插齒機(jī)功能原理設(shè)計

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1、目錄 概述 2 一、系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 4 （一）、功能的定義及分類 4 （二）、功能原理設(shè)計 4 （三）、功能原理設(shè)計的設(shè)計方法——黑箱法 7 （四）、功能結(jié)構(gòu) 18 二、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 20 （一）、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的任務(wù)、原則 20 （二）、總體布置設(shè)計 23 （三）、總體布置設(shè)計的基本要求 23 三、插齒機(jī)三維圖 24 四、參考文獻(xiàn) 28 致謝 29 概述 齒輪齒間的空間形狀是復(fù)雜的，而且隨著齒輪的齒數(shù)和模數(shù)的不同而變化，因此大多數(shù)的齒輪制造方法采用斬成齒廓而不是成形加工。這種制造方法叫仿形法，包括刨削和插削兩種加工方法。 刨削采用往復(fù)運動的齒條刀，當(dāng)齒條刀實

2、際上繞齒輪坯料滾切并沿其螺旋線方向運動時，齒形就會被逐漸展成。插削加工在本質(zhì)上與刨削加工類似，只是采用了圓形刀具來取代齒條刀。其結(jié)果是減少了往復(fù)運動慣性，在加工過程中可以采用比刨削高得多的行程速度?，F(xiàn)代插齒機(jī)在加工汽車齒輪時可以達(dá)到每分鐘2000次切削行程。插齒刀的形狀與漸開線齒輪大致相同，但是其齒頂是圓的。 由于刀具與工件之間的展成傳動只包括圓周運動，因此不需要齒條或者絲杠。在刀具的每一次行程中，通常刀具和工件的切向移動距為0.5mm。在回程中，道具必須退讓1mm以留出間隙。否則，在退刀時，刀具會擦傷已加工表面，并且加快刀具的磨損。 插齒加工的優(yōu)點是生產(chǎn)效率較高和可以將齒插到接近軸肩處。

3、令人遺憾的是，加工斜齒輪時需要有一個能夠生產(chǎn)繞齒運動行程本身旋轉(zhuǎn)的螺旋導(dǎo)軌。這種螺旋導(dǎo)軌不易制造，或者說其制造成本較高。由于對每一種不同螺旋角的齒輪，應(yīng)該制造不同參數(shù)的插齒刀和螺旋導(dǎo)軌，因此這種方法僅適用于斜齒輪的大批量生產(chǎn)加工。插削加工的一大優(yōu)點是能夠加工諸如大型行星齒輪傳動所需要的內(nèi)齒輪。 Summary The shape of the space between gear teeth is complex and varies with the number of teeth on the gear as well as tooth module, so most gear man

4、ufacturing methods generate the tooth flank instead of forming. This method that we called tooth flank include in planing and shaping. Planing uses a reciprocating rack, stroking in the direction of the helix on a gear with a gradual of form as the rack effectively rolls round the gear blank. Shap

5、ing is inherently similar to planing but uses a circular cutter instead of a rack and the resulting reduction in the reciprocating inertia allows much higher stroking speeds; modern shapers cutting car gears can run at 2 000 cutting strokes per minute .The shape of the cutter is roughly the same as

6、an involute gear but the tips of the teeth are rounded. The generating drive between cutter and workpiece does not involve a rack or leadscrew since only circular motion is involved. The tool and workpiece move tangentially typically 0.5 mm for each stroke of the cutter. On the return stroke the cu

7、tter must be retracted about 1 mm to give clearance otherwise tool rub occurs on the back stroke and failure is rapid. The advantages of shaping are that production rates are relatively high and that it is possible to cut right up to a shoulder. Unfortunately, for helical gears, a helical guide is

8、required to impose a rotational motion on the stroking motion; such helical guides cannot be produced easily or cheaply so the method is only suitable for long runs with helical gears since special cutters and guides must be manufactured for each different helix angle. A great advantage of shaping i

9、s its ability to cut annular gears such as those required for large epicyclic drives. 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，它對產(chǎn)品的技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和外觀均有決定意義。它包括機(jī)械系統(tǒng)功能原理設(shè)計、總體設(shè)計（各子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系）、主要技術(shù)參數(shù)如尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)等的確定及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等。由于最終確定的總體設(shè)計方案是技術(shù)設(shè)計階段的指導(dǎo)性文件， 亦即各子系統(tǒng)中所有零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、材質(zhì)、等都是以總體設(shè)計方案為依據(jù)，所以，必須進(jìn)行大量的資料查找，通過分

