1、章机械系统总体设计章机械系统总体设计节机械系统的方案设计节机械系统的方案设计方案设计由三个基本活动组成，即创造、方案设计由三个基本活动组成，即创造、分析和决策。设计过程的开始是提出一种分析和决策。设计过程的开始是提出一种需求，即为预定设计目标，它可以由使用需求，即为预定设计目标，它可以由使用者或生产者提出。者或生产者提出。机械产品的方案设计是先确定它的工作原机械产品的方案设计是先确定它的工作原理方案，再确定机械运动方案。机械产品理方案，再确定机械运动方案。机械产品的工作原理方案和机械运动方案的好坏是的工作原理方案和机械运动方案的好坏是决定产品性能、成本，关系到产品水平和决定产品性能、成本，关系
2、到产品水平和竞争能力的关键所在。因此，机械运动方竞争能力的关键所在。因此，机械运动方案的设计阶段是机械产品设计中的最重要案的设计阶段是机械产品设计中的最重要的设计阶段。的设计阶段。一、方案设计的方法和步骤一、方案设计的方法和步骤 对于机械产品来说，在功能分析和工对于机械产品来说，在功能分析和工作原理确定的基础上进行工艺动作构思作原理确定的基础上进行工艺动作构思和工艺动作分解，初步拟定各执行构件和工艺动作分解，初步拟定各执行构件动作相互协调配合的运动循环图，提出动作相互协调配合的运动循环图，提出机械运动方案和进行机械运动简图的设机械运动方案和进行机械运动简图的设计，这就是机械产品方案设计阶段的主
3、计，这就是机械产品方案设计阶段的主要内容。要内容。（一）方案构思的常用方法（一）方案构思的常用方法 1黑箱法黑箱法 对于要解决的问题，设计人员难以对于要解决的问题，设计人员难以立即认识，犹如对待一个不透明、不知立即认识，犹如对待一个不透明、不知其内部结构的其内部结构的“黑箱黑箱”。利用对未知系。利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为黑工作原理与内部结构，这种方法称为黑箱法。箱法。2列举法
4、列举法 以现有功能类似的机械作对象，列以现有功能类似的机械作对象，列举其优点，在新方案中保留；列举其举其优点，在新方案中保留；列举其缺点，以便避免；列举其不足（或不缺点，以便避免；列举其不足（或不同）之处，以便作必要的补充。在继同）之处，以便作必要的补充。在继承基础上创新，可使新方案尽可能完承基础上创新，可使新方案尽可能完善。善。3移植法移植法 受其它事物（也许与本课题毫无直接受其它事物（也许与本课题毫无直接关系的事物）的启迪，触发灵感，运用关系的事物）的启迪，触发灵感，运用联想将其原理合理地应用到自己的课题联想将其原理合理地应用到自己的课题上。如将香水喷雾器原理移植到内燃机上。如将香水喷雾器
5、原理移植到内燃机上，发明了内燃机燃油雾化喷嘴；将移上，发明了内燃机燃油雾化喷嘴；将移动推杆盘形凸轮机构的工作原理移植到动推杆盘形凸轮机构的工作原理移植到齿轮上，发明了活齿齿轮。齿轮上，发明了活齿齿轮。4.筛选法筛选法 将有可能实现该功能要求的工作原理、将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作及实现该运动的基本机构和组工艺动作及实现该运动的基本机构和组合机构尽可能按层次罗列出来，进行排合机构尽可能按层次罗列出来，进行排列组合；再按可行性、先进性、方便性、列组合；再按可行性、先进性、方便性、经济性逐个分析审查，淘汰不适合的。经济性逐个分析审查，淘汰不适合的。经过不断筛选，剩下两三个方案再按方经过
6、不断筛选，剩下两三个方案再按方案设计的有关步骤进行案设计的有关步骤进行。（二）方案设计的一般步骤（二）方案设计的一般步骤 根据产品功能要求、工作性质及动作根据产品功能要求、工作性质及动作过程等基本要求进行新机械的方案设计时，过程等基本要求进行新机械的方案设计时，要将总功能分解为各分功能以及各功能要将总功能分解为各分功能以及各功能元，并找出各功能元的动作要求和运动规元，并找出各功能元的动作要求和运动规律；律；按各功能元的动作要求和运动规律按各功能元的动作要求和运动规律确定机械示意图（亦可称为机械运动方确定机械示意图（亦可称为机械运动方案）；案）；按各功能元的运动规律、动作过按各功能元的运动规律、
