1、机电装备仪器的工程化设计机电装备仪器的工程化设计总体设计总体设计-9-9主讲教师：康宜华教授 黄禹副教授 孙燕华讲师2012.10.21课课 程程 内内 容容 （1）仪器设计的需求分析）仪器设计的需求分析钢丝绳无损检测仪器（钢丝绳无损检测仪器（2） （2）仪器设计的需求分析）仪器设计的需求分析便携式螺纹检测仪器（便携式螺纹检测仪器（2） （3）总体设计）总体设计-设计过程设计过程-外观外观设计要领（设计要领（2） （4）总体设计）总体设计-设计分析设计分析-成本成本-决策决策-退路退路-铸件铸件（2） （5）回转运动设计）回转运动设计-驱动动力源的取舍驱动动力源的取舍-轴承轴承设计要领（设计要
2、领（2） （6）回转运动设计）回转运动设计-轴和连轴器轴和连轴器设计要领（设计要领（2） （7）往复运动设计）往复运动设计-钢管翻料器（钢管翻料器（2） （8）焊接件与螺纹连接设计要领（）焊接件与螺纹连接设计要领（2） （9）加工件设计要领）加工件设计要领- （2） （10）机构设计）机构设计方法与结构（方法与结构（2） （11）精密运动机构的设计）精密运动机构的设计探头摇臂（探头摇臂（2） （12）精密仪表机构的设计）精密仪表机构的设计机械双量程压力表、标定器设计（机械双量程压力表、标定器设计（2） （13）高速运动机构的设计）高速运动机构的设计喷标器设计（喷标器设计（2） （14）功能创新
3、设计及实践）功能创新设计及实践电火花刻伤机设计（电火花刻伤机设计（2） （15）功能创新设计及实践）功能创新设计及实践电火花钻孔机设计（电火花钻孔机设计（2） （16）功能创新设计及实践）功能创新设计及实践电火花线切割机床设计（电火花线切割机床设计（2）加工件加工件设计要领设计要领 9.1 .1 注意减小毛坯尺寸注意减小毛坯尺寸 凸缘由圆钢直接车制而成，如设计最大直径为凸缘由圆钢直接车制而成，如设计最大直径为100100mm则要用则要用105105mm或或110110mm的圆钢加工。如最大直径为的圆钢加工。如最大直径为9898mm，则可以用则可以用100100mm的钢料加工，可节省大量钢材。的
4、钢料加工，可节省大量钢材。加工件加工件设计要领设计要领9.2 9.2 减小加工面的长度减小加工面的长度 两表面配合时，配合面应精确加工，为减小加工量应减小两表面配合时，配合面应精确加工，为减小加工量应减小配合面长度。如配合面很长，为保证配合件稳定可靠，可将中配合面长度。如配合面很长，为保证配合件稳定可靠，可将中间孔加大，中间部分不必精密加工。加工方便，配合效果好。间孔加大，中间部分不必精密加工。加工方便，配合效果好。加工件加工件设计要领设计要领9.3 9.3 加工面与不加工面不应平齐加工面与不加工面不应平齐 在一大平面上，如有一小部分要加工，则该面应突在一大平面上，如有一小部分要加工，则该面应
5、突出在不加工表面之上，以减小机械加工工作量。出在不加工表面之上，以减小机械加工工作量。加工件加工件设计要领设计要领9.4 9.4 要考虑到铸造误差的影响要考虑到铸造误差的影响 铸造零件的误差是比铸造零件的误差是比较大的，在设计铸件加工较大的，在设计铸件加工面时必须充分考虑。如轴面时必须充分考虑。如轴承端盖与箱体上的凸台相承端盖与箱体上的凸台相配，但箱体上凸台的位置配，但箱体上凸台的位置难以做到十分准确。如端难以做到十分准确。如端盖凸缘与凸台直径设计成盖凸缘与凸台直径设计成正好相等，则由于铸件误正好相等，则由于铸件误差的影响往往会出现端盖差的影响往往会出现端盖凸出到凸台以外的情况。凸出到凸台以外
