机械设计学第二章

那么机器的形式将随之变化，这种变化有时是很大
的。例如随着电火花加工工艺的产生而出现的电火 花加工机床，与传统的金属切削加工机床有着完全 不同的形式。
非工艺类机器：不对任 何物料进行工艺性加工 而只是实现某些动作性
功能。
对于非工艺类机器 ，每一种都有各自独有 的工作方式和规律。例 如动力机械中的内燃机
③供给和回收面线的功能 当机针向下穿刺，形
成线环及扩大线环过
程，都需要把面线供 给机针和摆梭，而当
而当底线穿过面线环后，又需要收回面线，以便抽紧
底线形成交织。这是靠挑线杆（工作头）带着面线上 下摆动来实现的。见图2-9。
二、家用缝纫机的功能分析 1、主要功能
①引面线造环功能 ②钩面线扩环、使底面线交织的功能 ③供给和回收面线的功能
一、计算机针式打印机总功能
计算机用针式打印机是典型的机电一体化机械。
它属于工艺类的精密机械，有一个巧妙地实现打印 工艺的工作头—24针点阵打印头。它采用电信号控 制，将电能转化为机械能，使打印钢针击打色带并 在纸上打印出由点阵组成的字符图形，从而实现打
印功能。图2-17是打印机的结构外形。图2-18是打
针头的击打和打印头的往复运动互相配合，便 在纸上打印出字符。 ②打印头移动功能系统 此功能系统由直流伺服电 机、齿轮传动、同步齿形带传动、打印头架、圆形
导轨构成。
当直流伺服电机运转时，通过齿轮及同步齿形 带传动使打印头架沿圆形导轨往复移动，见图2-21 。在直流伺服电机尾部安置码盘，电机运转时，光
插入线环，摆梭又使环扩大。在扩大的环绕过梭心
后，线环就被底线穿过。同时面线回收，使线环从
摆梭尖嘴内脱出，抽紧面线，形成底面线交织，而
后摆梭组件返回。图2-8表示了此主要功能。
该主要功能的工作头 ——就是往复运动的带有尖嘴的摆梭。
二、家用缝纫机的功能分析 1、主要功能
①引面线造环功能 ②钩面线扩环、使底面线交织的功能
的，包括机架、箱体、齿轮、轴、轴承、联轴
器……； ⑶.制造的角度：由一系列单个零件组装而成；
⑷.专业的角度：以主
要部件来看机器的组
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成。例如汽车看成是
由底盘、发动机和车 身三大部分组成(见
图2-1)；在底盘上还
有行走部分、传动部
分、操纵部分和控制
部分。
又如车床被看成是由
床身、三箱(主轴箱、
进给箱、溜板箱)、两
制的。其传动机构实现时序分配主要是由凸轮和连 ①机械控制功能 杆机构的工作相位配合来达到的。 ②人机控制功能 当人操作缝纫机时，操作者和缝
纫机构成了一个典型的人机系统。缝纫信息传入操
作者的感官，再用手作为执行器来控制缝料运动，
人机控制功能都是要通过人机接口来实现，例如缝
纫机的人机接口有4个：a.缝针工作区，是人眼获得信息 的接口；b.手轮，是人手控制起动的接口；c.机针前方 缝料，是人手扶持缝料引导针迹的接口；d.脚踏板，是 人脚输入动力和控制速度的接口。人机接口往往需要很
第四节 典型机器功能分析之一——家用缝纫机
一、家用缝纫机的总功能描述
二、家用缝纫机的功能分析 1、主要功能 ①引面线造环功能 着面线刺穿缝料。
当机针上升时，穿过缝料的面线并不随之 上升，而是留在缝料底面形成线环。这是机 针的特殊结构造成的。图2-5表示了具有引 入槽和引出槽的并在针尖带孔的缝纫机针。 从图中看出，引入槽长而深，引出槽短而浅。 面线从引入槽引入，穿过针孔，再从引出槽 引出。
架(刀架、尾座)和床 腿组成(见图2-2)。
上述任何一种观
察角度对于深入了解
机器都有其独到之处，
它们 都形成了自己相应的学科。一个机器设计师应该学会 从各种角度来观察机器。机械设计学则更强调从功能 的观点来看机器，这更有利于设计。
第二节 机器的组成
一、原有的观点——机器由原动机、传动机、工作机和控制器组成 二、从不同的角度看机器的组成 ⑴.机构学的角度 ⑵.结构学的角度 ⑶.制造的角度 ⑷.专业的角度
电传感器读出脉冲信号，检测出打印头架的位置，
由微机闭环
控制，字头
打印与伺服 电机停止时 间相配合， 以便完成字
