【正文】 加強(qiáng)現(xiàn)代設(shè)計方法與手段的掌握與應(yīng)用 ● 提高計算和繪圖能力 ， 具有運用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 、 設(shè)計規(guī)范 、設(shè)計手冊 、 設(shè)計圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料 、 表達(dá)設(shè)計成果 、 書寫技術(shù)報告及科學(xué)研究論文的能力 ● 培養(yǎng)創(chuàng)新意識與能力 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的一般進(jìn)程 設(shè)計階段 設(shè)計流程內(nèi)容與設(shè)計步驟 階段設(shè)計目標(biāo) 市場調(diào)研 提出設(shè)計任務(wù) 功能分析和工作原理確定 設(shè)計任務(wù)書 可行性分析 設(shè)計要求項目表 工藝動作分析 執(zhí)行動作確定 需求分析 明確任務(wù)要求 產(chǎn)品規(guī)劃 原理方案設(shè)計 總體方案示意圖 機(jī)械運動簡圖 運動循環(huán)圖 設(shè)計計算說明書 機(jī)械運動方案設(shè)計與評價 機(jī)械構(gòu)形構(gòu)思與設(shè)計 詳細(xì)設(shè)計 原理方案設(shè)計 評價優(yōu)化 機(jī)械總裝圖設(shè)計 機(jī)械部件設(shè)計 機(jī)械運動簡圖優(yōu)化 機(jī)械零件設(shè)計 技術(shù)文件編制 施工圖 設(shè)計計算說明書 標(biāo)準(zhǔn)、通用件 明細(xì)表 使用說明書 Y N 改進(jìn)設(shè)計 針對存在問題 進(jìn)行技術(shù)完善 改進(jìn)完善設(shè)計 樣機(jī)試制工作總結(jié) 研制報告 用戶使用報告 改進(jìn)設(shè)計圖樣 性能測試報告 樣機(jī)試用情況報告 樣機(jī)性能試驗檢測 二 、 課程設(shè)計的任務(wù) 進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計和執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)零部件的工作能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計。機(jī)械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計 機(jī)械工程學(xué)院 秦 偉 一 、 課程設(shè)計的目的 、 機(jī)械原理 、 機(jī)械設(shè)計是高等學(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)計是學(xué)生首次較全面地進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計 、 運動學(xué)設(shè)計 、 動力學(xué)分析 、 零部件工作能力設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個十分重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié) 。 機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計包括： ⑴ 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計 ● 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 ● 擬定工藝動作和執(zhí)行構(gòu)件的運動形式 ● 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 ， 繪制工作循環(huán)圖 ● 進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計 ， 繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖 ● 進(jìn)行機(jī)械動力學(xué)性能分析 ， 設(shè)計調(diào)速飛輪 ● 對執(zhí)行系統(tǒng)運動方案進(jìn)行評價與決策 ⑵ 原動機(jī)類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計 ● 選擇原動機(jī)的類型和主要參數(shù) ， 確定傳動系統(tǒng)的總傳動比 ● 選擇機(jī)械傳動裝置的類型 ， 擬定傳動鏈的布置 ， 分配各級傳動比 ， 確定各級傳動機(jī)構(gòu)的基本參數(shù) ， 對方案進(jìn)行評價和決策 ⑶ 執(zhí)行系統(tǒng) 、 傳動系統(tǒng)零部件工作能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計 ● 進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng) 、 傳動系統(tǒng)主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核計算 三、課程設(shè)計的要求 ⑴ 了解機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計過程和要求，以機(jī)械總體設(shè)計為出發(fā)點，采用系統(tǒng)分析的方法，合理確定機(jī)械運動方案和結(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)運動方案等過程中 ， 要 有意識地采用創(chuàng)新思維方法 ， 設(shè)計出原理科學(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)計參考資料和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，認(rèn)真計算和繪圖，力求設(shè)計圖樣符合國家標(biāo)準(zhǔn)，計算結(jié)果正確。 ⑺ 在課程設(shè)計過程中應(yīng)注意將方案構(gòu)思 、 機(jī)構(gòu)分析以及設(shè)計計算等所有工作都仔細(xì)記錄在筆記本上 ， 便于形成設(shè)計計算說明書 。設(shè)計任務(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)計的一般過程 與注意事項 2. 機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計 根據(jù)設(shè)計任務(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)缺點等技術(shù)資料和數(shù)據(jù) ， 進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計 。 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動方案 ， 而同一種方案 ， 有可以有不同的組合 。 機(jī)械運動方案設(shè)計的主要內(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)目和運動形式 ， 選擇原動機(jī)類型 ， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型與組合 ， 繪制機(jī)構(gòu)運動示意圖等 。 機(jī)械運動設(shè)計的內(nèi)容包括確定機(jī)構(gòu)的主要尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖，分析機(jī)構(gòu)運動，繪制機(jī)械運動循環(huán)圖等。 4. 機(jī)械動力設(shè)計 在機(jī)械運動設(shè)計基礎(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)械的功率計算和能量計算 。 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 ， 計算出機(jī)械的輸出功率 ， 然后確定原動機(jī)應(yīng)有的功率 、 轉(zhuǎn)速 ， 從而選擇適宜的原動機(jī)型號 。傳動系統(tǒng)通常有帶傳動、鏈傳動以及各種齒輪傳動組成。 6. 主要零部件工作能力設(shè)計 對執(zhí)行系統(tǒng)和傳動系統(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。在零部件工作能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常需要進(jìn)行強(qiáng)度計算、剛度計算、穩(wěn)定性計算和熱平衡計算等。 二 、 課程設(shè)計的注意事項 1. 機(jī)械設(shè)計是一個循序漸進(jìn) 、 逐步完善和提高的過程 。 設(shè)計和計算 、 繪圖和校核 、 完善和提高 ， 以及方案設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計常常需要交叉進(jìn)行 。 機(jī)械設(shè)計內(nèi)容繁多 ， 所有的設(shè)計內(nèi)容都要求設(shè)計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)計題目多選自工程實際中的常見問題 ， 設(shè)計中有很多前人的設(shè)計經(jīng)驗可供借鑒 。 4. 在設(shè)計過程中 ， 注意先總體設(shè)計 ， 后零部件設(shè)計；先概要設(shè)計 ， 后詳細(xì)設(shè)計；先運動設(shè)計 ， 后結(jié)構(gòu)設(shè)計 。 5. 正確處理傳統(tǒng)設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計的關(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)計在長期運用中不斷得到完善 ， 是符合當(dāng)代技術(shù)水平的有效設(shè)計方法 。 二 、 現(xiàn)代設(shè)計方法的特點 科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的普及應(yīng)用 ， 給機(jī)械設(shè)計帶來了革命性的突變 。 現(xiàn)代設(shè)計方法的主要特點 ● 研究設(shè)計的全過程 ● 突出設(shè)計者創(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)計方案和參數(shù) ● 動態(tài)的 、 精確的分析和計算機(jī)械的工作性能 ● 將計算機(jī)全面引入設(shè)計全過程 機(jī)械設(shè)計常用現(xiàn)代設(shè)計方法 優(yōu)化設(shè)計 可靠性設(shè)計 計算機(jī)輔助設(shè)計 有限元法 動態(tài)設(shè)計 虛擬設(shè)計 協(xié)同設(shè)計 一 、 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計 1. 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 確定產(chǎn)品工作原理的設(shè)計 ， 即根據(jù)機(jī)械預(yù)期實現(xiàn)的功能 ，考慮選擇何種工作原理來實現(xiàn)所需的功能要求 。 不同的工作原理 ， 需要不同的工藝動作 ， 所設(shè)計出的機(jī)械其性能 、 結(jié)構(gòu) 、工作品質(zhì) 、 適用場合等都會有很大的差異 ， 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 ， 同時盡可能在滿足要求的前提下多采用幾個方案 。 運動規(guī)律設(shè)計通常是對工藝方法和工藝動作進(jìn)行分析，把其分解成若干個基本動作。 