10、析、判斷、評價、創(chuàng)新，最終獲得最有價值的信息以便設(shè)計出較理想的總體方案。 一、系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 （一）、功能的定義及分類 針對產(chǎn)品主要功能而進(jìn)行的功能原理設(shè)計在整個設(shè)計中是非常重要的一個環(huán)節(jié)。一個好的功能設(shè)計應(yīng)既有創(chuàng)新構(gòu)思，同時又能滿足用戶的需要。 功能是系統(tǒng)必須實現(xiàn)的任務(wù)， 或者說是系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)化能量、運動或其他物理量的特點。每個系統(tǒng)都有自己的功能。 功能的分類大致如下： 基本功能 必要功能 功能 附加功能 非必要功能 在以上功能中，基本功能必須保證，且在設(shè)計中不能改變；附加功能可隨技

11、術(shù)條件或結(jié)構(gòu)的改變而改變；而非必要功能是設(shè)計者主觀加上取的，可有可無。由于系統(tǒng)的功能是以成本作作為代價的，所以，設(shè)計時應(yīng)對一個系統(tǒng)需要哪些必要功能，去掉哪些非必要功能要做出明確的決定。 （二）、功能原理設(shè)計 功能原理設(shè)計的方法 用系統(tǒng)工程方法進(jìn)行產(chǎn)品的原理方案設(shè)計是緊緊的圍繞功能的分析、求解和組合實施的。 1功能的描述 在設(shè)計科學(xué)的研究過程中，人們逐漸認(rèn)識到產(chǎn)品機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的設(shè)計往往由工作原理確定，而工作原理構(gòu)思的關(guān)鍵是滿足產(chǎn)品的功能要求。 功能是產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)特定工作能力抽象化的描述。 功能的描述要準(zhǔn)確、簡捷、合理的抽象、抓住其本質(zhì)，避免帶有傾向性的提法，這樣能避免方案構(gòu)思時形

12、成種種框框，是思路更為開闊。 系統(tǒng)工程學(xué)用“黑箱法”研究分析問題，對于復(fù)雜的未知系統(tǒng)，猶如不透明不知其內(nèi)部的“黑箱”，可以利用外部觀測，通過分析探求其內(nèi)部原理和結(jié)構(gòu)。在這里可以用技術(shù)系統(tǒng)所具有轉(zhuǎn)化能量、物料、信息等物理量的特性描述其功能。把待求系統(tǒng)看作“黑箱”，分析比較系統(tǒng)輸入輸出的能量、物料和信號，輸入輸出的轉(zhuǎn)換關(guān)系及反應(yīng)系統(tǒng)的總功能。 2功能的分類 機(jī)電系統(tǒng)一般有驅(qū)動、傳動、執(zhí)行、測控四部分組成，各部分具有其相應(yīng)的功能。 驅(qū)動部分 傳動部分 執(zhí)行部分 控制部分 執(zhí)行

13、部分相當(dāng)于人的手和足，各種機(jī)器以不同的執(zhí)行元完成執(zhí)行功能，達(dá)到它的工作目的，簡單的執(zhí)行功能用簡單構(gòu)件實現(xiàn)特定的動作；復(fù)雜系統(tǒng)有多個執(zhí)行功能，期間往往有動作協(xié)調(diào)和配合關(guān)系。 驅(qū)動部分相當(dāng)于人的心臟，為系統(tǒng)提供能量，其功能載體為各種形式的原動機(jī)。驅(qū)動部分接受控制系統(tǒng)信息處理部分發(fā)出的控制指令和信號，驅(qū)動執(zhí)行部分工作。 傳動功能反映驅(qū)動與執(zhí)行件間運動和動力的傳動，包括運動形式、方向、大小、性質(zhì)的變化，它的性能載體可以是電力、液壓或機(jī)械式的。 控制部分包括傳感和控制功能。傳感部分相當(dāng)于人的眼，耳鼻等感覺器官。它把機(jī)器工作過程中各種參數(shù)和狀況檢測出來，變成可測定和控制的物理量，傳送到信息處理部分。

14、經(jīng)過信息處理，發(fā)出對各部分工作的指令和控制信號。 所謂“功能原理設(shè)計”就是針對所設(shè)計的產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思，就是對產(chǎn)品的功能進(jìn)行原理性設(shè)計。 功能原理方案設(shè)計的任務(wù)是：針對某一確定的功能要求，去尋找一些物理效應(yīng)并借助某些作用原理來求得一些實現(xiàn)該功能目標(biāo)的解法原理來；或者說，功能原理設(shè)計的主要工作內(nèi)容是：構(gòu)思能實現(xiàn)功能目標(biāo)的新的解法原理?？梢杂煤唸D或是意圖的形勢來表達(dá)所構(gòu)思的內(nèi)容。 如下圖所示： 設(shè)計任務(wù) 求總功能 黑箱法 總功能分解 功能逐級分解 尋求子功能解 創(chuàng)造性方法、目錄法、調(diào)查分析法

