F釘自動(dòng)排釘機(jī)設(shè)計(jì)

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) F釘自動(dòng)排釘機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué) 號： 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○一五年三月 摘 要 本課題來源于當(dāng)今社會機(jī)械工業(yè)加工設(shè)備的改良和更新?lián)Q代基礎(chǔ)之上，通過設(shè)計(jì)出F釘自動(dòng)排釘機(jī)，從而來滿足當(dāng)今社會排釘設(shè)備不足的缺陷。 國內(nèi)F釘自動(dòng)排釘機(jī)的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經(jīng)濟(jì)、安全穩(wěn)定主題保持一致。近期對機(jī)械行業(yè)中排釘設(shè)備的使用情況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)中，釘是起到連接兩個(gè)零件的關(guān)鍵零配件。自然而然在裝配中它們的安裝也非常平凡。在排釘時(shí)如果使用臨時(shí)設(shè)備加工，不但勞動(dòng)強(qiáng)度太大而且相互尺寸不易保證，所以設(shè)計(jì)一個(gè)專用的F釘自動(dòng)排釘機(jī)勢在必行。 本文運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識，提出了F釘自動(dòng)排釘機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，構(gòu)建了F釘自動(dòng)排釘機(jī)總的指導(dǎo)思想，從而得出了該F釘自動(dòng)排釘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是高效，經(jīng)濟(jì)，并且安全系數(shù)高，運(yùn)行平穩(wěn)的結(jié)論。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)排釘機(jī)；關(guān)鍵零配件；設(shè)備；高效 ABSTRACT With development of all kind of science technology and global economy, F manipulator is a automated 16 devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heay labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety. Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompress engt F hthdirec tionpro cedurework. Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Fthesimulationofthesystemismadeby. KEYWORDS：pneumatic manipulator ；cylinder ；pneumatic loop ；Fout degrees of freedom iii 目 錄 摘 要 i ABSTRACT ii 目 錄 iii 1 緒論 1 1.1課題的來源與研究的目的和意義 2 1.2本課題研究的內(nèi)容 3 1.3 Solidworks設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 6 1.3.1 草圖繪制 7 1.3.2 基準(zhǔn)特征，參考幾何體的創(chuàng)建 10 1.3.3 拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建 12 1.3.4 工程圖的設(shè)計(jì) 12 1.3.5 裝配設(shè)計(jì) 12 2 F釘排釘機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12 2.1 F釘排釘機(jī)的總體方案圖 12 2.2 F釘排釘機(jī)的工作原理 13 2.3 機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 2.3.1出料輸送線電機(jī)的選型計(jì)算 15 2.3.2直線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 2.3.3 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 3各主要零部件強(qiáng)度的校核 18 3.1傳動(dòng)軸的校核與計(jì)算 19 3.2軸承強(qiáng)度的校核計(jì)算 20 4 F釘自動(dòng)排釘機(jī)中主要零件的三維建模 21 4.1電機(jī)的三維建模 22 4.2主動(dòng)滾筒的三維建模 23 4.3移動(dòng)板的三維建模 24 4.4F釘自動(dòng)排釘機(jī)的三維建模 25 5三維軟件設(shè)計(jì)總結(jié) 25 結(jié)論 26 致 謝 26 參考文獻(xiàn) 27 附錄 一 38 附錄 二 45 XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 由于機(jī)械工程的知識總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個(gè)人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，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)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，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。