*1第七章變型產(chǎn)品設(shè)計(jì)相似設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)第一頁(yè)，共九十九頁(yè)。*2教學(xué)目的本章主要介紹系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的相似設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)第二頁(yè)，共九十九頁(yè)。*3學(xué)習(xí)要求了解產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)的依據(jù)，了解標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與模塊化的概念及變型產(chǎn)品系列型譜的概念。理解相似三定理及基本相似條件，能根據(jù)不同工作要求分析其相似條件并列出有關(guān)相似比，能根據(jù)相似現(xiàn)象的物理關(guān)系求相似比方程并解出相似比，要求較熟練地掌握方程分析法了解模塊化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。第三頁(yè)，共九十九頁(yè)。*4▲學(xué)習(xí)重點(diǎn)相似系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)第四頁(yè)，共九十九頁(yè)。*5§7-1概述1變型產(chǎn)品的特點(diǎn)☆靈活善“變”☆迅速☆低廉第五頁(yè)，共九十九頁(yè)。*6☆零件標(biāo)準(zhǔn)化

指使用要求相同的零件、產(chǎn)品或工程，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。☆部件通用化☆產(chǎn)品系列化2變型產(chǎn)品與“三化”第六頁(yè)，共九十九頁(yè)。*7☆部件通用化

指同一類(lèi)型，不同規(guī)格或不同類(lèi)型的產(chǎn)品，提高部分零件或部件彼此相互通用的程度。返回第七頁(yè)，共九十九頁(yè)。*8☆產(chǎn)品系列化

指產(chǎn)品根據(jù)生產(chǎn)和使用的技術(shù)要求，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)分析，適當(dāng)?shù)丶右詺w并和簡(jiǎn)化，將產(chǎn)品的主要參數(shù)和性能指標(biāo)按一定的規(guī)律分檔，合理地安排產(chǎn)品的品種規(guī)格以形成系列。返回第八頁(yè)，共九十九頁(yè)。*9▲縱系列產(chǎn)品

是一組功能相同、解法原理相同、結(jié)構(gòu)相同（或相近）而尺寸、性能參數(shù)不同的產(chǎn)品。

▲橫系列產(chǎn)品

▲跨系列產(chǎn)品

是在基型產(chǎn)品基礎(chǔ)上擴(kuò)展功能的同類(lèi)型變型產(chǎn)品。

具有相同動(dòng)力參數(shù)的不同類(lèi)型產(chǎn)品，它們采用相同的主要基礎(chǔ)件或通用部件。3變型產(chǎn)品的系列類(lèi)型

第九頁(yè)，共九十九頁(yè)。*10工程機(jī)械族第十頁(yè)，共九十九頁(yè)。*114優(yōu)先數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)公比▲產(chǎn)品的特征參數(shù)→表征產(chǎn)品使用性能的參數(shù)→提供配套用的參數(shù)→其他參數(shù)▲數(shù)值的“擴(kuò)播性”第十一頁(yè)，共九十九頁(yè)。*12▲優(yōu)先數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)公比

優(yōu)先數(shù)是由公比為導(dǎo)出的一組近似等比的數(shù)列，各數(shù)列分別用R5、R10、R20、R40表示，為基本系列。

優(yōu)先數(shù)系的派生系列是從基本系列中每隔P項(xiàng)值導(dǎo)出的系列。第十二頁(yè)，共九十九頁(yè)。*13▲優(yōu)先數(shù)的優(yōu)點(diǎn)→按等比級(jí)數(shù)制定，提供了一種“相對(duì)差”，不變的尺寸及參數(shù)數(shù)值分級(jí)制度

→國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有利于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化和參數(shù)統(tǒng)一協(xié)調(diào)

→優(yōu)先數(shù)系有較廣泛的適應(yīng)性

→在設(shè)計(jì)系列產(chǎn)品時(shí)利用標(biāo)準(zhǔn)公比和優(yōu)先數(shù)將使設(shè)計(jì)更合理，更簡(jiǎn)便

第十三頁(yè)，共九十九頁(yè)。*14

▲優(yōu)先數(shù)系參數(shù)的選用→應(yīng)使在經(jīng)濟(jì)性或配套互換上有重要影響的主參數(shù)采用優(yōu)先數(shù)

→當(dāng)產(chǎn)品尺寸參數(shù)和性能參數(shù)有矛盾時(shí)，通常首先選尺寸參數(shù)為優(yōu)先數(shù)

→當(dāng)產(chǎn)品的裝配尺寸和零件尺寸不能同時(shí)為優(yōu)先數(shù)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使零件尺寸采用優(yōu)先數(shù)

→一個(gè)零件的各種尺寸中，互換性尺寸或重要的聯(lián)接尺寸應(yīng)優(yōu)選用優(yōu)先數(shù)第十四頁(yè)，共九十九頁(yè)。*15▲優(yōu)先數(shù)系的選用

