圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系 別： 機(jī)械工程系 指導(dǎo)教師： XXX 講師 XXX 副教授 二○一五年五月 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是關(guān)于圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先對(duì)立體停車(chē)庫(kù)作了簡(jiǎn)單的概述；接著分析了該提升裝置的方案布局及工作原理，然后根據(jù)這些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則按照給定參數(shù)要求進(jìn)行選型設(shè)計(jì)；接著對(duì)所選擇的提升裝置各主要零部件進(jìn)行了校核。圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)架，鋼絲繩輪傳動(dòng)等幾個(gè)部分組成。目前，圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)正朝著長(zhǎng)距離，高速度，低摩擦的方向發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)的氣墊式提升裝置就是其中的一個(gè)。在圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造以及應(yīng)用方面,目前我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍有較大差距,國(guó)內(nèi)在設(shè)計(jì)制造圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)過(guò)程中存在著很多不足。 本次設(shè)計(jì)是關(guān)于圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的升降類立體停車(chē)庫(kù)提升裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，使得此種類型的提升裝置的使用范圍更廣泛，更加靈活，并且對(duì)今后的選型設(shè)計(jì)工作有一定的參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞：圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；結(jié)論 ABSTRACT The environment of global economic development, China industries affected by other countries advanced technology at the same time, foreign enterprises and brand spread to more and more Chinese has become an opportunity. Cap pressing machine in industry through a variety of ways have been working with the relevant technology, and constantly improve their own strength and core competitiveness, and narrow the gap with developed countries. In the new market demand, update the sleeve pressing machine is a pressing matter of the moment. The production of pipe pressing machine equipment manufacturing enterprises to fully tap the potential of the market, vigorously develop the sleeves of large low cost pressing special machinery and equipment, plays a positive role in the evolution of automatic assembly, the assembly of mechanical equipment. With the development of science and technology, interdisciplinary mutual infiltration, mutual exchanges between the various industry, extensive use of new structure, new materials, new technology, the sleeve pressing machine is large, efficient, Recently, the use of machinery industry, bearing and shaft sleeve shaft were investigated, found that the shaft, bearings and bushings in the machinery industry is one of the key parts. Come very naturally in the assembly of the installation is also very simple. In the installation if the use of artificial pressure with not only the labor intensity is too large and the size of each other is not easy to ensure the shaft, bearing and shaft sleeve, so the design of a special press be imperative. Graduation project this time is a tube axial compressive loading machine. This paper introduces the theoretical calculation to design sleeve pressing machine structure, working principle and main parts of the strength check and the advantages of the sleeve, pressing machine is efficient, economical, and high safety, stable operation. The overall plan is: the relative position of two axle sleeve on the plane, the motor reducer to provide power through belt drives the screw rod to rotate, and drives the head movement, a nut, a rotary motion of the linear motion of press. Block type safety clutch overload protection with teeth, pressure distribution in the corresponding position of the pipe after drilling through the drilling template. Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom目 錄 摘 要 i ABSTRACT ii 目 錄 iii 緒論 1 1. 圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)的發(fā)展概況 1 2. 圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)的應(yīng)用 2 3. 圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)的發(fā)展方向 4 4. Solidworks設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 7 4.1 草圖繪制 10 4.2 基準(zhǔn)特征，參考幾何體的創(chuàng)建 11 4.3 拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建 12 4.4 工程圖的設(shè)計(jì) 13 4.5 裝配設(shè)計(jì) 15 5. 圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì) 17 5.1 圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)的方案布局圖的確定 18 5.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 19 6. 機(jī)械傳動(dòng)部分的選型計(jì)算 22 6.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算 23 6.2 齒輪傳動(dòng)的選型計(jì)算 24 6.3 軸承的選型計(jì)算 25 6.4 鍵的選型計(jì)算 25 7. 各重要組成部分的強(qiáng)度校核 26 7.1 傳動(dòng)軸強(qiáng)度的校核 26 7.2 軸承強(qiáng)度的校核 27 結(jié) 論 22 致 謝 23 附錄 一 32 附錄 二 38 iii 北京交通大學(xué)XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 1 圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)的發(fā)展概況 由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個(gè)人掌握所有，一些專業(yè)知識(shí)是必不可少的。