《机械设计学》课程第二章学生版

第二章机器的组成及典型机器的功能分析长春工业大学机电工程学院郭红

现代机器的定义： 机器是由两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运动，能将某种原动力或运动转变，以执行人们预期的工作，在人或其它智能体的操作和控制下，实现为之设计的某种或某几种功能。下一节第二节

机器的组成第一节机器的定义一、传统的观点看机器的组成二、从不同的角度看机器的组成三、从功能观点看机器的组成第二节

机器的组成下一节第三节

机器的分类

“任何机器是由原动机、传动机和工作机三部分组成的。”-----马克思 随着科学技术的发展，又增添了控制器。第二节

机器的组成一、传统的观点即：

原动机

传动机机器

工作机

机械装置

控制器

电子控制系统一、传统的观点第二节

机器的组成1）从机构学的角度看，机器是由各种基本结构组合而成的。2）从结构学的角度看，机器是一系列基本构件组装而成的。3）从专业的角度看，常常以主要部件来看机器的组成。二、从不同的角度看机器的组成第二节

机器的组成

汽车的组成

图2-1汽车的组成1----底盘

2----发动机

3----车身图2-2车床组成图1—床身

2—尾座

3—刀架

4—主轴箱

5—进给箱

6—床腿

7—溜板箱CA6140车床三、从功能观点看机器的组成 早在1947年美国的一位工程师提出：“用户购买的不是机器本身，而是它的功能。”第二节

机器的组成总功能概念： 图2-3车床的功能原理图1—工件

2—车刀总功能是一台机器所能完成的功能。车床的总功能就是利用移动刀具2对旋转工件1进行切削的功能。第二节

机器的组成打印机的三个个主要分功能能系统：1、点阵针头的的打印功能2、打印头的横横向定位移动动功能3、打印纸的定定距卷纸功能能打印机的总功功能是将计算机的的各种信息打打印在纸上输输出供人们阅阅读。第二节机器的组成机器是由多个主要要分功能系统统构成，它们们的协调工作作实现了机器器的总能；每每个主要分功功能系统（又又称为单元））一般由原动动机、传动机机、工作机和和控制器组成成；其中的工工作机则多由由工作头和执执行机构组成成。三、从功能观观点看机器的的组成第二节机器的组成机器的组成也也可以这样表表达：分功能系统1工作头工作机执行机构机器（总功能能）分功能系统i传动机原动机控制器分功能系统n第二节机器的组成两个概念：主要功能：在任何一台台机器中，为为完成总功能能最必要的那那些分功能。。辅助功能：一些低一层层次的、起支支持、保证作作用的功能。。计算机打印机机的三个主要分功能系系统点阵针头的打打印功能打印头的横向向定位移动功功能打印纸的定距距卷纸功能辅助功能色带循环功能能、纸宽调节节功能、打印印头前后微调调功能、压纸纸功能等从功能的观点看，所所有机器分为为：工艺类--指那些对物料料进行工艺性性加工的机器器。主要特征：1、具有专用的的工作头2、进行独特的的工艺加工动动作非工艺类--不对任何物料料进行工艺性性加工，而只只是实现某些些特殊的动作作功能。第三节机器的分类第三节机器的分类具体分类：工艺类机器加工机床食品机械纺织机械印刷机械非工艺类机器机器动力机械起重运输机械精密机械医疗机械通用机械对于工艺类机机器来讲，机机器的结构和和形式往往取取决于采用的的工艺方法，，如果工艺方方法有所改变变，那么机器器的型式也随随之改变。这这种改变有时时是很大的。。举例对于非工艺类类机器来讲，，其中每一种种机器也都有有各自独有的的工作方式和和规律。举例下一节第四节

