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1、搬運機器人設(shè)計及檢修 1.1工業(yè)機器人概括 工業(yè)機器人是 一種可編程的智能型自動化設(shè)備 ，是應(yīng)用計算機進行控 制的替代人 進行工作的高度自 動化系統(tǒng)。 最近，聯(lián)合國 標準化組織采 用的機器人 的定義是：“一 種可以反復(fù)編程的 多功能的、 用來搬運材料、零件、工具 的操作機”。在無 人參與的 情況下，工業(yè) 機器人可以自動按不同軌跡、不 同運動方式完成規(guī)定動作和各 種任務(wù)。 機器人和機械 手的主要區(qū)別是：機械手是沒有自主能 力，不可重復(fù)編程，只能完成定 位點不變的簡 單的重復(fù)動作；機器人是由計算機控制 的，可重復(fù)編程，能完成任意定 位的復(fù)雜運動 。 機器人是從初級到高級逐步完善起來

2、 的，它的發(fā)展過程可以分為三代 ： 第一代機器人是目前工業(yè)中大量使用 的示教再現(xiàn)型機器人， 它主要 由夾持器、手 臂、驅(qū)動器 和控制器組成。它的控制方式 比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存儲 信息，工作時讀出這些信息， 向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令， 執(zhí)行機構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作 。 第二代機器人是帶感覺的機器人，它具有一些對外部信息進行反饋 的能力，諸如 力覺、觸覺、視覺等。其控制方式較 第一代機器人要復(fù)雜得 多，這種機器人從 1980 年以來進入實用階段。 第三代機器人是智能機器人， 目前還沒有一個統(tǒng)一和完善的智能機 器人定義。國 外文獻中對它 的解釋是“可動自治裝 置，能理解指示命

3、令 ，感知環(huán)境，識別 對象，計 劃其操作程序 以完成任務(wù)”。這個解釋基本上反映了現(xiàn)代 智能機器人的特點。近年來 ， 智能機器人發(fā) 展非常迅速，如機器人競技、機 器人探險等。 工業(yè)機器人又搬運、 焊接、裝配、檢 查、等機器人， 主要用于現(xiàn)代化 的工廠和柔 性加工系統(tǒng)中。工業(yè)機器人可以代替人進行工 作，有通用性，可以直接對外 界工作。 1.1.1工業(yè)機器人定義 工業(yè)機器人是 面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或 多自由度的機器人。 工業(yè)機器人是 自動執(zhí)行工作 的機器裝置，是靠自身動力 和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一 種機器。它 可以接受人類 指揮，也可以按照預(yù)先編排 的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機

4、 器人還可以根據(jù) 人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。 品種中、小批量的生產(chǎn)， 70年代起，常與數(shù)字控制機床結(jié) 合在一起，成為柔性制 造由來：1920年捷克作家卡雷 爾查培 克在其劇本 《羅薩姆的萬 能機器人》 中最早使 用機器人一 詞，劇中 機器人“Robot”這個詞的本意 是苦力，即劇作家 筆下的一 個具有 人的外表，特征和功能的機器，是一種人造的勞力。它是最早的工業(yè)機器人設(shè)想。 20世紀40年代中后 期，機器 人的研究 與發(fā)明得 到了更多 人的關(guān) 心與關(guān)注。50年代以 后，美國橡樹嶺國 家實驗室開始研究能搬運核原 料的遙控操縱機械手，如圖 0.2 所示, 這是一種主從 型控制系統(tǒng)，主

5、機械手的運動。系統(tǒng)中加入力 反饋，可使操作者獲知施 加力的大小，主從機械手之間有防護墻隔 開，操作者可通過觀察窗或 閉路電視對從機 械手操作機進 行有效的監(jiān)視， 主從機 械手系統(tǒng)的出現(xiàn)為機器人的產(chǎn)生 為近代機器人的 設(shè)計與制造作 了鋪墊。 1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器 人的概念，并申 請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù) 控制機器人的關(guān)節(jié)，利用人 手對機器人進行 動作示教，機器人能實 現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的 示教再現(xiàn)機器人。現(xiàn)有的 機器人差不多 都采用這種控制方式。 1959年第一臺工業(yè) 機器人在美國誕生， 開創(chuàng)了機 器人發(fā)展的新紀元。 特點：戴沃爾提出的工

6、業(yè)機器人有以下特點：將數(shù)控機床的伺服軸與遙控操縱器 的連桿 工業(yè)機器人 機構(gòu)聯(lián)接在一 起，預(yù)先設(shè)定的機械手動作 經(jīng)編程輸入后，系統(tǒng)就可以 離開人的輔助而 獨立運行。這種機器人 還可以接受示教而完成各種簡 單的重復(fù)動作，示教過程中，機 械手可依次通 過工作任務(wù)的各個位置，這 些位置序列全部記錄在存儲器內(nèi) ，任務(wù)的執(zhí) 行過程中，機器人的各個關(guān)節(jié)在伺服驅(qū)動 下依次再現(xiàn)上述位置，故這 種機器人的主要 技術(shù)功能被稱為 可編程”和示教再現(xiàn)” 1962年美國推出 的一些工業(yè)機器 人的控制方 式與數(shù)控機床 大致相似，但外形主要由類似人的手和 臂組成。后來，出現(xiàn)了具有視覺 傳感器的、能識別與定

7、位的工業(yè)機器人系 統(tǒng)。當(dāng)今工業(yè)機器人技術(shù)正 逐漸向著具有行 走能力、具有多種感知能力、 具有較強的對作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng) 能力的方向發(fā)展。 目前， 對全球機器人 技術(shù)的發(fā)展最有影響的國家是美 國和日本。美國在工業(yè) 機器人技術(shù)的綜 合研究水平上 仍處于領(lǐng)先地位，而日本生 產(chǎn)的工業(yè)機器人在數(shù)量、種 類方面則居世界 首位。 構(gòu)造與分類：工業(yè)機器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本一 部分組成。主體 即機座和執(zhí)行 機構(gòu)，包括臂部、腕部和手 部，有的機器人還有行走機構(gòu) 。大多數(shù)工業(yè) 機器人有 3?6個運動自由度， 其中腕部通常有 1?3個運動自由度； 驅(qū)動系統(tǒng)包括動 力裝置和傳動 機構(gòu)，用以使

8、執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生 相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按 照輸入的程序?qū)? 驅(qū)動系統(tǒng)和執(zhí) 行機構(gòu)發(fā)出指令信號，并進 行控制。工業(yè)機器人按臂部 的運動形式分為 四種。直角坐標型的臂 部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標 型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn) 和伸縮動作； 球坐標型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和 伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn) 動關(guān)節(jié)。 工業(yè)機器人按 執(zhí)行機構(gòu)運動的控制機能，又可分點位型和連續(xù)軌跡型 。點位型只控制 執(zhí)行 工業(yè)機器人 機構(gòu)由一點到 另一點的準確定位， 適用于機床上下料、 點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)； 連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機構(gòu)按給定軌跡運動 ，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作 業(yè)。 工 業(yè)機器人按程序輸入方

9、式區(qū)分有編程輸入型和 示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算 機上已編好的作業(yè) 程序文件， 通過 RS232串口或者以太網(wǎng)等通_信方式傳送到機器人 控制柜。 示教輸入型的示教方法有兩 種：一種是由操作者用手動控 制器（示教操 縱盒），將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構(gòu)按要求的動作順序和運動軌跡操演一 遍；另一種是 由操作者直接領(lǐng)動執(zhí)行機構(gòu)，按 要求的動作順序和運動軌跡操 演一遍。 在示教過程的 同時，工作程序的信息即自動存 入程序存儲器中在機器人自動 工作時, 控制系統(tǒng)從程 序存儲器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號傳給驅(qū)動機構(gòu)，使執(zhí)行機構(gòu)再現(xiàn) 示教的各種動 作。示教輸入程序的 工業(yè)機器人稱為示教再