但是過(guò)度的專業(yè)知識(shí)分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項(xiàng)目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識(shí)的太狹隘，考慮的問(wèn)題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹?lái)越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專業(yè)合并的分化。機(jī)械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來(lái)，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個(gè)超級(jí)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。機(jī)器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)。現(xiàn)代機(jī)械工程機(jī)械和機(jī)械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來(lái)越復(fù)雜，很多幻想成為過(guò)去的現(xiàn)實(shí)。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計(jì)算機(jī)硬件和軟件，人類的新興科學(xué)已經(jīng)開(kāi)始加強(qiáng)，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來(lái)幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長(zhǎng)并沒(méi)有減少手的效果，而是要求越來(lái)越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實(shí)踐促進(jìn)人腦智力。在人類的進(jìn)化過(guò)程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過(guò)程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。 大腦和手之間的人工智能和機(jī)械工程的近似關(guān)系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機(jī)械制造。在過(guò)去，各種機(jī)械離不開(kāi)人類的操作和控制，反應(yīng)速度和運(yùn)算精度的進(jìn)化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進(jìn)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和機(jī)械工程進(jìn)展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開(kāi)始使機(jī)械工程。在第十九世紀(jì)，機(jī)械工程的知識(shí)總量仍然是有限的，大學(xué)在歐洲，它與一般的土木工程是一門(mén)綜合性的學(xué)科，稱為土木工程，下半場(chǎng)的第十九個(gè)世紀(jì)成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。在第二十世紀(jì)，隨著機(jī)械工程和知識(shí)增長(zhǎng)的發(fā)展開(kāi)始分解，機(jī)械工程專業(yè)，有分支機(jī)構(gòu)。在第二十世紀(jì)中期趨勢(shì)分解，在時(shí)間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)達(dá)到的峰值。由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)從個(gè)人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過(guò)度的專業(yè)知識(shí)使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專業(yè)知識(shí)的專家太狹，考慮的問(wèn)題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹?lái)越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識(shí)循環(huán)過(guò)程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識(shí)的專家，也有綜合的知識(shí)了解不夠，看看其他學(xué)科和項(xiàng)目作為一個(gè)整體，從而形成一種相互強(qiáng)烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機(jī)械工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專業(yè)問(wèn)題。在人類所有的知識(shí)，包括社會(huì)科學(xué)，自然科學(xué)和工程技術(shù)，有一個(gè)更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問(wèn)題。 2立體停車(chē)庫(kù)的應(yīng)用 伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)革命的緊迫感越來(lái)越明顯，迫切需要我國(guó)立體停車(chē)庫(kù)行業(yè)能夠向著高速，多元化的方向發(fā)展。其中，我國(guó)花費(fèi)大量人力物力來(lái)對(duì)立體停車(chē)庫(kù)進(jìn)行研究，和完善，制定了一系列針對(duì)立體停車(chē)庫(kù)改進(jìn)的策略，隨著時(shí)代的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，立體停車(chē)庫(kù)的發(fā)展將一如既往地進(jìn)行，將會(huì)處在高速發(fā)展的階段,其具體發(fā)展趨勢(shì)如下： 一、未來(lái)的幾年，立體停車(chē)庫(kù)將會(huì)朝著大面積，遠(yuǎn)距離的方向發(fā)展，這樣就能夠多元化地適應(yīng)各個(gè)地方，場(chǎng)合的應(yīng)用，將克服以前提升高度不夠高，傾角不夠的大的缺陷，從而能夠很好地應(yīng)用在各個(gè)需要立體停車(chē)庫(kù)的場(chǎng)合。 二、將會(huì)改善立體停車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)，使立體停車(chē)庫(kù)能夠在不同的場(chǎng)合，不同的環(huán)境下面使用，例如耐高溫，耐潮濕等等場(chǎng)合，都可以使用改進(jìn)后的立體停車(chē)庫(kù)，從而降低人工的繁雜以及能夠很好地提高生產(chǎn)效率。 三、將會(huì)式立體停車(chē)庫(kù)輸送的產(chǎn)品多元化，而不是單一的輸送單一的產(chǎn)品，這樣就能夠很好地滿足各個(gè)行也的需求，也能夠讓帶式輸送的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，滿足各行各業(yè)的需求，從而推動(dòng)時(shí)代的發(fā)展和工業(yè)的進(jìn)步。 在立體停車(chē)庫(kù)運(yùn)行前，首先要確認(rèn)帶式提升裝置設(shè)備、人員、被提升車(chē)輛均處于安全完好的狀態(tài)；其次檢查各運(yùn)動(dòng)部位正常無(wú)異物，檢查所有電氣線路是否正常，正常時(shí)才能將提升裝置投入運(yùn)行。最后要檢查供電電壓與設(shè)備額定電壓的差別不超過(guò)5%。 3 立體停車(chē)庫(kù)的發(fā)展方向 由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個(gè)人掌握所有，一些專業(yè)知識(shí)是必不可少的。但是過(guò)度的專業(yè)知識(shí)分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項(xiàng)目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識(shí)的太狹隘，考慮的問(wèn)題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹?lái)越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專業(yè)合并的分化。機(jī)械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來(lái)，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個(gè)超級(jí)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。機(jī)器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代機(jī)械工程機(jī)械和機(jī)械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來(lái)越復(fù)雜，很多幻想成為過(guò)去的現(xiàn)實(shí)。