糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)
糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì),糕點(diǎn),切片機(jī),設(shè)計(jì)
摘 要I摘 要糕點(diǎn)在日常生活是一種常見的食品，營(yíng)養(yǎng)豐富，種類繁多。因此深受人們喜歡。在人們的日常生活中具有很重要作用，所以人們開始自己制作個(gè)性化糕點(diǎn)。因此小型家庭式糕點(diǎn)切片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。本文對(duì)糕點(diǎn)切片機(jī)的研究的最新狀況做了簡(jiǎn)要介紹。深入了解了市場(chǎng)上大部分糕點(diǎn)切片機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款新型的糕點(diǎn)切片機(jī)。該切片機(jī)用了槽輪機(jī)構(gòu)作為間歇進(jìn)料機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，旋轉(zhuǎn)角度準(zhǔn)確，能夠平穩(wěn)安全運(yùn)行。切片往復(fù)裝置采用了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，易于制造，成本低廉，承載能力大。而且具有急回特性，效率高。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為整個(gè)設(shè)計(jì)最核心的機(jī)構(gòu)，采用了皮帶傳動(dòng)的方法?？梢跃彌_減震，傳動(dòng)比準(zhǔn)確。同步帶傳動(dòng)同時(shí)具有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。帶與帶輪間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，能保證精確的傳動(dòng)比。耐磨性好，不需潤(rùn)滑油，壽命長(zhǎng)。應(yīng)用這些機(jī)構(gòu)可以最大程度實(shí)現(xiàn)總體材料和結(jié)構(gòu)空間的最小優(yōu)化。并且設(shè)計(jì)的切片機(jī)構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單，這就保證了操作的簡(jiǎn)便性。適用于家庭式的小作坊使用。而且研究制造成本也比較低。在家庭，小型車間場(chǎng)合制作蛋糕中被廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞:糕點(diǎn)；切片機(jī)；槽輪間歇推料；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)目 錄II目 錄摘 要.I第 1 章 緒 論.1 1.1 研究目的和意義.1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì).3 2.1 糕點(diǎn)切片機(jī)設(shè)計(jì)的要求.3 2.2 糕點(diǎn)間歇進(jìn)料機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì).3 2.3 切片機(jī)往復(fù)切片裝置方案的確定.6第 3 章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì).8 3.1 電機(jī)的選型.8 3.2 減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì).8第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算.18 4.1 計(jì)算傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù).18 4.2 切片軸的設(shè)計(jì).19 4.3 推料軸的設(shè)計(jì).21第 5 章 糕點(diǎn)切片機(jī)推料裝置的設(shè)計(jì).26第 6 章 糕點(diǎn)切片機(jī)切片裝置的設(shè)計(jì).27 6.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).27 6.2 刀具的設(shè)計(jì).27第 7 章 機(jī)架的設(shè)計(jì).29第 8 章 結(jié) 論.30致 謝.31參考文獻(xiàn).32 第 1 章 緒 論- 1 -第 1 章 緒 論1.1 研究目的和意義糕點(diǎn)作為一種深受人們歡迎的美食,以面粉為主要原料，加入一定比例的蛋，乳品等，結(jié)合人們口味加入各種輔料，調(diào)味品，然后經(jīng)過蒸，烤，炒，炒等工序制作1。在如今各種各樣的糕點(diǎn)被生產(chǎn)，大約有 3000 種花式。蛋糕，月餅均屬于糕點(diǎn)。作為數(shù)千年歷史的傳統(tǒng)食物，它具有悠久的傳統(tǒng)。遍布全國(guó)各地，任何人無(wú)論在何時(shí)何地都可以享受到。在古代無(wú)論皇宮還是普通百姓都可以享受2。是一種非常受歡迎的美味。由于形狀和品類繁多，有很多方法可以實(shí)現(xiàn)。蛋糕在不同的地方有不同的口味。改革開放以來，中外食品的在隨著經(jīng)濟(jì)和文化交流中也受到影響，其中就有糕點(diǎn)食品的交流。外國(guó)風(fēng)味和造型都是與國(guó)內(nèi)糕點(diǎn)非常不同。因此國(guó)內(nèi)外蛋糕融合之后口味品種更多，尤其受到人們的喜愛3，每有新品上市后都被追捧。作為一種受歡迎的食物，有時(shí)被用作作為三餐來食用，特別是在一些高級(jí)蛋糕中。即使少量對(duì)身體有益的藥添加到蛋糕中，也不會(huì)影響到蛋糕本身的味道4。在經(jīng)濟(jì)水平快速飛升的今天，人們更喜歡自己購(gòu)買原料的方式來制作糕點(diǎn)食品。糕點(diǎn)切片機(jī)已開發(fā)多年，而且已達(dá)到一定的發(fā)展階段。糕點(diǎn)切片機(jī)越來越小，越來越以家庭為導(dǎo)向。從用戶的可操作性和價(jià)格方面出發(fā)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在人民物質(zhì)水平急速提高的今天，人們對(duì)所購(gòu)買蛋糕的品種及口味不滿意，樂意根據(jù)自己的口味來做糕點(diǎn)，也就是所謂的 DIY。由于原材料和成分的購(gòu)買都非常方便，也可以依靠自己的喜好自己做蛋糕。隨著蛋糕類型的增加，蛋糕味道越來越多樣化，人工生產(chǎn)越來越麻煩，切割的糕點(diǎn)外觀也不如用機(jī)器切割出來的好看。因此小型家用糕點(diǎn)切片機(jī)變得非常受歡迎。因此，小家庭切片機(jī)變得非常受歡迎。但是，在這個(gè)階段，國(guó)內(nèi)沒有一款簡(jiǎn)單，使用方便，蛋糕切片機(jī)便宜的蛋糕切片機(jī)。這個(gè)龐大的市場(chǎng)還沒有完全發(fā)展。1.3 研究的主要內(nèi)容- 2 -研究在糕點(diǎn)制作過程中切片工作原理及結(jié)構(gòu)形式，在自己 DIY 的糕點(diǎn)成型后利用槽輪機(jī)功能實(shí)現(xiàn)分時(shí)輸送，糕點(diǎn)的切片與蛋糕分離動(dòng)作由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，最大程度的實(shí)現(xiàn)了總體材料及結(jié)構(gòu)空間的最小化。由于所制作的糕點(diǎn)品種不一，我們通過優(yōu)化所需傳動(dòng)與工作部件的結(jié)構(gòu)，使其設(shè)計(jì)參數(shù)最優(yōu)化，從而達(dá)到最優(yōu)效果。1.4 研究的主要目標(biāo)本設(shè)計(jì)選取的研究對(duì)象為小型家用的糕點(diǎn)切片機(jī)，滿足家庭需求，適用于小批量生產(chǎn)，本文通過對(duì)糕點(diǎn)制作過程中的相應(yīng)流程分析，對(duì)切片裝置與糕點(diǎn)的分離機(jī)理，切片來回運(yùn)動(dòng)中所受力的大小和方向及其來源，及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了最佳工作參數(shù)。對(duì)切片機(jī)構(gòu)進(jìn)行了最優(yōu)化啊設(shè)計(jì)，消耗得動(dòng)力被降低，制造成本被大幅度降低 。第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)- 3 -第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)2.1 糕點(diǎn)切片機(jī)設(shè)計(jì)的要求根據(jù)糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)書上的設(shè)計(jì)要求可以知道，要求的糕點(diǎn)厚度為1020mm。糕點(diǎn)的切片長(zhǎng)度范圍，也就是切片高要求為 580mm。切片在制作糕點(diǎn)師能夠作用的最大距離為，沿著切片的寬度方向 300mm。切刀正常工作頻率為 40 次/min。由于本次設(shè)計(jì)要求機(jī)器工作強(qiáng)度不大，阻力小所以電機(jī)功率為 0.55KW；轉(zhuǎn)速為 1390r/min。 