變型產(chǎn)品設(shè)計(jì)課件

*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)*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)*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)。*4▲學(xué)習(xí)重點(diǎn)相似系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)*5§7-1概述1變型產(chǎn)品的特點(diǎn)☆靈活善“變”☆迅速☆低廉*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)?！畈考ㄓ没町a(chǎn)品系列化2變型產(chǎn)品與“三化”*7☆部件通用化

指同一類型，不同規(guī)格或不同類型的產(chǎn)品，提高部分零件或部件彼此相互通用的程度。返回*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)過經(jīng)濟(jì)和技術(shù)分析，適當(dāng)?shù)丶右詺w并和簡化，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*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)展功能的同類型變型產(chǎn)品。

具有相同動(dòng)力參數(shù)的不同類型產(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)品的系列類型

*10工程機(jī)械族*114優(yōu)先數(shù)數(shù)與標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)公公比▲產(chǎn)品的的特征征參數(shù)數(shù)→表征征產(chǎn)品品使用用性能能的參參數(shù)→提供供配套套用的的參數(shù)數(shù)→其他他參數(shù)數(shù)▲數(shù)值的“擴(kuò)播性”*12▲優(yōu)先先數(shù)數(shù)與與標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)公公比比優(yōu)先先數(shù)數(shù)是是由由公公比比為為導(dǎo)出出的的一一組組近近似似等等比比的的數(shù)數(shù)列列，，各各數(shù)數(shù)列列分分別別用用R5、R10、R20、R40表示示，，為為基基本本系系列列。。優(yōu)先先數(shù)數(shù)系系的的派派生生系系列列是是從從基基本本系系列列中中每每隔隔P項(xiàng)值值導(dǎo)導(dǎo)出出的的系系列列。。*13▲優(yōu)先先數(shù)數(shù)的的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)→按等等比比級級數(shù)數(shù)制制定定，，提提供供了了一一種種“相對對差差”，不不變變的的尺尺寸寸及及參參數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)值值分分級級制制度度→國際際上上統(tǒng)統(tǒng)一一的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，，有有利利于于產(chǎn)產(chǎn)品品標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化和和參參數(shù)數(shù)統(tǒng)一一協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)→優(yōu)先先數(shù)數(shù)系系有有較較廣廣泛泛的的適適應(yīng)應(yīng)性性→在設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)系系列列產(chǎn)產(chǎn)品品時(shí)時(shí)利利用用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)公公比比和和優(yōu)優(yōu)先先數(shù)數(shù)將將使使設(shè)計(jì)計(jì)更更合合理理，，更更簡簡便便*14▲優(yōu)先先數(shù)數(shù)系系參參數(shù)數(shù)的的選選用用→應(yīng)使使在在經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)性性或或配配套套互互換換上上有有重重要要影影響響的的主主參參數(shù)數(shù)采采用用優(yōu)優(yōu)先先數(shù)數(shù)→當(dāng)產(chǎn)品尺寸參參數(shù)和性能參參數(shù)有矛盾時(shí)時(shí)，通常常首先選尺寸寸參數(shù)為優(yōu)先先數(shù)→當(dāng)產(chǎn)品的裝配配尺寸和零件件尺寸不能同同時(shí)為優(yōu)先數(shù)時(shí)，，應(yīng)優(yōu)先使零零件尺寸采用用優(yōu)先數(shù)→一個(gè)零件的各各種尺寸中，，互換性尺寸寸或重要的聯(lián)接尺尺寸應(yīng)優(yōu)選用用優(yōu)先數(shù)*15▲優(yōu)先數(shù)系的選選用→應(yīng)遵循“先疏后密”的原則，盡可可能首先選用用基本系列：：一般機(jī)械的主主參數(shù)可選R5~R10專用工具的主主要尺寸可選選R10通用型材、零零件和工具尺尺寸、鑄件壁壁厚等可取R20~R40→當(dāng)基本系列的的公比不能滿滿足分級要求求，可選用派派生系列應(yīng)優(yōu)先選用公公比較大和延延伸項(xiàng)中含有有項(xiàng)值1的派生系列→當(dāng)整個(gè)系列范范圍很大，不不同區(qū)間內(nèi)需需要量和功能能價(jià)值相差懸殊時(shí)，允允許分段選用用最適宜的基基本系列或派派生系列，構(gòu)成復(fù)合系列列*16*17§7-2相似系列產(chǎn)品品的設(shè)計(jì)1相似系列產(chǎn)品品系統(tǒng)相似、尺尺寸與性能參參數(shù)皆成一定定比例關(guān)系的的縱系列產(chǎn)品。