《設(shè)計制造II》課程項目實踐指導(dǎo)課培訓(xùn)資料

（第二版）12產(chǎn)品方案設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計3產(chǎn)品工藝設(shè)計內(nèi)容4產(chǎn)品裝配調(diào)測產(chǎn)品方案驗證5產(chǎn)品造型美學(xué)6方案設(shè)計需組員共同參與，要有設(shè)計亮點、創(chuàng)新點，不追求完美；2.集思廣益，多提方案，相互比較，要考慮可行性，抓主要功能，

剔除一些次要功能；3.組員按技術(shù)專長分工合作、提高學(xué)習(xí)效率，不輕易改方案；4.方案實施的第一步是結(jié)構(gòu)設(shè)計，變更代價高，必須充分溝通，

要考慮到電氣和軟件算法如何實現(xiàn)。1

方案設(shè)計Why、what、where、when、who、how設(shè)計流程功能需求分析概念設(shè)計結(jié)構(gòu)方案工程建模與工藝設(shè)計裝配測試設(shè)計流程作品實例設(shè)計流程作品實例6需求分析目標制定概念設(shè)計終選方案安全性、便攜性、舒適性、經(jīng)濟性整車重量？折疊后體積？承載質(zhì)量？續(xù)航里程？最高時速？√結(jié)構(gòu)方案設(shè)計流程作品實例確定設(shè)計空間設(shè)置載荷工況結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計折展機構(gòu)力學(xué)仿真分析靜止勻速行駛加速行駛減速行駛緊急制動轉(zhuǎn)彎過減速帶校核優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計準則

確定原理方案，繪出具體結(jié)構(gòu)圖，體現(xiàn)所要求的功能。將抽象的工作原理具體化為某類構(gòu)件或零部件，具體內(nèi)容為在確定結(jié)構(gòu)件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處理方式和表面狀況的同時，還須考慮其加工工藝、強度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關(guān)系等問題。在整個機械設(shè)計過程中，平均約80%的時間用于結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足同一設(shè)計要求的機械結(jié)構(gòu)并不是唯一的，常常需反復(fù)交叉的進行。為此，在進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須了解從機器的整體出發(fā)對機械結(jié)構(gòu)的基本要求。機構(gòu)選型機構(gòu)選型又稱為機構(gòu)的型綜合。學(xué)生需要在熟悉各基本機構(gòu)和常用機構(gòu)的運動形式、功能特點、適用場合等的基礎(chǔ)上，綜合考慮執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)的運動要求、動力特性、機械效率、制造成本、外形尺寸等因素，通過機構(gòu)組合或結(jié)構(gòu)變異等創(chuàng)造構(gòu)思出結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良、成本低廉的機構(gòu)。

一、按執(zhí)行構(gòu)件運動形式進行機構(gòu)選型

二、按執(zhí)行機構(gòu)動作分解進行機構(gòu)選型

三、根據(jù)機構(gòu)組合或結(jié)構(gòu)變異進行機構(gòu)的創(chuàng)新：

1．巧妙利用簡單機構(gòu)的運動特點構(gòu)思新機構(gòu)

2．巧妙利用兩構(gòu)件相對運動關(guān)系構(gòu)思新機構(gòu)

3．基于機構(gòu)組成原理的機構(gòu)創(chuàng)新

4．基于機構(gòu)組合原理的機構(gòu)創(chuàng)新

5．通過機構(gòu)類型變異進行機構(gòu)創(chuàng)新機構(gòu)選型-按運動形式進行機構(gòu)選型1.連續(xù)轉(zhuǎn)動

定傳動比勻速

平行四桿機構(gòu)、雙萬向聯(lián)軸節(jié)機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、輪系、諧波傳動機構(gòu)、擺線針輪機構(gòu)、摩擦輪傳動機構(gòu)、撓性傳動機構(gòu)等

變傳動比勻速

軸向滑移圓柱齒輪機構(gòu)、混合輪系變速機構(gòu)、摩擦傳動機構(gòu)、行星無級變速機構(gòu)、撓性無級變速機構(gòu)等

非勻速

雙曲柄機構(gòu)、轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)、單萬向連軸節(jié)機構(gòu)、非圓齒輪機構(gòu)、某些組合機構(gòu)等

2.往復(fù)運動

往復(fù)移動

曲柄滑塊機構(gòu)、移動導(dǎo)桿機構(gòu)、正弦機構(gòu)、移動從動件凸輪機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)、楔塊機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、氣動、液壓機構(gòu)等

往復(fù)擺動曲柄搖桿機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)、曲柄搖塊機構(gòu)、空間連桿機構(gòu)、擺動從動件凸輪機構(gòu)、某些組合機構(gòu)等

機構(gòu)選型-按運動形式進行機構(gòu)選型1.連續(xù)轉(zhuǎn)動

定傳動比勻速

平行四桿機構(gòu)、雙萬向聯(lián)軸節(jié)機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、輪系、諧波傳動機構(gòu)、擺線針輪機構(gòu)、摩擦輪傳動機構(gòu)、撓性傳動機構(gòu)等

變傳動比勻速

軸向滑移圓柱齒輪機構(gòu)、混合輪系變速機構(gòu)、摩擦傳動機構(gòu)、行星無級變速機構(gòu)、撓性無級變速機構(gòu)等

非勻速

雙曲柄機構(gòu)、轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)、單萬向連軸節(jié)機構(gòu)、非圓齒輪機構(gòu)、某些組合機構(gòu)等

2.往復(fù)運動

往復(fù)移動

曲柄滑塊機構(gòu)、移動導(dǎo)桿機構(gòu)、正弦機構(gòu)、移動從動件凸輪機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)、楔塊機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、氣動、液壓機構(gòu)等

