【正文】 加強(qiáng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與手段的掌握與應(yīng)用 ● 提高計(jì)算和繪圖能力 ， 具有運(yùn)用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 、 設(shè)計(jì)規(guī)范 、設(shè)計(jì)手冊(cè) 、 設(shè)計(jì)圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料 、 表達(dá)設(shè)計(jì)成果 、 書寫技術(shù)報(bào)告及科學(xué)研究論文的能力 ● 培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)與能力 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程 設(shè)計(jì)階段 設(shè)計(jì)流程內(nèi)容與設(shè)計(jì)步驟 階段設(shè)計(jì)目標(biāo) 市場調(diào)研 提出設(shè)計(jì)任務(wù) 功能分析和工作原理確定 設(shè)計(jì)任務(wù)書 可行性分析 設(shè)計(jì)要求項(xiàng)目表 工藝動(dòng)作分析 執(zhí)行動(dòng)作確定 需求分析 明確任務(wù)要求 產(chǎn)品規(guī)劃 原理方案設(shè)計(jì) 總體方案示意圖 機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡圖 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià) 機(jī)械構(gòu)形構(gòu)思與設(shè)計(jì) 詳細(xì)設(shè)計(jì) 原理方案設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)優(yōu)化 機(jī)械總裝圖設(shè)計(jì) 機(jī)械部件設(shè)計(jì) 機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡圖優(yōu)化 機(jī)械零件設(shè)計(jì) 技術(shù)文件編制 施工圖 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 標(biāo)準(zhǔn)、通用件 明細(xì)表 使用說明書 Y N 改進(jìn)設(shè)計(jì) 針對(duì)存在問題 進(jìn)行技術(shù)完善 改進(jìn)完善設(shè)計(jì) 樣機(jī)試制工作總結(jié) 研制報(bào)告 用戶使用報(bào)告 改進(jìn)設(shè)計(jì)圖樣 性能測試報(bào)告 樣機(jī)試用情況報(bào)告 樣機(jī)性能試驗(yàn)檢測 二 、 課程設(shè)計(jì)的任務(wù) 進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和執(zhí)行系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的工作能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計(jì) 機(jī)械工程學(xué)院 秦 偉 一 、 課程設(shè)計(jì)的目的 、 機(jī)械原理 、 機(jī)械設(shè)計(jì)是高等學(xué)校工科機(jī)械類和機(jī)電類專業(yè)學(xué)生的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程 ， 在培養(yǎng)工科學(xué)生的綜合素質(zhì) 、機(jī)械設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力方面占有不可替代的重要地位 。 與課程配套的機(jī)械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計(jì)是學(xué)生首次較全面地進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 、 運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì) 、 動(dòng)力學(xué)分析 、 零部件工作能力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)十分重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié) 。 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)包括： ⑴ 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ● 根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的工作要求 ， 確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作原理 ● 擬定工藝動(dòng)作和執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式 ● 進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型與組合 ● 進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì) ， 繪制工作循環(huán)圖 ● 進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計(jì) ， 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 ● 進(jìn)行機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能分析 ， 設(shè)計(jì)調(diào)速飛輪 ● 對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)與決策 ⑵ 原動(dòng)機(jī)類型的選擇和傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ● 選擇原動(dòng)機(jī)的類型和主要參數(shù) ， 確定傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比 ● 選擇機(jī)械傳動(dòng)裝置的類型 ， 擬定傳動(dòng)鏈的布置 ， 分配各級(jí)傳動(dòng)比 ， 確定各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本參數(shù) ， 對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和決策 ⑶ 執(zhí)行系統(tǒng) 、 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件工作能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ● 進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng) 、 傳動(dòng)系統(tǒng)主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核計(jì)算 三、課程設(shè)計(jì)的要求 ⑴ 了解機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程和要求，以機(jī)械總體設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，采用系統(tǒng)分析的方法，合理確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案和結(jié)構(gòu)布局。 ⑶ 在確定機(jī)械工作原理 、 構(gòu)思機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案等過程中 ， 要 有意識(shí)地采用創(chuàng)新思維方法 ， 設(shè)計(jì)出原理科學(xué) 、 方案先進(jìn) 、 結(jié)構(gòu)合理的機(jī)械產(chǎn)品 。 ⑸ 正確使用課程設(shè)計(jì)參考資料和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，認(rèn)真計(jì)算和繪圖，力求設(shè)計(jì)圖樣符合國家標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果正確。 ⑺ 在課程設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意將方案構(gòu)思 、 機(jī)構(gòu)分析以及設(shè)計(jì)計(jì)算等所有工作都仔細(xì)記錄在筆記本上 ， 便于形成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 。設(shè)計(jì)任務(wù)書詳細(xì)規(guī)定了機(jī)械的用途、主要性能參數(shù)、工作環(huán)境條件、生產(chǎn)指標(biāo)和成本預(yù)算等。 第二節(jié) 課程設(shè)計(jì)的一般過程 與注意事項(xiàng) 2. 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求 ， 廣泛收集同類機(jī)器或相近機(jī)械的性能參數(shù) 、 使用情況 、 優(yōu)缺點(diǎn)等技術(shù)資料和數(shù)據(jù) ， 進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 。 完成同一生產(chǎn)任務(wù)的機(jī)器 ， 可以有多種工作原理和運(yùn)動(dòng)方案 ， 而同一種方案 ， 有可以有不同的組合 。 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括擬定機(jī)械的工作原理 ，確定執(zhí)行構(gòu)件的數(shù)目和運(yùn)動(dòng)形式 ， 選擇原動(dòng)機(jī)類型 ， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型與組合 ， 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖等 。 機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括確定機(jī)構(gòu)的主要尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，繪制機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖等。 4. 機(jī)械動(dòng)力設(shè)計(jì) 在機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上 ， 確定作用在機(jī)械系統(tǒng)各構(gòu)件上的載荷并進(jìn)行機(jī)械的功率計(jì)算和能量計(jì)算 。 根據(jù)機(jī)械各執(zhí)行構(gòu)件上承受的載荷性質(zhì)和大小 ， 考慮機(jī)械系統(tǒng)效率 ， 計(jì)算出機(jī)械的輸出功率 ， 然后確定原動(dòng)機(jī)應(yīng)有的功率 、 轉(zhuǎn)速 ， 從而選擇適宜的原動(dòng)機(jī)型號(hào) 。傳動(dòng)系統(tǒng)通常有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)以及各種齒輪傳動(dòng)組成。 6. 主要零部件工作能力設(shè)計(jì) 對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)中的非標(biāo)準(zhǔn)零部件，進(jìn)行工作能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在零部件工作能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算、剛度計(jì)算、穩(wěn)定性計(jì)算和熱平衡計(jì)算等。 二 、 課程設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 1. 機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)循序漸進(jìn) 、 逐步完善和提高的過程 。 設(shè)計(jì)和計(jì)算 、 繪圖和校核 、 完善和提高 ， 以及方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常常需要交叉進(jìn)行 。 機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多 ， 所有的設(shè)計(jì)內(nèi)容都要求設(shè)計(jì)者將其明確無誤地表達(dá)為圖樣或軟件形式 ， 并經(jīng)過制造 、 裝配 ， 才能成為產(chǎn)品 。 3. 機(jī)械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計(jì)題目多選自工程實(shí)際中的常見問題 ， 設(shè)計(jì)中有很多前人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可供借鑒 。 4. 