7、动作过程、动力性能等要求来进行机械运动简图程、动力性能等要求来进行机械运动简图的尺度综合。的尺度综合。将机械运动方案中各个机构运动尺寸将机械运动方案中各个机构运动尺寸计算确定之后就得到机械运动简图。机计算确定之后就得到机械运动简图。机械运动简图的设计就是机械运动系统的械运动简图的设计就是机械运动系统的尺度综合。尺度综合。机械运动方案设计阶段，要求完成机械运动方案设计阶段，要求完成机械产品的功能分析，功能原理求解和机械产品的功能分析，功能原理求解和通过评价决策得到最佳功能原理和机械通过评价决策得到最佳功能原理和机械运动方案，也就是初步完成机械运动简运动方案，也就是初步完成机械运动简图设计中的机构
8、选型和组合应用的分析图设计中的机构选型和组合应用的分析和设计。和设计。机械运动简图设计中几个主要步骤的大机械运动简图设计中几个主要步骤的大致内容致内容：1、机械总功能的分解、机械总功能的分解 根据机械总功能要求，选定机械的工根据机械总功能要求，选定机械的工作原理、工艺动作过程以及实现工艺动作原理、工艺动作过程以及实现工艺动作过程的功能原理解。作过程的功能原理解。根据机械的工作原理和功能原理解，根据机械的工作原理和功能原理解，就可以确定出机械所需要的执行构件的就可以确定出机械所需要的执行构件的数目、运动形式以及它们之间的运动协数目、运动形式以及它们之间的运动协调配合关系等要求。调配合关系等要求。
9、2绘制机械运动循环图绘制机械运动循环图 按机械的工作原理、执行构件运动协调配合按机械的工作原理、执行构件运动协调配合要求，绘制出机械运动循环图，作为各执行机要求，绘制出机械运动循环图，作为各执行机构的选型和拟定机构的组合方案的依据。构的选型和拟定机构的组合方案的依据。3各执行机构综合各执行机构综合 确定各执行构件的运动参数和生产阻力，选确定各执行构件的运动参数和生产阻力，选择合适的原动机。然后选择各机构的类型，进择合适的原动机。然后选择各机构的类型，进行综合。在进行机构综合时要考虑机构功能、行综合。在进行机构综合时要考虑机构功能、结构、尺寸、动力特性等多种因素，同时要考结构、尺寸、动力特性等多
10、种因素，同时要考虑机械运动循环图所提出的运动协调配合要求。虑机械运动循环图所提出的运动协调配合要求。机构选型时应该进行综合评价，择优选用。机构选型时应该进行综合评价，择优选用。4作出机械运动示意图（机械运动方案作出机械运动示意图（机械运动方案图）图）根据机械的工作原理、执行构件运动的根据机械的工作原理、执行构件运动的协调配合要求和所选定的各执行机构，拟协调配合要求和所选定的各执行机构，拟定机构的组合方案，画出机械运动示意图，定机构的组合方案，画出机械运动示意图，这种示意图表示了机械运动配合情况和机这种示意图表示了机械运动配合情况和机构组成状况，代表了机械运动系统的方案，构组成状况，代表了机械运
11、动系统的方案，对于运动情况比较复杂的机械，机械运动对于运动情况比较复杂的机械，机械运动示意图还可以采用轴测投影的方法绘制出示意图还可以采用轴测投影的方法绘制出立体的机械运动示意图。立体的机械运动示意图。5各机构的尺度综合各机构的尺度综合 根据各执行构件、原动件的运动参数根据各执行构件、原动件的运动参数及各执行构件运动的协调配合要求，同及各执行构件运动的协调配合要求，同时还要考虑动力性能要求，确定各机构时还要考虑动力性能要求，确定各机构中各构件的几何尺寸（指机构的运动尺中各构件的几何尺寸（指机构的运动尺寸）或几何形状（如凸轮廓线）等。在寸）或几何形状（如凸轮廓线）等。在进行机构的尺度综合时要考虑
12、机构的静进行机构的尺度综合时要考虑机构的静态和动态误差的分析。态和动态误差的分析。6绘制机械运动简图绘制机械运动简图 对各机构尺度综合所得结果，要从运对各机构尺度综合所得结果，要从运动规律、动力条件、工作性能等多方面动规律、动力条件、工作性能等多方面进行综合评价，确定合适的机构运动尺进行综合评价，确定合适的机构运动尺寸。然后绘制出机械运动简图。机械运寸。然后绘制出机械运动简图。机械运动简图应按比例尺画出各机构运动尺寸动简图应按比例尺画出各机构运动尺寸和几何形状。根据机械运动简图所求得和几何形状。根据机械运动简图所求得的运动参数、动力参数、受力情况可以的运动参数、动力参数、受力情况可以作为机械详
13、细设计（总图、零部件设计作为机械详细设计（总图、零部件设计等）的依据。等）的依据。二、设计任务抽象化与功能结构二、设计任务抽象化与功能结构 功能是抽象地描述机械产品输入量功能是抽象地描述机械产品输入量和输出量之间的因果关系。对具体产品和输出量之间的因果关系。对具体产品来说，功能是指产品的效能、用途和作来说，功能是指产品的效能、用途和作用。人们购置的是产品功能，人们使用用。人们购置的是产品功能，人们使用的也是产品功能。的也是产品功能。按照功能的重要程度，功能可分为按照功能的重要程度，功能可分为两类：基本的功能和辅助功能。基本功两类：基本的功能和辅助功能。基本功能是实现产品使用价值必不可少的功能，
