路錐自動裝車裝置設計

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畢業(yè)設計(論文) 路錐自動裝車擺放裝置設計 學 號： 姓 名： 專 業(yè)： 系 別： 指導教師： 二○一五年三月 摘 要 本課題來源于當今社會高速公路的維護設備更新?lián)Q代基礎之上，通過設計出路錐自動裝車擺放裝置，從而來滿足當今高速公路維護設施不足的缺陷。高速公路建設體現(xiàn)了一個國家的交通發(fā)達程度和經(jīng)濟發(fā)展的整體水平。它不僅方便了人們的出行，同時也加強了城市之間的聯(lián)系和合作，帶動了當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。改革開放以來，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，尤其現(xiàn)在是中國全面建設小康社會的關鍵時期，十二五規(guī)劃期間，高速公路的建設與發(fā)展也將迎來一個歷史發(fā)展時期。高速公路建設發(fā)展的同時，也對其相關的配套設施提出了新的要求。例如德國具有世界上最先進的公路系統(tǒng)，其中相當一部分的高速公路已經(jīng)配備了先進的后續(xù)維護設備，不僅可以方便車輛快速通行，甚至還有路況監(jiān)控系統(tǒng)，反饋到中央系統(tǒng)進行及時處理，更加人性化。 任何事物都有其安全保障期限，高速公路也是一樣的。我們在不斷提高高速公路建造工藝及耐久性的同時：．也需要對高速公路進行不斷的養(yǎng)護。隨著道路的不斷損害及自然侵蝕，高速公路的使用功能不斷下降。高速公路建設飛速發(fā)展，但是其養(yǎng)護管理工作卻相對落后，兩者的矛盾已經(jīng)不斷凸顯。合理解決兩者之間日益尖銳的矛盾，顯得特別的重要。高速公路養(yǎng)護管理就是對公路的保養(yǎng)與維護，保養(yǎng)側(cè)重于從建成通車就開始的全過程養(yǎng)護，維護側(cè)重于對破壞的部分進行修復，是指通過管理數(shù)據(jù)庫和有效的道路、橋梁評價預測系統(tǒng)，不斷采用新的技術(shù)工藝，以最實用的方式保證路面平整、暢通以及各種設施完好，提高高速公路的耐久性和抗災能力，使高速公路養(yǎng)護維修達到高標準、高效率、高機動性的要求，保持高速公路經(jīng)常處于完好狀態(tài)，防止其使用質(zhì)量下降，并向高速公路使用者提供良好的服務所進行的作業(yè)。由此可見道路的養(yǎng)護管理是一項艱巨而又復雜的工作。中國自古就有養(yǎng)護公路的優(yōu)良傳統(tǒng)，西周時期就設有“司空”一職，負責按季節(jié)整平道路，并規(guī)定“列樹以表道，立鄙食以守路”。同時養(yǎng)護工作應該按照“預防為主，防治結(jié)合”的原則進行開展。采取適當?shù)墓こ碳夹g(shù)措施，堅持日常保養(yǎng)及時修復，保證公路暢通、整潔、完好，延長公路的使用時間。公路維修養(yǎng)護時部分路段要封閉管制交通，即在作業(yè)區(qū)外放置交通標志，引導車輛的行駛。在維修養(yǎng)護作業(yè)時，必須要保證行車和作業(yè)區(qū)的安全，在作業(yè)區(qū)外擺放交通路錐或設置路障以引導車輛的行駛，特別是在高速公路上作業(yè)時，由于行車速度快，車流量大，更有必要擺放路錐等來引導交通。 本文運用大學所學的知識，提出了路錐自動裝車擺放裝置的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，構(gòu)建了路錐自動裝車擺放裝置總的指導思想，從而得出了該路錐自動裝車擺放裝置的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，并且安全系數(shù)高，對高速公路的維護以及機動車輛人身的安全起到了很大的作用的結(jié)論。 關鍵詞：路錐自動裝車擺放裝置；設施；結(jié)構(gòu)組成；安全 i ABSTRACT With development of all kind of science technology and global economy, F manipulator is a automated 16 devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heay labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety. Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompress engt F hthdirec tionpro cedurework. Artificial intelligence and the relationship between mechanical engineering in the brain and the hand approximation, the relationship between the difference is only in artificial intelligence will need to use the hardware machinery manufacturing. In the past, all kinds of machinery without mans operating and controlling the reaction speed, accuracy and operating by the brain evolved slowly and nervous system restriction, artificial intelligence will eliminate this restriction. Computer science and mechanical engineering, the mutual promotion between parallel, will make the mechanical engineering at the higher level is the beginning of a new round of development,Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable. Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Fthesimulationofthesystemismadeby. KEYWORDS：pneumatic manipulator ；cylinder ；pneumatic loop ；Fout degrees of freedom v 目 錄 摘 要 i ABSTRACT ii 目 錄 iii 1 緒論 1 1.1課題的來源與研究的目的和意義 2 1.2本課題研究的內(nèi)容 3 1.3 機械手的組成和分類 2 1.3.1機械手的組成 2 1.3.2機械手的分類 2 2 路錐自動裝車擺放裝置總體結(jié)構(gòu)的設計 12 2.1 路錐自動裝車擺放裝置的總體方案圖 12 2.2 路錐自動裝車擺放裝置的工作原理 13 2.3 機械傳動部分的設計計算 14 2.3.1出料輸送線電機的選型計算 15 2.3.2直線導軌的設計計算 17 2.3.3 V帶傳動的設計計算 17 2.4 主臂回轉(zhuǎn)力矩的計算 20 2.5 主臂氣缸的選型計算 20 2.6 四桿機構(gòu)的選型計算 20 3各主要零部件強度的校核 18 3.1傳動軸的校核與計算 19 3.2軸承強度的校核計算 20 4 路錐自動裝車擺放裝置中主要零件的三維建模 21 4.1電機的三維建模 22 4.2機械手的三維建模 23 4.3夾具的三維建模 24 4.4路錐自動裝車擺放裝置的三維建模 25 5.機械手的PLC控制系統(tǒng)設計 30 5.1 可編程控制器的選擇 31 5.2 可編程控制器的使用步驟 32 結(jié) 論 26 致 謝 26 參考文獻 27 附錄 一 38 附錄 二 39 上海電機學院畢業(yè)設計（論文） 1 緒論 1.1課題的來源與研究的目的和意義 由于機械工程的知識總量已經(jīng)遠遠超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎理論，拓寬領域，對專業(yè)合并的分化。機械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟效益為目標，并研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經(jīng)濟目標和任務。機器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務?，F(xiàn)代機械工程機械和機械設備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細胞和分子。電子計算機硬件和軟件，人類的新興科學已經(jīng)開始加強，并部分代替人腦科學，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復雜的工作，從而促進手功能。又一方面實踐促進人腦智力。在人類的進化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進和平行進化。 大腦和手之間的人工智能和機械工程的近似關系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機械制造。在過去，各種機械離不開人類的操作和控制，反應速度和運算精度的進化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進，計算機科學和機械工程進展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開始使機械工程。在第十九世紀，機械工程的知識總量仍然是有限的，大學在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學科，稱為土木工程，下半場的第十九個世紀成為一門獨立的學科。在第二十世紀，隨著機械工程和知識增長的發(fā)展開始分解，機械工程專業(yè)，有分支機構(gòu)。在第二十世紀中期趨勢分解，在時間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時達到的峰值。由于機械工程的知識總量已經(jīng)遠遠從個人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進步和整個塊的技術(shù)，外部條件變化的適應能力差。封閉的專業(yè)知識的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎理論，拓寬領域，對專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，看看其他學科和項目作為一個整體，從而形成一種相互強烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機械工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專業(yè)問題。在人類所有的知識，包括社會科學，自然科學和工程技術(shù)，有一個更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問題。 1.2 管套壓裝專機的發(fā)展現(xiàn)狀 當今社會，隨著機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)的機械設備也在不斷地更新，不斷地完善，管套壓裝專機同樣在發(fā)展著，傳統(tǒng)的管套壓裝專機是采用人工的形式來壓管套到管子上面，勞動效率低，壓裝精度低下，不適合批量生產(chǎn)的場合?，F(xiàn)代管套壓裝專機是一種特殊的機器代替人工來在管套中壓入軸承。隨著機械工業(yè)的發(fā)展，使用軸，軸承和軸套越來越廣泛的應用，已知軸和軸承，軸套與H8 / R7的過盈配合，壓緊力大，并且壓力隨著壓入長度的增加而增加。在無縫鋼管兩端均勻壓入襯套，并確保兩套軸套筒的相對位置，最后，在相應的位置鉆孔和攻絲螺釘。如果你使用手工裝配，不僅勞動強度大，效率低，精度低，難以滿足批量生產(chǎn)的要求。因此，使用一種特殊的管套壓裝專機成為發(fā)展趨勢。 1.2本課題研究的內(nèi)容 我的路錐自動裝車擺放裝置的設計重點是依靠SOLIDWORKS。在設計過程中，了解路錐自動裝車擺放裝置的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領。 本文的設計目標是路錐自動裝車擺放裝置的設計。該裝置能夠在公路建設維護時，對路錐進行拾取和擺放。其研究內(nèi)容包括： （1）功能分析與方案設計； （2）機械傳動部分的設計計算及標準件選型； （3）具體結(jié)構(gòu)的圖紙繪制； （4）編寫設計說明書。 