機(jī)械原理與設(shè)計(jì)-現(xiàn)代機(jī)器的認(rèn)知、分析與設(shè)計(jì) 課件 ch6-機(jī)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第六章機(jī)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容

Contents引言1234配置設(shè)計(jì)產(chǎn)品架構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)1.引言產(chǎn)品架構(gòu)配置設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)確定設(shè)計(jì)主體的物理部件的組織方式并形成分類(lèi)，這些分類(lèi)稱(chēng)為模塊設(shè)計(jì)特殊部件以及選用標(biāo)準(zhǔn)零部件（如泵或發(fā)動(dòng)機(jī)）確定零件或零件特征的準(zhǔn)確值、尺寸或公差等質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)相關(guān)的參數(shù)功能結(jié)構(gòu)概念草圖功能驗(yàn)證模型結(jié)構(gòu)模型工藝模型實(shí)體設(shè)計(jì)模塊構(gòu)成與接口？零件特征/材料/加工方式/公差配置？加工、裝配與裝拆工藝？...

...1.引言產(chǎn)品架構(gòu)配置設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)確定設(shè)計(jì)主體的物理部件的組織方式并形成分類(lèi)，這些分類(lèi)稱(chēng)為模塊設(shè)計(jì)特殊部件以及選用標(biāo)準(zhǔn)零部件（如泵或發(fā)動(dòng)機(jī)）確定零件或零件特征的準(zhǔn)確值、尺寸或公差等質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)相關(guān)的參數(shù)功能結(jié)構(gòu)概念草圖功能驗(yàn)證模型結(jié)構(gòu)模型工藝模型實(shí)體設(shè)計(jì)實(shí)體設(shè)計(jì)的任務(wù):是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結(jié)構(gòu)圖，以完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能需求，將抽象的工作原理具體化為實(shí)體結(jié)構(gòu)形式的零部件及裝配結(jié)構(gòu)1.引言評(píng)價(jià)與回歸功能域機(jī)構(gòu)/結(jié)構(gòu)域要求功能功能構(gòu)成功能要素機(jī)構(gòu)要素結(jié)構(gòu)要素整體結(jié)構(gòu)計(jì)劃詳細(xì)設(shè)計(jì)分析分解映射展開(kāi)綜合1.引言2.產(chǎn)品架構(gòu)結(jié)構(gòu)是機(jī)器功能的載體結(jié)構(gòu)是機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)和計(jì)算結(jié)果的體現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖是加工和裝配的依據(jù)2.產(chǎn)品架構(gòu)最常見(jiàn)架構(gòu)，通常是標(biāo)準(zhǔn)化模塊和定制零部件的混合體；每個(gè)模塊具備一個(gè)或幾個(gè)功能，模塊間相互作用清晰明確；易于進(jìn)行產(chǎn)品配置、維護(hù)與升級(jí)；可以極大提高系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)度。模塊間的連接接口對(duì)于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能非常重要。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能選用設(shè)計(jì)師和零部件供貨商都非常了解的標(biāo)準(zhǔn)連接接口產(chǎn)品功能通過(guò)一個(gè)或少量幾個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)；以產(chǎn)品成本為主要目標(biāo)，盡可能進(jìn)行功能合并以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；產(chǎn)品模塊間沒(méi)有清晰的標(biāo)準(zhǔn)化接口，部分零件具有跨模塊的復(fù)合功能。當(dāng)產(chǎn)品受到重量、空間或者成本的約束下很難達(dá)到所需性能時(shí)，往往采用集成化產(chǎn)品架構(gòu)產(chǎn)品架構(gòu)的類(lèi)型模塊化架構(gòu)集成化架構(gòu)2.產(chǎn)品架構(gòu)產(chǎn)品架構(gòu)的類(lèi)型模塊化架構(gòu)2.