15、 原理解組合 形態(tài)學(xué)矩陣法 評價與決策 各種評價方法 最佳原理方案 功能原理方案設(shè)計步驟 （三）、功能原理設(shè)計的設(shè)計方法——黑箱法 隨著現(xiàn)代設(shè)計方法的發(fā)展及應(yīng)用越來越廣泛，人們對系統(tǒng)原理設(shè)計時常采用一種“抽象化”的方法——“黑箱法”。此方法是暫時摒棄那些附加功能和非必要功能，突出必要功能和基本功能，并將這些功能用較為抽象的形式（如輸出量和輸入量）加以表達(dá)。這樣，可以通過抽象化清晰地掌握所設(shè)計系統(tǒng)的基本功能和主要約束條件，從而突出設(shè)計中的主要矛盾。抓住問題的本質(zhì)。黑箱法如下圖所示：

16、 對外界的影響 待設(shè)計的技術(shù)系統(tǒng) （黑箱） 物料流

17、 物料流 輸入量 能量流 能量流 輸出量 信號流 信號流 來自外界的影響 “黑箱法”示意圖 其中，物料流包括材料、毛坯、半成品、成品、液體、氣體等各種物體；能量流包括電能、光能、機(jī)械能、熱能、核能等；信號流包括數(shù)據(jù)、測量值、控制信號、波形等。 之所以稱為“黑箱法”是因為對于待設(shè)計產(chǎn)

18、品來說，在求解之前，猶如一個看不見內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱子”。這種“黑箱”只用來描述系統(tǒng)的功能目標(biāo)，至于“黑箱”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要設(shè)計人員進(jìn)一步構(gòu)思的設(shè)計的。由此可知，“黑箱”法是根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系來研究實現(xiàn)系統(tǒng)功能目標(biāo)的一種方法，即根據(jù)系統(tǒng)的某種輸入及要求獲得某種輸出要求，從中尋找出某種原理來實現(xiàn)輸入——輸出之間的轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的解決辦法，從而推求出“黑箱”的功能結(jié)構(gòu)，使“黑箱”變成“白箱”的一種方法。 每個產(chǎn)品的功能都能用黑箱的形式來抽象地表達(dá)出來，所以，從系統(tǒng)的角度出發(fā)，功能的定義是指輸出量和輸入量之間的因果關(guān)系，即功能是系統(tǒng)的屬性，它表明系統(tǒng)的的效能及可能實現(xiàn)的能量、物料和信號的傳遞和

19、轉(zhuǎn)換。 常用的圓柱齒輪加工機(jī)床除滾齒機(jī)外，還有插齒機(jī)。插齒機(jī)是用插齒刀采用范成法插削內(nèi)、外圓柱齒輪齒面的齒輪加工機(jī)床。這種機(jī)床特別適宜加工在滾齒機(jī)上不能加工的內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪。裝上附件，插齒機(jī)還能加工齒條，但插齒機(jī)不能加工蝸輪。 1.插齒原理 插齒原理類似一對圓柱齒輪相嚙合,其中一個是工件,另一個則演化為齒輪形刀具.它的模數(shù)和壓力角與被加工齒輪相同,但每個齒的漸開線齒廓和齒頂上,都作成切削刃(一個頂刃、兩個側(cè)刃)，即成為齒輪形插齒刀。 ?????????? 插削直齒的原理及加工時所需的成形運動 上圖表示插削直齒的原理及加工時所需的成形運動。其中插齒刀的旋轉(zhuǎn)B1和工件的旋轉(zhuǎn)

20、B2組成復(fù)合的成形運動——范成運動，用以形成漸開線齒廓。插齒刀的上下往復(fù)運動A是一個簡單的成形運動，用以形成輪齒齒面的導(dǎo)線——直線。這個運動是主運動。 插齒時，插齒刀和工件除作范成運動外，插齒刀相對于工件還要作徑向切入運動，直到全齒深時停止切入，這時工件和插齒刀繼續(xù)對滾（即插齒刀以B1，工件以B2的相對運動關(guān)系轉(zhuǎn)動），當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一圈，全部輪齒均切削完畢，然后插齒刀與工件分開，機(jī)床停機(jī)。因此，插齒機(jī)除了兩個成形運動外，還需要一個徑向切入運動。此外，插齒刀在往復(fù)運動的回程時不切削，為了減少切削刃的磨損，還需要有讓刀運動，即刀具在回程時徑向離開工件，進(jìn)程切削時復(fù)原。 2.插齒機(jī)的傳動原理圖 下圖

