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折疊式自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計
廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院
畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）
題目： 折疊式自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計
（Title）： Folding Bicycle Structure Design
系 別： 機(jī)電工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
姓 名： 張奇志
學(xué) 號： 2010030743207
指導(dǎo)教師： 朱亞峰
日 期： 2014年2月23日
折疊式自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計
摘要
本文針對折疊式自行車進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，由于現(xiàn)有自行車存在的缺陷，特設(shè)計出這種多功能的折疊式健身自行車，以更好地滿足目前的消費(fèi)人群的需求，并希望得到廣泛發(fā)展和應(yīng)用。隨著改革開放的不斷深入，中國社會經(jīng)濟(jì)和人民消費(fèi)水平顯著提高，人民生活重點(diǎn)有所轉(zhuǎn)移，更多地追求時尚、休閑、娛樂，健身成為了休閑的代名詞。各式各樣的健身器材廣泛投入市場，卻僅僅局限在室內(nèi)，固定的場所讓運(yùn)動變得乏味，而這種多功能的折疊式健身自行車能滿足用戶更多地需求，健身效果更佳。因此，設(shè)計一種容易操作、性能優(yōu)越、方便攜帶的健身用品成為了一種必要。本文所設(shè)計的是一種多功能的折疊式健身自行車，它的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，鍛煉效果明顯，能隨身攜帶，價格便宜，受場地因素影響小，對行業(yè)發(fā)展、革新有著重要意義。在本次設(shè)計過程中，作者繪制了總裝三維圖、裝配圖及其它重要零件圖，并做了必要的校核計算，提出了設(shè)計方案。
關(guān)鍵詞：折疊；自行車；結(jié)構(gòu)
Folding Bicycle Structure Design
ABSTRACT
This paper folding bike for structure optimization design, due to the existing defects of bicycle, specially designed this kind of multi-function folding exercise bikes, in order to better meet the needs of the consumers, and hope to get extensive development and application. With the deepening of the reform and opening up, China's social economy and people's consumption level increased significantly, emphasis shifting people's life, more the pursuit of fashion, leisure, entertainment, fitness has become synonymous with leisure. All kinds of fitness equipment on the market, but limited in indoor, fixed places for sport become boring, but this kind of multi-function folding exercise bikes can satisfy more customers' needs, fitness effect is better. Therefore, design a kind of easy operation, superior performance, portable fitness equipment has become a necessity. In this paper, the design is a kind of multifunctional folding bicycles, it is easy to use, the advantages of exercise effect is obvious, can carry, cheap, small by site factors, the industry development, innovation, has important significance. In the design process, the authors draw the assembly 3D figure, block diagrams and other important part drawing, and make the necessary checking calculation, puts forward the design scheme.
Key words: Fold; Bicycle; Structure
目錄
1 前言 1
1.1 折疊式自行車的作用 1
1.2 折疊式自行車 2
1.3 齒輪 2
1.4 軸 3
1.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則 4
2 方案選擇 5
2.1 折疊式自行車的控制和傳動方式 5
2.2 設(shè)計方案選型與分析 5
2.3 方案的確定 6
2.4 裝配圖的繪制 6
2.5 傳動動力參數(shù) 6
2.5.1 折疊式自行車輸出軸的轉(zhuǎn)速 6
2.5.2 折疊式自行車輸入軸的轉(zhuǎn)速 7
2.5.3 折疊式自行車輸出軸的功率 7
2.5.4 折疊式自行車輸入軸的功率 7
2.5.5 折疊式自行車輸出軸轉(zhuǎn)矩 7
2.5.6 折疊式自行車輸入軸轉(zhuǎn)矩 7
3 傳動件的設(shè)計 8
3.1 齒條的設(shè)計 8
3.1.1 材料選擇及熱處理 8
3.1.2 齒條精度的選擇 8
3.1.3 齒條模數(shù)的選取 9
3.1.4 齒條尺寸的確定 9
3.2 齒輪的設(shè)計 9
3.2.1 材料選擇及熱處理 9
3.2.2 齒輪精度的選擇 10
3.2.3 齒輪齒數(shù)和模數(shù)計算 11
3.2.4 幾何參數(shù)的計算 11
3.2.5 齒輪彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算 11
3.2.6 齒輪圓周速度的計算 12
3.2.7 齒輪齒條參數(shù)的計算結(jié)果 12
3.3 鏈輪的設(shè)計 12
3.3.1 鏈輪齒數(shù) 12
3.3.2 鏈條節(jié)數(shù) 12
3.3.3 功率計算 13
3.3.4 鏈條節(jié)距 13
3.3.5 實(shí)際中心距 13
3.3.6 鏈速計算 13
3.3.7 計算作用在軸上的壓力 14
4 傳動軸和傳動軸承的設(shè)計 15
4.1 軸設(shè)計時應(yīng)注意的事項(xiàng) 15
4.1.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意事項(xiàng) 15