產(chǎn)品架構(gòu)產(chǎn)品架構(gòu)的類(lèi)型集成化架構(gòu)2.產(chǎn)品架構(gòu)模塊化與大規(guī)模定制模塊化是產(chǎn)品架構(gòu)重要形式，日益成為大規(guī)模定制生成的最佳實(shí)現(xiàn)方法之一；相對(duì)獨(dú)立性，通用性，互換性是模塊化產(chǎn)品架構(gòu)的三個(gè)主要特征；模塊化設(shè)計(jì)的核心是以少變應(yīng)多變，模塊的定義劃分以及接口的定義應(yīng)加以足夠重視模塊化的四個(gè)策略零件共享模塊化，如電池模塊，手機(jī)充電口零件交換模塊化，如汽車(chē)不同性能的配置量體裁衣模塊化，模塊化產(chǎn)品的系列化平臺(tái)模塊化，汽車(chē)共線生成平臺(tái)2.產(chǎn)品架構(gòu)2.產(chǎn)品架構(gòu)2.產(chǎn)品架構(gòu)薄板曲柄沖床中華世紀(jì)壇旋轉(zhuǎn)支撐2.產(chǎn)品架構(gòu)工件固定式架構(gòu)設(shè)計(jì)，也即縫紉機(jī)的四大機(jī)構(gòu)，包括針機(jī)構(gòu)、挑線機(jī)構(gòu)、送布機(jī)構(gòu)、梭機(jī)構(gòu)，它們的工作配合點(diǎn)在匯聚在一個(gè)固定的位置。這種形式的架構(gòu)一般結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，布局緊湊，相對(duì)而言維修較為不方便2.產(chǎn)品架構(gòu)瓶裝食品灌裝封口機(jī)典型架構(gòu)一種飲料灌裝封口機(jī)主傳送系統(tǒng)和供送輸出裝置的架構(gòu)圖，屬于工件直線運(yùn)動(dòng)式。這種架構(gòu)中，主要工件（容器瓶）沿著直線物流路徑運(yùn)動(dòng)。工作中先讓小型空瓶豎立集聚在轉(zhuǎn)盤(pán)1上，由于瓶子能隨盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)并依靠彈性攔板2和11的導(dǎo)向作用而逐漸進(jìn)人供瓶區(qū)。然后，借助折線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的槽板9使瓶子按規(guī)定數(shù)量分批地經(jīng)固定導(dǎo)板3和10的通道送到主傳送區(qū)。該主傳送機(jī)構(gòu)由作封閉折線運(yùn)動(dòng)的槽板4,定位滑輪5、作橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的雙層導(dǎo)板7和定位槽板8等組成。瓶子被它們間歇轉(zhuǎn)位，每當(dāng)停止時(shí)，即依次進(jìn)行灌裝和封口。最后所得的成品再借助橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的叉形推板6輸出機(jī)外2.產(chǎn)品架構(gòu)易拉罐卷邊封口機(jī)典型架構(gòu)一種易拉罐卷邊封口機(jī)架構(gòu)圖，是工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)式典型架構(gòu)。充填有物料的罐體借助裝在推送鏈上的等間距推頭15間歇地將其送入分度轉(zhuǎn)盤(pán)11的進(jìn)罐工位Ⅰ。蓋倉(cāng)12內(nèi)的罐蓋由連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的分蓋器13逐個(gè)撥出，并由往復(fù)運(yùn)動(dòng)的推蓋板14有節(jié)奏地送至進(jìn)罐工位罐體上方。接著，罐體和罐蓋被間歇地傳送到卷封工位Ⅱ。此時(shí)，先由托罐盤(pán)10、壓蓋桿1將其抬起，直至固定的上壓頭定位后，用頭道和二道卷邊滾輪8依次進(jìn)行卷封。然后，托罐盤(pán)和壓蓋桿恢復(fù)原位，已封好的罐體降下，分度轉(zhuǎn)盤(pán)再送至出罐工位Ⅲ2.產(chǎn)品架構(gòu)一種顆粒物料制袋充填封口機(jī)的架構(gòu)圖，是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合式典型架構(gòu)。它巧妙地組合了多種形式的供送、傳送及中間裝置，并實(shí)現(xiàn)了制袋、充填、封口等包裝工藝過(guò)程的連續(xù)化和自動(dòng)化顆粒物包裝機(jī)典型架構(gòu)2.產(chǎn)品架構(gòu)2.產(chǎn)品架構(gòu)布局案例庫(kù)/asia/incadlibrary/?bid=bid_sh_ec_20151203_77382.產(chǎn)品架構(gòu)-舉例2.成品架構(gòu)-舉例2.成品架構(gòu)-舉例2.產(chǎn)品架構(gòu)-舉例2.產(chǎn)品架構(gòu)交互方式及性能特征確定：常見(jiàn)的接口形式形狀式模塊：任意兩個(gè)零件的連接接口的形狀不同。這是最常見(jiàn)的模塊化架構(gòu)類(lèi)型，因?yàn)椴煌牧慵榱嗽诋a(chǎn)品中發(fā)揮自己的作用對(duì)接口的連接方式有著不同的要求排列式模塊：在該結(jié)構(gòu)類(lèi)型中，零件可以安裝在通用的接口或者“總線”上，零件間可簡(jiǎn)單地進(jìn)行互換接頭式模塊：在該結(jié)構(gòu)類(lèi)型中，所有零件的連接接口都是通用的，但兩個(gè)模塊并不接觸，模塊是通過(guò)另一個(gè)連接件的接口連接的形狀式模塊結(jié)構(gòu)排列式模塊結(jié)構(gòu)接頭式模塊結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容

