機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)

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1、搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)及檢修 1.1工業(yè)機(jī)器人概括 工業(yè)機(jī)器人是 一種可編程的智能型自動(dòng)化設(shè)備 ，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控 制的替代人 進(jìn)行工作的高度自 動(dòng)化系統(tǒng)。 最近，聯(lián)合國 標(biāo)準(zhǔn)化組織采 用的機(jī)器人 的定義是：“一 種可以反復(fù)編程的 多功能的、 用來搬運(yùn)材料、零件、工具 的操作機(jī)”。在無 人參與的 情況下，工業(yè) 機(jī)器人可以自動(dòng)按不同軌跡、不 同運(yùn)動(dòng)方式完成規(guī)定動(dòng)作和各 種任務(wù)。 機(jī)器人和機(jī)械 手的主要區(qū)別是：機(jī)械手是沒有自主能 力，不可重復(fù)編程，只能完成定 位點(diǎn)不變的簡 單的重復(fù)動(dòng)作；機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制 的，可重復(fù)編程，能完成任意定 位的復(fù)雜運(yùn)動(dòng) 。 機(jī)器人是從初級(jí)到高級(jí)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(jī)器人是目前工業(yè)中大量使用 的示教再現(xiàn)型機(jī)器人， 它主要 由夾持器、手 臂、驅(qū)動(dòng)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(chǔ) 信息，工作時(shí)讀出這些信息， 向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作 。 第二代機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人，它具有一些對(duì)外部信息進(jìn)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(jī)器人要復(fù)雜得 多，這種機(jī)器人從 1980 年以來進(jìn)入實(shí)用階段。 第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人， 目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一和完善的智能機(jī) 器人定義。國 外文獻(xiàn)中對(duì)它 的解釋是“可動(dòng)自治裝 置，能理解指示命

3、令 ，感知環(huán)境，識(shí)別 對(duì)象，計(jì) 劃其操作程序 以完成任務(wù)”。這個(gè)解釋基本上反映了現(xiàn)代 智能機(jī)器人的特點(diǎn)。近年來 ， 智能機(jī)器人發(fā) 展非常迅速，如機(jī)器人競(jìng)技、機(jī) 器人探險(xiǎn)等。 工業(yè)機(jī)器人又搬運(yùn)、 焊接、裝配、檢 查、等機(jī)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(jī)器人可以代替人進(jìn)行工 作，有通用性，可以直接對(duì)外 界工作。 1.1.1工業(yè)機(jī)器人定義 工業(yè)機(jī)器人是 面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或 多自由度的機(jī)器人。 工業(yè)機(jī)器人是 自動(dòng)執(zhí)行工作 的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力 和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一 種機(jī)器。它 可以接受人類 指揮，也可以按照預(yù)先編排 的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)

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(dòng)。 品種中、小批量的生產(chǎn)， 70年代起，常與數(shù)字控制機(jī)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(jī)器人》 中最早使 用機(jī)器人一 詞，劇中 機(jī)器人“Robot”這個(gè)詞的本意 是苦力，即劇作家 筆下的一 個(gè)具有 人的外表，特征和功能的機(jī)器，是一種人造的勞力。它是最早的工業(yè)機(jī)器人設(shè)想。 20世紀(jì)40年代中后 期，機(jī)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(shí)驗(yàn)室開始研究能搬運(yùn)核原 料的遙控操縱機(jī)械手，如圖 0.2 所示, 這是一種主從 型控制系統(tǒng)，主

5、機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。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(jī)械手之間有防護(hù)墻隔 開，操作者可通過觀察窗或 閉路電視對(duì)從機(jī) 械手操作機(jī)進(jìn) 行有效的監(jiān)視， 主從機(jī) 械手系統(tǒng)的出現(xiàn)為機(jī)器人的產(chǎn)生 為近代機(jī)器人的 設(shè)計(jì)與制造作 了鋪墊。 1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器 人的概念，并申 請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù) 控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人 手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行 動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí) 現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的 示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的 機(jī)器人差不多 都采用這種控制方式。 1959年第一臺(tái)工業(yè) 機(jī)器人在美國誕生， 開創(chuàng)了機(jī) 器人發(fā)展的新紀(jì)元。 特點(diǎn)：戴沃爾提出的工

6、業(yè)機(jī)器人有以下特點(diǎn)：將數(shù)控機(jī)床的伺服軸與遙控操縱器 的連桿 工業(yè)機(jī)器人 機(jī)構(gòu)聯(lián)接在一 起，預(yù)先設(shè)定的機(jī)械手動(dòng)作 經(jīng)編程輸入后，系統(tǒng)就可以 離開人的輔助而 獨(dú)立運(yùn)行。這種機(jī)器人 還可以接受示教而完成各種簡 單的重復(fù)動(dòng)作，示教過程中，機(jī) 械手可依次通 過工作任務(wù)的各個(gè)位置，這 些位置序列全部記錄在存儲(chǔ)器內(nèi) ，任務(wù)的執(zhí) 行過程中，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)在伺服驅(qū)動(dòng) 下依次再現(xiàn)上述位置，故這 種機(jī)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(jī)器 人的控制方 式與數(shù)控機(jī)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(shí)別與定

7、位的工業(yè)機(jī)器人系 統(tǒng)。當(dāng)今工業(yè)機(jī)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(qiáng)的對(duì)作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng) 能力的方向發(fā)展。 目前， 對(duì)全球機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本一 部分組成。主體 即機(jī)座和執(zhí)行 機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手 部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu) 。大多數(shù)工業(yè) 機(jī)器人有 3?6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度， 其中腕部通常有 1?3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度； 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng) 力裝置和傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)，用以使

8、執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生 相應(yīng)的動(dòng)作；控制系統(tǒng)是按 照輸入的程序?qū)? 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí) 行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn) 行控制。工業(yè)機(jī)器人按臂部 的運(yùn)動(dòng)形式分為 四種。直角坐標(biāo)型的臂 部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng)；圓柱坐標(biāo) 型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn) 和伸縮動(dòng)作； 球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和 伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn) 動(dòng)關(guān)節(jié)。 工業(yè)機(jī)器人按 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能，又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型 。點(diǎn)位型只控制 執(zhí)行 工業(yè)機(jī)器人 機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到 另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位， 適用于機(jī)床上下料、 點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)； 連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng) ，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作 業(yè)。 工 業(yè)機(jī)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(jì)算 機(jī)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(jī)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(dòng)控 制器（示教操 縱盒），將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一 遍；另一種是 由操作者直接領(lǐng)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按 要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操 演一遍。 在示教過程的 同時(shí)，工作程序的信息即自動(dòng)存 入程序存儲(chǔ)器中在機(jī)器人自動(dòng) 工作時(shí), 控制系統(tǒng)從程 序存儲(chǔ)器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn) 示教的各種動(dòng) 作。示教輸入程序的 工業(yè)機(jī)器人稱為示教再