4.1.2 確定軸結(jié)構(gòu)尺寸時的注意事項(xiàng) 15
4.2 折疊式自行車輸入軸的設(shè)計 16
4.2.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定 16
4.2.2 軸的基本直徑 16
4.2.3 軸徑、軸長的確定 16
4.2.4 校核軸的強(qiáng)度 17
4.2.5 求危險截面彎矩，并繪制彎矩圖 17
4.3 折疊式自行車輸出軸的設(shè)計 18
4.3.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定 18
4.3.2 軸的基本直徑 18
5 軸承的選用 19
5.1 滾動軸承 19
5.2 滾動軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計 19
5.2.1 面對面排列（軸承正裝） 19
5.2.2 背對背排列（軸承反裝） 20
5.2.3 串聯(lián)排列 20
5.3 軸承的選擇與計算 20
6 車輪的選擇 21
7 軸承隔套和墊片的選用 22
7.1 隔套裝配尺寸鏈的計算 22
7.2 止動墊片的選用 22
8 座板的設(shè)計 23
9 設(shè)計方案特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn) 24
參考文獻(xiàn)......................................................................................................................................................25
致謝...............................................................................................................................................................26
1 前言
1.1 折疊式自行車的作用
折疊式折疊式健身自行車是一種集運(yùn)動、休閑、娛樂于一身的機(jī)械產(chǎn)品，車體由車架、鏈輪、車輪組成，但由于傳動方式、用途不同，其結(jié)構(gòu)也存在很大的差異。本設(shè)計針對目前市場上擁有多種室內(nèi)外健身器材，如跑步機(jī)、劃船器、直立式固定腳踏車等，然而這些健身器材絕大部分均為固定式，且多數(shù)僅在室內(nèi)使用，而且價格較高，健身效率不高的情況下所開展的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計中包括其傳動機(jī)構(gòu)、健身實(shí)用性、工藝性等綜合方面的設(shè)計。如圖1.1所示：
圖1.1 折疊式自行車結(jié)構(gòu)
1.2 折疊式自行車
自行車，又稱腳踏車或單車，以腳踩踏板為動力，是一種綠色環(huán)保的代步交通工具。折疊式多功能健身自行車是一款集娛樂、休閑、健身、運(yùn)動于一身的機(jī)械產(chǎn)品，它采用齒輪齒條及棘輪聯(lián)合傳動的方式，通過人踏步運(yùn)動將重力傳遞給踏板，用齒條帶動齒輪，然后再傳遞到傳動輪，以此帶動小車運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)健身、休閑及代步等多重功能。并采用與傳統(tǒng)地自行車不同的站立式騎行，以達(dá)到更好地健身效果，打破之前固定式的健身器材的模式，由于它的便攜性能使之擁有龐大地市場空間，也為它的發(fā)展帶來了巨大的契機(jī)。
1.3 齒輪
齒輪是機(jī)器中廣泛應(yīng)用的傳動零件之一。它可以傳遞動力，又可以改變轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)方向，齒輪的種類很多，根據(jù)用途和傳動情況可將其分為三大類：圓柱齒輪、錐齒輪、渦輪蝸桿。其中使用較多且較簡單的是圓柱直齒輪，又稱標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪，圓柱齒輪用于平行兩軸之間的傳動；錐齒輪用于相交兩軸之間的傳動；渦輪蝸桿則較多用于交叉兩軸之間的傳動。
齒輪傳動可分為閉式傳動和開式傳動兩種。重要的齒輪都采用閉式傳動，閉式傳動的齒輪封閉在剛性的箱體內(nèi)，因而有良好的潤滑和工作條件。開式傳動的齒輪是外露的，不能保證良好的潤滑，而且易落灰塵、雜質(zhì)，故齒面易磨損，只宜用于低速傳動。
齒輪齒形的加工方法有兩種。一種是成形法，就是利用與被切齒輪齒槽形狀完全相符的成形銑刀切出齒形的方法，如銑齒；另一種是展成法，它是利用齒輪刀具與被切齒輪的相互嚙合運(yùn)動而切出齒形的加工方法，如滾齒和插齒。
齒輪常用的熱處理方法有正火、調(diào)質(zhì)、表面淬火、滲碳淬火、滲氮五種熱處理方式，調(diào)質(zhì)和正火兩種處理后的齒面硬度較低（≤350HRS），為軟齒面；其他三種處理后的齒面硬度較高，為硬齒面。軟齒面的工藝過程簡單，適用于一般傳動。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時，考慮到小齒輪齒根較薄，彎曲強(qiáng)度較低，且受載次數(shù)較多，故在選擇材料和熱處理時，一般使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面高20~50HRS。硬齒面齒輪的承載能力較高，但需要專門設(shè)備磨齒，常用于要求結(jié)構(gòu)緊湊或生產(chǎn)批量大的齒輪。當(dāng)大小齒輪都是硬齒面時，小齒輪的硬度應(yīng)略高于大齒輪，也可和大齒輪相等。
制造齒輪常用的鋼有調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼、鑄鋼的強(qiáng)度比鍛鋼稍低，常用于尺寸較大的齒輪；灰鑄鐵的機(jī)械性能較差，可用于輕載的開式齒輪傳動中；球墨鑄鐵可部分地代替鋼制造齒輪；塑料齒輪多用于輕載和要求噪聲低的地方，與其配對的齒輪一般用熱導(dǎo)性好的鋼齒輪。
齒輪設(shè)計準(zhǔn)則：為防止齒輪的疲勞折斷，需計算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，為防止齒面點(diǎn)蝕，需計算齒面接觸疲勞強(qiáng)度。
選材基本原則：齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等，考慮齒輪的尺寸大小，毛胚成型方法及熱處理和制造工藝。
1.4 軸
軸是支承轉(zhuǎn)動零件并與之一起以回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動、扭矩或彎矩的機(jī)械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機(jī)器中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件就裝在軸上。常見的軸有曲軸、直軸和軟軸三種。直軸又可分為以下幾種
轉(zhuǎn)軸：工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機(jī)械中最常見的軸，如各種減速器中的軸等。
心軸：用來支撐轉(zhuǎn)動零件只承受彎矩而不承受傳遞扭矩，有些心軸轉(zhuǎn)動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動，如支承滑輪的軸等。