6、的情况。因此铸造的凸台直径应该因此铸造的凸台直径应该大一些。大一些。加工件加工件设计要领设计要领9.5 9.5 不同加工精度表面要分开不同加工精度表面要分开 两表面粗糙度要求不同时，它们之间必须有明确的分两表面粗糙度要求不同时，它们之间必须有明确的分界线。这样，不但加工方便，而且形状美观。如图，凸轮界线。这样，不但加工方便，而且形状美观。如图，凸轮工作表面要精加工，必须与轴表面分开。工作表面要精加工，必须与轴表面分开。加工件加工件设计要领设计要领9.6 将形状复杂的零件改为组合件以便于加工将形状复杂的零件改为组合件以便于加工 在一带轴的凸缘上有两个偏心的圆柱形小轴，加工困难。在一带轴的凸缘上有
7、两个偏心的圆柱形小轴，加工困难。如果把这一零件改为组合件，小轴用装配式结构装上去，可如果把这一零件改为组合件，小轴用装配式结构装上去，可以改善工艺性。以改善工艺性。加工件加工件设计要领设计要领 又如在较大机座上，有薄壁的管形零件，因与主体部分尺又如在较大机座上，有薄壁的管形零件，因与主体部分尺寸差别大，加工不便，改为装配件，另作一个管件安装在机寸差别大，加工不便，改为装配件，另作一个管件安装在机座上较为合理。座上较为合理。加工件加工件设计要领设计要领9.7 避免不必要的精度要求避免不必要的精度要求 在不降低机械性能的前提下，应尽量减少要求的精度项目在不降低机械性能的前提下，应尽量减少要求的精度
8、项目和精度等级。图中，用和精度等级。图中，用套筒套筒A A在齿轮与滚动轴承之间作为定位在齿轮与滚动轴承之间作为定位套。如将套内径与轴之间取较紧密的配合，则不仅要求套筒两套。如将套内径与轴之间取较紧密的配合，则不仅要求套筒两端面平行，而且要求孔与端面垂直。如安排套筒与轴之间有较端面平行，而且要求孔与端面垂直。如安排套筒与轴之间有较大间隙的配合，则只要求套筒两端面有足够的平行度即可。大间隙的配合，则只要求套筒两端面有足够的平行度即可。加工件加工件设计要领设计要领9.8 刀具容易进入或退出加工面刀具容易进入或退出加工面 刀具进入或退出加工面时，都要求有一定的运动空间，刀具进入或退出加工面时，都要求有
9、一定的运动空间，设计时应保留足够的间隙。设计时应保留足够的间隙。加工件加工件设计要领设计要领9.9 避免加工封闭式的空间避免加工封闭式的空间 加工出有底的加工出有底的槽形凹空即称为封槽形凹空即称为封闭式空间。对这种闭式空间。对这种空间一般只能用立空间一般只能用立式铣床加工，加工式铣床加工，加工效率低，深度、形效率低，深度、形状也有较大的限制。状也有较大的限制。尤其当要求加工两尤其当要求加工两个相互对准的形状个相互对准的形状一致的凹槽时，更一致的凹槽时，更加困难，宜采用穿加困难，宜采用穿通式结构。通式结构。加工件加工件设计要领设计要领9.10 避免刀具不能接近工件避免刀具不能接近工件 机械加工所
10、用的刀具、机床都有一定的结构和尺寸。加工部机械加工所用的刀具、机床都有一定的结构和尺寸。加工部位周围如果有长的壁或上下有凸台，都可能妨碍刀具的运动，甚位周围如果有长的壁或上下有凸台，都可能妨碍刀具的运动，甚至无法加工。为此应设置必要的工艺孔，槽，或改变结构形状。至无法加工。为此应设置必要的工艺孔，槽，或改变结构形状。加工件加工件设计要领设计要领9.11 不能采用与刀具形状不适合的零件结构形状不能采用与刀具形状不适合的零件结构形状 矩形槽由立铣刀加工而成，槽四角的圆角半径应等于铣刀矩形槽由立铣刀加工而成，槽四角的圆角半径应等于铣刀半径。如要求的半径很小，则加工速度很慢而且刀具容易损坏。半径。如要