典型机器的功能分析一图2-4手工线迹与家家用缝纫机线线迹对比a)手工线迹b)缝纫机线迹第四节典型机器的功功能分析之一一---家用缝纫机缝纫机是一种种典型的工艺艺类机器；缝纫机的功能能原理取决于于实现缝纫功功能的工艺方方式。具有历史性的的突破和创新新的两个方面面：第一、采用针针尖引线代替替针尾引线；；第二、采用双双线（底线和和面线）互锁锁交织代替线线的反复穿刺刺，从而实现现了缝纫功能能的机械化。。第四节典型机器的功功能分析之一一---家用缝纫机是将线按一定定规律缝于缝缝料上。它可可使一根或多多根线通过自自连、互连或或交织，在缝缝料上形成一一定形式的线线迹。第四节典典型机器的功功能分析之一一---家用缝纫机一、家用缝纫纫机的总功能能：缝纫功能的特特点：1）机缝线迹迹整齐美观，，缝合牢固，，缝纫迅速，，能用于缝制制棉、麻、丝丝、毛、化纤纤及皮革、纸纸张等。2）家用缝纫机机属于精密的的工艺类机器器。第四节典典型机器的功功能分析之一一---家用缝纫机1、主要功能：2、辅助功能：3、控制制功功能能：：第四四节节典典型型机机器器的的功功能能分分析析之之一一---家用用缝缝纫纫机机二、、家家用用缝缝纫纫机机的的功功能能分分析析下一节第五节典型机器功能分析之二1、四四个个主主要要功功能能：：1）引引面面线线造造环环功功能能2）钩钩面面线线扩扩环环，，使使底底面面线线交交织织的的功功能能3）供供给给和和回回收收面面线线的的功功能能4）输输送送缝缝料料的的功功能能第四四节节典典型型机机器器的的功功能能分分析析之之一一---家用用缝缝纫纫机机二、、家家用用缝缝纫纫机机的的功功能能分分析析1）引引面面线线造造环环功功能能图2-6线环环形形成成过过程程a)穿刺刺缝缝料料b)、c)引线线d)、e)成环环1——线环环2、5——面线线3——摆梭梭尖尖4——针槽槽图2-5缝纫纫机机针针的的形形状状。。1--针尖尖2--针刃刃3--针柄柄4--平面面5--引入入槽槽6--引出出槽槽7--针孔孔线环环的的形形成成：：线环环的的形形成成是是由由机机针针的的特特殊殊结结构构造造成成的的。。工作作头头就就是是具具有有特特殊殊结结构构的的带带针针槽槽的的机机针针。。1）引引面面线线造造环环功功能能图2-8摆梭梭钩钩线线扩扩环环，，完完成成底底面面线线交交织织的的工工艺艺过过程程1——摆梭梭2——底线3—面线4—梭心套5—针2)钩面线扩扩环，使使底面线线交织的的功能这个工艺艺过程的的工作头头就是往往复摆动动的带有有尖嘴的的摆梭。。图2-7摆梭图2-9挑线机构构a)滑杆式b)凸轮式c)连杆式3）供给和和回收面面线的功功能这是靠挑挑线机构构实现的的。挑线机构构的任务务是当机针针向下运运动时，，把面线线供给机机针；当当摆梭钩钩住线环环以后，，把面线线供给摆摆梭，当当面线脱脱出摆梭梭后，要要回收面面线并抽抽紧线迹迹。概括为：：供线和和收线。。这是靠靠送布布牙挤挤压推推送缝缝料来来实现现的。。输送缝缝料功功能的的工作作头就就是送布牙牙。图2-10送布牙牙送料料时的的工作作情况况1—压脚2—缝料3—送布牙牙4—送布牙牙槽5—针板4）输送送缝料料的功功能送布牙牙移动动的轨轨迹图2-11送布牙牙运动动轨迹迹a)理想轨轨迹b)实际轨轨迹1）调节节面线线和底底线的的阻尼尼功能能2）调节节压脚脚加紧紧力的的功能能3）调节节送布布牙针针距的的功能能4）绕底底线功功能第四节节典典型型机器器的功功能分分析之之一---家用缝缝纫机机2、辅助助功能能二、家家用缝缝纫机机的功功能分分析第四节节典典型