2.2 糕點(diǎn)間歇進(jìn)料機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)初步選擇了三個(gè)可以實(shí)現(xiàn)糕點(diǎn)直線間歇移動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案。方案一如圖 1 是牛頭刨床，它可以用作往復(fù)式刨床，因滑枕前端的刀架根據(jù)牛頭設(shè)計(jì)而成，所以被稱作牛頭刨床。可以實(shí)現(xiàn)間歇移動(dòng)。- 4 -刨床的優(yōu)點(diǎn)是快速返回運(yùn)動(dòng)特性?？梢栽O(shè)計(jì)每個(gè)桿尺寸的極限角度來設(shè)計(jì)各個(gè)桿的長(zhǎng)度5。缺點(diǎn)是它不僅具有良好的間歇特性，只有急回特性所以不可以很好的實(shí)現(xiàn)直線間歇移動(dòng)，所以不能滿足設(shè)計(jì)要求。所以舍棄。 圖 2-1.牛頭刨床運(yùn)動(dòng)示意圖 方案二如圖 2 所示，為為棘輪機(jī)構(gòu)，本主要由搖臂，制動(dòng)器和外部棘輪組成，當(dāng)搖桿連續(xù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪沿一個(gè)方向和間歇地旋轉(zhuǎn)。 圖 2-2.棘輪機(jī)構(gòu)示意圖第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)- 5 -棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，操作方便，可以順利實(shí)現(xiàn)間歇旋轉(zhuǎn)，而且還可以調(diào)節(jié)切割厚度，缺點(diǎn)傳動(dòng)精度相對(duì)較差，而噪聲大，在工作時(shí)，齒尖容易磨損，因此不適合高速旋轉(zhuǎn)。提供蛋糕切割調(diào)節(jié)有級(jí)別。故舍棄。方案三如圖 3 所示，是槽輪機(jī)構(gòu)，它是一種單向間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由槽輪和圓柱銷為其主要部件。經(jīng)常被用來將主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。故而可以很好的實(shí)現(xiàn)間歇移動(dòng)。圖圖 2-3 槽輪機(jī)構(gòu)該裝置具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)角度準(zhǔn)確，運(yùn)行安全可靠程度較高，制作效率高等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)用新型強(qiáng)，具有的缺點(diǎn)為，槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)加速度相對(duì)較大，對(duì)工件有沖擊，所以不適合高速場(chǎng)合應(yīng)用。但是設(shè)計(jì)要求的工作速度不高，這個(gè)缺點(diǎn)可以忽略不計(jì)。綜合考慮以上三個(gè)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)之后決定采用槽輪機(jī)構(gòu)比較合理。- 6 -2.3 切片機(jī)往復(fù)切片裝置方案的確定本次設(shè)計(jì)初步選用了三個(gè)方案來實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。2.3.1 凸輪機(jī)構(gòu)將從動(dòng)盤的運(yùn)動(dòng)速度等速轉(zhuǎn)化為相應(yīng)部件的速度的部件，其來回運(yùn)動(dòng)的位移,路程速度變化率與凸輪的外廓曲線有關(guān)。凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其他的裝置與其相比而言有一定缺陷（1）簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)過程，良好的適應(yīng)過程。（2）整體結(jié)構(gòu)空間緊湊，控制效果準(zhǔn)確，可操作性好。（3）穩(wěn)定性能好，出現(xiàn)故障的機(jī)率大，保養(yǎng)比較方便。缺點(diǎn)：凸輪和跟隨器接觸高，易磨損，調(diào)節(jié)性差。另外，由于凸輪輪廓曲線通常很復(fù)雜，所以很難處理6。2.3.2 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)緊湊，沖擊小，驅(qū)動(dòng)精確，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，主動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。2.3.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)一般情況下，使用曲柄以恒定速度旋轉(zhuǎn)，滑塊用于往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)可均勻，或不均勻。作為直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為從動(dòng)件的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其移動(dòng)的位移,速度，加速度與凸輪的輪廓曲線有關(guān)。具有回速快，效率高的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （1）其結(jié)構(gòu)主體部件與其先對(duì)應(yīng)的輔助機(jī)構(gòu)組成，構(gòu)成部件較少，制造難度低，成本低廉的特點(diǎn)。（2）部件的力傳遞是通過對(duì)影得輔助機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，在較小的單位面積承載能力大。（3）通過合理設(shè)計(jì)每根桿的大小，聯(lián)動(dòng)機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的多樣化。（4）當(dāng)連桿和機(jī)架較長(zhǎng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力的傳遞與轉(zhuǎn)化。缺點(diǎn)是該連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率較低，是連桿機(jī)構(gòu)不能避免的，但該考慮到成本及使用的場(chǎng)合，還是采用該機(jī)構(gòu)。槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)加速度相對(duì)較大，第 2 章 糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)- 7 -對(duì)工件有沖擊，所以不適合高速場(chǎng)合應(yīng)用。但是設(shè)計(jì)要求的工作速度不高，這個(gè)缺點(diǎn)可以忽略不計(jì)。綜合考慮以上三個(gè)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)之后決定采用槽輪機(jī)構(gòu)比較合理。圖 2-4 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)通過上述比較，考慮到下一階段的發(fā)展，最終必然發(fā)展到自動(dòng)化程度，因此設(shè)自動(dòng)化所要求的指標(biāo)必須被考慮。此機(jī)構(gòu)的運(yùn)作是把糕點(diǎn)切開和把切開的糕點(diǎn)送完傳輸裝置，不剪切糕點(diǎn)時(shí)，蛋糕前進(jìn)一定距離達(dá)到規(guī)定的位置。為了實(shí)現(xiàn)切片操作，開始采用凸輪機(jī)構(gòu)，切刀的來回運(yùn)動(dòng)被控制，運(yùn)動(dòng)控制特性好，最優(yōu)化了軌跡參數(shù)，但由于其設(shè)計(jì)制造過程復(fù)雜，較大的力不能夠被傳遞，而切糕點(diǎn)所需的精度相對(duì)較低。所以我們考慮使用滑塊曲柄機(jī)構(gòu)，滑塊曲柄機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)刀，傳遞較大力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，可以降低生產(chǎn)成本，滿足小型投資的需要，所以用這種設(shè)計(jì)由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)構(gòu)成的切片機(jī)器是最好的選擇7。- 8 -第 3 章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì)圖 3-1.傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖3.1 電機(jī)的選型根據(jù)要求，切片的頻率為 30 次/min。