10、現(xiàn)型工 業(yè)機器人。具有觸覺、 力覺或簡單的視覺的工業(yè)機器人，能在較 為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具 有識別功能或更 進一步增加自 適應(yīng)、自 學(xué)習(xí)功能，即成為 智能型工 業(yè)機器人。它能按 照人給的 宏指 令”自選或 自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動 完成更為復(fù)雜的工作。 應(yīng)用：工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中能 代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè) ， 或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè) ，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝 、塑料 制品成形、機械加工和 簡單裝配等工序上，以及在原子能工 業(yè)等部門中，完成對人體 有害物料的搬 運或工藝操作。20世紀50年代末，美國在機械 手和操作機的基礎(chǔ)上，采 用伺服機構(gòu)

11、和 自動控制等技術(shù)，研制出有 通用性的獨立的工業(yè)用自動操作 裝置，并將 其稱為工業(yè)機 器人；60年代初，美國研制成 功兩種工業(yè)機器人，并很 快地在工業(yè)生產(chǎn) 中得到應(yīng)用；1969年，美國通 用汽車公司用21臺工業(yè)機器人組成了 焊接轎車 車身的 自動生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機器人。 由于工業(yè)機 器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多單 元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分 。 中國的工業(yè)機 器人：我國工業(yè)機器人起步于 70年代初期，經(jīng)過 20多年的發(fā)展，大 致經(jīng)歷了 3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開 發(fā)期和90年代的適用化期。 70 年代是世界科 技發(fā)展的一個

12、里程碑：人類登上 了月球，實現(xiàn)了金星、火星的 軟著陸。 我國也發(fā)射了 人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機器 人應(yīng)用掀起一個高潮，尤其 在日本發(fā)展更為 迅猛，它補充了日益短 缺的勞動力。在這種背景下，我國于 1972年開始研制自己的工 業(yè)機器人。 進入80年代后，在高技術(shù)浪潮的沖擊 下，隨著改革開放的不斷深入 ， 我國機器人技 術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重 視與支持。七五”期間，國家投入資金， 對工業(yè)機器人 及其零部件進行攻關(guān)，完成了示 教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術(shù) 的開發(fā), 研制出了噴涂、 點焊、弧焊和搬運機器人。 1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（ 863計 劃）開始實 施，智

13、能機器人主題跟蹤世界 機器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過幾年 的研究，取得 了一大批科研 成果，成功地研制出了一 批特種機器人。從 90年代初期起 ，我國的國民 經(jīng)濟進入實現(xiàn) 兩個根本轉(zhuǎn)變時期，掀起了 新一輪的經(jīng)濟體制改革和技術(shù)進 步熱潮，我 國的工業(yè)機器 人又在實踐中邁進一大步 ，先后研制出了點焊 、弧焊、 裝配、噴漆、切 割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機 器人，并實施了一批機器人應(yīng) 用工程，形成 了一批機器人 產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機器人 產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。雖 然中國的工業(yè)機 器人產(chǎn)業(yè)在不 斷的進步中，但和國際同行相比 ，差距依舊明顯。從市場占有 率

14、來說, 更無法相提并 論。工業(yè)機器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未 掌握，這是影響我國機器 人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 一個重要瓶頸。 1.1.2工業(yè)機器人現(xiàn)狀 工業(yè)機器人現(xiàn)狀評析： 在前不久召開的第五屆全國先進制造裝備與機 器人技術(shù)高峰論壇上， 哈爾濱工業(yè) 大學(xué)機器人研究所副所長李瑞峰教授對我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略進行了探討 并提出了建設(shè)性的意見。 他指出，作為先進制造業(yè)中不可替代 的重要裝備和手段，工業(yè)機 器人已經(jīng)成為衡 量一個國家制 造水平和科技水平的重要標志。 自從20世紀60年代人類制造了第一 臺工業(yè)機器人以來， 機器人 就顯示出了極強 的生命力。經(jīng)過 40年的

15、飛速發(fā)展， 在工業(yè)發(fā)達國家，機器人已經(jīng)廣 泛應(yīng)用于汽車工 業(yè)、機械加工行業(yè)、電 子電氣行業(yè)、橡膠 及塑料工業(yè)、食品 工業(yè)、物流、制造業(yè)等諸 多領(lǐng)域中。 據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，工業(yè)機器人主 要用于汽車工業(yè)及汽車零部件工 業(yè)，占整個 機器人市場的 61%，金屬制品業(yè)占 8%、橡膠及塑料工業(yè)和電子電氣行業(yè)分別占 7%， 食品工業(yè)占 2%，其他工業(yè)占 15%。 據(jù)了解，國際上工業(yè)機器人技術(shù)日趨 成熟，已成為裝備制造業(yè)的 一種標準設(shè)備而 得到工業(yè)界的 廣泛應(yīng)用。比較著名的工業(yè)機器人 公司有瑞典的 ABB、日本的FANUC、 Yaskwa、德國 的KU鄄KA、美國的 AdeptTech no

16、logy 、意 大利的 COMAU，這些公 司已成為其所 在地區(qū)的支柱性企業(yè)。 陣痛：依賴進 口 目前，我國進口的工業(yè)機器人主 要來自日本，2004年日本對華出 口的機器人占 我國進口的工 業(yè)機器人的一半，其他歐洲品 牌機器人，如 ABB、KUKA、COMAU 等， 占據(jù)市場的另 一半。 2005年，我國工業(yè)機器人擁有量達到 7000臺，年銷增長到 28.7億元。近年來， 隨著我國經(jīng)濟 快速增長，特別是汽車業(yè)的 高速發(fā)展，每年新增工業(yè)機 器人的臺數(shù)和總 量都在快速增 長。2006年，我國工業(yè)機器人新安裝臺數(shù)達 5770臺、2007年為6581 臺，2008年則達到 7500臺。

17、截止2008年年末，我國已有工業(yè)機器人 31400臺。 隨著我國制造業(yè)從勞動密集型向 現(xiàn)代化方向 發(fā)展，機器人保有量達到一定的規(guī) 模，但與發(fā)達 國家相比仍然有不少差距。 僅從汽車 工業(yè)每百萬名生產(chǎn)工人占有的機 器人數(shù)量來比較，日本 1710臺、意大利1600臺、美國770臺、英國610臺、瑞典 630臺，而我國還不到 90臺，中國仍 然是世界上相 對比較落后的國家。面對中 國這樣龐大的市場，每一個 機器人供應(yīng)商都 有著非常大的 用武之地。 弊端：產(chǎn)業(yè)化不足 20世紀90年代末，我國建立了 9個機器人產(chǎn) 業(yè)化基地和 7個科研基地。產(chǎn)業(yè)化 基地的建設(shè)，為發(fā)展我 國機器人產(chǎn)業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

18、目前，我國已經(jīng)能 夠生產(chǎn)具有國際 先進水平的平 面關(guān)節(jié)型裝配機器人、直角坐 標機器人、弧焊機器人、點 焊機器人、搬 運碼垛機器人等一系列產(chǎn)品，不少品種已經(jīng)實 現(xiàn)了小批量生產(chǎn)。 盡管機器人產(chǎn)業(yè)化已呈星火燎原之勢 ，但仍舊存在著諸多問題。除了眾多歷史原 因造成制造業(yè)水平低下的原因外， 更多的是對工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的認識 和定位上存在著 不同的觀點。 首先，我國基礎(chǔ)零部件制造能力差 。雖然我國在相關(guān) 零部件方面有了一定的基礎(chǔ) 但是無論從質(zhì) 量、產(chǎn)品系列，還是批量化供給方面都與國外 存在較大的差距。特別是 在高性能交流伺服電機和精密減速器方面的差 距尤其明顯，因此造成關(guān)鍵零部件長期 依賴

