1、例1 家用缝纫机的功能分解。,解: 家用缝纫机的总功能是缝制衣服。要用多个分功能才能综合实现其总功能，用功能树表示如下：,送布牙高低调节功能,图1 家用缝纫机,典型例题精解,例2 微电脑全自动洗衣机的功能分解和功能求解。,解: 分析：由洗衣机的设计任务可知，其总功能的技术原理是将信息化了的洗涤过程自动复现。 通过波轮搅拌的方法使脏衣物洗涤干净，其主要特征是自动化。为实现此功能，必须具有洗涤功能，有一套能将程序转化为波轮和脱水桶运动控制命令的信息处理功能，要有能在洗涤过程中承受各种作用力、保证几何精度的结构功能。由此得到第一级分功能：洗涤功能（主功能）、控制功能、结构功能以及动力功能。对于洗涤功
2、能，它牵涉到脏衣物、水与洗涤剂三个方面，因此，洗涤功能的第二级分功能就是分别与脏衣物、水与洗涤剂相关的功能。,图2 微电脑全自动洗衣机,对于脏衣物，要脱水，故对应的第三级分功能就是盛装衣物、分离脏物及干燥处理。各层还可继续往下分解，如动力功能中的“用于干燥”，就还可继续分解为电动机、减速器、脱水桶等。如此逐层分解，就得到微电脑全自动洗衣机的功能树。,微电脑全自动洗衣机的功能树,微电脑全自动洗衣机,主功能 （洗涤）,动力功能,控制功能,结构,用于洗涤,洗涤剂、软化剂,排水,加入,排出,电动机、减速装置、脱水桶,用于控制,洗涤控制,水位控制,保护控制,人机交互,输入,存储,手动,信息显示,指示灯,
3、总功能,微电脑,干燥处理,进水,分离脏物,盛装衣物,衣物,水,分功能,分功能,分功能,分功能,用于干燥,微电脑全自动洗衣机的功能求解,可用形态学矩阵法进行方案综合求解，如表1 所示。,表1 洗衣机形态学矩阵,利用表 1，理论上可组合出 44 348种方案。 在进行总体方案综合时，还应注意以下几点：a. 要考虑设计要求及附加要求，例如：当要求采用机械传动，就不必过多地考虑液压、电磁等方面的功能解。b. 选择时，不仅针对某项具体功能元，还要兼顾到全局及其他相关的功能元，最好能将几个功能元用同一类原理来实现，使原理方案简化。c. 对于关键性的功能元，应多考虑采用创造性方法解决，必要时，应做有关的试验
4、。,去掉某些明显不太合理的方案，如A1B4C1，表1中具有代表性的方案如下：方案1：A1B1C1是一种最原始的洗衣机。方案2：A1B1C2是最简单的普及型单缸洗衣机。这种洗衣机通过电动机和V带传动，使洗衣桶底部的波轮旋转，产生涡流并与衣物相互摩擦，再借助洗衣粉的化学作用达到洗净衣物的目的。方案3：A2B3C1是一种结构简单的热胀增压式洗衣机。它在桶中装热水并加进洗衣粉，用手摇动使桶旋转增压，也可实现洗净衣物的目的。方案4：A1B2C2所对应的方案，是一种利用电磁振荡原理进行分离脏物的洗衣机。这种洗衣机可以不用洗涤波轮，把水排干后还可利用电磁振荡使衣物脱水。方案5：A1B4C2是超声波洗衣机的设
5、想，即考虑利用超声波产生很强的水压，使衣物纤维振动，同时借助气泡上升的力使衣物运动而产生摩擦，达到洗涤去脏的目的。,设计任务：设计一台自动钻床，用来同时加工图3所示零件上的三个孔，能自动送料。并设计运动循环图。,1）确定工作原理,例3 多头专用钻床机械传动系统设计,钻削工艺：钻头一边旋转，同时相对于工件作移动。,三种运动方案如图4所示 ： 图a：钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止；,图b：钻头旋转，工作台带动工件进给；,图c：工作台旋转，钻头作轴向进给；,图3,图4,(a),(b),(c),送料机构可以采用从料仓推送工件的方式，如图5所示 。,三个执行构件： 钻头、工作台、送料杆,2）执行构件
6、的运动设计,工艺过程： 送料杆往右推出零件，并顶出加工好的零件,夹具将工件定位，并夹紧；,送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头；,工作台慢速进给；,钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。,图5,钻头定轴旋转；,钻头的转速： nc=1000v/(d),其中：d钻头直径，d=8 mm v 切削速度，查手册45钢，可选v=12.5m/min代入得： nc 500 r/min,工作台为往复运动。钻孔工艺要求： 工作台带动工件快速上移接近钻头；,工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到一定深度时，三个钻头才同时钻进，此时工作阻力增加，故进给速度应减小；,钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个