選擇型號(hào)為 Y801-4 的 Y 系列異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)功率 0.55KW、轉(zhuǎn)速為 1390r/min。切刀切片時(shí)最大作用距離，切片的寬度方向是 300mm。切刀的工作節(jié)拍要求每分鐘 40 次：40 次/min。由于本次設(shè)計(jì)要求機(jī)器工作強(qiáng)度不大，阻力小所以電機(jī)功率為 0.55KW；轉(zhuǎn)速為1390r/min。 3.2 減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本機(jī)構(gòu)為一高速電機(jī),其轉(zhuǎn)速為 1390 r/min,但傳動(dòng)所需要的轉(zhuǎn)速是 30r/min,所以要減速。對(duì)于減速裝置采用帶傳動(dòng)加齒輪的方法8。第一級(jí)降速是用皮帶減速,減為 240r/min。齒輪在第二級(jí)中減為每分鐘 30 轉(zhuǎn)。3.2.1 皮帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)：皮帶驅(qū)動(dòng)具有增大沖量，阻尼，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，便于控制的優(yōu)點(diǎn)。同步皮帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是帶驅(qū)動(dòng)，鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，所以皮帶與皮帶輪之間沒有相對(duì)的滑動(dòng)，從而確保傳動(dòng)線路第 3 章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定和設(shè)計(jì)- 9 -的傳動(dòng)比準(zhǔn)確。傳動(dòng)速度可達(dá) 50 米每秒，傳輸速率可達(dá)滿級(jí)，高達(dá)百分之九十八。鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，耐磨性好，無(wú)潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)于摩擦。主要缺點(diǎn)是制造和安裝要求較高，中心距離要求嚴(yán)格。 因此，同步帶廣泛應(yīng)用于中小傳動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確9。(1) 皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)主要是兩個(gè)大小不同的皮帶輪來完成。由于皮帶上線速度相等，由 (3-1)24/139= /r2r1，r2240=r11390，v2r2=v1r1 由此可見算出在電機(jī)上用于皮帶傳動(dòng)的皮帶輪直徑大小 r1=36mm；另一端皮帶輪 r2=220mm。傳動(dòng)比 i=139/24.(2)工況系數(shù) KA=1.510。傳動(dòng)功率 P=0.55KW，得同步帶的設(shè)計(jì)功率Pd=KaxPd=0.55x1.5KW=0.825KW11。小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=1390r/min。初選同步帶為模數(shù)制，因帶輪轉(zhuǎn)速較高，故同步帶模數(shù)應(yīng)選較小值，初定模數(shù) m=1.5。(3)帶速 v= vmax，v=2.62m/s，由 vmax=4050m/s，得 v 滿足條件。1000 x601n1d(4)初定中心距 a0，0.7（d1+d2）a02(d1+d2),即 179.2a01,故所選齒輪滿足要求。對(duì)于 3、4 兩齒輪 a3=arc cos(r3cos/ra3)=arccos(25cos20/27)=32.25a4=arc cos(r4cos/ra4)=arccos(100cos20/102)=23.89表 3-3 齒輪傳動(dòng)參數(shù)Z5Z6模數(shù)2mm2mm- 18 -嚙合角20o20o齒根圓直徑155mm155mm齒數(shù)8080齒頂圓直徑164mm164mm分度圓直徑160mm160mm基圓直徑150.35mm150.35mm故兩齒輪的重合度：=z3(tana3-tan)+ z4(tana4-tan)/2=25(tan32.25-tan20)+ 100(tan23.89-tan20)/2=1.671,故所選齒輪滿足要求。 推料軸和切片軸間用傳動(dòng)比為 1：1 的齒輪傳動(dòng)。第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算- 19 -第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 計(jì)算傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)本設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)切片軸以及推料軸，高速軸和中間軸用示意圖表示。（1）各軸轉(zhuǎn)速在傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，速度最高的為高速軸， 依此為中間軸，切片軸，推料軸。高速軸 （4-1）min/2401390139240rinnm中間軸 min/12024050251rinn切片軸 min/30120100252rinn推料軸 min/30rnn（2）各輸入軸功率高速軸 （4-2）kWPPPdd528. 096. 055. 0101 中間軸 kWPPP502. 097. 098. 0528. 03212切片軸 kWPPP477. 097. 098. 0502. 03223 推料軸 kWPPP463. 099. 098. 0477. 04224各輸出功率為： 高速軸 kWPP517. 098. 0528. 098. 0 中間軸 kWPP492. 098. 0025 . 098. 0 切片軸 kWPP467. 098. 0477. 098. 0 推料軸 kWPP454. 098. 0463. 098. 0（3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩- 20 -電動(dòng)機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩 （4-3）mNnPTmdd78. 3139055. 095509550各輸入轉(zhuǎn)矩為： 高速軸 （4-4）mNiTiTTdd01.2196. 08 . 278. 310010 中間軸 mNiTiTT14.3997. 098. 0201.21321121 輸出軸 mNiTiTT83.14897. 098. 0414.39322232各軸輸出轉(zhuǎn)矩為： 高速軸 mNTT56.2098. 001.2098. 0 中間軸 mNTT36.3898. 014.3998. 0 輸出軸 mNTT85.14598. 083.14898. 0各軸的輸出功率 高速軸 (4-5)kWPPPdd528. 096. 055. 0101 中間軸 kWPPP502. 097. 098. 0528. 03212 切片軸 kWPPP477. 097. 098. 0502. 03223 推料軸 kWPPP463. 099. 098. 0477. 04224本設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)其切片軸和推料軸。4.2 切片軸的設(shè)計(jì)已知：輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩kWP477. 0min/30rn，該軸上的齒輪分度圓直徑 d=200mm 和 d=160mm。mNT85.145則作用在軸上的力為：第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算- 21 - (4-6)NNdTP5 .1458200100085.14522初步確定軸的最小直徑經(jīng)過初步估算，軸的最小半徑被確定。選取軸的材料為 45 鋼15。取，于是得1120A (4-7)mmmmnPAd16.2830477. 0112330min位于聯(lián)軸器軸位置處的直徑顯然是輸出軸的最小直徑。 為了使所選軸的直徑適應(yīng)聯(lián)軸器的孔徑，必須同時(shí)選擇聯(lián)軸器的類型 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查表，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取AcaTKT，則： 3 . 1AK (4-8)mmNmmNTKTAca189605100085.1453 . 1按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查用戶說明指導(dǎo)書16，caT選用 HL1 型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 160000Nmm。半聯(lián)軸器的孔徑，故?。话肼?lián)軸器總長(zhǎng) L=52mm 半聯(lián)軸器與軸配合mmd201mmd20的轂孔長(zhǎng)度 L1=38mm。