吉林大学机械系统设计实例--第7章机械系统总体设计12733.pptx

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1、第七章第七章机械系统总体设计机械系统总体设计 第一节第一节机械系统的方案设计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需求，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，它可以由使用者或生产者即为预定设计目标，它可以由使用者或生产者提出。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。机械产品的工理方案，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决定产品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

2、平和竞争能力的关性能、成本，关系到产品水平和竞争能力的关键所在。因此，机械运动方案的设计阶段是机键所在。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的设计阶段械产品设计中的最重要的设计阶段。一、方案设计的方法和步骤一、方案设计的方法和步骤对对于于机机械械产产品品来来说说，在在功功能能分分析析和和工工作作原原理理确确定定的的基基础础上上进进行行工工艺艺动动作作构构思思和和工工艺艺动动作作分分解解，初初步步拟拟定定各各执执行行构构件件动动作作相相互互协协调调配配合合的的运运动动循循环环图图，提提出出机机械械运运动动方方案案和和进进行行机机械械运运动动简简图图的的设设计计，这这就就是是机机械

3、械产产品品方方案案设设计计阶阶段段的的主主要内容。要内容。（一）方案构思的常用方法（一）方案构思的常用方法 1黑箱法黑箱法对对于于要要解解决决的的问问题题，设设计计人人员员难难以以立立即即认认识识，犹犹如如对对待待一一个个不不透透明明、不不知知其其内内部部结结构构的的“黑黑箱箱”。利利用用对对未未知知系系统统的的外外部部观观测测，分分析析该该系系统统与与环环境境之之间间的的输输入入和和输输出出，通通过过输输入入和和输输出出的的转转换换关关系系确确定定系系统统的的功功能能、特特性性所所需需具具备备的的工工作作原原理理与与内内部部结结构构，这这种种方方法法称称为为黑黑箱箱法。法。2列举法列举法以以

4、现现有有功功能能类类似似的的机机械械作作对对象象，列列举举其其优优点点，在在新新方方案案中中保保留留；列列举举其其缺缺点点，以以便便避避免免；列列举举其其不不足足（或或不不同同）之之处处，以以便便作作必必要要的的补补充充。在在继继承承基基础础上上创创新新，可可使使新新方方案案尽尽可可能能完完善。善。3移植法移植法受受其其它它事事物物（也也许许与与本本课课题题毫毫无无直直接接关关系系的的事事物物）的的启启迪迪，触触发发灵灵感感，运运用用联联想想将将其其原原理理合合理理地地应应用用到到自自己己的的课课题题上上。如如将将香香水水喷喷雾雾器器原原理理移移植植到到内内燃燃机机上上，发发明明了了内内燃燃机

5、机燃燃油油雾雾化化喷喷嘴嘴；将将移移动动推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构的的工工作作原原理理移移植植到到齿轮上，发明了活齿齿轮。齿轮上，发明了活齿齿轮。4.筛选法筛选法将将有有可可能能实实现现该该功功能能要要求求的的工工作作原原理理、工工艺艺动动作作及及实实现现该该运运动动的的基基本本机机构构和和组组合合机机构构尽尽可可能能按按层层次次罗罗列列出出来来，进进行行排排列列组组合合；再再按按可可行行性性、先先进进性性、方方便便性性、经经济济性性逐逐个个分分析析审审查查，淘淘汰汰不不适适合合的的。经经过过不不断断筛筛选选，剩剩下下两两三三个个方方案案再再按按方方案案设设计计的的有关步骤进行有关步骤进

6、行。（二）方案设计的一般步骤（二）方案设计的一般步骤根根据据产产品品功功能能要要求求、工工作作性性质质及及动动作作过过程程等等基基本本要要求求进进行行新新机机械械的的方方案案设设计计时时，要要将将总总功功能能分分解解为为各各分分功功能能以以及及各各功功能能元元，并并找找出出各各功功能能元元的的动动作作要要求求和和运运动动规规律律；按按各各功功能能元元的的动动作作要要求求和和运运动动规规律律确确定定机机械械示示意意图图（亦亦可可称称为为机机械械运运动动方方案案）；按按各各功功能能元元的的运运动动规规律律、动动作作过过程程、动动力力性性能能等等要要求求来来进进行行机机械械运运动动简简图图的的尺尺度

7、综合。度综合。将将机机械械运运动动方方案案中中各各个个机机构构运运动动尺尺寸寸计计算算确确定定之之后后就就得得到到机机械械运运动动简简图图。机机械械运运动动简简图图的的设设计计就就是是机机械械运运动动系系统统的的尺度综合。尺度综合。机机械械运运动动方方案案设设计计阶阶段段，要要求求完完成成机机械械产产品品的的功功能能分分析析，功功能能原原理理求求解解和和通通过过评评价价决决策策得得到到最最佳佳功功能能原原理理和和机机械械运运动动方方案案，也也就就是是初初步步完完成成机机械械运运动动简简图图设设计计中中的的机机构构选选型型和和组组合合应应用用的的分分析析和和设计。设计。机机械械运运动动简简图图设