10、現(xiàn)型工 業(yè)機(jī)器人。具有觸覺、 力覺或簡單的視覺的工業(yè)機(jī)器人，能在較 為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具 有識(shí)別功能或更 進(jìn)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(jī)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(dòng) 完成更為復(fù)雜的工作。 應(yīng)用：工業(yè)機(jī)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(shí)間作業(yè) ， 或是危險(xiǎn)、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(jī)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(duì)人體 有害物料的搬 運(yùn)或工藝操作。20世紀(jì)50年代末，美國在機(jī)械 手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上，采 用伺服機(jī)構(gòu)

11、和 自動(dòng)控制等技術(shù)，研制出有 通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作 裝置，并將 其稱為工業(yè)機(jī) 器人；60年代初，美國研制成 功兩種工業(yè)機(jī)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(tái)工業(yè)機(jī)器人組成了 焊接轎車 車身的 自動(dòng)生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。 由于工業(yè)機(jī) 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(jī) 器人：我國工業(yè)機(jī)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(gè)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(gè)

12、里程碑：人類登上 了月球，實(shí)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(jī)器 人應(yīng)用掀起一個(gè)高潮，尤其 在日本發(fā)展更為 迅猛，它補(bǔ)充了日益短 缺的勞動(dòng)力。在這種背景下，我國于 1972年開始研制自己的工 業(yè)機(jī)器人。 進(jìn)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(jī)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(duì)工業(yè)機(jī)器人 及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示 教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù) 的開發(fā), 研制出了噴涂、 點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。 1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（ 863計(jì) 劃）開始實(shí) 施，智

13、能機(jī)器人主題跟蹤世界 機(jī)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(jī)器人。從 90年代初期起 ，我國的國民 經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn) 兩個(gè)根本轉(zhuǎn)變時(shí)期，掀起了 新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn) 步熱潮，我 國的工業(yè)機(jī)器 人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步 ，先后研制出了點(diǎn)焊 、弧焊、 裝配、噴漆、切 割、搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī) 器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng) 用工程，形成 了一批機(jī)器人 產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器人 產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。雖 然中國的工業(yè)機(jī) 器人產(chǎn)業(yè)在不 斷的進(jìn)步中，但和國際同行相比 ，差距依舊明顯。從市場(chǎng)占有 率

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

15、飛速發(fā)展， 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，機(jī)器人已經(jīng)廣 泛應(yīng)用于汽車工 業(yè)、機(jī)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(jì)數(shù)據(jù)表明，工業(yè)機(jī)器人主 要用于汽車工業(yè)及汽車零部件工 業(yè)，占整個(gè) 機(jī)器人市場(chǎng)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(jī)器人技術(shù)日趨 成熟，已成為裝備制造業(yè)的 一種標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(jìn) 口 目前，我國進(jìn)口的工業(yè)機(jī)器人主 要來自日本，2004年日本對(duì)華出 口的機(jī)器人占 我國進(jìn)口的工 業(yè)機(jī)器人的一半，其他歐洲品 牌機(jī)器人，如 ABB、KUKA、COMAU 等， 占據(jù)市場(chǎng)的另 一半。 2005年，我國工業(yè)機(jī)器人擁有量達(dá)到 7000臺(tái)，年銷增長到 28.7億元。近年來， 隨著我國經(jīng)濟(jì) 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(jī) 器人的臺(tái)數(shù)和總 量都在快速增 長。2006年，我國工業(yè)機(jī)器人新安裝臺(tái)數(shù)達(dá) 5770臺(tái)、2007年為6581 臺(tái)，2008年則達(dá)到 7500臺(tái)。

17、截止2008年年末，我國已有工業(yè)機(jī)器人 31400臺(tái)。 隨著我國制造業(yè)從勞動(dòng)密集型向 現(xiàn)代化方向 發(fā)展，機(jī)器人保有量達(dá)到一定的規(guī) 模，但與發(fā)達(dá) 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(jī) 器人數(shù)量來比較，日本 1710臺(tái)、意大利1600臺(tái)、美國770臺(tái)、英國610臺(tái)、瑞典 630臺(tái)，而我國還不到 90臺(tái)，中國仍 然是世界上相 對(duì)比較落后的國家。面對(duì)中 國這樣龐大的市場(chǎng)，每一個(gè) 機(jī)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(jì)90年代末，我國建立了 9個(gè)機(jī)器人產(chǎn) 業(yè)化基地和 7個(gè)科研基地。產(chǎn)業(yè)化 基地的建設(shè)，為發(fā)展我 國機(jī)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(jìn)水平的平 面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人、直角坐 標(biāo)機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、點(diǎn) 焊機(jī)器人、搬 運(yùn)碼垛機(jī)器人等一系列產(chǎn)品，不少品種已經(jīng)實(shí) 現(xiàn)了小批量生產(chǎn)。 盡管機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化已呈星火燎原之勢(shì) ，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(duì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識(shí) 和定位上存在著 不同的觀點(diǎn)。 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(jī)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(jìn)口，影 響了我國機(jī)器人的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。 其次，中國的機(jī)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(jī)器人 的開發(fā)，但是都沒有形 成較大的規(guī)模，缺乏市場(chǎng)的品牌認(rèn)知 度，在機(jī)器人市場(chǎng)方面一 直面臨國外機(jī) 器人品牌的打壓。國外機(jī)器 人作為成熟的產(chǎn)業(yè)采用整機(jī)降價(jià) ，吸引國內(nèi) 企業(yè)購買，而 在后續(xù)的維護(hù)備件費(fèi)用很高的策 略，逐步占領(lǐng)中國市場(chǎng)。 再其次，認(rèn)識(shí)不到 位，鼓勵(lì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的政 策少。工業(yè)機(jī)器人的制造 及應(yīng)用水平，代表了一個(gè)國家的制造業(yè)水 平，應(yīng)從國家高度認(rèn)識(shí)發(fā)展 中國工業(yè)機(jī)器人 產(chǎn)業(yè)的重要性，這是我國從制造大國向制造強(qiáng) 國轉(zhuǎn)變的重要手段和途徑。 據(jù)了解，日本戰(zhàn)