→應(yīng)遵循“先疏后密”的原則，盡可能首先選用基本系列：

一般機(jī)械的主參數(shù)可選R5~R10

專(zhuān)用工具的主要尺寸可選R10

通用型材、零件和工具尺寸、鑄件壁厚等可取R20~R40→當(dāng)基本系列的公比不能滿(mǎn)足分級(jí)要求，可選用派生系列應(yīng)優(yōu)先選用公比較大和延伸項(xiàng)中含有項(xiàng)值1的派生系列→當(dāng)整個(gè)系列范圍很大，不同區(qū)間內(nèi)需要量和功能價(jià)值相差懸殊時(shí)，允許分段選用最適宜的基本系列或派生系列，構(gòu)成復(fù)合系列第十五頁(yè)，共九十九頁(yè)。*16第十六頁(yè)，共九十九頁(yè)。*17§7-2相似系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)

1相似系列產(chǎn)品

系統(tǒng)相似、尺寸與性能參數(shù)皆成一定比例關(guān)系的縱系列產(chǎn)品。

相似系列產(chǎn)品不是按單個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，而是在基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上通過(guò)相似理論利用量綱齊次原理和相似比關(guān)系計(jì)算出全系列產(chǎn)品的尺寸和參數(shù)，可節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間并降低設(shè)計(jì)成本。

第十七頁(yè)，共九十九頁(yè)。*182基本相似理論

2.1相似概念

一組物理現(xiàn)象在物理過(guò)程中，在對(duì)應(yīng)點(diǎn)上基本參數(shù)之間成固定的數(shù)量比例關(guān)系，稱(chēng)這—組物理現(xiàn)象為相似。

▲幾何相似兩個(gè)幾何相似的圖形或物體,其對(duì)應(yīng)部分的比值等于同一個(gè)常數(shù)?！鴦?dòng)力學(xué)相似在幾何相似的力場(chǎng)中，力相似或連同轉(zhuǎn)矩相似

▲運(yùn)動(dòng)學(xué)相似

運(yùn)動(dòng)路線幾何相似，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度（加速度）方向相同，而大小相應(yīng)成比例。第十八頁(yè)，共九十九頁(yè)。*19第十九頁(yè)，共九十九頁(yè)。*20幾何相似、動(dòng)力學(xué)相似和運(yùn)動(dòng)學(xué)相似的關(guān)系

在兩個(gè)相似的系統(tǒng)中，若滿(mǎn)足幾何相似、動(dòng)力學(xué)相似和運(yùn)動(dòng)學(xué)相似，則兩系統(tǒng)的性能相似。其中，幾何相似是條件，動(dòng)力學(xué)相似是關(guān)鍵。也就是說(shuō)，凡是在幾何相似的條件下，求得的動(dòng)力學(xué)相似的解，也能滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)學(xué)的相似。第二十頁(yè)，共九十九頁(yè)。*21

2.2相似準(zhǔn)則

將物理現(xiàn)象作用的物理規(guī)律所涉及的一些物理量，規(guī)定表達(dá)為一無(wú)量綱綜合數(shù)群。在一個(gè)現(xiàn)象中的不同點(diǎn)上和不同時(shí)刻，此數(shù)群的數(shù)值不同。

當(dāng)一個(gè)現(xiàn)象在對(duì)應(yīng)時(shí)刻、對(duì)應(yīng)點(diǎn)上此綜合數(shù)群的值兩兩相等時(shí)，此二現(xiàn)象為相似，此無(wú)量綱綜合數(shù)群稱(chēng)為相似準(zhǔn)則。

第二十一頁(yè)，共九十九頁(yè)。*22

例如，描述慣性的牛頓第二定律F=ma，表達(dá)了慣性力F與質(zhì)量m和加速度a間的關(guān)系。若等式兩邊各量用其相應(yīng)的量綱表達(dá)，并用等式右邊量綱除以左邊時(shí)，可得到表征慣性力的無(wú)量綱綜合數(shù)群：

此數(shù)群由牛頓第二定律得來(lái)，可稱(chēng)為牛頓準(zhǔn)則或牛頓數(shù)。若二現(xiàn)象的慣性力相似，必須任意點(diǎn)、任意對(duì)應(yīng)時(shí)刻的Ne相同。第二十二頁(yè)，共九十九頁(yè)。*23相似準(zhǔn)則的特點(diǎn)

△相似準(zhǔn)則不是一個(gè)物理量，而是多個(gè)物理量的組合△相似準(zhǔn)則是綜合數(shù)群，為無(wú)量綱△相似準(zhǔn)則是不變量，而非“常量”。第二十三頁(yè)，共九十九頁(yè)。*24

2.3相似指標(biāo)▲是指由相似準(zhǔn)則中與各參數(shù)對(duì)應(yīng)的相似常數(shù)構(gòu)成的關(guān)系如與牛頓準(zhǔn)則相應(yīng)的相似指標(biāo)Π為:二現(xiàn)象相似時(shí)其相似指標(biāo)的值必為1。第二十四頁(yè)，共九十九頁(yè)。*25

▲相似常數(shù)、相似指標(biāo)和

相似準(zhǔn)則意義上的差別△相似常數(shù)是在兩相似現(xiàn)象上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)上，每一個(gè)物理量的比值保持恒定的數(shù)值，但當(dāng)用另一相似現(xiàn)象替代時(shí)，比值發(fā)生變化即相似比不同。

△相似指標(biāo)是相似常數(shù)組成的數(shù)群，在相似現(xiàn)象中，相似指標(biāo)=1。

△相似準(zhǔn)則與相似常數(shù)都為無(wú)量綱，但意義不同。在相似現(xiàn)象中，相似常數(shù)可變化，但相似準(zhǔn)則不變。第二十五頁(yè)，共九十九頁(yè)。*262.4相似三定理