傳動軸：主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機(jī)移動機(jī)構(gòu)中的長光軸、汽車的驅(qū)動軸等。
軸的材料主要采用碳素鋼或合金鋼，也可采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵等。軸的工作能力一般取決于強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)速高時還取決于振動的穩(wěn)定性。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計的重要步驟。它由軸上安裝零件的類型、尺寸及其位置、固定位置，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛胚、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸，對軸的變形等因素有關(guān)。設(shè)計者可根據(jù)軸的具體要求進(jìn)行設(shè)計，必要時可做幾個方案進(jìn)行比較，以便選出最佳設(shè)計方案，以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：
1) 節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強(qiáng)度外形尺寸大的截面系數(shù)的截面形狀；
2) 易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整；
3) 采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施；
4) 便于加工制造和保證精度；
1.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則
1) 先整體設(shè)計，后零部件設(shè)計；
2) 先概要設(shè)計，后詳細(xì)設(shè)計；
3) 設(shè)計中采用遵守標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，是減低成本的首要原則；
4) 運(yùn)用“三邊”設(shè)計方法；
5) 要使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，安裝、使用及維護(hù)方便；
6) 要有良好的加工工藝性；
7) 力求均勻美觀；
2 方案選擇
2.1 折疊式自行車的控制和傳動方式
大多數(shù)自行車采用的是機(jī)械控制，而傳動方式則較多采用鏈輪鏈條傳動，本設(shè)計的折疊式多功能健身自行車則采用齒輪齒條及鏈輪聯(lián)合傳動的方式。
2.2 設(shè)計方案選型與分析
方案一：折疊式自行車采用齒輪齒條及鏈輪聯(lián)合傳動的方式，通過人踏步運(yùn)動將重力傳遞給踏板，用齒條帶動齒輪，然后再傳遞到傳動輪，以此帶動小車運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)健身、休閑及代步等多重功能。此方案采用單輪驅(qū)動，更靈活的運(yùn)轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)彎時所需的速度差等，消耗功率大。工作傳動簡圖如圖1所示：
圖2.1工作傳動簡圖
方案二：折疊式自行車采用齒輪齒條及鏈輪聯(lián)合傳動的方式，通過人踏步運(yùn)動將重力傳遞給踏板，用齒條帶動齒輪，然后再傳遞到傳動輪，以此帶動小車運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)健身、休閑及代步等多重功能。此方案采用雙輪驅(qū)動方式工作，能很好的傳遞力以驅(qū)使自行車更快速行走，消耗功率小。工作傳動簡圖如圖2所示：
圖2.2工作傳動簡圖
2.3 方案的確定
由以上兩種方案對比可知，方案一中的自行車傳動采用了單輪驅(qū)動，能很大程度的解決轉(zhuǎn)彎時所需的速度差問題，又可在騎行過程中達(dá)到更大的鍛煉小過，相比方案二更容易行駛和控制，故而選擇方案一作為本設(shè)計的方案。
2.4 裝配圖的繪制
根據(jù)方案繪制裝配圖，確定傳動件及其部件的裝配位置關(guān)系，如圖3
圖2.3裝配草圖
2.5 傳動動力參數(shù)
按照重100KG的人踩踏自行車計算，已知齒輪齒條的傳動比為1，大小鏈輪之間的傳動比，成人騎自行車的功率為
2.5.1 折疊式自行車輸出軸的轉(zhuǎn)速
2.5.2 折疊式自行車輸入軸的轉(zhuǎn)速
2.5.3 折疊式自行車輸出軸的功率
（為小鏈輪的傳動效率，為，經(jīng)查表，）
2.5.4 折疊式自行車輸入軸的功率
（為齒條的傳動效率，為齒輪的傳動效率，經(jīng)查表，）
2.5.5 折疊式自行車輸出軸轉(zhuǎn)矩
2.5.6 折疊式自行車輸入軸轉(zhuǎn)矩
表2-1輸入輸出軸的動力參數(shù)
軸名
功率P/Kw
轉(zhuǎn)矩T/N·m
轉(zhuǎn)速r/min
輸入軸
114
195
120
輸出軸
108
170
157.5
3 傳動件的設(shè)計
3.1 齒條的設(shè)計
3.1.1 材料選擇及熱處理
材料：齒條選用45＃鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度197~286HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表11-1》）
輸出軸圓柱齒輪選用ZG34SiMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度241~269HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表11-1》）
3.1.2 齒條精度的選擇
按GB/T10096-1988,選7級精度，齒根噴丸強(qiáng)化（作用：有效提高齒輪的使用壽命）。
初步設(shè)計齒條傳動的主要尺寸
查表11-5（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》），取齒面接觸疲勞安全系數(shù)，齒面彎曲疲勞安全系數(shù)，則兩齒輪許用應(yīng)力為：
（?。?
（取）
（?。?
（?。?
3.1.3 齒條模數(shù)的選取
3.1.4 齒條尺寸的確定
圖3.1齒條基本尺寸
3.2 齒輪的設(shè)計
3.2.1 材料選擇及熱處理
材料：輸出軸圓柱齒輪選用ZG34SiMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度241~269HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表11-1》）
齒條選用45＃鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度197~286HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表11-1》）
3.2.2 齒輪精度的選擇
按GB/T10095-1998，選擇7級，齒根噴丸強(qiáng)化（作用：有效提高齒輪的使用壽命）。
初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸
查表11-5（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》），取齒面接觸疲勞安全系數(shù)，齒面彎曲疲勞安全系數(shù)，則兩齒輪許用應(yīng)力為：
（?。?
（?。?
（取）
（?。?