20、后對(duì)機(jī)器人采取的一 系列相關(guān)政策，極大地推動(dòng) 了機(jī)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(huì)作為 發(fā)展，目前，日本已是世界上 工業(yè)機(jī)器人的第一生產(chǎn)大國。工業(yè)機(jī)器 產(chǎn)品，應(yīng)該比 照新能源中的電動(dòng)汽車，出臺(tái)相 應(yīng)的扶植政策。 李瑞峰說：如今，已經(jīng) 有一批機(jī) 器人企業(yè) 根據(jù)市場(chǎng)需 求，自行 所合作，進(jìn)行機(jī)器人產(chǎn) 業(yè)化開發(fā)。可以預(yù)見，我國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè) 一種在國民經(jīng) 濟(jì)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(tái)焊接機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。 催化劑：政策扶持 李瑞峰指 出，中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化 正處于關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，如果 政府的扶持力

21、度 再向前推進(jìn) 一步，中國的工業(yè)機(jī)器 人產(chǎn)業(yè)將會(huì)越過目前的 臨界期”，跨上一個(gè)新的臺(tái) 階，進(jìn)入快速發(fā)展階段。 同時(shí)，如何適應(yīng)快 速變化的國內(nèi)外市場(chǎng)需求，如何以高 質(zhì)量、低成本和快速反應(yīng) 的手段在市場(chǎng)中生存和發(fā)展，已是我國機(jī)器人 產(chǎn)業(yè)不容回避的問題。 對(duì)此，李瑞峰提出 如下建議，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向抓住幾 個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)品集中突破；通 過國家行業(yè)專 門立項(xiàng)，發(fā)展我國自己的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)；以企業(yè) 為主體，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟 建設(shè)，形成強(qiáng) 大的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售隊(duì)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(jī)器人產(chǎn) 品，擺脫國外的壟斷 特別是新一代 的工業(yè)機(jī)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(duì)國際挑 戰(zhàn)，我國應(yīng)從機(jī)器人本體優(yōu)化設(shè) 計(jì)技術(shù)、新一代智能控制機(jī)器 人技術(shù)、 關(guān)鍵機(jī)器人單 元部件制造技術(shù)、機(jī)器人離 線編程和仿真技術(shù)、基于外 部傳感器技術(shù)的 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人故障遠(yuǎn)程診斷與修復(fù)技術(shù) 工業(yè)機(jī)器人與成套裝備協(xié)同作業(yè)技術(shù)、復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技 術(shù)及對(duì)系統(tǒng)性能 研究。 的影響等方面對(duì)新一代工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)進(jìn)行 1.1.3工業(yè)機(jī)器人發(fā)展前景 我國工業(yè)機(jī)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(gè)里程 碑：人類登上了 月球，實(shí)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(jī)器人應(yīng)用掀 起一個(gè)高潮，尤其在日本 發(fā)展更為迅猛，它補(bǔ)充了日益短缺的勞動(dòng)力。 在這種背景下，我國于 1972年開始研 制自己的工業(yè)機(jī)器人。 進(jìn)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(jī)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(duì)工業(yè) 機(jī)器人及其零 部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教 再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開 發(fā)，研制出 了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。 1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（ 863計(jì)劃） 開始實(shí)施，智能機(jī)器人

24、 主題跟蹤世界機(jī)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(jī)器 從90年代初期起，我國的國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn) 兩個(gè)根本轉(zhuǎn)變時(shí)期，掀起了新一輪的 經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國的工 業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步 ，先后研制 出了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、 搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人 ，并 實(shí)施了一批機(jī) 器人應(yīng)用工程，形成了一批 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰 2，繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù) 發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)更新 ，以提高其性能、 2，繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù) 發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械

25、進(jìn)行設(shè)計(jì)更新 ，以提高其性能、 飛奠定了基礎(chǔ) 。 目前，我國從 事機(jī)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(tái)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(gè)國家引進(jìn) 的。200 0年已生產(chǎn)各種類型工業(yè)機(jī)器人和系統(tǒng)3 0 0臺(tái)套，機(jī)器人銷售額6 . 7 4億元，機(jī)器 人產(chǎn)業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的年收益額為 4 7億元。 2，繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù) 發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)更新 ，以提高其性能、 2，繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù) 發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)更新 ，以提高其性能、 據(jù)專家對(duì)國內(nèi)5 4 2家

26、 用戶以及汽車、電子電器、工程機(jī)械3個(gè)行業(yè)的 部分用戶進(jìn)行 統(tǒng)計(jì)分析，就全國而言，弧焊、 點(diǎn)焊、裝配、噴涂機(jī)器人應(yīng)用 的最多; 其次是搬運(yùn)、 上下 料（沖壓、 壓鑄、鑄鍛、 注塑等用的大多是上下料機(jī)器人）；再次 是包裝、碼垛 、拆垛機(jī)器人和密封涂膠機(jī)器人 ，其他機(jī)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(yùn) 、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(tái)，其次是搬運(yùn)和 噴涂；工程機(jī)械行業(yè)集中 2，繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù) 發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)更新 ，以提高其性能、 2，繼承

27、設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù) 發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jī)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(duì)我國7 2 4家用戶行業(yè)統(tǒng)計(jì)分析，大機(jī)械行業(yè)（機(jī)械制工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用在汽車、機(jī)械制造等行業(yè) 專家研究 認(rèn)為，我國工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)主 要在汽車、摩托車、電器、工 程機(jī)械、 石油化工等行 業(yè)，企業(yè)對(duì)技術(shù)進(jìn)步的需求 更加強(qiáng)烈，其中主要的機(jī)器 人用戶仍在汽車 制造行業(yè)、工程機(jī)械行 業(yè)及電機(jī)、電子行業(yè)。我國對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需 求量和品種將逐 年大幅度增加 據(jù)專家預(yù)測(cè)， 在工業(yè)機(jī)器人的需求上，我