往復(fù)擺動曲柄搖桿機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)、曲柄搖塊機構(gòu)、空間連桿機構(gòu)、擺動從動件凸輪機構(gòu)、某些組合機構(gòu)等

3.間歇運動

間歇轉(zhuǎn)動棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)、凸輪式間歇運動機構(gòu)、某些組合機構(gòu)等

間歇擺動特殊形式的連桿機構(gòu)、擺動從動件凸輪機構(gòu)、齒輪-連桿組合機構(gòu)、利用連桿曲線圓弧段或直線段組成的多桿機構(gòu)等間歇移動棘齒條機構(gòu)、摩擦傳動機構(gòu)、從動件作間歇往復(fù)運動的凸輪機構(gòu)、反凸輪機構(gòu)、氣動、液壓機構(gòu)、移動桿有停歇的斜面機構(gòu)等4.預(yù)定軌跡直線軌跡連桿近似直線機構(gòu)、八桿精確直線機構(gòu)、某些組合機構(gòu)等

曲線軌跡利用連桿曲線實現(xiàn)預(yù)定軌跡的多桿機構(gòu)、凸輪-連桿組合機構(gòu)、行星輪系與連桿組合機構(gòu)等

機構(gòu)選型-按運動形式進行機構(gòu)選型5.特殊運動要求換向

雙向式棘輪機構(gòu)、定軸輪系（三星輪換向機構(gòu)）等超越齒式棘輪機構(gòu)、摩擦式棘輪機構(gòu)等

過載保護帶傳動機構(gòu)、摩擦傳動機構(gòu)等

序號動作分解后能實現(xiàn)的運動或功能機構(gòu)型式1勻速轉(zhuǎn)動機構(gòu)（包括定傳動比機構(gòu)、變傳動比機構(gòu)）（1）摩擦輪機構(gòu)（2）齒輪機構(gòu)、輪系（3）平行四邊形機構(gòu)（4）轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)（5）各種有級或無級變速機構(gòu)2非勻速轉(zhuǎn)動機構(gòu)（1）非圓齒輪機構(gòu)（2）雙曲柄四桿機構(gòu)（3）轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)（4）組合機構(gòu)（5）撓性件機構(gòu)機構(gòu)選型-按動作分解進行機構(gòu)選型3往復(fù)運動機構(gòu)（包括往復(fù)移動、往復(fù)擺動）（1）曲柄——搖桿往復(fù)運動機構(gòu)（2）雙搖桿往復(fù)運動機構(gòu)（3）滑塊往復(fù)運動機構(gòu)（4）凸輪式往復(fù)運動機構(gòu)（5）齒輪式往復(fù)運動機構(gòu)（6）組合機構(gòu)4間歇運動機構(gòu)（包括間歇轉(zhuǎn)動、間歇擺動、間歇移動）執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)的運動或功能（1）間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)（棘輪、槽輪、凸輪、不完全齒輪機構(gòu)等）（2）間歇擺動機構(gòu)（一般利用連桿曲線上近似圓弧或直線段實現(xiàn)）（3）間歇移動機構(gòu)（連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、組合機構(gòu)等）序號動作分解后能實現(xiàn)的運動或功能機構(gòu)型式5差動機構(gòu)（1）差動螺旋機構(gòu)（2）差動棘輪機構(gòu)（3）差動齒輪機構(gòu)（4）差動連桿機構(gòu)（5）差動滑輪機構(gòu)6實現(xiàn)預(yù)期軌跡機構(gòu)（1）直線機構(gòu)（連桿機構(gòu)、行星齒輪機構(gòu)等）（2）特殊曲線（橢圓、拋物線、雙曲線等）繪制機構(gòu)（3）工藝軌跡機構(gòu)（連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、凸輪-連桿機構(gòu)等）機構(gòu)選型-按動作分解進行機構(gòu)選型7增力及夾持機構(gòu)（1）斜面杠桿機構(gòu)（2）鉸鏈杠桿機構(gòu)（3）肘桿式機構(gòu)8行程可調(diào)機構(gòu)（1）棘輪調(diào)節(jié)機構(gòu)（2）偏心調(diào)節(jié)機構(gòu)（3）螺旋調(diào)節(jié)機構(gòu)（4）搖桿調(diào)節(jié)機構(gòu)（5）可調(diào)式導(dǎo)桿機構(gòu)非標設(shè)計的思路之一：簡化原則原理樣機開發(fā)屬于非標設(shè)計，在方案初步設(shè)計階段，可以參考一些網(wǎng)站上的作品，例如制造云：

/model/index.html

或米思米inCADLibrary案例庫:

/asia/incadlibrary/

網(wǎng)站上有很多免費的資源，3D模型可以下載參考，標準件的3D模型都有；2.樣機只是實現(xiàn)設(shè)計思路和提高實戰(zhàn)能力，對于復(fù)雜的功能，盡量采取簡化設(shè)計，用最簡單的辦法實現(xiàn)；3.要考慮成本，在經(jīng)費滿足的前提下，盡量采用標準件，節(jié)省時間；2結(jié)構(gòu)設(shè)計4.復(fù)雜的樣機都是由基本的功能單元組成，每個基本運動都有成熟的實現(xiàn)方案可供借鑒；5.要考慮樣機的尺寸不要過大，一般控制在800毫米以下，否則門都通不過，笨重的樣機下面要配腳輪；6.要考慮如何供電，采用電池還是220V交流電轉(zhuǎn)直流電，考慮到安全，盡量不要用鋰電池。7.為了便于調(diào)試，盡量控制在一個人就可以獨立調(diào)試或搬動；8.考慮到安全問題，不要有容易卡手、夾傷人的風(fēng)險，必要時需采取防護措施。2結(jié)構(gòu)設(shè)計非標設(shè)計的思路之一：簡化原則非標設(shè)計的思路之二：選材盡量選用標準件：好的非標設(shè)計是盡量采用通用和標準的零部件組合而成，不需要自己設(shè)計制造；首先去逛米思米官網(wǎng)，，看看哪些不需要自己設(shè)計直接買的，名字、外觀及怎么用，注冊后下載solidwork插件，可以3D模型導(dǎo)入。也可以索要手冊，多看看里面應(yīng)用實例圖。或者怡合達官網(wǎng)：