1.3 機械手的組成和分類 1.3.1機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關系如方框圖2-1所示。 機械手組成方框圖: Pane chart of composition of manipulator (一)執(zhí)行機構(gòu) 包括手部、主臂、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構(gòu)。 1、手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構(gòu)型式較多時常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 2、主臂 是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢) 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、主臂的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置.工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。 4、立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立I因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。 5、行走機構(gòu) 當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安滾輪式行走機構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。 6、機座 機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。 (二)驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動， 并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 (二)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 (四)位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設定位置. 1.3.2 機械手的分類 工業(yè)機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。 (一)按用途分 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種: 1、專用機械手 它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、下料機械手和‘叻口工中心” 2、通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關”式控制定位，只能是點位控制:可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制， 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)， 一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類 型。 (二)按驅(qū)動方式分 1、液壓傳動機械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。 2、氣壓傳動機械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 3、機械傳動機械手 即由機械傳動機構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等)驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠，用于工作主機的上、下料。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。 4、電力傳動機械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。 (三)按控制方式分 1、點位控制 它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。 2 路錐自動裝車擺放裝置總體結(jié)構(gòu)的設計 2.1 路錐自動裝車擺放裝置的總體方案圖 本次設計的路錐自動裝車擺放裝置采取的方案是：工作人員將路錐從倉庫取出擺放到皮帶輸送機上，皮帶輸送機會自動將路錐自動輸送到車上，同時車上設一機械手，當需要擺放路錐在指定的維修區(qū)域時，機械手會將路錐從車上取下并擺放在車上應該放置的位置，以備路段維修時使用。當路段維修好后，路錐會返回到車上原先位置，這時如需要將路錐取下時，也可通過機械手將路錐送回地面，實現(xiàn)輕松移載，其具體方案布局圖如下： 2.2 路錐自動裝車擺放裝置的工作原理 路錐自動裝車擺放裝置的工作原理為：人工將路錐放在皮帶輸送機上面，皮帶輸送機會自動將路錐自動輸送到車上，同時車上設一機械手，當需要擺放路錐在指定的維修區(qū)域時，機械手會將路錐從車上取下并擺放在車上應該放置的位置，以備路段維修時使用。當路段維修好后，路錐會返回到車上原先位置，這時如需要將路錐取下時，也可通過機械手將路錐送回地面，實現(xiàn)輕松移載 2.3 機械傳動部分的設計計算 2.3.1出料輸送線電機的選型計算 已知整個出料輸送線的總重量150KG,其他重量50KG，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，釘排移動速度為1~2r/min。即： 具體的電機設計計算如下: 1、確定運行時間 本次設計加速時間 負載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機轉(zhuǎn)速 3.負載轉(zhuǎn)矩 式中： 4.電機轉(zhuǎn)矩 啟動轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機型號為160BL-A，此無電機廠家為機電產(chǎn)品。