11、求的半径很小，则加工速度很慢而且刀具容易损坏。因此，槽越深则圆角半径因此，槽越深则圆角半径R应越大。凹下的方形孔加工应尽量避应越大。凹下的方形孔加工应尽量避免。免。加工件加工件设计要领设计要领9.12 9.12 避免多个零件组合加工避免多个零件组合加工 在由两个零件组合而成的零件上钻孔、加工平面，由于在在由两个零件组合而成的零件上钻孔、加工平面，由于在生产中必须配在一起加工、装配，因而不能具有互换性。而改生产中必须配在一起加工、装配，因而不能具有互换性。而改进后则工艺性得到改善。只有在特殊情况下选用组合零件加工进后则工艺性得到改善。只有在特殊情况下选用组合零件加工才是有利的，如减速箱的剖分式箱
12、体，镶装式涡轮等。才是有利的，如减速箱的剖分式箱体，镶装式涡轮等。加工件加工件设计要领设计要领9.13 复杂加工表面要设计在外表面而不要设计在内表面上复杂加工表面要设计在外表面而不要设计在内表面上 轴类零件比孔的轴类零件比孔的加工容易。因此当两加工容易。因此当两个轴、孔形状的零件个轴、孔形状的零件配在一起，它们中间配在一起，它们中间有一些比较复杂的结有一些比较复杂的结构时，把这些结构设构时，把这些结构设计在轴上，往往比设计在轴上，往往比设计在孔的内表面更好。计在孔的内表面更好。加工件加工件设计要领设计要领9.14 避免复杂形状零件倒角避免复杂形状零件倒角 复杂形状的零件倒角加工困难。如椭圆形等
13、复杂形状，难以用复杂形状的零件倒角加工困难。如椭圆形等复杂形状，难以用机械加工方法倒角，用手工方法倒角，很难保证加工质量。机械加工方法倒角，用手工方法倒角，很难保证加工质量。加工件加工件设计要领设计要领9.15 必须避免非圆形零件的止口配合必须避免非圆形零件的止口配合 在箱形零件表面有一凸缘与之相配。为使配上之盖定位准确，在箱形零件表面有一凸缘与之相配。为使配上之盖定位准确，除用螺钉固定外，设计有止口配合，此配合孔宜用圆形，不宜除用螺钉固定外，设计有止口配合，此配合孔宜用圆形，不宜用矩形、正方形、椭圆形等其他形状。用矩形、正方形、椭圆形等其他形状。加工件加工件设计要领设计要领9.16 避免不必
14、要的补充加工避免不必要的补充加工 有些零件的形状变化并不影响其使用性能，在设计时应采有些零件的形状变化并不影响其使用性能，在设计时应采用最容易加工的形状。如用最容易加工的形状。如凸缘凸缘，是先用车床加工成整圆，切去，是先用车床加工成整圆，切去两边再加工两端圆弧的方法。不进行两端圆弧的补充加工，并两边再加工两端圆弧的方法。不进行两端圆弧的补充加工，并不影响使用性能。不影响使用性能。加工件加工件设计要领设计要领9.17 避免无法夹持的零件结构避免无法夹持的零件结构 机械零件在加工时（如车削时）必须夹持在机床上，必须有机械零件在加工时（如车削时）必须夹持在机床上，必须有便于夹持的部位。另外，夹持零件
15、必须有足够大的支持力，以便于夹持的部位。另外，夹持零件必须有足够大的支持力，以保证在切削力作用下，零件不会晃动。因此零件应有足够的刚保证在切削力作用下，零件不会晃动。因此零件应有足够的刚度，以免产生夹持变形。度，以免产生夹持变形。加工件加工件设计要领设计要领9.18 9.18 避免无测量基面的零件结构避免无测量基面的零件结构 零件的尺寸或形位误零件的尺寸或形位误差要求，必须考虑测量测差要求，必须考虑测量测量基面。如图铸铁底座，量基面。如图铸铁底座，要求要求A、B两个凸台表面平两个凸台表面平行（上面安装滚动导轨）行（上面安装滚动导轨）,并要求并要求CD两个凸台等高而两个凸台等高而且与且与A、B面