19、進口，影 響了我國機器人的價格競爭力。 其次，中國的機器人還沒有形成自己 的品牌。雖然已經(jīng)擁有一批 企業(yè)從事機器人 的開發(fā)，但是都沒有形 成較大的規(guī)模，缺乏市場的品牌認知 度，在機器人市場方面一 直面臨國外機 器人品牌的打壓。國外機器 人作為成熟的產(chǎn)業(yè)采用整機降價 ，吸引國內(nèi) 企業(yè)購買，而 在后續(xù)的維護備件費用很高的策 略，逐步占領(lǐng)中國市場。 再其次，認識不到 位，鼓勵工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的政 策少。工業(yè)機器人的制造 及應(yīng)用水平，代表了一個國家的制造業(yè)水 平，應(yīng)從國家高度認識發(fā)展 中國工業(yè)機器人 產(chǎn)業(yè)的重要性，這是我國從制造大國向制造強 國轉(zhuǎn)變的重要手段和途徑。 據(jù)了解，日本戰(zhàn)

20、后對機器人采取的一 系列相關(guān)政策，極大地推動 了機器人產(chǎn)業(yè)的 人作為高新技術(shù) 研制或與科研院 不久后將會作為 發(fā)展，目前，日本已是世界上 工業(yè)機器人的第一生產(chǎn)大國。工業(yè)機器 產(chǎn)品，應(yīng)該比 照新能源中的電動汽車，出臺相 應(yīng)的扶植政策。 李瑞峰說：如今，已經(jīng) 有一批機 器人企業(yè) 根據(jù)市場需 求，自行 所合作，進行機器人產(chǎn) 業(yè)化開發(fā)?？梢灶A(yù)見，我國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè) 一種在國民經(jīng) 濟中占據(jù)重要地位的產(chǎn)業(yè)而存在 ?！? 據(jù)悉，奇 瑞汽車已經(jīng)制定了 2010年年產(chǎn)100臺焊接機器人產(chǎn)業(yè)化目標。 催化劑：政策扶持 李瑞峰指 出，中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化 正處于關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點，如果 政府的扶持力

21、度 再向前推進 一步，中國的工業(yè)機器 人產(chǎn)業(yè)將會越過目前的 臨界期”，跨上一個新的臺 階，進入快速發(fā)展階段。 同時，如何適應(yīng)快 速變化的國內(nèi)外市場需求，如何以高 質(zhì)量、低成本和快速反應(yīng) 的手段在市場中生存和發(fā)展，已是我國機器人 產(chǎn)業(yè)不容回避的問題。 對此，李瑞峰提出 如下建議，以市場需求為導(dǎo)向抓住幾 個重點產(chǎn)品集中突破；通 過國家行業(yè)專 門立項，發(fā)展我國自己的機器人產(chǎn)業(yè)；以企業(yè) 為主體，推動產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟 建設(shè)，形成強 大的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售隊伍。 李瑞峰說:我們必須在民 族產(chǎn)業(yè)鏈上應(yīng)用自己的機器人產(chǎn) 品，擺脫國外的壟斷 特別是新一代 的工業(yè)機器人要我們自己的器件 來做，降低成本。 ”

22、他還指出，在未來， 為應(yīng)對國際挑 戰(zhàn)，我國應(yīng)從機器人本體優(yōu)化設(shè) 計技術(shù)、新一代智能控制機器 人技術(shù)、 關(guān)鍵機器人單 元部件制造技術(shù)、機器人離 線編程和仿真技術(shù)、基于外 部傳感器技術(shù)的 機器人運動控制、工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、工業(yè)機器人故障遠程診斷與修復(fù)技術(shù) 工業(yè)機器人與成套裝備協(xié)同作業(yè)技術(shù)、復(fù)雜機電系統(tǒng)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技 術(shù)及對系統(tǒng)性能 研究。 的影響等方面對新一代工業(yè)機器人的技術(shù)進行 1.1.3工業(yè)機器人發(fā)展前景 我國工業(yè)機器人起步于 70年代初期，經(jīng)過 20多年的發(fā) 展，大致經(jīng)歷了 階段：70年代的萌芽期， 80年代的開發(fā)期和 90年代的 適用化期。 70年代是世界科技 發(fā)展

23、的一個里程 碑：人類登上了 月球，實現(xiàn)了金 星、火星的 軟著陸。我國也發(fā)射了 人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機器人應(yīng)用掀 起一個高潮，尤其在日本 發(fā)展更為迅猛，它補充了日益短缺的勞動力。 在這種背景下，我國于 1972年開始研 制自己的工業(yè)機器人。 進入80年代后，在高技術(shù)浪潮 的沖擊下，隨著改革開放的不斷 深入，我國機器 人技術(shù)的開 發(fā)與研究得到了政府的 重視與支持。 七五”期間，國家投入 資金，對工業(yè) 機器人及其零 部件進行攻關(guān)，完成了示教 再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術(shù)的開 發(fā)，研制出 了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人。 1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（ 863計劃） 開始實施，智能機器人

24、 主題跟蹤世界機器人技術(shù)的前 沿，經(jīng)過幾年的研究，取得了一 人。 大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器 從90年代初期起，我國的國民經(jīng)濟進入實現(xiàn) 兩個根本轉(zhuǎn)變時期，掀起了新一輪的 經(jīng)濟體制改革和技術(shù)進步熱潮，我國的工 業(yè)機器人又在實踐中邁進一大步 ，先后研制 出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、 搬運、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機器人 ，并 實施了一批機 器人應(yīng)用工程，形成了一批 機器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國 機器人產(chǎn)業(yè)的騰 2，繼承設(shè)計根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù) 發(fā)展對已有的機械進行設(shè)計更新 ，以提高其性能、 2，繼承設(shè)計根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù) 發(fā)展對已有的機械

25、進行設(shè)計更新 ，以提高其性能、 飛奠定了基礎(chǔ) 。 目前，我國從 事機器 人研發(fā)和 應(yīng)用工程的單位2 0 0多家，擁有量為3 5 0 0臺左右，其中國產(chǎn)占2 0%，其余都 是從日本、美國、瑞典等4 0多個國家引進 的。200 0年已生產(chǎn)各種類型工業(yè)機器人和系統(tǒng)3 0 0臺套，機器人銷售額6 . 7 4億元，機器 人產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟的年收益額為 4 7億元。 2，繼承設(shè)計根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù) 發(fā)展對已有的機械進行設(shè)計更新 ，以提高其性能、 2，繼承設(shè)計根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù) 發(fā)展對已有的機械進行設(shè)計更新 ，以提高其性能、 據(jù)專家對國內(nèi)5 4 2家

26、 用戶以及汽車、電子電器、工程機械3個行業(yè)的 部分用戶進行 統(tǒng)計分析，就全國而言，弧焊、 點焊、裝配、噴涂機器人應(yīng)用 的最多; 其次是搬運、 上下 料（沖壓、 壓鑄、鑄鍛、 注塑等用的大多是上下料機器人）；再次 是包裝、碼垛 、拆垛機器人和密封涂膠機器人 ，其他機器人用量很少。就行 業(yè)而言, 汽車行業(yè)以焊 接、噴涂、涂膠作業(yè)較多，沖壓、 搬運 、裝配次之；電 子電器行業(yè)集中 在裝配，如大連華錄 家就用了近3 0 0臺，其次是搬運和 噴涂；工程機械行業(yè)集中 2，繼承設(shè)計根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù) 發(fā)展對已有的機械進行設(shè)計更新 ，以提高其性能、 2，繼承

27、設(shè)計根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù) 發(fā)展對已有的機械進行設(shè)計更新 ，以提高其性能、 、輕紡和煙草 用于弧焊，噴涂其次。此外包 裝、碼垛、拆垛 機器人目前主要用于石化 行業(yè)。 造和汽車工業(yè)）共4 6 7 據(jù)對我國7 2 4家用戶行業(yè)統(tǒng)計分析，大機械行業(yè)（機械制工業(yè)機器人主要應(yīng)用在汽車、機械制造等行業(yè) 專家研究 認為，我國工業(yè)機器人的市場主 要在汽車、摩托車、電器、工 程機械、 石油化工等行 業(yè)，企業(yè)對技術(shù)進步的需求 更加強烈，其中主要的機器 人用戶仍在汽車 制造行業(yè)、工程機械行 業(yè)及電機、電子行業(yè)。我國對工業(yè)機器人的需 求量和品種將逐 年大幅度增加 據(jù)專家預(yù)測， 在工業(yè)機器人的需求上，我