21、是用齒輪形插齒刀插削直齒圓柱齒輪時機(jī)床的傳動原理圖。傳動原理圖中，僅表明成形運動。切入運動和讓刀運動并不影響加工表面的成形，所以在傳動原理圖中沒有表示出來。 ???????????????????????????? ??? ? 插齒機(jī)的傳動原理圖 工件表面的成形運動需要有三條傳動鏈：主運動傳動鏈1—2—uv—3—4；圓周進(jìn)給運動傳動鏈4—5—6—uf—7—8；范成運動傳動鏈8—9—ux—10—11。 圓周進(jìn)給傳動鏈決定插齒刀和工件對滾的速度。由于插齒刀上下往復(fù)運動一次時，插齒刀本身轉(zhuǎn)動的快慢，與漸開線齒廓精度有關(guān)，同時也決定了插齒刀每一次切削的切削負(fù)荷。因此，圓周進(jìn)給運動是以插

22、齒刀上下往復(fù)一次時，插齒刀在節(jié)圓上所轉(zhuǎn)過的弧長來表示。 主運動傳動鏈決定插齒刀每分鐘上下往復(fù)次數(shù)。 1黑箱法尋找總功能的轉(zhuǎn)換關(guān)系 切削 熱量 振動、噪聲 插 齒 機(jī) （ 黑 箱 ） 輪坯 齒輪 信號 驅(qū)動能 切削功率 灰塵 環(huán)境條

23、件 地基震動 （溫度、濕度） 2總共能分解 ①總共能分解的依據(jù) 機(jī)器一般都是由5部分組成：即動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)、控制和支承系統(tǒng)。其技術(shù)過程通常是原動機(jī)→傳動→控制→執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而這四部分都安裝在支承部件上，為了表示這種技術(shù)過程和周圍環(huán)境關(guān)系，用技術(shù)過程流程圖來表示。 環(huán)境系統(tǒng) 人 執(zhí) 行 輪坯 齒輪 傳 動 驅(qū) 動

24、能量 控 制 信號 支 承 及 聯(lián) 接 部 分 ②總功能分解 將總功能分解為一級、二級分功能，二級分功能若找不到，還可繼續(xù)向下分解，直到可找到相應(yīng)原理解為止。 總 功 能 ︵ 齒 輪 加 工 ︶ 驅(qū) 動 功 能 執(zhí) 行 功 能 控 制 功 能 能 量 轉(zhuǎn) 換 能 量 傳 送 與 分 配 齒 輪 加 工 傳 動 功 能 支 承 和 聯(lián) 接 啟 動 停 止 傳 動 帶 傳 動 鏈 齒 輪 蝸 桿 蝸 輪 凸 輪 齒

25、輪 加 工 進(jìn) 給 運 動 讓 刀 運 動 切 齒 運 動 范 成 運 動 推 出 進(jìn) 給 執(zhí) 行 進(jìn) 給 狀 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 刀 具 趨 近 刀 具 避 讓 切 齒 速 比 插 齒 返 回 插 刀 移 動 相 對 位 置 傳 動 比 匹 配 插 刀 轉(zhuǎn) 動 工 件 轉(zhuǎn) 動 凸 輪 ︱ 連 桿 拉 伸 彈 簧 蝸 桿 副 鏈 傳 動 其 他 插 刀 連 桿 曲 柄 軸 蝸桿副 螺旋傳動 蝸桿副 鏈傳動

26、 建立功能結(jié)構(gòu)圖。首先建立總功能與一級分功能的結(jié)構(gòu)圖，然后再建立二級功能的結(jié)構(gòu)圖。 a． 總功能輸入、輸出轉(zhuǎn)換關(guān)系圖 b． 一級分功能的結(jié)構(gòu)圖 c． 二級功能結(jié)構(gòu)圖 插 齒 機(jī) 物料 成品 （電）能量 能量（機(jī)械） 信號 信號 執(zhí) 行 物料

27、 成品 傳 動 驅(qū) 動 能量 控 制 支 承 及 聯(lián) 結(jié) 信號 運動傳動與分配 能量轉(zhuǎn)換 范 成 運 動 切 齒 運 動 讓 刀 運 動 進(jìn) 給 運 動 物料 齒輪 能量 啟動停止 信號 支 承 及 連 接 部 分 4．尋找原理解和原