按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計
因齒條按7級精度制造。取載荷系數(shù)K=1（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-3），齒寬系數(shù)（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-6），則齒輪上的轉(zhuǎn)矩為
查表11-4（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》彈性系數(shù)
標(biāo)準(zhǔn)齒輪的區(qū)域系數(shù)
齒輪的分度圓直徑
=
=81mm
3.2.3 齒輪齒數(shù)和模數(shù)計算
取圓柱齒輪的齒數(shù)
圓柱齒輪的模數(shù)：
齒寬
3.2.4 幾何參數(shù)的計算
分度圓直徑：
齒頂高：
齒根高：
齒全高：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
3.2.5 齒輪彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算
查圖11-8（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）齒形系數(shù)
查圖11-9（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）外齒輪齒根修正系數(shù)
齒根的彎曲強(qiáng)度為
所以齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。
3.2.6 齒輪圓周速度的計算
3.2.7 齒輪齒條參數(shù)的計算結(jié)果
表格3.1齒輪齒條參數(shù)
參數(shù)
齒數(shù)
模數(shù)
分度圓直徑
齒寬
齒根圓直徑
齒頂圓直徑
齒全高
圓柱齒輪
54
1.5
81
16
77.25
84
3.375
齒條
1.5
3.3 鏈輪的設(shè)計
3.3.1 鏈輪齒數(shù)
由表13-12（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》），小鏈輪選。
大鏈輪齒數(shù)
誤差遠(yuǎn)小于，故允許。
3.3.2 鏈條節(jié)數(shù)
初定中心距。由式13-21（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）可得
取鏈節(jié)數(shù)為100
3.3.3 功率計算
查表13-13（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》），得，故
3.3.4 鏈條節(jié)距
由式13-25（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）得
估計此鏈傳動工作于圖13-33（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）所示曲線頂點(diǎn)的左側(cè)（即可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞），由表13-13（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）得
1.12
采用單排鏈，，故
由圖13-33（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）可知當(dāng)時，08A鏈條能傳遞的功率為6.1kw（＞0.1kw）,故采用08A鏈條，節(jié)距p=12.7mm
3.3.5 實(shí)際中心距
將中心距設(shè)計成可調(diào)節(jié)的，不必計算實(shí)際中心距，取
200mm
3.3.6 鏈速計算
由式（13-20）（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）知
3.3.7 計算作用在軸上的壓力
如前所述，取
4 傳動軸和傳動軸承的設(shè)計
4.1 軸設(shè)計時應(yīng)注意的事項(xiàng)
4.1.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意事項(xiàng)
1) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計要使軸各部分具有合理的形狀和尺寸，為了便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯軸形，軸端及各軸段端部應(yīng)有倒角；軸上磨削的軸段，應(yīng)有砂輪越程槽；車制螺紋的軸段，應(yīng)有退刀槽；在滿足使用要求的情況下。軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡單，便于加工。
2) 安裝在軸上的零件，必須有確定的軸向定位，可用軸肩或套筒定位。
3) 軸上零件的軸向固定，常采用軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈等形式。當(dāng)無法用套筒或套筒太長時，可采用圓螺母加以固定。為了保證軸上零件緊靠定位面（軸肩），軸肩的圓角半徑R必須小于相配零件的倒角C或圓角R，軸肩高H必須大于相配零件的倒角C或圓角R；軸向力較小時，零件在軸上的固定可采用彈性擋圈或緊固螺釘。
4.1.2 確定軸結(jié)構(gòu)尺寸時的注意事項(xiàng)
初步計算的軸徑可作為軸端最小直徑，但與聯(lián)軸器等零件孔配合時，應(yīng)考慮聯(lián)軸器孔徑的尺寸范圍。當(dāng)外伸軸段用聯(lián)軸器與電動機(jī)軸相連時，應(yīng)注意外伸軸段的直徑與電動機(jī)軸的直徑不能相差太大，均應(yīng)在所選的聯(lián)軸器孔徑的范圍內(nèi)。
按工作要求選擇軸承類型，初選軸承型號。直徑系列和寬度系列一般可先按中等寬度選取，軸承內(nèi)徑則由初估直徑并考慮結(jié)構(gòu)要求后確定。
當(dāng)選用鍵連接實(shí)現(xiàn)周向固定時，注意鍵長要小于軸頭長度5-8mm，應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)鍵長；軸上鍵槽應(yīng)靠近零件裝入一端，一般相距2-5mm；同一根軸上有多個鍵槽時，為加工方便，各軸段的鍵槽應(yīng)分布在同一母線上，并應(yīng)盡可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸。
用于滾動軸承的軸肩高度應(yīng)按照軸承標(biāo)準(zhǔn)確定；非定位軸肩高度一般取為1-3mm；配合段直徑的選用應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑系列。為便于滾動軸承的拆卸，應(yīng)留有足夠的拆卸高度，因而軸肩高度要適當(dāng)。若拆卸高度不夠，可在軸肩上開軸槽，以便于安裝。
4.2 折疊式自行車輸入軸的設(shè)計
4.2.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定
材料選用20CrMnTi，滲碳淬火回火
查表14-3（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）材料強(qiáng)度極限
查表14-3（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）許用應(yīng)力
4.2.2 軸的基本直徑
查表14-2（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）軸的材料及載荷系數(shù)為C=110.
由于屬階梯軸，故軸需加大5%，則
故取軸的基本尺寸為16mm
4.2.3 軸徑、軸長的確定
由設(shè)計方案可知，此軸與齒輪配合，制成光軸，其兩端分別與鏈輪和軸承配合，兩端均采用過盈配合，軸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4.1
圖4.1軸的結(jié)構(gòu)簡圖
4.2.4 校核軸的強(qiáng)度
受力分析見圖4.2（a），輸入軸上的轉(zhuǎn)矩：
齒輪的受力：
齒輪1
圓周力：
徑向力：
齒輪2
圓周力：
徑向力：
鏈輪
圓周力：
徑向力：
軸承：
圓周力：
徑向力：
4.2.5 求危險截面彎矩，并繪制彎矩圖
垂直彎矩見圖4.2（b）
水平彎矩見圖4.2（c）
圖4.2軸的受力分析及彎矩圖
4.3 折疊式自行車輸出軸的設(shè)計
4.3.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定
材料選用20CrMnTi，滲碳淬火回火
查表14-3（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）材料強(qiáng)度極限
查表14-3（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）許用應(yīng)力
4.3.2 軸的基本直徑
查表14-2（《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》）軸的材料及載荷系數(shù)為C=110.