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計(jì)算機(jī)硬件和軟件，人類的新興科學(xué)已經(jīng)開(kāi)始加強(qiáng)，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來(lái)幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長(zhǎng)并沒(méi)有減少手的效果，而是要求越來(lái)越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實(shí)踐促進(jìn)人腦智力。在人類的進(jìn)化過(guò)程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過(guò)程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。 大腦和手之間的人工智能和機(jī)械工程的近似關(guān)系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機(jī)械制造。在過(guò)去，各種機(jī)械離不開(kāi)人類的操作和控制，反應(yīng)速度和運(yùn)算精度的進(jìn)化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進(jìn)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和機(jī)械工程進(jìn)展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開(kāi)始使機(jī)械工程。在第十九世紀(jì)，機(jī)械工程的知識(shí)總量仍然是有限的，大學(xué)在歐洲，它與一般的土木工程是一門(mén)綜合性的學(xué)科，稱為土木工程，下半場(chǎng)的第十九個(gè)世紀(jì)成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。在第二十世紀(jì)，隨著機(jī)械工程和知識(shí)增長(zhǎng)的發(fā)展開(kāi)始分解，機(jī)械工程專業(yè)，有分支機(jī)構(gòu)。在第二十世紀(jì)中期趨勢(shì)分解，在時(shí)間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)達(dá)到的峰值。由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)從個(gè)人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過(guò)度的專業(yè)知識(shí)使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專業(yè)知識(shí)的專家太狹，考慮的問(wèn)題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹?lái)越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識(shí)循環(huán)過(guò)程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識(shí)的專家，也有綜合的知識(shí)了解不夠，看看其他學(xué)科和項(xiàng)目作為一個(gè)整體，從而形成一種相互強(qiáng)烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機(jī)械工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專業(yè)問(wèn)題。在人類所有的知識(shí)，包括社會(huì)科學(xué)，自然科學(xué)和工程技術(shù)，有一個(gè)更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問(wèn)題。 當(dāng)今社會(huì)，機(jī)械設(shè)備的發(fā)展日新月異，迫切需要不斷開(kāi)發(fā)新的機(jī)型來(lái)滿足不同工況的要求，立體停車(chē)庫(kù)的發(fā)展也是如此，現(xiàn)今發(fā)展方向大致可以歸納為： (1)開(kāi)發(fā)專用機(jī)型 垂直升降類立體停車(chē)庫(kù)提升裝置的應(yīng)用場(chǎng)合很多，有時(shí)候受客觀條件影響，在運(yùn)輸系統(tǒng)的布置上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些特殊要求，為了滿足特殊要求，比如水平拐彎、大傾角（>25）直至垂直提升等,這些場(chǎng)合常規(guī)的立體停車(chē)庫(kù)是無(wú)法勝任的。為了滿足某些特殊要求，應(yīng)開(kāi)發(fā)特殊型立體停車(chē)庫(kù),如彎曲立體停車(chē)庫(kù)、大傾角或垂直提升裝置等。 (2)提高元部件性能和可靠性 整體設(shè)備的性能和可靠性主要取決于元部件的性能和可靠性，我國(guó)現(xiàn)在的立體停車(chē)庫(kù)的元部件基本上都是各自廠家生產(chǎn)，還沒(méi)有出現(xiàn)專業(yè)化、大規(guī)模的元部件生產(chǎn)廠家。除了進(jìn)一步完善和提高現(xiàn)有元部件的性能和可靠性,還要不斷研究新的技術(shù)和開(kāi)發(fā)新的元部件。 (3)擴(kuò)大功能,一機(jī)多用立體停車(chē)庫(kù)是一種理想的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，并且目前還不能完全發(fā)揮其全部作用?？梢詫⒘Ⅲw停車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)作適當(dāng)修改,采取一定的安全施，就可拓展運(yùn)人、運(yùn)料或雙向運(yùn)輸?shù)裙δ?做到一機(jī)多用,使其發(fā)揮最大經(jīng)濟(jì)效益。 4 Solidworks設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 4.1草圖繪制 掌握點(diǎn)、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級(jí)幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應(yīng)用幾何約束；熟練應(yīng)用陣列、實(shí)體轉(zhuǎn)換等草圖繪制工具；能綜合應(yīng)用各種草圖繪制實(shí)體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。 4.2 基準(zhǔn)特征-參考幾何體的創(chuàng)建 清楚明白基于特征的建模方式、參數(shù)化思想等概念；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)點(diǎn)的方法；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)軸方法；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)面的方法；靈活運(yùn)用坐標(biāo)系的建立方法；能根據(jù)建模需要綜合應(yīng)用各種參考幾何體。 4.3拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建模 靈活運(yùn)用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運(yùn)用旋轉(zhuǎn)特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運(yùn)用放樣特征的概念與建立方法；通過(guò)實(shí)踐能夠準(zhǔn)確分析零件的特征，靈活運(yùn)用拉伸和旋轉(zhuǎn)也正建立三維模型。綜合應(yīng)用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實(shí)體。 4.4工程圖設(shè)計(jì) 靈活運(yùn)用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運(yùn)用建立標(biāo)準(zhǔn)三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運(yùn)用各種注釋的方法。 4.5裝配設(shè)計(jì) 靈活運(yùn)用自底向上的裝配方法；靈活運(yùn)用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運(yùn)用SolidWorks智能裝配技術(shù)；靈活運(yùn)用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并能夠在裝配體中設(shè)計(jì)子裝配體；靈活運(yùn)用干涉檢查；靈活運(yùn)用自上向下的裝配方法；靈活運(yùn)用在裝配模型工程圖中添加零件序號(hào)；靈活運(yùn)用生成裝配體材料明細(xì)表的方法。 5 圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì) 5.1 圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)的方案布局圖的確定 立體停車(chē)庫(kù)通過(guò)三相電機(jī)帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩輪帶動(dòng)整個(gè)提升裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的提升動(dòng)作，主要由驅(qū)動(dòng)裝置，鋼絲繩輪，過(guò)渡輪以及機(jī)架等等部分組成，本次設(shè)計(jì)的立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)采取的方案布局圖與結(jié)構(gòu)如下圖5-1所示： 5.