Contents引言1234配置設(shè)計(jì)產(chǎn)品架構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)3.配置設(shè)計(jì)產(chǎn)品架構(gòu)配置設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)確定設(shè)計(jì)主體的物理部件的組織方式并形成分類(lèi)，這些分類(lèi)稱(chēng)為模塊設(shè)計(jì)特殊部件以及選用標(biāo)準(zhǔn)零部件（如泵或發(fā)動(dòng)機(jī)）確定零件或零件特征的準(zhǔn)確值、尺寸或公差等質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)相關(guān)的參數(shù)功能結(jié)構(gòu)概念草圖功能驗(yàn)證模型結(jié)構(gòu)模型工藝模型實(shí)體設(shè)計(jì)配置設(shè)計(jì)主要任務(wù)：確定元件的形狀和總體尺寸成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)機(jī)構(gòu)-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).化工出版社，2016周德信等譯，機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐，機(jī)械工業(yè)出版社

3.配置設(shè)計(jì)配置設(shè)計(jì)核心關(guān)鍵形態(tài)功能物料生產(chǎn)制造裝配約束接口組件配置設(shè)計(jì)思路：零件形狀或結(jié)構(gòu)源于其功能。然而，結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)多取決于所用材料及其加工工藝。另外，可行的結(jié)構(gòu)還依賴(lài)于產(chǎn)品運(yùn)行及架構(gòu)范圍內(nèi)的空間約束承受載荷傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力保持有關(guān)零部件之間的相對(duì)位置或運(yùn)動(dòng)軌跡關(guān)系其它功用；（潤(rùn)滑、密封、美觀等）當(dāng)一結(jié)構(gòu)件具有兩種或兩種以上功用時(shí)，應(yīng)分清主次，在優(yōu)先滿(mǎn)足主要功用的前提下，盡量滿(mǎn)足其它功用的要求結(jié)構(gòu)要素工作要素(或工作表面)連接要素(或連接表面)3.配置設(shè)計(jì)一板受拉，另一板受壓，相對(duì)變形大，變形不協(xié)調(diào)，應(yīng)力分布不均勻。改進(jìn)型設(shè)計(jì)，兩板改為板厚呈線性變化的斜接口，兩板相對(duì)變形幾乎等于零，應(yīng)力分布非常均勻。兩板受拉，相對(duì)變形小，符合變形協(xié)調(diào)原理，應(yīng)力分布均勻。兩焊接板的變形及應(yīng)力分布承受載荷對(duì)配置設(shè)計(jì)的影響3.配置設(shè)計(jì)形態(tài)功能物料生產(chǎn)制造裝配約束接口組件桿類(lèi)構(gòu)件3.配置設(shè)計(jì)形態(tài)功能物料生產(chǎn)制造裝配約束接口組件盤(pán)狀零件盤(pán)狀凸輪結(jié)構(gòu)齒輪結(jié)構(gòu)a）實(shí)心式b）腹板式c）輪輻式盤(pán)狀的桿件3.配置設(shè)計(jì)形態(tài)功能物料生產(chǎn)制造裝配約束接口組件軸類(lèi)零件偏心軸齒輪軸凸輪軸曲軸3.配置設(shè)計(jì)形態(tài)功能物料生產(chǎn)制造裝配約束接口組件轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副滑動(dòng)軸承作為轉(zhuǎn)動(dòng)副滾動(dòng)軸承作為轉(zhuǎn)動(dòng)副3.配置設(shè)計(jì)形態(tài)功能物料生產(chǎn)制造裝配約束接口組件移動(dòng)副滾動(dòng)導(dǎo)軌示意圖之一滾動(dòng)導(dǎo)軌示意圖之二滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌3.配置設(shè)計(jì)常見(jiàn)直線運(yùn)動(dòng)零件要素/vona2/mech/M0100000000/3.配置設(shè)計(jì)形態(tài)功能物料生產(chǎn)制造裝配約束接口組件圖8.6直角支架可能存在的四種特征配置(a)平板彎曲而成；(b)實(shí)心塊機(jī)加工而成；

