1、4.1 概述4.2 構(gòu)造變異創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法4.3 構(gòu)造組合創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法4.4 引入新的構(gòu)造要素4.5 引入新的邏輯方法4.6 引入新的設(shè)計(jì)理念第4章 構(gòu)造創(chuàng)新設(shè)計(jì) . 機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)的義務(wù)是在總體設(shè)計(jì)的根底上，根據(jù)所確定的原理方案，決議滿足功能要求的機(jī)械構(gòu)造，需求決議的內(nèi)容包括構(gòu)造的類型和組成，構(gòu)造中一切零部件的外形、尺寸、位置、數(shù)量、資料、熱處置方式和外表情況，所確定的構(gòu)造除應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)原理方案所規(guī)定的動(dòng)作要求外，還應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)對(duì)構(gòu)造的強(qiáng)度、剛度、精度、穩(wěn)定性、工藝性、壽命、可靠性等方面的要求。構(gòu)造設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及問(wèn)題最多、最詳細(xì)、任務(wù)量最大的任務(wù)階段。 機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)的重要特征之一是設(shè)計(jì)問(wèn)題的

2、多解性，即滿足同一設(shè)計(jì)要求的機(jī)械構(gòu)造并不是獨(dú)一的，構(gòu)造設(shè)計(jì)中得到一個(gè)可行的構(gòu)造方案普通并不很難，然而，機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)的義務(wù)是在眾多的可行構(gòu)造方案中尋求較好的或最好的方案。現(xiàn)有的數(shù)學(xué)分析方法可以使我們從一個(gè)可行方案出發(fā)在一個(gè)單峰區(qū)間內(nèi)尋求到部分最優(yōu)解，但是，并不能使我們遍歷全部的可行區(qū)域，找出一切的部分最優(yōu)解，并從中找出全局最優(yōu)解，得到最好的設(shè)計(jì)方案。這就需求發(fā)揚(yáng)發(fā)明性思想方法的作用。 得到一個(gè)可行的構(gòu)造方案不難，最好的方案不易偏重點(diǎn)：機(jī)構(gòu)部裝 構(gòu)造零部件詳細(xì)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1 概述.4.2 構(gòu)造變異創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法發(fā)明性思想在機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)中的重要運(yùn)用之一就是構(gòu)造方案的變異設(shè)計(jì)方法。它能使設(shè)計(jì)者從一

3、個(gè)知的可行構(gòu)造方案出發(fā)，經(jīng)過(guò)變換得到大量的可行方案。經(jīng)過(guò)對(duì)這些方案中參數(shù)的優(yōu)化，可以使設(shè)計(jì)者得到多個(gè)部分最優(yōu)解，再經(jīng)過(guò)對(duì)這些部分最優(yōu)解的分析和比較，就可以得到較優(yōu)解或全局最優(yōu)解。變異設(shè)計(jì)的目的尋求滿足設(shè)計(jì)要求的獨(dú)立的設(shè)計(jì)方案，以便對(duì)其進(jìn)展參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)變異設(shè)計(jì)所得到的獨(dú)立的設(shè)計(jì)方案數(shù)量越多，覆蓋的范圍越廣泛，經(jīng)過(guò)優(yōu)化得到全局最優(yōu)解的能夠性就越大。變異設(shè)計(jì)的根本方法首先經(jīng)過(guò)對(duì)構(gòu)造設(shè)計(jì)方案的分析，得出普通構(gòu)造設(shè)計(jì)方案中所包含的技術(shù)要素的構(gòu)成，然后再分析每一個(gè)技術(shù)要素的取值范圍，經(jīng)過(guò)對(duì)這些技術(shù)要素在各自的取值范圍內(nèi)的充分組合，就可以得到足夠多的獨(dú)立的構(gòu)造設(shè)計(jì)方案。普通機(jī)械構(gòu)造的技術(shù)要素包括零件的

4、幾何外形，零件之間的聯(lián)接和零件的資料及熱處置方式。以下分別分析這幾個(gè)技術(shù)要素的變異設(shè)計(jì)方法。. 4.2.1 任務(wù)外表的變異 機(jī)械構(gòu)造的功能主要是靠機(jī)械零部件的幾何外形及各個(gè)零部件之間的相對(duì)位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。 零件的幾何外形由它的外表所構(gòu)成，一個(gè)零件通常有多個(gè)外表，在這些外表中與其他零部件相接觸的外表，與任務(wù)介質(zhì)或被加工物體相接觸的外表稱為功能外表。 零件的功能外表是決議機(jī)械功能的重要要素，功能外表的設(shè)計(jì)是零部件設(shè)計(jì)的中心問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)功能外表的變異設(shè)計(jì)，可以得到為實(shí)現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種構(gòu)造方案。 描畫功能外表的主要幾何參數(shù)有外表的外形、尺寸大小、外表數(shù)量、位置、順序等。經(jīng)過(guò)對(duì)這幾個(gè)方面參數(shù)的變異，