14、能是实现产品使用价值必不可少的功能，辅助功能即产品的附加功能。辅助功能即产品的附加功能。（一）设计任务抽象化（一）设计任务抽象化 抽象化的目的是为了确定产品的总功能。抽象化的目的是为了确定产品的总功能。设计任务抽象化的步骤设计任务抽象化的步骤 ：确定总功能，确定总功能，抓住本质，扩展思路，寻找解决问题的多抓住本质，扩展思路，寻找解决问题的多种方法；种方法；将总功能分解为子功能直至功将总功能分解为子功能直至功能元；能元；寻求子功能（功能元）的解；寻求子功能（功能元）的解；原理解组合，形成多种原理设计方案；原理解组合，形成多种原理设计方案；方案评价与决策。方案评价与决策。（二）功能结构（二）功能结
15、构 类似电气系统线路图，分功能的关系也类似电气系统线路图，分功能的关系也可以用图来描述，表达分功能关系的图为可以用图来描述，表达分功能关系的图为功能结构图，功能结构图的建立是结合初功能结构图，功能结构图的建立是结合初步的工作原理或简单的构形设想进行的。步的工作原理或简单的构形设想进行的。1.基本功能结构基本功能结构 任何功能结构图，都由下面三种基本结任何功能结构图，都由下面三种基本结构形式组成：构形式组成：（1）串联结构）串联结构 反映了分功能之间的因果反映了分功能之间的因果关系或时间、空间顺序关系。关系或时间、空间顺序关系。（2）并联结构）并联结构 又称选择结构，几个分功又称选择结构，几个分
16、功能作为手段共同完成一个目的，或同时能作为手段共同完成一个目的，或同时完成某些分功能后才能继续执行下一个完成某些分功能后才能继续执行下一个分功能，则这几个分功能处于并联关系分功能，则这几个分功能处于并联关系。例如车床需要工件与刀具共同运动来完例如车床需要工件与刀具共同运动来完成加工物料的任务成加工物料的任务。（3）回路结构）回路结构 它又称循环结构，输出反它又称循环结构，输出反馈为输入的结构为循环结构。馈为输入的结构为循环结构。2建立功能结构图的要求建立功能结构图的要求 1）体现功能元或分功能之间的顺序关）体现功能元或分功能之间的顺序关系。这是功能结构图与功能分解图之间系。这是功能结构图与功能
17、分解图之间的重要区别。的重要区别。2）各分功能或功能元的划分及其排列）各分功能或功能元的划分及其排列要有一定的理论依据（物理作用原理）要有一定的理论依据（物理作用原理）或经验支持（以确保分功能或功能元有或经验支持（以确保分功能或功能元有明确解答）。明确解答）。3）不能漏掉必要的分功能或功能元，）不能漏掉必要的分功能或功能元，要保证得到预期的结果。要保证得到预期的结果。4）尽可能简单明了，但要便于实体解）尽可能简单明了，但要便于实体解答方案的求取。答方案的求取。3功能结构图的变化功能结构图的变化 实现同一总功能的功能结构可有多种，实现同一总功能的功能结构可有多种，改变功能结构常可发展出新的产品。
18、改改变功能结构常可发展出新的产品。改变的途径有：变的途径有：1）功能的进一步分解或重新组合。）功能的进一步分解或重新组合。2）顺序的改变。例如能量进入系统）顺序的改变。例如能量进入系统以后，其转换与传递顺序不同，实体解以后，其转换与传递顺序不同，实体解答方案亦将不同。答方案亦将不同。3）分功能联接型式改变。）分功能联接型式改变。4）系统边界的改变。必要时可扩大）系统边界的改变。必要时可扩大或缩小系统的功能，以求得更合理的解或缩小系统的功能，以求得更合理的解答方案。提高系统机械化、自动化程度答方案。提高系统机械化、自动化程度是其重要方面。是其重要方面。4建立功能结构图的步骤建立功能结构图的步骤
19、1）通过技术过程分析，划定技术系统的边）通过技术过程分析，划定技术系统的边界，定出其总功能。界，定出其总功能。2）划分分功能及功能元。通常是首先考虑）划分分功能及功能元。通常是首先考虑所应完成的主要工作过程的动作和作用，具体所应完成的主要工作过程的动作和作用，具体作法可参见功能分解。作法可参见功能分解。3）建立功能结构图，根据其物理作用原理、）建立功能结构图，根据其物理作用原理、经验或参照已有的类似系统，首先排定与主要经验或参照已有的类似系统，首先排定与主要工作过程有关的分功能或功能元的顺序，通常工作过程有关的分功能或功能元的顺序，通常先提出一个粗略方案，然后检验并完善其相互先提出一个粗略方案