，價格比米思米低。或阿里巴巴

；或京東；最一般的是天貓或淘寶上的零件；2.一些需要加工的零件，比如機架可以用鋁型材搭建，小型機殼可以3D打印；淘寶上就有定制鋁型材組合件的服務(wù)，可以畫一個簡單的模型圖后標好關(guān)鍵尺寸，網(wǎng)上下單直接購買，不需要自己考慮如何連接；3D打印推薦未來工場（），各種材料都有，stl模型輸入后就直接有報價，付款。有些板殼可以用有機玻璃做，一般用4mm左右的有機玻璃板，各種顏色都有，可定制形狀和開孔等；2結(jié)構(gòu)設(shè)計非標設(shè)計的思路之二：選材3.

導(dǎo)桿和支柱:可以選現(xiàn)成的光軸，從2mm到幾十毫米都有，光軸的公差一般是g6；也有兩端定制螺紋的；支撐桿也可以用鋁合金管，尺寸精度也比較好。4.

螺釘：盡量選用內(nèi)六角螺釘，緊固力比較大，注意螺釘頭直徑和高度尺寸，不露出表面時需要做沉孔，直徑比螺釘頭大1毫米，穿螺釘?shù)墓饪讋t比公稱螺紋直徑大0.5mm~1mm，不能正好。其他還有錐形沉頭螺釘，注意底孔做相應(yīng)倒角，緊定螺釘、自攻釘只用于特殊場合；兩個件的連接一定是一端螺紋孔，另一端光孔，不能兩邊都是螺紋孔。盡量不用螺栓螺母對敲的連接方式，定心性不好，也不好拆裝；5.軸和支撐的設(shè)計：復(fù)雜的臺肩軸可以找上海或網(wǎng)上工廠加工，不是很復(fù)雜的光軸在米思米上就可定制；軸承在淘寶上就可以買到，注意內(nèi)外環(huán)都要有定位，一般用軸座的臺肩定位，軸向力不大時可以用軸用卡環(huán)固定，安裝時需專用鉗子；有帶肩的小軸承，定位比較簡單；簡單實驗用的話用螺釘穿入再配上墊片也可使用。軸承有組合式帶軸座的，價格較貴，但精度比較高。2結(jié)構(gòu)設(shè)計米思米官網(wǎng)上的零件可參考：

也可免費索取手冊2結(jié)構(gòu)設(shè)計國內(nèi)類似的網(wǎng)站，怡合達：

2結(jié)構(gòu)設(shè)計可選擇網(wǎng)上加工零件，例如淘寶、阿里巴巴。

搜索關(guān)鍵詞：機加工零件、定制優(yōu)點：不論訂單大小都能給做，速度快，省

時間；缺點：有需要返工修改的不容易處理。米思米官網(wǎng)上很多標準件可定制尺寸，即“追加工”米思米的零件加工質(zhì)量很高，但價格高3~5倍如圖所示是機器人關(guān)節(jié)設(shè)計中，軸承在軸向定位的實例。內(nèi)環(huán)和外環(huán)都有臺肩或壓蓋（環(huán)）定位。注：紅色圈內(nèi)是軸承帶螺紋軸的軸承臺階軸承自潤滑軸承軸用擋圈、卡環(huán)兩螺栓法蘭式軸承座單元，或稱外球面軸承：適合精度不高，容易別住、卡死的場合帶座軸承、軸承座組件6.