28、理解組合 原理解組合 方案號 技術(shù) 分功能 解 1 2 3 A 范成運動 a工件轉(zhuǎn)動 齒輪傳動 蝸桿蝸輪傳動 棘輪傳動 b插刀轉(zhuǎn)動 蝸桿蝸輪傳動 齒輪傳動 棘輪傳動 B 切齒運動 a插刀移動 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu) b插刀返回 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu) C 讓刀運動 a刀具避讓 凸輪連桿棘輪 b刀具趨近 凸輪連桿棘輪 D 進(jìn)給運動 a執(zhí)行進(jìn)給 凸輪連桿棘輪 b推出進(jìn)給 拉伸彈簧 E 能量轉(zhuǎn)換 電動機(jī) F

29、 能量傳動 a加工運動傳遞 鏈傳動 b驅(qū)動力傳動 平帶傳動 同步帶傳動 V帶傳動 組合方案數(shù)＝3×3×2×2×1×1×1×1×1×1×3＝36 方案： 在范成運動中，若采用齒輪傳動，盡管其有叫高的傳動效率且結(jié)構(gòu)緊湊。但由于它的制造和安裝精度要求較高，故制造工藝復(fù)雜，成本較高。 棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，改變轉(zhuǎn)角大小方便，可是工件轉(zhuǎn)動一個固定的小角度，但它傳遞動力不大且傳動平穩(wěn)性差，古不合適。 而蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，且其傳動效率低的特點已隨著機(jī)器功率的不斷提高得到改善，故可采用蝸桿蝸輪傳動。 在插刀運動中，可采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因該機(jī)構(gòu)來源于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，在運動中具

30、有急回特性，可有效提高生產(chǎn)效率，縮短非生產(chǎn)時間。 驅(qū)動力傳遞：與V帶傳動相比平帶與帶輪面間的摩擦力小于V帶與帶輪面間的摩擦力。因此，V帶的傳動功率大。嚙合型帶傳動中，帶與帶輪面間無滑動，保證了準(zhǔn)確的傳動比，且傳動效率高，但考慮較高的造價和安裝精度，故選用V帶傳動。 選擇的方案為 Aa2×Ab2×Ba1×Bb1×Ca1×Cb1×Da1×Db1×E1×Fa1×Fb3 機(jī)構(gòu)簡圖 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 蝸桿副 鏈傳動 輪坯 蝸桿副 鏈傳動 螺旋齒輪副 錐齒輪副 蝸桿副 錐齒輪副 直齒輪副 V帶傳動 電動機(jī)

31、 插刀 進(jìn)給凸輪機(jī)構(gòu) 進(jìn)給棘輪機(jī)構(gòu) 進(jìn)給連桿機(jī)構(gòu) 凸輪連桿機(jī)構(gòu) 1．工 2 插 3 插 5 讓 件 刀 刀 刀 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 切 運 4．進(jìn)給運動

32、 動 動 削 動 傳動路線圖 （四）、功能結(jié)構(gòu) 將總共能分解成分功能，并相應(yīng)找出實現(xiàn)各分工能的原理方案，從而簡化了實現(xiàn)總功能的原理構(gòu)思。反之，同一層次的功能單位組合起來，應(yīng)能滿足上一層的要求，最后組合成的整體應(yīng)能滿足總功能的要求，這種功能的分解和組合關(guān)系稱為功能結(jié)構(gòu)。 以功能元為基礎(chǔ)，組合成功能結(jié)構(gòu)的方式有三種基本類型：即串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。 串聯(lián)結(jié)構(gòu)又稱為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，它表示各分功能之間 是按順序依次進(jìn)行的。 并聯(lián)結(jié)構(gòu)的幾個分功能處于并聯(lián)狀態(tài)，幾個分功能同時起作用才能實現(xiàn)預(yù)期的功能。 功能結(jié)構(gòu)示意圖如下：

33、 能量 總功能 能量 物料 物料 信息 信息 子功能 功能結(jié)構(gòu)示意圖 圖中箭頭表明的是同一個層次的分功能之間的關(guān)系，反映的是能量流、物料流、信號流在系統(tǒng)中的流動情況。為使問題簡化，也可以暫不考慮三大流的結(jié)合。 功能結(jié)構(gòu)圖可從黑箱或設(shè)計要求明細(xì)表出發(fā)來建立。在分析功能關(guān)系和邏輯關(guān)系時，首先考慮主要功能和主要流，建立初步的功能結(jié)構(gòu)圖，然后，在解決輔助