28、國也 將同國際市場(chǎng)需求趨勢(shì)基本一 致, 即以機(jī)器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)取代單臺(tái)機(jī)器人 ，這是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)所用的 機(jī)器人大多數(shù)是 2，繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù) 發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)更新 ，以提高其性能、 2，繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù) 發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)更新 ，以提高其性能、 在生產(chǎn)線上使 用，組成機(jī)器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)，單臺(tái)機(jī)器人很 少使用。一般企業(yè)都不具 對(duì)機(jī)器人及其自 備將機(jī)器人集成到生產(chǎn)系統(tǒng)的能力， 因此對(duì)機(jī)器人的需求也就轉(zhuǎn)化為 動(dòng)化成套裝備 的需求。 1.2設(shè)計(jì) 1.2.1機(jī)械設(shè)計(jì) 定義：機(jī)械 設(shè)計(jì)(machine design )，根據(jù)使用要求

29、對(duì)機(jī)械的工作原理 、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng) 方式、力和 能量的傳遞方式、各個(gè)零件的 材料和形狀尺寸、潤滑方法等 進(jìn)行構(gòu)思、分 析和計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工 程的重要組成 部分，是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定機(jī)械性能 的最主要的因素。機(jī)械設(shè) 計(jì)的努力目 標(biāo)是：在各種限定的條 件(如材料、加工 能力、理論知識(shí)和計(jì)算 手段等)下 設(shè)計(jì)出最好的機(jī)械，即做出優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè) 計(jì)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(duì)重要性因 機(jī)械種類和用

30、途 的不同而異。設(shè)計(jì)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(jì)的機(jī)械有最優(yōu) 的綜合技術(shù)經(jīng) 濟(jì)效果。過去，設(shè)計(jì)的優(yōu)化 主要依靠設(shè)計(jì)者的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn) 和遠(yuǎn)見。隨著 機(jī)械工程基礎(chǔ) 理論和價(jià)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(jì)數(shù) 據(jù)資料的積累,以及計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用,優(yōu)化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學(xué)計(jì)算。 服務(wù)于不同產(chǎn) 業(yè)的不同機(jī)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(jī)械的設(shè)計(jì)，特別是整體和整系統(tǒng)的機(jī)械 設(shè)計(jì)，須依附于各有關(guān)的產(chǎn) 業(yè)技術(shù)而難于形 成獨(dú)立的學(xué)科 。因此出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè) 計(jì)、礦山機(jī)械設(shè)計(jì)、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)、 汽車設(shè)計(jì) 船舶設(shè)計(jì)、泵設(shè)計(jì)、壓

31、縮機(jī)設(shè)—計(jì)、汽輪機(jī)設(shè)計(jì) 、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)床設(shè) 計(jì)等專業(yè)性的機(jī) 械設(shè)計(jì)分支學(xué) 科。但是，這許多專業(yè)設(shè)計(jì)又有 許多共性技術(shù)，例如機(jī)構(gòu)分析 和綜合、 力與能的分析 和計(jì)算、工程材料學(xué)、材料強(qiáng)度 學(xué)、傳動(dòng)、潤滑、密封，以及 標(biāo)準(zhǔn)化、 可靠性、工 藝性、優(yōu)化等。此外，還 有研究設(shè)計(jì)工作的內(nèi)在規(guī)律和設(shè) 計(jì)的合理步驟和 方法的新興的設(shè)計(jì)方法學(xué)。將機(jī)械設(shè)計(jì)的共性技術(shù)與理性化的設(shè)計(jì)方 法學(xué)匯集成為一 門獨(dú)立的、綜合性的機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科是機(jī)械工程 實(shí)踐和教育工作者正在努力的 工作。 設(shè)計(jì)、分類：機(jī)械設(shè)計(jì)可分為新型設(shè)計(jì)、繼承設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)3類。 1、新型設(shè)計(jì) 應(yīng)用成 熟的科學(xué)技術(shù)或經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明是 可行的新技

32、術(shù)，設(shè)計(jì)過去沒有過 的新型機(jī)械。 2，繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù) 發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)更新 ，以提高其性能、 降低其制造成本或減少其運(yùn)用費(fèi)用。 3，變型設(shè)計(jì) 為適應(yīng)新的需要對(duì)已有 的機(jī)械作部分的修改或增刪而發(fā) 展出不同于標(biāo)準(zhǔn) 型的變型產(chǎn)品。 （開卷機(jī)） 主要程序 1、 根據(jù)用戶訂貨、市場(chǎng)需要和新科 研成果制定設(shè)計(jì)任務(wù)。 2、 初步設(shè)計(jì)。包括確定機(jī)械的工作原理和基本結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 并繪制初步總圖以及初步審查。 3、 技術(shù)設(shè)計(jì)。包括修改設(shè)計(jì)（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(jì)。 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(jì)。用于成批或大量生產(chǎn)的機(jī)械。對(duì)于某些設(shè)計(jì)任務(wù)比較簡單（如簡單機(jī) 械的新型設(shè)計(jì)、一般機(jī)械的繼承設(shè) 計(jì)或變型設(shè)計(jì)等）的機(jī)械設(shè)計(jì)可省去初步設(shè)計(jì)程序 般程序 部機(jī)器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計(jì)質(zhì)量 上就在于實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機(jī) 所討論的設(shè)計(jì)過程僅指狹義的技術(shù)性的設(shè)計(jì)過 也是一個(gè)盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗(yàn)的工 。制造過程對(duì)機(jī)器質(zhì)量所起的 作用，本質(zhì) 器的設(shè)計(jì)階段是決定機(jī)器好壞 的關(guān)鍵。 程。它是一個(gè)創(chuàng)造性