絲杠：絲杠可以在淘寶網(wǎng)上購買，一般選用滾珠絲杠，注意不能自鎖，梯形絲杠可以自鎖但效率只有30%多。滾珠絲杠的軸端支撐和連接方式都是標準的，有標準的鎖緊螺母和軸座，軸座內(nèi)有成對的角接觸軸承，不需要自己做。7.導(dǎo)軌及滑塊，線性模組：直線運動一般用線性導(dǎo)軌配滑塊，上銀的產(chǎn)品性價比較好，在淘寶上選用參數(shù)介紹比較詳細的店鋪購買，可以按需定制截長度。滑塊有長短兩種，每根導(dǎo)軌還可以用兩個短滑塊，溜板要自己做，精度高的情況下要注意導(dǎo)軌定位方法，在上銀手冊或網(wǎng)站上有介紹。若要驅(qū)動，一般還需配絲杠，螺母連在溜板下面；精度不高時也可以用光軸和線性軸承的組合，比較好裝配。注意兩端要有擋塊，防止滑塊脫出滾珠掉落。也可用同步帶代替絲杠；可以選擇整體的線性模組，精度高但價格高。8.聯(lián)軸器：負載軸和電機軸的連接必須用聯(lián)軸器，推薦光大的聯(lián)軸器，品種很全，盡量不用剛性聯(lián)軸器，按需選用繞線型、膜片型、梅花型的聯(lián)軸器，其兩端孔可按需定制尺寸，電機座盡量用同軸型的，不用分體式的，即同時與電機和負載連接并通過止口外圓保證同心。要考慮鎖緊聯(lián)軸器螺釘時的扳手空間。2結(jié)構(gòu)設(shè)計非標設(shè)計的思路之二：選材線性模組（直線滑臺模組，經(jīng)濟型，用光軸做導(dǎo)軌）經(jīng)濟型的直線導(dǎo)軌滑臺，或稱線性模組采用標準導(dǎo)軌，可自己配電機常用的三種聯(lián)軸器膜片式聯(lián)軸器，適合伺服電機、絲杠組合梅花瓣式聯(lián)軸器，拆裝組合方便繞線式聯(lián)軸器，小巧，適合小扭矩場合9.電機：有交流、直流調(diào)速電機、步進電機和伺服電機，一般要配減速箱，否則扭矩不夠或轉(zhuǎn)動慣量不匹配，可成套采購，同時要采購驅(qū)動器，考慮是否控制方便；10.減速器：有行星減速機、蝸輪蝸桿減速機、齒輪組減速機，注意自鎖要求和效率，還有尺寸要求；11.齒輪：要考慮安裝是否方便，能不用到齒輪就不用。有尼龍齒輪可以替代金屬的；12.同步帶輪和同步帶：為了滿足傳動空間要求，有時要用到，傳動精度高與齒輪類似，嚴格講有選型公式和圖表，米思米手冊上有；要考慮與軸的連接方法，一般是定心性好的漲緊式安裝，也有簡易的螺絲頂緊安裝；需要考慮同步帶張緊方式，有推板（壓板）張緊、惰輪張緊、偏心盤張緊三種方式；同步帶的使用介紹參見視頻：/zvideo/12219181946568704002結(jié)構(gòu)設(shè)計非標設(shè)計的思路之二：選材13.調(diào)整件：墊圈、墊片、可調(diào)關(guān)節(jié)地腳（腳杯）、兼具輪子和可調(diào)支撐功能的福馬輪等，網(wǎng)上都有；14.減摩擦件、減震件、緩沖件：聚四氟乙烯可做低摩擦副，聚氨酯可做緩沖件，網(wǎng)上有現(xiàn)成產(chǎn)品；15.常用金屬材料：考慮輕巧可采用鋁合金，偏硬的即可，強度好些的用7075鋁合金；鋼件一般45號碳鋼或A3鋼，不用鑄鐵；薄板可以用不銹鋼線切割加工或鈑金；常用非金屬材料：定位治具、擋塊可采用賽鋼；緩沖用材料一般采用聚氨酯；設(shè)備安全門、外殼常采用亞克力板；滑動摩擦、密封性材料可采用聚四氟乙烯；電子設(shè)備用絕緣材料常采用電木。16.夾緊件：有現(xiàn)成的鋁合金抱軸軸座（光軸支架），利用螺釘產(chǎn)生開口處孔的彈性變形鎖緊。2結(jié)構(gòu)設(shè)計非標設(shè)計的思路之二：選材29材料類型名稱特性常用領(lǐng)域圖片非金屬材料聚甲醛（賽鋼）彈性好、耐磨性好擋塊聚氨酯彈性好緩沖材料有機玻璃（亞克力）透明性設(shè)備安全防護罩聚四氟乙烯密封性好、耐腐蝕性好密封材料、滑動摩擦材料電木絕緣性好電子設(shè)備工裝材料常用工程材料常用工程材料金屬材料名稱特性常用領(lǐng)域圖片鋁合金AL60601抗腐蝕性好、機加工性好機械常用板件AL6063抗腐蝕性好、機加工性好鋁型材鋼材Q235A結(jié)構(gòu)強度高、焊接性能好機械常用板件、鈑金件45結(jié)構(gòu)剛度高軸、高負載零件不銹鋼SUS303耐腐蝕性好高強度耐腐蝕領(lǐng)域SUS304耐腐蝕性好不銹鋼鈑金國產(chǎn)的同步帶輪，用脹緊套和軸連接，注意漲緊套使用時必須內(nèi)孔和外圓都同實體接觸，否則起不到漲緊作用。misumi同步帶輪及使用案例，通常S3M型帶輪和10mm寬的S3M齒形帶就能滿足一般要求，若有高扭矩需求要通過校核，查表選取帶和帶輪。國產(chǎn)的一種價格低廉的同步帶輪，用鍵槽和頂絲頂緊和軸連接，容易產(chǎn)生間隙和磨損，不推薦長期使用同步帶的三種張緊方式方式一：螺釘+推板結(jié)構(gòu)簡單但容易松動方式二：旋轉(zhuǎn)標配的偏心輪5（有專用標準件可選購），調(diào)整張緊量，張緊可靠，但容易受結(jié)構(gòu)尺寸限制方式三：通過偏心盤調(diào)整張緊量，轉(zhuǎn)動偏心盤即可實現(xiàn)張緊量調(diào)整。偏心量+/-3mm左右。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，不容易松動17.電路板：自己設(shè)計的話，最好出圖做印刷電路板，簡單處理可以用焊盤加跳線的試驗板，但外觀一般；18.端子：接線端必須有接線端子，不能是散線加膠帶纏繞；端子有多種形式，使用時還需配相應(yīng)的端子壓線鉗；19.電纜：要考慮導(dǎo)線中的電流大小即功率，配相應(yīng)粗細的電纜；有干擾抑制和信號屏蔽要求的用屏蔽雙絞線；有大幅度拖動的地方宜采用彈簧線，有來回移動的地方需用拖鏈；20.套管：多根電纜在一起時，用纏繞管包覆或綁扎固定，用電纜固定用粘貼片、粘扣和軋帶等固定；21.電控箱：有較多強弱電的電氣元件時，需要放置在一個電控箱內(nèi)，網(wǎng)上有各種尺寸和材料的電控箱；22.其他：按鈕、接觸器、開關(guān)斷路器、限位開關(guān)、LED燈、線性電源和開關(guān)電源、出線護套等等，種類很多，有廠家的手冊可以翻閱選用，直接售賣的地方是上海的北京東路，感興趣的話可以直接去采購，都已了解清楚的話可直接網(wǎng)上選購。2結(jié)構(gòu)設(shè)計非標設(shè)計的思路之二：選材2結(jié)構(gòu)設(shè)計非標設(shè)計的思路之二：常用機構(gòu)選型氣缸+軸優(yōu)點：成本最低缺點：①通常只能兩點間移動，過程中不能停止。②水平傳動時負載不宜過大。③行程距離短，300mm以內(nèi)較多。氣缸+滑軌優(yōu)點：水平傳動時可以受的負載比軸大的多。缺點：通常只能兩點間移動，過程中不能停止。電機+軸+皮帶優(yōu)點：①可通過驅(qū)動器控制在任意某處停止，可以多位置傳動。缺點：①皮帶傳動精度不高。2結(jié)構(gòu)設(shè)計非標設(shè)計的思路之二：常用機構(gòu)選型電機+皮帶+滑軌缺點：精度不高。優(yōu)點：①可以長距離傳動。②水平傳動時負載比軸大的多。③可以通過驅(qū)動器控制任意某