由于屬階梯軸，故軸需加大5%，則
故取軸的基本尺寸為16mm
5 軸承的選用
5.1 滾動軸承
滾動軸承與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小、起動靈敏、效率高、潤滑簡便和易于互換等優(yōu)點(diǎn)。
滾動軸承通常按其承受載荷的方向（或接觸角）和滾動體的形狀分類；有深溝球軸承、圓錐滾子軸承、角接觸軸承、滾子軸承、調(diào)心軸承。
按負(fù)載、轉(zhuǎn)速、支承精度、剛度等工作要求選擇軸承類型。一般轉(zhuǎn)速較高、負(fù)荷不大但旋轉(zhuǎn)精度要求高時，選用球軸承；轉(zhuǎn)速較低、負(fù)荷大且有沖擊時，選用滾子軸承。徑向載荷和軸向載荷都較大、轉(zhuǎn)速較高時，宜用角接觸軸承；轉(zhuǎn)速不高時，宜用圓錐滾子軸承。徑向載荷比軸向載荷大得多、轉(zhuǎn)速較高時，可選用深溝球軸承或角接觸球軸承。對支承剛度要求較高時，可成對采用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。
軸承內(nèi)徑可根據(jù)求得的軸的最小直徑確定。對于高速軸和低速軸，軸承內(nèi)徑比最小直徑大5-10mm，對于中間軸，軸承內(nèi)徑即為軸的最小直徑。
一根軸上盡量選用同一規(guī)格的軸承，以保證加工精度。
5.2 滾動軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計
合理選擇滾動軸承組合結(jié)構(gòu)方案，是保證軸承正常工作的重要步驟，因?yàn)檩S的支承結(jié)構(gòu)設(shè)計對于保證軸的運(yùn)轉(zhuǎn)精度、發(fā)揮軸承的工作能力起著重要作用。
軸一般采用雙支承結(jié)構(gòu)，每個支承由1-2個軸承組成。受純徑向載荷的軸，兩支承可取向心軸承對稱布置。受徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用的軸，兩支承通常選用同型號的角接觸軸承。軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計方案有以下幾種方式：
5.2.1 面對面排列（軸承正裝）
載荷作用中心處于軸承中心線之內(nèi)時，采用軸承正裝（外圈窄端面相對）。這種排列結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便。當(dāng)軸受熱伸長時，軸承游隙減小，容易造成軸承卡死，因此要特別注意軸承游隙的調(diào)整。
5.2.2 背對背排列（軸承反裝）
當(dāng)載荷作用中心處于軸承中心線之外時，采用軸承反裝（外圈寬端面相對）。這種排列支點(diǎn)間跨距較大，懸臂長度較小，故懸臂端剛性較大。當(dāng)軸受熱伸長時，軸承游隙增大，因此不會發(fā)生軸承卡死破壞。如采用預(yù)緊安裝，當(dāng)軸受熱伸長時，預(yù)緊量減小。
5.2.3 串聯(lián)排列
載荷作用中心處于軸承中心同一側(cè)的軸承配置方式，稱為串聯(lián)排列，這種串聯(lián)排列適于軸向載荷較大、需多個軸承聯(lián)合承載的情況。
5.3 軸承的選擇與計算
由于輸出軸主要手徑向載荷，轉(zhuǎn)速較高，故選用深溝球軸承，初選16001和16004.
對深溝球軸承，其徑向基本額定載荷，（：預(yù)期基本額定壽命，：基本額定載荷，n軸承工作轉(zhuǎn)速，P：當(dāng)量動載荷，ε=3），（查表《機(jī)械設(shè)計使用手冊》），16002深溝球軸承基本額定載荷，（查表7-2-66《機(jī)械設(shè)計手冊》）溫度系數(shù)，載荷系數(shù)，16004深溝球軸承基本額定載荷，（查表7-2-66《機(jī)械設(shè)計手冊》）溫度系數(shù)，載荷系數(shù)，因該軸屬一般傳動裝置，故選擇使用壽命為，代入數(shù)據(jù)得，遠(yuǎn)大于軸承的實(shí)際承受徑向載荷，故軸承的選擇符合要求。
6 車輪的選擇
根據(jù)車體大小和車身高度，及根據(jù)受力情況，從而設(shè)計出本設(shè)計中的車輪，車輪框架采用鋁合金材料制作，減少自行車的自重帶來的騎行阻力，車輪采用合成橡膠材料，更具彈性。結(jié)構(gòu)簡圖見圖6.1
圖6.1
7 軸承隔套和墊片的選用
7.1 隔套裝配尺寸鏈的計算
為了固定輸入軸齒輪上的深溝球軸承的軸向位置，需在軸承之間加一軸承隔套固定它們之間的距離。選用45#鋼制作，為了確保軸承固定且不在軸向移動，還需要在軸承的另一頭加以控制，選用成組的隔套固定，對其進(jìn)行裝配尺寸鏈的計算。尺寸鏈圖如7.1
圖7.1裝配尺寸鏈
環(huán)
基本尺寸
上偏差
下偏差
A1
178
+0.2
+0.05
A3
136
0
-0.1
A2=A4
21
+0.15
+0.025
由以上的尺寸鏈的計算可知隔套的厚度為
7.2 止動墊片的選用
輸入軸的齒輪上的軸承通過利用墊片來止動軸承發(fā)生移動，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度要求，選用GB894.1-86-A32型號的墊圈，該墊圈的材料使用45#鋼，厚度1.2mm。
8 座板的設(shè)計
按人的體重為200KG計算，在該自行車行駛過程中，考慮到地面、空氣等摩擦力的影響，及人自身重力的作用，進(jìn)行設(shè)計選取地板的厚度。地板選用45#鋼制作，具體尺寸見圖8.1
圖8.1底板結(jié)構(gòu)簡圖
9 設(shè)計方案特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)
本設(shè)計首次采用齒輪齒條及棘輪等傳動方式相結(jié)合的傳動，并添加折疊裝置，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，容易控制，攜帶方便，便于人們出行攜帶，能夠適應(yīng)于不同環(huán)境下的使用，適用能力強(qiáng)，并且集娛樂、休閑、運(yùn)動于一身。在機(jī)械創(chuàng)新大賽二等獎的作品上加以改進(jìn)，改善當(dāng)前健身器材的固定缺陷，對折疊式自行車的進(jìn)一步深入發(fā)掘其功能，以滿足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的基本要求，以便規(guī)?；a(chǎn)，在行業(yè)中得到應(yīng)用和推廣。另外，對產(chǎn)品材料進(jìn)行重新選取，改進(jìn)健身車原本的不足，對結(jié)構(gòu)和造型進(jìn)行改進(jìn)和完善，協(xié)調(diào)健身車各部分比例，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，產(chǎn)品更加實(shí)用，節(jié)約成本，讓整體造型更加美觀，通過市場調(diào)研，具有很好的發(fā)展前景。
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[11]R.L.諾頓主編.《Mechanical design--Synthesis and analysis of mechanisms and machines》機(jī)械工業(yè)出版社2003.