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)定位軸向的相關(guān)條件確定軸的直徑（1）為了滿足半聯(lián)軸器與孔徑的對(duì)位要求，左端需制出一軸肩右端用軸端擋圈定位。 保持環(huán)的半聯(lián)接直徑 D = 30mm。 并且 L1 = 38mm 的芯軸孔長(zhǎng)度和長(zhǎng)度應(yīng)略低于 L1，以確保軸端環(huán)在半軸上受壓，最后壓軸。（2）滾動(dòng)軸承的初步選擇。因?yàn)檩S承只承受徑向力，所以常用的滾動(dòng)軸承 6005。齒輪節(jié)圓的最小直徑和參考軸為 ，B = 25mm47mm * 12。它的大小 左端軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得 6005 型軸承的定位軸肩高度 h=2.5mm，因此取（3）在安裝齒輪軸直徑為 46mm 時(shí)，并將齒輪套筒安裝于右端和右側(cè)的軸承寬度之間。 齒輪轂稱為 38mm。 為了使其可靠結(jié)束，擰緊齒輪軸應(yīng)略小于車輪的寬度，因此長(zhǎng)度為 33mm。 左肩定位齒輪，H 0.07d 肩高。 H = 6mm，直徑 60mm 大于 1.4h。環(huán)寬，長(zhǎng) 12mm。- 22 -（4）軸承端蓋的總寬度為 20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端面間的距離 l=30mm。（5）軸的右端為連接切片裝置，根據(jù)切片切刀位置，確定軸右端的長(zhǎng)度為 92mm。并在軸端設(shè)計(jì)兩個(gè)直徑為 4 的孔。與偏心輪連接。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。軸的示意圖如下圖 4-1 切片軸示意圖4.3 推料軸的設(shè)計(jì)已知：推料軸上的功率為 0.463kw，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩min/30rn，該軸上的齒輪分度圓直徑 d=160mm。mNT85.145則作用在軸上的力為： (4-9)初步確定軸的最小直徑先按式 15-2 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表 15-3，取，于是得1120A (4-10) 第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算- 23 -推料軸最小直徑為安裝軸承處，取最小直徑為 30mm。軸上安裝一個(gè)分度圓直徑為 160mm 的齒輪，取安裝齒輪處的軸的直徑為 40mm；齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為 38mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取其長(zhǎng)度 33mm。齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩高度 h0.07d，取 h=6mm，則軸環(huán)處的直徑 60mm。軸環(huán)寬度 b1.4h，取長(zhǎng)度為 12mm。推料軸右端與槽輪機(jī)構(gòu)連接，在軸右端面設(shè)計(jì)一個(gè)直徑為 5mm 的孔。推料軸的成型圖如下圖所示因小齒輪分度圓較小，固此將齒輪和軸做成一體， 則軸的材料和齒輪一樣，也為鋼，調(diào)質(zhì)處理。經(jīng)過計(jì)算，高速軸和中間軸的各段長(zhǎng)度和直徑，rC40畫出兩軸的示意圖分別如下：圖 4-2 推料軸示意圖計(jì)算軸的彎矩并畫出彎矩圖 水平面彎矩 MHB-Ft2L2+FH2(L2+L3)=0 (4-11) MHB=94828321 (70+42)=-356260nmm MHC+ FHL3=0 MHC=-832147.4=-441013Nmm - 24 - 圖 4-3 高速軸示意圖 圖 4-4 中間軸示意圖垂直面彎矩 -MVB-Fr2L2-Fv2(L2+L3)=0MVB=345174.2+2035(74.2+47.4)=4487nmmMVC-FV2L3=0 MVC=-203547.4=-107855nmm合成彎矩 =356288Nmm (4-12) =454010 NmmE.畫扭矩圖，計(jì)算并畫當(dāng)量彎矩圖，轉(zhuǎn)矩按靜載荷計(jì)算，取 =0.3第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算- 25 - T2=0.3474.09103=142227Nmm =383627 Nmm (4-13) =454010 Nmm根據(jù)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)畫出彎矩圖 圖 4-5 彎矩示意圖 軸的強(qiáng)度校核按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度- 26 -軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 （4-14）122WTMca已知，T=0mmNMMD93554由表 15-4 可知 （4-15）dtdbtdW23223式中，d=30mm，b=8mm，t=4mm將數(shù)據(jù)代入公式得： (4-16)由以上數(shù)據(jù)可得： (4-17)53.6567.14279355422WMWTMca查表 15-1 可知 701則有， ，符合強(qiáng)度要求1ca第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算- 27 -圖 4-6 機(jī)架圖- 28 -第 5 章 糕點(diǎn)切片機(jī)推料裝置的設(shè)計(jì)圓槽的槽的數(shù)量 Z 和撥針編號(hào) K 是槽的輪式機(jī)構(gòu)的幾個(gè)重要的參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)了單圓柱形缸針輪。如圖 3 所示，為了使這個(gè)輪開始和停止的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為零，以避免剛性沖擊氣缸銷進(jìn)入徑向槽從徑向槽中脫出，垂直于表盤中心的圓柱銷連接中心線槽的中心線。讓 Z 的徑向槽數(shù)均勻分布，如圖 2.3 所示，A1 輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)槽的角度 a 時(shí)，表盤 1 的角度為 a2 為： a2 = -a1 =-2/z （5-1）有公式得：z=4.所以槽輪的槽數(shù)為 4.在一次運(yùn)行期間里，槽輪 2 的移動(dòng)時(shí)間 t 和撥盤的移動(dòng)時(shí)間 t 撥號(hào)運(yùn)動(dòng)系數(shù)的比值表示為比率稱為移動(dòng)系數(shù)。當(dāng) 1 個(gè)撥盤用恒速運(yùn)行時(shí)，也可以用來表示旋轉(zhuǎn)角度。 對(duì)于只有一個(gè)針槽輪機(jī)構(gòu)，tm 和 t 是旋轉(zhuǎn)撥盤 1 的所用的時(shí)間為 a2 和 a1。因此，槽輪設(shè)備的是移動(dòng)系數(shù)： (2)2k zz （5-2）由上式可知：因運(yùn)動(dòng)系數(shù)必須大于零（為零時(shí)表示槽輪始終保持不動(dòng)），故徑向槽數(shù) z 應(yīng)大于或等于 3.本設(shè)計(jì)槽輪機(jī)構(gòu)的槽數(shù)選 4.切片機(jī)的送料用輸送帶傳送，輸送帶輪直徑為 100mm。輸送帶型號(hào)為 1000 300 EP 5 1000N/mm 4+2 L槽輪的零件圖如下圖 5-1 槽輪零件示意圖第 6 章 糕點(diǎn)切片機(jī)切片裝置的設(shè)計(jì)- 29 -第 6 章 糕點(diǎn)切片機(jī)切片裝置的設(shè)計(jì)6.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)我們使用安裝在切片機(jī)滑塊曲柄機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)切刀來回運(yùn)動(dòng)，滑塊上固定有刀具，當(dāng)曲柄往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓周運(yùn)動(dòng)，放刀，考慮到刀具的快速返回特性，把滑塊曲柄機(jī)構(gòu)偏移。該工具可以讓刀運(yùn)動(dòng)加速，平滑切口?？梢栽O(shè)計(jì)每個(gè)桿尺寸的極限角度來設(shè)計(jì)各個(gè)桿的長(zhǎng)度。缺點(diǎn)是它不僅具有良好的間歇特性，只有急回特性所以不可以很好的實(shí)現(xiàn)直線間歇移動(dòng)，所以不能滿足設(shè)計(jì)要求。所以舍棄。 根據(jù)蛋糕切片厚度 10 到 20 毫米的要求，滑塊曲柄機(jī)構(gòu)分別設(shè)計(jì)為桿長(zhǎng) 80毫米，30 毫米。 偏心距 E = 40mm，具有快速返回功能。另外，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)被裝在該機(jī)構(gòu)上，具有較大的承受能力，潤(rùn)滑有利，裝配形狀配對(duì)元件進(jìn)行加工。預(yù)計(jì)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的各個(gè)部件的長(zhǎng)度變化。