5、可以得到多組構(gòu)型方案。任務(wù)面功能面.例如要實(shí)現(xiàn)用彈簧產(chǎn)生的彈壓緊力壓緊某零件，使其堅(jiān)持確定位置。設(shè)計(jì)時(shí)可以選擇的彈簧類型有拉簧、壓簧、扭簧、板簧，被壓緊的零件外形可以有平面、圓柱面、球面、螺旋面，經(jīng)過(guò)對(duì)這些要素的組合可以得到如表所示的多種方案。其中壓簧的緊縮間隔不應(yīng)過(guò)大，否那么容易引起彈簧的失穩(wěn)，如確需運(yùn)用較大的緊縮間隔那么應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向構(gòu)造，拉簧因無(wú)失穩(wěn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)中受空間約束較少，既可單獨(dú)運(yùn)用，也可與搖桿及繩索等配合運(yùn)用；板簧通常剛度較大，可在較小的變形條件下產(chǎn)生較大的壓緊力。.導(dǎo)向構(gòu)造導(dǎo)向構(gòu)造繩索搖桿搖桿螺紋“面彈簧.螺釘用于聯(lián)接時(shí)需求經(jīng)過(guò)螺釘頭部對(duì)其進(jìn)展擰緊，而變換旋擰功能面的外形、數(shù)量和位

6、置內(nèi)外可以得到螺釘頭的多種設(shè)計(jì)方案。圖所示有12種方案，其中前三種頭部構(gòu)造運(yùn)用普通扳手?jǐn)Q緊，可獲得較大的預(yù)緊力，但不同的頭部外形所需的最小任務(wù)空間扳手空間不同；滾花型和元寶型釘頭用于手工擰緊，不需專門工具，運(yùn)用方便；第6、7、8種方案的扳手作用在螺釘頭的內(nèi)外表，可使螺紋聯(lián)接件外表整齊美觀；最后四種分別是用“十字型螺絲刀和“一字型螺絲刀擰緊的螺釘頭部外形，所需的扳手空間小，但擰緊力矩也小；可以想像，還有許多可以作為螺釘頭部外形的設(shè)計(jì)方案，實(shí)踐上一切的可加工外表都是可選方案，只是不同的頭部外形需求用不同的公用工具擰緊，在設(shè)計(jì)新的螺釘頭部外形方案時(shí)要同時(shí)思索擰緊工具的外形和操作方法。 . 機(jī)器上的按

7、鍵外形通常為方形或圓形，這種外形的按鍵在控制面板上占用較大的面積。為減小手機(jī)的體積，有人做出如下圖的手機(jī)面板設(shè)計(jì)，面板上的每個(gè)按鍵的寬度為10mm，相鄰兩鍵的間距為2mm。如采用方形或圓形按鍵，那么每行按鍵所占用的最小面板寬度為34mm，由于采用三角形按鍵，使最小寬度減少為24mm，比原方案減小29%。. 在所示的構(gòu)造中，挺桿2與搖桿1經(jīng)過(guò)一球面相接觸，球面在挺桿上。當(dāng)搖桿的位置變化時(shí)，搖桿端面與挺桿球面接觸點(diǎn)的法線方向隨之變化，由于法線方向與挺桿的軸線方向不平行，挺桿與搖桿間作用力的壓力角不等于零，所以會(huì)產(chǎn)生橫向推力，這種橫向推力需求挺桿與導(dǎo)軌之間的反力與之平衡。當(dāng)挺桿的垂直位置較高時(shí)，這種

8、反力產(chǎn)生的摩擦力的數(shù)值會(huì)超越球面接觸點(diǎn)的有效軸向推力，因此呵斥挺桿運(yùn)動(dòng)卡死。 假設(shè)將球面改 在搖桿上，如圖 所示， 那么接觸面上的 法線方向一直 平行于挺桿軸 線方向，不產(chǎn) 生橫向推力。. 在圖中所示的V形導(dǎo)軌構(gòu)造中，上方零件為凹形，下方零件為凸形，在重力作用下摩擦外表上的光滑劑會(huì)自然流失，假設(shè)改動(dòng)凸凹零件的位置，使上方零件為凸形，下方零件為凹形，如圖b所示，那么可以有效地改善導(dǎo)軌的光滑情況。含油位置變換. 棘輪機(jī)構(gòu)的變異設(shè)計(jì)分析 待設(shè)計(jì)的棘輪機(jī)構(gòu)如下圖，棘爪頭部的平面與棘輪齒形平面相互接觸，是棘輪機(jī)構(gòu)的任務(wù)外表。經(jīng)過(guò)變換功能面的外形可得到如下圖的多種構(gòu)造方案，其中方案a和方案c用于單向傳動(dòng)，

