【正文】 材料試驗(yàn)機(jī) （黑箱） a） 材料試驗(yàn)機(jī)的 “ 黑箱 ” 示意圖 加載能量 試件 信號(hào) 變形試件 變形能 變形信號(hào) 力信號(hào) 噪聲 振動(dòng) 溫度 風(fēng)力 在材料試驗(yàn)機(jī)的“黑箱”示意圖中，有 3個(gè)輸入元素：加載能量、試件和信號(hào)；有 4個(gè)輸出元素：變形能、變形試件、力信號(hào)和變形信號(hào)，內(nèi)、外系統(tǒng)間有相互作用和影響。 能量轉(zhuǎn)換為力和位移 控制信號(hào) 加載能量 試件加載 試件 變形能 變形后的試件 測(cè)變形 變形信號(hào) 測(cè)力 力信號(hào) b） 材料試驗(yàn)機(jī)的功能分解圖 能量轉(zhuǎn)換為力和位移 控制信號(hào) 加載能量 試件加載 試件 變形能 變形后的試件 測(cè)變形 變形信號(hào) 測(cè)力 力信號(hào) Ⅲ 建立材料試驗(yàn)機(jī)的完善的功能結(jié)構(gòu)圖： c） 材料試驗(yàn)機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖 通過增加分功能來進(jìn)一步完善材料試驗(yàn)機(jī)的功能結(jié)構(gòu)： ② 調(diào)節(jié)能量的大??； 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(hào) 能量轉(zhuǎn)換為力和位移 ③ 各測(cè)量值的放大； ④ 比較標(biāo)準(zhǔn)值和實(shí)際值。 對(duì)于像自走式聯(lián)合收割機(jī)等 結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品 ，要用一張圖表示它的功能結(jié)構(gòu)，不僅繪制困難，而且看起來也顯得雜亂無章。 在繪制子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖時(shí)，可與功能相當(dāng)?shù)臋C(jī)械系統(tǒng)作比較。 用形態(tài)學(xué)方法建立形態(tài)學(xué)矩陣，可找出所有的組合方案。 2． 功能載體的組合 實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)功能往往可采用多種功能載體，這就是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多解性。 以行走式挖掘機(jī)為例，說明機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)方案確定的過程： 位置 1的物料 位置 2的物料 能量 驅(qū)動(dòng)能 信息 顯示信號(hào) 噪聲 廢氣 振動(dòng) 溫度 濕度 道路 行走式挖掘機(jī) （ 黑箱 ） 行走式挖掘機(jī)的黑箱示意圖 1）作出行走式挖掘機(jī)的“黑箱”示意圖。 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(gè)基本功能：挖取物料、移動(dòng)物料和堆放物料，作出該機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖。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。可從 物理學(xué)相容原理 、 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益 、 功率 、 速度 、 尺寸等功能參數(shù)方面 ，對(duì)這些方案進(jìn)行 復(fù)核、檢驗(yàn)、評(píng)審 ，從中找出幾個(gè)較好的方案。 通過形態(tài)學(xué)矩陣得到的某一些方案，可能沒有實(shí)際意義，甚至有一些功能載體無法匹配，所以應(yīng)首先舍去那些不合理或沒有實(shí)際意義的方案。 舉例說明怎么針對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象確定工藝原理，技術(shù)過程和尋找功能載體。 外部環(huán)境的溫度、濕度、塵埃、振動(dòng)、噪聲、外部輸入能量的穩(wěn)定性等因素，都會(huì)影響或干擾技術(shù)過程的轉(zhuǎn)化；同樣，技術(shù)過程的轉(zhuǎn)化也會(huì)影響外部環(huán)境。 (二 )確定系統(tǒng)邊界 系統(tǒng)邊界是技術(shù)系統(tǒng)功能范圍的界限，即內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的分界 。有許多分功能如機(jī)床加工機(jī)械零件時(shí)，被加工工件的定位、夾緊、移位、調(diào)整和測(cè)量等分功 可以由人完成也可由機(jī)械系統(tǒng)完成 。 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(shí)應(yīng)考慮下面兩個(gè)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。 造紙?jiān)O(shè)備，對(duì)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。 發(fā)動(dòng)機(jī) A后置； 駕駛臺(tái) B在發(fā)動(dòng)機(jī)前側(cè)、左方； 糧箱 C前置； 脫粒機(jī)頂蓋 D在糧箱 C下方。