相似系列產(chǎn)品品不是按單個(gè)個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的的，而是在基基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)礎(chǔ)上通過相似似理論利用量量綱齊次原理理和相似比關(guān)系計(jì)算算出全系列產(chǎn)產(chǎn)品的尺寸和和參數(shù)，可節(jié)節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間并降低低設(shè)計(jì)成本。。*182基本相似理論論2.1相似概概念一組物物理現(xiàn)現(xiàn)象在在物理理過程程中，，在對對應(yīng)點(diǎn)點(diǎn)上基基本參參數(shù)之之間成固定定的數(shù)數(shù)量比比例關(guān)關(guān)系，，稱這這—組物理理現(xiàn)象象為相相似。?！鴰缀蜗嘞嗨苾蓚€(gè)幾幾何相相似的的圖形形或物物體,其對應(yīng)應(yīng)部分分的比比值等等于同同一個(gè)常常數(shù)?！鴦?dòng)力學(xué)學(xué)相似似在幾何何相似似的力力場中中，力力相似似或連連同轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩相相似▲運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)相似似運(yùn)動(dòng)路路線幾幾何相相似，，對應(yīng)應(yīng)點(diǎn)的的速度度（加加速度度）方方向相相同，，而大小小相應(yīng)應(yīng)成比比例。。*19*20幾何相相似、、動(dòng)力力學(xué)相相似和和運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)相相似的的關(guān)系系在兩個(gè)個(gè)相似似的系系統(tǒng)中中，若若滿足足幾何何相似似、動(dòng)動(dòng)力學(xué)學(xué)相似似和運(yùn)運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)相似似，則則兩系系統(tǒng)的的性能能相似似。其其中，，幾何何相似似是條條件，，動(dòng)力力學(xué)相相似是是關(guān)鍵鍵。也也就是是說，，凡是是在幾幾何相相似的的條件件下，，求得得的動(dòng)動(dòng)力學(xué)學(xué)相似似的解解，也也能滿滿足運(yùn)運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)的相相似。。*212.2相似準(zhǔn)準(zhǔn)則將物理理現(xiàn)象象作用用的物物理規(guī)規(guī)律所所涉及及的一一些物物理量量，規(guī)規(guī)定表表達(dá)為為一無無量綱綱綜合合數(shù)群群。在在一個(gè)個(gè)現(xiàn)象象中的的不同同點(diǎn)上上和不不同時(shí)時(shí)刻，，此數(shù)數(shù)群的的數(shù)值值不同同。當(dāng)一個(gè)個(gè)現(xiàn)象象在對對應(yīng)時(shí)時(shí)刻、、對應(yīng)應(yīng)點(diǎn)上上此綜綜合數(shù)數(shù)群的的值兩兩兩相相等時(shí)時(shí)，此此二現(xiàn)現(xiàn)象為為相似似，此此無量量綱綜綜合數(shù)數(shù)群稱稱為相相似準(zhǔn)準(zhǔn)則。。*22例如，，描述述慣性性的牛牛頓第第二定定律F=ma，表達(dá)達(dá)了慣慣性力F與質(zhì)量量m和加速速度a間的關(guān)關(guān)系。。若等等式兩兩邊各各量用用其相應(yīng)的的量綱綱表達(dá)達(dá)，并并用等等式右右邊量量綱除除以左左邊時(shí)時(shí)，可可得到到表征慣慣性力力的無無量綱綱綜合合數(shù)群群：此數(shù)群群由牛牛頓第第二定定律得得來，，可稱稱為牛牛頓準(zhǔn)準(zhǔn)則或或牛頓頓數(shù)。若二現(xiàn)現(xiàn)象的的慣性性力相相似，，必須須任意意點(diǎn)、、任意意對應(yīng)應(yīng)時(shí)刻刻的Ne相同。。*23相似準(zhǔn)準(zhǔn)則的的特點(diǎn)點(diǎn)△相似準(zhǔn)準(zhǔn)則不不是一一個(gè)物物理量量，而而是多多個(gè)物理量量的組組合△相似似準(zhǔn)則則是綜綜合數(shù)數(shù)群，，為無無量綱綱△相似似準(zhǔn)則則是不不變量量，而而非“常量”。*242.3相似指指標(biāo)▲是指由由相似似準(zhǔn)則則中與與各參參數(shù)對對應(yīng)的的相似常數(shù)數(shù)構(gòu)成成的關(guān)關(guān)系如與牛牛頓準(zhǔn)準(zhǔn)則相相應(yīng)的的相似似指標(biāo)標(biāo)Π為:二現(xiàn)象象相似似時(shí)其其相似似指標(biāo)標(biāo)的值值必為為1。*25▲相似常常數(shù)、、相似似指標(biāo)標(biāo)和相相似準(zhǔn)準(zhǔn)則意意義上上的差差別△相似常常數(shù)是是在兩兩相似似現(xiàn)象象上的的對應(yīng)應(yīng)點(diǎn)上上，每每一個(gè)個(gè)物物理理量量的的比比值值保保持持恒恒定定的的數(shù)數(shù)值值，，但但當(dāng)當(dāng)用用另一一相相似似現(xiàn)現(xiàn)象象替替代代時(shí)時(shí)，，比比值值發(fā)發(fā)生生變變化化即即相相似似比不不同同。?！