處停止，可以多位置傳動。電機+齒條+滑軌優(yōu)點：①齒條，可以長距離傳動，但

加工難度大。②水平傳動時負載相對軸大的多。

③可以通過驅(qū)動器控制任意某

處停止，可以多位置傳動。電機+絲缸+軸或滑軌優(yōu)點：精度高缺點：成本最高1.緊固件類型的選用：螺栓、螺釘、螺柱等多種類型，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)外形和功用進行選擇2.緊固件的長度選擇：根據(jù)所要緊固件的厚度+一固定值進行選取，過長影響美觀，過短無法可靠緊固連接。螺栓的長度見下表，其中T為夾緊厚度。2結(jié)構(gòu)設(shè)計常用標準件的選用-緊固件結(jié)構(gòu)件之間的聯(lián)接零件的相關(guān)分為直接相關(guān)和間接相關(guān)兩類。凡兩零件有直接裝配關(guān)系的，成為直接相關(guān)。沒有直接裝配關(guān)系的相關(guān)成為間接相關(guān)。間接相關(guān)又分為位置相關(guān)和運動相關(guān)兩類。位置相關(guān)是指兩零件在相互位置上有要求，如減速器中兩相鄰的傳動軸，其中心距必須保證一定的精度，兩軸線必須平行，以保證齒輪的正常嚙合。運動相關(guān)是指一零件的運動軌跡與另一零件有關(guān)，如車床刀架的運動軌跡必須平行于于主軸的中心線，這是靠床身導(dǎo)軌和主軸軸線相平行來保證的，所以，主軸與導(dǎo)軌之間位置相關(guān)；而刀架與主軸之間為運動相關(guān)。機械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計準則機械設(shè)計的最終結(jié)果是以一定的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出來的，按所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行加工、裝配，制造成最終的產(chǎn)品。所以，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足作為產(chǎn)品的多方面要求，基本要求有功能性、可靠性、工藝性、經(jīng)濟性和外觀造型等方面的要求。此外，還應(yīng)改善零件的受力，提高強度、剛度、精度和壽命。因此，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的錯誤或不合理，可能造成零部件不應(yīng)有的失效，使機器達不到設(shè)計精度的要求，給裝配和維修帶來極大的不方便。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)考慮如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計準則。1.可以參考機械設(shè)計手冊選取公差配合，考慮到裝配和拆卸，一般不用過盈配合傳遞力；2.需要配合精度還不想查手冊的話，孔公差上+0.02，下0，配合的軸公差上0，下-0.02；3.設(shè)計基準的選取非常重要，一般是考慮加工時的大平面、端面、裝夾面，必須統(tǒng)一基準；4.一般機加工水平是0.02mm，不要定更高的公差要求，否則需要格外小心或特殊機床上制造；5.不標公差的尺寸，在技術(shù)要求中說明缺省公差大小，目前不標的尺寸機加工都能到0.1~0.5mm水平；一般螺紋孔相對邊和孔之間的位置不標公差，孔和孔之間的距離因有位置關(guān)系必須標注尺寸，精度可控制在0.1mm，更高的孔間距離精度也達不到，高精度的需要鉸孔；6.不要標注過多的尺寸公差，重要尺寸要在圖中特別強調(diào)，有三維參考圖和多個剖面圖參考，精加工面要小；7.材料比較軟的零件無法滿足高精度尺寸和粗糙度要求，需要磨削的表面要有一定硬度；8.設(shè)計時要考慮機床的加工能力，有些件用五軸機床才可以，只能3D打印，需要避免，應(yīng)簡化設(shè)計。非標設(shè)計思路之三：簡化公差配合3工藝和裝配零部件工藝設(shè)計—公差Q:公差是什么？A:一種由符號和書寫規(guī)則構(gòu)成句法的標準化的圖示語言門手柄裝配門護板的孔應(yīng)保證外手柄總成的機構(gòu)通過性Pion1Pion2零部件工藝設(shè)計—公差Q:公差是干什么的？平面圖功能公差結(jié)合形狀公差保證窗安裝性+