9、方案b的棘輪可用于雙向傳動(dòng)，方案c功能面能承當(dāng)較大的載荷，運(yùn)用較普遍，但承載才干對(duì)制造誤差較敏感。.棘輪機(jī)構(gòu)的變異設(shè)計(jì)分析經(jīng)過(guò)變換功能面的數(shù)量可得到如下圖的多種構(gòu)造方案，圖中方案a經(jīng)過(guò)減小輪齒尺寸使輪齒的齒數(shù)增多，由于齒數(shù)添加使傳動(dòng)的最小反響角度減小，傳動(dòng)精度提高；方案b不改動(dòng)棘輪的外形，而經(jīng)過(guò)添加棘爪數(shù)量的方法起到在不降低承載才干的前提下提高傳動(dòng)精度的作用；方案c和方案d經(jīng)過(guò)兩個(gè)棘爪同時(shí)受力的方法提高了承載才干。.如下圖為經(jīng)過(guò)變換功能面的位置得到的多種構(gòu)造方案，圖中方案a為內(nèi)棘輪構(gòu)造，經(jīng)過(guò)將棘爪設(shè)置在棘輪內(nèi)的方法減小了構(gòu)造尺寸；方案b為軸向棘輪構(gòu)造，這種構(gòu)造只需在空間條件允許的條件下才干運(yùn)用

10、。如下圖為經(jīng)過(guò)變換任務(wù)面的尺寸得到的多種構(gòu)造方案。 棘輪機(jī)構(gòu)的變異設(shè)計(jì)分析將以上這些要素進(jìn)展交叉組合變換可以得到更多的構(gòu)造方案，這些方案各有其優(yōu)缺陷，經(jīng)過(guò)對(duì)這些方案各自特點(diǎn)的分析并結(jié)合詳細(xì)的運(yùn)用條件可以從中確定較好的構(gòu)造方案。.4.2.2 軸轂銜接構(gòu)造的變異 機(jī)器中的零部件經(jīng)過(guò)各種各樣的聯(lián)接組成完好的機(jī)器。 機(jī)器由零件組成，一個(gè)不與其他零部件相接觸的零件具有6個(gè)自在度，機(jī)械設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)規(guī)定零件之間適當(dāng)?shù)穆?lián)接方式限制零件的某些自在度，保管機(jī)器的功能所必需的自在度，使機(jī)器在任務(wù)中可以實(shí)現(xiàn)確定方式的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。 聯(lián)接的作用是經(jīng)過(guò)零件的任務(wù)外表與其他零件的相應(yīng)外表的接觸實(shí)現(xiàn)的，不同方式的聯(lián)接由于相接觸的任

11、務(wù)外表外形不同，外表間所施加的緊固力不同，從而對(duì)零件的自在度構(gòu)成不同的約束。. 以軸轂聯(lián)接為例。按照設(shè)計(jì)要求，軸與輪轂的聯(lián)接對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)自在度的限制能夠有以下幾種情況： 1固定聯(lián)接，聯(lián)接后軸與輪轂完全固定，不具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)自在度，通常的軸轂聯(lián)接多為這種情況，這種軸轂聯(lián)接需求限制6個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)自在度。 2滑動(dòng)聯(lián)接，聯(lián)接后輪轂可在軸上滑動(dòng)，其他相對(duì)運(yùn)動(dòng)自在度被限制。例如齒輪變速機(jī)構(gòu)中的滑移齒輪與軸的聯(lián)接就屬于這種聯(lián)接。這種軸轂聯(lián)接需求限制5個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)自在度。 3轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，聯(lián)接后輪轂可在軸上繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其他相對(duì)運(yùn)動(dòng)自在度被限制。例如齒輪箱中為處理光滑問(wèn)題設(shè)置的油輪與固定心軸的聯(lián)接就屬于這種情況。這種軸轂聯(lián)