飨嗨扑浦钢笜?biāo)標(biāo)是是相相似似常常數(shù)數(shù)組組成成的的數(shù)數(shù)群群，，在在相相似似現(xiàn)現(xiàn)象中中，，相相似似指指標(biāo)標(biāo)=1?！飨嗨扑茰?zhǔn)準(zhǔn)則則與與相相似似常常數(shù)數(shù)都都為為無無量量綱綱，，但但意意義義不不同。。在在相相似似現(xiàn)現(xiàn)象象中中，，相相似似常常數(shù)數(shù)可可變變化化，，但但相相似準(zhǔn)準(zhǔn)則則不不變變。。*262.4相似似三三定定理理相似似三三定定理理是是相相似似設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的理理論論基基礎(chǔ)礎(chǔ)。。1868年法法國國科科學(xué)學(xué)家家貝貝特特朗朗(J．Bertrand)，以以力力學(xué)學(xué)方方程程分分析析為為基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，首首先先確確定定了了相相似似第第一一定定律律，，描描述述了了相相似似現(xiàn)現(xiàn)象象的的基基本本特特性性。。1914年美美國國的的波波金金漢漢(E．Buckingham)提出出相相似似第第二二定定理理，，分分析析了了相相似似現(xiàn)現(xiàn)象象各各物物理理參參量量的的表表達(dá)達(dá)。。1930年蘇蘇聯(lián)聯(lián)學(xué)學(xué)者者基基爾爾皮皮契契夫夫和和古古赫赫曼曼提提出出了了相相似似第第三三定定理理，，回回答答了了相相似似現(xiàn)現(xiàn)象象的的充充分分而而必必要要的的條條件件。。*27▲相似似第第一一定定理理-正定定理理對于于相相似似現(xiàn)現(xiàn)象象，，其其相相似似指指標(biāo)標(biāo)Π等于于1，或或其其相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)則則數(shù)數(shù)值值相相同同。。理解解：：△相似似現(xiàn)現(xiàn)象象各各對對應(yīng)應(yīng)點(diǎn)點(diǎn)的的相相似似常常數(shù)數(shù)之之比比即即相相似似指指標(biāo)標(biāo)等等于于1△相似似現(xiàn)現(xiàn)象象各各對對應(yīng)應(yīng)點(diǎn)點(diǎn)的的物物理理量量的的比比值值即即相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)則則具具有有同同一數(shù)數(shù)值值，，顯顯示示了了物物理理過過程程內(nèi)內(nèi)在在聯(lián)聯(lián)系系△用第第—定理理來來指指導(dǎo)導(dǎo)模模型型實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)或或進(jìn)進(jìn)行行相相似似設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)，，首首先先要要導(dǎo)出出相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)則則，，然然后后在在實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中中測測量量或或計(jì)計(jì)算算相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)則則包包含的的一一切切物物理理量量*28▲相似似第第二二定定理理-ΠΠ定理理設(shè)一一個(gè)個(gè)物物理理系系統(tǒng)統(tǒng)有有n個(gè)物物理理量量，，其其中中k個(gè)物物理理量量的的量量綱綱是是相相互互獨(dú)獨(dú)立立的的，，則則它它們們可可表表達(dá)達(dá)成成(n-k)個(gè)相似準(zhǔn)準(zhǔn)則的函函數(shù)關(guān)系系(即相似準(zhǔn)準(zhǔn)則個(gè)數(shù)數(shù)=n-k)*29△相似第二二定理的的表達(dá)式式若描述某某現(xiàn)象的的方程為為:式中:a1,a2,…,ak-相互獨(dú)立立的物理理量(基本物理理量)bk+1,bk+2,…bn-導(dǎo)出的物物理量n-系統(tǒng)物理理量總數(shù)數(shù)k-基本物理理量總數(shù)數(shù)(相互獨(dú)立立的基本本量綱數(shù)數(shù)目)方程中各各項(xiàng)量綱綱都是齊齊次的，，上式可可以轉(zhuǎn)換換無因次次的準(zhǔn)則方方程：謂之準(zhǔn)則則關(guān)系式式或π關(guān)系式。。*30△對相似第第二定理理的理解解⑴描述現(xiàn)象象的方程程都可以以轉(zhuǎn)換成成無因次次的準(zhǔn)則則方程⑵相似準(zhǔn)則則有(n—k)個(gè)⑶如果把某某現(xiàn)象的的試驗(yàn)結(jié)結(jié)果（設(shè)設(shè)計(jì)結(jié)果果）整理理成準(zhǔn)則方程，，則該式式就可以以推廣到到與該試試驗(yàn)結(jié)果果相似的所有其其他試驗(yàn)驗(yàn)上去，，因而有有利于試試驗(yàn)結(jié)果果的推廣和應(yīng)用用。*31▲相似第三三定理—逆定理對于同一一類現(xiàn)象象，如單單值量相相似，且且由單值值量組成成的相似似準(zhǔn)則在在數(shù)值上上相等，，則現(xiàn)象象相似所謂單值量量，是指單單值條件（（即影響因因素）中的的物理量。。單值條件包包括：△幾何條件（（空間條件件）△物理?xiàng)l條件（（介質(zhì)質(zhì)條件件）△邊界條條件△初始條條件（（時(shí)間間條件件）*32△對相似似第三三定理理的理理解⑴兩現(xiàn)象象相似似，除除其對對應(yīng)點(diǎn)點(diǎn)上的的物理理量組組成的相相似準(zhǔn)準(zhǔn)則的的數(shù)值值相同同外，，還必必須具具備初始始狀態(tài)態(tài)相同同的條條件。。