28、國也 將同國際市場需求趨勢基本一 致, 即以機器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)取代單臺機器人 ，這是因為工業(yè)生產(chǎn)所用的 機器人大多數(shù)是 2，繼承設(shè)計根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù) 發(fā)展對已有的機械進行設(shè)計更新 ，以提高其性能、 2，繼承設(shè)計根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù) 發(fā)展對已有的機械進行設(shè)計更新 ，以提高其性能、 在生產(chǎn)線上使 用，組成機器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)，單臺機器人很 少使用。一般企業(yè)都不具 對機器人及其自 備將機器人集成到生產(chǎn)系統(tǒng)的能力， 因此對機器人的需求也就轉(zhuǎn)化為 動化成套裝備 的需求。 1.2設(shè)計 1.2.1機械設(shè)計 定義：機械 設(shè)計(machine design )，根據(jù)使用要求

29、對機械的工作原理 、結(jié)構(gòu)、運動 方式、力和 能量的傳遞方式、各個零件的 材料和形狀尺寸、潤滑方法等 進行構(gòu)思、分 析和計算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。機械設(shè)計是機械工 程的重要組成 部分，是機械生產(chǎn)的第一步，是決定機械性能 的最主要的因素。機械設(shè) 計的努力目 標是：在各種限定的條 件(如材料、加工 能力、理論知識和計算 手段等)下 設(shè)計出最好的機械，即做出優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化設(shè) 計需要綜合地考慮許多要求， 一般有： 最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸 和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少 環(huán)境污染。這些要求常是互相矛盾的 ，而且它們之間的相對重要性因 機械種類和用

30、途 的不同而異。設(shè)計者的 任務(wù)是按具體情況權(quán)衡輕重，統(tǒng)籌兼 顧，使設(shè)計的機械有最優(yōu) 的綜合技術(shù)經(jīng) 濟效果。過去，設(shè)計的優(yōu)化 主要依靠設(shè)計者的知識、經(jīng)驗 和遠見。隨著 機械工程基礎(chǔ) 理論和價值工程、系統(tǒng)分析 等新學(xué)科的發(fā)展，制造和使 用的技術(shù)經(jīng)濟數(shù) 據(jù)資料的積累,以及計算機的推廣應(yīng)用,優(yōu)化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學(xué)計算。 服務(wù)于不同產(chǎn) 業(yè)的不同機械，應(yīng)用不同的工作原理，要求不 同的功能和特性。各產(chǎn)業(yè) 機械的設(shè)計，特別是整體和整系統(tǒng)的機械 設(shè)計，須依附于各有關(guān)的產(chǎn) 業(yè)技術(shù)而難于形 成獨立的學(xué)科 。因此出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械設(shè) 計、礦山機械設(shè)計、紡織機械設(shè)計、 汽車設(shè)計 船舶設(shè)計、泵設(shè)計、壓

31、縮機設(shè)—計、汽輪機設(shè)計 、內(nèi)燃機設(shè)計、機床設(shè) 計等專業(yè)性的機 械設(shè)計分支學(xué) 科。但是，這許多專業(yè)設(shè)計又有 許多共性技術(shù)，例如機構(gòu)分析 和綜合、 力與能的分析 和計算、工程材料學(xué)、材料強度 學(xué)、傳動、潤滑、密封，以及 標準化、 可靠性、工 藝性、優(yōu)化等。此外，還 有研究設(shè)計工作的內(nèi)在規(guī)律和設(shè) 計的合理步驟和 方法的新興的設(shè)計方法學(xué)。將機械設(shè)計的共性技術(shù)與理性化的設(shè)計方 法學(xué)匯集成為一 門獨立的、綜合性的機械設(shè)計學(xué)科是機械工程 實踐和教育工作者正在努力的 工作。 設(shè)計、分類：機械設(shè)計可分為新型設(shè)計、繼承設(shè)計和變型設(shè)計3類。 1、新型設(shè)計 應(yīng)用成 熟的科學(xué)技術(shù)或經(jīng)過實驗證明是 可行的新技

32、術(shù)，設(shè)計過去沒有過 的新型機械。 2，繼承設(shè)計根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù) 發(fā)展對已有的機械進行設(shè)計更新 ，以提高其性能、 降低其制造成本或減少其運用費用。 3，變型設(shè)計 為適應(yīng)新的需要對已有 的機械作部分的修改或增刪而發(fā) 展出不同于標準 型的變型產(chǎn)品。 （開卷機） 主要程序 1、 根據(jù)用戶訂貨、市場需要和新科 研成果制定設(shè)計任務(wù)。 2、 初步設(shè)計。包括確定機械的工作原理和基本結(jié)構(gòu)形式，進行運動設(shè)計、 結(jié)構(gòu)設(shè)計 并繪制初步總圖以及初步審查。 3、 技術(shù)設(shè)計。包括修改設(shè)計（根據(jù)初審意見 ）、繪制全部零部件和新 的總圖以及第二 次審查。 4、工作圖設(shè)計。 包括最后的修改（

33、根據(jù)二審意見）、繪制 全部工作圖 （如 零件圖、部件 裝配圖和總 裝配圖等）、制定全 部技術(shù)文件（如零件表、 易損件清 單、使用說明等）。 5、定型設(shè)計。用于成批或大量生產(chǎn)的機械。對于某些設(shè)計任務(wù)比較簡單（如簡單機 械的新型設(shè)計、一般機械的繼承設(shè) 計或變型設(shè)計等）的機械設(shè)計可省去初步設(shè)計程序 般程序 部機器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計質(zhì)量 上就在于實現(xiàn) 設(shè)計時所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機 所討論的設(shè)計過程僅指狹義的技術(shù)性的設(shè)計過 也是一個盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗的工 。制造過程對機器質(zhì)量所起的 作用，本質(zhì) 器的設(shè)計階段是決定機器好壞 的關(guān)鍵。 程。它是一個創(chuàng)造性

34、的工作 過程，同時 作。要很好地把繼承與創(chuàng)新結(jié) 合起來， 才能設(shè)計出高 質(zhì)量的機器。作為一部完整的機器，它是一個 復(fù)雜的系統(tǒng)。要提高設(shè)計 質(zhì)量，必 須有一個科學(xué)的設(shè)計程序。雖然不可能列出一個在任何情況 下都有效的惟- 程序，但是， 根據(jù)人們設(shè)計機器的長期經(jīng)驗。 1，以下對各階段分別加以簡要說明 。 （一）計劃 階段 在根據(jù)生產(chǎn)或 生活的需要提 出所要設(shè)計的 新機器后， 計劃 階段只是一個 預(yù)備階段。此時，對所要設(shè)計的機器僅有一個 模糊的概念。在計劃階段 中，應(yīng)對所設(shè)計的機器 的需求情況做充分的調(diào)查研究 和分析。通過分析，進一步明確 機器所應(yīng)具有 的功能，并為以

35、后的決策提出由環(huán)境、經(jīng)濟、加工以及 時限等各方面所 確定的約束條 件。在此基礎(chǔ)上，明確地寫出設(shè)計任務(wù)的全面 要求及細節(jié)，最后形成設(shè) 計任務(wù)書，作為本階段的總結(jié)。設(shè)計任務(wù) 書大體上應(yīng)包括：機器的功能 ，經(jīng)濟性及環(huán) 保性的估計，制造要求 方面的大致估計，基本使用要求，以及完成設(shè) 計任務(wù)的預(yù)計期 限等。此時，對這些要求及條 件一般也只能給出一個合理的范 圍，而不是準確的數(shù)字 例如可以用必 須達到的要求、最低要求、希望 達到的要求等方式予以確定。 （二）方案設(shè)計階段 本階段對 設(shè)計的成敗起關(guān)鍵的作用。 在這一階段中也充 分地表現(xiàn)出設(shè) 計工作有多個解（方案）的 特點。機器的功能分析，就 是