20、，然后检验并完善其相互关系，补充其它部分。为了选出较优的方案，关系，补充其它部分。为了选出较优的方案，一般应同时考虑几个不同的功能结构。一般应同时考虑几个不同的功能结构。4）评比，选出最佳的功能结构方案。）评比，选出最佳的功能结构方案。进行评比的方面是：实现的可能性；复杂进行评比的方面是：实现的可能性；复杂程度；是否易于获得解答方案；是否满足程度；是否易于获得解答方案；是否满足特定要求。通常可取少数较好的方案进一特定要求。通常可取少数较好的方案进一步具体化，直至实体解答完全确定，可以步具体化，直至实体解答完全确定，可以明确看出差异时再最后选定。明确看出差异时再最后选定。把总功能分解成一系列分功
21、能（功能把总功能分解成一系列分功能（功能元）之后，构思的着重点在于：元）之后，构思的着重点在于：1）确定这些分功能，即工艺动作的运）确定这些分功能，即工艺动作的运动规律，不同的运动规律匹配不同的机动规律，不同的运动规律匹配不同的机构；构；2）同一种运动规律，可用（选用或创）同一种运动规律，可用（选用或创造）不同的机构型式来实现；造）不同的机构型式来实现；3）同一种功能，可选用不同的工作原）同一种功能，可选用不同的工作原理，不同的机构来满足功能要求；理，不同的机构来满足功能要求；4）同一种工作原理，可选用、创造不）同一种工作原理，可选用、创造不同的机构及其组合来实现。同的机构及其组合来实现。例：
22、衣物洗涤，例：衣物洗涤，如图如图2-6，2-7。根据机构在运动转换中的功能，可把根据机构在运动转换中的功能，可把各种机构分成如下五类：各种机构分成如下五类：1）实现运动形式变换的机构；）实现运动形式变换的机构；2）实现运动合成与分解的机构；）实现运动合成与分解的机构；3）实现运动轴线位置变换的机构；）实现运动轴线位置变换的机构；4）实现转速变换的机构；）实现转速变换的机构；5）实现运动分支、连接、离合、过）实现运动分支、连接、离合、过载保护等其它功能的机构或装置。载保护等其它功能的机构或装置。机械系统方案设计实例机械系统方案设计实例（一）四工位专用机床方案设计举例分析（一）四工位专用机床方案设
23、计举例分析1、机器的功能和设计要求、机器的功能和设计要求 四工位专用机床可完成装卸工件、钻孔、四工位专用机床可完成装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。其执行机构有扩孔、铰孔工作。其执行机构有2个，回转个，回转工作台和主轴箱（带工作台和主轴箱（带3把专用刀具）。把专用刀具）。2、工艺动作分解和机械运动循环图、工艺动作分解和机械运动循环图3、机构选型和机械运动方案的评比、机构选型和机械运动方案的评比第二节机械系统的总体设计第二节机械系统的总体设计一、总体设计的内容一、总体设计的内容 总体设计是机械系统内部设计的主要任总体设计是机械系统内部设计的主要任务之一，也是进行系统技术设计的依据。务之一，也是进行
24、系统技术设计的依据。总体设计对机械的性能、尺寸、外形、质总体设计对机械的性能、尺寸、外形、质量及生产成本具有重大影响。因此，总体量及生产成本具有重大影响。因此，总体设计时必须在保证实现已定方案的基础上，设计时必须在保证实现已定方案的基础上，尽可能充分考虑与人机环境、加工装尽可能充分考虑与人机环境、加工装配、运行管理等外部系统的联系，使机械配、运行管理等外部系统的联系，使机械系统与外部系统相协调和适应，以求设计系统与外部系统相协调和适应，以求设计更臻完善。更臻完善。总体设计的主要内容有：总体设计的主要内容有：1）总体布置设计；）总体布置设计；2）确定总体主）确定总体主要参数；要参数；3）绘制总体
25、设计图样；）绘制总体设计图样；4）编）编写总体设计报告书及技术说明书等。写总体设计报告书及技术说明书等。二、总体布置设计二、总体布置设计（一）总体布置的基本要求（一）总体布置的基本要求 总体布置是结构布局的细化，需具体总体布置是结构布局的细化，需具体确定各零部件之间的相对位置及联系尺寸、确定各零部件之间的相对位置及联系尺寸、运动和动力的传递方式及主要技术参数，运动和动力的传递方式及主要技术参数，并绘制总体布置图。并绘制总体布置图。总体布置的基本要求如下：总体布置的基本要求如下：1保证工艺过程的连续和流畅保证工艺过程的连续和流畅 通常机械系统工作的工艺过程包含多项通常机械系统工作的工艺过程包含多