(c)三件焊接而成；(d)鑄造而成生成批量與零件配置設(shè)計(jì)3.配置設(shè)計(jì)形態(tài)功能物料生產(chǎn)制造裝配約束接口組件材料特性與零件配置設(shè)計(jì)承載動(dòng)態(tài)特性加工工藝性經(jīng)濟(jì)性3.配置設(shè)計(jì)配置設(shè)計(jì)的全景要素圖3.配置設(shè)計(jì)所采用的方案？工作可靠性如何？壽命如何？潤(rùn)滑、維護(hù)如何操作是否方便？安全問(wèn)題是否進(jìn)行全方位的考慮？是否進(jìn)行了靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)干涉或碰撞檢查？所采用的方案是否經(jīng)濟(jì)合理？是否符合有關(guān)法律的規(guī)定？這個(gè)零部件起什么作用？所采用的結(jié)構(gòu)能否實(shí)現(xiàn)？這個(gè)零部件能否不要？或用其他更好的代替？這個(gè)零部件承受什么載荷？可能的失效方式是什么？采用的結(jié)構(gòu)能否避免這些失效？每個(gè)零件或部件由毛坯生產(chǎn)到加工、裝配、檢測(cè)、運(yùn)輸、使用、修理直到報(bào)廢回收過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生什么問(wèn)題？零部件、系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)在哪里？損壞后是否會(huì)引起嚴(yán)重后果？有沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)件、通用件或能夠買(mǎi)到的經(jīng)濟(jì)適用的成品？材料和熱處理是否合適？是否考慮了噪聲、振動(dòng)、腐蝕、潮濕、溫度等環(huán)境因素影響？對(duì)環(huán)境有無(wú)污染？3.配置設(shè)計(jì)明確簡(jiǎn)單安全可靠功能明確工作原理明確使用條件明確形狀簡(jiǎn)單加工簡(jiǎn)單拆裝簡(jiǎn)單構(gòu)件可靠功能可靠工作安全環(huán)境安全配置設(shè)計(jì)基本原則配置設(shè)計(jì)全景要素3.配置設(shè)計(jì)配置設(shè)計(jì)一般流程P208/8.4明確要求評(píng)審產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范以及元件所屬的子裝配體的所有要求確定約束確定所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品或子裝配體的空間約束接口配置建立和完善零件間的接口或者連接方式配置優(yōu)化該零件是否可以省略，或者是否可以歸納到其他零件中？是否能使用標(biāo)準(zhǔn)件或者標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)？配置及校核P217/8.5.33.配置設(shè)計(jì)壽命安全原則失效安全原則冗余配置原則安全性永遠(yuǎn)是第一要素參考P212：8.5配置設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐3.配置設(shè)計(jì)明確功能明確工作原理明確使用條件明確配置設(shè)計(jì)基本原則3.配置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單形狀簡(jiǎn)單加工簡(jiǎn)單拆裝簡(jiǎn)單配置設(shè)計(jì)基本原則考慮裝拆簡(jiǎn)單原則的構(gòu)型比較3.配置設(shè)計(jì)安全可靠構(gòu)件可靠功能可靠工作安全環(huán)境安全配置設(shè)計(jì)基本原則零件壽命安全策略失效安全策略冗余配置策略3.配置設(shè)計(jì)配置設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐–實(shí)體設(shè)計(jì)原理力傳遞任務(wù)分解自助穩(wěn)定性其它3.配置設(shè)計(jì)配置設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐–實(shí)體設(shè)計(jì)原理力傳遞任務(wù)分解自助穩(wěn)定性其它3.配置設(shè)計(jì)配置設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐–實(shí)體設(shè)計(jì)原理力傳遞任務(wù)分解自助穩(wěn)定性其它3.配置設(shè)計(jì)配置設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐–實(shí)體設(shè)計(jì)原理力傳遞任務(wù)分解自助穩(wěn)定性其它3.配置設(shè)計(jì)配置設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐–實(shí)體設(shè)計(jì)原理力傳遞任務(wù)分解自助穩(wěn)定性其它3.配置設(shè)計(jì)配置設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐–實(shí)體設(shè)計(jì)原理力傳遞任務(wù)分解自助穩(wěn)定性其它3.配置設(shè)計(jì)3.配置設(shè)計(jì)課程內(nèi)容