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 驅(qū)動(dòng)裝置是整個(gè)提升裝置的核心部分，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)圓柱直齒齒輪傳動(dòng)從而帶動(dòng)主動(dòng)鋼絲繩輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)鋼絲繩輪帶動(dòng)鋼絲繩的升降從而帶動(dòng)提升裝置的升降，整條提升裝置通過(guò)張緊滾筒預(yù)緊，通過(guò)過(guò)渡滾筒保證提升裝置始終往一個(gè)方向運(yùn)行。其中，機(jī)架以及支腿起到了支撐和加固提升裝置的作用。 6 機(jī)械傳動(dòng)部分的選型計(jì)算 6.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算 已知整個(gè)提升裝置的總重量150KG,其他重量50KG，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，物品移動(dòng)速度為1~2r/min。即： 具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下: 1、確定運(yùn)行時(shí)間 本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間 負(fù)載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機(jī)轉(zhuǎn)速 3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩 式中： 4.電機(jī)轉(zhuǎn)矩 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機(jī)型號(hào)為160BL-A，此無(wú)電機(jī)廠家為機(jī)電產(chǎn)品。根據(jù)電機(jī)的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用電機(jī)型號(hào)160BL-4030H1-LK-B，電機(jī)額定功率為0.37KW，額定轉(zhuǎn)矩為7.62N.m，最大轉(zhuǎn)矩為9N.m， 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。電機(jī)大致圖如下： 外形尺寸292x232，電機(jī)輸出軸徑為24mm。 6.2 圓柱齒輪傳動(dòng)的選型計(jì)算 已知系統(tǒng)工況為該提升裝置每天工作12小時(shí)，小車(chē)和提升裝置各部分總重量，有一下計(jì)算： 1） 選擇\齒輪材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS. 2） 精度等級(jí)選用7級(jí)精度； 3）小齒輪齒數(shù)z1＝50，大齒輪齒數(shù)z2＝75的； 4） 齒輪模數(shù)都為2的直齒輪 2.2.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過(guò)低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算 1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （1） 試選Kt＝1.6 （2）選取區(qū)域系數(shù)ZH＝2.433 （3）選取尺寬系數(shù)φd＝1 （4）查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，則εα＝εα1＋εα2＝1.62 （5）查得材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8Mpa （6）按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限σHlim2＝550MPa； （7）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1＝60n1jLh＝601921（283005）＝3.3210e8 N2＝N1/5＝6.64107； （8） 查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1＝0.95； KHN2＝0.98 ； （9） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 ； 取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由得： [σH]1＝＝0.95600MPa＝570MPa [σH]2＝＝0.98550MPa＝539MPa [σH]＝[σH]1＋[σH]2/2＝554.5MPa； 6.3 軸承的選型計(jì)算 根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命163658=48720小時(shí)； （1）已知nⅡ=458.2r/min兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N； 初先兩軸承為深溝球軸承6205型。 根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N； (2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N； (3)計(jì)算當(dāng)量載荷 P1、P2根據(jù)課本P263表（11-9）取fP=1.5;根據(jù)課本P262（11-6）式得 P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N； P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N； (4)軸承壽命計(jì)算 ∵P1=P2故取P=750.3N； ∵深溝球軸承 ε=3； 6.4鍵的選型計(jì)算 鍵聯(lián)結(jié)是通過(guò)鍵實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。其中有類型也可以實(shí)現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力，有些類型并能實(shí)現(xiàn)軸向動(dòng)聯(lián)結(jié)，于在圓錐篩的軸上主要通過(guò)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向固定所以，只需選用常見(jiàn)的普通平鍵，鍵的類型可根據(jù)使用要求、工作條件和聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表5-3-15選定，鍵的長(zhǎng)度根據(jù)軸轂的長(zhǎng)度從標(biāo)準(zhǔn)中選取，鍵的bh根據(jù)徑來(lái)確定。軸和帶輪的聯(lián)結(jié)，d=70mm, 參考資料2P5-194表5-3-18 (GB/T1095-1979)選用B2012，B1811和B128的普通A型平鍵，鍵長(zhǎng)分別為90㎜，70㎜，30㎜。 7 各重要組成部分的強(qiáng)度校 7.1 傳動(dòng)軸強(qiáng)度的校核 軸的強(qiáng)度計(jì)算一般可分為三種： 1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或剛度計(jì)算；2）按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算；3）精確強(qiáng)度校核計(jì)算。 當(dāng)軸的支撐位置和軸所受的載荷大小、方向、作用點(diǎn)及載荷種類均已確定，支撐反力及彎矩可求得時(shí)，可按照彎曲或者彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算。作用在軸上的載荷一般按集中載荷考慮，如本設(shè)計(jì)中的帶傳動(dòng)對(duì)軸的力，其作用點(diǎn)取在輪緣寬度的中點(diǎn)。計(jì)算時(shí)，通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的雙支點(diǎn)梁，一般軸的支點(diǎn)近似取為軸承寬度中點(diǎn)。 由于本設(shè)計(jì)所用軸主要是受彎曲強(qiáng)度，很少的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，是根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，應(yīng)校核軸的彎曲強(qiáng)度，首先分析軸的受力，左端受的是圓錐篩的重力，右端是帶輪對(duì)軸的力，中間是軸承座的兩個(gè)支撐力。 軸徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)的，所以要校核軸的彎曲強(qiáng)度，軸的強(qiáng)度校核也就是找出危險(xiǎn)截面，看危險(xiǎn)截面是否滿足軸徑條件，如果危險(xiǎn)截面滿 足，那么別的軸徑肯定滿足；根據(jù)軸的實(shí)際尺寸，承受的彎矩、扭矩圖考慮應(yīng)力集中，表面狀態(tài)，尺寸影響等因素，及軸材料的疲勞極限，計(jì)算危險(xiǎn)截面的情況是否滿足條件。我所校核的軸是根據(jù)許用彎曲應(yīng)力校核的，即由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不超過(guò)許用彎曲應(yīng)力，一般計(jì)算順序是先畫(huà)出軸的空間受力圖，將軸上作用力分解為水平面受力圖和垂直面受力圖，并求出水平面上和垂直面上的支承點(diǎn)反作用力。