⑵相似第第三定定理是是構(gòu)成成現(xiàn)象象相似似的充充分必必要條件件。*333．相似似比方方程3.1方程分分析法法當(dāng)二現(xiàn)現(xiàn)象相相似時(shí)時(shí)，其其表達(dá)達(dá)方程程式的的形式式應(yīng)完完全相相同且且方程中任任意對對應(yīng)二二項(xiàng)的的比值值相等等。即對某某系統(tǒng)統(tǒng)有：：則與此此相似似的現(xiàn)現(xiàn)象當(dāng)當(dāng)有：：將比例例式予予以轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，，有：：將各相相似比比代入入上式式，即即可求求得二二相似似現(xiàn)象象得相相似指指標(biāo)。。方程中中若有有微分分符號號，計(jì)計(jì)算相相似指指標(biāo)時(shí)時(shí)將微微分運(yùn)運(yùn)算符符號刪刪去即即可，，如將將用用代代替。。*34▲方程分分析法法的步步驟△列出所所需物物理或或幾何何關(guān)系系方程程式△用方程程式中中的任任一項(xiàng)項(xiàng)去除除其他他各項(xiàng)項(xiàng)△將所有有微分分運(yùn)算算符號號刪去去，用用相應(yīng)應(yīng)量的比值值代替替△將各項(xiàng)項(xiàng)比值值中的的相應(yīng)應(yīng)參數(shù)數(shù)用相相應(yīng)的的相似比代代替，，并令令其等等于1，所得得各關(guān)關(guān)系式即為為二相相似現(xiàn)現(xiàn)象間間的各各相似似指標(biāo)標(biāo)。*35例確定小小變形形時(shí)梁梁的彎彎曲變變形相相似指指標(biāo)解：在在此情情況下下描述述梁的的彎曲曲變形形的方方程為為：式中：：E-彈性模模量J-截面的的慣性性矩x-截面沿沿梁軸軸線方方向的的坐標(biāo)標(biāo)y-截面垂垂直梁梁方向向的位位移（（撓度度）變換上上式，，可得得：用M除以各各項(xiàng)可可得：：*36刪去微微分運(yùn)運(yùn)算符符號，，可得得：考慮到到彎矩矩M與外力力F與梁的的長度度l有關(guān)，，坐標(biāo)標(biāo)x也與梁的長長度l有關(guān)，，計(jì)算算相似似比時(shí)時(shí)乘、、除常常數(shù)均均可消消去，，分別將式式中有有關(guān)參參數(shù)用用相應(yīng)應(yīng)得相相似比比代替替，代代入方方程并并令其其等于1（因此此處除除常數(shù)數(shù)1外只有有一項(xiàng)項(xiàng)，常常數(shù)1不予考考慮）），可得：：若二梁梁截面面形狀狀亦相相似，，有代入上上式有有*37例二求方程程的的相似似比方方程解：對題目目所給給方程程進(jìn)行行變換換得：：用A除以各各項(xiàng)可可得：：計(jì)算相相似比比時(shí)乘乘、除除常數(shù)數(shù)均可可不考考慮，，即不不考慮慮C的影響，，分別別將式式中有有關(guān)參參數(shù)用用相應(yīng)應(yīng)得相相似比比代替替，代代入方程并并令其其等于于1（因此此處除除常數(shù)數(shù)1外只有有一項(xiàng)項(xiàng)，常常數(shù)1不予考考慮）），可可得：：*38結(jié)論當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)相似似時(shí)相相似比比方程程中各各參數(shù)數(shù)相似似比的的關(guān)系系對應(yīng)應(yīng)于物物理或或幾何何關(guān)系系中的的參數(shù)數(shù)關(guān)系系，常常數(shù)項(xiàng)項(xiàng)不出出現(xiàn)。。*393.2由相似似第一一定理理求相相似比比方程程通過例例題予予以說說明。。例三：：兩簡簡支梁梁系統(tǒng)統(tǒng)剛度度相似似，試試求其其相似似比方方程。。解：梁的彎彎曲變變形微微分方方程為為⑴式中中各各符符號號的的含含義義與與例例一一同同。。量綱綱等等效效*40由⑴⑴得得相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)則則由相相似似第第一一定定理理，，兩兩系系統(tǒng)統(tǒng)相相似似，，相似似準(zhǔn)準(zhǔn)則則相相同同相似似指指標(biāo)標(biāo)為為1此為為要要求求的的相相似似比比方方程程。。*413.3用量量綱綱分分析析法法求求相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)則則▲對于于關(guān)關(guān)系系式式未未知知的的物物理理系系統(tǒng)統(tǒng)，，可可用用量量綱綱分分析析法，，先先求求出出物物理理量量間間的的關(guān)關(guān)系系式式，，再再求求其其相相應(yīng)應(yīng)的相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)則則▲物理量量的的基基本本量量綱綱有有三三種種，，分分兩兩種種系系統(tǒng)統(tǒng)力(量綱綱)系統(tǒng)統(tǒng)：：力力[F]、長長度度[L]和時(shí)時(shí)間間[T]質(zhì)量量(量綱綱)系統(tǒng)統(tǒng)：：質(zhì)質(zhì)量量[M]、長長度度[L]和時(shí)時(shí)間間[T]▲量綱分分析析法法的的理理論論基基礎(chǔ)礎(chǔ)是是：：方方程程等等號號兩兩邊邊量量綱齊次次*42量綱分分析法法的具具體過過程設(shè)描述述某相相似現(xiàn)現(xiàn)象的的物理理量有有n個(gè)，但但基本本量（（相互獨(dú)立立者））只有有k個(gè)，根根據(jù)相相似第第二定定理，，這這一現(xiàn)現(xiàn)象將將有（n-k)個(gè)相似似準(zhǔn)則則，其其一般般表達(dá)達(dá)式為為：將各物物理量量的量量綱均均用基基本量量綱[Jj]表達(dá)，，整理理得：：因?yàn)棣惺菬o量量綱數(shù)數(shù)群，，根據(jù)據(jù)方程程等號號兩邊邊量綱綱齊次次，有有*43此方程程組有有n個(gè)未知知數(shù)，，但只只有k個(gè)方程程，故故須對對(n-k)個(gè)未知知數(shù)給給定(n-k)組不同同的數(shù)數(shù)值，，可以以求得得(n-k)組獨(dú)立立解，，從而而得到到(n-k)個(gè)相似似準(zhǔn)則則。