16、平行（上面放面平行（上面放丝杆的轴承座）每个面都丝杆的轴承座）每个面都很窄（宽度都是很窄（宽度都是20mm）。）。这些平面的平行度测量困这些平面的平行度测量困难，如果设置一个测量基难，如果设置一个测量基面面E，则测量大为改善。，则测量大为改善。加工件加工件设计要领设计要领 车、磨等工艺是连续切削，工作中没有振动，易得到光洁车、磨等工艺是连续切削，工作中没有振动，易得到光洁表面。但如设计结构不当，会产生不连续的切削，因而产生振表面。但如设计结构不当，会产生不连续的切削，因而产生振动，不但影响加工质量，而且降低刀具寿命。如图所示的肋在动，不但影响加工质量，而且降低刀具寿命。如图所示的肋在车削外圆时
17、即产生冲击，降低肋的高度可避免加工时的冲击和车削外圆时即产生冲击，降低肋的高度可避免加工时的冲击和振动。振动。9.19 避免加工中的冲击和振动避免加工中的冲击和振动加工件加工件设计要领设计要领9.20 避免在斜面上钻孔避免在斜面上钻孔 在斜面上钻孔不但位置不准，而且容易损伤刀具，应尽量在斜面上钻孔不但位置不准，而且容易损伤刀具，应尽量避免。可用改变孔的位置或改变零件表面形状，使零件表面避免。可用改变孔的位置或改变零件表面形状，使零件表面与孔中心线垂直来解决。与孔中心线垂直来解决。加工件加工件设计要领设计要领9.21 9.21 通孔的底部不要产生局部未钻透通孔的底部不要产生局部未钻透 通孔底部有
18、一部分未钻透，通孔底部有一部分未钻透，钻孔时产生不平衡力，易损钻孔时产生不平衡力，易损坏钻头。应尽量避免。坏钻头。应尽量避免。加工件加工件设计要领设计要领9.22 9.22 减少加工同一零件所用刀具数减少加工同一零件所用刀具数 加工一个零件所用刀具应少，以提高效率。图示为一阀座，加工一个零件所用刀具应少，以提高效率。图示为一阀座，中间孔中间孔10H710H7阀杆与之相配，粗糙度阀杆与之相配，粗糙度3.2m3.2m 。周围六孔为液体。周围六孔为液体流动通道，流动通道，1010粗糙度粗糙度25m25m。加工时要用不同的钻头。如将周。加工时要用不同的钻头。如将周围的孔改为围的孔改为9.89.8，不影
19、响使用性能，则中间孔同样用，不影响使用性能，则中间孔同样用9.89.8钻钻头钻孔后，再铰制即可。头钻孔后，再铰制即可。组合钻床组合钻床加工件加工件设计要领设计要领 又如图中螺纹孔又如图中螺纹孔M14M14下面有一光孔下面有一光孔1010，如将光孔改为，如将光孔改为与螺纹孔螺纹内径钻孔一致（与螺纹孔螺纹内径钻孔一致（11.811.8），则加工方便。），则加工方便。加工件加工件设计要领设计要领9.23 9.23 避免加工中的多次固定避免加工中的多次固定空间角度夹具空间角度夹具 在加工机械零件的不同表面时，应避免多次装夹。希望能在加工机械零件的不同表面时，应避免多次装夹。希望能在一次固定中加工尽可能
20、多的零件表面。不但节约加工时间，在一次固定中加工尽可能多的零件表面。不但节约加工时间，而且提高加工精度。如图中所示的机座，原设计在加工孔端面而且提高加工精度。如图中所示的机座，原设计在加工孔端面以后，要将零件转过以后，要将零件转过9090，才能加工地脚螺钉凸台面。改进后，才能加工地脚螺钉凸台面。改进后可在一次加工中完成。可在一次加工中完成。加工件加工件设计要领设计要领9.23 9.23 避免加工中的多次固定避免加工中的多次固定螺旋桨的加工螺旋桨的加工加工件加工件设计要领设计要领9.24 9.24 注意使零件有一次加工多个零件的可能性注意使零件有一次加工多个零件的可能性 图示的螺母，扳手图示的螺