6.2 刀具的設(shè)計(jì)該機(jī)構(gòu)執(zhí)行工具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橛脩糇约盒枨蟮母恻c(diǎn)厚度為 20 毫米，所以蛋糕切割機(jī)在運(yùn)動(dòng)中切割。為了給足夠的時(shí)間來切割蛋糕，該刀的設(shè)計(jì)路徑長(zhǎng)度 70mm 設(shè)計(jì)，即曲柄長(zhǎng)度 30mm。從已知條件，糕點(diǎn)切片的長(zhǎng)度（即高度）：最大距離 5-80mm，工具（即寬度方向）部分：260mm，即糕點(diǎn)的最大寬度為 260mm。 圖 6-1 偏置曲柄滑塊示意圖- 30 -根據(jù)工具的要求可以減小到 260mm 的寬度，這是由于滑塊曲柄機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)刀有自己向下的運(yùn)動(dòng)方向，考慮到刀寬設(shè)計(jì)工具，平滑增加 266mm，在框架上有兩個(gè)平行的凹槽 的葉片在墻壁上，墻壁進(jìn)入葉片的端部可以平行移動(dòng)切割器，并平穩(wěn)移動(dòng)。材料使用率大大提升，成本被極大降低，但可保證切片機(jī)的質(zhì)量，下半部分設(shè)計(jì)成梯形切割刀。 切割 45 號(hào)鋼切割工具質(zhì)地柔軟的蛋糕，再進(jìn)行淬火回火熱處理，淬火硬度達(dá)到 HRC 低于 55-58 葉片邊緣。 因?yàn)檫B接曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，所以設(shè)計(jì)了一個(gè)連接塊，并且連接螺栓 M8 連接。刀具成型圖如下圖 6-2 切刀示意圖切片裝置與間歇進(jìn)料裝置的配合第三十分鐘，包括葉片向上運(yùn)動(dòng)，并完成糕點(diǎn)的切割，快速回歸。槽輪車削時(shí)間為槽輪間歇控制機(jī)構(gòu)，滑塊曲柄機(jī)構(gòu)分別設(shè)計(jì)為桿長(zhǎng) 80mm，30mm。偏心距 E = 40mm 的機(jī)構(gòu)，具有快速返回特性。另外，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，能承受更大的負(fù)荷，潤(rùn)滑有利，裝配形狀配對(duì)元件進(jìn)行加工。預(yù)計(jì)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的各個(gè)部件的長(zhǎng)度變化。圓柱銷為 2S，在圓周旋轉(zhuǎn)過程中停止時(shí)間為1.5s，進(jìn)給時(shí)間為 0.5s，起始時(shí)間片為 1.5s，位置為 的刀片從最低點(diǎn)的時(shí)間餅0.5s，切片時(shí)間為 1.5s，所以在開始循環(huán)之前的 0.5 秒內(nèi)，槽輪驅(qū)動(dòng)輸送帶，從最低點(diǎn)到 1.5s 葉的位置 蛋糕，圓形皮帶切割機(jī)完成切割過程，暫停后返回最低點(diǎn)。此時(shí)完成切片過程。第 7 章 機(jī)架的設(shè)計(jì)- 31 -第 7 章 機(jī)架的設(shè)計(jì)通過組裝協(xié)調(diào)，已經(jīng)確定了所有部件和部件。通過 CAD 的草圖，獲取每個(gè)部分和框架的形狀的大小空間位置?？蚣苋缦聢D所示 ，為了方便維護(hù)和檢查，框架由 10mm 45 號(hào)鋼板焊接。在框架的兩側(cè)是薄的軸承螺栓，安裝在框架墻上，設(shè)計(jì)的尺寸如下圖所示：圖 7-1 機(jī)架圖- 32 -第 8 章 結(jié) 論 該程序的設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的整體。不能僅僅考慮一個(gè)或幾個(gè)的基本部分，應(yīng)該考慮總體的概念。在課程設(shè)計(jì)中，結(jié)合了我以前三年所學(xué)過的知識(shí)，包括機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程力學(xué)、以及 CAD 繪圖等等課程的學(xué)習(xí)。不同的設(shè)計(jì)方案之間來回選擇也是很困難的。最后確定方案之后復(fù)雜的計(jì)算，到最終CAD 繪圖。雖然完成了所有的設(shè)計(jì)內(nèi)容，但是也暴露了很多問題，很多知識(shí)不能靈活應(yīng)用，對(duì)很多的知識(shí)也沒有很好的掌握，不能熟練的運(yùn)用一些知識(shí)。通過這次的設(shè)計(jì)，可以讓我們?cè)俅伟盐覀兊闹R(shí)結(jié)合在一起，掌握那些不熟練的知識(shí)。實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用的目的。還有助于我們進(jìn)一步深化對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的了解，有助于讓我們認(rèn)清設(shè)計(jì)的基本步驟，了解熟悉設(shè)計(jì)的具體過程，提升我們的綜合設(shè)計(jì)能力。致 謝- 33 -致 謝 本次設(shè)計(jì)之所以能夠圓滿完成，離不開耿曙光老師的指導(dǎo)。本次設(shè)計(jì)從選題到方案設(shè)計(jì)的選擇以及最后的設(shè)計(jì)都是在耿老師的悉心指導(dǎo)下完成的。值此成文之際，謹(jǐn)向耿老師表達(dá)我深深的敬意和衷心的感謝！三年的學(xué)習(xí)和生活期間始終得到學(xué)院各個(gè)老師和同學(xué)的無(wú)私幫助，在此深表感謝！最后衷心感謝所有關(guān)心和幫助過我的人！謝謝你們！- 34 -參考文獻(xiàn)1高岳.糕點(diǎn)食品存在的問題及對(duì)策初探.食品安全導(dǎo)刊.2014，（21）：77-782薛效賢.蛋糕加工技術(shù)及工藝配方M.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2000（10）：13-153陳玲.加入 WTO 對(duì)我國(guó)糕點(diǎn)食品業(yè)的影響及對(duì)策J.商業(yè)研究，2002（07）：42-654牛志新，孫成正.提高我國(guó)傳統(tǒng)糕點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量的設(shè)想J. 食品科學(xué)，1989（11）：20-405陳立德. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，20006濮良貴. 機(jī)械零件M.北京：高等教育出版社，19827鄒慧君.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理.北京：科學(xué)出版社，20028吳宗澤 羅圣國(guó). 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：高等教育出版社，1999 9王定國(guó) 周全光. 機(jī)械原理與機(jī)械零件M.北京：高等教育出版社，1993 10孟憲源. 現(xiàn)代機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199411孫桓，陳作模. 機(jī)械原理M. 北京：高等教育出版社，200112成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016 13黃平，朱文堅(jiān).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，200814張?jiān)平?，尚?零件設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，200815申永勝. 機(jī)械原理教程M. 北京：清華大學(xué)出版社，199916周全光 欒學(xué)鋼. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，1999
世界最新機(jī)械設(shè)計(jì)理念
來源:中國(guó)科技期刊
摘要:根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn)，將產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識(shí)和智能。這幾種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。
關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)方法發(fā)展趨勢(shì)
設(shè)計(jì)文件是將語(yǔ)義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具，在其開發(fā)的活性語(yǔ)義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì)，結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語(yǔ)義關(guān)系，由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國(guó)學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計(jì)的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。