根據(jù)電機的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計算和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用電機型號為160BL-4030H1-LK-B，電機額定功率為0.37KW，額定轉(zhuǎn)矩為7.62N.m，最大轉(zhuǎn)矩為9N.m， 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。電機大致圖如下： 外形尺寸292x232，電機輸出軸徑為24mm。 2.3.2直線導軌的設計計算 1）導軌主要根據(jù)導軌副之間的摩擦情況，導軌分為： （1）滑動導軌 兩導軌之間為滑動摩擦。結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，剛度好，抗振性高，是機床上最廣泛采用的。 特點：導向精度高，不會出現(xiàn)間隙，能自動補償磨損。一般選取三角形頂角γ=90,重型機械采用大頂角γ=110～120。當水平力大于垂直力，V形導軌兩側(cè)受力不均勻時，采用不對稱V形導軌。直線導軌和圓導軌均可采用 　　承載能力大，制造方便。必須留有側(cè)向間隙。不能補償磨損。用鑲條調(diào)整時，會降低導向精度。 需注意導軌的保護。直線導軌和圓導軌均可采用 尺寸緊湊，適用于要求高度小﹑導軌層數(shù)多的場合?？蓸?gòu)成閉式導軌。用一根鑲條可以調(diào)整各面的間隙。剛度比平面導軌小。制造簡單，彎曲剛度小，主要用于受軸向載荷的導軌。適用于同時作直線和旋轉(zhuǎn)運動的場合。 （2）滾動導軌 滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當導軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進入返向孔后再 進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊內(nèi)部。 特點： 滾動直線導軌副是在滑塊與導軌之間放入適當?shù)匿撉?，使滑塊與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得： 動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅(qū)動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應速度和靈敏度。 驅(qū)動功率大幅度下降，只相當于普通機械的十分之一。與V型十字交叉滾子導軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。 適應高速直線運動，其瞬時速度比滑動導軌提高約10倍。能實現(xiàn)高定位精度和重復定位精度。 能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 成對使用導軌副時，具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本與難度。導軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點接觸時大大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。 導軌采用表面硬化處理，使導軌具有良好的可校性；心部保持良好的機械性能。簡化了機械結(jié)構(gòu)的設計和制造。 2）導軌的確定 查《機械設計手冊3》第二版選取直線滾動導軌副系列，又根據(jù)機床設計要求的特點，本設計初步選擇: (1)直線滾動導軌副選取四方向等載荷型（GGB型），其特點是：垂直向上向下和左右水平額定載荷是等同的，額定載荷比較大，剛度高。 (2)尺寸規(guī)格初選45，其結(jié)構(gòu)形式選擇AA 型。 (3)每根導軌上的滑塊數(shù)為2。 (6)查出全自動軸承磨床推薦的精度等級為3。 (7)導軌的材料為HT200. 初步確定直線滾動導軌的型號為GGB45AA1C123 選擇用南京工藝設備制造廠的滾動直線導軌如圖1 2.3.3 V帶傳動的設計計算 1）設計功率 －工況系數(shù)，查B1表8－1－22 ，?。?.2 P－傳遞的功率 2）選定帶型 根據(jù)和查B1圖8－1－2選取普通V帶A型，－小帶輪轉(zhuǎn)速，為1440r/min 2.2.3 傳動比 1.76 ＝＝ 3）小帶輪基準直徑（mm） 由B1表8－1－12和表8－1－14選定 ＝100mm>＝75r/min 4）大帶輪基準直徑（mm） 由B3表8－7得=180mm 5）帶速驗算 6）初定軸間距（mm） 7）所需帶的基準長度（mm） ＝ ＝886mm 依B1表8－1－8?。?00mm，即帶型為A－900 8）實際軸間距 9）小帶輪包角 = = 10)單根V帶的基本額定功率 根據(jù)帶型號、和普通V帶查B1表8－1－27（c） 取1.32kw 11) 時單根V帶型額定功率增量 根據(jù)帶型號、和查B1表8－1－27（c） 取0.15kw 12)V帶的根數(shù)Z Z = －小帶輪包角修正系數(shù)查B1表8－1－23,取0.96 －帶長修正系數(shù)查B1表8－1－8，取0.87 13)單根V帶的預緊力 = =134（N） m－V帶每米長的質(zhì)量（kg/m）查B1表8－1－24，取0.1k/gm 14)作用在軸上的力 －考慮新帶初預緊力為正常預緊力的1.5倍 15)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 帶輪應既有足夠的強度，又應使其結(jié)構(gòu)工藝性好，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造而產(chǎn)生過大的應力。 輪槽工作表面應光滑（表面粗糙度）以減輕帶的磨損。 帶輪的材料為HT150。查B1表8－1－10得基準寬度制V帶輪輪槽尺寸，根據(jù)帶輪的基準直徑查B1表8－1－16確定輪輻 2.4 主臂回轉(zhuǎn)力矩的計算 主臂的回轉(zhuǎn)的時候，驅(qū)動主臂回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服主臂起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，主臂的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩。 