相似三定理是相似設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。

1868年法國(guó)科學(xué)家貝特朗(J．Bertrand)，以力學(xué)方程分析為基礎(chǔ)，首先確定了相似第一定律，描述了相似現(xiàn)象的基本特性。

1914年美國(guó)的波金漢(E．Buckingham)提出相似第二定理，分析了相似現(xiàn)象各物理參量的表達(dá)。1930年蘇聯(lián)學(xué)者基爾皮契夫和古赫曼提出了相似第三定理，回答了相似現(xiàn)象的充分而必要的條件。

第二十六頁(yè)，共九十九頁(yè)。*27▲相似第一定理-正定理

對(duì)于相似現(xiàn)象，其相似指標(biāo)Π等于1，或其相似準(zhǔn)則數(shù)值相同。理解：

△相似現(xiàn)象各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的相似常數(shù)之比即相似指標(biāo)等于1△相似現(xiàn)象各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的物理量的比值即相似準(zhǔn)則具有同一數(shù)值，顯示了物理過(guò)程內(nèi)在聯(lián)系

△用第—定理來(lái)指導(dǎo)模型實(shí)驗(yàn)或進(jìn)行相似設(shè)計(jì)，首先要導(dǎo)出相似準(zhǔn)則，然后在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量或計(jì)算相似準(zhǔn)則包含的一切物理量

第二十七頁(yè)，共九十九頁(yè)。*28▲相似第二定理-Π定理

設(shè)一個(gè)物理系統(tǒng)有n個(gè)物理量，其中k個(gè)物理量的量綱是相互獨(dú)立的，則它們可表達(dá)成(n-k)個(gè)相似準(zhǔn)則的函數(shù)關(guān)系(即相似準(zhǔn)則個(gè)數(shù)=n-k)第二十八頁(yè)，共九十九頁(yè)。*29△相似第二定理的表達(dá)式若描述某現(xiàn)象的方程為:式中:a1,a2,…,ak-相互獨(dú)立的物理量(基本物理量)bk+1,bk+2,…bn-導(dǎo)出的物理量

n-系統(tǒng)物理量總數(shù)

k-基本物理量總數(shù)(相互獨(dú)立的基本量綱數(shù)目)

方程中各項(xiàng)量綱都是齊次的，上式可以轉(zhuǎn)換無(wú)因次的準(zhǔn)則方程：謂之準(zhǔn)則關(guān)系式或π關(guān)系式。第二十九頁(yè)，共九十九頁(yè)。*30△對(duì)相似第二定理的理解⑴描述現(xiàn)象的方程都可以轉(zhuǎn)換成無(wú)因次的準(zhǔn)則方程

⑵相似準(zhǔn)則有(n—k)個(gè)⑶如果把某現(xiàn)象的試驗(yàn)結(jié)果（設(shè)計(jì)結(jié)果）整理成準(zhǔn)則方程，則該式就可以推廣到與該試驗(yàn)結(jié)果相似的所有其他試驗(yàn)上去，因而有利于試驗(yàn)結(jié)果的推廣和應(yīng)用。第三十頁(yè)，共九十九頁(yè)。*31▲相似第三定理—逆定理

對(duì)于同一類(lèi)現(xiàn)象，如單值量相似，且由單值量組成的相似準(zhǔn)則在數(shù)值上相等，則現(xiàn)象相似所謂單值量，是指單值條件（即影響因素）中的物理量。單值條件包括：△幾何條件（空間條件）△物理?xiàng)l件（介質(zhì)條件）△邊界條件△初始條件（時(shí)間條件）第三十一頁(yè)，共九十九頁(yè)。*32△對(duì)相似第三定理的理解⑴兩現(xiàn)象相似，除其對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的物理量組成的相似準(zhǔn)則的數(shù)值相同外，還必須具備初始狀態(tài)相同的條件。⑵相似第三定理是構(gòu)成現(xiàn)象相似的充分必要條件。第三十二頁(yè)，共九十九頁(yè)。*333．相似比方程3.1方程分析法

當(dāng)二現(xiàn)象相似時(shí)，其表達(dá)方程式的形式應(yīng)完全相同且方程中任意對(duì)應(yīng)二項(xiàng)的比值相等。即對(duì)某系統(tǒng)有：則與此相似的現(xiàn)象當(dāng)有：將比例式予以轉(zhuǎn)換，有：將各相似比代入上式，即可求得二相似現(xiàn)象得相似指標(biāo)。

方程中若有微分符號(hào)，計(jì)算相似指標(biāo)時(shí)將微分運(yùn)算符號(hào)刪去即可，如將用代替。第三十三頁(yè)，共九十九頁(yè)。*34▲方程分析法的步驟△列出所需物理或幾何關(guān)系方程式△用方程式中的任一項(xiàng)去除其他各項(xiàng)△將所有微分運(yùn)算符號(hào)刪去，用相應(yīng)量的比值代替△將各項(xiàng)比值中的相應(yīng)參數(shù)用相應(yīng)的相似比代替，并令其等于1，所得各關(guān)系式即為二相似現(xiàn)象間的各相似指標(biāo)。第三十四頁(yè)，共九十九頁(yè)。*35例確定小變形時(shí)梁的彎曲變形相似指標(biāo)解：在此情況下描述梁的彎曲變形的方程為：式中：E-彈性模量