34、功能和次要流，逐漸完善系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。這個過程不是一次就能完成的。它隨設(shè)計工作的逐步深入而不斷修改和不斷完善。建立功能結(jié)構(gòu)圖的流程如下： 技術(shù)過程結(jié)構(gòu) 確定系統(tǒng)總功能 劃分功能（功能分解） 建立功能結(jié)構(gòu)圖 功能結(jié)構(gòu)圖評比 最優(yōu)功能結(jié)構(gòu)圖 建立功能結(jié)構(gòu)圖的流程 二、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 （一）、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的任務(wù)、原則 1．結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)及重要性 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的任務(wù)是將原理方案設(shè)計結(jié)構(gòu)化，即把一維或二維的原理方案圖轉(zhuǎn)化為三維的可造的形體過程，也可以說是為了完成總系統(tǒng)功能而進(jìn)行的初步總體布置開始到最佳裝配圖（結(jié)構(gòu)設(shè)計）的最終完善

35、及審核通過為止。 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計工作包括兩個方面，即“質(zhì)”的設(shè)計和“量”的設(shè)計。所謂“質(zhì)”的設(shè)計是指“定形“設(shè)計，有系統(tǒng)的定性和零件的定性。這部分工作對產(chǎn)品的質(zhì)量有決定性的意義?！傲俊钡脑O(shè)計則指的是選擇材料、確定尺寸和零件進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計等此部分設(shè)計所涉及到的知識再《機(jī)械設(shè)計》、《材料力學(xué)》等教材中已系統(tǒng)而詳盡的闡述并已為設(shè)計者所熟識，由此看來，結(jié)構(gòu)總體設(shè)計階段的工作量是相當(dāng)大的，同時它的工作質(zhì)量對滿足功能要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、降低產(chǎn)品得成本等都起著十分重要的作用。 2結(jié)構(gòu)總體設(shè)計原則 明確、簡單、安全可靠是結(jié)構(gòu)總體設(shè)計階段必須遵守的三項基本原則。由于這三項基本原則的共同目標(biāo)都是為了保

36、證實現(xiàn)總系統(tǒng)（產(chǎn)品）的預(yù)期功能、降低成本及保障人和環(huán)境安全的，所以，在整個設(shè)計階段應(yīng)將這三項基本原則貫徹到底。 （1） 明確原則 這里主要包括： ① 功能明確 所選擇的結(jié)構(gòu)應(yīng)能明確無誤地、可靠地實現(xiàn)預(yù)期的功能。對于可實現(xiàn)的功能來說要做到既不疏漏又不冗余。 ② 工作情況明確 被設(shè)計的產(chǎn)品（系統(tǒng)）所處的工作狀況必須明確。因為結(jié)構(gòu)和零部件的材料、形狀、尺寸、磨損及腐蝕是根據(jù)其工況來確定。若設(shè)計時缺少準(zhǔn)確的設(shè)計工況說明，且不得不做出一些假設(shè)的話，應(yīng)隨時檢查有關(guān)假設(shè)的正確性。 ③ 結(jié)構(gòu)的工作原理明確 設(shè)計結(jié)構(gòu)時所依據(jù)的工作原理必須明確，從而才能可靠的實現(xiàn)能量流、物料流和信號流的轉(zhuǎn)換或傳導(dǎo)。

37、（2） 簡單原則 簡單原則是指要在滿足總功能的前提下，盡量使整機(jī)、部件、零件的結(jié)構(gòu)簡單，且數(shù)目少；同時還要求操作與監(jiān)控簡便；制造與測量容易、快速、準(zhǔn)確；安裝與調(diào)試簡易而快捷。亦就是說這里所指的“簡單”，同時具有簡、化、簡明、簡易、減少等多重含義。 （3） 安全可靠原則 一個系統(tǒng)（產(chǎn)品）的安全可靠性主要指： ① 構(gòu)件的可靠性 在規(guī)定外在載荷下，在規(guī)定的時間內(nèi)，構(gòu)件不發(fā)生斷裂、過度變形、過度磨損且不喪失穩(wěn)定性。 ② 功能的可靠性 主要是指總系統(tǒng)的可靠性，即保證在規(guī)定條件下能實現(xiàn)總系統(tǒng)的總功能。 ③ 工作安全性 主要指對操作者的防護(hù)，保證人的安全。 ④ 環(huán)境安全性 不造成不允許的環(huán)境污

38、染，同時也要保證整個系統(tǒng)的（產(chǎn)品）對環(huán)境的適應(yīng)性。 為了保證上述各種安全可靠性，應(yīng)在設(shè)計過程中充分給予重視并落實到具體設(shè)計中，除對重要的結(jié)構(gòu)、零部件進(jìn)行必要的各種計算外，還應(yīng)設(shè)置防護(hù)系統(tǒng)和保護(hù)裝置及在危險發(fā)生之前的報警系統(tǒng)。 二總體設(shè)計結(jié)構(gòu)步驟 1初步設(shè)計 （1）明確設(shè)計要求 在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，應(yīng)明確、分析及歸納設(shè)計要求。這里所要明確的設(shè)計要求一般包括：與確定配置有關(guān)的要求（物料流動方向、運動方向、位置關(guān)系……）；與確定尺寸有關(guān)的要求（功率、轉(zhuǎn)矩、生產(chǎn)能力空間限制……）；與確定材料有關(guān)的要求（使用壽命、工作環(huán)境、零部件材料……）；此外，還應(yīng)充分考慮到制造、安裝、運輸、經(jīng)濟(jì)性等方面