8、设计计中中几几个个主主要要步步骤骤的的大大致内容致内容：1、机械总功能的分解、机械总功能的分解根根据据机机械械总总功功能能要要求求，选选定定机机械械的的工工作作原原理理、工工艺艺动动作作过过程程以以及及实实现现工工艺艺动动作过程的功能原理解。作过程的功能原理解。根根据据机机械械的的工工作作原原理理和和功功能能原原理理解解，就就可可以以确确定定出出机机械械所所需需要要的的执执行行构构件件的的数数目目、运运动动形形式式以以及及它它们们之之间间的的运运动动协协调配合关系等要求。调配合关系等要求。2绘制机械运动循环图绘制机械运动循环图按按机机械械的的工工作作原原理理、执执行行构构件件运运动动协协调调配

9、配合合要要求求，绘绘制制出出机机械械运运动动循循环环图图，作作为为各各执执行行机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

10、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作作出出机机械械运运动动示示意意图图（机机械械运运动动方方案案图）图）根根据据机机械械的的工工作作原原理理、执执行行构构件件运运动动的的协协调调配配合合要要求求和和所所选选定定的的各各执执行行机机构构，拟拟定定机机构构的的组组合合方方案案，画画出出机机械械运运动动示示意意图图，这这种种示示意意图图表表示示了了机机械械运运动动配配合合情情况况和和机机构构组组成成状状况况，代代表表了了机机械械运运动动系系统统的的方方案案，对对于于运运动动情情况况比比较较复复杂杂的的机机械械，机机械械运运动动示示意意图图还还可可以以采采用用轴轴测测投投影

11、影的的方方法法绘绘制制出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根据据各各执执行行构构件件、原原动动件件的的运运动动参参数数及及各各执执行行构构件件运运动动的的协协调调配配合合要要求求，同同时时还还要要考考虑虑动动力力性性能能要要求求，确确定定各各机机构构中中各各构构件件的的几几何何尺尺寸寸（指指机机构构的的运运动动尺尺寸寸）或或几几何何形形状状（如如凸凸轮轮廓廓线线）等等。在在进进行行机机构构的的尺尺度度综综合合时时要要考考虑虑机机构构的的静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对各各机机构构尺尺度度综综合合所

12、所得得结结果果，要要从从运运动动规规律律、动动力力条条件件、工工作作性性能能等等多多方方面面进进行行综综合合评评价价，确确定定合合适适的的机机构构运运动动尺尺寸寸。然然后后绘绘制制出出机机械械运运动动简简图图。机机械械运运动动简简图图应应按按比比例例尺尺画画出出各各机机构构运运动动尺尺寸寸和和几几何何形形状状。根根据据机机械械运运动动简简图图所所求求得得的的运运动动参参数数、动动力力参参数数、受受力力情情况况可可以以作作为为机机械械详详细细设设计计（总总图图、零零部部件件设设计计等）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功能能是是抽抽象象地地描描述述机机

13、械械产产品品输输入入量量和和输输出出量量之之间间的的因因果果关关系系。对对具具体体产产品品来来说说，功功能能是是指指产产品品的的效效能能、用用途途和和作作用用。人人们们购购置置的的是是产产品品功功能能，人人们们使使用用的的也也是是产产品品功能。功能。按按照照功功能能的的重重要要程程度度，功功能能可可分分为为两两类类：基基本本的的功功能能和和辅辅助助功功能能。基基本本功功能能是是实实现现产产品品使使用用价价值值必必不不可可少少的的功功能能，辅辅助功能即产品的附加功能。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

14、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）功能结构类类似似电电气气系系统统线线路路图图，分分功功能能的的关关系系也也可可以以用用图图来来描描述述，表表达达分分功功能能关关系系的的图图为为功功能能结结构构图图，功功能能结结构构图图的的建建立立是是结

15、结合合初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）并并联联结结构构又又称称选选择择结结构构，几几个个分分功功能能作作为为手手段段共共同同完完成成一一个个目目的的，或或同同时时完完成成某某些些分分功功能能后后才才能能继继续续执执行行下下一一个个分分功功能能，则则这这几几个个分分功功能能处处于于并并联联关关系系。例例如如车车