J-截面的慣性矩

x-截面沿梁軸線方向的坐標(biāo)

y-截面垂直梁方向的位移（撓度）變換上式，可得：用M除以各項(xiàng)可得：第三十五頁(yè)，共九十九頁(yè)。*36刪去微分運(yùn)算符號(hào)，可得：

考慮到彎矩M與外力F與梁的長(zhǎng)度l有關(guān)，坐標(biāo)x也與梁的長(zhǎng)度l有關(guān)，計(jì)算相似比時(shí)乘、除常數(shù)均可消去，分別將式中有關(guān)參數(shù)用相應(yīng)得相似比代替，代入方程并令其等于1（因此處除常數(shù)1外只有一項(xiàng)，常數(shù)1不予考慮），可得：若二梁截面形狀亦相似，有代入上式有第三十六頁(yè)，共九十九頁(yè)。*37例二求方程的相似比方程解：對(duì)題目所給方程進(jìn)行變換得：用A除以各項(xiàng)可得：

計(jì)算相似比時(shí)乘、除常數(shù)均可不考慮，即不考慮C的影響，分別將式中有關(guān)參數(shù)用相應(yīng)得相似比代替，代入方程并令其等于1（因此處除常數(shù)1外只有一項(xiàng)，常數(shù)1不予考慮），可得：第三十七頁(yè)，共九十九頁(yè)。*38結(jié)論

當(dāng)系統(tǒng)相似時(shí)相似比方程中各參數(shù)相似比的關(guān)系對(duì)應(yīng)于物理或幾何關(guān)系中的參數(shù)關(guān)系，常數(shù)項(xiàng)不出現(xiàn)。第三十八頁(yè)，共九十九頁(yè)。*393.2由相似第一定理求相似比方程通過(guò)例題予以說(shuō)明。例三：兩簡(jiǎn)支梁系統(tǒng)剛度相似，試求其相似比方程。解：梁的彎曲變形微分方程為⑴式中各符號(hào)的含義與例一同。量綱等效第三十九頁(yè)，共九十九頁(yè)。*40由⑴得相似準(zhǔn)則由相似第一定理，兩系統(tǒng)相似，相似準(zhǔn)則相同相似指標(biāo)為1此為要求的相似比方程。第四十頁(yè)，共九十九頁(yè)。*413.3用量綱分析法求相似準(zhǔn)則

▲對(duì)于關(guān)系式未知的物理系統(tǒng)，可用量綱分析法，先求出物理量間的關(guān)系式，再求其相應(yīng)的相似準(zhǔn)則▲物理量的基本量綱有三種，分兩種系統(tǒng)力(量綱)系統(tǒng)：力[F]、長(zhǎng)度[L]和時(shí)間[T]

質(zhì)量(量綱)系統(tǒng)：質(zhì)量[M]、長(zhǎng)度[L]和時(shí)間[T]

▲量綱分析法的理論基礎(chǔ)是：方程等號(hào)兩邊量綱齊次

第四十一頁(yè)，共九十九頁(yè)。*42量綱分析法的具體過(guò)程

設(shè)描述某相似現(xiàn)象的物理量有n個(gè)，但基本量（相互獨(dú)立者）只有k個(gè)，根據(jù)相似第二定理，這一現(xiàn)象將有（n-k)個(gè)相似準(zhǔn)則，其一般表達(dá)式為：將各物理量的量綱均用基本量綱[Jj]表達(dá)，整理得：因?yàn)棣惺菬o(wú)量綱數(shù)群，根據(jù)方程等號(hào)兩邊量綱齊次，有第四十二頁(yè)，共九十九頁(yè)。*43

此方程組有n個(gè)未知數(shù)，但只有k個(gè)方程，故須對(duì)(n-k)個(gè)未知數(shù)給定(n-k)組不同的數(shù)值，可以求得(n-k)組獨(dú)立解，從而得到(n-k)個(gè)相似準(zhǔn)則。再將各準(zhǔn)則中相應(yīng)物理量代以相似比，并令指標(biāo)等于1，即求得各相似指標(biāo)了。第四十三頁(yè)，共九十九頁(yè)。*44例四分析物體受力運(yùn)動(dòng)的相似比關(guān)系式解：

描述物體受力運(yùn)動(dòng)的量有力F、速度v、和時(shí)間t。相似準(zhǔn)則π的一般表達(dá)式可寫(xiě)為：將各量用基本量綱[L]、[M]、[T]表達(dá)，則有由量綱齊次，有對(duì)于[M],a+b=0對(duì)于[L],a+c=0對(duì)于[T],-2a-c+d=0第四十四頁(yè)，共九十九頁(yè)。*45令a=1,可得b=-1,c=-1,d=1故

這就是牛頓準(zhǔn)則。若代以相應(yīng)的相似比，并令其等于1，可得所要求的相似指標(biāo)：第四十五頁(yè)，共九十九頁(yè)。*46例五分析機(jī)床床身強(qiáng)迫振動(dòng)的相似比關(guān)系式解：