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(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，新產(chǎn)品的開發(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、更精美的越來越復(fù)雜，很多幻想成為過去的現(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。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，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)化過程中，以及在每個(gè)人的成長過程中，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。在過去，各種機(jī)械離不開人類的操作和控制，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)展的開始使機(jī)械工程。在第十九世紀(jì)，機(jī)械工程的知識總量仍然是有限的，大學(xué)在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學(xué)科，稱為土木工程，下半場的第十九個(gè)世紀(jì)成為一門獨(dú)立的學(xué)科。在第二十世紀(jì)，隨著機(jī)械工程和知識增長的發(fā)展開始分解，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。但是過度的專業(yè)知識使分割，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)知識的專家太狹，考慮的問題太特殊，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。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，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)問題。在人類所有的知識，包括社會科學(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)性的問題。 1.1課題的來源與研究的目的和意義 機(jī)械工業(yè)是一個(gè)國家的重要產(chǎn)業(yè)，機(jī)械工業(yè)的發(fā)展無時(shí)不刻都在影響著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類的進(jìn)步離不開機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大環(huán)境下，中國各個(gè)行業(yè)被其他國家的先進(jìn)技術(shù)影響的同時(shí)，越來越多的外國企業(yè)和品牌傳播到中國已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。在新的市場需求的推動(dòng)下，對F釘自動(dòng)排釘機(jī)進(jìn)行改良和優(yōu)化是當(dāng)務(wù)之急。有大型排釘設(shè)備企業(yè)對設(shè)備的安全指標(biāo)的有著一定生產(chǎn)的嚴(yán)格要求。在生產(chǎn)設(shè)備的企業(yè)，充分考慮到在設(shè)備運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，從而減少噪聲污染引起的振動(dòng)或不當(dāng)操作設(shè)備的現(xiàn)象等。國內(nèi)F釘自動(dòng)排釘機(jī)設(shè)備的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經(jīng)濟(jì)、安全穩(wěn)定主題保持一致。F釘自動(dòng)排釘機(jī)的發(fā)展與人類社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。 近期對機(jī)械行業(yè)中F釘?shù)氖褂们闆r進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)中F釘是用得非常多的物件。自然而然在裝配中它們的安裝也非常平凡。所以設(shè)計(jì)一個(gè)專用的F釘自動(dòng)排釘機(jī)勢在必行。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的是F釘自動(dòng)排釘機(jī)的設(shè)計(jì)。本文介紹了F釘自動(dòng)排釘機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，該F釘自動(dòng)排釘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是高效，經(jīng)濟(jì)，并且安全系數(shù)高，運(yùn)行平穩(wěn)。