34、的工作 過程，同時(shí) 作。要很好地把繼承與創(chuàng)新結(jié) 合起來， 才能設(shè)計(jì)出高 質(zhì)量的機(jī)器。作為一部完整的機(jī)器，它是一個(gè) 復(fù)雜的系統(tǒng)。要提高設(shè)計(jì) 質(zhì)量，必 須有一個(gè)科學(xué)的設(shè)計(jì)程序。雖然不可能列出一個(gè)在任何情況 下都有效的惟- 程序，但是， 根據(jù)人們?cè)O(shè)計(jì)機(jī)器的長期經(jīng)驗(yàn)。 1，以下對(duì)各階段分別加以簡要說明 。 （一）計(jì)劃 階段 在根據(jù)生產(chǎn)或 生活的需要提 出所要設(shè)計(jì)的 新機(jī)器后， 計(jì)劃 階段只是一個(gè) 預(yù)備階段。此時(shí)，對(duì)所要設(shè)計(jì)的機(jī)器僅有一個(gè) 模糊的概念。在計(jì)劃階段 中，應(yīng)對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)器 的需求情況做充分的調(diào)查研究 和分析。通過分析，進(jìn)一步明確 機(jī)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(jì)、加工以及 時(shí)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(jì)任務(wù)的全面 要求及細(xì)節(jié)，最后形成設(shè) 計(jì)任務(wù)書，作為本階段的總結(jié)。設(shè)計(jì)任務(wù) 書大體上應(yīng)包括：機(jī)器的功能 ，經(jīng)濟(jì)性及環(huán) 保性的估計(jì)，制造要求 方面的大致估計(jì)，基本使用要求，以及完成設(shè) 計(jì)任務(wù)的預(yù)計(jì)期 限等。此時(shí)，對(duì)這些要求及條 件一般也只能給出一個(gè)合理的范 圍，而不是準(zhǔn)確的數(shù)字 例如可以用必 須達(dá)到的要求、最低要求、希望 達(dá)到的要求等方式予以確定。 （二）方案設(shè)計(jì)階段 本階段對(duì) 設(shè)計(jì)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(jì)工作有多個(gè)解（方案）的 特點(diǎn)。機(jī)器的功能分析，就 是

36、要對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù) 書提出的機(jī)器 功能中必須達(dá)到的要求、最 低要求及希望達(dá)到的要求進(jìn)行綜 合分析，即 這些功能能否實(shí)現(xiàn)，多項(xiàng)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(jìn)一步設(shè) 目標(biāo)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(shí)、發(fā)展 可提出可能的解 動(dòng)部分及執(zhí)行部 計(jì)的依據(jù)。在這一步驟中，要恰當(dāng)處理需要與可能、理想 標(biāo)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(shí)，可按原動(dòng)部分、傳 分分別進(jìn)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(jī)器的執(zhí)行部分 時(shí)，首先是 關(guān)于工作原理的選擇問題。例 如，設(shè)計(jì)制造螺釘?shù)臋C(jī)器時(shí) ，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(jì)出的機(jī) 器就會(huì)根本不 同。特別應(yīng)當(dāng)強(qiáng)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(jì)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(jī)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(yùn)動(dòng)而刀具 作直線運(yùn)動(dòng)來切 削螺紋（如在普通車床上切削螺紋），也可以使工 件不動(dòng)而刀具 作轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)來切削 螺紋（如用板牙加 工螺紋）。這就是說，即使對(duì)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(dòng)機(jī)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(dòng)技術(shù)的發(fā)展， 現(xiàn)在可 以說絕大多數(shù)的固定機(jī)械都優(yōu)先 選擇電動(dòng)機(jī)作為 原動(dòng)機(jī)部分。熱力原動(dòng) 機(jī)主要用于運(yùn)輸機(jī)、工程機(jī)械或農(nóng)業(yè) 機(jī)械。即使是用電動(dòng)機(jī)作 為原動(dòng)機(jī)，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(dòng)部分的方案就 更為復(fù)雜多樣 了。對(duì)于同一傳動(dòng)任務(wù)，可以由多種機(jī)構(gòu)及不 同機(jī)構(gòu)的組合來完成。因 此，如果用W ，表示原動(dòng)機(jī)部 分的可能方案數(shù)， N2和N3分別代表傳動(dòng)部分和執(zhí)行部 分的可能方案 數(shù)，則機(jī)器總體的可能方案數(shù)W 為Ni X N2X N3個(gè)。 以上僅是就組 成機(jī)器的三個(gè) 主要部分討論的。有時(shí)，還 須考慮

39、到配置輔助系統(tǒng)，對(duì)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(gè)。對(duì)這幾個(gè)可行的方 案，要從技術(shù) 方面和經(jīng)濟(jì)及環(huán)保等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的方法很多，現(xiàn)以經(jīng)濟(jì) 性評(píng)價(jià)為例略做 說明。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行 評(píng)價(jià)時(shí)，既要考慮到設(shè)計(jì)及制造時(shí)的 經(jīng)濟(jì)性，也要費(fèi)用考慮到 使用時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。如果機(jī)器的結(jié)構(gòu)方案比較復(fù)雜，則其設(shè)計(jì)制造成本就要相對(duì)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(jì)性也較好。反過來 ，結(jié)構(gòu)較為簡 單、功能不 夠齊全的機(jī)器，設(shè)計(jì)及制造費(fèi) 用雖少，但使用費(fèi)用卻會(huì)增多 。評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)方 案的設(shè)計(jì)制造經(jīng)濟(jì)性時(shí)，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(jìn)行機(jī) 器評(píng)價(jià)時(shí)，還 必須對(duì)機(jī)器的 可靠性進(jìn)行分 析，把可 靠性作為一項(xiàng) 評(píng)價(jià)的指標(biāo)。從可靠性的觀 點(diǎn)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(huì)提高機(jī)器的成本。環(huán)境 保護(hù)也是設(shè)計(jì)中 必須認(rèn)真考慮 的重要方面。對(duì)環(huán)境造成不良影 響的技術(shù)方案，必須詳細(xì)地進(jìn) 行分析， 并提出技術(shù)上 成熟的解決辦法。通過方案評(píng)價(jià)，最后進(jìn)行決 策，確定一個(gè)據(jù)以進(jìn)行下 步技術(shù)設(shè)計(jì)的原理圖或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。在 方案設(shè)計(jì)階段，要正確地處 理好借鑒與創(chuàng)新 的關(guān)系。同類機(jī)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(jìn)或者根本改變。既要積極創(chuàng)新，反對(duì)保守和 照搬原有設(shè)計(jì)，也要反對(duì) 一味求新而把合理的原有經(jīng)驗(yàn)棄置不用這兩種 錯(cuò)誤傾向。 （三）技術(shù) 設(shè)計(jì)階段 技術(shù)設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是產(chǎn) 生總裝配草圖 及部件裝配 草圖。 通過草圖設(shè)計(jì)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(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)。 根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)方案， 確定原動(dòng)件的參數(shù) （功率、轉(zhuǎn) 速、線速度等）。然后做運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì) 算，

42、從而確 定各運(yùn)動(dòng) 構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參 數(shù)（轉(zhuǎn)速、 速度、加 速度等）。2）機(jī)器的動(dòng) 力學(xué)計(jì)算。結(jié)合各部 分的結(jié) 構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算各 主要零件所受載荷的大小及特 性。此時(shí)求出的載荷，由于零件 尚未設(shè)計(jì)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(jì)。 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(jì)。設(shè)計(jì)所依 據(jù)的工作能力 準(zhǔn)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(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn) 定性、壽命等準(zhǔn)則。通 過計(jì)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(jì) 。根據(jù)已定出的主要