機(jī)床強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率f(s-1)與長(zhǎng)度l(mm)、材料密度(g/mm3)及彈性模量E[N/mm2→(kg·m/s2)/mm2]有關(guān)。式中，C為系數(shù)列量綱方程式第四十六頁(yè)，共九十九頁(yè)。*47根據(jù)方程兩端量綱齊次，可得}{故，床身強(qiáng)迫振動(dòng)頻率關(guān)系式為若兩系統(tǒng)相似，其相似比方程為第四十七頁(yè)，共九十九頁(yè)。*484模型設(shè)計(jì)與試驗(yàn)4.1模型設(shè)計(jì)基本原則

△模型與原型(基型)應(yīng)當(dāng)幾何相似△模型與原型用同樣物理關(guān)系式或微分方程描述△模型與原型的初始條件、邊界條件相似△模型與原型的同類(lèi)物理參數(shù)對(duì)應(yīng)成比例(載荷、速度、溫度、預(yù)應(yīng)力等)，而且比值為常數(shù)。第四十八頁(yè)，共九十九頁(yè)。*494.2模型設(shè)計(jì)步驟

4.2.1導(dǎo)出相似指標(biāo)與準(zhǔn)則

用同樣的物理方程式描述原型與模型，應(yīng)用相似三定理導(dǎo)出相似指標(biāo)和相似準(zhǔn)則。4.2.2選材料

模型材料不一定與原型材料相同。確定模型材料時(shí)要滿(mǎn)足相應(yīng)的有關(guān)相似準(zhǔn)則。對(duì)模型材料的性能作如下要求：

彈性模量小，作用力小時(shí)，變形大，對(duì)加載、測(cè)量有利；在實(shí)驗(yàn)載荷范圍內(nèi)，材料的應(yīng)力-變形呈線性關(guān)系；有一定的強(qiáng)度，加工性能好，便于制造。第四十九頁(yè)，共九十九頁(yè)。*504.2.3定尺寸

模型各部分尺寸將由幾何常數(shù)確定。原型與模型的長(zhǎng)度相似比大于1為縮小模型；小于1為放大模型。確定模型尺寸，要考慮模型的安裝、加載和測(cè)量，模型尺寸過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使測(cè)量困難。4.2.4確定結(jié)構(gòu)

模型結(jié)構(gòu)不必與原型結(jié)構(gòu)完全相同，模型可適當(dāng)簡(jiǎn)化，忽略對(duì)整機(jī)性能影響不大的次要部件或尺寸較小的部件，外形也可適當(dāng)簡(jiǎn)化。注意簡(jiǎn)化后的模型要保持主要結(jié)構(gòu)性能與原型一致。第五十頁(yè)，共九十九頁(yè)。*515相似系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)要點(diǎn)5.1基本思路

在基型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上通過(guò)相似原理求出系列中其它產(chǎn)品的參數(shù)和尺寸。

5.2設(shè)計(jì)步驟5.2.1基型設(shè)計(jì)基型產(chǎn)品一般選在系列的中檔，為使用較多的型號(hào)。第五十一頁(yè)，共九十九頁(yè)。*525.2.2確定相似類(lèi)型▲幾何相似產(chǎn)品系列

系列中各產(chǎn)品的相應(yīng)的幾何尺寸都固定成比例，相似比為定值?！鴰缀伟胂嗨飘a(chǎn)品系列

完全符合幾何相似的產(chǎn)品系列，各參數(shù)和尺寸根據(jù)使用和工藝要求可有不同的比例關(guān)系。如右圖所示的機(jī)床。第五十二頁(yè)，共九十九頁(yè)。*53注意：⑴對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，發(fā)展系列產(chǎn)品不僅是幾何尺寸上的放大與縮小，它還要求采用相同的材料，相同的工藝，特別希望達(dá)到相同的材料利用率，亦即希望所產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)當(dāng)相同。因而在設(shè)計(jì)中要保持幾何相似、動(dòng)力相似，且主要考慮彈性力與慣性力，并希望材料不變，應(yīng)力相同時(shí)，有關(guān)參量的相似比均可表達(dá)為幾何尺寸相似比的一定關(guān)系。⑵即使是幾何相似的系列產(chǎn)品，某些結(jié)構(gòu)尺寸也不可能成比例。第五十三頁(yè)，共九十九頁(yè)。*545.2.3級(jí)差公比的選擇和計(jì)算⑴級(jí)差公比的選擇原則△在一定的范圍內(nèi)，使用者希望級(jí)差公比小些，增加系列產(chǎn)品的種類(lèi)，便于選用；而生產(chǎn)者則希望級(jí)差公比大些，減少系列產(chǎn)品種類(lèi)，以降低加工成本。

△設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選用GB321-86中的標(biāo)準(zhǔn)公比作為級(jí)差?！骺扇盗胁捎猛患?jí)差；也可在使用較頻繁的中段用一種級(jí)差，而系列的兩端用另一種級(jí)差；或者采用前大后小的級(jí)差。第五十四頁(yè)，共九十九頁(yè)。*55⑵級(jí)差公比的計(jì)算

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查和用戶(hù)訪問(wèn)結(jié)果，初步可以定出參數(shù)變化范圍及擬劃分的級(jí)數(shù)，可按等比級(jí)數(shù)的規(guī)律求級(jí)差公比。式中：T1-數(shù)列首項(xiàng)