1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
2. 將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3. 將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。
由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。
4. 設(shè)計(jì)元素法
用五個(gè)設(shè)計(jì)元素（功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國(guó)亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
5. 圖形建模法
研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。
將設(shè)計(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號(hào)、具有內(nèi)容豐富的語(yǔ)義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
6. “構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段。“構(gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。“設(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡(jiǎn)圖，把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。
7. 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。
本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國(guó)結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造，以及從用戶對(duì)產(chǎn)品的功能需求→設(shè)計(jì)→加工→裝配→成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn)成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中初露鋒芒。目前，德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP，以及標(biāo)準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言上基于虛擬環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件。作者認(rèn)為，綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向。國(guó)外在這方面的研究已初見成效，我國(guó)設(shè)計(jì)學(xué)者也已意識(shí)到CAD技術(shù)與國(guó)際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。
基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
The worlds Latest Mechanical Design Conceptssource：China Science and Technology JournalAbstract:According to scholars at home and abroad to carry out mechanicaldesign product design features of the main ideas, product design method of theprogramsummarizedassystematic,modularstructure,basedonproductcharacteristics of knowledge and wisdom. The characteristics of these methods andtheir organic connection between them and put forward to achieve the computerproduct design direction.Key words: Mechanical Product Design MethodDevelopment Trends Design documents will be Semantic Web as a design tool inthe design of its Semantic Web activity of the development of ASK, using nodes andlines to describe the design a network, nodes that components of the cell (such asdesign tasks, functions, components or processing equipment, etc. ), used to adjust thelines and definitions between nodes of different semantic relations, thus the designprocess all the activities and results of pre-built models so that the definition of theearly design requirements to the specific description of each structure can be definedby the relationship between the expression, achieved a computer-aided design process,the leap from the abstract to the concrete.Asystematic design methodThe main features of a systematic design method are: the design as designed by anumber of elements of a system, the independence of each design elements, eachelement of an organic link between the existence of, and is layered, with all the designelements , you can design systems to achieve the required task.Systematic design idea in the 70s by the German scholar Professor Pahl andBeitz, the system based on the theory they developed a general pattern of the design,advocacy design work should have organized. German Engineers Association, on thebasis of this design concept to develop a standard VDI2221 technology systems andproduct development design methods.1.The user needs functional characteristics as a product concept, structuredesign and part design, process planning, job control, etc. based on the macro fromthe product development process of starting the use of quality function deploymentmethod and system to user demand information reasonably and efficiently convertedto the various stages of product development, technical goals and operational controlprocedures method.2.The level of the product life of the organism as a system, and means ofliving systems theory, the product design process can be divided into successfulhierarchy of needs to achieve the functional requirements of the conceptual level andproduct level of the specific design. At the same time life-support systems used toexpress the