致謝
本設(shè)計是在我的指導(dǎo)老師朱亞峰老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，她以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到最終完成，整個設(shè)計過程我遇到了不少問題，朱亞峰老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，幫我解答在設(shè)計中遇到的困難和問題，并且隨時詢問我的畢業(yè)設(shè)計的進(jìn)展情況，經(jīng)常通過網(wǎng)絡(luò)通訊、電話等方式指導(dǎo)我的設(shè)計。
在我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，我感到自己確實(shí)成長了不少，收獲頗多，尤其是在專業(yè)知識上。在此，我真誠地向朱亞峰老師說聲：“謝謝！”如果我沒有您的幫助，我的畢業(yè)設(shè)計將面對更多地問題和困難。
在畢業(yè)設(shè)計過程中，也得到了廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師的幫助與支持，在此表示衷心的感謝。
最后，在即將完成畢業(yè)設(shè)計之時，我再次感謝對指導(dǎo)、關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師及同學(xué)，謝謝您們！
25
誠信聲明
本人聲明：
1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是在老師指導(dǎo)下,在機(jī)械創(chuàng)新大賽二等獎作品的基礎(chǔ)上進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果；
2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料。
3、我承諾，本人所提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。
作者簽名： 日期： 年 月 日
1
折疊式自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計 導(dǎo)師 朱亞峰答辯人 張奇志專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 設(shè)計流程 設(shè)計背景設(shè)計構(gòu)思及方案選擇設(shè)計工作的展開難點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn) 1 2 3 4 3 5 一 設(shè)計背景 自行車 又稱腳踏車或單車 以腳踩踏板為動力 是一種綠色環(huán)保的代步交通工具 1自行車概述 一 設(shè)計背景 2自行車的現(xiàn)狀 在國內(nèi) 自行車造型多樣化 功能多元化 在國外 自行車結(jié)構(gòu)不斷簡化 健身器材也家庭化 一 設(shè)計背景 3自行車市場分析 國外 自行車市場需求大 國內(nèi) 人們對休閑 娛樂的追求 運(yùn)動比賽 社會環(huán)保需求 二 設(shè)計構(gòu)思及方案選擇 踏板 1 傳動原理 齒輪齒條 前輪 被動輪 棘輪 主動輪 鏈輪 后輪 二 設(shè)計構(gòu)思及方案選擇 2 設(shè)計要求 設(shè)計方案一 折疊式自行車采用齒輪齒條及棘輪聯(lián)合傳動的方式 通過人踏步運(yùn)動將重力傳遞給踏板 用齒條帶動齒輪 然后再傳遞到傳動輪 以此帶動小車運(yùn)動 實(shí)現(xiàn)健身 休閑及代步等多重功能 此方案采用單輪驅(qū)動 更靈活的運(yùn)轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)彎時所需的速度差等 消耗功率大 設(shè)計方案二 折疊式自行車采用齒輪齒條及棘輪聯(lián)合傳動的方式 通過人踏步運(yùn)動將重力傳遞給踏板 用齒條帶動齒輪 然后再傳遞到傳動輪 以此帶動小車運(yùn)動 實(shí)現(xiàn)健身 休閑及代步等多重功能 此方案采用雙輪驅(qū)動方式工作 能很好的傳遞力以驅(qū)使自行車更快速行走 消耗功率小 3 方案的確定 方案一折疊式自行車采用齒輪齒條及棘輪聯(lián)合傳動的方式 通過人踏步運(yùn)動將重力傳遞給踏板 用齒條帶動齒輪 然后再傳遞到傳動輪 以此帶動小車運(yùn)動 實(shí)現(xiàn)健身 休閑及代步等多重功能 此方案采用單輪驅(qū)動 更靈活的運(yùn)轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)彎時所需的速度差等 消耗功率大 能很大程度的解決轉(zhuǎn)彎時所需的速度差問題 比方案二更容易行駛和控制 所以選擇方案一作為本次設(shè)計的設(shè)計方案 二 設(shè)計構(gòu)思及方案選擇 三 設(shè)計工作的展開 裝配圖草圖的繪制 傳動主件的設(shè)計 附件的設(shè)計與選擇 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 總裝圖的設(shè)計 前期準(zhǔn)備 廣東省第五屆機(jī)械創(chuàng)新大賽 主要的傳動件設(shè)計零件圖 三 設(shè)計工作的展開 四 設(shè)計的難點(diǎn)與解決方法 難點(diǎn)2 難點(diǎn)1 車架折疊方式的選取 車架的改進(jìn) 解決方案 難點(diǎn)一車架的改進(jìn) 原圖 解決方案 車架折疊方式的選取 四 設(shè)計的難點(diǎn)與解決方法 難點(diǎn)二的解決方案 成果展示 五 創(chuàng)新點(diǎn) 運(yùn)用折疊器的設(shè)計元素 傳動原理詳圖 謝謝大家 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計外文翻譯譯文
學(xué)生姓名 張奇志
院（系） 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院
專業(yè)班級 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師 朱亞峰
完成日期 2013年10月23日
Machinery Design and Manufacture
Machinery Design as a key component of mechanical engineering, has a long history and a complete system. With the development of mechanical design technology and the continuous improvement of technical level, the traditional design of mechanical design technology has been unable to meet the current dynamism and innovation requirements. The traditional mechanical design technology is reviewed and the connotation of modern mechanical design technology, the application and the inner link between them, this paper expounds the mechanical design and the trend of the development of technology. Pointed out that the development of mechanical industry at the same time, the key is the development and application of modern mechanical design technology, and optimization of mechanical design technology is imperative.