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 缺點(diǎn)：檢查保養(yǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)，需從尾部爬上頂蓋，不方便；糧箱尺寸受限制，不能太大。 優(yōu)點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)靠近駕駛臺(tái) ， 保養(yǎng)維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)方便；糧倉(cāng)容積可以較大 。 發(fā)動(dòng)機(jī) A后置； 糧箱 C位于發(fā)動(dòng)機(jī) A與駕駛臺(tái) B之間 ； 脫 粒 機(jī)頂蓋 D在糧箱 C下方。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 缺點(diǎn)：保養(yǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)要從側(cè)面或后面爬上，較困難。 優(yōu)點(diǎn)：可以改善駕駛員的視野，減小軸距和車的長(zhǎng)度，改善機(jī)動(dòng)性，減輕自重。 載重汽車的 發(fā)動(dòng)機(jī)與駕駛室 相對(duì)位置有 3種三種方案（型式）： 1） 長(zhǎng)頭式 ：駕駛室在發(fā)動(dòng)機(jī)之后。 3） 平頭式 ：發(fā)動(dòng)機(jī)在駕駛室之下。 缺點(diǎn)：保養(yǎng)發(fā)動(dòng)不方便，駕駛員受發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的噪聲、振動(dòng)、高溫的影響，另外，發(fā)生撞車后對(duì)司機(jī)保護(hù)不利。 優(yōu)點(diǎn)：操縱簡(jiǎn)單，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻條件好，保養(yǎng)維修方便。 大型客車 發(fā)動(dòng)機(jī)與車箱 的相對(duì)位置有 3種方案： 2） 發(fā)動(dòng)機(jī)中置 ：發(fā)動(dòng)機(jī)在車箱中下方。 缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)維修困難，冷卻防塵難，地板高度也不易降低。 優(yōu)點(diǎn)：車內(nèi)噪聲小，條件好，乘坐舒適，車廂內(nèi)地板平坦，駕駛員視野開闊。行進(jìn)中車尾負(fù)壓及車輪灰塵，使進(jìn)氣環(huán)境惡化，后橋易超載。機(jī)床的執(zhí)行動(dòng)作有兩個(gè)：一是裝有工件的 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng) ；二是裝有三把專用刀具的 主軸箱的往復(fù)移動(dòng) （刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)由專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)）。 加工孔，如下圖。 一、設(shè)計(jì)要求和主要參數(shù) A3的要求 原始距離 S=65mm 快速送進(jìn)： 慢進(jìn)切削： （據(jù)材料、工藝等確定該數(shù)據(jù)） 快速退回： 刀具轉(zhuǎn)速： n（刀） =？ r/min(由工藝員定） 刀具移動(dòng)速度 V（刀） = ≥10s（否則裝拆來不及） ：由生產(chǎn)量和機(jī)床數(shù)量決定。 慢進(jìn)smmVstmms /10,6,60 111 ??? smmVstmm /2,30,60 222 ??? smmVstmms /10,12,120 333 ??? smmV /22 ?75?thG二、功能結(jié)構(gòu)圖 三、機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)情況 （完成一個(gè)工件時(shí)間） 周期 靜止時(shí)間： 用于裝拆工件，不轉(zhuǎn)時(shí)才能裝拆 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間： 轉(zhuǎn)動(dòng)速度： ssG sTth487536003600 ??? ssttt 10362/324 ???? sttt 122/ 135 ??? mi n/???????四工位專用機(jī)床運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖： 四、機(jī)構(gòu)選型與方案評(píng)定 功能轉(zhuǎn)化圖如下： 形態(tài)學(xué)矩陣（五個(gè)分功能） 分功能 功能載體 1 2 3 4 5 減速 A 帶傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng) 擺線針輪 減速 B 帶傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng) 行星齒輪 分動(dòng) C 齒輪傳動(dòng) 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)殚g歇轉(zhuǎn)動(dòng) D 