36、要對設(shè)計任務(wù) 書提出的機器 功能中必須達到的要求、最 低要求及希望達到的要求進行綜 合分析，即 這些功能能否實現(xiàn)，多項功能間有無矛 盾，相互間能否替代等。最后確定出功能參數(shù) 作為進一步設(shè) 目標與當(dāng)前目 決辦法，亦即提出可能采用的方案。尋求 與現(xiàn)實、發(fā)展 可提出可能的解 動部分及執(zhí)行部 計的依據(jù)。在這一步驟中，要恰當(dāng)處理需要與可能、理想 標等之間可能產(chǎn)生的矛盾問題 。確定出功能參數(shù)后，即 方案時，可按原動部分、傳 分分別進行討論。，較為常用的辦法是先從執(zhí)行部分開始討論。討論機器的執(zhí)行部分 時，首先是 關(guān)于工作原理的選擇問題。例 如，設(shè)計制造螺釘?shù)臋C器時 ，其工作原理既 可采用

37、在圓柱形毛坯上用車刀車削螺紋的辦法 ，也可采用在圓柱形毛 坯上用滾絲模滾 壓螺紋的辦法。這就提 出了兩種不同的工作原理。工作原理 不同，當(dāng)然所設(shè)計出的機 器就會根本不 同。特別應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是，必須不斷地研究和發(fā) 展新的工作原理。這是設(shè) 計技術(shù)發(fā)展的 重要途徑。根據(jù)不同的工作 原理，可以擬定多種不同的 執(zhí)行機構(gòu)的具體 方案。例如僅以切削螺紋來說，既可 以采用工件只作旋轉(zhuǎn)運動而刀具 作直線運動來切 削螺紋（如在普通車床上切削螺紋），也可以使工 件不動而刀具 作轉(zhuǎn)動和移動來切削 螺紋（如用板牙加 工螺紋）。這就是說，即使對于 同一種工作原 理，也可能 有幾種不 同的結(jié)構(gòu)方案。 原動機部分的方

38、案當(dāng)然也可以有多種選擇。由于電力 供應(yīng)的普 遍性和電力拖 動技術(shù)的發(fā)展， 現(xiàn)在可 以說絕大多數(shù)的固定機械都優(yōu)先 選擇電動機作為 原動機部分。熱力原動 機主要用于運輸機、工程機械或農(nóng)業(yè) 機械。即使是用電動機作 為原動機，也還有交流 和直流的選擇，高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速的選 擇等。傳動部分的方案就 更為復(fù)雜多樣 了。對于同一傳動任務(wù)，可以由多種機構(gòu)及不 同機構(gòu)的組合來完成。因 此，如果用W ，表示原動機部 分的可能方案數(shù)， N2和N3分別代表傳動部分和執(zhí)行部 分的可能方案 數(shù)，則機器總體的可能方案數(shù)W 為Ni X N2X N3個。 以上僅是就組 成機器的三個 主要部分討論的。有時，還 須考慮

39、到配置輔助系統(tǒng)，對此 ，本書不再討 論。在如此 眾多的方案中，技術(shù)上可行的 僅有幾個。對這幾個可行的方 案，要從技術(shù) 方面和經(jīng)濟及環(huán)保等方面進行綜合評價。評價的方法很多，現(xiàn)以經(jīng)濟 性評價為例略做 說明。根據(jù)經(jīng)濟性進行 評價時，既要考慮到設(shè)計及制造時的 經(jīng)濟性，也要費用考慮到 使用時的經(jīng)濟性。如果機器的結(jié)構(gòu)方案比較復(fù)雜，則其設(shè)計制造成本就要相對地增大 可是其功能將 更為齊全，生產(chǎn)率也較高，故使用經(jīng)濟性也較好。反過來 ，結(jié)構(gòu)較為簡 單、功能不 夠齊全的機器，設(shè)計及制造費 用雖少，但使用費用卻會增多 。評價結(jié)構(gòu)方 案的設(shè)計制造經(jīng)濟性時，還可以用單位功效的成本來表示 。例如單位輸出功率的成

40、本 單件產(chǎn) 品的成本等。 進行機 器評價時，還 必須對機器的 可靠性進行分 析，把可 靠性作為一項 評價的指標。從可靠性的觀 點來看，盲目地追求復(fù)雜的 結(jié)構(gòu)往往是不明 智的。一般地講，系統(tǒng)越復(fù)雜，則系統(tǒng)的可靠性就越低 。為了提高復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性 就必須增加并聯(lián)備用系統(tǒng)，而這不可避免 地會提高機器的成本。環(huán)境 保護也是設(shè)計中 必須認真考慮 的重要方面。對環(huán)境造成不良影 響的技術(shù)方案，必須詳細地進 行分析， 并提出技術(shù)上 成熟的解決辦法。通過方案評價，最后進行決 策，確定一個據(jù)以進行下 步技術(shù)設(shè)計的原理圖或機構(gòu)運動簡圖。在 方案設(shè)計階段，要正確地處 理好借鑒與創(chuàng)新 的關(guān)系。同類機器成

41、功的先例應(yīng)當(dāng)借鑒 ，原先薄弱的環(huán)節(jié)及不符合現(xiàn) 有任務(wù)要求的部 分應(yīng)當(dāng)加以改 進或者根本改變。既要積極創(chuàng)新，反對保守和 照搬原有設(shè)計，也要反對 一味求新而把合理的原有經(jīng)驗棄置不用這兩種 錯誤傾向。 （三）技術(shù) 設(shè)計階段 技術(shù)設(shè)計階段的目標是產(chǎn) 生總裝配草圖 及部件裝配 草圖。 通過草圖設(shè)計確定出各部件及其零件的外形及 基本尺寸，包括各部件之間的連接，零、 部件的外形及 基本尺寸。最后繪制零件的工作圖、部件裝配 圖和總裝圖。為了確定主 要零件的基本 尺寸，必須做以下工作： 1）機器的運動學(xué)設(shè)計。 根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)方案， 確定原動件的參數(shù) （功率、轉(zhuǎn) 速、線速度等）。然后做運動學(xué)計 算，

42、從而確 定各運動 構(gòu)件的運動參 數(shù)（轉(zhuǎn)速、 速度、加 速度等）。2）機器的動 力學(xué)計算。結(jié)合各部 分的結(jié) 構(gòu)及運動參數(shù)，計算各 主要零件所受載荷的大小及特 性。此時求出的載荷，由于零件 尚未設(shè)計出來，因而只是 作用于零 件上的公稱 （或名義）。3）零件的工作能力 設(shè)計。 已知主要零件 所受的公稱載荷的大小和特性，即可做 零、部件的初步設(shè)計。設(shè)計所依 據(jù)的工作能力 準則，須參照零、部件的一 般失效情況、工作特性、環(huán) 境條件等合理地 擬定，一般有強度、剛度、振動穩(wěn) 定性、壽命等準則。通 過計算或類比，即可決定零 、 部件的基本尺 寸。4）部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計 。根據(jù)已定出的主要

43、零、部件 的基本尺寸，設(shè)計出部件裝配草圖及總裝 配草圖。草圖上需對所有零 件的外形及尺寸 進行結(jié)構(gòu)化設(shè) 計。在此步驟中，需要很好地協(xié)調(diào)各零件的結(jié) 構(gòu)及尺寸，全面地考慮所 設(shè)計的零、部件的結(jié)構(gòu)工藝性 ，使全部零件有最 合理的構(gòu)形。5）主要零件的校核 。有 一些零件，在 上述第3）步中由于具體的結(jié)構(gòu) 未定，難于進行詳細的工作能 力計算， 所以只能做初 步計算及設(shè)計。在繪出部件 裝配草圖及總裝配草圖以后 ，所有零件的結(jié) 構(gòu)及尺寸均為 已知，相互鄰接的零件之間的關(guān)系也為 已知。只有在這時，才可以較為 精確地定出作用在零件上的載荷，決定影 響零件工作能力的各個細節(jié)因素 。只有在此 條件下，