Machinery Design is based on the requirement, in view of the mechanical motion way, structure principle and balance of force and energy transfer and material and size of each components and overall consideration lubrication method, etc., make a comprehensive analysis and calculation, eventually into a specific description of the corresponding work of the design process. Mechanical design as a key component of mechanical engineering, plays a very important role in mechanical properties. Machinery design work quality and the quality of the product performance such as associated directly, and with the research cycle and the relationship between technical and economic benefit is very important. Traditional mechanical design techniques are often based on the design of the experience, as a whole by using mathematics and mechanics formula and chart, etc. As real as the design basis, according to the empirical formula and design, in the form of approximation coefficients and the design method of choice, more is given priority to with static design, use more intuitive design and experience design, this way the function of the products have been unable to meet the current needs and market requirements. Current design technology is based on computer technology, based on the network, in the modern management theory, according to a new mechanical design theory and method, the real achieve optimization and implementation results, has become a kind of quantitative dynamic scientific design pattern, the entire design process automation and efficiency, the main characteristics of two aspects.
Machinery Design manufacturing and automation development direction of our country from the early 1980 s began to mechanical design and manufacturing and its automation development direction of the research and application work, some research institutions and large and medium-sized enterprises for the development and application of this technology have done a lot of work, and achieved some results. But compared with advanced countries such as Japan, there are still quite a gap. Any science is composed of basic theory, technology and engineering system perfect system. Mechanical automation in terms of technology and engineering system has great development, but the basic theory is still developing, is still very incomplete. So the future development direction has the following several aspects.
1.The mechanical and electrical integration
Mechanical and electrical integration is the development of mechanical automation and extension, the traditional only to the integration of mechanical and electrical machinery products, is the only way out of the machinery industry development.
2.Intelligent
Intelligent mechanical automation technology development in the 21st century is an important development direction. Here Intelligence is the description of machine behavior, is in the control theory, on the basis of absorption of artificial intelligence, operations research, computer science, fuzzy mathematics, psychology, physiology and new ideas, new methods, such as mixed Tun dynamics, simulation human intelligence, giving it a judgment reasoning, logical thinking, autonomous decision-making ability, to ensure our higher control goals. Admittedly, mechanical automation products have low intelligence, or one part of the intelligence, is entirely possible and necessary.
3.Modularity
Modularity is an important and arduous project. Due to mechanical automation products and manufacturers, research and development has a standard mechanical interface, electrical interfaces, power, environmental interface mechanical automation products unit is a very complicated but it is very important thing. As research integrating slows, intelligent, motor power unit, has a vision, image processing, identification and ranging, and other functions of the control unit can be done as well as a variety of typical operating mechanism. In this way, can use a standard cell rapidly develop new products, at the same time also can expand the scale of production. Obviously, from electrical products to be sure the benefits of standardization, seriation, standard mechanical automation units for production enterprise, or the production of mechanical automation, modularization will bring bright future to mechanical automation companies.
4.Network
In the 1990 s, the outstanding achievement of computer technology is network technology. The rise of the network technology and the rapid development for science and technology, industrial production, the political, military, education, and the People's Daily life are of great change. All kinds of network to the global economy, production into an organic whole, the competition between enterprises are tending to globalization. Mechanical automation once developed new products, as long as its function and original, quality is reliable, soon will sell all over the world. Due to the popularity of the network, based on the network in all kinds of remote control and monitoring technology, and remote control of the terminal equipment is mechanical automation products. Fieldbus and LAN technology to make home appliances networking has become a trend. Using the home network connect all kinds of household electrical appliances into computer integrated appliances for the center with the computer system, make people fully enjoy all kinds of high technology in the home bring convenience and happy. Therefore, mechanical automation products will no doubt in the direction of network development.
5.Miniaturization
Miniaturization emerged in the late 1980 s, refers to the mechanical automation to the trend of the development of the micro field. Called microelectronics mechanical systems abroad, or micro mechanical automation system, referring to the geometric size of no more than 1 cm3 mechanical automation products, and to the micro and nanoscale development. Micro mechanical automation products small size, less energy consumption, flexible movement, in the biological medical, military, information has incomparable advantages. The bottleneck of micro mechanical automation development lies in the micro mechanical technology, micro mechanical automation product processing in fine processing technology, the ultra precision technology, it includes two categories, lithography and etching technology.
6.Greening
Industrial developed to has brought great changes in people's life. On the one hand, material is rich, comfortable; On the other hand, resource decrease, the ecological environment suffered serious pollution. So, people call for protection of the environment resources, return to nature. Green product concept arises at the historic moment under this voice, color change is the trend of The Times. Green products in the design, manufacture, use and destruction of life in the process, in particular the requirement of environment protection and human health, the ecological environment harmless or the harm is few, the highest utilization rate of resources. Design of green machinery automation products, has broad development prospects. Mechanical automation products of greening is mainly directed is polluting the environment, scrap can be recycled after.
7.Personalization
Mechanical automation in the future pay more attention to products and the relationship between the people, the personification of the mechanical automation has two meanings: one is mechanical automation products eventually use object is a person, how to give mechanical automation of intelligence, emotion, human nature is more and more important, especially for domestic robots, the top boundary is the man-machine integration; Another layer is to imitate the biological mechanism, the development of all kinds of mechanical automation products, and, in fact many mechanical automation products are inspired by animals developed.
In today's society science and technology changes with each passing day, various new technologies appear constantly, and mechanical design along with the science and technology content of products, mechanical design of the technical level of the competition is already hots up, in the fierce market competition, to be in the invincible position, must continue to improve technology, reduce costs, improve work efficiency, also is the developing trend of mechanical design methods and direction.
With the development of science and technology, the popularity of computer network technology, mechanical design methods have substantial change, new results not abundant thoughts of mechanical design, theory and methods, to promote the development of mechanical design and change. The general mechanical designer, should constantly update the design thinking and method, the better use of modern science and technology, constantly improve the design level, promote the competitiveness of the market.