Tn-數(shù)列末項(xiàng)

n–項(xiàng)數(shù)求出Φ值后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)取一最接近的標(biāo)準(zhǔn)值。第五十五頁(yè)，共九十九頁(yè)。*56例8求有關(guān)級(jí)差公比已知：升降機(jī)系列8種產(chǎn)品相似。承載量F=25~250KN，要求分布前疏后密；提升速度V=0.1~0.15m/s求：系列產(chǎn)品的承載量、提升速度和提升功率的級(jí)差公比。第五十六頁(yè)，共九十九頁(yè)。*57解：⑴求承載量的級(jí)差公比若級(jí)差相等

按題意，要求承載量公比前疏后密，則前4項(xiàng)取標(biāo)準(zhǔn)公比ΦF’=1.6>1.39,為R5系列，即后4項(xiàng)取標(biāo)準(zhǔn)公比ΦF’=1.25<1.39,為R10系列，即第五十七頁(yè)，共九十九頁(yè)。*58⑵求提升速度級(jí)差若級(jí)差相等取標(biāo)準(zhǔn)公比ΦV=1.06,為R40系列，即第五十八頁(yè)，共九十九頁(yè)。*59⑶求提升功率級(jí)差提升功率P=FV功率級(jí)差：前四項(xiàng)：后四項(xiàng)：第五十九頁(yè)，共九十九頁(yè)。*605.2.4求擴(kuò)展型產(chǎn)品的參數(shù)及尺寸⑴計(jì)算法

已知基型產(chǎn)品的參數(shù)K0、參數(shù)相似比為ΦK，擴(kuò)展型距基型的級(jí)數(shù)為P，則擬求的擴(kuò)展型參數(shù)K為：當(dāng)P>0時(shí)，求得的是增大的擴(kuò)展型參數(shù)；當(dāng)P<0時(shí)，求得的是縮小的擴(kuò)展型參數(shù)；⑵作圖法（略）第六十頁(yè)，共九十九頁(yè)。*61例9

設(shè)計(jì)圓柱銷(xiāo)系列中各圓柱銷(xiāo)的尺寸、面積、體積。要求銷(xiāo)長(zhǎng)l=10~125mm，12種規(guī)格，長(zhǎng)徑比l/d=5。解：⑴長(zhǎng)度級(jí)差⑵基型圓柱銷(xiāo)設(shè)計(jì)在系列中部選基型銷(xiāo)，尺寸取優(yōu)先數(shù)第六十一頁(yè)，共九十九頁(yè)。*62⑶由方程分析法求其他尺寸與參數(shù)級(jí)差第六十二頁(yè)，共九十九頁(yè)。*63⑷各擴(kuò)展型圓柱銷(xiāo)的參數(shù)有關(guān)參數(shù)L(mm)D(mm)A(mm2)V(cm3)10240.031512.52.56.30.063163.1580.125204.0012.50.25255.00200.531.56.3031.51基型40850250108046312.512588016200161002031531.51252550063擴(kuò)展型(縮小)擴(kuò)展型(擴(kuò)大)第六十三頁(yè)，共九十九頁(yè)。*645.2.5確定全系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)▲對(duì)參數(shù)、尺寸等作必要的圓整和標(biāo)準(zhǔn)化處理，以便于加工、裝配和維修▲在系列各型產(chǎn)品中盡量考慮某些部件通用化▲在基型優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從全系列優(yōu)化的角度對(duì)有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)進(jìn)行修正，使性能好，成本低，完成系列設(shè)計(jì)。第六十四頁(yè)，共九十九頁(yè)。*65§7-3模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)

1模塊化設(shè)計(jì)

1.1模塊化設(shè)計(jì)的核心思想

將系統(tǒng)根據(jù)功能分解為若干模塊，通過(guò)模塊的不同組合，可以得到不同品種，不同規(guī)格的產(chǎn)品。1.2機(jī)械產(chǎn)品模塊

是一組具有同一功能和結(jié)合要素（指聯(lián)結(jié)部位的形狀、尺寸、聯(lián)接件間的配合或嚙合參數(shù)等），但性能和結(jié)構(gòu)不同，卻能互換的單元。第六十五頁(yè)，共九十九頁(yè)。*661.3模塊化設(shè)計(jì)

是將產(chǎn)品上同一功能的單元設(shè)計(jì)成具有不同性能，可以互換的模塊，選用不同模塊，即可組成不同類(lèi)型，不同規(guī)格的產(chǎn)品。第六十六頁(yè)，共九十九頁(yè)。*671.4模塊化設(shè)計(jì)的原則

力求以少數(shù)模塊組成盡可能多的產(chǎn)品，并在滿(mǎn)足用戶(hù)要求的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。

第六十七頁(yè)，共九十九頁(yè)。*682模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)▲產(chǎn)品更新?lián)Q代較快▲可以縮短設(shè)計(jì)和制造周期▲可以降低成本▲維修方便必要時(shí)可只更換模塊

▲模塊化設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)產(chǎn)品的功能劃分及模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了精心研究模塊設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)批量較小的系列產(chǎn)品是特別有利的