12、接也需求限制5個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)自在度。 4挪動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，聯(lián)接后輪轂在軸上既可以挪動(dòng)，又可以繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其他相對(duì)運(yùn)動(dòng)自在度被限制。這種聯(lián)接運(yùn)用較少，例如有些汽車變速箱中的倒檔齒輪與固定心軸的聯(lián)接屬于這種情況。這種軸轂聯(lián)接需求限制4個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)自在度。. 第一種情況為固定式聯(lián)接，限制條件少，一切滿足可加工性和可裝配性條件的外表外形都可以作為這種軸轂聯(lián)接的外表外形，經(jīng)過(guò)變換用以限制零件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)自在度的方法和構(gòu)造要素可以得到多種軸轂聯(lián)接方式。按照聯(lián)接中構(gòu)成鎖合力的條件可將固定式軸轂聯(lián)接分為： 形鎖合聯(lián)接和力鎖合聯(lián)接。 形鎖合聯(lián)接要求被聯(lián)接外表為非圓形，可以是如圖78所示的三角形、正方形、六邊形或其他特殊外

13、形外表，但是由于非圓截面加工困難，特別是非圓截面孔加工更困難，所以這些外形的截面實(shí)踐運(yùn)用較少。由于圓形截面加工較容易，所以非圓截面通常經(jīng)過(guò)在圓形截面上銑平面、銑槽或鉆孔等方法產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)變換這些平面、槽或孔的尺寸、數(shù)量、在軸段的位置和方向就構(gòu)成不同方式的軸轂聯(lián)接。 . 第二種情況滑動(dòng)聯(lián)接由于輪轂要相對(duì)于軸挪動(dòng)，所以軸外表必需是除完好圓柱面以外的其他柱面，經(jīng)過(guò)改動(dòng)軸的截面外形可以構(gòu)成不同的聯(lián)接方式，常用的有滑鍵聯(lián)接、導(dǎo)鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接和特形柱面聯(lián)接如方形軸聯(lián)接等。 第三種情況轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接和第四種情況挪動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接的聯(lián)接中由于輪轂要相對(duì)于軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所以聯(lián)接中軸的截面外形必需是圓形，第四種情況由于輪轂要相對(duì)

14、于軸挪動(dòng)，所以聯(lián)接中軸的外表外形必需是柱面不能是錐面，第三種情況下思索加工方便和防止產(chǎn)生附加軸向力通常也采用柱面，綜合這兩點(diǎn)分析，這兩種聯(lián)接中的軸外表外形為圓柱面。 .形鎖合力鎖合.4.2.3 聯(lián)軸器銜接方式變異資料的變異在彈性聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)中需求選擇彈性元件的資料，由于所選彈性元件資料的不同，使得聯(lián)軸器的構(gòu)造變化很大，對(duì)聯(lián)軸器的任務(wù)性能也有很大的影響。可選作彈性元件的資料有金屬、橡膠、尼龍、膠木等套筒聯(lián)軸器剛性精度高.外形變異軸2軸1. 4.3 構(gòu)造組合創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法組合創(chuàng)新4.3.1 同類組合雙人自行車雙體船多楔帶大尺寸螺釘預(yù)緊4.3.2 異類組合多頭螺絲刀組合機(jī)床4.3.3 功能附加組合自行

15、車貨架+車筐+車燈+后視鏡4.3.4 資料組合V帶多種資料組合鋼筋+水泥+沙子建筑資料. 4.4 引入新的構(gòu)造要素4.4.1 彈性柔性構(gòu)造空氣緊縮機(jī)配氣機(jī)構(gòu)無(wú)摩擦、無(wú)間隙，運(yùn)動(dòng)精度高.對(duì)于需求經(jīng)常裝配的零部件構(gòu)造不但應(yīng)使聯(lián)接可靠，還應(yīng)使裝配操作盡量方便。為使聯(lián)接具有一定的運(yùn)用壽命，應(yīng)使聯(lián)接構(gòu)造在安裝和裝配過(guò)程中的磨損盡量小。為維護(hù)人類賴以生存和開展的世界環(huán)境，近年來(lái)興起的綠色設(shè)計(jì)理念也要求人們運(yùn)用的各種設(shè)備和配備不但在運(yùn)用期內(nèi)能滿足人們對(duì)它的各種功能要求，而且在報(bào)廢后能方便地將其裝配分解，以利于各種有用成分的回收再利用，減少對(duì)環(huán)境的破壞。近年來(lái)在設(shè)計(jì)中越來(lái)越多的被采用的快動(dòng)聯(lián)接構(gòu)造較好地滿足了