再再將各各準(zhǔn)則則中相應(yīng)物物理量量代以以相似似比，，并令令指標(biāo)標(biāo)等于于1，即求求得各各相似指標(biāo)標(biāo)了。。*44例四分析物物體受受力運(yùn)運(yùn)動(dòng)的的相似似比關(guān)關(guān)系式式解：描述物物體受受力運(yùn)運(yùn)動(dòng)的的量有有力F、速度度v、和時(shí)時(shí)間t。相似似準(zhǔn)則則π的一般般表達(dá)達(dá)式可可寫為為：將各量量用基基本量量綱[L]、[M]、[T]表達(dá)，，則有有由量綱綱齊次次，有有對于[M],a+b=0對于[L],a+c=0對于[T],-2a-c+d=0*45令a=1,可得b=-1,c=-1,d=1故這就是是牛頓頓準(zhǔn)則則。若若代以以相應(yīng)應(yīng)的相相似比比，并并令其其等于1，可得得所要要求的的相似似指標(biāo)標(biāo)：*46例五分析機(jī)機(jī)床床床身強(qiáng)強(qiáng)迫振振動(dòng)的的相似似比關(guān)關(guān)系式式解：機(jī)床強(qiáng)強(qiáng)迫振振動(dòng)的的頻率率f(s-1)與長度度l(mm)、材料料密度(g/mm3)及彈性性模量量E[N/mm2→(kg·m/s2)/mm2]有關(guān)。。式中，，C為系數(shù)數(shù)列量綱綱方程程式*47根據(jù)方方程兩兩端量量綱齊齊次，，可得得}{故，床床身強(qiáng)強(qiáng)迫振振動(dòng)頻頻率關(guān)關(guān)系式式為若兩系系統(tǒng)相相似，，其相相似比比方程程為*484模型設(shè)設(shè)計(jì)與與試驗(yàn)驗(yàn)4.1模型設(shè)設(shè)計(jì)基基本原原則△模型與與原型型(基型)應(yīng)當(dāng)幾幾何相相似△模型與與原型型用同同樣物物理關(guān)關(guān)系式式或微微分方方程描描述△模型與與原型型的初初始條條件、、邊界界條件件相似似△模型與與原型型的同同類物物理參參數(shù)對對應(yīng)成成比例例(載荷、、速度、、溫度度、預(yù)預(yù)應(yīng)力力等)，而且且比值值為常常數(shù)。。*494.2模型設(shè)設(shè)計(jì)步步驟導(dǎo)出出相相似似指指標(biāo)標(biāo)與與準(zhǔn)準(zhǔn)則則用同同樣樣的的物物理理方方程程式式描描述述原原型型與與模模型型，，應(yīng)應(yīng)用用相相似似三三定定理理導(dǎo)導(dǎo)出出相相似似指指標(biāo)標(biāo)和和相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)則則。。選材料模型材料不不一定與原原型材料相相同。確定定模型材料料時(shí)時(shí)要要滿滿足足相相應(yīng)應(yīng)的的有有關(guān)關(guān)相相似似準(zhǔn)準(zhǔn)則則。。對對模模型型材材料料的性性能能作作如如下下要要求求：：彈性性模模量量小小，，作作用用力力小小時(shí)時(shí)，，變變形形大大，，對對加加載載、、測測量量有有利利；；在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)載荷荷范圍圍內(nèi)，，材料料的應(yīng)應(yīng)力-變形呈呈線性性關(guān)系系；有一定的強(qiáng)度度，加工性能能好，便于制制造。*50定尺寸寸模型各各部分分尺寸寸將由由幾何何常數(shù)數(shù)確定定。原原型與與模型型的長長度相相似比比大于于1為縮小小模型型；小小于1為放大大模型型。確定模模型尺尺寸，，要考考慮模模型的的安裝裝、加加載和和測量量，模模型尺尺寸過過大或或過小小都會會使測測量困困難。。確定結(jié)結(jié)構(gòu)模型結(jié)結(jié)構(gòu)不不必與與原型型結(jié)構(gòu)構(gòu)完全全相同同，模模型可可適當(dāng)當(dāng)簡化，忽忽略對對整機(jī)機(jī)性能能影響響不大大的次次要部部件或或尺寸寸較小小的部件，，外形形也可可適當(dāng)當(dāng)簡化化。注意簡簡化后后的模模型要要保持持主要要結(jié)構(gòu)構(gòu)性能能與原原型一一致。。*515相似系系列產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)要要點(diǎn)5.1基本思路在基型設(shè)計(jì)的的基礎(chǔ)上通過過相似原理求求出系列中其其它產(chǎn)品的參數(shù)和和尺寸。5.2設(shè)計(jì)步驟基型設(shè)計(jì)基型產(chǎn)品一一般選在系系列的中檔檔，為使用用較多的型型號。*52確定相似類類型▲幾何相似產(chǎn)產(chǎn)品系列系列中各產(chǎn)產(chǎn)品的相應(yīng)應(yīng)的幾何尺尺寸都固定定成比例，，相似比為為定值?！鴰缀伟胂嗨扑飘a(chǎn)品系列列完全符合幾幾何相似的的產(chǎn)品系列，，各參數(shù)和和尺寸根據(jù)使用和和工藝要求求可有不同的比例例關(guān)系。如右圖所示示的機(jī)床。。*53注意：⑴對設(shè)計(jì)產(chǎn)品品來說，發(fā)發(fā)展系列產(chǎn)產(chǎn)品不僅是是幾何尺寸寸上的放大與縮小小，它還要要求采用相相同的材料料，相同的的工藝，特別希望達(dá)達(dá)到相同的的材料利用用率，亦即即希望所產(chǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)當(dāng)相相同。