然后作出水平面上的彎矩和垂直面上的彎矩圖，作出合成彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖應(yīng)用公式繪出當(dāng)量彎矩圖，式中是根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)。對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩，??；對(duì)于脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，?。粚?duì)于對(duì)稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩取。 是材料在對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； 是材料在靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； 是材料在脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； 在錐篩的設(shè)計(jì)過(guò)程中，軸的材料為45#鋼，其基本參數(shù)為，，，；應(yīng)滿足 下列條件： 或 W為軸的抗彎截面系數(shù)； 軸的受力，軸左端是錐篩對(duì)軸的力也就是錐篩的重力，右端是帶輪對(duì)軸的壓力。 具體受力情況如下圖： 由材料力學(xué)的相關(guān)知識(shí)可得： 解得： 由 得： 可得軸的彎矩圖則如下： 軸所受的轉(zhuǎn)矩如下： 轉(zhuǎn)矩圖如下： =； 所以，= 所以當(dāng)量彎矩圖為： 可知軸承的危險(xiǎn)截面在左邊軸承支撐處，根據(jù)軸的校核條件可以算出： ； 即： 所以：根據(jù)校核，截面強(qiáng)度足夠，其它截面也是足夠安全的。 7.2 軸承強(qiáng)度的校核 根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命163658=48720小時(shí)； 1、 計(jì)算輸入軸承 （1）已知nⅡ=458.2r/min兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N； 初先兩軸承為角接觸球軸承7206AC型。 根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N； (2)∵FS1+Fa=FS2；Fa=0故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N； (4)計(jì)算當(dāng)量載荷 P1、P2根據(jù)課本P263表（11-9）取fP=1.5;根據(jù)課本P262（11-6）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N; P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N; ∵P1=P2故取P=750.3N； ∵角接觸球軸承 ε=3； 軸承運(yùn)動(dòng)和換向時(shí)承受過(guò)大的沖擊負(fù)荷，或當(dāng)軸承靜止時(shí)，由于機(jī)器振動(dòng)等因素都會(huì)使接觸處形成凹坑。外界硬粒進(jìn)入軸承內(nèi)，也可在接觸表面形成壓痕，這種永久變形量超過(guò)一定限度，就會(huì)防礙直線運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，引起振動(dòng)和噪音，振動(dòng)會(huì)進(jìn)一步?jīng)_擊凹坑周?chē)牧?，造成惡性循環(huán)，使凹坑面積擴(kuò)大，這種永久變形量用基本額定靜載荷限定。鋼球和套圈接觸點(diǎn)兩者永久變形量之和等于鋼球直徑的萬(wàn)分之一時(shí)的靜載荷，定義為基本額定靜載荷C0。 軸承使用時(shí)，沖擊力很難測(cè)定，常用選取適當(dāng)?shù)撵o載荷安全系統(tǒng)來(lái)保證軸承靜載荷不超過(guò)基本額定靜載荷。選型時(shí)使軸承承受的靜載荷P0 C0/FS，不受振動(dòng)和沖擊場(chǎng)合FS取1.0 1.5，受振動(dòng)和沖擊工作場(chǎng)合FS取2.0~7.0。 軸承由于反復(fù)承受工作載荷，首先在表面下一定深度處，強(qiáng)度較弱部分形成裂紋，繼而發(fā)展到接觸表面，使金屬成片狀剝落下來(lái)，這種剝落稱為疲勞剝落。在安裝、潤(rùn)滑、密封正常的情況下，絕大多數(shù)軸承的破壞是疲勞破壞，一般所說(shuō)的軸承壽命就是指軸承的疲勞壽命。直線軸承額定壽命規(guī)定為5萬(wàn)米， 通過(guò)限定基本額定動(dòng)載荷C來(lái)保證。由于軸承壽命具有分散性，即同一批材料、相同工藝生產(chǎn)、相同使用條件下的軸承壽命不相同，所以軸承基本額定動(dòng)載荷C定義為一批相同的軸承在相同條件下運(yùn)行5萬(wàn)米，軸承不生任何疲勞剝落現(xiàn)象所能承受的動(dòng)載荷。 結(jié) 論 時(shí)間過(guò)得真快啊，轉(zhuǎn)眼間四年時(shí)間都過(guò)去了，在這四年中，我學(xué)到了許多專業(yè)知識(shí)，就拿這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)吧，我查閱了《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，《圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，使我充分掌握了圓柱形高層自動(dòng)化立體停車(chē)庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和步驟，更重要的復(fù)習(xí)所學(xué)專業(yè)的知識(shí)，以前總認(rèn)為學(xué)這些專業(yè)知識(shí)沒(méi)用，那是我太天真了，當(dāng)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，它幫了我不少的忙，特別是《機(jī)械設(shè)計(jì)》這課對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助特別大，都怪上課沒(méi)認(rèn)真聽(tīng)講，導(dǎo)致做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)要問(wèn)比我學(xué)的好的同學(xué)，通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)不是個(gè)壞事，是為了自己的，還有學(xué)習(xí)這些知識(shí)精通的話對(duì)我們找個(gè)好工作有大大的幫助，總之我除了感謝我的老師和幫助過(guò)我的同學(xué)外更要感謝自己的。 參考文獻(xiàn) [1] 張華 機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì) 北京：科學(xué)出版社，2004.5 [2] 李念 圓柱形立體停車(chē)庫(kù)系統(tǒng)概述 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 張棟 立體停車(chē)庫(kù)提升裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì).高等教育出版社，2004.3 [4] 姜繼海，宋錦春，高常識(shí). 立體停車(chē)庫(kù)工作原理.高等教育出版社，2002.8 [5] 張春林，曲繼方，張美麟.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，2001.4 [6] 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Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space 致 謝 當(dāng)我寫(xiě)到這里的時(shí)候，我心里是別提有多么的開(kāi)心，不管前面的對(duì)與錯(cuò)，總之，我覺(jué)得自己做到這里已不錯(cuò)了，感謝老師和幫助我的同學(xué)一起到圖書(shū)館查資料的那些同學(xué)們，要不是你們恐怕我現(xiàn)在真不知道自己能做到哪里，首先您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上對(duì)我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在我改寫(xiě)論文時(shí)給我鼓勵(lì)和支持，從這點(diǎn)看出老師當(dāng)初選你當(dāng)我的老師我是明智的，而且，通過(guò)這次寫(xiě)論文我知道遇到什么事總要靠別人來(lái)完成，現(xiàn)在我覺(jué)得這種想法是我錯(cuò)啦，也許自己做的比那些人做的會(huì)更好，同時(shí)，我要把這種態(tài)度放到工作當(dāng)中，我相信我自己一定可以比別人做的出色。說(shuō)實(shí)話，我從開(kāi)始認(rèn)真做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，才領(lǐng)悟到知識(shí)確實(shí)是種強(qiáng)大的工具，我現(xiàn)在想來(lái)前面失去的，我想在通過(guò)在工作中補(bǔ)回來(lái)，想到這里自己說(shuō)了句“呵呵”，但是話說(shuō)回來(lái)，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)我花了挺大的功夫，雖然是苦，但心里挺開(kāi)心的，我想如果大學(xué)這四年我好好來(lái)利用它的話，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)不談在班里第一個(gè)交，最少也在前十個(gè)人之前交，最后在這里衷心的對(duì)所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)的幫助。 