本次F釘自動(dòng)排釘機(jī)的設(shè)計(jì)，大大地提高了對F釘進(jìn)行排釘?shù)墓ぷ餍屎唾|(zhì)量，并且對后續(xù)的F釘自動(dòng)排釘機(jī)的開發(fā)和研制都有著一定的影響，在某種程度上大大提升了該設(shè)備在國內(nèi)外的競爭力，體現(xiàn)了機(jī)械工業(yè)重要性這一核心價(jià)值。 1.2本課題研究的內(nèi)容 本論文主要研究運(yùn)用SolidWorks對F釘自動(dòng)排釘機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，了解SolidWorks的各種功能。 1.3 Solidworks設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 熟悉SolidWorks的工作環(huán)境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作環(huán)境中文件的打開、保存、導(dǎo)入等基本操作，掌握三維建模流程。 1.3.1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。 1.3.2 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。 1.3.3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。 1.3.4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。 1.3.5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；靈活運(yùn)用生成裝配體材料明細(xì)表的方法。 2 F釘排釘機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1 F釘排釘機(jī)的總體方案圖 本次設(shè)計(jì)的F釘自動(dòng)排釘機(jī)采取的方案是：該設(shè)備具有自動(dòng)送料，定長進(jìn)料，壓緊剪切，墩粗打帽，機(jī)構(gòu)退回及自動(dòng)出料等功能。由送料卷筒對該機(jī)進(jìn)行自動(dòng)送料，然后通過定長送料氣缸對卷筒裝的釘帶進(jìn)行拉料，并且每次所拉的距離是一樣的，然后當(dāng)傳感器感應(yīng)到了釘帶的到來后，墩粗大帽裝置開始動(dòng)動(dòng)作，使F釘自動(dòng)成型，接著壓緊剪切裝置就開始動(dòng)作，氣缸驅(qū)動(dòng)切斷刀下移并起到切斷釘帶的作用，最后切斷的F釘排被安裝在與出料槽同軸的氣嘴吹出到外面的出料輸送線上面，如此循環(huán)。具體方案布局圖如下： 2.2 F釘排釘機(jī)的工作原理 當(dāng)送料卷筒對該機(jī)進(jìn)行自動(dòng)送料，然后通過定長送料氣缸對卷筒裝的釘帶進(jìn)行拉料，并且每次所拉的距離是一樣的，然后當(dāng)傳感器感應(yīng)到了釘帶的到來后，墩粗大帽裝置開始動(dòng)動(dòng)作，使F釘自動(dòng)成型，接著壓緊剪切裝置就開始動(dòng)作，氣缸驅(qū)動(dòng)切斷刀下移并起到切斷釘帶的作用，最后切斷的F釘排被安裝在與出料槽同軸的氣嘴吹出到外面的出料輸送線上面，這樣就實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)上料，壓緊剪切，墩粗，打帽和自動(dòng)出料等功能了。 2.3 機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.3.1出料輸送線電機(jī)的選型計(jì)算 已知整個(gè)出料輸送線的總重量150KG,其他重量50KG，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，釘排移動(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)型號為160BL-A，此無電機(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)型號為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。 2.3.2直線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算 1直線軸承的選擇 用于測試的POM工程塑料支架；鋼架適用于工作溫度；不銹鋼軸承適用于水，蒸汽，硝酸等腐蝕性介質(zhì)和真空的工作場所，按下列公式確定型軸承的計(jì)算。 硬度：硬度系數(shù)FH HRC58的硬度，hrc52-58，F(xiàn)H = 0.6-1.0 FH = 1。 FT的溫度系數(shù)：工作溫度小于100C，F(xiàn)T = 1，溫度100oc-125oc，F(xiàn)T = 1.0-0.95。 接觸系數(shù)FC： 每根導(dǎo)軌裝一套軸承，F(xiàn)C=1.0 每根導(dǎo)軌裝二套軸承，F(xiàn)C=0.81 每根導(dǎo)軌軸裝三套軸承，F(xiàn)C=0.72 每根導(dǎo)軌裝四套軸承，F(xiàn)C=0.66 載荷系數(shù)FW： 小于15米/分鐘的速度，無沖擊，無振動(dòng)，F(xiàn)W = 1.0-1.5； 小于60米/分鐘的速度，超調(diào)量小或振蕩，F(xiàn)W = 1.5~2.0； 運(yùn)行速度大于60米/分鐘，或有更大的沖擊，振動(dòng)，F(xiàn)W = 2.0～5.0。 