44、才有可能并且必須對一些重 要的或者外形及受力情況復(fù)雜的 零件進行精確的 校核計算。根據(jù)校核的結(jié)果，反復(fù)地修改 零件的結(jié)構(gòu)及尺寸，直到滿意 為止。在技術(shù) 設(shè)計的各個步 驟中，近三四十年來發(fā)展起 來的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，越來越 顯示出它可使結(jié) 構(gòu)參數(shù)的選擇 達到最佳的能力。一些新的數(shù)值計算方 法，如有限元法等，可使以前難 以定量計算的問題獲得極好的近似定量計算的 結(jié)果。對于少數(shù)非常重要 、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且 價格昂貴的零 件，在必要時還須用模型試 驗方法來進行設(shè)計，即按初 步設(shè)計的圖紙制 造出模型，通過試驗，找出結(jié) 構(gòu)上的薄弱部位或多余的截面 尺寸，據(jù)此進行加強或減 小來修改原設(shè) 計，最后達到完善

45、的程度。機械可靠性理論用 于技術(shù)設(shè)計階段，可以按 可靠性的觀點 對所設(shè)計的零、部件結(jié)構(gòu)及 其參數(shù)做出是否滿足可靠性要求 的評價，提 出改進設(shè)計的 應(yīng)當(dāng)在設(shè)計中 草圖業(yè)已確定 要加以推敲和 加工過程中和 能力有值得考 的全部零件的 圖及總裝配圖 錯誤。人們把 建議，從而進一步提高機器的設(shè)計質(zhì)量。上述這些新的設(shè)計方法和概念 ， 加以應(yīng)用與推廣，使之得到相應(yīng)的發(fā)展。草圖 設(shè)計完成以后，即可根據(jù) 的零件基本尺寸，設(shè)計零件的工作圖。此時，仍有大量 的零件結(jié)構(gòu)細節(jié) 果對零件的工作 出除標準件以外 新繪制部件裝配 尺寸和結(jié)構(gòu)上的 確定。設(shè)計工作圖時，要充分考慮到零件的加 工和裝配工藝性、零件

46、在 加工完成后的檢驗要求和實施方 法等。有些細節(jié)安排如 慮的影響時，還須返回去重 新校核工作能力。最后繪制 工作圖。按最后定型的零件 工作圖上的結(jié)構(gòu)及尺寸，重 。通過這一工作，可以 檢查出零件工作圖中可能隱藏的 這一工作通俗地稱為紙上裝配。 （四） 技術(shù)文件編制 階段 技術(shù)文 件的種類較多， 常用的有機器的 設(shè)計計算說 明書、使用 說明書、標準件明細表等。編制設(shè)計計算說明書時，應(yīng)包 括方案選擇及技 術(shù)設(shè)計的全部 結(jié)論性的內(nèi)容。編制供用戶 使用的機器使用說明書時，應(yīng)向用戶介紹機 器的性能參數(shù) 范圍、使用操作方法、日常保養(yǎng) 及簡單的維修方法、備用件的 目錄等。 其他技術(shù)文件，如

47、檢驗合格單、外購件明細表 、驗收條件等，視需要與否另 行編制。 計中的應(yīng)用隨著計算機技術(shù)的 的使用，并出現(xiàn)了許多高效率的設(shè)計、分析軟 多方案的對比，可以對不同的包 括大型的和很復(fù)雜的方案的結(jié) 特性進行精確的分析。同時，還可以在計算機 設(shè)計進行驗證，從而實現(xiàn)在設(shè)計階段充分地評估設(shè) 機械設(shè)計中的推廣使用已經(jīng)并正 到了日益廣泛 設(shè)計階段進行 剛度和動力學(xué) 擬樣機仿真對 計算機技術(shù)在 （五） 計算機在機械設(shè) 計中的應(yīng)用隨著計算機技術(shù)的 發(fā)展，計算機在機械設(shè)計中得 件。利用這些軟件可以在 構(gòu)強度、 上構(gòu)建虛擬樣機，利用虛 計的可行性。可以說， 在改變機械設(shè)計的進程 ，它在提高設(shè)計 質(zhì)量和

48、效率方面的優(yōu)勢是難以預(yù)估的。 義地講，在機器的制造過程中，隨時都有可能 如需修改時，則應(yīng)遵循一定的審批程序。機器 另外，用 戶在使用過程中也會給制造或設(shè) 信息，經(jīng)過分析，也有可能對 屬設(shè)計程序的 但是作為設(shè)計 使用乃至報廢 地提高，更好 程序。廣 的情況。 蹤調(diào)查； 以上簡要地介紹 了機器的設(shè)計 出現(xiàn)由于工藝原因而修改設(shè)計 出廠后，應(yīng)該有計劃地進行跟 計部門反饋出現(xiàn)的問題。設(shè) 計部門根據(jù)這些 原設(shè)計進行修改，甚至 改型。這些工作 ，雖然廣義上也 組成部分，但是屬于另一個層次 的問題，本書不再討論其具體 的內(nèi)容。 工作者，應(yīng)當(dāng)有強烈的社會責(zé)任 感，要把自己工作的視野延伸 到制造、

49、 利用的全過程中去，反復(fù)不 斷地改進設(shè)計，才能使機器 的質(zhì)量繼續(xù)不斷 地滿足生產(chǎn)及生活的需要。 （廢邊卷取機） 步驟 在設(shè) 計開始之前，先 要制定設(shè)計任務(wù) 。當(dāng)設(shè)計任務(wù)比 較復(fù)雜時，一般 采用三階段 設(shè)計，即初 步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和工作圖設(shè) 計；當(dāng)任務(wù)比較簡單，如簡 單機械的新型設(shè) 計、一般機械的繼承設(shè)計或變型設(shè)計 ，則一開始就將設(shè)計做到 技術(shù)設(shè)計深度，經(jīng)審查、 修改和批準后 做工作圖設(shè)計，而成為兩階段設(shè) 計。在三階段設(shè)計中的初步設(shè) 計階段， 設(shè)計的主要步 驟是：確定工作原理和基本結(jié)構(gòu) 型式，運動設(shè)計，設(shè)計主要零 、部件、 繪制初步總圖，初步設(shè)計審查。在技術(shù)設(shè)計階段，主要步

50、驟是：根據(jù)審查意見修改設(shè)計 ， 設(shè)計全部零、部件，繪制新的 總圖，技術(shù)設(shè)計審查 。在工作圖設(shè)計階段 ，根據(jù)審查意 見修改設(shè)計，繪制全部 工作圖和制定全部技術(shù)文件。對于批 量或大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，還 要進行定型設(shè) 計。在設(shè)計的每個步驟中，都可能發(fā)現(xiàn)前面步 驟中某些決定不合理，這 就需要折回到 前面那個步驟，修改不合理的決 定，重做隨后的設(shè)計工作。 1、制定設(shè)計任務(wù) 這是設(shè)計的前期工作 。設(shè)計任務(wù)的根據(jù)是用戶 訂貨、市場需要 和新 的科研成果。設(shè)計部門應(yīng)用各種技術(shù)和市場 情報，擬列可能方案，比較 其利弊，與經(jīng) 營部門和用戶 共同商議，制定合理的設(shè)計任務(wù)目標。這對新 型設(shè)計特別重要。任務(wù)目