16、這些要求。 4.4.2 快速銜接構(gòu)造. 快動(dòng)聯(lián)接構(gòu)造經(jīng)過(guò)零件的彈性變形到達(dá)聯(lián)接的目的，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于操作。如下圖為螺紋聯(lián)接構(gòu)造圖a和經(jīng)改良的快動(dòng)聯(lián)接構(gòu)造圖b對(duì)照?qǐng)D。 . 快動(dòng)聯(lián)接構(gòu)造要求聯(lián)接件具有較好的彈性，多采用塑料或薄鋼板資料，如采用其他資料應(yīng)經(jīng)過(guò)合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)減小聯(lián)接件的剛度， 圖所示的即為一組這樣的構(gòu)造。 .另一組可快速裝配的聯(lián)接構(gòu)造定位槽防止兩半螺母松開襯套變形抱住銷釘銷釘過(guò)盈裝入快速插入最后擰緊1/4圈斜面壓緊.組合構(gòu)造是指經(jīng)過(guò)合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)，將多個(gè)零件的功能組合到一個(gè)零件上，起到減少零件數(shù)量，便于裝配，降低本錢的目的。 為防止螺紋聯(lián)接的松脫，通常需求采取防松措施。彈簧墊圈是一種被

17、廣泛運(yùn)用的放松安裝，它需求在安裝螺釘或螺母的同時(shí)安裝彈簧墊圈，圖中所示的螺釘集成構(gòu)造將螺釘、墊片和彈簧墊圈的功能集成在一個(gè)零件上，減少了零件數(shù)量，方便了裝配。 4.4.3 組合構(gòu)造四合一.圖中所示為某包裝機(jī)中的一個(gè)支架構(gòu)件。圖a所示為原設(shè)計(jì)，由11個(gè)零件組成。圖b為改良設(shè)計(jì)，將一切構(gòu)造組合在一個(gè)零件上，零件精細(xì)鑄造后一次加工成形，大大地節(jié)省了加工工時(shí)，降低了本錢。.按通常的構(gòu)造設(shè)計(jì)方法，指甲刀應(yīng)具有圖中所示的構(gòu)造。經(jīng)過(guò)將多個(gè)零件的功能集中到少量零件上的組合設(shè)計(jì)方法，指甲刀改為圖b所示構(gòu)造。 . 圖所示為三種自攻螺釘構(gòu)造 它們或?qū)⒙菁y與絲錐的構(gòu)造集成在一同，或?qū)⒙菁y與鉆頭的構(gòu)造集成在一同，使螺紋

18、聯(lián)接構(gòu)造的加工和安裝更方便。.智能構(gòu)造運(yùn)用智能資料所制造的構(gòu)造。感知資料對(duì)外界刺激具有感知功能傳感器機(jī)警資料輸入信息刺激，產(chǎn)活力械動(dòng)作智能資料外界環(huán)境變化，產(chǎn)活力械動(dòng)作4.4.4 智能構(gòu)造.4.5.1 自加強(qiáng)高壓容器灌口密封構(gòu)造4.5 引入新的邏輯方法油高壓區(qū)多級(jí)杠桿下來(lái).4.5.2 自穩(wěn)定 4.5 引入新的邏輯方法.4.5.3 自補(bǔ)償 4.5 引入新的邏輯方法測(cè)頭與量詳細(xì)分別，采用不同膨脹系數(shù)資料，減少丈量誤差.4.5.4 自平衡4.5 引入新的邏輯方法離心力抵消介質(zhì)作用力產(chǎn)生的彎矩.4.5.5 自順應(yīng)4.5 引入新的邏輯方法.4.5.6載荷分擔(dān)4.5 引入新的邏輯方法.4.5.7 阿貝原那

19、么 假設(shè)使量器給出正確丈量結(jié)果，必需將儀器的讀數(shù)線尺安放在被測(cè)尺寸的延伸線上。 4.5 引入新的邏輯方法.4.5.8 合理配置精度 在機(jī)床主軸構(gòu)造設(shè)計(jì)中， 提高主軸前端任務(wù)端的 旋轉(zhuǎn)精度是很重要的設(shè)計(jì)目 標(biāo)，主軸前支點(diǎn)軸承和主軸 后支點(diǎn)軸承的精度都會(huì)影響 主軸前端的旋轉(zhuǎn)精度，但是 影響的程度不一樣。 經(jīng)過(guò)分析前支點(diǎn)的誤差對(duì)主軸前端的精度影響較大，所以在主軸構(gòu)造設(shè)計(jì)中通常將前支點(diǎn)的軸承精度選擇得比后支點(diǎn)高一個(gè)等級(jí)。4.5 引入新的邏輯方法.4.5.9 利用誤差傳送規(guī)律 在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，各級(jí)傳動(dòng)件都會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)誤差，傳動(dòng)件在傳送必要的運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也不可防止地將誤差傳送給下一級(jí)傳動(dòng)件。在最后一級(jí)選擇較