在設(shè)計(jì)過程中 ， 注意先總體設(shè)計(jì) ， 后零部件設(shè)計(jì)；先概要設(shè)計(jì) ， 后詳細(xì)設(shè)計(jì)；先運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) ， 后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 5. 正確處理傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)系 ， 優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)化系列化產(chǎn)品 ， 力求做到技術(shù)先進(jìn) ， 安全可靠 ， 經(jīng)濟(jì)合理 ，使用維護(hù)方便 。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在長期運(yùn)用中不斷得到完善 ， 是符合當(dāng)代技術(shù)水平的有效設(shè)計(jì)方法 。 二 、 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn) 科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及應(yīng)用 ， 給機(jī)械設(shè)計(jì)帶來了革命性的突變 。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn) ● 研究設(shè)計(jì)的全過程 ● 突出設(shè)計(jì)者創(chuàng)造性 ● 用系統(tǒng)工程處理人－機(jī)－環(huán)境的關(guān)系 ● 尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和參數(shù) ● 動(dòng)態(tài)的 、 精確的分析和計(jì)算機(jī)械的工作性能 ● 將計(jì)算機(jī)全面引入設(shè)計(jì)全過程 機(jī)械設(shè)計(jì)常用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 優(yōu)化設(shè)計(jì) 可靠性設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 有限元法 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 虛擬設(shè)計(jì) 協(xié)同設(shè)計(jì) 一 、 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 1. 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 確定產(chǎn)品工作原理的設(shè)計(jì) ， 即根據(jù)機(jī)械預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能 ，考慮選擇何種工作原理來實(shí)現(xiàn)所需的功能要求 。 不同的工作原理 ， 需要不同的工藝動(dòng)作 ， 所設(shè)計(jì)出的機(jī)械其性能 、 結(jié)構(gòu) 、工作品質(zhì) 、 適用場合等都會(huì)有很大的差異 ， 這必須根據(jù)更具體的工作要求 ， 如強(qiáng)度 、 精度壽命以及產(chǎn)量 、 效率 、 成本 、環(huán)保等諸多因素綜合考慮確定 ， 同時(shí)盡可能在滿足要求的前提下多采用幾個(gè)方案 。 運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)通常是對(duì)工藝方法和工藝動(dòng)作進(jìn)行分析，把其分解成若干個(gè)基本動(dòng)作。 齒輪加工 工作原理 工藝動(dòng)作分解 設(shè)計(jì)方案 范成原理 插刀與輪坯的范成運(yùn)動(dòng) 齒條刀具的上下切削運(yùn)動(dòng) 刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 插齒機(jī)床 滾刀與輪坯的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) (切削運(yùn)動(dòng)和范成運(yùn)動(dòng)合為一體 ) 滾刀沿輪坯軸線方向的移動(dòng) 滾齒機(jī)床 刀具作復(fù)合運(yùn)動(dòng) 刀具與工作臺(tái)分別運(yùn)動(dòng) 立式鉆床工藝動(dòng)作分解 工作原理不同 ， 運(yùn)動(dòng)方案也不同 。 齒輪加工 插 齒 滾 齒 直線運(yùn)動(dòng) 曲線運(yùn)動(dòng) 復(fù)合運(yùn)動(dòng) 往復(fù)擺動(dòng) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) rpm 由兩個(gè)以上單一運(yùn)動(dòng)合成 間歇轉(zhuǎn)動(dòng) 停歇往復(fù)直線運(yùn)動(dòng) 停歇單向直線運(yùn)動(dòng) 沿可變曲線運(yùn)動(dòng) 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) 沿固定曲線運(yùn)動(dòng) 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng) 每分鐘轉(zhuǎn)位次數(shù)、轉(zhuǎn)角大小、運(yùn)動(dòng)系數(shù) 每分鐘擺動(dòng)次數(shù)、轉(zhuǎn)角大小、行程速度變化系數(shù) 每分鐘行程數(shù)、大小、行程速度變化系數(shù) 每次進(jìn)給量的大小 每循環(huán)停歇次數(shù)、位置、時(shí)間、行程大小和工作速度 執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式 3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)同一種運(yùn)動(dòng) ， 可以選用不同型式的機(jī)構(gòu) 。 例如 ，為了實(shí)現(xiàn)刀具的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng) ， 既可以采用齒輪齒條機(jī)構(gòu) 、螺旋機(jī)構(gòu)；也可以采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 、 凸輪機(jī)構(gòu)；還可以機(jī)構(gòu)組合或結(jié)構(gòu)變異創(chuàng)造發(fā)明新的機(jī)構(gòu)等 。 設(shè)計(jì)原則 ⑴ 滿足執(zhí)行構(gòu)件所需的運(yùn)動(dòng)形式 、 運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡方面的要求 。 