時(shí)間是生命的LH =（100001）/ 2 * L（S * N1 * 60）（單位：小時(shí)小時(shí)）L：長度壽命 (萬米)， LS：工作行程 (米)， N1：每分鐘往復(fù)次數(shù) 已知行程L=0.2米，工作溫度60oC，每分鐘往復(fù)次數(shù)n1=20，微小沖擊，軸承工作載荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望壽命Lh=5000小時(shí)，試選擇軸承型號。 按以上工作條件： 根據(jù)本次載荷重量為2000N，我們選用兩個(gè)導(dǎo)向光桿加上絲桿螺母，這樣滑動(dòng)軸承的所受負(fù)載就平均分配，上下六個(gè)滑動(dòng)軸承分別連接底板和連接上固定圓盤，兩邊軸承座為固定式的，中間六個(gè)為可以隨著絲桿螺母上下滑動(dòng)。六個(gè)導(dǎo)向光桿加上絲桿螺母，這樣每個(gè)導(dǎo)向光桿的滑動(dòng)軸承處的所受負(fù)載為166N。本次設(shè)計(jì)中所選擇的滑動(dòng)軸承為帶法蘭形狀的。 根據(jù)每個(gè)滑動(dòng)軸承的負(fù)載承受166N，我們選用滑動(dòng)軸承為LMF20，軸承中間孔徑為20mm，這樣導(dǎo)向光桿的直徑也為20mm。 2）直線軸承安裝： 軸承座孔推薦H7，J7系列，線性軸公差推薦G6，H6級，軸承的安裝必須使用步芯棒壓痕；線性軸必須對齊到軸承孔，輕輕地斜插進(jìn)入行動(dòng)，將導(dǎo)致保持架和滾動(dòng)軸承脫變，安裝方向應(yīng)在表1所示，可以提高承載能力，延長壽命。軸承座孔可能會導(dǎo)致承壓，間隙變小，用手轉(zhuǎn)動(dòng)軸，若軸可以接觸球，可以輕松地轉(zhuǎn)動(dòng)，以0 ~0.01mm的間隙；如果一點(diǎn)力旋轉(zhuǎn)，隨著-0.01 ~ 0mm間隙（干擾）；如果力不能旋轉(zhuǎn)，配合間隙已超過0.01mm，也可以讓球滾動(dòng)滑動(dòng)，將減少軸承與軸的使用壽命，只能應(yīng)用于低速、輕負(fù)荷，在高要求的情況下定心。 3直線軸承潤滑和灰塵：軸承廠是涂上防銹油，使用時(shí)需要添加潤滑油。低噪音潤滑脂，常用的有2鋰基潤滑脂和低噪音軸承潤滑脂填脂量為邊間隙1 / 3，在軸承使軸的摩擦，造成非預(yù)期的軸承損壞。鐵將大大降低軸承的使用壽命，灰塵和污物阻塞球體保持航道，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，造成損壞，橡膠球架。密封軸承可用于一般的無塵車間，如木工機(jī)械，在塵土中鑄造機(jī)械等許多場合，在兩端的軸承和密封，以防止灰塵和降低油品損耗。 4軸承載荷和沖擊載荷下的生活：運(yùn)動(dòng)和變化，或當(dāng)軸承是固定的，本機(jī)和其他因素的振動(dòng)會使與形成凹坑接觸。外部硬盤進(jìn)入軸承，而且在表面壓痕的形成，超過一定限度，直線的永久變形，這將阻礙運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲引起的振動(dòng)，將進(jìn)一步削弱周圍的物質(zhì)，造成惡性循環(huán)，凹面積擴(kuò)大，基本額定靜載荷由永久變形有限公司。靜態(tài)負(fù)荷容量等于鋼球直徑的1 / 10000球環(huán)的兩個(gè)時(shí)間之間的接觸點(diǎn)的永久變形，稱為基本額定靜載荷C0。軸承的使用，影響是難以衡量的，常用的靜態(tài)負(fù)荷選擇適當(dāng)?shù)陌踩到y(tǒng)，保證軸承靜負(fù)荷不超過額定靜負(fù)荷。靜載荷P0 C0 / FS選擇軸承，振動(dòng)和沖擊。FS 1 FS 2 ~ 7 1.5，由振動(dòng)和沖擊的場所。 由于重復(fù)荷載作用下軸承工作在地表以下一定深度，對裂紋形成的較弱的部分，然后用金屬片狀剝離表面的接觸，這被稱為疲勞剝落。在安裝過程中，潤滑，密封在正常情況下，軸承失效是絕大多數(shù)人的疲勞失效，壽命一般在軸承，是指軸承疲勞壽命。額定壽命直線軸承是50000米，通過定義基本額定動(dòng)載荷確保。由于軸承的壽命是分散的，使用同樣的材料，同樣的過程，使用相同的軸承壽命的條件是不一樣的，所以軸承基本額定動(dòng)載荷C被定義為一組相同的軸承在相同的條件下運(yùn)行50000米，沒有任何疲勞剝落現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)承載能熊。 2.3.3 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）設(shè)計(jì)功率 －工況系數(shù)，查B1表8－1－22 ，?。?.2 P－傳遞的功率 2）選定帶型 根據(jù)和查B1圖8－1－2選取普通V帶A型，－小帶輪轉(zhuǎn)速，為1440r/min 2.2.3 傳動(dòng)比 1.76 ＝＝ 3）小帶輪基準(zhǔn)直徑（mm） 由B1表8－1－12和表8－1－14選定 ＝100mm>＝75r/min 4）大帶輪基準(zhǔn)直徑（mm） 由B3表8－7得=180mm 5）帶速驗(yàn)算 6）初定軸間距（mm） 7）所需帶的基準(zhǔn)長度（mm） ＝ ＝886mm 依B1表8－1－8取＝900mm，即帶型為A－900 8）實(shí)際軸間距 9）小帶輪包角 = = 10)單根V帶的基本額定功率 根據(jù)帶型號、和普通V帶查B1表8－1－27（c） 取1.32kw 11) 時(shí)單根V帶型額定功率增量 