20、大傳動(dòng)比，并選擇較高的精度即可改善。 4.5 引入新的邏輯方法.4.5.10 誤差均化制造和安裝過(guò)程中產(chǎn)生的誤差是不可防止的，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臉?gòu)造設(shè)計(jì)可以在原始誤差不變的情況下使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤差較小。實(shí)驗(yàn)證明螺旋傳動(dòng)的誤差可以小于螺桿本身的螺距誤差。圖中所示為千分尺的丈量誤差與其螺距誤差的對(duì)比圖，圖a為千分尺的累積丈量誤差，圖b為經(jīng)過(guò)萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)得的該千分尺螺桿的螺距累積誤差。這一實(shí)驗(yàn)闡明了關(guān)于機(jī)械精度的均化原理： 在機(jī)構(gòu)中假設(shè)有多個(gè)聯(lián)接點(diǎn)同時(shí)對(duì)一種運(yùn)動(dòng)起限制造用，那么運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)誤差決議于各聯(lián)接點(diǎn)的綜合影響，其運(yùn)動(dòng)精度高于一個(gè)聯(lián)接點(diǎn)的限制造用。在一定條件下添加螺旋傳動(dòng)中起作用的螺紋圈數(shù)，使多圈螺

21、紋同時(shí)起作用，不但可以提高螺旋傳動(dòng)的承載才干和耐磨性，而且可以提高傳動(dòng)精度。 4.5 引入新的邏輯方法. 4.5.11 零件分割4.5 引入新的邏輯方法.4.6.1 宜人化設(shè)計(jì)工具改良4.6 引入新的設(shè)計(jì)理念. 大多數(shù)機(jī)器設(shè)備要由人操作，在早期的機(jī)械設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)者以為經(jīng)過(guò)選拔和訓(xùn)練可以使人順應(yīng)任何復(fù)雜的機(jī)器設(shè)備。隨著設(shè)計(jì)和制造程度的提高，機(jī)器的復(fù)雜程度、任務(wù)速度及其對(duì)操作人員的知識(shí)和技藝程度的要求越來(lái)越高，人曾經(jīng)很難順應(yīng)這樣的機(jī)器，由于操作不當(dāng)呵斥的事故越來(lái)越多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在第二次世界大戰(zhàn)期間美國(guó)飛機(jī)所發(fā)生的飛行事故中有90是由于人為要素呵斥的。經(jīng)過(guò)這些現(xiàn)實(shí)使人們認(rèn)識(shí)到不能要求操作者無(wú)限制地順應(yīng)機(jī)

22、器的要求，而應(yīng)使機(jī)器的操作方法順應(yīng)人的生理和心思特點(diǎn)，只需這樣才干使操作者在最正確的生理及心思形狀下任務(wù)，使人和機(jī)器所組成的人一機(jī)系統(tǒng)發(fā)揚(yáng)最正確效能。 以下分別分析設(shè)計(jì)中思索操作者的生理和心思特點(diǎn)應(yīng)遵照的根本原那么，它不但是進(jìn)展創(chuàng)新構(gòu)造設(shè)計(jì)的原那么，同時(shí)也可為創(chuàng)新構(gòu)造設(shè)計(jì)提供啟示。對(duì)現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備及工具的宜人化改良設(shè)計(jì)是創(chuàng)新構(gòu)造設(shè)計(jì)的一種有效方法。.適宜人的生理特點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)1減少疲勞的設(shè)計(jì) 人體在操作中靠肌肉的收縮對(duì)外做功，做功所需的能量物質(zhì)糖和氧要依托血液保送到肌肉。假設(shè)血液不能保送足夠的氧，那么糖會(huì)在無(wú)氧或缺氧的形狀下進(jìn)展不完全分解，不但釋放出的能量少，而且會(huì)產(chǎn)生代謝中間產(chǎn)物乳酸。乳酸不易

23、排泄，乳酸在肌肉中的積累會(huì)引起肌肉疲勞、疼痛、反響愚鈍。長(zhǎng)期使某些肌肉處于這種任務(wù)形狀會(huì)對(duì)肌肉、肌健、關(guān)節(jié)及相鄰組織呵斥永久性損害，機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)防止使操作者在這樣的形狀下任務(wù)。前表所示的幾種常用工具改良前的外形由于使某些肌肉處于靜態(tài)施力形狀，不適宜長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用，改良后使操作者的手更趨于自然形狀，減少或消除了肌肉的靜態(tài)施力情況，使得長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用不易疲勞。 .2容易發(fā)力的設(shè)計(jì) 操作者在操作機(jī)器時(shí)需求用力，人在處于不同姿態(tài)、向不同方向用力時(shí)發(fā)力才干差別很大。實(shí)驗(yàn)闡明人手臂發(fā)力才干的普通規(guī)律是右手發(fā)力大于左手，向下發(fā)力大于向上發(fā)力，向內(nèi)大于向外，拉力大于推力，沿手臂方向大于垂直手臂方向。 人以站立姿態(tài)操作時(shí)