型机器器的功功能分分析之之一---家用缝缝纫机机二、家家用缝缝纫机机的功功能分分析图2-12面线和和底线线的交交织状状况a)面线过过紧b)底线过过紧c)正确1）调节节面线线和底底线的的阻尼尼功能能调节底底面线线：图2-13面线和和底线线的张张力调调节a)底线调调紧，，面线线调松松b)面线调调紧，，底线线调松松图2-14不同缝缝料调调压螺螺纹旋旋入的的情况况2）调节节压脚脚加紧紧力的的功能能3）调节节送布布牙针针距的的功能能图2-15调节送送布针针距4）绕底底线功功能图2-16绕底线线1—线2—绕线轴轴3—梭心4—上摩擦擦轮5—手轮6—过线架架7—轴线控制功功能主主要有有三类类：机械控制功功能人机控制功功能电子控制功功能3、控制功能能第四节典典型机器器的功能分分析之一---家用缝纫机机二、家用缝缝纫机的功功能分析1）机械控制制功能对于缝纫机机来讲，它它的每个动动作都必须须按照规定定的时间和和速度进行行，它们之之间的运动动一定要完完全协调。。这是由传传动机构的的巧妙配合合进行控制制的，主要要是由凸轮轮和连杆机机构的相位位配合实现现的。2）人机控制制功能当人操作缝缝纫机时，，那么操作作者和缝纫纫机就构成成一个典型型的人机系系统。人机机控制功能能要通过人人机接口来来实现：①缝纫工作作区，是人人眼获得信信息的接口口②手轮，是是人手控制制起动的接接口③机针前方方布面，是是人手扶持持布料引导导针迹的接接口④脚踏板，，是人脚输输入动力和和控制速度度的接口。。3）电子控制制功能现代缝纫机机也采用微微机进行程程序控制，，从而调节节和改变缝缝纫线迹。。买衣服有有电子刺绣绣等。第五节典典型机器器的功能分分析之二---计算机针式式打印机一、计算机机针式打印印机功能打印机的总总功能是把计算机机的信息打打印在纸上上输出供人人们阅读。。计算机针式式打印机是是典型的机机电一体化化机械。它属于工艺艺类机械，，而且是精精密机械。。第五节典典型机器器的功能分分析之二---计算机针式式打印机针式打印机机的工作特特点：1）为了实现现打印功能能，需要由由一系列的的主要功能能、辅助功功能和控制制功能来实实现。2）每个主要要动作功能能系统各有有相应的动动力源、传传动机构、、执行机构构、工作头头组成。1、主要功能：：2、辅助功能：：3、控制功能：：二、计算机机打印机的的功能分析析下一节第六节典型机器功能分析之三第五节典典型机器器的功能分分析之二---计算机针式式打印机1、主要功能能由三个分功功能系统组组成（1）打印头打打印功能系系统（2）打印头移移动功能系系统（3）走纸换行行功能系统统第五节典典型机器器的功能分分析之二---计算机针式式打印机二、计算机机打印机的的功能分析析1、主要功能能由三个分功功能系统组组成（1）打印头打打印功能系系统（2）打印头移移动功能系系统（3）走纸换行行功能系统统第五节典典型机器器的功能分分析之二---计算机针式式打印机二、计算机机打印机的的功能分析析（1）打印头打打印功能系系统（1）打印头打打印功能系系统（2）打印头移移动功能系系统（3）走纸换行行功 