附錄 一 機(jī)械工程的內(nèi)容 機(jī)械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機(jī)械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門(mén)，都需要機(jī)械工程的服務(wù)。概括說(shuō)來(lái)，現(xiàn)代機(jī)械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機(jī)械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機(jī)械、研制和提供從事各種服務(wù)的機(jī)械、研制和提供家庭和個(gè)人生活中應(yīng)用的機(jī)械、研制和提供各種機(jī)械武器。 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機(jī)械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有： 建立和發(fā)展機(jī)械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運(yùn)動(dòng)的工程力學(xué)和流體力學(xué)；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學(xué)；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)；研究各類有獨(dú)立功能的機(jī)械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和計(jì)算的機(jī)械原理和機(jī)械零件學(xué)；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等等。 研究、設(shè)計(jì)和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品，不斷改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機(jī)械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和將來(lái)的需要。 機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)；生產(chǎn)計(jì)劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計(jì)和制造工具、模具；確定勞動(dòng)定額和材料定額；組織加工、裝配、試車(chē)和包裝發(fā)運(yùn)；對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和管理。機(jī)械一般是由許多各有獨(dú)特的成形、加工過(guò)程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對(duì)象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個(gè)人、家庭。而且銷售量在社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動(dòng)。因此，機(jī)械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營(yíng)特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營(yíng)等的研究也多是肇始于機(jī)械工業(yè)。 機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購(gòu)、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維護(hù)、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械和成套機(jī)械裝備，以保證機(jī)械產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購(gòu)、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維護(hù)、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械和成套機(jī)械裝備，以保證機(jī)械產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 研究機(jī)械產(chǎn)品在制造過(guò)程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過(guò)度耗費(fèi)方面的問(wèn)題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機(jī)械工程的一項(xiàng)特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。 機(jī)械工程分類 機(jī)械的種類繁多，可以按幾個(gè)不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動(dòng)力機(jī)械、物料搬運(yùn)機(jī)械、粉碎機(jī)械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、紡織機(jī)械等；按工作原理可分為熱力機(jī)械、流體機(jī)械、仿生機(jī)械等。另外，機(jī)械在其研究、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用等過(guò)程中都要經(jīng)過(guò)幾個(gè)工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機(jī)械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個(gè)分支系統(tǒng)，如機(jī)械科研、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)械運(yùn)用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學(xué)科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機(jī)械工程可能分化成上百個(gè)分支學(xué)科。例如，按功能分的動(dòng)力機(jī)械，它與按工作原理分的熱力機(jī)械、流體機(jī)械、透平機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、蒸汽動(dòng)力機(jī)械、核動(dòng)力裝置、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)，以及與按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動(dòng)力裝置、鐵路機(jī)車(chē)、船舶輪機(jī)工程、汽車(chē)工程等都有復(fù)雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機(jī)是動(dòng)力機(jī)械，也是熱力機(jī)械、流體機(jī)械和透平機(jī)械，它屬于船舶動(dòng)力裝置、蒸汽動(dòng)力裝置，可能也屬于核動(dòng)力裝置等等。 機(jī)械工程的發(fā)展歷程 人類成為“現(xiàn)代人”的標(biāo)志就是制造工具。石器時(shí)代的各種石斧、石錘和木質(zhì)、皮質(zhì)的簡(jiǎn)單粗糙的工具是后來(lái)出現(xiàn)的機(jī)械的先驅(qū)。從制造簡(jiǎn)單工具演進(jìn)到制造由多個(gè)零件、部件組成的現(xiàn)代機(jī)械，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程。 幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用來(lái)提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車(chē)，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動(dòng)力，從人自身的體力，發(fā)展到利用畜力、水力和風(fēng)力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶車(chē)，已是具有動(dòng)力、傳動(dòng)和工作三個(gè)部分的完整機(jī)械。 人類從石器時(shí)代進(jìn)入青銅時(shí)代，再進(jìn)而到鐵器時(shí)代，用以吹旺爐火的鼓風(fēng)器的發(fā)展起了重要作用。有足夠強(qiáng)大的鼓風(fēng)器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國(guó)，公元前1000～前900年就已有了冶鑄用的鼓風(fēng)器，并逐漸從人力鼓風(fēng)發(fā)展到畜力和水力鼓風(fēng)。 15～16世紀(jì)以前，機(jī)械工程發(fā)展緩慢。但在以千年計(jì)的實(shí)踐中，在機(jī)械發(fā)展方面還是積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)知識(shí)，成為后來(lái)機(jī)械工程發(fā)展的重要潛力。17世紀(jì)以后，資本主義在英、法和西歐諸國(guó)出現(xiàn)，商品生產(chǎn)開(kāi)始成為社會(huì)的中心問(wèn)題。 18世紀(jì)后期，蒸汽機(jī)的應(yīng)用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉、冶金等行業(yè)。