43、零、部件 的基本尺寸，設(shè)計(jì)出部件裝配草圖及總裝 配草圖。草圖上需對(duì)所有零 件的外形及尺寸 進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè) 計(jì)。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(jì)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(jìn)行詳細(xì)的工作能 力計(jì)算， 所以只能做初 步計(jì)算及設(shè)計(jì)。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(shí)，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(gè)細(xì)節(jié)因素 。只有在此 條件下，

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

45、的程度。機(jī)械可靠性理論用 于技術(shù)設(shè)計(jì)階段，可以按 可靠性的觀點(diǎn) 對(duì)所設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)，提 出改進(jìn)設(shè)計(jì)的 應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)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(cuò)誤。人們把 建議，從而進(jìn)一步提高機(jī)器的設(shè)計(jì)質(zhì)量。上述這些新的設(shè)計(jì)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(jì)完成以后，即可根據(jù) 的零件基本尺寸，設(shè)計(jì)零件的工作圖。此時(shí)，仍有大量 的零件結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié) 果對(duì)零件的工作 出除標(biāo)準(zhǔn)件以外 新繪制部件裝配 尺寸和結(jié)構(gòu)上的 確定。設(shè)計(jì)工作圖時(shí)，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(yàn)要求和實(shí)施方 法等。有些細(xì)節(jié)安排如 慮的影響時(shí)，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(jī)器的 設(shè)計(jì)計(jì)算說 明書、使用 說明書、標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表等。編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書時(shí)，應(yīng)包 括方案選擇及技 術(shù)設(shè)計(jì)的全部 結(jié)論性的內(nèi)容。編制供用戶 使用的機(jī)器使用說明書時(shí)，應(yīng)向用戶介紹機(jī) 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(yàn)合格單、外購件明細(xì)表 、驗(yàn)收條件等，視需要與否另 行編制。 計(jì)中的應(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的 的使用，并出現(xiàn)了許多高效率的設(shè)計(jì)、分析軟 多方案的對(duì)比，可以對(duì)不同的包 括大型的和很復(fù)雜的方案的結(jié) 特性進(jìn)行精確的分析。同時(shí)，還可以在計(jì)算機(jī) 設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段充分地評(píng)估設(shè) 機(jī)械設(shè)計(jì)中的推廣使用已經(jīng)并正 到了日益廣泛 設(shè)計(jì)階段進(jìn)行 剛度和動(dòng)力學(xué) 擬樣機(jī)仿真對(duì) 計(jì)算機(jī)技術(shù)在 （五） 計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè) 計(jì)中的應(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的 發(fā)展，計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中得 件。利用這些軟件可以在 構(gòu)強(qiáng)度、 上構(gòu)建虛擬樣機(jī)，利用虛 計(jì)的可行性?？梢哉f， 在改變機(jī)械設(shè)計(jì)的進(jìn)程 ，它在提高設(shè)計(jì) 質(zhì)量和

48、效率方面的優(yōu)勢(shì)是難以預(yù)估的。 義地講，在機(jī)器的制造過程中，隨時(shí)都有可能 如需修改時(shí)，則應(yīng)遵循一定的審批程序。機(jī)器 另外，用 戶在使用過程中也會(huì)給制造或設(shè) 信息，經(jīng)過分析，也有可能對(duì) 屬設(shè)計(jì)程序的 但是作為設(shè)計(jì) 使用乃至報(bào)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(jī)器的設(shè)計(jì) 出現(xiàn)由于工藝原因而修改設(shè)計(jì) 出廠后，應(yīng)該有計(jì)劃地進(jìn)行跟 計(jì)部門反饋出現(xiàn)的問題。設(shè) 計(jì)部門根據(jù)這些 原設(shè)計(jì)進(jìn)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(gè)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(qiáng)烈的社會(huì)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(jìn)設(shè)計(jì)，才能使機(jī)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(jī)） 步驟 在設(shè) 計(jì)開始之前，先 要制定設(shè)計(jì)任務(wù) 。當(dāng)設(shè)計(jì)任務(wù)比 較復(fù)雜時(shí)，一般 采用三階段 設(shè)計(jì)，即初 步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和工作圖設(shè) 計(jì)；當(dāng)任務(wù)比較簡單，如簡 單機(jī)械的新型設(shè) 計(jì)、一般機(jī)械的繼承設(shè)計(jì)或變型設(shè)計(jì) ，則一開始就將設(shè)計(jì)做到 技術(shù)設(shè)計(jì)深度，經(jīng)審查、 修改和批準(zhǔn)后 做工作圖設(shè)計(jì)，而成為兩階段設(shè) 計(jì)。在三階段設(shè)計(jì)中的初步設(shè) 計(jì)階段， 設(shè)計(jì)的主要步 驟是：確定工作原理和基本結(jié)構(gòu) 型式，運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要零 、部件、 繪制初步總圖，初步設(shè)計(jì)審查。在技術(shù)設(shè)計(jì)階段，主要步

50、驟是：根據(jù)審查意見修改設(shè)計(jì) ， 設(shè)計(jì)全部零、部件，繪制新的 總圖，技術(shù)設(shè)計(jì)審查 。在工作圖設(shè)計(jì)階段 ，根據(jù)審查意 見修改設(shè)計(jì)，繪制全部 工作圖和制定全部技術(shù)文件。對(duì)于批 量或大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，還 要進(jìn)行定型設(shè) 計(jì)。在設(shè)計(jì)的每個(gè)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(gè)步驟，修改不合理的決 定，重做隨后的設(shè)計(jì)工作。 1、制定設(shè)計(jì)任務(wù) 這是設(shè)計(jì)的前期工作 。設(shè)計(jì)任務(wù)的根據(jù)是用戶 訂貨、市場(chǎng)需要 和新 的科研成果。設(shè)計(jì)部門應(yīng)用各種技術(shù)和市場(chǎng) 情報(bào)，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(jì)任務(wù)目標(biāo)。這對(duì)新 型設(shè)計(jì)特別重要。任務(wù)目