因而而在設(shè)計(jì)中中要保持幾幾何相似、、動(dòng)力相似，且主主要考慮彈彈性力與慣慣性力，并并希望材料料不變，應(yīng)力相同時(shí)時(shí)，有關(guān)參參量的相似似比均可表表達(dá)為幾何何尺寸相似比的一一定關(guān)系。。⑵即使是幾何何相似的系系列產(chǎn)品，，某些結(jié)構(gòu)構(gòu)尺寸也不不可能成比例。*54級差公比的的選擇和計(jì)計(jì)算⑴級差公比的的選擇原則則△在一定的范范圍內(nèi)，使使用者希望望級差公比比小些，增增加系列產(chǎn)產(chǎn)品的種類類，便于選選用；而生生產(chǎn)者則希希望級差公公比大些，，減少系列列產(chǎn)品種類類，以降低低加工成本本。△設(shè)計(jì)中應(yīng)盡盡量選用GB321-86中的標(biāo)準(zhǔn)公公比作為級級差?！骺扇盗胁刹捎猛患壖壊睿灰部煽稍谑褂幂^較頻繁的中中段用一種級差，，而系列的的兩端用另另一種級差差；或者采采用前大后后小的級差。*55⑵級差公比的的計(jì)算根據(jù)市場調(diào)調(diào)查和用戶戶訪問結(jié)果果，初步可可以定出參參數(shù)變化范范圍及擬劃劃分的級數(shù)數(shù)，可按等等比級數(shù)的的規(guī)律求級級差公比。。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)按按標(biāo)準(zhǔn)取一一最接近的的標(biāo)準(zhǔn)值。。*56例8求有關(guān)級差差公比已知：升降機(jī)系系列8種產(chǎn)品相相似。承承載量F=25~250KN，要求求分布布前疏疏后密；提提升速速度V=0.1~0.15m/s求：系列產(chǎn)產(chǎn)品的的承載載量、、提升升速度度和提提升功率率的級級差公公比。。*57解：⑴求承載載量的的級差差公比比若級差差相等等按題意意，要要求承承載量量公比比前疏疏后密密，則則前4項(xiàng)取標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)公比比ΦF’=1.6>1.39,為R5系列，，即后4項(xiàng)取標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)公公比ΦF’=1.25<1.39,為R10系列，，即*58⑵求提升升速度度級差差若級差差相等等取標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)公比比ΦV=1.06,為R40系列，，即*59⑶求提升升功率率級差差提升功功率P=FV功率級級差：：前四項(xiàng)項(xiàng)：后四項(xiàng)項(xiàng)：*60求擴(kuò)展展型產(chǎn)產(chǎn)品的的參數(shù)數(shù)及尺尺寸⑴計(jì)算法法已知基基型產(chǎn)產(chǎn)品的的參數(shù)數(shù)K0、參數(shù)數(shù)相似似比為為ΦK，擴(kuò)展型距距基型型的級級數(shù)為為P，則擬擬求的的擴(kuò)展展型參參數(shù)K為：當(dāng)P>0時(shí)，求求得的的是增增大的的擴(kuò)展展型參參數(shù)；；當(dāng)P<0時(shí)，求求得的的是縮縮小的的擴(kuò)展展型參參數(shù)；；⑵作圖法法（略略）*61例9設(shè)計(jì)圓圓柱銷銷系列列中各各圓柱柱銷的的尺寸寸、面面積、、體積積。要要求銷銷長l=10~125mm，12種規(guī)格格，長長徑比比l/d=5。解：⑴長度級級差⑵基型圓圓柱銷銷設(shè)計(jì)計(jì)在系列列中部部選基基型銷銷，尺尺寸取取優(yōu)先先數(shù)*62⑶由方程程分析析法求求其他他尺寸寸與參參數(shù)級級差*63⑷各擴(kuò)展展型圓圓柱銷銷的參參數(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)展型型(縮小)擴(kuò)展型型(擴(kuò)大)*64確定全全系列列產(chǎn)品品結(jié)構(gòu)構(gòu)尺寸寸和參參數(shù)▲對參數(shù)數(shù)、尺尺寸等等作必必要的的圓整整和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化化處理，，以便便于加加工、、裝配配和維維修▲在系列列各型型產(chǎn)品品中盡盡量考考慮某某些部部件通通用化▲在基型型優(yōu)化化設(shè)計(jì)計(jì)的基基礎(chǔ)上上，進(jìn)進(jìn)一步步從全全系列優(yōu)優(yōu)化的的角度度對有有關(guān)結(jié)結(jié)構(gòu)尺尺寸、、參數(shù)數(shù)進(jìn)行修修正，，使性性能好好，成成本低低，完完成系系列設(shè)計(jì)計(jì)。*65§7-3模塊化化產(chǎn)品品設(shè)計(jì)計(jì)1模塊化化設(shè)計(jì)計(jì)1.1模塊化化設(shè)計(jì)計(jì)的核核心思思想將系統(tǒng)統(tǒng)根據(jù)據(jù)功能能分解解為若若干模模塊，，通過過模塊塊的不同組組合，，可以以得到到不同同品種種，不不同規(guī)規(guī)格的的產(chǎn)品品。1.2機(jī)械產(chǎn)產(chǎn)品模模塊是一組組具有有同一一功能能和結(jié)結(jié)合要要素（（指聯(lián)聯(lián)結(jié)部部位的形狀狀、尺尺寸、、聯(lián)接接件間間的配配合或或嚙合合參數(shù)數(shù)等）），但性能能和結(jié)結(jié)構(gòu)不不同，，卻能能互換換的單單元。。*661.3模塊化化設(shè)計(jì)計(jì)是將產(chǎn)產(chǎn)品上上同一一功能能的單單元設(shè)設(shè)計(jì)成成具有有不同同性能能，可可以互互換的的模塊塊，選選用不不同模模塊，，即可可組成成不同同類型型，不不同規(guī)規(guī)格的的產(chǎn)品品。