第六十八頁(yè)，共九十九頁(yè)。*693模塊化設(shè)計(jì)的方式▲橫系列模塊化設(shè)計(jì)即在不改變產(chǎn)品主參數(shù)條件下，利用模塊發(fā)展變型產(chǎn)品?！盗心K化設(shè)計(jì)

全系列包括縱系列和橫系列。縱系列模塊系統(tǒng)中，產(chǎn)品功能及原理方案相同，結(jié)構(gòu)相似，而參數(shù)尺寸有變化。隨參數(shù)變化對(duì)系列產(chǎn)品劃分合理區(qū)段，同一區(qū)段內(nèi)模塊通用。

▲跨系列模塊化設(shè)計(jì)

跨系列模塊系統(tǒng)中包括具有相近動(dòng)力參數(shù)的不同類(lèi)型產(chǎn)品。一是在相同基礎(chǔ)件結(jié)構(gòu)上選用不同模塊組成跨系列產(chǎn)品；一是基礎(chǔ)件不同的跨系列產(chǎn)品中具有同一功能的零部件選用相同功能模塊。第六十九頁(yè)，共九十九頁(yè)。*704模塊的劃分及組合

4.1模塊的分類(lèi)

▲功能模塊-功能載體▲生產(chǎn)模塊（基本模塊）-加工單元4.2模塊的劃分

目前模塊的實(shí)際劃分主要按部件進(jìn)行，以保證：

△模塊有較高的獨(dú)立性和完整性，

△便于結(jié)合與分離，容易保證裝配質(zhì)量，生產(chǎn)管理變動(dòng)較小。

分級(jí)模塊

即把模塊分成不同的級(jí)別，低一級(jí)模塊組合便成為高一級(jí)模塊第七十頁(yè)，共九十九頁(yè)。*71▲功能模塊的劃分適應(yīng)返回第七十一頁(yè)，共九十九頁(yè)。*72

模塊劃分的注意事項(xiàng)

▲注意模塊在整個(gè)系統(tǒng)中的作用及其更換的可能性和必要性▲注意保持模塊在功能及結(jié)構(gòu)方面的一定獨(dú)立性與完整性▲模塊間的結(jié)合要素要便于聯(lián)接及分離▲模塊的劃分不能影響系統(tǒng)的主要功能第七十二頁(yè)，共九十九頁(yè)。*734.3模塊的組合

▲力求用較少模塊組合成更多不同功能和性能的變型產(chǎn)品▲組合方式·開(kāi)式(無(wú)限數(shù)組合)·閉式(有限數(shù)組合)第七十三頁(yè)，共九十九頁(yè)。*745.模塊化設(shè)計(jì)要點(diǎn)▲市場(chǎng)調(diào)查、用戶(hù)訪問(wèn)▲產(chǎn)品規(guī)劃▲產(chǎn)品功能分析及模塊劃分▲精心進(jìn)行、改進(jìn)模塊設(shè)計(jì)▲技術(shù)文件的編制第七十四頁(yè)，共九十九頁(yè)。*75模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)文件的主要內(nèi)容⑴編制模塊組合與配置各類(lèi)產(chǎn)品的關(guān)系表⑵編制所有產(chǎn)品的模塊組和模塊目錄表⑶編制系列通用的制造和驗(yàn)收條件、合格證明書(shū)及裝箱單⑷編制模塊式的使用說(shuō)明，以適應(yīng)不同產(chǎn)品、不同模塊的需要返回第七十五頁(yè)，共九十九頁(yè)。*766模塊化系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)步驟任務(wù)市場(chǎng)調(diào)查，確定系列型譜及主要參數(shù)基型設(shè)計(jì)，功能分析，確定功能模塊

定結(jié)構(gòu)、材料、尺寸，建立生產(chǎn)模塊變型產(chǎn)品設(shè)計(jì)（功能模塊、生產(chǎn)模塊）

全系列模塊統(tǒng)籌設(shè)計(jì)模塊編碼建立模塊管理系統(tǒng)完成施工設(shè)計(jì)試制投產(chǎn)第七十六頁(yè)，共九十九頁(yè)。*777模塊的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)▲工作目標(biāo)

按用戶(hù)要求，給出可能的模塊組合方式或?yàn)樾碌哪K設(shè)計(jì)提供信息，并進(jìn)行評(píng)價(jià)，選出最佳的一種組合方案，最后給出已選方案的模塊組裝圖，明細(xì)表及價(jià)格表。第七十七頁(yè)，共九十九頁(yè)。*787模塊的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)▲系統(tǒng)組成

·數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

·會(huì)話子系統(tǒng)

·分析子系統(tǒng)

·圖形子系統(tǒng)第七十八頁(yè)，共九十九頁(yè)。*79§7-4外圓磨床模塊化設(shè)計(jì)實(shí)例▲外圓磨床用以實(shí)現(xiàn)各種軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)及異形件的外圓磨削▲利用模塊化設(shè)計(jì)的思想建立一個(gè)具有高適應(yīng)性（柔性）和功能多變性特點(diǎn)的基型產(chǎn)品，在綜合分析用戶(hù)需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行系列設(shè)計(jì)，建立通用和專(zhuān)用的零部件（即單元模塊、功能模塊），從而可以迅速組合完各種產(chǎn)品。第七十九頁(yè)，共九十九頁(yè)。*802．模塊化總體設(shè)計(jì)思想