26、项作业工序，例如一台联合收割机从作物切作业工序，例如一台联合收割机从作物切割、脱粒、分离、清选直至获得清洁的谷割、脱粒、分离、清选直至获得清洁的谷粒要经过许多工序；包装机械则有供料、粒要经过许多工序；包装机械则有供料、充填、裹包、封口、甚至清洗、堆码、盖充填、裹包、封口、甚至清洗、堆码、盖印、计量等多项工序。保证工艺过程的连印、计量等多项工序。保证工艺过程的连续和流畅是总体布置的最基本要求。续和流畅是总体布置的最基本要求。对于工作条件恶劣和工况复杂的机械，对于工作条件恶劣和工况复杂的机械，还应考虑运动零部件惯性力、弹性变形、还应考虑运动零部件惯性力、弹性变形、过载变形及热变形、磨损、制造及装配
27、过载变形及热变形、磨损、制造及装配误差等因素的影响，确保运动零部件必误差等因素的影响，确保运动零部件必需的安全空间，相互间不发生运动干涉。需的安全空间，相互间不发生运动干涉。例如，汽车的货厢与驾驶室后壁之间必例如，汽车的货厢与驾驶室后壁之间必需留有足够的间隙，以免当汽车在行驶需留有足够的间隙，以免当汽车在行驶中紧急制动时引起货厢与驾驶室相互撞中紧急制动时引起货厢与驾驶室相互撞击和摩擦。击和摩擦。2降低质心高度、减小偏置降低质心高度、减小偏置 任何机械都应能平衡、稳定地工作，如任何机械都应能平衡、稳定地工作，如果机械的质心过高或偏置过大，则可能因果机械的质心过高或偏置过大，则可能因扰力矩增大而造
28、成倾倒或加剧振动。所以，扰力矩增大而造成倾倒或加剧振动。所以，在总体布置时应力求降低质心高度，尽量在总体布置时应力求降低质心高度，尽量对称布置，减小偏置。整机的质心位置将对称布置，减小偏置。整机的质心位置将直接影响行走机械和工程机械如汽车、拖直接影响行走机械和工程机械如汽车、拖拉机、叉车等的前后轴载荷分配、纵向稳拉机、叉车等的前后轴载荷分配、纵向稳定性、横向稳定性、操纵性及附着性等，定性、横向稳定性、操纵性及附着性等，对于固定式机械则将影响其基础的稳定性。对于固定式机械则将影响其基础的稳定性。因此，在总体布置时必须验算各零部件和因此，在总体布置时必须验算各零部件和整机的质心位置，控制质心的偏移
29、量。有整机的质心位置，控制质心的偏移量。有些机械在完成不同作业或工况改变时，整些机械在完成不同作业或工况改变时，整机质心位置可能改变，此时在总体布置时机质心位置可能改变，此时在总体布置时应考虑这种情况，必要时留有放置配重的应考虑这种情况，必要时留有放置配重的位置。位置。3保证精度、刚体，提高抗振性及热保证精度、刚体，提高抗振性及热稳定性稳定性 对于机床、精密机械设备等，为了保证对于机床、精密机械设备等，为了保证被加工工件的精度及所需的性能指标，总被加工工件的精度及所需的性能指标，总体布置时必须充分考虑精度、刚度、抗振体布置时必须充分考虑精度、刚度、抗振性及热稳定性的要求。为此，在总体布置性及热
30、稳定性的要求。为此，在总体布置时应使运动和动力的传递尽量简捷，以简时应使运动和动力的传递尽量简捷，以简化和缩短传动链，提高机械的传动精度。化和缩短传动链，提高机械的传动精度。对于受力较大及自重较大的零部件，更应对于受力较大及自重较大的零部件，更应注意提高其结构刚度和抗振性，使受力均匀，注意提高其结构刚度和抗振性，使受力均匀，避免偏载。如柱、梁、底座、床身等大型结避免偏载。如柱、梁、底座、床身等大型结构件，宜采用框架式封闭断面结构和双立柱构件，宜采用框架式封闭断面结构和双立柱对称布置。对称布置。对于扰力较大的机械应尽量减小扰力的偏对于扰力较大的机械应尽量减小扰力的偏心距，提高支承刚度，必要时还应
31、采取隔振心距，提高支承刚度，必要时还应采取隔振措施，如设置隔振装置或采用柔性连结，以措施，如设置隔振装置或采用柔性连结，以减小振动的传递。减小振动的传递。热传导的不均匀也会降低机械的精度。把热传导的不均匀也会降低机械的精度。把热源部件与主要工作部件分开布置，或采用热源部件与主要工作部件分开布置，或采用隔热及散热措施，采用结构对称布置等均有隔热及散热措施，采用结构对称布置等均有利于均匀传热和减小热变形。利于均匀传热和减小热变形。4充分考虑产品系列化和发展充分考虑产品系列化和发展 设计机械产品时不仅要注意解决当前存在设计机械产品时不仅要注意解决当前存在的问题，还应考虑今后进行产品系列化设计的的问题