根據(jù)帶型號、和查B1表8－1－27（c） 取0.15kw 12)V帶的根數(shù)Z Z = －小帶輪包角修正系數(shù)查B1表8－1－23,取0.96 －帶長修正系數(shù)查B1表8－1－8，取0.87 13)單根V帶的預(yù)緊力 = =134（N） m－V帶每米長的質(zhì)量（kg/m）查B1表8－1－24，取0.1k/gm 14)作用在軸上的力 －考慮新帶初預(yù)緊力為正常預(yù)緊力的1.5倍 15)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 帶輪應(yīng)既有足夠的強(qiáng)度，又應(yīng)使其結(jié)構(gòu)工藝性好，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造而產(chǎn)生過大的應(yīng)力。 輪槽工作表面應(yīng)光滑（表面粗糙度）以減輕帶的磨損。 帶輪的材料為HT150。查B1表8－1－10得基準(zhǔn)寬度制V帶輪輪槽尺寸，根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑查B1表8－1－16確定輪輻 3各主要零部件強(qiáng)度的校核 3.1傳動(dòng)軸的校核與計(jì)算 1、軸的特點(diǎn):軸是組成機(jī)械的主要零件之二。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件，都必須裝在軸上刁‘能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及.力的傳遞，同時(shí)它又通過軸承和機(jī)架 聯(lián)接，由此形成個(gè)以軸為基準(zhǔn)的組合體一軸系部件。 2、軸的種類 1、根據(jù)承受載荷的不同分為: 1)轉(zhuǎn)軸:定義既能承受彎矩又承受扭矩的軸 2)心軸:定義:只承受彎矩而不承受扭矩的軸 3)傳送軸:定義:只承受扭矩而不承受彎矩的軸z、根據(jù)軸的外形，可以將直軸分為光軸和階梯軸 3、根據(jù)軸內(nèi)部狀況，又可以將直軸分為實(shí)心軸和空。 4、軸的設(shè)計(jì)重點(diǎn) 1、軸的設(shè)計(jì) W軸的工作能力設(shè)計(jì)。 主要進(jìn)行軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì)，對于轉(zhuǎn)速較高的軸還要進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性的計(jì)算。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 根據(jù)軸的功能，軸必須保證軸上零件的安裝固定和保證軸系在機(jī) 器中的支撐要求，同時(shí)應(yīng)具有良好的工藝性。 一般的設(shè)計(jì)步驟為: 選擇材料，初估軸徑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核，必要時(shí)要進(jìn)行剛度校核和穩(wěn)定性計(jì)算。 2、軸的材料 軸是主要的支承件，常采用機(jī)械性能較好的材料。常用材料包括:碳素鋼:該類材料對應(yīng)力集中的敏感性較小，價(jià)格較低，是軸類零件最常用的材料常用牌號有:30、35、40、45、50。采用優(yōu)質(zhì)碳鋼時(shí)，一般應(yīng)進(jìn)行熱處理以改善其性能。.力較小或不重要的軸，也可以選用X235,Q255等普通碳鋼。合金鋼:對于要求重載、高溫、結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕等使用場合的軸，可以選用合金綱合金鋼具有史好的機(jī)械性能和熱處理性能，但對應(yīng)力集中較敏感，價(jià)格也較高。設(shè)計(jì)中尤其要汁意從結(jié)構(gòu)上減小應(yīng)力集中，并提高其表面質(zhì)量。 鑄鐵:對于形狀比較復(fù)雜的軸，可以選用球鑄鐵和高強(qiáng)度。 鑄鐵。它們具有較好的加工性和吸振性，經(jīng)濟(jì)性好且.力集中不敏感，但鑄造質(zhì)量不易保證。 3.軸的結(jié)構(gòu)工藝性 (1)從裝配來考慮:應(yīng)合理的設(shè)計(jì)非定位軸肩，使軸上不同零件在安裝過程中盡量減少不必要的配合;為了裝配方便，軸端應(yīng)設(shè)計(jì)45。的倒角;在裝鍵的軸段，應(yīng)使鍵槽靠近軸與輪毅先接觸的直徑變化處，便于在安裝時(shí)零件上的鍵槽與軸上的鍵容易對準(zhǔn)采用過盈配合時(shí)，為了便于裝配，直徑變化可用錐面過渡等。 (2)從加工來考慮:當(dāng)軸的某段須磨削加工或有螺紋時(shí)，須設(shè)計(jì)砂輪越 程槽或退刀槽根據(jù)表面安裝零件的配合需要，合理確定表面粗糙度和加工方法為改善軸的抗疲勞強(qiáng)度，減小軸徑變化處的應(yīng)力集中，應(yīng)適當(dāng)增大其過渡圓角徑，但同時(shí)要保證零件的可靠定位，過渡圓角半徑又必須小于與之相配的零件的圓角半徑或倒角尺寸。 軸的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮多方面因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和剛度。其中對于軸的強(qiáng)度校核尤為重要，通過校核來確定軸的設(shè)計(jì)是否能達(dá)到使用要求，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。