式挖掘機 柴油機 鏈傳動 履帶 繩傳動 挖斗 3）作出挖掘機的形態(tài)學矩陣： 液動機 液力耦合器 輪胎 液壓缸傳動 抓斗 A3 + B4 + C3 + D2 + E1——履帶式挖掘機 柴油機 鏈傳動 履帶 繩傳動 挖斗 A5 + B5 + C2 + D4 + E2—液壓輪胎式挖掘機 對那些合理的可行方案，應進行綜合評價。 移物 C （挖掘機移動） 放物傳動 D （挖掘斗運動） 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?。? （位置 1） 物料 由功能結構圖可看出，行走式挖掘機有 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) )。 由圖可表明機械系統(tǒng)的互動能量；物料的取、移、放；環(huán)境對它的約束條件。 對機械系統(tǒng)按功能進行分解，對分解出的每一項功能找到可行的功能載體，將這些功能載體組合起來，就得到了機械系統(tǒng)一系列的總體方案。在做這項工作時，要集思廣義，廣開言路，避免犯偏聽偏信、先入為主、主觀片面的錯誤。對谷物聯(lián)合收獲機的子系統(tǒng)，收割系統(tǒng)與收割機，脫粒系統(tǒng)與脫粒機，清糧系統(tǒng)與清選機、行走系統(tǒng)與拖拉機汽車作對比。這時 可把機械系統(tǒng)分解成幾個子系統(tǒng) ，如把谷物聯(lián)合收獲機分解成：收割系統(tǒng)、脫粒系統(tǒng)、清糧系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、支承系統(tǒng)等 8個子系統(tǒng)， 分別畫出各子系統(tǒng)的功能結構圖，這樣可使復雜的問題簡化 。 測量值放大 測力 測變形 力信號 變形信號 比較標準值和實際值 輔助能量 標準量 ① 試件加載前要裝卡； b） 材料試驗機的功能分解圖 能量轉(zhuǎn)換為力和位移 控制信號 加載能量 試件加載 試件 變形能 變形后的試件 測變形 變形信號 測力 力信號 材料試驗機的功能結構圖 裝卡 試件 試件 加載 變形能 變形后試件 試件 調(diào)節(jié)能量大小 加載能量 控制信號 能量轉(zhuǎn)換為力和位移 測量值放大 測力 測變形 力信號 變形信號 比較標準值和實際值 輔助能量 標準量 經(jīng)過功能分解后，一項總功能被分解成一系列分功能或功能元，與相應的技術物理效應及功能載體相對應，得到功能分解圖和功能結構圖。 b） 材料試驗機的功能分解圖 Ⅱ 建立材料試驗機的功能分解圖（初步簡單的功能結構圖）： 通過功能分解，可以把材料試驗機的總功能分解成 4個主要的分功能： ① 把能量轉(zhuǎn)換為力和位移； ② 試件加載； ③ 測力； ④ 測變形。 電腦自控 機械定時 人工控制 齒輪傳動 帶傳動 超聲波 電磁振蕩 機械摩擦 陶瓷桶 玻璃鋼桶 塑料桶 金屬桶 D（控制） C（運動傳遞） B（洗滌原理） A（容納衣物水） 4 3 2 1 功能載體 分功能 洗衣機的形態(tài)學矩陣 理論上可組合出技術方案： N=4 3 2 3=72 下圖是材料試驗機的 功能結構圖的制作過程 ： 材料試驗機的總功能為：利用力和變形的關系，檢驗試件的力學性能。如洗衣機的功能結構圖如下： 洗衣機的功能結構圖 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，從功能結構圖可看出各項功能元以及分功能之間的結構關系。 技術物理效應 是將物理學原理通過一定的結構形式，在工程技術上加以應用。 功能元 是指有確定功能的不可再分解的單元功能。