主臂轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算: 式中: - 驅(qū)動主臂轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩(); - 慣性力矩(); - 參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、夾具部位)對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩()., 下面分析各阻力矩的計算: 1、主臂加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩M悅 若主臂轉(zhuǎn)動過程按等加速運動，主臂轉(zhuǎn)動時的角速度為，起動過程所用的時間為，則: 式中:- 參與主臂轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量; - 工件對主臂轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量`。 若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量為: 式中: - 工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量: - 工件的重量(N); - 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm), - 主臂轉(zhuǎn)動時的角速度(弧度/s); - 起動過程所需的時間(s); — 起動過程所轉(zhuǎn)過的角度(弧度)。 2、主臂轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + () 式中: - 主臂轉(zhuǎn)動件的重量(N); - 主臂轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm) 當工件的重心與主臂轉(zhuǎn)動軸線重合時，則. 3、主臂轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 () 式中: ，- 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm); - 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，對于滑動軸承; ,- 處的支承反力(N)，可按主臂轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解， 根據(jù),得: 2.5 主臂氣缸的選型計算 本次設計的機械手，主臂氣缸是控制機械手主臂上下擺動的關鍵部分，根據(jù)系統(tǒng)工況可知，車門裝配機械手的主臂升降是通過氣缸推動四桿機構(gòu)來進行的，根據(jù)已知條件可知： 已知機械手主臂各個零件的重量以及其他零部件的總重量為200KG，根據(jù)公式F=P*S=0.5(取氣壓0.6Mpa）*S,可得S=100mm。式中： F是所需要的輸出力； P是系統(tǒng)壓力； S就是活塞面積； n是安全系數(shù)，一般氣缸水平使用取0.7，垂直使用取0.5； 于是算出氣缸缸徑為200mm，行程根據(jù)實際情況我們選擇400，所以我們選擇費斯托低摩擦氣缸。 2.6 四桿機構(gòu)的選型計算 作用力和力作用點運動線速度方向之間所夾的銳角稱為壓力角，常用表示；壓力角的余角稱為傳動角，常用表示。曲柄搖桿機構(gòu)的傳動角隨曲柄的轉(zhuǎn)動而變。傳動角越大則機械效率越高，動力傳動中一般要求傳動角最小值 有必要檢驗 應大于 40。 因此設計曲柄搖桿機構(gòu)時值。那么，最小傳動角在什么位置出現(xiàn)呢？分析如下：可以證明：若機架上 A、D 兩點位于 C、C"連線的同一側(cè)，則當 =0時， 最小，有機架上 A、D 兩點位于 C、C"連線的兩側(cè)，則 =180時的 最大(鈍角)，有 =180。不難看出，對于曲柄主動的曲柄搖桿機構(gòu)，最小傳動角就是連桿和搖桿所夾的最小銳角。 當主臂勻速轉(zhuǎn)動時， 搖桿作變速擺動，而且往復擺動的平均速度是不同的。 若將平均速度小的行程作為工作行程（正行程） ，將平均速度大的行程作為非 工作行程（反行程） ，那么，我們把曲柄搖桿機構(gòu)這種正、反行程平均速度不等的特性稱為急回特性。急回特性常用行程速比系數(shù) K（搖桿反、正行程平均速度之比）來度量。 如圖所示，曲柄順時針勻速轉(zhuǎn)動，搖桿左右擺動（順時針為正行程，逆時 針為反行程） 。我們把搖桿處于兩極限位置時連桿對應位置所夾的銳角稱為極 位夾角，用 表示。根據(jù)行程速比系數(shù)的定義有：① 存在急回特性的條件是 不等于零。 ② 因為 是銳角，即 小于等于 90，故理論上 K 可以最大為 3。但由于 最小傳動角的限制，實用中 K 小于等于 1.4。 對一些有急回特性要求的機械，常根據(jù) K 值按式(2-2)算出 角，再確定各桿尺寸。 3各主要零部件強度的校核 3.1傳動軸的校核與計算 軸作為機器的一個關鍵組成部分，其為各類傳動部件的安裝，傳動的扭矩和旋轉(zhuǎn)運動圍繞軸進行，而且經(jīng)過軸承和機架連接。為了滿足定位軸上的緊固件和容易加工和裝配的軸類零件和拆卸，通常軸設計成階梯軸。軸系的零件是由軸和它上邊的零部件構(gòu)成一個裝配體系，研究軸的過程中不僅要研究軸體自己的數(shù)據(jù)，還要將系統(tǒng)里的全部零碎部件融合在一起。 因為用于振動的傳遞的軸體不僅要傳送扭矩，還得經(jīng)受住彎矩，是以本人研究的階梯性軸是轉(zhuǎn)動軸。因為確定了小帶輪的參數(shù)，相應的大帶輪隨之確定。接下來的工作就是計算軸體的直徑了。軸體的研究需要憑借扭轉(zhuǎn)強度來調(diào)整彎曲的強度，因為可用作軸的原料比較多，所以必須得明確軸的應用環(huán)境，還有規(guī)定諸如剛度，強度以及別的機構(gòu)機能?？梢允褂脽崽幚磉@種方法，當然也要琢磨怎樣使加工簡單并且花費較少，用研究計算所得的數(shù)據(jù)以確定軸體的用料，故采取45號鋼當成軸體的原料，它需要40MPa的切應力。然后需要做正火或者調(diào)質(zhì)處理來確保它的力學性能。 1、初步計算軸的直徑 扭轉(zhuǎn)強度估計軸的最小直徑d，軸的最小直徑mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入設計公式得=17.26mm?？