39、的要求。 （2）主功能載體的初步設(shè)計 主功能載體是指完成主功能要求的構(gòu)件。這步工作主要憑經(jīng)驗粗略設(shè)計出主功能又哪些主功能載體來實現(xiàn)及其大致形狀和空間位置。也就是結(jié)構(gòu)總體設(shè)計是從總功能載體的設(shè)計開始，因此，這是結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的核心。然后，根據(jù)主功 能及主功能載體的類型和方位來定型—進(jìn)行總體布置。 （4）按比例繪制主要結(jié)構(gòu)草圖 在草圖中除了表示出總功能載體的基本形狀和大致尺寸外，還應(yīng)標(biāo)出不同工況下的極限位置及輔助功能載體的初步形狀與空間位置。 （4）檢查主、輔功能載體結(jié)構(gòu) 主輔功能載體結(jié)構(gòu)間形狀、尺寸、空間位置是否相互干涉及其之間的相互影響和配合性都須做最后檢查。 （5）設(shè)計結(jié)果初

40、評及選擇 初步結(jié)構(gòu)總體設(shè)計方案不是唯一的，要從中選擇一個較理想的作為后續(xù)設(shè)計的基礎(chǔ)。 2詳細(xì)設(shè)計 （1）各功能載體的詳細(xì)設(shè)計 依據(jù)設(shè)計要求采取不同的計算方法先對主功能載體，然后對輔助功能載體進(jìn)行精確的計算、效核相應(yīng)的模擬實驗，進(jìn)一步完成上述各載體的詳細(xì)設(shè)計—具體形狀、尺寸、材料連接尺寸及方式等。 （2）補充、完善結(jié)構(gòu)總體設(shè)計草圖 將主輔功能載體畫到總體結(jié)構(gòu)草圖上，并具體考慮加工方法、結(jié)構(gòu)工藝性及計算成本等。 （3）對完善的結(jié)構(gòu)總體草圖進(jìn)行審核 審核工作應(yīng)從設(shè)計要求出發(fā)，進(jìn)行深入、細(xì)致的檢查，確認(rèn)在完成功能要求方面有無疏漏，總布局是否滿足了空間位置的相容性，能否加工、裝拆、運輸，

41、維修保養(yǎng)是否方便。 明確設(shè)計任務(wù)對總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求 主要功能載體初步結(jié)構(gòu)設(shè)計 輔助功能載體初步結(jié)構(gòu)設(shè)計 按比例繪制主要結(jié)構(gòu)草圖 檢查主輔功能載體結(jié)構(gòu)的相互影響及配合 設(shè)計結(jié)果初評及選擇 是 否 詳細(xì)設(shè)計主輔功能載體結(jié)構(gòu) 對設(shè)計進(jìn)一步修改、完善 對完善的結(jié)構(gòu)總體草圖進(jìn)行審核 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)評價 否 結(jié) 構(gòu) 決

42、 策 是 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的最終完善及審核 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計步驟流程圖 （4）進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價 3結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的完善和審核 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的完善和審核是指對關(guān)鍵問題及薄弱環(huán)節(jié)通過相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計來進(jìn)一步地完善以及對總體設(shè)計進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，看是否達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)成本。 具體的設(shè)計步驟是隨設(shè)計任務(wù)的不同而改變的，中間的設(shè)計過程可繁可簡，但必須圍繞著系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能目標(biāo)來進(jìn)行。若不能滿足時，應(yīng)隨時調(diào)整。在調(diào)整過程中，常常要涉及到已經(jīng)進(jìn)行的工作，這些工作又要在更高的信息水平上循環(huán)重復(fù)，直到達(dá)到功