21、母，扳手槽底比螺纹顶低一个尺槽底比螺纹顶低一个尺寸寸m m，槽只能用低生产，槽只能用低生产率的加工方法（如插）率的加工方法（如插）逐个加工，改用新结构，逐个加工，改用新结构，即可几个串在一起加工。即可几个串在一起加工。又如图中所示的定位轴，又如图中所示的定位轴，尺寸尺寸L L要求准确，如改要求准确，如改为把定位套和固定螺柱为把定位套和固定螺柱分为两个，定位套可用分为两个，定位套可用平面磨床大量加工。平面磨床大量加工。加工件加工件设计要领设计要领9.25 9.25 避免采用多个加工工序避免采用多个加工工序 左图结构要求加工圆弧、平面、圆孔等多种形状，必须采左图结构要求加工圆弧、平面、圆孔等多种形
22、状，必须采用多个工序，每次只能加工一个零件。右图结构车削后钻孔、用多个工序，每次只能加工一个零件。右图结构车削后钻孔、切开，一次可以制造四个零件。切开，一次可以制造四个零件。加工件加工件设计要领设计要领9.26 9.26 避免采用方形凸缘避免采用方形凸缘 左图所示凸缘，外形为方形，要求进行切削加工，必须在左图所示凸缘，外形为方形，要求进行切削加工，必须在车削后，在其他机床（如铣床）上面加工。右图可以在车床上车削后，在其他机床（如铣床）上面加工。右图可以在车床上面完成形状的加工。面完成形状的加工。加工件加工件设计要领设计要领9.27 9.27 减少走刀次数减少走刀次数 右图所示零件上面有四个沟槽
23、，相对的两个沟槽可以一次右图所示零件上面有四个沟槽，相对的两个沟槽可以一次进给中切出。而左图的零件由于中间的轮毂凸起较高，只能单进给中切出。而左图的零件由于中间的轮毂凸起较高，只能单独加工每一个沟槽。独加工每一个沟槽。加工件加工件设计要领设计要领9.28 9.28 相对的两个沟槽能在一次走刀中切出相对的两个沟槽能在一次走刀中切出 图示零件上面有图示零件上面有4-4-6 6个沟槽，相对的两个个沟槽，相对的两个沟槽如果可以在一次进沟槽如果可以在一次进给中切出，则加工较方给中切出，则加工较方便。图示不同结构形状便。图示不同结构形状沟槽的优缺点以供比较。沟槽的优缺点以供比较。加工件加工件设计要领设计要
24、领9.29 9.29 外圆上面不宜有凸起外圆上面不宜有凸起 左图外圆上面有凸起，外圆不能车削加工。使加工效率左图外圆上面有凸起，外圆不能车削加工。使加工效率低。右图的结构，车削加工比较方便。低。右图的结构，车削加工比较方便。加工件加工件设计要领设计要领9.30 9.30 对中表面直径应小对中表面直径应小 图示的两个零件是图示的两个零件是用圆柱面对中，给出了用圆柱面对中，给出了两种结构，其中上图的两种结构，其中上图的对中面直径大，而下图对中面直径大，而下图的对中面直径小。小直的对中面直径小。小直径的孔和轴容易做到较径的孔和轴容易做到较高的精度，所以下图的高的精度，所以下图的结构较好。结构较好。加
25、工件加工件设计要领设计要领9.31 9.31 以外圆和通孔作为对中面好以外圆和通孔作为对中面好上图的对中孔和轴加工较困难，而下图加工比较方便。上图的对中孔和轴加工较困难，而下图加工比较方便。加工件加工件设计要领设计要领9.32 9.32 能够在一次加工中得到的孔作为对中面效果好能够在一次加工中得到的孔作为对中面效果好 零件零件1 1、2 2装在零件装在零件3 3上上面。要求面。要求1 1、2 2的中心线对的中心线对中。上图零件中。上图零件3 3上面的两个上面的两个对中面要从两个方向加工，对中面要从两个方向加工，加工困难精度低。下图零加工困难精度低。下图零件件3 3上面的两个孔可以在一上面的两个孔可以在一次走刀中镗出，加工方便，次走刀中镗出，加工方便，对中精度较高。对中精度较高。