2.1以功能分析為基礎(chǔ)

第八十頁(yè)，共九十九頁(yè)。*812.2確定基型產(chǎn)品

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查、技術(shù)預(yù)測(cè)、品種規(guī)劃及功能分析，以最大磨削直徑和長(zhǎng)度為200500mm的高精度半自動(dòng)萬(wàn)能外圓磨床為基型產(chǎn)品確定基型產(chǎn)品的原則：△具有外圓磨床的基本形式△具有基本加工性能和萬(wàn)能性的特點(diǎn)△具有適中的自動(dòng)化的程度△具有最高的加工精度特性△具有磨削規(guī)格適中的特點(diǎn)第八十一頁(yè)，共九十九頁(yè)。*822.3基型產(chǎn)品的橫系列模塊化設(shè)計(jì)

本基型產(chǎn)品橫系列發(fā)展的產(chǎn)品是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展所需要的高精度、高效率切入式外圓磨床。切入式外圓磨床是在機(jī)床工作臺(tái)不動(dòng)的情況下，工件回轉(zhuǎn)、砂輪架連續(xù)進(jìn)給（切入）直接磨削到規(guī)定尺寸的機(jī)床。第八十二頁(yè)，共九十九頁(yè)。*832.4基型產(chǎn)品的區(qū)間段縱系列和跨系列的模塊化

外圓磨床縱系列的模塊是指最大磨削長(zhǎng)度按規(guī)定的長(zhǎng)度間隔發(fā)展品種。而跨系列的模塊化是指最大磨削直徑按規(guī)定的系列化發(fā)展品種。

本基型產(chǎn)品縱向發(fā)展的磨削長(zhǎng)度為350、750、1000mm；從最大磨削直徑為200mm跨入到最大磨削直徑為320mm。第八十三頁(yè)，共九十九頁(yè)。*84建立模塊和模塊組合

3.1在功能分解基礎(chǔ)上建立模塊

外圓磨床模塊化設(shè)計(jì)以建立單元模塊為基礎(chǔ)，由單元模塊按互換方式在基礎(chǔ)件模塊上組成不同的功能模塊。3.2單元模塊設(shè)定的原則△按機(jī)床的特性分解單元模塊△單元模塊具有獨(dú)立性

△模塊之間的“接口”要標(biāo)準(zhǔn)化△建立基礎(chǔ)件模塊

△單元模塊應(yīng)考慮新技術(shù)應(yīng)用的可能性

第八十四頁(yè)，共九十九頁(yè)。*853.3主要模塊的分解1床身模塊2工作臺(tái)模塊3

工作臺(tái)手驅(qū)動(dòng)模塊4頭架模塊5尾架模塊

6

砂輪架模塊7橫進(jìn)給系統(tǒng)模塊

8液壓系統(tǒng)模塊

9電氣模塊10砂輪休整器模塊第八十五頁(yè)，共九十九頁(yè)。*86①床身功能模塊1-a床身模塊設(shè)立350、500、750、1000mm四種單元模塊；1-b操縱箱模塊設(shè)立手動(dòng)型、半自動(dòng)型和自動(dòng)切入型3種單元模塊1-c后擋水板模塊設(shè)立窄型和寬型兩種單元模塊。返回第八十六頁(yè)，共九十九頁(yè)。*87②工作臺(tái)功能模塊2-a工作臺(tái)模塊設(shè)立350、500、750、1000mm4種。2-b調(diào)錐度模塊適應(yīng)所有變型的機(jī)床返回第八十七頁(yè)，共九十九頁(yè)。*88③工作臺(tái)手驅(qū)動(dòng)功能模塊

由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊及手、液動(dòng)互鎖模塊組成。其中手、液動(dòng)互鎖模塊可根據(jù)機(jī)床不同的性能要求選取。返回第八十八頁(yè)，共九十九頁(yè)。*89

④頭架功能模塊

4-a箱體模塊適應(yīng)所有變型機(jī)床4-b傳動(dòng)模塊設(shè)立有級(jí)變速和無(wú)級(jí)變速2種4-c主軸系模塊設(shè)立無(wú)軸承系、滑動(dòng)軸系和滾動(dòng)軸系3種4-d底座模塊設(shè)立基型和加高型2種4-e連接工件模塊設(shè)立頂尖、三爪卡盤(pán)、四爪卡盤(pán)、花盤(pán)、彈性接盤(pán)等多種單元模塊返回第八十九頁(yè)，共九十九頁(yè)。*90⑤尾架功能模塊

5-a底座模塊設(shè)立基型底座和加高型底座2種5-b滑座模塊適應(yīng)所有變型機(jī)床5-c校正錐度模塊設(shè)立手動(dòng)校正和自動(dòng)校正2種返回第九十頁(yè)，共九十九頁(yè)。*91⑥砂輪架功能模塊

6-a箱體模塊設(shè)立基型箱體和后仿型修整箱體2種6-b傳動(dòng)模塊設(shè)立基型傳動(dòng)功率和加大傳動(dòng)功率2種6-c主軸系模塊設(shè)立動(dòng)壓軸承系和滾動(dòng)軸承系2種6-d移動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)立基型和加高型2種6-e砂輪罩模塊

設(shè)立基型，左、右后仿型修整型3種返回第