32、，还应考虑今后进行产品系列化设计的可能性及产品更新换代的适应性。可能性及产品更新换代的适应性。机械产品设计时应尽可能提高产品的标准机械产品设计时应尽可能提高产品的标准化因数和重复因数，以提高产品的标准化程度。化因数和重复因数，以提高产品的标准化程度。产品系列化通过把产品的主要参数、尺寸、型产品系列化通过把产品的主要参数、尺寸、型式、基本结构等作出合理的安排与规划，形成式、基本结构等作出合理的安排与规划，形成并合理地简化产品的品种规格，实现零部件最并合理地简化产品的品种规格，实现零部件最大限度的通用化，可以在只增加少数专用零部大限度的通用化，可以在只增加少数专用零部件的情况下即可发展变型产品或实
33、现产品的更件的情况下即可发展变型产品或实现产品的更新换代。新换代。产品系列化设计中的重要内容，如主要参产品系列化设计中的重要内容，如主要参数、尺寸和型式、基本结构的标准化、规格数、尺寸和型式、基本结构的标准化、规格化、模块化，都与总体布置密切相关。化、模块化，都与总体布置密切相关。5结构紧凑，层次分明结构紧凑，层次分明 紧凑的结构不仅可节省空间，减少零部件，紧凑的结构不仅可节省空间，减少零部件，便于安装调试，往往还会带来良好的造型条便于安装调试，往往还会带来良好的造型条件。为使结构紧凑，应注意利用机械的内部件。为使结构紧凑，应注意利用机械的内部空间，如把电动机、传动部件、附件、操纵空间，如把电
34、动机、传动部件、附件、操纵控制部件等布置在支承大件内部。为使占地控制部件等布置在支承大件内部。为使占地面积小，可用立式布置代替卧式布置。面积小，可用立式布置代替卧式布置。6操作、维修、调整方便操作、维修、调整方便 为改善操作者的劳动条件，减少操作为改善操作者的劳动条件，减少操作失误，应力求操作方便舒适。在总体布失误，应力求操作方便舒适。在总体布置时应使操作位置、修理位置和信息源置时应使操作位置、修理位置和信息源的数目尽量减少并适当集中，使操作、的数目尽量减少并适当集中，使操作、观察、调整、维修等尽量方便省力、便观察、调整、维修等尽量方便省力、便于识别，以适应人的生理机能。例如应于识别，以适应人
35、的生理机能。例如应由人体尺度及体能参数合理确定操纵装由人体尺度及体能参数合理确定操纵装置的位置及尺寸，根据人的视觉特征布置的位置及尺寸，根据人的视觉特征布置信号显示装置、确定信号显示方式等。置信号显示装置、确定信号显示方式等。7外形美观外形美观 机械产品投入市场后给人们的第一个直觉印机械产品投入市场后给人们的第一个直觉印象是外观造型和色彩，它是机械的功能、结构、象是外观造型和色彩，它是机械的功能、结构、工艺、材料和外观形象的综合表现，是科学性、工艺、材料和外观形象的综合表现，是科学性、艺术性与实用性的结合。机械产品应使其外形、艺术性与实用性的结合。机械产品应使其外形、色彩和表观特征符合美学原则
36、，并适应销售地色彩和表观特征符合美学原则，并适应销售地区的时尚，使产品受到用户的喜爱。为此，总区的时尚，使产品受到用户的喜爱。为此，总体布置时应使各零部件的组合匀称协调，型体体布置时应使各零部件的组合匀称协调，型体的比例与尺度具有比率美，前后左右的轻重配的比例与尺度具有比率美，前后左右的轻重配置对称和谐，并有稳定感和安全感。外形的轮置对称和谐，并有稳定感和安全感。外形的轮廓线最好由直线或光滑曲线构成，有整体感。廓线最好由直线或光滑曲线构成，有整体感。（二）绘制总体布置图（二）绘制总体布置图 为确定各部件（子系统）的基本结构、为确定各部件（子系统）的基本结构、型式及配置，进行构型设计、初步计算和
37、型式及配置，进行构型设计、初步计算和运动分析，应考虑前述基本要求，按比例运动分析，应考虑前述基本要求，按比例绘制总体布置图。总体布置图一般难以一绘制总体布置图。总体布置图一般难以一次绘就，通常均需先绘制总体布置草图。次绘就，通常均需先绘制总体布置草图。总体布置时一般总是先布置执行系统，再总体布置时一般总是先布置执行系统，再布置传动系统、操纵系统及支承形式等，布置传动系统、操纵系统及支承形式等，通常都是从粗到细，从简到繁，需要反复通常都是从粗到细，从简到繁，需要反复多次才能确定。多次才能确定。对方案设计阶段确定的各可行候选方案对方案设计阶段确定的各可行候选方案都应绘制其总体布置草图。总体布置草图
38、都应绘制其总体布置草图。总体布置草图中不仅确定了整机的布置型式和主要尺寸，中不仅确定了整机的布置型式和主要尺寸，也基本确定了各部件的基本型式和特性参也基本确定了各部件的基本型式和特性参数，主要零部件的尺寸、质量、基本加工数，主要零部件的尺寸、质量、基本加工要求等影响制造成本的数据已可进行计算要求等影响制造成本的数据已可进行计算或估算，因而可进行初步技术经济分析，或估算，因而可进行初步技术经济分析，对各候选方案的评审也可做得比较具体和对各候选方案的评审也可做得比较具体和精细。精细。在分析各候选方案的薄弱环节并加以在分析各候选方案的薄弱环节并加以改进后，并经全面分析比较，可确定最改进后，并经全面分