*671.4模塊化化設(shè)計(jì)計(jì)的原原則力求以以少數(shù)數(shù)模塊塊組成成盡可可能多多的產(chǎn)產(chǎn)品，并并在滿滿足用用戶要要求的的基礎(chǔ)礎(chǔ)上使使產(chǎn)品品精度高高、性性能穩(wěn)穩(wěn)定、、結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單單、成成本低低廉。*682模塊化化設(shè)計(jì)計(jì)的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)▲產(chǎn)品更更新?lián)Q換代較較快▲可以縮縮短設(shè)計(jì)計(jì)和制造造周期▲可以降降低成本本▲維修方方便必要要時(shí)可只只更換模模塊▲模塊化化設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)對產(chǎn)品品的功能能劃分及及模塊設(shè)計(jì)計(jì)進(jìn)行了了精心研研究模塊設(shè)計(jì)計(jì)用于生生產(chǎn)批量量較小的的系列產(chǎn)產(chǎn)品是特特別有利利的*693模塊化設(shè)設(shè)計(jì)的方方式▲橫系列模模塊化設(shè)設(shè)計(jì)即在不改改變產(chǎn)品品主參數(shù)數(shù)條件下下，利用用模塊發(fā)發(fā)展變型型產(chǎn)品。?！盗心ＤK化設(shè)設(shè)計(jì)全系列包包括縱系系列和橫橫系列。?？v系列列模塊系系統(tǒng)中，，產(chǎn)品功能能及原理理方案相相同，結(jié)結(jié)構(gòu)相似似，而參參數(shù)尺寸寸有變化。隨參參數(shù)變化化對系列列產(chǎn)品劃劃分合理理區(qū)段，，同一區(qū)區(qū)段內(nèi)模塊通用用?！缦盗心ＤK化設(shè)設(shè)計(jì)跨系列模模塊系統(tǒng)統(tǒng)中包括括具有相相近動(dòng)力力參數(shù)的的不同類類型產(chǎn)品。。一是在在相同基基礎(chǔ)件結(jié)結(jié)構(gòu)上選選用不同同模塊組組成跨系列產(chǎn)品品；一是是基礎(chǔ)件件不同的的跨系列列產(chǎn)品中中具有同同一功能的零部部件選用用相同功功能模塊塊。*704模塊的劃劃分及組組合4.1模塊的分分類▲功能模塊塊-功能載體體▲生產(chǎn)模塊塊（基本本模塊））-加工單元元4.2模塊的劃劃分目前模塊塊的實(shí)際際劃分主主要按部部件進(jìn)行行，以保保證：△模塊有有較高的的獨(dú)立性性和完整整性，△便于結(jié)結(jié)合與分分離，容容易保證證裝配質(zhì)質(zhì)量，生生產(chǎn)管理變變動(dòng)較小小。分級模塊塊即把模塊塊分成不不同的級級別，低低一級模模塊組合合便成為為高一級模塊塊*71▲功能模塊塊的劃分分適應(yīng)返回*72模塊劃分分的注意意事項(xiàng)▲注意模塊塊在整個(gè)個(gè)系統(tǒng)中中的作用用及其更更換的可能性性和必要要性▲注意保持持模塊在在功能及及結(jié)構(gòu)方方面的一一定獨(dú)立性與與完整性性▲模塊間的的結(jié)合要要素要便便于聯(lián)接接及分離離▲模塊的的劃分不不能影響響系統(tǒng)的的主要功功能*734.3模塊的組組合▲力求用較較少模塊塊組合成成更多不不同功能能和性能的的變型產(chǎn)產(chǎn)品▲組合方式式·開式(無限數(shù)組組合)·閉式(有限數(shù)組組合)*745.模塊化設(shè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)點(diǎn)▲市場調(diào)查查、用戶戶訪問▲產(chǎn)品規(guī)規(guī)劃▲產(chǎn)品功功能分析析及模塊塊劃分▲精心進(jìn)進(jìn)行、改改進(jìn)模塊塊設(shè)計(jì)▲技術(shù)文件件的編制*75模塊化化設(shè)計(jì)計(jì)技術(shù)術(shù)文件件的主主要內(nèi)內(nèi)容⑴編制模模塊組組合與與配置置各類類產(chǎn)品品的關(guān)關(guān)系表表⑵編制制所有有產(chǎn)品品的模模塊組組和模模塊目目錄表表⑶編制制系列列通用用的制制造和和驗(yàn)收收條件件、合合格證明書書及裝裝箱單單⑷編制制模塊塊式的的使用用說明明，以以適應(yīng)應(yīng)不同同產(chǎn)品品、不不同模模塊的的需要要返回*766模塊化化系列列產(chǎn)品品設(shè)計(jì)計(jì)步驟驟任務(wù)市場調(diào)調(diào)查，，確定系列列型譜譜及主要參參數(shù)基型設(shè)設(shè)計(jì)，，功能分分析，，確定功功能模模塊定結(jié)構(gòu)構(gòu)、材材料、、尺寸，，建立立生產(chǎn)產(chǎn)模塊變型產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)（功能能模塊塊、生產(chǎn)模模塊））全系列列模塊塊統(tǒng)籌籌設(shè)計(jì)計(jì)模塊編編碼建立模模塊管管理系系統(tǒng)完成施施工設(shè)設(shè)計(jì)試制投產(chǎn)*777模塊的的計(jì)算算機(jī)管管理系系統(tǒng)▲工作目目標(biāo)按用戶戶要求求，給給出可可能的的模塊塊組合合方式式或?yàn)樾滦碌哪ＤK設(shè)設(shè)計(jì)提提供信信息，，并進(jìn)進(jìn)行評評價(jià)，選選出最最佳的的一種種組合合方案案，最最后給給出已選選方案案的模模塊組組裝圖圖，明明細(xì)表表及價(jià)價(jià)格表。。*787模塊的的計(jì)算算機(jī)管管理系系統(tǒng)▲系統(tǒng)組組成·數(shù)據(jù)管管理系系統(tǒng)·會話子子系統(tǒng)統(tǒng)·分析子子系統(tǒng)統(tǒng)·圖形子子系統(tǒng)統(tǒng)*79§7-4外圓磨磨床模模塊化化設(shè)計(jì)計(jì)實(shí)例例▲外圓磨磨床用用以實(shí)實(shí)現(xiàn)各各種軸軸類、、盤類類及異異形件件的外圓磨磨削▲利用模模塊化化設(shè)計(jì)計(jì)的思思想建建立一一個(gè)具具有高高適應(yīng)應(yīng)性（柔性性）和和功能能多變變性特特點(diǎn)的的基型型產(chǎn)品品，在在綜合分析析用戶戶需求求的基基礎(chǔ)上上進(jìn)行行系列列設(shè)計(jì)計(jì)，建建立通用用和和專專用用的的零零部部件件（（即即單單元元模模塊塊、、功功能能模模塊），從從而而可可以以迅迅速速組組合合完完各各種種產(chǎn)產(chǎn)品品。。