圓柱凸輪式簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 弧面凸輪機(jī)構(gòu) 曲柄搖桿 棘輪機(jī)構(gòu) 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橐苿?dòng)E 移動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 移動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)推桿、盤形凸輪擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 六桿機(jī)構(gòu)（帶滑塊） 總方案?jìng)€(gè)數(shù)： 5X5x1x5x5=625個(gè) 其中一個(gè)可行方案為： A5+B1+C1+D5+E1 畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖： A5（擺線針輪傳動(dòng)） +B1（帶傳動(dòng)） +C1（齒輪分動(dòng)） +D5（槽輪傳動(dòng)） +E1（移動(dòng)推桿圓柱凸輪） 思考題： 舉例說明在確定機(jī)械系統(tǒng)邊界時(shí)應(yīng)考慮哪些因素。 舉例說明同一技術(shù)方案可以找出不同的結(jié)構(gòu)布局。 畫出四工位專用機(jī)床的功能轉(zhuǎn)換圖和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 第二節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 一、總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1．總體布置設(shè)計(jì)； 2．確定主要的總體參數(shù)； 3．繪制總體設(shè)計(jì)圖樣； 4．編制總體設(shè)計(jì)報(bào)告及技術(shù)說明書等文件。總體設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械的性能、尺寸、外形、質(zhì)量及生產(chǎn)成本具有重大影響。 (一 )總體布置設(shè)計(jì)的基本要求 (7個(gè)方面 ) 二、總體布置設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)總體布置設(shè)計(jì)的目的是 確定各零、部件的相互位置和運(yùn)動(dòng)關(guān)系 。 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(dòng)、操縱及支承系統(tǒng)等，最后布置動(dòng)力和控制系統(tǒng)。 機(jī)械系統(tǒng)各零部件布置得合理與否，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的工藝過程有很大影響，對(duì)工作條件較惡劣 ,工作狀況較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)影響更大。 有些機(jī)械系統(tǒng)完成不同作業(yè)，有多種工作狀況，質(zhì)心位置會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)應(yīng)考慮最危險(xiǎn)狀況，必要時(shí)要留出加配重的位置。 又如 載重汽車，若貨箱與駕駛室后壁間的距離太小，當(dāng)汽車緊急制動(dòng)時(shí)，由于慣性會(huì)引起兩者相互撞擊或摩擦。 因此進(jìn)行總體布置設(shè)計(jì)時(shí)， 零部件運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力 ， 彈性變形以及過載變形等影響 ，都應(yīng)充分考慮 ,確保不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉 . 例如 ,清糧機(jī)構(gòu)中的篩子如果距發(fā)動(dòng)機(jī)太近，發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)影響篩子正常工作，從而影響篩分效果。 機(jī)床的總體布置對(duì)機(jī)床的精度有較大的影響 。 對(duì)機(jī)械 傳動(dòng)系統(tǒng) ，為提高傳動(dòng)精度，在總體布置時(shí)，應(yīng) 合理安排傳動(dòng)順序 ，應(yīng) 簡(jiǎn)化或縮短傳動(dòng)鏈 。 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(huì)降低。 在總體布置設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)或系列設(shè)計(jì)的可能性 ， 要注意產(chǎn)品更新?lián)Q代的適應(yīng)性問題 。 4．充分考慮產(chǎn)品系列化和發(fā)展的要求 以車床為例，電動(dòng)機(jī)、床頭箱、溜板箱、尾座分別設(shè)計(jì)成獨(dú)立部件，將它們安裝在床身上，就做到層次分明，安裝、調(diào)試、維修、保養(yǎng)方便。 機(jī)械產(chǎn)品布局設(shè)計(jì)層次分明，這樣 便于安裝 、 調(diào)試 、 維修 、 保養(yǎng) 。 