7、循环。,设工作台完成一个工作循环所需的时间为T1，则有：,其中： t1单孔钻削时间。设单孔钻削每转进给量为 s1 =0.2 mm/r , 单孔钻削深度为10mm，并考虑3mm的提前工作量。求得：,t2三孔同时钻削时间，设进给量为 s2 =0.16 mm/r ，三孔同时钻削深度为10mm，并考虑3mm的越程量。求得 t2 =(10+3)/(s2 nc)=0.163 min =9.8 s t3 快速接近时间，取 t3 =1.5 s t4 快速退回时间，取 t4 =2.5 s t5 工作台停歇等待更换工件时间，取 t5 =3 s；,工作台一个工作循环总时间：T1 = t1 + t2 + t3 + t
8、4 + t5 =24.6 s 工作台每分钟工作循环数： n1 = 60 /T1 =2.44,t1 =(10+3)/(s1 nc)=0.13 min = 7.8 s,T1 = t1 + t2 + t3 + t4 + t5,送料杆的运动为往复直动。循环时间与工作台相同：Ts = 24.6 s,工作台的行程： Hf = h0 + h1 + h2,h0 工作台快速趋近钻头的运动距离，取h0 =15 mm；,=41 mm,h1 单孔钻削深度，取h1 =13 mm；,h2 三孔同时钻削深度，取h0 =13 mm。,送料杆的行程取工件的两倍： Hs = 100 mm,送料杆的运动与工作台的运动必须协调，而钻
9、头的旋转与送料杆和工作台之间的运动是独立的。,工作循环图：,类型交流异步感应电动机 (由机床的工作要求确定),为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。,3）原动机的选择,4）计算运动链的总传动比,切削运动链的总传动比：ic = nn / nc =1440/500=2.88,进给运动链的总传动比：if = is = nn / nf =1440/2.44=563,5）机构选型,转数额定转数: nn = 1440 r/min,切削运动链的设计：,钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为2.88,无需运动转换，但需要减速。,三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，即要求具有运动分解功能，其尺寸
10、受到限制。,电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，即要求具有改变运动轴线方向的功能。,机构选型,具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传动。考虑到速度较高，距离较远等因素，此处选用 V带传动。,电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运动链作远距离传动。,能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交错轴斜传动、蜗杆传动。考虑到两轴线垂直相交且传动比较小，此处选择圆锥齿轮传动。,三个钻头应同向旋转，此处选择一个中心齿轮带动周围三个从动齿轮的定轴轮系，如图6所示 。,选用万向联轴节或钢丝软轴将运动传递给钻头。,进给运动链的设计：,工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但行程不大。此处选
11、用凸轮机构。,将以上所选机构经适当组合，就得到钻削运动链。,进给运动链应实现很大的传动比563，但进给力不需要太大。选用带传动与蜗杆传动实现二级减速。,进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用蜗杆传动实现回转轴线方向的变化。,由于结构尺寸的限制，三个从动齿轮轴线之间的距离远大于三个钻头之间的距离。,图6,送料运动链的设计：,送料杆行程较大，采用连杆机构放大。,送料运动链减速比与进给运动链相同 ，故直接由蜗杆轴带动。,送料运动规律较复杂，故选用凸轮机构。,6）机构的组合,将以上所选机构组合就得到如图7所示自动钻床的机械传动系统。,图7,机构选型、变异与组合,机构的尺寸综合,方案分析,拟定机械的工作原理,执行机构的运动设计和原动机的选择,方案评审,设计步骤,设计步骤总结：,图8,机械的设计是一项具有挑战性的创造性劳动，设计方案的快速确定及合理性与设计经验密切相关，同学们一定要注意观察在生活与生产实际中接触到的各种机电设备，分析了解它们的结构特点、工作原理、积累经验，以便今后设计出更好的机械设备。,