由此看來合理的進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核成為軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，同時(shí)也是評定軸的設(shè)計(jì)成敗得先決條件。校核結(jié)果如不滿足承載要求時(shí)，強(qiáng)度校核是對材料或設(shè)備的力學(xué)性能進(jìn)行檢測并調(diào)節(jié)的一種方式，并且這種方式以不破壞材料或設(shè)備性能為一前提。進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對于傳動(dòng)軸應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。 3.2軸承強(qiáng)度的校核計(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6204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； 4 F釘自動(dòng)排釘機(jī)中主要零件的三維建模 4.1電機(jī)的三維建模 4.2主動(dòng)滾筒的三維建模 4.3移動(dòng)板的三維建模 4.4F釘自動(dòng)排釘機(jī)的三維建模 5三維軟件設(shè)計(jì)總結(jié) 通過本次設(shè)計(jì)，再次提出了利用三維軟件的水平，并吸收了大量的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下幾點(diǎn)。關(guān)于圖紙的繪制方面，當(dāng)零件的尺寸已經(jīng)給出，不考慮圖紙尺寸不合適的，基于三維零件圖，裝配時(shí)必須考慮的大小是合適的，因?yàn)锳utoCAD繪圖效果不好，也會引起的尺寸誤差，和甚至出現(xiàn)欠定義大小，因此，必須通過在這個(gè)時(shí)候?qū)α慵M(jìn)行測量，進(jìn)行修改，直到符合要求。該工具是方便的輸入數(shù)據(jù)映射，通過選擇部分的類型，標(biāo)準(zhǔn)件，可以生成，但有時(shí)需要在工具集使用部分可能找不到，所以在這個(gè)時(shí)候隨機(jī)應(yīng)變，其他部分而不是通過修改或滿足要求增加組件的使用。三維地圖應(yīng)該是靈活的，解決問題的方法總比問題多，當(dāng)一個(gè)方法不能正常映射，試試另一種方法，它不僅可以完成零件的生產(chǎn)，而且還可以開發(fā)映射一個(gè)更好的主意，并打破了新思想的規(guī)則。 學(xué)習(xí)使用一些可以節(jié)省時(shí)間的命令，如鏡像，陣列，能省則省”。在裝配過沉重，曾給了我一個(gè)很大的障礙，是要花很多時(shí)間去找出為什么。在一個(gè)活躍的子組件，雖然活動(dòng)范圍會產(chǎn)生干擾，可以設(shè)置該復(fù)合物的活動(dòng)范圍，如先進(jìn)的范圍內(nèi)，和角度范圍，即使在這個(gè)范圍內(nèi)不影響母配體，不能設(shè)置。因?yàn)橐坏┰O(shè)定的范圍內(nèi)，在父組件將被視為完全定義的組件模型，它將沖突分總成，將無法完成裝配?？吹貓D是最重要的任務(wù)是理解零件圖，圖表工具，沒有工具是沒有法律的零件圖，所以不要急著寫，想通過零件的結(jié)構(gòu)，并認(rèn)為通過線圖，這是重中之重，映射。部分建模，一般應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行深入分析，找出零件是由幾個(gè)特點(diǎn)，擺脫所有的形狀特點(diǎn)，它們之間的連接相對位置、表面，然后按主次特征造型的關(guān)系，按一定的順序。一個(gè)復(fù)雜的部分，有許多簡單的功能，通過切除或重疊相交。所以部分建模，序列特征是很重要的，雖然不同的建模過程可以構(gòu)造出相同的實(shí)體部分，但其建模過程和實(shí)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有直接的影響，實(shí)體模型可以修改應(yīng)用程序，可理解性和實(shí)體模型。特別是在二維圖紙，我們只能看到元器件的布局，并用虛線給說的內(nèi)部特征，除了部分的相貫線，這條線各特征在路口出現(xiàn)。在選秀過程中零件，必須選擇第一個(gè)草圖平面，這是非常重要的，決定了后續(xù)的模型飛機(jī)的命令，使用簡單的說，一個(gè)圓柱形圍成一個(gè)圈，然后繪制，也可以作為一個(gè)長方體旋轉(zhuǎn)，雖然他們的結(jié)果都是一樣的，但草圖平面和命令的使用。如果我們想要一個(gè)軸，那么我們應(yīng)該選擇第二個(gè)方法以及。 由于該零件的設(shè)計(jì)不規(guī)則零件，用于為拉伸和旋轉(zhuǎn)命令，許多零部件都是對稱的，所以為了節(jié)省時(shí)間，提高效率，通常用于指揮鏡特性。 一個(gè)完整的工程圖紙應(yīng)該包含以下4個(gè)方面。 一組視圖：一組視圖（包括視圖，剖面，斷面，局部視圖）是正確的，完整的，對各部分的結(jié)構(gòu)和形狀表達(dá)清楚。 尺寸：尺寸的確定和零件的形狀各部分的位置 技術(shù)要求：表明部分的一些要求必須在制造和檢驗(yàn)完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和熱處理的方法和指標(biāo)。 標(biāo)題欄：注明產(chǎn)品名稱，材料，數(shù)量，拉伸比和拉伸，等。 