美觀性定向公差保證窗開啟關(guān)閉操作定位公差保證窗定位安裝要求平面圖YESYESYESYESNOYESNOYESYESYESYESNOYESNONONOYESNONONONONONOYES對窗座而言所有可能的方案定位定向形狀零部件工藝設(shè)計—公差零件合格嗎?XXXXXYYYYY70±0.170.5±0.2尺寸公差70±0.170.5±0.2最小間隙=70.3-70.1=0,2安裝性

0k最小70.3最大70.1Q:公差能解決什么問題？零部件工藝設(shè)計—公差零件尺寸合乎要求,但不能安裝尺寸公差零件能安裝嗎?造成問題的原因：僅僅考慮尺寸公差需要規(guī)范形位公差Q:公差能解決什么問題？零部件工藝設(shè)計—公差

公差術(shù)語、符號和標注

公差框架（Toleranceschemes）

公差建模（Tolerancemodelingandrepresentation）公差規(guī)范（Tolerancespecification）公差分析（Toleranceanalysis）公差分配（Tolerancesynthesisorallocation）零部件工藝設(shè)計—公差定向公差形狀公差（a.直線度、b.平面度、c.圓度、d.圓柱度）輪廓公差（a.線輪廓度、b.面輪廓度）定向公差（a.垂直度、b.傾斜度、c.平行度)定位公差（a.位置度、b.同軸度、c.對稱度）跳動公差（a.圓跳動、b.全跳動）

公差分類尺寸公差形位公差定位公差形狀公差零部件工藝設(shè)計—公差

基準、基準體系47基準Datum—與被測要素有關(guān)且用來定義其幾何位置關(guān)系的一個幾何理想要素(如軸線、直線、平面等)，可由零件上的一個或多個要素構(gòu)成。基準要素DatumFeature—在加工和檢測過程中用來建立基準，且具有足夠精度的實際表面。模擬基準要素零件1零件2基準要素(一個底面)

在建立基準的過程中會排除基準要素本身的形狀誤差實際是對6個自由度的約束。三個相互垂直的理想(基準)平面構(gòu)成的空間直角坐標系，想象6個自由度零部件工藝設(shè)計—公差48名稱簡單基準中間基準共同基準根據(jù)零件多個因素的單一幾何尺寸因素在零件單一因素上的唯一幾何尺寸要素

符合一個孔的軸

或?qū)ΨQ軸

ABA尺寸線條必須在

黑色三角的延長線中表示定義AAB標注基準標注基準NFE04-554ISO5459AAA0,2BB標注基準ABA-B0.4A-B或B-AB-A標注基準

順序不重要零部件工藝設(shè)計—公差公差標準規(guī)范機構(gòu)（Organization）

國際生產(chǎn)工程協(xié)會（CIRP:CollegeInternationalpourResearchenProduction）

美國機械工程師協(xié)會和標準技術(shù)委員會（ASMEandNIST）計算機輔助公差分析促進協(xié)會（ADCATS:AssociationfortheDevelopmentofComputer-AidedTolerancingSoftware）

公差分析（Toleranceanalysis）裝配可行性

裝配質(zhì)量零部件工藝設(shè)計—公差公差計算方法（Method）極值法（Worstcase）

統(tǒng)計法（Statisticalway）蒙特卡洛（MonteCarlo）公差=A.part)2+（B.part)2+(C.part)2公差=(A.part)+(B.part)+(C.part)零部件工藝設(shè)計—公差裝配體公差帶算例（150±0.54）30±0.270±0.350±0.4150±?統(tǒng)計法極值法（0.4）+（0.6）+（0.8）=1.8（150±0.9）零部件工藝設(shè)計—公差非標設(shè)計思路之四：強度和剛度設(shè)計1、強度和剛度是兩個不同概念，一個是從防破壞能力角度講，另一個是從變形量角度講。嚴格地說，零件的強度和剛度都需要通過設(shè)計校核，例如材料的拉伸、彎曲、剪切強度，接觸的疲勞強度校核等，有很多公式，靠記憶是記不住的，但要知道相關(guān)因素是在公式中分子還是分母上，在尺寸選擇時就要考慮到，不可能每個零件都要計算一下再定尺寸，有一個直觀的尺度判斷依據(jù)是：設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)看上去要勻稱，直觀上沒有不舒服的感覺。2、有些關(guān)鍵零件要通過有限元軟件分析一下；通常強度容易滿足，但剛度憑直觀經(jīng)驗不能確定，就需要仿真計算。3工藝和裝配非標設(shè)計思路之四：強度和剛度設(shè)計3、有些移動機構(gòu)對減重的要求較高，零件重量輕了就更容易轉(zhuǎn)動慣量匹配，也容易控制。減重的方法是盡量把材料分布到外表面，中空結(jié)構(gòu)或開減重槽，注意壁厚不能太薄（比如1.5mm以下），否則會失穩(wěn)，尤其是非閉合的結(jié)構(gòu)。閉合結(jié)構(gòu)比如鋁合金筒體，2mm的壁厚已經(jīng)具備很高的剛度。經(jīng)驗數(shù)據(jù)：鋁合金板：一般選擇壁厚6mm，這樣在側(cè)面可以方便做M4的螺紋連接；筒體壁厚1.5∽2mm，軸座壁厚10mm左右；對400mm以上的面，壁厚10mm∽20mm。螺釘：盡量用M4及以上的螺釘，否則緊固力不足。M6螺釘適合多數(shù)場合，一圈用6個。M2.5以下的螺釘盡量不用。