制作機(jī)械的主要材料逐漸從木材改用更為堅(jiān)韌，但難以用手工加工的金屬。機(jī)械制造工業(yè)開(kāi)始形成，并在幾十年中成為一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)。 機(jī)械工程通過(guò)不斷擴(kuò)大的實(shí)踐，從分散性的、主要依賴匠師們個(gè)人才智和手藝的一種技藝，逐漸發(fā)展成為一門(mén)有理論指導(dǎo)的、系統(tǒng)的和獨(dú)立的工程技術(shù)。機(jī)械工程是促成18～19世紀(jì)的工業(yè)革命，以及資本主義機(jī)械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。 動(dòng)力是發(fā)展生產(chǎn)的重要因素。17世紀(jì)后期，隨著各種機(jī)械的改進(jìn)和發(fā)展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產(chǎn)提高到一個(gè)新的階段。 在英國(guó)，紡織、磨粉等產(chǎn)業(yè)越來(lái)越多地將工場(chǎng)設(shè)在河邊，利用水輪來(lái)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械。但當(dāng)時(shí)的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來(lái)提升和排除。在這樣的生產(chǎn)需要下，18世紀(jì)初出現(xiàn)了紐科門(mén)的大氣式蒸汽機(jī)，用以驅(qū)動(dòng)礦井排水泵。但是這種蒸汽機(jī)的燃料消耗率很高，基本上只應(yīng)用于煤礦。 1765年，瓦特發(fā)明了有分開(kāi)的冷凝器的蒸汽機(jī)，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力的蒸汽機(jī)，擴(kuò)大了蒸汽機(jī)的應(yīng)用范圍。蒸汽機(jī)的發(fā)明和發(fā)展，使礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和航運(yùn)都得以機(jī)械動(dòng)力化。蒸汽機(jī)幾乎是19世紀(jì)唯一的動(dòng)力源，但蒸汽機(jī)及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應(yīng)用很不方便。 19世紀(jì)末，電力供應(yīng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)開(kāi)始發(fā)展和推廣。20世紀(jì)初，電動(dòng)機(jī)已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機(jī)，成為驅(qū)動(dòng)各種工作機(jī)械的基本動(dòng)力。生產(chǎn)的機(jī)械化已離不開(kāi)電氣化，而電氣化則通過(guò)機(jī)械化才對(duì)生產(chǎn)發(fā)揮作用。 發(fā)電站初期應(yīng)用蒸汽機(jī)為原動(dòng)力。20世紀(jì)初期，出現(xiàn)了高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機(jī)，也出現(xiàn)了適應(yīng)各種水利資源的水輪機(jī)，促進(jìn)了電力供應(yīng)系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。 19世紀(jì)后期發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過(guò)逐年改進(jìn)，成為輕而小、效率高、易于操縱、并可隨時(shí)啟動(dòng)的原動(dòng)機(jī)。它先被用以驅(qū)動(dòng)沒(méi)有電力供應(yīng)的陸上工作機(jī)械，以后又用于汽車(chē)、移動(dòng)機(jī)械和輪船，到20世紀(jì)中期開(kāi)始用于鐵路機(jī)車(chē)。蒸汽機(jī)在汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的排擠下，已不再是重要的動(dòng)力機(jī)械。內(nèi)燃機(jī)和以后發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，是飛機(jī)、航天器等成功發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)因素之一。 工業(yè)革命以前，機(jī)械大都是木結(jié)構(gòu)的，由木工用手工制成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以制造儀器、鎖、鐘表、泵和木結(jié)構(gòu)機(jī)械上的小型零件。金屬加工主要靠機(jī)匠的精工細(xì)作，以達(dá)到需要的精度。蒸汽機(jī)動(dòng)力裝置的推廣，以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船、機(jī)車(chē)等大型機(jī)械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來(lái)越多，越來(lái)越大，要求的精度也越來(lái)越高。應(yīng)用的金屬材料從銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。 機(jī)械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術(shù)及其裝備，以及切削加工技術(shù)和機(jī)床、刀具、量具等，得到迅速發(fā)展，保證了各產(chǎn)業(yè)發(fā)展生產(chǎn)所需的機(jī)械裝備的供應(yīng)。 社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的需求猛增。生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術(shù)的進(jìn)展，促進(jìn)了大量生產(chǎn)方法的形成，如零件互換性生產(chǎn)、專業(yè)分工和協(xié)作、流水加工線和流水裝配線等。 簡(jiǎn)單的互換性零件和專業(yè)分工協(xié)作生產(chǎn)，在古代就已出現(xiàn)。在機(jī)械工程中，互換性最早體現(xiàn)在莫茨利于1797年利用其創(chuàng)制的螺紋車(chē)床所生產(chǎn)的螺栓和螺帽。同時(shí)期，美國(guó)工程師惠特尼用互換性生產(chǎn)方法生產(chǎn)火槍，顯示了互換性的可行性和優(yōu)越性。這種生產(chǎn)方法在美國(guó)逐漸推廣，形成了所謂“美國(guó)生產(chǎn)方法”。 20世紀(jì)初期，福特在汽車(chē)制造上又創(chuàng)造了流水裝配線。大量生產(chǎn)技術(shù)加上泰勒在19世紀(jì)末創(chuàng)立的科學(xué)管理方法，使汽車(chē)和其他大批量生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率很快達(dá)到了過(guò)去無(wú)法想象的高度。 20世紀(jì)中、后期，機(jī)械加工的主要特點(diǎn)是：不斷提高機(jī)床的加工速度和精度，減少對(duì)手工技藝的依賴；提高成形加工、切削加工和裝配的機(jī)械化和自動(dòng)化程度；利用數(shù)控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)等，發(fā)展柔性加工系統(tǒng)，使中小批量、多品種生產(chǎn)的生產(chǎn)效率提高到近于大量生產(chǎn)的水平；研究和改進(jìn)難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術(shù)。 18世紀(jì)以前，機(jī)械匠師全憑經(jīng)驗(yàn)、直覺(jué)和手藝進(jìn)行機(jī)械制作，與科學(xué)幾乎不發(fā)生聯(lián)系。到18～19世紀(jì)，在新興的資本主義經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)下，掌握科學(xué)知識(shí)的人士開(kāi)始注意生產(chǎn)，而直接進(jìn)行生產(chǎn)的匠師則開(kāi)始學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)，他們之間的交流和互相啟發(fā)取得很大的成果。在這個(gè)過(guò)程中，逐漸形成一整套圍繞機(jī)械工程的基礎(chǔ)理論。 動(dòng)力機(jī)械最先與當(dāng)時(shí)的先進(jìn)科學(xué)相結(jié)合。蒸汽機(jī)的發(fā)明人薩弗里、瓦特，應(yīng)用了物理學(xué)家帕潘和布萊克的理論；在蒸汽機(jī)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，物理學(xué)家卡諾、蘭金和開(kāi)爾文建立起一門(mén)新的科學(xué)——熱力學(xué)。內(nèi)燃機(jī)的理論基礎(chǔ)是法國(guó)的羅沙在1862年創(chuàng)立的；1876年奧托應(yīng)用羅沙的理論，徹底改進(jìn)了他原來(lái)創(chuàng)造的粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內(nèi)燃機(jī)而奠定了內(nèi)燃機(jī)的地位。其他如汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)等都在理論指導(dǎo)下得到發(fā)展，而理論也在實(shí)踐中得到改進(jìn)和提高。 