這樣可以降低制造費(fèi)用 ， 減輕機(jī)械重量；減少運(yùn)動(dòng)副摩擦帶來的功率損耗 ， 提高機(jī)械效率；有利于減少運(yùn)動(dòng)鏈的累積誤差 ， 提高傳動(dòng)精度和工作可靠性；有利于提高機(jī)構(gòu)的剛性 。 沖壓床傳動(dòng)系統(tǒng)配置 分路驅(qū)動(dòng) 集中驅(qū)動(dòng) 大皮帶輪 大皮帶輪 ⑶ 盡量減小機(jī)構(gòu)的尺寸 在滿足工作要求的前提下 ， 希望機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊 、 尺寸小 、重量輕 。 例如 ， 在相同的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)下 ， 行星輪系的尺寸和重量較定軸輪系顯著減?。辉趶膭?dòng)件移動(dòng)行程較大的情況下 ， 采用圓柱凸輪要比盤形凸輪尺寸更為緊湊 。 用轉(zhuǎn)動(dòng)副代替移動(dòng)副 采用高副易于實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡 ， 而且有可能減少構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù) ， 從而縮短運(yùn)動(dòng)鏈 。 用高副機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ⑸ 考慮動(dòng)力源的形式 選擇合適的動(dòng)力源 ， 有利于簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)和改善機(jī)械性能 。 常用原動(dòng)機(jī)類型 電動(dòng)機(jī) 內(nèi)燃機(jī) 液壓馬達(dá) 、 液壓缸 氣壓馬達(dá) 、 氣壓缸等 選擇電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源 選擇往復(fù)式油缸作為動(dòng)力源 ⑹ 使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力條件和動(dòng)力特性 進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計(jì)時(shí) ， 應(yīng)注意選用具有最大傳動(dòng)角 、 最大增力系數(shù)和效率較高的機(jī)構(gòu) 。 若為了改善受力狀況 、 增加機(jī)構(gòu)剛度等而必須引入虛約束時(shí) ， 應(yīng)注意結(jié)構(gòu) 、 尺寸設(shè)計(jì)的合理性 。 存在 4個(gè) 過約束 存在 3個(gè) 過約束 存在 1個(gè) 過約束 不存在過約束 ⑺ 使機(jī)械具有調(diào)節(jié)某些參數(shù)的能力 在某些機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中 ， 有些運(yùn)動(dòng)參數(shù) (如行程 )需要經(jīng)常調(diào)節(jié)；在另外一些機(jī)械中 ， 為了安裝調(diào)試方便 ， 也需要機(jī)構(gòu)中有調(diào)整環(huán)節(jié) 。 普通曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)原動(dòng)件 搖桿極限位置和擺角 可調(diào)的單自由機(jī)構(gòu) ⑻ 保證機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn) 進(jìn)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計(jì)時(shí) ， 應(yīng)考慮機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn)問題 ，防止發(fā)生機(jī)械損壞出現(xiàn)生產(chǎn)和人身事故的可能性 。 機(jī)構(gòu)的選型 利用發(fā)散思維的方法 ， 將前人創(chuàng)造發(fā)明出的數(shù)以千計(jì)的各種機(jī)構(gòu)按照運(yùn)動(dòng)特性或動(dòng)作功能進(jìn)行分類 ， 然后根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象中執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的運(yùn)動(dòng)特性或動(dòng)作功能進(jìn)行搜索 、 選擇 、 比較和評(píng)價(jià) ， 選出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的合適型式 。 空間約束條件 驅(qū)動(dòng)軸必須水平布置 。 ⑴ 擴(kuò)展法 在原有機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上增加基本桿組 ， 構(gòu)筑出新的機(jī)構(gòu)型式 ，可在不改變機(jī)構(gòu)自由度的情況下 ， 增加或改善機(jī)構(gòu)的性能 。 ⑵ 組合法 將幾種基本機(jī)構(gòu)用適當(dāng)方式組合 ， 來實(shí)現(xiàn)基本機(jī)構(gòu)不易實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力特性 。 II I 5 1 2 3 4 ?1 I型串聯(lián) 后一級(jí)子機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件為前一級(jí)子機(jī)構(gòu)的一個(gè)連架桿。 1 2 3 A 5 4 D C B F E M 子機(jī)構(gòu) II 子機(jī)構(gòu) I 輸入 輸出 齒輪 — 連桿組合機(jī)構(gòu) 并聯(lián)組合 特點(diǎn) 兩個(gè)或多個(gè)子機(jī)構(gòu)并列布置 。 III型并聯(lián) 子機(jī)構(gòu) I 子機(jī)構(gòu) II 輸入 輸出 裝配線采用了聯(lián)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu) ， 使筆芯托架沿著矩形軌跡運(yùn)動(dòng) ， 從而達(dá)到使圓珠筆芯步進(jìn)式地向前送進(jìn)的目的 。 基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)為一個(gè) 2自由度 5桿機(jī)構(gòu)，約束機(jī)構(gòu)為槽凸輪機(jī)構(gòu) (其中槽凸輪固定不動(dòng) )。 輸入 輸出 槽凸輪機(jī)構(gòu) 2自由度 5桿機(jī)構(gòu) 輸入 輸出 凸輪機(jī)構(gòu) 2自由度蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)