考慮到設(shè)計約束，有些件的厚度不是通過計算得到，而是要優(yōu)先考慮連接時的最小厚度。4、組合結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)的選擇：通常為了零件加工方便采用分體化設(shè)計，但現(xiàn)在3軸雕刻機已普及，有些要求精度高、重量輕和便于裝配的零件也設(shè)計成復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)。3工藝和裝配等強度準則零件截面尺寸的變化應(yīng)與其內(nèi)應(yīng)力變化相適應(yīng)，使各截面的強度相等。按等強度原理設(shè)計的結(jié)構(gòu)，材料可以得到充分的利用，從而減輕了重量、降低成本。如懸臂支架、階梯軸的設(shè)計等，如下圖所示。圖1(2)合理力流結(jié)構(gòu)為了直觀地表示力在機械構(gòu)件中怎樣傳遞的狀態(tài)，將力看作猶如水在構(gòu)件中流動，這些力線匯成力流。表示這個力的流動在結(jié)構(gòu)設(shè)計考察中起著重要的作用。力流在構(gòu)件中不會中斷，任何一條力線都不會突然消失，必然是從一處傳入，從另一處傳出。力流的另一個特性是它傾向于沿最短的路線傳遞，從而在最短路線附近力流密集，形成高應(yīng)力區(qū)。其它部位力流稀疏，甚至沒有力流通過，從應(yīng)力角度上講，材料未能充分利用。因此，若為了提高構(gòu)件的剛度，應(yīng)該盡可能按力流最短路線來設(shè)計零件的形狀，減少承載區(qū)域，從而累積變形越小，提高了整個構(gòu)件的剛度，使材料得到充分利用。非標設(shè)計思路之四：強度和剛度設(shè)計3機械裝配裝配的流程項目裝配系統(tǒng)合成圖：零件——套件——組件——部件——機器1、首先確定安裝方法和安裝順序；2、裝配所需要的工具和設(shè)備;3、組件、部件可以單獨裝配，每

次裝配都需提前確定基準零件;4、明確裝配精度1）尺寸精度2）位置精度3）相對位置精度4）接觸精度5、采取的安全措施3機械裝配3設(shè)備布線1、動力電路的線徑選擇2、控制電路的線徑選擇3、電線顏色規(guī)范4、強、弱電線盡可能分槽布線；5、每個接線端子的接線不能超過兩根；6、接線應(yīng)留有余量不可繃緊。加工工藝的設(shè)計準則所謂好的加工工藝指的是零部件的結(jié)構(gòu)易于加工制造，任何一種加工方法都有可能不能制造某些結(jié)構(gòu)的零部件，或生產(chǎn)成本很高，或質(zhì)量受到影響。因此，對于設(shè)計者認識一種加工方法的特點非常重要，以便在設(shè)計結(jié)構(gòu)時盡可能的揚長避短。實際中，零部件結(jié)構(gòu)工藝性受到諸多因素的制約，如生產(chǎn)批量的大小會影響坯件的生成方法；生產(chǎn)設(shè)備的條件可能會限制工件的尺寸；此外，造型、精度、熱處理、成本等方面都有可能對零部件結(jié)構(gòu)的工藝性有制約作用。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)充分考慮上述因素對工藝性的影響。3工藝和裝配裝配的設(shè)計準則（1）合理劃分裝配單元整機應(yīng)能分解成若干可單獨裝配的單元（部件或組件），以實現(xiàn)平行且專業(yè)化的裝配作業(yè)，縮短裝配周期，并且便于逐級技術(shù)檢驗和維修。（2）使零部件得到正確安裝-保證零件準確的定位。如圖所示的兩法蘭盤用普通螺栓連接。圖（a）所示的結(jié)構(gòu)無徑向定位基準，裝配時不能保證兩孔的同軸度；圖（b）以相配的圓柱面作為定位基準，結(jié)構(gòu)合理。3工藝和裝配裝配的設(shè)計準則（1）合理劃分裝配單元（2）使零部件得到正確安裝（3）使零部件便于裝配和拆卸結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)保證有足夠的裝配空間，如扳手空間；避免過長配合以免增加裝配難度，使配合面擦傷，如有些階梯軸的設(shè)計；為便于拆卸零件，應(yīng)給出安放拆卸工具的位置，如軸承的拆卸。3工藝和裝配非標設(shè)計思路之四：制造和裝配工藝零件圖紙要清晰，字體大小合適，按需提供詳細的分圖，最好有裝配圖，方便工廠定工藝；交給工廠加工時有特別要求需提前溝通，絕大多數(shù)的設(shè)計可以簡化，工廠一般都是按圖加工，不考慮是否好用；一般工廠的加工水平是有普通車床、銑床等，數(shù)控加工中心也有，但一般零件不用數(shù)控，僅復(fù)雜件用；一般做單件小批的工廠規(guī)模都很小，10人左右，水平都比較接近，上海的需有長期合作關(guān)系；網(wǎng)上的委托機械加工也有，工期快，缺點是出現(xiàn)質(zhì)量問題異地不方便處理；3工藝和裝配非標設(shè)計思路之四：制造和裝配工藝通常自己裝配即可，僅少數(shù)作品在裝配時需要在工廠內(nèi)進行，比如微調(diào)配合

等，或缺少裝配工具時；裝配非常需要經(jīng)驗和技術(shù)水平，對于高精度的樣機，裝配手法不同導(dǎo)致精度不同，合格的零件也可能裝配出不合格的樣機。要考慮裝配順序和裝配基準；裝軸承時盡量不要用錘子敲擊，必要時需要有銅錘或壓入工具；6.裝配時的調(diào)整和修配是必不可少的。注意外圓用砂紙和銼刀修不圓；螺釘要選