符打印。
③走纸换行功能系统 和链式走纸机构
走纸换行功能是将走纸步进
电机的动力，通过一系列齿轮传动，传给打印字辊
，使打印纸按规
定的节拍移动， 使之达到换行要 求。它由步进电 机、齿轮传动、
走纸滚、压纸滚
、打印字辊及链 式牵引器组成。 见图2-22。
当步进电机逆时针转动时（步距为3.6°）， 打印字辊顺时针旋转，同时使链式牵引器的链轮逆 时针转动，从而使纸向前移动。
当用没有齿孔的单页纸时，纸不经过链式牵引
器，直接卷
入打印字辊
。靠摩擦力 带动走纸。
见图2-23。
当装入带有齿孔的连续走纸时，纸要通过链式 牵引器和打印字辊，同时使走纸滚松开。为使纸有 一定的拉紧力，打印字辊使纸产生的移动量要比链
，热力学原理是其工作
的基础，而精密机械中 的测量机则以精密的运 动和定位作技术基础。
第四节 典型机器功能分析之一——家用缝纫机 家用缝纫机是一种典型的工艺类机器，它的功能原理
取决于实现缝纫功能的工艺方式。在很长时期中，人们企
图模仿人工缝纫的工艺方式来构思机器，即用针尾引线， 并用线反复穿刺来进行缝纫，但是失败了。最后实现了历 史性的突破和创新：采用针头引线和双线互锁交织，从而 实现了缝纫工艺功能的机械化。图2-4是手工缝纫线迹与
打印头的外形如图2-20a所示。其工作原理见
图2-20b。
在不打印时，打印头内的永久磁铁吸住片簧，
当打印逻辑电路发出打印信号，则通过驱动电路送 到打印头线圈产生一个与永久磁铁磁场方向相反的 磁场，抵消永久磁铁对片簧的吸引，与片簧垂直焊 接的衔铁就被弹出使打印针实现打印动作。电磁铁
是动力源，衔铁和片簧是执行机构。
控制功能：使分功能互相协调工作的功能
第三节 机器的分类 从功能的观点看，所有的机器可以分为工艺类
和非工艺类两大类。
工艺类机器：指那些对物料进行工艺性加工的机器
，这类机器的主要特征是具有专用的工作头并进行 独特的工艺加工动作。 对于工艺类机器，其结构和形式往往取决于所 采取的工艺方法，如果工艺方法有所改变或革新，
为使底线穿过
面线，实现交织，则必须由机针带
当机针刺过缝
料时，面线随机针
下降，当机针回升 时，在引入槽内的 面线不和缝料接触， 随机针上升，而在
引出槽一侧，槽较
浅，面线凸在 槽外被缝料挤压，不能随机针上升，被槽底托起， 向外扩大形成线环（见图2-6）。这是实现双线交织
的关键，是一个很巧妙的工艺动作功能，工作头就
2、辅助功能 ①调节面线和底线的阻尼功能 为保证得到美观整齐的线迹， 调节面线松紧的阻尼 面线与底线的松紧应能使锁式线 是靠旋动夹面线螺母来 迹的交接点在缝料中间，见图2实现的。调节底线松紧 12。面线过紧或底线过松，则会 的阻尼则用拧动压紧底 使底线被拉到缝料上面，反之， 线的螺纹来实现的。见 面线又会被底线拉到缝料下面 图2-13。
式牵引器产生的移动量略大，因而纸在字辊中有一
定的相对滑动。见图2-24。
这三个分
功能系统是打 印机的主要功 能系统，完成 能换行的字符
家用缝纫机的缝纫线迹的对比。
第四节 典型机器功能分析之一——家用缝纫机 一、家用缝纫机的总功能描述 总功能：将线按一定的规律缝于缝料上形成可靠、牢固
的缝合。可使一根或多根线通过自连，互连或交织，在
缝料上形成一定的线迹。家用缝纫机采用了上下两根缝 线互相交织，交织点位于缝料中间的双线锁式线迹。 这种缝纫功能具有以下特点： ①线迹整齐美观，缝合牢固，缝纫迅速。 ②由于缝纫质量的要求，实现总功能的各机构间的运动配 合要求精度很高，如与机针相关构件的运动配合间隙必须 保持在0.04～0.10mm之间，一些关键动作如钩线又要求在 极短的时间(0.005s)内完成。因此，家用缝纫机属于精密 的工艺类机器。
②每个主要动作功能系统各有相应的动力源（电动 机、电磁铁）、传动机构（带、齿轮）、执行机构
及工作头（如走纸链轮、打印针头）组成。
二、计算机打印机功能分析
1、主要功能
①打印头打印功能系统
打印头由24根打印针及衔
铁构成（图2-19）。衔铁排列成环形，针头集中在 中心，在出针板上形成两排。这24根针即为工作头。
开外盖的部件结构。 总功能：将计算机的信息在纸上打印出由点阵组成 的字符图形。