能系系统打印纸分连连续纸和单单页纸两种种情况（1）色带均匀匀移动功能能（2）压紧及调调整功能（3）纸宽调整整功能（4）打印头位位置调整功功能（5）手动卷纸纸功能第五节典典型机器器的功能分分析之二---计算机针式式打印机2、辅助功能能二、计算机机打印机的的功能分析析（1）色带均匀匀移动功能能（2）压紧及调调整功能（2）压紧及调调整功能（3）纸宽调整整功能（4）打印头位位置调整功功能3、控制功能能打印机具有有以下控制制功能：（1）与主机交交换信息的的功能（2）打印驱动动控制系统统（3）故障检测测功能（4）报警功能能第五节典典型机器器的功能分分析之二---计算机针式式打印机二、计算机机打印机的的功能分析析（5）自检功能能（6）自动进页页功能（7）自动换页页功能（8）连续或分分页打印方方式选择功功能3、控制功能能第五节典典型机器器的功能分分析之二---计算机针式式打印机二、计算机机打印机的的功能分析析第六节典典型机器器的功能分分析之三---点钞机点钞机是一一种典型的的机电一体体化机械，，它属于工工艺类机器器。点钞机能把把一沓纸币币逐张分开开、清点、、计数并整整理好。图2-18早年年对对点点钞钞机机的的构构思思第六六节节典典型型机机器器的的功功能能分分析析之之三三---点钞钞机机一、、点点钞钞机机的的功功能能要要求求及及机机型型的的发发展展演演化化当时时对点点钞钞机机功功能能要要求求有以以下下几几点点：：1）要要有有堆堆放放准准备备清清点点的的纸纸币币的的空空间间，，并并且且能能将将纸纸币币连连续续输输入入，，直直到到最最后后一一张张。。2）要要有有能能把把纸纸币币逐逐张张分分离离的的机机构构。。3）要要有有准准确确计计数数的的装装置置。。4）纸纸币币清清点点完完后后要要整整理理成成一一沓沓。。第六六节节典典型型机机器器的的功功能能分分析析之之三三---点钞钞机机一、、点点钞钞机机的的功功能能要要求求及及机机型型的的发发展展演演化化20世纪纪七七十十年年代代，，出出现现了了一一种种采采用用真真空空吸吸附附技技术术的的纸纸币币复复点点机机图2-19纸币币复复点点机机第六六节节典典型型机机器器的的功功能能分分析析之之三三---点钞钞机机一、、点点钞钞机机的的功功能能要要求求及及机机型型的的发发展展演演化化图2-1720世纪纪80年代代后后期期的的点点钞钞机机外外形形图图第六六节节典典型型机机器器的的功功能能分分析析之之三三---点钞钞机机一、、点点钞钞机机的的功功能能要要求求及及机机型型的的发发展展演演化化图2-2020世纪纪80年代代中中国国发发明明的的卧卧式式点点钞钞机机功功能能原原理理图图第六六节节典典型型机机器器的的功功能能分分析析之之三三---点钞钞机机一、、点点钞钞机机的的功功能能要要求求及及机机型型的的发发展展演演化化图2-2120世纪纪90年代代中中期期出出现现的的立立式式点点钞钞机机第六六节节典典型型机机器器的的功功能能分分析析之之三三---点钞钞机机一、点钞机的的功能要求及及机型的发展展演化图2-2221世纪初中国推推出的新型的的半卧式点钞钞机第六节典典型机器的功功能分析之三三---点钞机一、点钞机的的功能要求及及机型的发展展演化对点钞机的改改进和演化做做一下总结：：1）点钞机是银银行部门不可可缺少的辅助助机具，它的的市场需求是是巨大的，只只要有纸币流流通，就有市市场需求。2）点钞机是用用来清点纸币币的，要求点点钞机的可靠靠性高。3）点钞机最关关键的功能是是分钞功能，，也就是说必必须保证纸币币一张一张地地送过去，才才能保证计数数精确。我们们国家发明的的橡胶阻尼式式分钞功能原原理一直在采采用。第六节典典型机器的功功能分析之三三---点钞机4）我们知道，，开发一种原原型机，也就就是从无到有有是相当不易易的。如果对对现有机型进进行改进，可可能是相当容容易的。改进进时可能会弄弄巧成拙，比比如日本在我我国的卧式点点钞机基础上上改进的立式式点钞机。不不过这也是经经常发生的事事情。