abstract icons of the product functional requirements, system structureformation of product features.3.The mechanical design of the application of systems science into two basicquestions: First, to be designed as a system dealing with the products, the best way todetermine its component parts (modules) and their mutual relations1; is the productdesign process as a system, according to design objectives, a correct and reasonablydetermine the various aspects of the design work and various design stage.Because each designers point of research questions and to consider the questionof emphasis, to design a specific research methods used is also different. Here aresome representative of the systematic design methods.4.Design Element MethodWith the five design elements (functions, effects, effects vector, shape, elements,and surface parameters) describe the product solutions that a product to determinethe value of the five design elements, the product of all the features and characteristicsof the value of i.e. determined. Scholars in China have adopted similar methodsdesigned to describe the products original understanding.5.Graphic modeling methodAnd developed a design analysis and guidance systems KALEIT, with thelevel of clear graphic description of a products functional structure and its associatedabstract information, to the system structure and function relationship of graphicalmodeling, and functional connection between the layers 2.Assistance will be designed to be divided into two aspects of methodology andexchange of information using the Nijssen Information Analysis Method can be usedgraphic symbols, with a rich semantic model structure, can be described as integrationconditions, can be divided into types of constraints can be achieved in relationsbetween any combination of characteristics , the design method to solve integrationand information technology to realize the design process of information betweendifferent abstraction layers between the graphical modeling.6.Concept - Design methodProducts design is divided into concept and design in two stages. Conceptphase of the task is to find, choose and mix to meet the requirements of the originalunderstanding of design tasks. Design stage of work is a concrete realization of theoriginal understanding of the conceptual stage.Of the programs idea of specific described as: In accordance with theappropriate functional structure, seeking to meet the design requirements of theoriginal understanding of the task. The functional structure of the sub-function isperformed by the structural elements to achieve, and structural elements of thephysical connection between the definition of a feature vector, feature vector andstructural elements further the interaction between the formation of the functionaldiagram ( mechanical diagram). The program design is based on functional diagram,the first qualitative description of all of the feature vector and structural elements,and then quantitatively describe all the structural elements and the connection parts( feature vectors), the shape and location to be structure diagram3. Roper, H. usinggraph theory, by means of which he defines as the total design unit (GE), structuralelements (KE), functional structural elements (FKE), connect structural elements(VKE), Structural Parts (KT), structure element part (KET) concepts, as well asdescribe the structure element size, location, and transmission parameters of theinteractions between a number of kinds of schematics, the intuitive designprofessionals have done a formal design method a description of the formation of aneffective application of existing knowledge, methods, and applied to ideas anddesign stage.7.Bond Graph MethodFunction of the composition of system components will be divided into produceenergy, consumed energy, changing energy forms, such as various types of energytransfer, and to use bond graphs to express the function component solution, hoping tofunction-based model and bond graph combine to achieve functional structure theautomatic generation and functional structure with the bond graph automaticconversion between the search for bond graph generated by a number of designmethods.To promote the product on the basis of functional analysis, the product has somefeatures broken down into one or several