單擊[新建]圖標(biāo)以顯示新的文件系統(tǒng)，SolidWorks文件”對話框中，單擊“選項(xiàng)”對話框中的組件，你可以進(jìn)入裝配工作模式，進(jìn)行以后的設(shè)計(jì)工作。 結(jié)論 在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是F釘自動(dòng)排釘機(jī)的設(shè)計(jì)，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 21 致 謝 至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個(gè)愛貪玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學(xué)術(shù)作風(fēng)，認(rèn)真加負(fù)責(zé)，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達(dá)開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類的鍵槽加工設(shè)備的設(shè)計(jì)資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動(dòng)和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識，在此對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。 參考文獻(xiàn) [1] 鄭淑芳 機(jī)械設(shè)計(jì)理論研究與探討 北京：科學(xué)出版社，2004.5 [2] 黃長藝 軸套鍵槽加工專機(jī)操作系統(tǒng)概述 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 周宏甫. 軸套寬16槽加工專機(jī)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. 軸套寬16槽加工專機(jī)工作原理.高等教育出版社，2002.8 [5] 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Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space 　 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，都需要機(jī)械工程的服務(wù)。概括說來，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、試車和包裝發(fā)運(yùn)；對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機(jī)械一般是由許多各有獨(dú)特的成形、加工過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)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個(gè)人、家庭。而且銷售量在社會經(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)營特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營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、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、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，和自然資源過度耗費(fèi)方面的問題，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、開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用等過程中都要經(jīng)過幾個(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、船舶輪機(jī)工程、汽車工程等都有復(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)的簡單粗糙的工具是后來出現(xiàn)的機(jī)械的先驅(qū)。從制造簡單工具演進(jìn)到制造由多個(gè)零件、部件組成的現(xiàn)代機(jī)械，經(jīng)歷了漫長的過程。 幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，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，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，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，成為后來機(jī)械工程發(fā)展的重要潛力。17世紀(jì)以后，資本主義在英、法和西歐諸國出現(xiàn)，商品生產(chǎn)開始成為社會的中心問題。 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，紡織、磨粉等產(chǎn)業(yè)越來越多地將工場設(shè)在河邊，利用水輪來驅(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)械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機(jī)械化才對生產(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)沒有電力供應(yīng)的陸上工作機(jī)械，以后又用于汽車、移動(dòng)機(jī)械和輪船，到20世紀(jì)中期開始用于鐵路機(jī)車。