紤]鍵槽等要素對軸的影響，軸的直徑應增加以彌補軸的鍵槽強度減弱。取軸直徑d=20mm，就是最右邊裝帶輪處直徑等于20mm。裝有密封元件和滾動軸承處的直徑，應與密封元件和軸承的內(nèi)孔徑尺寸保持一致。軸體上面存在兩支點的軸承要選用一樣的標準，方便加工軸承的座孔。挨著的軸段，應使直徑不一樣構(gòu)成軸肩，軸肩在軸體上部件定位以及承受軸向力時要提供相應的高度，軸肩的直徑差通常選5到10mm，本文軸肩處采取5毫米的直徑差，接著把每段軸體的長度尺寸匹配到一塊，還要注意軸承座的安裝以及結(jié)構(gòu)是否合理，同樣，螺釘?shù)炔考拈L度和別的的因素，這樣即可確定出軸的各段長度了。 3.2軸承強度的校核計算 根據(jù)根據(jù)條件，軸承預計壽命163658=48720小時； (1）已知nⅡ=458.2r/min兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N； 初先兩軸承為深溝球軸承6204型。 根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N； (2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N； (3)計算當量載荷 P1、P2根據(jù)課本P263表（11-9）取fP=1.5;根據(jù)課本P262（11-6）式得 P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N； P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N； (4)軸承壽命計算 ∵P1=P2故取P=750.3N； ∵深溝球軸承 ε=3； 4 路錐自動裝車擺放裝置中主要零件的三維建模 4.1電機的三維建模 4.2機械手的三維建模 4.3夾具的三維建模 4.4路錐自動裝車擺放裝置的三維建模 5. 機械手的PLC控制系統(tǒng)設計 5.1 可編程控制器的選擇 目前，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等?？紤]到本機械手的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設計中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。 5.2 可編程序控制器的工作過程 可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為4個階段。 第一階段是初始化處理。 可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機相連，CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機時，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進行自診斷。當確認其硬件工作正常后，進入下一階段。 第二階段是處理輸入信號階段。 在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態(tài)進行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。 第三階段是程序處理階段。 當輸入狀態(tài)信息全部進入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進入到第三個階段。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關指令進行運算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。 第四階段是輸出處理階段。 CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設備進行各種相應的動作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。 26 上海電機學院畢業(yè)設計（論文） 結(jié)論 在最近的一段時間的畢業(yè)設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度，本文所設計的是路錐自動裝車擺放裝置的設計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 致 謝 至此在論文完成之際，向我的導師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導師這幾年來對我的諄諄教導，感謝我敬愛的老師，您不僅在學習學業(yè)上給我以精心的指導，同時還在思想給我以無微不至的關懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學階段的學業(yè)同時，也學到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了。導師嚴謹求實的治學態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學術(shù)作風，認真加負責，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設計與計算，查找了各類的鍵槽加工設備的設計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應用和體現(xiàn)。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多有用的知識，在此對所有關心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學老師。 參考文獻 [1] 鄭淑芳 機械設計理論研究與探討 北京：科學出版社，2004.5 [2] 黃長藝 路錐自動裝車擺放裝置概述 北京：機械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 周宏甫. 路錐自動裝車擺放裝置的創(chuàng)新設計.高等教育出版社，2004.3 [4] 姜繼海，宋錦春，高常識. 路錐自動裝車擺放裝置工作原理.高等教育出版社，2002.8 [5] 張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設計.