modular basic structure, by selection andcombination of the basic structure of these modular form into different products.These basic structures can be parts, components, or even a system.The structure should have a standardized interface (connection and co-operationdepartment),andisserialized,universal,integrated,hierarchical,agile,economic-oriented, with interchangeability, compatibility and relevance. Chinascombination of software component technology and CAD technology, variant designcombined with the modular design, according to modular principle of classification,will be divided into descending Machining Center Machine Tool product level,component level, component level and component level, and use expert knowledgeand CAD technology to combine them into different species, different specificationsof functional blocks, and then by the combination of these functions into differentmodules of the overall program processing center.To design a directory as an alternative variation of the mechanical structure ofthe tool, the solution proposed by the design elements of a complete, structured layout,the formation of the solution set design catalogs. And in the solution set designed tocomment on each one listed in the directory solution additional information, is verybeneficial to design engineers select solution elements.The vigorous development of network technology, collaborative design andmanufacturing, as well as the product from the users functional requirements design processing assembly finished product of this realization of concurrentengineering possible. However, an important prerequisite to achieve these goals oneof the conditions is to realize the effect of product design three-dimensionalvisualization. To this end, three-dimensional graphics software, more and moreintelligent design software programs used in the product design, virtual realitytechnology and multimedia, hypermedia tools for product design is also its first debut.At present, Germany and other developed countries are focused on researchhypermedia technology, product data exchange standard STEP, as well as standardvirtual reality modeling language based on a standard exchange format for virtualenvironments) in the product design applications.Mechanical product design is moving in computer-aided realization of intelligentdesign and to meet the needs of distributed collaborative design and manufacture ofdirection, due to the computer product design Study on the implementation startedlate, not yet mature, to achieve the above objectives program design tools4. Authorbelieves that the integrated use of paper, four types of design method is an effectiveway to achieve this goal. Although the integrated use of these methods are moreinvolved in the field, not only with the mechanical design of the field-relatedknowledge, but also to the systems engineering theory, artificial intelligence theory,computer hardware and software engineering, network technology areas such asdomain knowledge, it is still product design must be working for. Abroad in researchin this area has achieved initial success, our scholars have been aware of CAD designtechnology and the importance of international exchange and cooperation, and itsmeasures to be taken.Feature-based design methodology of knowledge The main features are: using acomputer can identify the language to describe the characteristics of the product andits design experts in the field of knowledge and experience to establish the appropriateknowledge base and inference engine, re-use of stored domain knowledge and theestablishment of the inference mechanism to bring computer-aided product design.The mechanical system design is mainly based on the characteristics of a product,and design experts in the field of knowledge and experience to push volume anddecision-making, the completion of body type, the number of synthesis. To achievethis stage of computer-aided design, must study the automatic acquisition ofknowledge, expression, integration, coordination, management and use. To this end,the design and scholars at home and abroad program for the mechanical systemdesign knowledge of the automated processing done a lot of research work, theapproach can be summarized into the following several.
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