用合適長度的；缺東西時不要隨意替代。3工藝和裝配3工藝和裝配精度等級尺寸精度范圍Ra值范圍(um)相應(yīng)的加工方法低精度IT13~IT1125~12.5粗車、粗鏜、粗銑、粗刨、鉆孔等中等精度IT10~IT96.3~3.2半精車、半精鏜、半精銑、半精刨、擴孔等IT8~IT71.6~0.8精車、精鏜、精銑、精刨、粗磨、粗鉸等高精度IT7~IT60.8~0.2精磨、精鉸特別精密精度IT5~IT2Ra<0.2研磨、珩磨、超精加工、拋光等零件精度等級及相應(yīng)的加工方法國標：GB/T25372-2010金屬切削機床精度分級。國家標準規(guī)定：常用的精度等級分為20級，分別用IT01、IT0、...IT18表示。數(shù)字越大，精度越低。其中IT5-IT13常用3工藝和裝配表面粗糙度的選擇評定數(shù)值已標準化，設(shè)計時表面粗糙度輪廓參數(shù)允許值從GB/T1031-2009規(guī)定的參數(shù)值系列中選取Ra(um)≤表面狀況加工方法應(yīng)用舉例12.5可見刀痕粗車、粗銑、非結(jié)合表面，如軸的端面6.3可見加工痕跡車、銑、鉆、磨不重要零件的非配合表面，如：軸，支架3.2微見加工痕跡車、銑、鉆、磨和其他零件連接不形成配合的表面，如箱體、外殼。1.6看不清加工痕跡車、鏜、銑、磨普通精度齒輪的齒面，定位銷孔0.8可辨加工痕跡的方向車、鏜、磨、立銑要求保證定心及配合特性的表面，如追銷與圓柱銷的表面0.4微辨加工痕跡的方向鉸、磨、要求長期保持配合性質(zhì)穩(wěn)定的配合表面，IT7的軸孔表面4方案驗證設(shè)計的裝配方案有的時候會與實際情況有偏差，因此在出具加工圖紙進入加工階段前需要驗證整體設(shè)計的運動是否能滿足預(yù)定要求，眼下普遍使用的3D制圖軟件如UG、Solidwork、3DMax等都有模擬裝配的功能。通過這些軟件的功能可以模擬結(jié)構(gòu)的運動狀態(tài)，裝配工藝制定，預(yù)先了解實際裝配中可能出現(xiàn)的問題，從而事先改正，避免設(shè)計錯誤。5裝配和調(diào)試常用工具常用工具5裝配和調(diào)試5裝配和調(diào)試常用工具帶傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試帶傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試帶傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試鏈傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試鏈傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試鏈傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試鏈傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試絲桿螺母傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試絲桿螺母傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試絲桿螺母傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試絲桿螺母傳動的裝配與調(diào)試5裝配和調(diào)試電動機選型用途名稱特點控制用無刷直流電動機機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長，維護方便步進電動機脈沖驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低伺服電動機轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號的控制，轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續(xù)變化；電動機的反應(yīng)快、體積小、控制功率小。力矩電動機低轉(zhuǎn)速和大力矩，但機械特性較軟，控制精度較差驅(qū)動用異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，力矩較小，調(diào)速范圍小，額定轉(zhuǎn)速較高永磁同步電動機轉(zhuǎn)子與定子的旋轉(zhuǎn)磁場同步運行，力矩大體積小，調(diào)速范圍大，額定轉(zhuǎn)速較低。工作制：S1~S10（本質(zhì)是考慮發(fā)熱），常見的S1連續(xù)工作制、S4包括起動的斷續(xù)周期工作制、S5包括電制動的斷續(xù)周期工作制功率：電動機額定功率（力矩）應(yīng)稍大于負載功率。注意減速器等傳動部件的效率；轉(zhuǎn)速：電動機額定速度應(yīng)稍大于負載速度，注意變頻器（調(diào)速器）的調(diào)速不是萬能的；力矩：電動機額定力矩應(yīng)稍大于負載力矩，電動機最大堵轉(zhuǎn)力矩應(yīng)稍大于負載最大力矩。注意機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是否有死角（鎖死點），接近死角（鎖死點）往往力矩很大。81電動機選型功率：額定功率（力矩）應(yīng)稍大于負載功率。經(jīng)驗是選擇相當(dāng)于S1工作制的電機功率,或者大一檔的S4和S5工作制的電機功率；電流：額定電流應(yīng)稍大于電動機額定電流速度。短時大電流（常出現(xiàn)在啟動、制動或者機械結(jié)構(gòu)接近死角時）應(yīng)在產(chǎn)品承受的范圍內(nèi)（短時大電流和持續(xù)時間有關(guān)，各產(chǎn)品過載能力不同，要查閱產(chǎn)品網(wǎng)站或說明書）。變頻器（控制器）選型安全電壓為36V，高于此電壓理論上均可能致人傷亡。截面積小于0.75mm2的導(dǎo)線不要作為單根的連接線使用，因為機械強度不夠。動力線路和控制（操控）線路應(yīng)分離，功能上可使用繼電器或繼電接觸器控制；所有電氣設(shè)備均要接地保護，最好的接地保護是使用漏電保護器，可移動電氣設(shè)備必須使用漏電保護器。和電氣相關(guān)的安全注意事項通電前所有電氣接口均應(yīng)該封閉、連接良好，最低要求接口縫隙直徑不能大于12.5mm（手指粗細）。接地線直徑應(yīng)和動力線直徑相當(dāng)，