*802．模模塊塊化化總總體體設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)思思想想2.1以功功能能分分析析為為基基礎(chǔ)礎(chǔ)*812.2確定定基基型型產(chǎn)產(chǎn)品品根據(jù)據(jù)市市場場調(diào)調(diào)查查、、技技術(shù)術(shù)預(yù)預(yù)測測、、品品種種規(guī)規(guī)劃劃及及功功能能分分析析，，以以最最大大磨磨削削直直徑徑和和長長度度為為200500mm的高高精精度度半半自自動(dòng)動(dòng)萬萬能能外外圓圓磨磨床床為為基基型型產(chǎn)產(chǎn)品品確定定基基型型產(chǎn)產(chǎn)品品的的原原則則：：△具有有外外圓圓磨磨床床的的基基本本形形式式△具具有有基基本本加加工工性性能能和和萬萬能能性性的的特特點(diǎn)點(diǎn)△具具有有適適中中的的自自動(dòng)動(dòng)化化的的程程度度△具具有有最最高高的的加加工工精精度度特特性性△具具有有磨磨削削規(guī)規(guī)格格適適中中的的特特點(diǎn)點(diǎn)*822.3基型型產(chǎn)產(chǎn)品品的的橫橫系系列列模模塊塊化化設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)本基基型型產(chǎn)產(chǎn)品品橫橫系系列列發(fā)發(fā)展展的的產(chǎn)產(chǎn)品品是是現(xiàn)現(xiàn)代代工工業(yè)業(yè)發(fā)發(fā)展展所所需需要要的的高高精精度度、、高高效效率率切切入入式式外外圓圓磨磨床床。。切入入式式外外圓圓磨磨床床是是在在機(jī)機(jī)床床工工作作臺臺不不動(dòng)動(dòng)的的情情況況下下，，工工件件回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、、砂砂輪輪架架連連續(xù)續(xù)進(jìn)進(jìn)給給（（切切入入））直直接接磨磨削削到到規(guī)規(guī)定定尺尺寸寸的的機(jī)機(jī)床床。。*832.4基型型產(chǎn)產(chǎn)品品的的區(qū)區(qū)間間段段縱縱系系列列和和跨跨系系列列的的模模塊塊化化外圓圓磨磨床床縱縱系系列列的的模模塊塊是是指指最最大大磨磨削削長長度度按按規(guī)規(guī)定定的的長長度度間間隔隔發(fā)發(fā)展展品品種種。。而而跨跨系系列列的的模模塊塊化化是是指指最最大大磨磨削削直直徑徑按按規(guī)規(guī)定定的的系系列列化化發(fā)發(fā)展展品品種種。。本基基型型產(chǎn)產(chǎn)品品縱縱向向發(fā)發(fā)展展的的磨磨削削長長度度為為350、750、1000mm；從最最大大磨磨削削直直徑徑為為200mm跨入入到到最最大大磨磨削削直直徑徑為為320mm。*84建立立模模塊塊和和模模塊塊組組合合3.1在功功能能分分解解基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上建建立立模模塊塊外圓圓磨磨床床模模塊塊化化設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)以以建建立立單單元元模模塊塊為為基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，由由單單元元模模塊塊按按互互換換方方式式在在基基礎(chǔ)礎(chǔ)件件模模塊塊上上組組成成不不同同的的功功能能模模塊塊。。3.2單元元模模塊塊設(shè)設(shè)定定的的原原則則△按機(jī)機(jī)床床的的特特性性分分解解單單元元模模塊塊△單元元模模塊塊具具有有獨(dú)獨(dú)立立性性△模塊塊之之間間的的““接接口口””要要標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化△建立立基基礎(chǔ)礎(chǔ)件件模模塊塊△單元元模模塊塊應(yīng)應(yīng)考考慮慮新新技技術(shù)術(shù)應(yīng)應(yīng)用用的的可可能能性性*853.3主要要模模塊塊的的分分解解1床身身模模塊塊2工作作臺臺模模塊塊3工作作臺臺手手驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)模模塊塊4頭架模模塊5尾架模模塊6砂輪架架模塊塊7橫進(jìn)給給系統(tǒng)統(tǒng)模塊塊8液壓系系統(tǒng)模模塊9電氣模模塊10砂輪休休整器器模塊塊*86①床身功功能模模塊1-a床身模模塊設(shè)立350、500、750、1000mm四種單單元模模塊；；1-b操縱箱箱模塊塊設(shè)立手手動(dòng)型型、半半自動(dòng)動(dòng)型和和自動(dòng)動(dòng)切入入型3種單元元模塊塊1-c后擋水水板模模塊設(shè)立窄窄型和和寬型型兩種種單元元模塊塊。返回*87②工作臺臺功能能模塊塊2-a工作臺臺模塊塊設(shè)立350、500、750、1000mm4種。2-b調(diào)錐度度模塊塊適應(yīng)所所有變變型的的機(jī)床床返回*88③工作臺臺手驅(qū)驅(qū)動(dòng)功功能模模塊由驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)模塊塊及手手、液液動(dòng)互互鎖模模塊組組成。。其中中手、、液動(dòng)動(dòng)互鎖鎖模塊塊可根根據(jù)機(jī)機(jī)床不不同的的性能能要求求選取取。返回*89④頭架功