24、手臂所能施加的支配力明顯大于坐姿，但是長(zhǎng)時(shí)間站立容易疲勞，站立操作的動(dòng)作精度比坐姿操作的精度低。 在設(shè)計(jì)需求人操作的機(jī)器時(shí)，首先要選擇操作者的操作姿態(tài)，普通優(yōu)先選擇坐姿，特別是動(dòng)作頻率高、精度高、動(dòng)作幅度小的操作，或需求手腳并用的操作。當(dāng)需求施加較大的支配力，或需求的操作動(dòng)作范圍較大，或因操作空間狹小，無(wú)容膝空間時(shí)可以選擇立姿。支配力的施加方向應(yīng)選擇人容易發(fā)力的方向。施力的方式應(yīng)防止使操作者長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持一種姿態(tài)，當(dāng)操作者必需以不平衡姿態(tài)進(jìn)展操作時(shí)應(yīng)為操作者設(shè)置輔助支撐物。 .適宜人的心思特點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì) 對(duì)復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，操作者要根據(jù)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況隨時(shí)對(duì)其進(jìn)展調(diào)整，操作者對(duì)設(shè)備任務(wù)情況的正確判別是

25、進(jìn)展正確的調(diào)整操作的根本條件之一。 1減少察看錯(cuò)誤的設(shè)計(jì) 在由人和機(jī)器組成的系統(tǒng)中人起著對(duì)系統(tǒng)的任務(wù)情況進(jìn)展調(diào)理的“調(diào)理器的作用，人的正確調(diào)理來(lái)源于人對(duì)機(jī)器任務(wù)情況的正確了解和判別，所以在人一機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使操作者可以及時(shí)、正確、全面地了解機(jī)器的任務(wù)情況是非常重要的。 在顯示儀表的設(shè)計(jì)中應(yīng)使操作者察看方便，察看后容易正確地了解儀表顯示的內(nèi)容，這要經(jīng)過(guò)正確地選擇儀表的顯示方式、儀表的刻度分布、儀表的擺放位置以及多個(gè)儀表的組合實(shí)現(xiàn)。 儀表的刻度陳列方向應(yīng)符合操作者的認(rèn)讀習(xí)慣，圓形和半圓形應(yīng)以順時(shí)針?lè)较驗(yàn)榭潭戎翟龃蠓较颍潭戎本€式應(yīng)以從左到右的方向?yàn)榭潭戎翟龃蠓较颍怪敝本€式應(yīng)以從下到上的方向?yàn)榭潭戎?/p>

26、增大方向。 儀表擺放位置的選擇應(yīng)以方便認(rèn)讀為規(guī)范。實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)視距為 80 cm時(shí)程度方向最正確認(rèn)讀區(qū)域在200范圍內(nèi)，超越240后正確認(rèn)讀時(shí)間顯著增大；垂直方向的最正確認(rèn)讀區(qū)域?yàn)槌潭确较蚺c程度線以下150范圍內(nèi)。重要的儀表應(yīng)擺放在視區(qū)中心，相關(guān)的儀表應(yīng)分組集中擺放，有固定運(yùn)用順序的儀表應(yīng)按運(yùn)用順序擺放。 . 2減少操作錯(cuò)誤的設(shè)計(jì) 人在了解機(jī)器任務(wù)情況的前提下經(jīng)過(guò)操作對(duì)機(jī)器的任務(wù)進(jìn)展必要的調(diào)整，使其在更符合操作者意圖的形狀下任務(wù)。人經(jīng)過(guò)控制器對(duì)機(jī)器進(jìn)展調(diào)整，經(jīng)過(guò)反響信息了解調(diào)整的效果。控制器的設(shè)計(jì)應(yīng)使操作者在較少視覺(jué)協(xié)助或無(wú)視覺(jué)協(xié)助下可以迅速準(zhǔn)確地分辨出所需的控制器，在正確了解機(jī)器任務(wù)情況的根底