早在公元前，中國(guó)已在指南車(chē)上應(yīng)用復(fù)雜的齒輪系統(tǒng)，在被中香爐中應(yīng)用了能永保水平位置的十字轉(zhuǎn)架等機(jī)件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動(dòng)的記載。但是，關(guān)于齒輪傳動(dòng)瞬時(shí)速比與齒形的關(guān)系和齒形曲線的選擇，直到17世紀(jì)之后方有理論闡述。 手搖把和踏板機(jī)構(gòu)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的先驅(qū)，在各文明古國(guó)都有悠久歷史，但是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的形式、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的確切分析和綜合，則是近代機(jī)構(gòu)學(xué)的成就。機(jī)構(gòu)學(xué)作為一個(gè)專門(mén)學(xué)科，遲至19世紀(jì)初才首次列入高等工程學(xué)院(巴黎的工藝學(xué)院)的課程。通過(guò)理論研究，人們方能精確地分析各種機(jī)構(gòu)，包括復(fù)雜的空間連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)而能按需要綜合出新的機(jī)構(gòu)。 機(jī)械工程的工作對(duì)象是動(dòng)態(tài)的機(jī)械，它的工作情況會(huì)發(fā)生很大的變化。這種變化有時(shí)是隨機(jī)而不可預(yù)見(jiàn)；實(shí)際應(yīng)用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷；加工精度有一定的偏差，等等。 與以靜態(tài)結(jié)構(gòu)為工作對(duì)象的土木工程相比，機(jī)械工程中各種問(wèn)題更難以用理論精確解決。因此，早期的機(jī)械工程只運(yùn)用簡(jiǎn)單的理論概念，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工作。設(shè)計(jì)計(jì)算多依靠經(jīng)驗(yàn)公式；為保證安全，都偏于保守，結(jié)果制成的機(jī)械笨重而龐大，成本高，生產(chǎn)率低，能量消耗很大。 從18世紀(jì)起，新理論的不斷誕生，以及數(shù)學(xué)方法的發(fā)展，使設(shè)計(jì)計(jì)算的精確度不斷的提高。進(jìn)入20世紀(jì)，出現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法，人們已能用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出模型和實(shí)物上各部位的應(yīng)力。20世紀(jì)后半葉，有限元法和電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使得對(duì)復(fù)雜的機(jī)械及其零。構(gòu)件進(jìn)行力、力矩、應(yīng)力等的分析和計(jì)算成為可能。對(duì)于掌握有充分的實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)資料的 機(jī)械或其元件，已經(jīng)可以運(yùn)用統(tǒng)計(jì)技術(shù)，按照要求的可靠度，科學(xué)地進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。 機(jī)械工程的發(fā)展展望 機(jī)械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)來(lái)研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來(lái)的時(shí)代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)任務(wù)。 機(jī)械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機(jī)械工程創(chuàng)造出越來(lái)越精巧和越來(lái)越復(fù)雜的機(jī)械和機(jī)械裝置，使過(guò)去的許多幻想成為現(xiàn)實(shí)。 人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠(yuǎn)窺百億光年，近察細(xì)胞和分子。新興的電子計(jì)算機(jī)硬、軟件科學(xué)使人類開(kāi)始有了加強(qiáng)，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來(lái)年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無(wú)法想象的奇跡。 人類智慧的增長(zhǎng)并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作，從而更促進(jìn)手的功能。手的實(shí)踐反過(guò)來(lái)又促進(jìn)人腦的智慧。在人類的整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過(guò)程中，腦與手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化的。 人工智能與機(jī)械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機(jī)械制造出來(lái)。過(guò)去，各種機(jī)械離不開(kāi)人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進(jìn)化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會(huì)消除了這個(gè)限制。計(jì)算機(jī)科學(xué)與機(jī)械工程之間的互相促進(jìn)，平行前進(jìn)，將使機(jī)械工程在更高的層次上開(kāi)始新的一輪大發(fā)展。 19世紀(jì)時(shí)，機(jī)械工程的知識(shí)總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個(gè)學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀(jì)下半葉才逐漸成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)總量的增長(zhǎng)，機(jī)械工程開(kāi)始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢(shì)在20世紀(jì)中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達(dá)到了最高峰。 由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非個(gè)人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過(guò)度的專業(yè)化造成知識(shí)過(guò)分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進(jìn)步，對(duì)外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識(shí)過(guò)狹，考慮問(wèn)題過(guò)專，在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀(jì)中、后期開(kāi)始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過(guò)細(xì)的專業(yè)。 綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復(fù)循環(huán)，是知識(shí)發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過(guò)程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識(shí)，又具有足夠的綜合知識(shí)來(lái)認(rèn)識(shí)、理解其他學(xué)科的問(wèn)題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。 綜合與專業(yè)是多層次的。在機(jī)械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專業(yè)問(wèn)題。在人類的全部知識(shí)中，包括社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)和工程技術(shù)，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問(wèn)題。 附錄 二 The content of mechanical engineering Mechanical engineering services and multi-faceted, who use machinery, tools, and energy and material production department of mechanical engineering, need the service. The summary mentions, modern machinery engineering has five services: development and provide energy conversion, and provide for mechanical manufacturing all kinds of products and machinery, provide various services in the machinery, the development a