Contents引言1234配置設(shè)計(jì)產(chǎn)品架構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)4.參數(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品架構(gòu)配置設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)確定設(shè)計(jì)主體的物理部件的組織方式并形成分類(lèi)，這些分類(lèi)稱(chēng)為模塊設(shè)計(jì)特殊部件以及選用標(biāo)準(zhǔn)零部件（如泵或發(fā)動(dòng)機(jī)）確定零件或零件特征的準(zhǔn)確值、尺寸或公差等質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)相關(guān)的參數(shù)功能結(jié)構(gòu)概念草圖功能驗(yàn)證模型結(jié)構(gòu)模型工藝模型實(shí)體設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)主要任務(wù)：確定零件的最佳形態(tài)初定零件尺寸和公差初步確定工藝參數(shù)4.參數(shù)設(shè)計(jì)第1步確切地闡述參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題明確所涉及的零件需要完成的功能確定設(shè)計(jì)變量（DV）確定了解和記錄下問(wèn)題定義參數(shù)（PDP）制訂一個(gè)問(wèn)題求解計(jì)劃第2步生成備選設(shè)計(jì)方案在參數(shù)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段確定下來(lái)的零件的屬性就成為參數(shù)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)變量。典型的變量是零件的尺寸或公差，也可能是零件的材料、熱處理或者表面粗糙度等為設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定不同的值以獲得不同的候選設(shè)計(jì)方案使用分析模型或者實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)預(yù)測(cè)每一個(gè)設(shè)計(jì)方案的性能，檢查每一個(gè)設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足所有的性能約束和期望值對(duì)所有可行的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估，以確定最好的方案第3步分析備選設(shè)計(jì)方案第4步評(píng)估分析結(jié)果參數(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化步驟4.參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)是指用于描述某個(gè)物理實(shí)體或現(xiàn)象的模型中所包含的、用字母或符號(hào)表示的物理量。對(duì)于實(shí)體設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，參數(shù)是指決定著零件性能的、能通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)確定或控制的關(guān)鍵設(shè)計(jì)變量參數(shù)設(shè)計(jì)就是確定這些與質(zhì)量密切相關(guān)的設(shè)計(jì)變量的值，以獲得性能佳且成本低的、最具可行性的設(shè)計(jì)方案4.參數(shù)設(shè)計(jì)1）總體技術(shù)參數(shù)：部分參數(shù)屬于總體技術(shù)參數(shù)，或受總體技術(shù)參數(shù)的影響。如沖程、工作空間等，這些參數(shù)的確定主要依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；2）與外購(gòu)件的配合：根據(jù)外購(gòu)件的尺寸及需求，確定安裝空間、孔位置、相配合的零件的位置、尺寸等參數(shù)。如電機(jī)安裝法蘭相關(guān)安裝面以及孔的參數(shù)、與軸承配合的軸的直徑、表面粗糙度、圓柱度以及臺(tái)階高度等；3）功能確定的尺寸：由滿(mǎn)足所需功能的條件確定參數(shù)。例如根據(jù)哪一個(gè)零件傳遞轉(zhuǎn)矩來(lái)確定軸的直徑、鍵的尺寸等；4）性能計(jì)算：根據(jù)零件的設(shè)計(jì)公式，如軸的強(qiáng)度、齒輪的表面接觸強(qiáng)度等，確定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；5）相互位置關(guān)系：根據(jù)零件之間空間關(guān)系確定相互間的尺寸。如圓角倒角的關(guān)系、配線配管空間