39、析比较，可确定最佳总体布置方案。必要时应对方案中的佳总体布置方案。必要时应对方案中的关键技术系统进行试验研究。关键技术系统进行试验研究。图图 28 所示为自走式谷物联合收割所示为自走式谷物联合收割机的总体布置草图。机的总体布置草图。1执行系统的布置执行系统的布置 布置执行系统时，一般是先根据拟定的布置执行系统时，一般是先根据拟定的工艺要求，将执行机构和执行构件布置在工艺要求，将执行机构和执行构件布置在预定的工作位置，然后布置其原动件和中预定的工作位置，然后布置其原动件和中间连接件。间连接件。布置时应注意以下几点：布置时应注意以下几点：1）减少构件和运动副的数目，减小构）减少构件和运动副的数目，
40、减小构件的几何尺寸，以减小其磨损和变形对执件的几何尺寸，以减小其磨损和变形对执行机构运动精度的影响；行机构运动精度的影响；2）使原动件尽量接近执行机构。在布）使原动件尽量接近执行机构。在布置相互联系型的多个执行机构时，应尽量置相互联系型的多个执行机构时，应尽量将各原动件集中在一根或少数几根轴上。将各原动件集中在一根或少数几根轴上。对外露的执行机构，最好将原动件隐蔽布对外露的执行机构，最好将原动件隐蔽布置，以提高操作安全性；置，以提高操作安全性；3）由于执行构件往往与作业对象直接）由于执行构件往往与作业对象直接接触，所以布置执行构件和中间连接件时接触，所以布置执行构件和中间连接件时应充分考虑作业
41、对象装卡和传送的方便与应充分考虑作业对象装卡和传送的方便与安全：安全：2传动系统的布置传动系统的布置 机械产品的传动系统对其制造和维修费机械产品的传动系统对其制造和维修费用，以及操作和使用性能都有很大影响，用，以及操作和使用性能都有很大影响，为此在布置传动系统时应考虑以下几点：为此在布置传动系统时应考虑以下几点：（1）简化传动链在保证运动要求的前）简化传动链在保证运动要求的前提下，传动链愈简短，零件数就愈少，材提下，传动链愈简短，零件数就愈少，材料的消耗和制造费用就愈低，同时也有利料的消耗和制造费用就愈低，同时也有利于提高传动效率、可靠性和精度。于提高传动效率、可靠性和精度。（2）合理安排传动
42、机构顺序）合理安排传动机构顺序 各种不同传动机构的传递运动和动力的各种不同传动机构的传递运动和动力的性能不同，传动机构的安排顺序对传动系性能不同，传动机构的安排顺序对传动系统的效率、尺寸、精度和动力学性能等都统的效率、尺寸、精度和动力学性能等都有影响。如图有影响。如图 29 所示的两种减速传动所示的两种减速传动方案，图方案，图 29a 为齿轮传动布置在高速级，为齿轮传动布置在高速级，蜗杆传动布置在低速级，图蜗杆传动布置在低速级，图 29b 的传动的传动顺序的布置相反，二者的传动效果不同。顺序的布置相反，二者的传动效果不同。一般应把转变运动形式的机构和传动一般应把转变运动形式的机构和传动（如凸轮
43、机构、连杆机构、螺旋和齿条传（如凸轮机构、连杆机构、螺旋和齿条传动等）布置在传动链的低速端，与执行机动等）布置在传动链的低速端，与执行机构靠近，这样布置可使传动链简单，且可构靠近，这样布置可使传动链简单，且可减小传动系统的惯性冲击。带传动宜布置减小传动系统的惯性冲击。带传动宜布置在传动链的高速端，由于在传递同样大小在传动链的高速端，由于在传递同样大小功率时，转速高则转矩小，传动带所受的功率时，转速高则转矩小，传动带所受的拉力减小，外廓尺寸也随之减小，对减小拉力减小，外廓尺寸也随之减小，对减小带传动的弹性滑动和速度损失及提高传动带传动的弹性滑动和速度损失及提高传动带的寿命均有利，此外，还可减小传
44、动系带的寿命均有利，此外，还可减小传动系统的振动。统的振动。(3）注意传动系统润滑和密封的便利性与可）注意传动系统润滑和密封的便利性与可靠性靠性 总体布置设计时应使各级传动都能得到充分总体布置设计时应使各级传动都能得到充分有效的润滑，虽然确定适宜的润滑方法和设计有效的润滑，虽然确定适宜的润滑方法和设计润滑系统应在技术设计阶段才能具体进行，但润滑系统应在技术设计阶段才能具体进行，但总体布置时应为其创造有利条件。例如，当采总体布置时应为其创造有利条件。例如，当采用油浴或飞溅润滑时，应考虑油面高度；当采用油浴或飞溅润滑时，应考虑油面高度；当采用油雾润滑时，应考虑油雾喷嘴的数量和方便用油雾润滑时，应考