43、能要求為止。由此看來，結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的過程是一個從質(zhì)到量、從抽象到具體、從粗略到詳細(xì)的工作過程，它除了應(yīng)該同樣具有創(chuàng)新思想之外更多的則涉及到復(fù)雜的、具體的綜合分析、設(shè)計校核工作。 必須指出，結(jié)構(gòu)總體設(shè)計階段應(yīng)自始至終不斷的進(jìn)行功能要求、制造可行性、裝拆可行性、使用可行性、制造成本方面的審核。 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的總裝配圖是零、部件及一些工藝文件的依據(jù)，所以，必須嚴(yán)格按照一定比例去繪制，并且還要畫出零部件的細(xì)部結(jié)構(gòu)及標(biāo)示出有關(guān)的尺寸。 （二）、總體布置設(shè)計 一個機(jī)械系統(tǒng)是由若干個子系統(tǒng)按照主功能的要求相互匹配而組成的總體布置設(shè)計就是確定機(jī)械系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的相對位置關(guān)系及相對運動關(guān)系，并使總系

44、統(tǒng)具有一個協(xié)調(diào)完善的造型。前面闡述過一個功能目標(biāo)可以由不同的功能原理來實現(xiàn)；不同的系統(tǒng)的總體布置、性能、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本。同一效應(yīng)或原理在采用不同的總體布置時，又會對機(jī)械系統(tǒng)本身的設(shè)計制造和使用產(chǎn)生很大的影響，因此，總體布置設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的重要環(huán)節(jié)。 機(jī)械系統(tǒng)的總體布置設(shè)計是帶有全局性的一個重要問題，不但要考慮系統(tǒng)本身的設(shè)計內(nèi)容，而且，還應(yīng)考慮系統(tǒng)與外部各因素之間的關(guān)系，即人－機(jī)關(guān)系、系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)性、系統(tǒng)對外界環(huán)境的影響（即環(huán)境系統(tǒng)和運行管理系統(tǒng)）等諸因素，如系統(tǒng)的性能、操作、觀察、調(diào)整、控制、防護(hù)等對總體布置設(shè)計產(chǎn)生一定的影響。 總體布置設(shè)計一般是先布置執(zhí)行系統(tǒng)，即總系統(tǒng)的

45、主功能載體系統(tǒng)，然后再布置傳動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、操作系統(tǒng)及支承形式等，從粗到細(xì)，從簡到繁，反復(fù)多次，最終確定較理想的方案。 （三）、總體布置設(shè)計的基本要求 （1）功能合理 即總體布置設(shè)計應(yīng)適于功能表達(dá)，不論在整體上或布局上都不應(yīng)采用不利于功能目標(biāo)的功能方案。 （2）結(jié)構(gòu)緊湊、層次清晰、比例協(xié)調(diào) 這一方面應(yīng)盡可能使總系統(tǒng)簡單并充分利用機(jī)械系統(tǒng)的內(nèi)部空間，如把電動機(jī)、傳動部件等安裝在支承大件的內(nèi)部；另一方面有利于良好的造型，美觀大方。 （3）充分考慮到產(chǎn)品的系列化及發(fā)展 總體布置時還應(yīng)對系列設(shè)計、變形設(shè)計給予考慮；對于單機(jī)的布置還應(yīng)考慮組成生產(chǎn)線和實現(xiàn)自動化的可能性。 三、插齒機(jī)三維

46、圖 插齒機(jī)主視圖 插齒機(jī)側(cè)視圖 插齒機(jī)俯視圖 29 1、電機(jī) 3、直齒齒輪副 5、蝸桿副 7、進(jìn)給系統(tǒng)棘輪機(jī)構(gòu) 9、工件轉(zhuǎn)動鏈傳動 11連桿 13、進(jìn)給系統(tǒng)連桿機(jī)構(gòu) 15、工件轉(zhuǎn)動蝸桿副 2、V帶傳動 4、錐齒輪副 6、螺旋齒輪副 8、進(jìn)給系統(tǒng)凸輪機(jī)構(gòu) 10、插刀移動鏈傳動 12、齒輪插刀 14、插刀轉(zhuǎn)動蝸桿副 16、傳動鏈 四、參考文獻(xiàn) [1] 侯珍秀主編，《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005年。 [2] 李華主編，《機(jī)械制造技術(shù)》，高等教育出版社，2005年。 致謝 本文是在指導(dǎo)教師李茹老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題、課題的研究到論文的撰寫等各方面都得到了導(dǎo)師的熱心指導(dǎo)和耐心幫助。教授淵博的知識、敏銳的思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、求實的態(tài)度和熱心的幫助令我敬佩不已，而且從中受益匪淺。在此，對導(dǎo)師在論文的指導(dǎo)上給予的幫助和關(guān)心表示衷心的感謝。在論文開題至創(chuàng)作結(jié)束間也得到了機(jī)電學(xué)院老師的大力幫助和指導(dǎo)，特別是班主任的大力支持和幫助。在此特向李運生老師表示感謝。最后，還要對在論文期間給予支持和幫助的同學(xué)表示誠摯的謝意。