齒輪加工 工作原理 工藝動作分解 設(shè)計方案 范成原理 插刀與輪坯的范成運動 齒條刀具的上下切削運動 刀具的進(jìn)給運動 插齒機(jī)床 滾刀與輪坯的連續(xù)轉(zhuǎn)動 (切削運動和范成運動合為一體 ) 滾刀沿輪坯軸線方向的移動 滾齒機(jī)床 刀具作復(fù)合運動 刀具與工作臺分別運動 立式鉆床工藝動作分解 工作原理不同 ， 運動方案也不同 。 齒輪加工 插 齒 滾 齒 直線運動 曲線運動 復(fù)合運動 往復(fù)擺動 回轉(zhuǎn)運動 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) rpm 由兩個以上單一運動合成 間歇轉(zhuǎn)動 停歇往復(fù)直線運動 停歇單向直線運動 沿可變曲線運動 連續(xù)轉(zhuǎn)動 沿固定曲線運動 往復(fù)直線運動 每分鐘轉(zhuǎn)位次數(shù)、轉(zhuǎn)角大小、運動系數(shù) 每分鐘擺動次數(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、時間、行程大小和工作速度 執(zhí)行構(gòu)件運動形式 3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計 實現(xiàn)同一種運動 ， 可以選用不同型式的機(jī)構(gòu) 。 例如 ，為了實現(xiàn)刀具的上下往復(fù)運動 ， 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)計原則 ⑴ 滿足執(zhí)行構(gòu)件所需的運動形式 、 運動規(guī)律或運動軌跡方面的要求 。 這樣可以降低制造費用 ， 減輕機(jī)械重量；減少運動副摩擦帶來的功率損耗 ， 提高機(jī)械效率；有利于減少運動鏈的累積誤差 ， 提高傳動精度和工作可靠性；有利于提高機(jī)構(gòu)的剛性 。 沖壓床傳動系統(tǒng)配置 分路驅(qū)動 集中驅(qū)動 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 ， 在相同的運轉(zhuǎn)參數(shù)下 ， 行星輪系的尺寸和重量較定軸輪系顯著減??；在從動件移動行程較大的情況下 ， 采用圓柱凸輪要比盤形凸輪尺寸更為緊湊 。 用轉(zhuǎn)動副代替移動副 采用高副易于實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件較復(fù)雜的運動規(guī)律或運動軌跡 ， 而且有可能減少構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù) ， 從而縮短運動鏈 。 用高副機(jī)構(gòu)實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律 ⑸ 考慮動力源的形式 選擇合適的動力源 ， 有利于簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)和改善機(jī)械性能 。 常用原動機(jī)類型 電動機(jī) 內(nèi)燃機(jī) 液壓馬達(dá) 、 液壓缸 氣壓馬達(dá) 、 氣壓缸等 選擇電動機(jī)作為動力源 選擇往復(fù)式油缸作為動力源 ⑹ 使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力條件和動力特性 進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計時 ， 應(yīng)注意選用具有最大傳動角 、 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 ， 應(yīng)注意結(jié)構(gòu) 、 尺寸設(shè)計的合理性 。 存在 4個 過約束 存在 3個 過約束 存在 1個 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)械的運轉(zhuǎn)過程中 ， 有些運動參數(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)械的安全運轉(zhuǎn) 進(jìn)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計時 ， 應(yīng)考慮機(jī)械的安全運轉(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)以千計的各種機(jī)構(gòu)按照運動特性或動作功能進(jìn)行分類 ， 然后根據(jù)設(shè)計對象中執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的運動特性或動作功能進(jìn)行搜索 、 選擇 、 比較和評價 ， 選出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的合適型式 。 空間約束條件 驅(qū)動軸必須水平布置 。 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 ， 來實現(xiàn)基本機(jī)構(gòu)不易實現(xiàn)的運動或動力特性 。 II I 5 1 2 3 4 ?1 I型串聯(lián) 后一級子機(jī)構(gòu)的主動件為前一級子機(jī)構(gòu)的一個連架桿。 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 兩個或多個子機(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)動凸輪機(jī)構(gòu) ， 使筆芯托架沿著矩形軌跡運動 ， 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 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 )。 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)