16、床床需需要要工工件件与与刀刀具具共共同同运运动动来来完完成成加加工物料的任务工物料的任务。（3）回回路路结结构构它它又又称称循循环环结结构构，输输出出反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）体体现现功功能能元元或或分分功功能能之之间间的的顺顺序序关关系系。这这是是功功能能结结构构图图与与功功能能分分解解图图之之间间的的重要区别。重要区别。2）各各分分功功能能或或功功能能元元的的划划分分及及其其排排列列要要有有一一定定的的理理论论依依据据（物物理理作作用用原原理理）或或经经验验支支持持（以以确确保保分分功功能能或或功功能能元元有有明明

17、确确解答）。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）尽尽可可能能简简单单明明了了，但但要要便便于于实实体体解解答方案的求取。答方案的求取。3功能结构图的变化功能结构图的变化实实现现同同一一总总功功能能的的功功能能结结构构可可有有多多种种，改改变变功功能能结结构构常常可可发发展展出出新新的的产产品品。改改变变的途径有：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）顺顺序序的的改改变变。例例如如能能量量进进入入系系统统以以后后，其其转转换换与与传传递递顺顺序序不不同同，实实体体解解答方案

18、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）系系统统边边界界的的改改变变。必必要要时时可可扩扩大大或或缩缩小小系系统统的的功功能能，以以求求得得更更合合理理的的解解答答方方案案。提提高高系系统统机机械械化化、自自动动化化程程度度是其重要方面。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1）通通过过技技术术过过程程分分析析，划划定定技技术术系系统统的的边边界，定出其总功能。界，定出其总功能。2）划划分分分分功功能能及及功功能能元元。通通常常是是首首先先考考虑虑所所应应完完成成的的主主要要工工作作过过程程的的动动作作和和作作用用，具具体体作法可参见功能分

19、解。作法可参见功能分解。3）建建立立功功能能结结构构图图，根根据据其其物物理理作作用用原原理理、经经验验或或参参照照已已有有的的类类似似系系统统，首首先先排排定定与与主主要要工工作作过过程程有有关关的的分分功功能能或或功功能能元元的的顺顺序序，通通常常先先提提出出一一个个粗粗略略方方案案，然然后后检检验验并并完完善善其其相相互互关关系系，补补充充其其它它部部分分。为为了了选选出出较较优优的的方方案案，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）评评比比，选选出出最最佳佳的的功功能能结结构构方方案案。进进行行评评比比的的方方面面是是：实实现现的的可可能能性性；复复杂杂

20、程程度度；是是否否易易于于获获得得解解答答方方案案；是是否否满满足足特特定定要要求求。通通常常可可取取少少数数较较好好的的方方案案进进一一步步具具体体化化，直直至至实实体体解解答答完完全全确确定定，可可以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。把把总总功功能能分分解解成成一一系系列列分分功功能能（功功能能元）之后，构思的着重点在于：元）之后，构思的着重点在于：1）确确定定这这些些分分功功能能，即即工工艺艺动动作作的的运运动规律，不同的运动规律匹配不同的机构；动规律，不同的运动规律匹配不同的机构；2）同同一一种种运运动动规规律律，可可用用（选选用用或或创创造）不同的机构型式来实现；

21、造）不同的机构型式来实现；3）同同一一种种功功能能，可可选选用用不不同同的的工工作作原原理，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）同同一一种种工工作作原原理理，可可选选用用、创创造造不不同的机构及其组合来实现。同的机构及其组合来实现。例：衣物洗涤，例：衣物洗涤，如图如图2-6，2-7。根根据据机机构构在在运运动动转转换换中中的的功功能能，可可把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

22、变换的机构；）实现转速变换的机构；5）实实现现运运动动分分支支、连连接接、离离合合、过过载载保护等其它功能的机构或装置。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

23、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

24、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

25、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

26、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

27、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

28、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

29、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

30、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

31、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，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

32、，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

33、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

34、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

35、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，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

36、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

37、、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，

38、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，

39、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，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

40、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

41、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

42、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

43、，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

44、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

45、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

46、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

47、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的总体布置手扶拖拉机为单轴轮式移动机械，田间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，所以手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点。扶拖拉机的总体布置体现出下列一些特点。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、

48、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

49、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

50、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，通常将其布置在从动紧凑，通常将其布置在从动V带轮内部。带轮内部。当配带旋耕机时，由传动箱的动力输当配带旋耕机时，由传动箱的动力输出轴经链传动驱动旋耕刀转动。为防止旋出轴经链传动驱动旋耕刀转动。为防止旋耕刀反向转动而发生事故，应使链传动与耕刀反向转动而发生事故，应使链传动与传动箱的倒档有联锁机构，使手扶拖拉机传动箱的倒档有联锁机构，使手扶拖拉机倒驶时旋耕刀停止转动。倒驶时旋耕刀停止转动。3）操纵机构集中布置）操纵机构集中布置