51、 標的失誤將造成經(jīng)濟上的嚴重損失，甚至遭到 全面失敗。 2、確定工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式如設(shè)計任務(wù)未作明確規(guī)定,設(shè)計的第一個步驟就是 確定總體方案,即確定所要應(yīng)用的工作原理和與之相應(yīng)的結(jié)構(gòu)型式。例如設(shè)計大功率 船用柴油機，首先要確 定是用二沖程、雙作用、十字頭、低速柴油機，還是用四沖程 單作用、中速柴油機。又例如 設(shè)計用以粗碎巖石的破碎機械，首先要 確定是采用以擠 壓和彎折為主 要破碎作用的顎式或旋回式破碎 機，或者采用以沖擊為 主要作用的單轉(zhuǎn) 3、運動設(shè)計 構(gòu)以得到所需 的巖石受到擠 子或雙轉(zhuǎn)子沖擊式破碎機。 設(shè)計的總體方案確定之后 ，接著需要運用機構(gòu)學(xué)的 知識，選用合適的機

52、 的運動方案。上面提到的顎式破碎機依靠其動顎板的擺 動使進入破碎腔 壓、彎折和劈裂作用而破碎 ，而動顎板的擺動則可以采 用雙肘板機構(gòu)的 簡單擺動，或者采用單 肘板機構(gòu)的復(fù)雜擺動。在新型設(shè)計中，可能會 需要綜合一個新 的機構(gòu)以得到 所要求的運動方案，這常是一個困難的 工作。因此，設(shè)計者一般盡量應(yīng) 用已有的和成熟的機構(gòu)所提給的運動方案。 4、結(jié)構(gòu)設(shè)計和繪 制初步總圖 運動設(shè)計之后，設(shè)計者開始進行結(jié) 構(gòu)設(shè)計，計算機 械各 主要零件的受 力、強度、形狀、尺寸和重 量等，并繪制主要 零、部件草圖。這時如發(fā) 現(xiàn)原來選用的 結(jié)構(gòu)不可行，就必須 調(diào)整或修改結(jié)構(gòu)。 同時還應(yīng)考慮有無可能產(chǎn)生過熱 、

53、過度磨 損或振動的部 位。 在這一步驟中， 設(shè)計者通過繪 制草圖會發(fā)現(xiàn) 各部分的 形狀、尺寸、比例等方面的矛盾。為了 加強或改進某一方面，可能會 削弱或惡化另一 方面。這時必須權(quán)衡輕重，進行協(xié)調(diào)，以達到最佳綜合效果。草圖經(jīng) 反復(fù)修改認為初 步滿意后，便可繪制初 步總圖和估算造價。初步總圖嚴格按 比例繪制，選取足夠的視 圖和切面圖。 5、 初步審查 初步總圖繪制后，需要請對該類機械有經(jīng)驗的設(shè)計 、制造和使用人 員以 及用戶或委托設(shè)計單位的代表進行初步審查。審查結(jié)果如認為設(shè)計不適用（如重量、 體積太大，造價太高，對結(jié)構(gòu)的可靠性有懷疑等 ）,則須重新進行運動 設(shè)計，甚至改用別的 工作原

54、理和基本結(jié)構(gòu)型式。多數(shù)情況是對設(shè)計 采取某些改善措施。 6、 技術(shù)設(shè)計根據(jù)初步審查意見，對設(shè)計進行修改，并繪制所有的零件和部件圖。 對主 要的零件和部 件進行精確的應(yīng)力分析，按分析結(jié)果修 正零件的形狀、尺寸等細節(jié)，并 規(guī)定材質(zhì)和熱 處理。確定零件加工精度以及部 件和總裝的裝配條件。完成潤 滑設(shè)計、 電氣設(shè)計（驅(qū)動和 控制）。重繪總圖，某些重要的 和批量生產(chǎn)的 機械有時還 要制作出 模型。將完成 的技術(shù)設(shè)計提交第二次審查。 7、 繪制工作圖 根據(jù)第二次審查的意見作最后的 修改后，就可以繪制正式的零 件圖、 部件裝配圖和 總裝配圖，編寫零件表、易 損零件清單、使用指南等技術(shù) 文件。設(shè)計

55、負 責(zé)人應(yīng)注意協(xié) 調(diào)零件間的尺寸，核對耦合 件間的公差配合，復(fù)核某些 零件的強度和剛 度。零件圖完成后開始 圖紙核對，這是非常重要的工作。經(jīng)過仔細校 對的圖紙能保證 加工后裝配順禾薦最可靠的校對方法是根據(jù)已 繪制好的零件圖重繪出一張總 裝配圖， 所有矛盾之處 就會表現(xiàn)出來。在繪制零件 圖的同時還需要進行兩項工作 ：一是工藝性 審核，使零件便于加工并降低制造 成本；二是標準審核，使 零件結(jié)構(gòu)要素、 尺寸、公差 配合、熱處理技術(shù)條件以及標準和通用零件等 符合標準的規(guī)定。 8、試生產(chǎn)和定型設(shè)計對于單件或小批生產(chǎn)的機械，經(jīng)過上述步驟完成的設(shè)計圖紙可 以投入正式生產(chǎn)。對于成批或大量生產(chǎn)的

56、機械，在正式生產(chǎn)前要先試制樣機，進行功能 試驗和鑒定，通過后，再按批 量生產(chǎn)工藝進行批量試生產(chǎn)。在批量試 生產(chǎn)中所出現(xiàn)的 問題還可能需 要對設(shè)計作相應(yīng)的修改，方成為 可供正式生產(chǎn)使用的定型設(shè)計 。 （立式活套） 設(shè)計準則 機械零件的設(shè)計具有眾多的約 束條件，設(shè)計準 則就是設(shè)計所應(yīng)該滿足的約 束條 件。 1、技術(shù)性能準則 技術(shù)性能包括產(chǎn)品功 能、制造和運行狀 況在內(nèi)的一 切性能，既指靜態(tài)性能，也指動態(tài)性能。例如，產(chǎn)品所能傳 遞的功率、效率 、使用壽 命、強度、剛度、抗摩擦、磨損性能、振動穩(wěn)定性、熱特性等。技術(shù) 性能準則是指相 關(guān)的技術(shù)性能必須達到規(guī)定的要求。例如 振動會產(chǎn)生額

57、外的動載荷和變應(yīng) 力，尤其是 當(dāng)其頻率接近 機械系統(tǒng)或零件的固有頻率時 ，將發(fā)生共振現(xiàn)象 ，這時振幅將急劇增大 有可能導(dǎo)至零件甚至整個系統(tǒng)的迅速損壞 。振動性穩(wěn)定準則就是限制 機械系統(tǒng)或零件 。又如機器工作 則就是限制各種 的相關(guān)振動參 數(shù)，如固有頻率、振幅、噪聲等在規(guī)定的允許范圍之內(nèi) 時的發(fā)熱可能 會導(dǎo)致熱應(yīng)力、熱應(yīng)變，甚至?xí)斐蔁釗p壞。熱特性準 相關(guān)的熱參數(shù)（如熱應(yīng)力、熱應(yīng)變、溫升 等）在規(guī)定范圍內(nèi)。 2、標準化準則 與機械產(chǎn)品設(shè)計有關(guān)的主要 標準大致有： 概念標準化：設(shè)計 過程中 所涉及的名詞 術(shù)語、符號、 計量單位等應(yīng) 符合標準； 實物形態(tài) 標準化：

58、 零部件、原材料、設(shè)備及能源 等的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、性能等，都應(yīng)按統(tǒng)一的規(guī)定選用 方法標 準化：操作方 法、測量方法、試驗方法等 都應(yīng)按相應(yīng)規(guī) 定實施。 標準化 準則就是在設(shè) 計的全過程中的所有行為，都要滿足上述標準化的要求 。現(xiàn)已發(fā)布的與 機械零件設(shè)計 有關(guān)的標準，從運用范圍上來講，可以分為國 家標準、行業(yè)標準和企業(yè) 標準三個等級。從使用強制性來說，可分為必 須執(zhí)行的和推薦使用的兩種。 3、可靠性準則 可靠性：產(chǎn)品或零部件在 規(guī)定的使用條件下，在 預(yù)期的壽命 內(nèi)能完成規(guī)定 功能的概率。可靠性準則就 是指所設(shè)計的產(chǎn)品、部件或 零件應(yīng)能滿足規(guī) 定的可靠性要求。 4