针式打印机工作有以下特点：
①为实现打印功能，首先需要由针头打印，打印头 移动和走纸换行等一系列主要功能动作来完成。此
外还必须有调整、夹紧、色带移动等辅助功能及各
种控制功能。每一个主要功能动作由一个相应的功
能系统来实现。
三、用功能的观点看机器的组成
机器由多个主要分功能系统构成，它们的协调工 总功能：一台机器所完成的功能 作实现机器的总功能；每个主要分功能系统可由原动 主要功能：完成总功能最必要的那些分功能 机、传动机、工作机和控制器组成；其中的工作机则 辅助功能：比主要功能低一层次的、起支持、保证 多由执行机构和工作头构成。 作用的功能
第二章 析
内容：
机器的组成及典型机器的功能分
重点介绍以功能观点来观察和分析机器组成 的概念 要求：
应掌握对机器进行功能分析的能力
第一节
机器的定义
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，能将某种原动力和运动转 变，以执行人们预期的工作，在人和其他智能体的 操作和控制下，实现为之设计的某种或某几种功能 。
④输送缝料的功能 为使线迹连续，当一个 线迹形成后，缝料应相对 机针移动一 个线迹距离。 这是靠送布牙挤压推送缝
料来实现的。图2-10表示
了送布牙移动缝料的功能 动作过程，此主要功能的 工作头即送布牙。 送布牙移动的理想轨迹 和实际轨迹见图2-11。
二、家用缝纫机的功能分析 1、主要功能
①引面线造环功能 ②钩面线扩环、使底面线交织的功能 ③供给和回收面线的功能 ④输送缝料的功能
二、家用缝纫机的功能分析
1、主要功能
2、辅助功能
①调节面线和底线的阻尼功能
②调节压脚压紧力的 功能 压脚压紧缝料
的压力过大，会产生
缝料皱缩和使缝料遭 受损伤，压力过小，
又会产生送料呆滞和
缝料溜滑现象。这是 靠调节压脚压力的螺纹来实现的。见图2-14。
二、家用缝纫机的功能分析
1、主要功能
2、辅助功能
④绕底线功能 底线须绕在梭心上， 才能进行底面线交织。实 现此功能是把梭心装到绕
线轴上，由高速转动的手
轮使上摩擦轮带动绕线轴 旋转，而使梭心缠绕底线。 见图2-16。
二、家用缝纫机的功能分析
1、主要功能 2、辅助功能
3、控制功能 现代机器中的控制功能主要有三类：机械控制 功能、人机控制功能和电子控制功能。 ①机械控制功能 缝纫机中每一功能动作都必须按 规定时间和速度进行，它们之间的运动一定要完全 协调，这是由缝纫机内传动机构的巧妙配合进行控
好地设计，以使人能更舒适，合理、可靠地实现控制。
③电子控制功能 这是很多现代机器中普遍采用的控制 方式，例如现代缝纫机用微机进行程序控制，实现可随
意调节和改变缝纫线迹，甚至可以绣花和锁扣眼的特殊
功能。 以上三方面功能（主要功能，辅助功能和控制 功能）互相配合，共同实现了缝纫总功能。
第五节 典型机器功能分析之二——计算机针式打印机
定义中强调两个概念：“功能”和“控制”。
构件是广义的，构件之间的联系不仅指机械联 接，而且包括电、磁、气、液等各种联系方式。
第二节 机器的组成
一、原有的观点
机器由原动机、传动机、工作机和控制器组成
二、从不同的角度看机器的组成 ⑴.机构学的角度：由各种基本机构组合而成， 其能动度(自由度)等于原动机数； ⑵.结构学的角度：由一系列基本构件组装而成
①调节面线和底线的阻尼功能
②调节压脚压紧力的功能
③调节送布针距的功能
送布针距影响到线迹密 度，提高线迹密度会增 加缝纫牢度，但过密则
会影响缝料强度。它由
送布牙送料距离调节钮 决定。见图2-15。
二、家用缝纫机的功能分析
1、主要功能 2、辅助功能 ①调节面线和底线的阻尼功能 ②调节压脚压紧力的功能 ③调节送布针距的功能
是具有特殊结构的带针槽的机针。
二、家用缝纫机的功能分析 1、主要功能
①引面线造环功能
②钩面线扩环、使底面线交织的功能 为实现此功能，先要使面线环扩大，
并绕过藏有底线的梭心套，以便使
底线穿入面线环，而后被面线环抽 紧。这是靠一个在线环中摆进摆出 的摆梭组件实现的。摆梭见图2-7。 当面线成环后，摆梭尖嘴即