51、 標(biāo)的失誤將造成經(jīng)濟(jì)上的嚴(yán)重?fù)p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(jì)任務(wù)未作明確規(guī)定,設(shè)計(jì)的第一個(gè)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(jì)大功率 船用柴油機(jī)，首先要確 定是用二沖程、雙作用、十字頭、低速柴油機(jī)，還是用四沖程 單作用、中速柴油機(jī)。又例如 設(shè)計(jì)用以粗碎巖石的破碎機(jī)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(jī)，或者采用以沖擊為 主要作用的單轉(zhuǎn) 3、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 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(jī)。 設(shè)計(jì)的總體方案確定之后 ，接著需要運(yùn)用機(jī)構(gòu)學(xué)的 知識(shí)，選用合適的機(jī)

52、 的運(yùn)動(dòng)方案。上面提到的顎式破碎機(jī)依靠其動(dòng)顎板的擺 動(dòng)使進(jìn)入破碎腔 壓、彎折和劈裂作用而破碎 ，而動(dòng)顎板的擺動(dòng)則可以采 用雙肘板機(jī)構(gòu)的 簡單擺動(dòng)，或者采用單 肘板機(jī)構(gòu)的復(fù)雜擺動(dòng)。在新型設(shè)計(jì)中，可能會(huì) 需要綜合一個(gè)新 的機(jī)構(gòu)以得到 所要求的運(yùn)動(dòng)方案，這常是一個(gè)困難的 工作。因此，設(shè)計(jì)者一般盡量應(yīng) 用已有的和成熟的機(jī)構(gòu)所提給的運(yùn)動(dòng)方案。 4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪 制初步總圖 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)之后，設(shè)計(jì)者開始進(jìn)行結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī) 械各 主要零件的受 力、強(qiáng)度、形狀、尺寸和重 量等，并繪制主要 零、部件草圖。這時(shí)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(shí)還應(yīng)考慮有無可能產(chǎn)生過熱 、

53、過度磨 損或振動(dòng)的部 位。 在這一步驟中， 設(shè)計(jì)者通過繪 制草圖會(huì)發(fā)現(xiàn) 各部分的 形狀、尺寸、比例等方面的矛盾。為了 加強(qiáng)或改進(jìn)某一方面，可能會(huì) 削弱或惡化另一 方面。這時(shí)必須權(quán)衡輕重，進(jìn)行協(xié)調(diào)，以達(dá)到最佳綜合效果。草圖經(jīng) 反復(fù)修改認(rèn)為初 步滿意后，便可繪制初 步總圖和估算造價(jià)。初步總圖嚴(yán)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(qǐng)對(duì)該類機(jī)械有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì) 、制造和使用人 員以 及用戶或委托設(shè)計(jì)單位的代表進(jìn)行初步審查。審查結(jié)果如認(rèn)為設(shè)計(jì)不適用（如重量、 體積太大，造價(jià)太高，對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠性有懷疑等 ）,則須重新進(jìn)行運(yùn)動(dòng) 設(shè)計(jì)，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(duì)設(shè)計(jì) 采取某些改善措施。 6、 技術(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)初步審查意見，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，并繪制所有的零件和部件圖。 對(duì)主 要的零件和部 件進(jìn)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(xì)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(jì)、 電氣設(shè)計(jì)（驅(qū)動(dòng)和 控制）。重繪總圖，某些重要的 和批量生產(chǎn)的 機(jī)械有時(shí)還 要制作出 模型。將完成 的技術(shù)設(shè)計(jì)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(jì)

55、負(fù) 責(zé)人應(yīng)注意協(xié) 調(diào)零件間的尺寸，核對(duì)耦合 件間的公差配合，復(fù)核某些 零件的強(qiáng)度和剛 度。零件圖完成后開始 圖紙核對(duì)，這是非常重要的工作。經(jīng)過仔細(xì)校 對(duì)的圖紙能保證 加工后裝配順禾薦最可靠的校對(duì)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(huì)表現(xiàn)出來。在繪制零件 圖的同時(shí)還需要進(jìn)行兩項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)和通用零件等 符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 8、試生產(chǎn)和定型設(shè)計(jì)對(duì)于單件或小批生產(chǎn)的機(jī)械，經(jīng)過上述步驟完成的設(shè)計(jì)圖紙可 以投入正式生產(chǎn)。對(duì)于成批或大量生產(chǎn)的

56、機(jī)械，在正式生產(chǎn)前要先試制樣機(jī)，進(jìn)行功能 試驗(yàn)和鑒定，通過后，再按批 量生產(chǎn)工藝進(jìn)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(duì)設(shè)計(jì)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(jì) 。 （立式活套） 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)具有眾多的約 束條件，設(shè)計(jì)準(zhǔn) 則就是設(shè)計(jì)所應(yīng)該滿足的約 束條 件。 1、技術(shù)性能準(zhǔn)則 技術(shù)性能包括產(chǎn)品功 能、制造和運(yùn)行狀 況在內(nèi)的一 切性能，既指靜態(tài)性能，也指動(dòng)態(tài)性能。例如，產(chǎn)品所能傳 遞的功率、效率 、使用壽 命、強(qiáng)度、剛度、抗摩擦、磨損性能、振動(dòng)穩(wěn)定性、熱特性等。技術(shù) 性能準(zhǔn)則是指相 關(guān)的技術(shù)性能必須達(dá)到規(guī)定的要求。例如 振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生額