5）一个功能完完善的机械产产品通常不是是通过一次设设计完成的，，而应该是在在第一轮设计计完成后，根根据用户反馈馈的情况，不不断修改、完完善。对点钞机的改进进和演化做一下总结：第六节典典型机器的功功能分析之三三---点钞机对点钞机的改进进和演化做一下总结：第六节典典型机器的功功能分析之三三---点钞机1、点钞机的总总功能点钞机的总功功能是将一沓沓同样的纸币币输入机器后后，经过机器器处理，最后后输出整理好好的一沓纸币币，同时机器器准确显示纸纸币的张数。。二、点钞机的的功能对总功能的三三点说明：1）要能适应新新、旧纸币2）清点计数的的错误率要求求小于万分之之二3）出现了一种种新的要求，，即要求清点点计数时能同同时检伪第六节典典型机器的功功能分析之三三---点钞机二、点钞机的的功能第六节典典型机器的功功能分析之三三---点钞机1、主要功能：2、辅助功能：3、控制功能：三、点钞机的的功能分析下一节本章结束1、点钞机的主主要功能（1）进钞输入功功能（2）分钞功能（3）计数功能（4）整理功能第六节典典型机器的功功能分析之三三---点钞机三、点钞机的的功能分析（1）进钞输入功功能图2-23两种机器的功功能原理及其其对比a)立式b)卧式进钞输入总结结：立式和卧式点点钞机都利用用的是摩擦轮轮的物理效应应，但结构区区别很大，效效果也有不同同。卧式的简简单可靠，立立式的有点复复杂，可能会会有故障发生生，如纸币卷卷曲或折叠不不一定能及时时发现。（2）分钞功能分钞功能是点点钞机的核心心技术，也是是关键技术。图2-20，我国最早研研制成功的卧卧式点钞机采采用的是摩擦擦阻尼分钞的的功能原理。。图2-23a，立式点钞机机的分钞功能能原理b图，卧式点钞钞机的分钞功功能原理分钞功能总结结：立式和卧式它它们在功能原原理上都是利利用摩擦的物物理效应，虽虽然具体结构构不同，立式式设一个阻尼尼轮，卧式采采用开槽的橡橡胶阻尼片，，但分钞效果果都很可靠。。（3）计数功能计数采用的是是光电计数原原理。点钞机采用用的都是光隙隙信号，让第第一张纸币和和第二张纸币币之间产生一一个瞬时透光光的间隙，使使光产生一个个阶跃信号。。图2-23a，立式点钞机机的分钞功能能原理b图，卧式点钞钞机的分钞功功能原理（4）整理功能立式点钞机最最成功的地方方就是用叶轮轮代替了卧式式点钞机的输输送带和拍板板。图2-23a，立式点钞机机的分钞功能能原理b图，卧式点钞钞机的分钞功功能原理2、辅助功能（1）动力及传动动功能（2）进钞输入口口斜板调节功功能（3）阻尼轮压紧紧功能第六节典典型机器的功功能分析之三三---点钞机三、点钞机的的功能分析（1）动力及传动动功能图2-24卧式点钞机中中用同步带控控制各个轮轴轴的转速和转转向（2）进钞输入口口斜板调节功功能输入口的斜板板对输入胶轮轮的相对位置置和角度，决决定了纸币能能否顺利输入入一直到最后后一张纸币。。所以斜板的的位置和角度度必须能够调调整。（3）阻尼轮压紧紧功能图2-23a，立式点钞机机的分钞功能能原理b图，卧式点钞钞机的分钞功功能原理3、控制功能（1）机械控制功功能（2）光电控制功功能（3）人机控制功功能第六节典典型机器的功功能分析之三三---点钞机三、点钞机的的功能分析（1）机械控制功功能图2-24卧式式点点钞钞机机中中用用同同步步带带控控制制各各个个轮轮轴轴的的转转速速和和转转向向点钞钞机机的的计数数采采用用光光电电计计数数技技术术。点点钞钞机机的的检检伪伪功功能能，，常常用用的的有有磁磁性性检检伪伪、、金金属属线线检检伪伪、、紫紫外外线线检检伪伪、、荧荧光光透透视视及及