《机械设计方法学》作业参考.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流机械设计方法学作业参考.精品文档.机械设计方法课程作业参考李 浩一、五个实例1、面向服务的模块化设计（挖掘机铲斗）（a） （b）(c) (d)图1 挖掘机铲斗本案例资料来源于浙江大学国家863目标导向项目机电产品与系统模块化设计平台（2009AA04Z146）。传统挖掘机的铲斗和斗爪一般是不可拆卸连接方式，这种结构的特点是结构连接坚固，斗齿不会脱落。改进后铲斗的斗齿与齿座采用装配式，其形式有橡胶卡销式和螺栓连接式等，如图1（d）所示。改进后的铲斗优点有：（1）铲斗因多次使用而使斗齿磨损或损坏，不必更换整个铲斗，只需调换磨损的斗齿即可，降低了服务维修成本；（2）由于挖掘机在不同工况下使用的铲斗齿形不一样，斗齿与齿座采用装配式后，可以将所有斗齿与齿座设计成系列化和标准化的连接形式，在不同工况下，无需调换铲斗，只需快速更换斗齿即可正常工作。本结构方案属于面向使用的设计。2、面向资源的设计图2 泡沫金属材料（来源：设计创意网）图3 米克朗机床的泡沫金属滑枕金属泡沫材料是一种物理功能与结构一体化的新型工程材料，并在消声、减震、分离工程、屏蔽防护、吸能缓冲等领域得到广泛应用（如图2所示）。瑞士米克朗公司HPM 1850U加工中心采用泡沫金属复合板来制造滑枕，如图3所示，使用泡沫金属的优点如下：（1）滑枕的整体重量减轻数百公斤，节省大量材料；（2）滑枕移动质量减轻之后，选配了更小功率的伺服电机，节约电力。3、面向制造的设计图4 不合理 图5合理图4和图5是零部件运输装置，输送带是常采用的输送设备。图4的三种设计结构也很难自动输送，因为它们的直接滚动性能差，改进的结构见图5，零件可以有效、自由的在运输线上移动。本案例是面向运输的设计。4、自助原理图6 无心外圆磨床加工原理（来源：机械加工设备及工装）自助原理是通过巧妙的选择系统元件以及其在系统中的布置，达到自身相互支持的效应。图6是无心外圆磨床磨削工件示意图，3为导轮，1为砂轮，2为托盘（运送工件前后移动）。砂轮顺时针旋转是主切削运动，导轮带动工件4旋转，实现工件4的磨削。工件由于自身重力作用，实现自身的被切削，而无需外部的夹紧元件。因此，这是一种典型的自加强型的自助原理。5、考虑变形的设计原则图7 机床主轴组件（来源：机械制造技术装备及设计）数控机床坐标原点通常定位在主轴前端，因此，一般把具有轴向推力作用安排在前支承内，使主轴发热向后膨胀。图7是某型号数控车床主轴组件，前端是圆锥滚子轴承支承，后端是球轴承支承。圆锥滚子轴承支承能承受轴向力和径向力，球轴承只能承受径向力。当主轴上时间高速运转时，主轴发热变形，由于前支承的轴向推力作用，使主轴向后膨胀，降低机床主轴坐标误差。该案例是考虑变形的设计原则。二、产品概念设计插头免拔型断电装置日常生活中，墙上或者地下固定的插孔，通常情况下没有开关按钮。但有时插座可能被放在柜子后面或其他不容易碰到的地方，这时插座上的开关就失去了作用；另外，热水器、洗衣机、冰箱等常用家电设备在不用的时候需要拔出，插头较难拔出，并且频繁的插拔容易损伤插座和插头。针对上面所述的生活小问题，本作业设计了两种解决方案，其一是通过旋转插头断电，叫插头旋转式；第二种是在插头上设置按钮开关，叫插头按钮式。这个创意带来的好处主要有两种：（1）在电器不用的时候断掉电源以节约用电。（2）避免经常插拔插头的情况，以减轻相关零件的磨损并提高使用寿命。1、插头旋转式插头旋转式断电装置是在插座上设置了可旋转和限位的装置。插头插进插座后如果处于ON位置时则电源接通，如果旋转到OFF位置时电源切断。接通断开图8 插头旋转式断电装置三维示意图图9 插头旋转式断电装置二维示意图表1 插头旋转式断电装置功能需求表要求表张：1改动必/愿要求必限位装置，插头旋转到ON位置和OFF位置时，插头被限位。必插头旋转到ON位置时电源接通，旋转到OFF位置时电源断开。愿尺寸长L5cm，宽H5cm必操作方便，简单且实用必实用安全性好材料：必绝缘性能良好的塑料必铜愿造型良好，外表美观必最高制造成本：6元人民币愿应用于双头插座或者三头插座2、按钮式按钮式断电装置在外形上只是在传统的插头上增加了一个按钮。按钮按下，电源接通；按钮复位，电源断开。具体原理如同按压式的圆珠笔。按钮式还可以将开关按钮设置到电线的中间，这样更方便特殊情况下的操作。图10 插头按钮式断电装置二维示意图表2 插头按钮式断电装置功能需求表要求表张：1改动必/愿要求必按ON按钮时电源接通，按钮被压下，指示灯变绿；按OFF按钮时电源接通，按钮复位，指示灯熄灭。愿尺寸长L5cm，宽H5cm必操作方便，简单且实用必实用安全性好材料：必绝缘性能良好的塑料必铜必发光二极管愿造型良好，外表美观必最高制造成本：6元人民币愿应用于双头插座或者三头插座3、方案对比表表3 方案对比表评价表插头免拔型断电装置序号评价准则方案（1）方案（2）功能1实现预期的功能好好作用原理2可靠及良好的接触好好结构形状3结构复杂程度一般简单4体积与外观一般一般制造5件数少较多一般6制造简单一般一般装配7装配容易容易容易使用8操作舒适（操作意义明确）简单很简单安全性9使用安全性安全安全成本10制造成本较低很低综合评价综合比较，方案一在多次旋转后，容易造成接触不良，功能失灵；方案二外形简单，只有一个按钮，操作简便。决策采用方案二，方案一在特定的场合下也可以用。