外文中文翻譯：
機(jī)械設(shè)計與制造
機(jī)械設(shè)計作為機(jī)械工程的一個關(guān)鍵組成部分，具有較悠久的歷史和完整的系統(tǒng)。隨著機(jī)械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，過去傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計技術(shù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前設(shè)計動態(tài)化和創(chuàng)新化得要求。綜述了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計技術(shù)與現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵、應(yīng)用及它們之間內(nèi)在聯(lián)系，闡述了機(jī)械設(shè)計技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。同時指出當(dāng)前機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，關(guān)鍵是開發(fā)、應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)，而優(yōu)化機(jī)械設(shè)計技術(shù)已勢在必行。
機(jī)械設(shè)計是依據(jù)使用要求，針對機(jī)械工作結(jié)構(gòu)原理及運(yùn)動方式，兼顧力和能量的傳遞和各器件的材質(zhì)及尺寸，同時統(tǒng)籌考慮潤滑方法等情況，進(jìn)行綜合分析和計算，最終轉(zhuǎn)化成為具體的描述的相應(yīng)工作設(shè)計過程。機(jī)械設(shè)計作為機(jī)械工程的一個關(guān)鍵組成部分, 在機(jī)械性能方面起著十分重要的作用。機(jī)械設(shè)計工作的質(zhì)量和機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量性能等直接相關(guān)聯(lián)，并與研究周期以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的關(guān)系。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計技術(shù)往往以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)作為設(shè)計基礎(chǔ)，統(tǒng)籌運(yùn)用數(shù)學(xué)及力學(xué)既有公式和圖表等作為實(shí)際為設(shè)計依據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式以及近似系數(shù)等方式進(jìn)行設(shè)計，在設(shè)計方法選擇上，多以靜態(tài)設(shè)計為主，多采用直覺設(shè)計和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計，這種方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前產(chǎn)品的功能需要以及市場要求。當(dāng)前設(shè)計技術(shù)是以計算機(jī)技術(shù)為依托，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，在現(xiàn)代管理理論支撐下，根據(jù)全新的機(jī)械設(shè)計理論、和方法，真正達(dá)到和實(shí)現(xiàn)計算結(jié)果最優(yōu)化，已經(jīng)成為一種定量動態(tài)化得科學(xué)設(shè)計模式，整個設(shè)計過程具有自動化和高效化兩方面的主要特點(diǎn)。
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展方向我國從20 世紀(jì)80 年代初才開始機(jī)械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展方向這方面的研究和應(yīng)用工作，研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，并取得了一定的成果。但與日本等先進(jìn)國家相比，仍有相當(dāng)差距。任何一門科學(xué)都是由基礎(chǔ)理論、技術(shù)和工程系統(tǒng)組成的完善體系。機(jī)械自動化在技術(shù)和工程系統(tǒng)方面已有很大的發(fā)展，但基礎(chǔ)理論方面尚在發(fā)展中，還很不完備。所以今后的發(fā)展方向有如下幾個方面。
4.1 機(jī)電一體化
機(jī)電一體化就是機(jī)械自動化的發(fā)展和延伸，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品只有向機(jī)電一體化方向發(fā)展，才是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的唯一出路。
4.2 智能化
智能化是21 世紀(jì)機(jī)械自動化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。這里所說的“智能化” 是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混飩動力學(xué)等新思想、新方法， 模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得更高的控制目標(biāo)。誠然，使機(jī)械自動化產(chǎn)品具有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
4.3 模塊化
模塊化是一項(xiàng)重要而又艱巨的工程。由于機(jī)械自動化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)械自動化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能減速、電動機(jī)于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品，同時也可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械自動化單元的企業(yè)，還是對生產(chǎn)機(jī)械自動化產(chǎn)品的企業(yè)，模塊化將給機(jī)械自動化企業(yè)帶來美好的前程。
4.4 網(wǎng)絡(luò)化
20 世紀(jì)90 年代，計算機(jī)技術(shù)的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們?nèi)粘Ｉ顜砹司薮蟮淖兏?。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一體，企業(yè)間的競爭也趨于全球化。機(jī)械自動化的新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)化的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)械自動化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢。利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成以計算機(jī)為中心的計算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使人們在家里充分享受各種高技術(shù)帶來的便利和快樂。因此，機(jī)械自動化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
4.5 微型化
微型化興起于20 世紀(jì)80 年代末，指的是機(jī)械自動化向微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外將其稱為微電子機(jī)械系統(tǒng)，或微機(jī)械自動化系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過1 cm3 的機(jī)械自動化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)械自動化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動靈活， 在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機(jī)械自動化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)械自動化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
4.6 綠色化
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大的變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中， 符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率最高。設(shè)計綠色的機(jī)械自動化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)械自動化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染環(huán)境，報廢后能回收利用。
4.7 人格化
未來的機(jī)械自動化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)械自動化的人格化有兩層含義：一層是機(jī)械自動化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機(jī)械自動化的智能、情感、人性顯得越來越重要，別是對家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化；另一層是模仿生物機(jī)理、研制各種機(jī)械自動化產(chǎn)品，實(shí)事上，許多機(jī)械自動化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。
當(dāng)今社會科技日新月異，各種新技術(shù)不斷出現(xiàn)，機(jī)械設(shè)計產(chǎn)品的隨科技含量不斷增強(qiáng)，機(jī)械設(shè)計技術(shù)水平的競爭已經(jīng)趨于白熱化，在激烈的市場競爭中，要處于不敗之地,必須不斷改進(jìn)技術(shù)、降低成本、提高工作效率，些也是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計方法的發(fā)展趨勢和方向。
隨著科技的發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，機(jī)械設(shè)計方法已經(jīng)有了實(shí)質(zhì)性改變，新成果不豐富著機(jī)械設(shè)計的思想、論以及方法，促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計發(fā)展和變革。廣大機(jī)械設(shè)計師，應(yīng)不斷更新設(shè)計思維和方法，更好地運(yùn)用現(xiàn)代科技，不斷提高設(shè)計水平，提升市場競爭力。