27、上對(duì)機(jī)器做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 首先應(yīng)使操作者分辨出所需的控制器。 經(jīng)過(guò)控制器的大小來(lái)分辨不同的控制器也是一種常用的方法。為能準(zhǔn)確地分辨出不同的控制器，應(yīng)使不同的控制器之間的尺寸差別足夠明顯。實(shí)驗(yàn)闡明旋鈕直徑差為125 mm，厚度差為 10 mm時(shí)，人可以經(jīng)過(guò)觸覺(jué)準(zhǔn)確地分辨。 控制器的操作應(yīng)有一定的阻力，操作阻力可以為操作過(guò)程提供反響信息，提高操作過(guò)程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，并可防止因無(wú)意碰撞引起的錯(cuò)誤操作。 為減少操作錯(cuò)誤，控制器的設(shè)計(jì)還要思索與顯示器的關(guān)系。 .4.6.2 綠色設(shè)計(jì)1資料選擇低能耗、低本錢、低污染，好回收2延伸運(yùn)用壽命恢復(fù)任務(wù)形狀3可裝配設(shè)計(jì)裝配工具空間4回收設(shè)計(jì)容易分別骨架油封骨架位

28、置5包裝設(shè)計(jì)包裝資料4.6 引入新的設(shè)計(jì)理念.4.6.3 方便裝配的設(shè)計(jì)1防止裝配錯(cuò)誤4.6 引入新的設(shè)計(jì)理念. 例如下圖的兩個(gè)圓柱銷的外形尺寸完全一樣，只是資料及熱處置方式不同，這在裝配過(guò)程中無(wú)論是人或是自動(dòng)化的機(jī)器都很難區(qū)別，裝錯(cuò)的能夠性極大。假設(shè)改為圖b的構(gòu)造，使兩個(gè)零件的外形尺寸有明顯的差別，使得錯(cuò)誤的裝配不能實(shí)現(xiàn)，這就防止了發(fā)生裝配錯(cuò)誤的能夠性。 .4.6.3 方便裝配的設(shè)計(jì)2減少裝配維修難度4.6 引入新的設(shè)計(jì)理念.4.6.3 方便裝配的設(shè)計(jì)2減少裝配維修難度4.6 引入新的設(shè)計(jì)理念 機(jī)械設(shè)備中的某些零部件由于資料或構(gòu)造的關(guān)系運(yùn)用壽命較低，這些零部件在設(shè)備的運(yùn)用周期內(nèi)需求多次改換，

29、構(gòu)造設(shè)計(jì)中要思索這些易損零件改換的能夠性和方便程度。例如V帶傳動(dòng)中帶的設(shè)計(jì)壽命較低，需求經(jīng)常改換。V帶是無(wú)故帶，假設(shè)將帶輪設(shè)置在兩固定支點(diǎn)間，那么每次改換帶時(shí)都需求裝配并挪動(dòng)支點(diǎn)，為此通常將帶輪設(shè)置在軸的懸臂端 。 圖中所示的彈性套柱 銷聯(lián)軸器的彈性元件由于運(yùn)用 橡膠資料所以壽命較低，聯(lián)軸 器兩端通常聯(lián)接較大設(shè)備，改換彈性元件時(shí)很難挪動(dòng)這些設(shè)備，構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為彈性元件的裝配和裝配留有必要的空間。 .4.6.3 方便裝配的設(shè)計(jì)3裝配關(guān)系獨(dú)立4.6 引入新的設(shè)計(jì)理念 在機(jī)械設(shè)計(jì)中很多設(shè)計(jì)參數(shù)是依托調(diào)整過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)對(duì)機(jī)器進(jìn)展維修時(shí)要破壞某些經(jīng)過(guò)調(diào)整的裝配關(guān)系，維修后需求重新調(diào)整這些參數(shù)，這就添加了維修任務(wù)的難度。構(gòu)造設(shè)計(jì)中應(yīng)減少維修任務(wù)中對(duì)已有裝配關(guān)系的破壞，使維修更容易進(jìn)展。 圖中所示軸承座構(gòu)造的裝配關(guān)系不獨(dú)立，改換軸承時(shí)不但需求破壞軸承蓋與軸承座的裝配關(guān)系，而且需求破壞軸承座與機(jī)體的裝配關(guān)系。圖b的構(gòu)造中軸承座與機(jī)體的裝配關(guān)系和軸承蓋與軸承座的裝配關(guān)系相互獨(dú)立，改換軸承時(shí)不需求破壞軸承座與機(jī)體的裝配關(guān)系。.1方便裝卡 大量的零件要經(jīng)過(guò)機(jī)械切削加工工藝過(guò)程，多數(shù)機(jī)械