45、虑油雾喷嘴的数量和方便安置；当采用循环润滑时，应考虑便于供油管安置；当采用循环润滑时，应考虑便于供油管的布置和润滑油的选择等。的布置和润滑油的选择等。对于食品、药品、纺织等机械还要求可靠的对于食品、药品、纺织等机械还要求可靠的密封和隔离，防止润滑剂污染产品。密封和隔离，防止润滑剂污染产品。3操纵件的布置操纵件的布置 操纵件有电源开关、旋钮、离合器及变速器操纵件有电源开关、旋钮、离合器及变速器的操纵手柄、执行机构的行程和速度的调节手的操纵手柄、执行机构的行程和速度的调节手柄等，这些操纵件的布置应便于操纵和观察，柄等，这些操纵件的布置应便于操纵和观察，保证操作人员和操纵件之间有合适的空间位置，保证
46、操作人员和操纵件之间有合适的空间位置，符合方便宜人及与环境协调的要求。符合方便宜人及与环境协调的要求。按习惯，被加工的物体应相对于操作人员自按习惯，被加工的物体应相对于操作人员自左向右运动，或顺时针转动。操纵件的运动方左向右运动，或顺时针转动。操纵件的运动方向应与被驱动件的运动方向一致。一般规定调向应与被驱动件的运动方向一致。一般规定调速手轮顺时针转动为增速，为便于调试和避免速手轮顺时针转动为增速，为便于调试和避免误操作，应附设指示牌。误操作，应附设指示牌。操作位置应设置在工序最集中、操纵最操作位置应设置在工序最集中、操纵最频繁、容易出现故障和最便于观察的部位。频繁、容易出现故障和最便于观察的
47、部位。常用操纵件应尽量布置在操作人员的近旁。常用操纵件应尽量布置在操作人员的近旁。对于大型复杂的机械往往需要在几个位置对于大型复杂的机械往往需要在几个位置上操作，可采用联动装置，以便在不同位上操作，可采用联动装置，以便在不同位置都可进行操纵，也可采用可移动的集中置都可进行操纵，也可采用可移动的集中操纵按钮站。紧急制动按钮应在每个操作操纵按钮站。紧急制动按钮应在每个操作位置上都设置，而且要醒目，便于识别。位置上都设置，而且要醒目，便于识别。仪表和仪器等的位置应便于操作人员观仪表和仪器等的位置应便于操作人员观察和维护。察和维护。（三）总体布置示例（三）总体布置示例 1手扶拖拉机的总体布置手扶拖拉机
48、的总体布置 手扶拖拉机为单轴轮式移动机械，田手扶拖拉机为单轴轮式移动机械，田间作业时驾驶员一般步行扶持驾驶，所以间作业时驾驶员一般步行扶持驾驶，所以手扶拖拉机的总体布置体现出下列一些特手扶拖拉机的总体布置体现出下列一些特点。点。1）保持总体平衡）保持总体平衡 如图如图 2-10 所示，手所示，手扶拖拉机单机不能平衡，必须配带机具扶拖拉机单机不能平衡，必须配带机具（如犁、旋耕机或拖车）才能平衡并稳定（如犁、旋耕机或拖车）才能平衡并稳定行驶。所以在总体布置时，应与挂接的主行驶。所以在总体布置时，应与挂接的主要作业机具作为一个机组来设计。要作业机具作为一个机组来设计。由于配带不同机具时机组质心位置不
49、由于配带不同机具时机组质心位置不同，因此手扶拖拉机总体布置必须考虑同，因此手扶拖拉机总体布置必须考虑如何保持总体平衡。本例是采用在机架如何保持总体平衡。本例是采用在机架前部和扶手架上安置配重块以保持总体前部和扶手架上安置配重块以保持总体平衡的办法，在相应位置留有安置配重平衡的办法，在相应位置留有安置配重块的空间。块的空间。由于单机的质心偏在驱动轮之前，为由于单机的质心偏在驱动轮之前，为便于平稳停放，在机架前方设置一可收便于平稳停放，在机架前方设置一可收放的支撑架。支撑架收放的操纵件设在放的支撑架。支撑架收放的操纵件设在扶手架上，以便操作。扶手架上，以便操作。2）发动机和传动系统横向平行布置）发
50、动机和传动系统横向平行布置 采用单缸卧式发动机作横向布置，其采用单缸卧式发动机作横向布置，其曲轴方向与驱动轮平行。发动机经曲轴方向与驱动轮平行。发动机经 V 带驱带驱动传动箱至驱动轮，传动系统中的所有轴动传动箱至驱动轮，传动系统中的所有轴都是平行的，简化了传动系统。发动机横都是平行的，简化了传动系统。发动机横置还便于将发动机作为抽水、脱粒等其他置还便于将发动机作为抽水、脱粒等其他作业的动力，也减小了手扶拖拉机的横向作业的动力，也减小了手扶拖拉机的横向振动，减轻了驾驶者的不舒适感。振动，减轻了驾驶者的不舒适感。离合器多为多片经常结合式，为使结构离合器多为多片经常结合式，为使结构紧凑，通常将其布置