59、、安全性準則 機器的安全性包括： 零件安全性：指在規(guī)定 外載荷和 規(guī)定時間內(nèi)零件不發(fā) 生如斷裂、過 度變形、過度 磨損和不喪失穩(wěn)定性等等。 整 機安全性：指機器保 證在規(guī)定條件 卜不出故障， 能正常實現(xiàn)總功能的要求。 工 作安全性：指對操作人員的 保護，保證人身安全和身心健康等等。 環(huán)境安全性 指對機器周圍的環(huán)境和人不造成污染和危害。 設(shè)計方法學(xué) 設(shè)計方法學(xué)的目的是將設(shè)計思維上升為理性過 程，從而使設(shè)計能循一定的邏輯進 行，使更多的 設(shè)計人員能作出好的設(shè)計。它大 致包括以下一些內(nèi)容： 1、 將 設(shè)計的階段分得很細，使每一 階段成為有章可循和有理可據(jù)的

60、思維活動。 2、 將 成功的或良好的設(shè)計儲存起來 ，建立設(shè)計資料庫，以供以后設(shè)計時參考 或采用。 ，對設(shè)計中的 矛盾進行功能與 、有限元法、 可靠性設(shè)計、優(yōu) 高設(shè)計的科學(xué)性，減少盲印性 成本的權(quán) 化設(shè)計、 3、 在設(shè)計工作中引進價值工程 的概念和方法 衡,以獲得良好的使用效果。 4、 在設(shè)計中采 用摩擦學(xué)、振動 學(xué)、斷裂力學(xué) 系統(tǒng)工程、人 類工程學(xué)等新興學(xué)科的知識，提 5、將設(shè)計工作范圍擴大，向前延伸 到市場預(yù)測，向后延伸到售后服 務(wù)。 量。 6，運用計算機輔助設(shè)計以減少設(shè)計 勞動量、提高設(shè)計速度和設(shè)計質(zhì) 產(chǎn)品名稱：2D,3D 設(shè)計服務(wù) 型號：SWXDESINGS

61、ERV 規(guī)格：人/天服務(wù) 1.2.2電氣系統(tǒng)統(tǒng)計 1，整體控制圖 LI L2 13 （主電路順序 起動控制電路圖） KM2  FL3 （控制電路的順序控制 電路圖） 2,電氣部件使用說明 （1）交流電機 交流電機 交流 交流電機是用于實現(xiàn)機械能和交流電能相互轉(zhuǎn) 換的機械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā) 展，交流電 機已成為最常用的電機。交流 電機與直流電機相比，由于沒 有換向器（見 直流電機的換 向），因此結(jié)構(gòu)簡單，制造方便 ，比較牢固，容 易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓 大電流、大 容量的電機。交流電機功率的 覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十 萬千瓦、甚至 上百萬千瓦

62、。 20世紀80年代初，最大的汽 輪發(fā)電機已達150萬千瓦。 電機分類按功能 機、交流電動機和同步調(diào)相機 幾大類。由于 交流電機按其功能通常分為交流發(fā)電 電機工作狀態(tài)的 可逆性，同一臺電機既可作發(fā)電機又可作 電動機。把電機分為發(fā)電機 與電動機并不很 確切，只是有 些電機主要作發(fā)電機運行，有些 電機主要作電動機運行。 按品種交流電 機按品種分有同步電機、異步電 機兩大類。同步電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 速ns與 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn) 速相同，稱為同步轉(zhuǎn)速。 ns與所接交 流電的頻率 ⑴、電機的磁極對數(shù) （P）之間有嚴格的關(guān)系。ns = 60f/P 在中國，電源頻率為50赫，所以三相交流電機中

63、 一對極電機的同步轉(zhuǎn)速為 3000轉(zhuǎn)/分，三相交流電機中兩對極電機的同步 轉(zhuǎn)速為1500 轉(zhuǎn)/分,余類推。 異步電 機轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速總是 低于或高 于其旋 轉(zhuǎn)磁場的 轉(zhuǎn)速，異 步之名 由此而來。異 步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 之差（稱為轉(zhuǎn)差）通常在 10 %以內(nèi)。 編輯本段轉(zhuǎn)差率 S= （ n0-n ） /n0 （n0 為同步轉(zhuǎn) 速，n為空載轉(zhuǎn)速） 交流電機-韓國SPG小型交流電機 由此可知，交流電機（不管是同步還是異步）的轉(zhuǎn)速都受電源頻率的制約。因此，交 流電機的調(diào) 速比較困 難,最好的辦 法是改變 電源的頻 率，而 以往要改 變電源頻 率是比 較復(fù)雜的。所以 70年代

64、以前，在要 求調(diào)速的場合，多用直流電機。 隨著電力電子技 術(shù)的發(fā)展，交流電動機的變頻調(diào)速技術(shù)已開始 得到實用。 編輯本段交流電機的電源和變頻調(diào)速 交流電機電源 交流電機 一般采用三相制， 因為三相交流電機與單相電機相 比，無論在性能指標 原材料利用和 價格等方面 均有明顯的 優(yōu)越性。同 樣功率的三 相電機比單 相電機體積 小，重 量輕，價格低。三相電動機有自起動能力 。單相電機沒有起動轉(zhuǎn)矩 ，為解決起 動問題，需 采取一些特殊的措施。單相電 機的轉(zhuǎn)矩是脈動的，噪聲也比 較大，但所需 的電源比較簡 用單相電機。 單，特別是在家庭中使用十 分方便。因此小型家用電機 和儀用電機多

65、采 交流電機變頻 調(diào)速 變頻器是 應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù) ，通過改變電機工作電源的 頻率和幅度的方 式來控制交流 電機的電力傳動元件。 交流電動機調(diào)速變頻器的特點 交流電機調(diào)速變頻器 ■氐頻轉(zhuǎn)矩輸出 180% ，低頻運行特性良好 ■俞出頻率最大600Hz，可控制高速 電機 襁方位的偵測保護功能（過壓、欠壓、過載）瞬間停電再起動 ■口速、 減速、動轉(zhuǎn)中失速防止等保護功能 ■電機動態(tài)參數(shù)自動識別功能 ，保證系統(tǒng)的穩(wěn) 定性和精確性 ■高速停機時響應(yīng)快 時富靈活的輸入、輸出接口和控制方 式，通用性強 ■采用SMT全貼裝生產(chǎn)及三 防漆處理工藝，

66、產(chǎn)品 穩(wěn)定度高 ■ 全系列采用最新西門子IGBT功率器件，確保品質(zhì)的高質(zhì)量。 （2）變頻器 變頻器工作原理 主電路是給異 步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電 力變換部分， 變頻器的 主電路大體上可 分為兩類［1］：電壓型是將電壓源 的直流變換為交流的變頻器 ，直流回路的濾波是電容 < 電流型 是將電流源的 直流變換為交 流的變頻器， 其直流回路濾 波是電感。 它由三部 分構(gòu)成，將 工頻電源變換為直流功 率的 整流器”，吸收在變流器和逆變 器產(chǎn)生的電壓 脈動的 平波回路”，以及將直流功 率變換為交流功率的 逆變 器”。 （1 ）整流器： 最近大量使用的 是二極管的變 流器，它把工 頻電源變換為直 流電源。 也可用兩組晶 體管變流器構(gòu)成可逆變流器 ，由于其功率方向可逆 ，可以進行再生運轉(zhuǎn) < （2） 平波回路：在整流器 整流后的直流電壓中，含有電源 6倍頻率的脈動電壓，此外 逆變器產(chǎn)生的 脈動電流也使直流電壓變動 。為了抑制電壓波動，采用 電感和電容吸收 脈動 電壓（電流）。裝置 容量小時， 如果電源和主 電路構(gòu)成器件 有余量，可 以省去電 感采用簡單的平波回路。 （3）