6．使機(jī)械系統(tǒng)操縱、維修和調(diào)整方便 機(jī)械系統(tǒng)的 操縱件和控制裝置的布置 應(yīng)使操縱者感到方便舒適，減少操縱時(shí)的腦力和體力消耗。 人機(jī)工程學(xué) 是運(yùn)用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等有關(guān)科學(xué)知識(shí)，研究組成人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)器和人的相互關(guān)系，以提高整個(gè)系統(tǒng)功效的新型邊緣科學(xué)。 我們可以將它們 描述為 ：以心理為圓心，生理為半徑，用以建立人與物之間和諧關(guān)系的方式，最大限度地挖掘人的潛能，綜合平衡的使用人的肌能，保護(hù)人體健康，從而提高生產(chǎn)率。 如谷物聯(lián)合收獲機(jī)的脫粒滾筒與凹板間的間隙要隨作物情況及外界環(huán)境的情況變化能夠進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還要注意使 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用 ，把調(diào)節(jié)部位布置在便于操作的地方。 在總體布置設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮 維修方便 的要求。 P25圖 26所示的谷物聯(lián)合收獲機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室、糧箱布置，發(fā)動(dòng)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。機(jī)械產(chǎn)品的外形、色彩和表現(xiàn)特征應(yīng)符合美學(xué)原則 ，并要 適應(yīng)產(chǎn)品的特點(diǎn)和銷售地區(qū)的時(shí)尚 。 例如起重機(jī)的外觀要給人穩(wěn)定感和安全感，否則用戶不敢購(gòu)買。 機(jī)械產(chǎn)品的色彩要適應(yīng)產(chǎn)品的特點(diǎn) ，比如家用電冰霜應(yīng)采用冷顏色，給人的感覺是冷和干凈，工程機(jī)械色彩要醒目。 機(jī)械產(chǎn)品的外形輪廓 最好由直線或光滑的曲線構(gòu)成，要有靈感和整體感。 (二 )繪制總體布置圖 方案設(shè)計(jì)階段， 對(duì)各候選方案有時(shí)也要畫出總體布置圖。 畫總體布置圖對(duì)確定機(jī)械系統(tǒng)各零部件的基本結(jié)構(gòu)、型式、配置，對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)型設(shè)計(jì)、初步計(jì)算和運(yùn)動(dòng)分析都有益處。而總體布置圖很難一次完成，要 由簡(jiǎn)到繁 、 由子系統(tǒng)到整機(jī) 、 由草圖到正式圖 逐漸完成。例如，對(duì)機(jī)床先布置刀具、卡具，再布置傳動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)。利用總體布置圖不僅可以 確定整機(jī)的布置型式和主要尺寸 ，也可以基本 確定各部件的基本型式和特性參數(shù) ， 主要零部件的尺寸 、 質(zhì)量及其加工要求 等影響制造成本的數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)該圖進(jìn)行計(jì)算或估算，可以 進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 。 當(dāng)執(zhí)行系統(tǒng)中有相互聯(lián)系的多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)接件和原動(dòng)件布置在 一根或少數(shù)幾根軸 上。 總體布置的過程： 1．執(zhí)行系統(tǒng)的布置 布置執(zhí)行系統(tǒng)時(shí)應(yīng) 首先確定執(zhí)行構(gòu)件的位置 。然后再布置執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件和中間聯(lián)接件。 減小構(gòu)件的幾何尺寸，可減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)的幾何尺寸。運(yùn)動(dòng)副越多，誤差積累越大。 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(dòng)件都包在箱體里。 （ 3）應(yīng) 保證作業(yè)對(duì)象裝卡和傳送方便與安全 例如 :四工位專用機(jī)床，在作業(yè)過程中，要經(jīng)常裝拆工件，在總體布置時(shí)，要考慮裝拆工件的方便與安全。為簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)鏈，對(duì)要求減速比較大的傳動(dòng)系統(tǒng)，可采用少齒差行星齒輪傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)。因此， 傳動(dòng)系統(tǒng)的好壞，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性影