機械工業(yè)出版社，2001.4 [6] 錢平. 路錐自動裝車擺放裝置應用技術(shù) 機械工業(yè)出版社，2005.1 [7] 張遼遠. 路錐自動裝車擺放裝置設計與實現(xiàn). 機械工業(yè)出版社2002.8 [8] 基恩士傳感器選擇手冊 2010版本 [9] 黃長藝，嚴普強.機械工程測試技術(shù)基礎. 機械工業(yè)出版社，2001.1 [10] 張桓，陳作模.機械原理.高等教育出版社，2000.8 [11] 王昆，何小柏，汪信遠. 路錐自動裝車擺放裝置原理.高等教育出版社，1995.12 [12] 徐錦康.機械設計. 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Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space 　 附錄 一 機械工程的內(nèi)容 機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務領域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。 不論服務于哪一領域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產(chǎn)生、傳導和轉(zhuǎn)換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。 研究、設計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應當前和將來的需要。 機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。 機械工程分類 機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。 機械工程的發(fā)展歷程 人類成為“現(xiàn)代人”的標志就是制造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質(zhì)、皮質(zhì)的簡單粗糙的工具是后來出現(xiàn)的機械的先驅(qū)。從制造簡單工具演進到制造由多個零件、部件組成的現(xiàn)代機械，經(jīng)歷了漫長的過程。 幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發(fā)展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。 人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發(fā)展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國，公元前1000～前900年就已有了冶鑄用的鼓風器，并逐漸從人力鼓風發(fā)展到畜力和水力鼓風。 15～16世紀以前，機械工程發(fā)展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發(fā)展方面還是積累了相當多的經(jīng)驗和技術(shù)知識，成為后來機械工程發(fā)展的重要潛力。17世紀以后，資本主義在英、法和西歐諸國出現(xiàn)，商品生產(chǎn)開始成為社會的中心問題。 18世紀后期，蒸汽機的應用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉、冶金等行業(yè)。制作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械制造工業(yè)開始形成，并在幾十年中成為一個重要產(chǎn)業(yè)。 機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發(fā)展成為一門有理論指導的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術(shù)。機械工程是促成18～19世紀的工業(yè)革命，以及資本主義機械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。 動力是發(fā)展生產(chǎn)的重要因素。17世紀后期，隨著各種機械的改進和發(fā)展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產(chǎn)提高到一個新的階段。 在英國，紡織、磨粉等產(chǎn)業(yè)越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅(qū)動工作機械。但當時的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產(chǎn)需要下，18世紀初出現(xiàn)了紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅(qū)動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應用于煤礦。 1765年，瓦特發(fā)明了有分開的冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發(fā)明和發(fā)展，使礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源，但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應用很不方便。 19世紀末，電力供應系統(tǒng)和電動機開始發(fā)展和推廣。20世紀初，電動機已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機，成為驅(qū)動各種工作機械的基本動力。生產(chǎn)的機械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產(chǎn)發(fā)揮作用。 發(fā)電站初期應用蒸汽機為原動力。20世紀初期，出現(xiàn)了高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機，也出現(xiàn)了適應各種水利資源的水輪機，促進了電力供應系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。