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越多，越來越大，要求的精度也越來越高。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)。 社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對機(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)制的螺紋車床所生產(chǎn)的螺栓和螺帽。同時(shí)期，美國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)方法在美國逐漸推廣，形成了所謂“美國生產(chǎn)方法”。 20世紀(jì)初期，福特在汽車制造上又創(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)到了過去無法想象的高度。 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)知識的人士開始注意生產(chǎn)，而直接進(jìn)行生產(chǎn)的匠師則開始學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識，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、蘭金和開爾文建立起一門新的科學(xué)——熱力學(xué)。內(nèi)燃機(jī)的理論基礎(chǔ)是法國的羅沙在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，中國已在指南車上應(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)械工程的工作對象是動(dòng)態(tài)的機(jī)械，它的工作情況會發(fā)生很大的變化。這種變化有時(shí)是隨機(jī)而不可預(yù)見；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)為工作對象的土木工程相比，機(jī)械工程中各種問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)算成可能。對于掌握有充分的實(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)來研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來的時(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)造出越來越精巧和越來越復(fù)雜的機(jī)械和機(jī)械裝置，使過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，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。 人類智慧的增長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)踐反過來又促進(jìn)人腦的智慧。在人類的整個(gè)進(jìn)化過程中，以及在每個(gè)人的成長過程中，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。過去，各種機(jī)械離不開人的操作和控制，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始新的一輪大發(fā)展。 19世紀(jì)時(shí)，機(jī)械工程的知識總量還很有限，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)展和知識總量的增長，機(jī)械工程開始分解，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。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，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過狹，考慮問題過專，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、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。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)，是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認(rèn)識、理解其他學(xué)科的問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)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學(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)問題。 39 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,