57、外的動(dòng)載荷和變應(yīng) 力，尤其是 當(dāng)其頻率接近 機(jī)械系統(tǒng)或零件的固有頻率時(shí) ，將發(fā)生共振現(xiàn)象 ，這時(shí)振幅將急劇增大 有可能導(dǎo)至零件甚至整個(gè)系統(tǒng)的迅速損壞 。振動(dòng)性穩(wěn)定準(zhǔn)則就是限制 機(jī)械系統(tǒng)或零件 。又如機(jī)器工作 則就是限制各種 的相關(guān)振動(dòng)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(shí)的發(fā)熱可能 會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力、熱應(yīng)變，甚至?xí)斐蔁釗p壞。熱特性準(zhǔn) 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(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則 與機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)的主要 標(biāo)準(zhǔn)大致有： 概念標(biāo)準(zhǔn)化：設(shè)計(jì) 過程中 所涉及的名詞 術(shù)語、符號(hào)、 計(jì)量單位等應(yīng) 符合標(biāo)準(zhǔn)； 實(shí)物形態(tài) 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo) 準(zhǔn)化：操作方 法、測(cè)量方法、試驗(yàn)方法等 都應(yīng)按相應(yīng)規(guī) 定實(shí)施。 標(biāo)準(zhǔn)化 準(zhǔn)則就是在設(shè) 計(jì)的全過程中的所有行為，都要滿足上述標(biāo)準(zhǔn)化的要求 ?，F(xiàn)已發(fā)布的與 機(jī)械零件設(shè)計(jì) 有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，從運(yùn)用范圍上來講，可以分為國 家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)等級(jí)。從使用強(qiáng)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(zhǔn)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?？煽啃詼?zhǔn)則就 是指所設(shè)計(jì)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(zhǔn)則 機(jī)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(shí)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(jī)安全性：指機(jī)器保 證在規(guī)定條件 卜不出故障， 能正常實(shí)現(xiàn)總功能的要求。 工 作安全性：指對(duì)操作人員的 保護(hù)，保證人身安全和身心健康等等。 環(huán)境安全性 指對(duì)機(jī)器周圍的環(huán)境和人不造成污染和危害。 設(shè)計(jì)方法學(xué) 設(shè)計(jì)方法學(xué)的目的是將設(shè)計(jì)思維上升為理性過 程，從而使設(shè)計(jì)能循一定的邏輯進(jìn) 行，使更多的 設(shè)計(jì)人員能作出好的設(shè)計(jì)。它大 致包括以下一些內(nèi)容： 1、 將 設(shè)計(jì)的階段分得很細(xì)，使每一 階段成為有章可循和有理可據(jù)的

60、思維活動(dòng)。 2、 將 成功的或良好的設(shè)計(jì)儲(chǔ)存起來 ，建立設(shè)計(jì)資料庫，以供以后設(shè)計(jì)時(shí)參考 或采用。 ，對(duì)設(shè)計(jì)中的 矛盾進(jìn)行功能與 、有限元法、 可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu) 高設(shè)計(jì)的科學(xué)性，減少盲印性 成本的權(quán) 化設(shè)計(jì)、 3、 在設(shè)計(jì)工作中引進(jìn)價(jià)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(jì)中采 用摩擦學(xué)、振動(dòng) 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(shí)，提 5、將設(shè)計(jì)工作范圍擴(kuò)大，向前延伸 到市場(chǎng)預(yù)測(cè)，向后延伸到售后服 務(wù)。 量。 6，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以減少設(shè)計(jì) 勞動(dòng)量、提高設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì) 產(chǎn)品名稱：2D,3D 設(shè)計(jì)服務(wù) 型號(hào)：SWXDESINGS

61、ERV 規(guī)格：人/天服務(wù) 1.2.2電氣系統(tǒng)統(tǒng)計(jì) 1，整體控制圖 LI L2 13 （主電路順序 起動(dòng)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(jī) 交流電機(jī) 交流 交流電機(jī)是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn) 換的機(jī)械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā) 展，交流電 機(jī)已成為最常用的電機(jī)。交流 電機(jī)與直流電機(jī)相比，由于沒 有換向器（見 直流電機(jī)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(jī)。交流電機(jī)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(jì)80年代初，最大的汽 輪發(fā)電機(jī)已達(dá)150萬千瓦。 電機(jī)分類按功能 機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī) 幾大類。由于 交流電機(jī)按其功能通常分為交流發(fā)電 電機(jī)工作狀態(tài)的 可逆性，同一臺(tái)電機(jī)既可作發(fā)電機(jī)又可作 電動(dòng)機(jī)。把電機(jī)分為發(fā)電機(jī) 與電動(dòng)機(jī)并不很 確切，只是有 些電機(jī)主要作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，有些 電機(jī)主要作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 按品種交流電 機(jī)按品種分有同步電機(jī)、異步電 機(jī)兩大類。同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 速ns與 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(jī)的磁極對(duì)數(shù) （P）之間有嚴(yán)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(jī)中

63、 一對(duì)極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為 3000轉(zhuǎn)/分，三相交流電機(jī)中兩對(duì)極電機(jī)的同步 轉(zhuǎn)速為1500 轉(zhuǎn)/分,余類推。 異步電 機(jī)轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速總是 低于或高 于其旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的 轉(zhuǎn)速，異 步之名 由此而來。異 步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(jī)-韓國SPG小型交流電機(jī) 由此可知，交流電機(jī)（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(jī)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(chǎng)合，多用直流電機(jī)。 隨著電力電子技 術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)已開始 得到實(shí)用。 編輯本段交流電機(jī)的電源和變頻調(diào)速 交流電機(jī)電源 交流電機(jī) 一般采用三相制， 因?yàn)槿嘟涣麟姍C(jī)與單相電機(jī)相 比，無論在性能指標(biāo) 原材料利用和 價(jià)格等方面 均有明顯的 優(yōu)越性。同 樣功率的三 相電機(jī)比單 相電機(jī)體積 小，重 量輕，價(jià)格低。三相電動(dòng)機(jī)有自起動(dòng)能力 。單相電機(jī)沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ，為解決起 動(dòng)問題，需 采取一些特殊的措施。單相電 機(jī)的轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的，噪聲也比 較大，但所需 的電源比較簡 用單相電機(jī)。 單，特別是在家庭中使用十 分方便。因此小型家用電機(jī) 和儀用電機(jī)多

65、采 交流電機(jī)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(jī)工作電源的 頻率和幅度的方 式來控制交流 電機(jī)的電力傳動(dòng)元件。 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速變頻器的特點(diǎn) 交流電機(jī)調(diào)速變頻器 ■氐頻轉(zhuǎn)矩輸出 180% ，低頻運(yùn)行特性良好 ■俞出頻率最大600Hz，可控制高速 電機(jī) 襁方位的偵測(cè)保護(hù)功能（過壓、欠壓、過載）瞬間停電再起動(dòng) ■口速、 減速、動(dòng)轉(zhuǎn)中失速防止等保護(hù)功能 ■電機(jī)動(dòng)態(tài)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別功能 ，保證系統(tǒng)的穩(wěn) 定性和精確性 ■高速停機(jī)時(shí)響應(yīng)快 時(shí)富靈活的輸入、輸出接口和控制方 式，通用性強(qiáng) ■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(dòng)機(jī)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(dòng)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(jìn)行再生運(yùn)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(dòng)電壓，此外 逆變器產(chǎn)生的 脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng) 。為了抑制電壓波動(dòng)，采用 電感和電容吸收 脈動(dòng) 電壓（電流）。裝置 容量小時(shí)， 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）