构思草案图的设计及功能机构确定

设计计划阶段确定了机械的基本技术规格之后，进入草案图阶段就应构思出如何满足技术规格的机械，在构思中逐步将要设计的机械具体化，将构思变成具体的草案图。

构思草案图的过程就是设计人员的想法、思路不断更新、修改，逐渐使草案图完善并满足技术规格要求的过程。草案图绘制阶段的工作流程如图1.1-2所示。

图1.1-2 草案图阶段的工作流程

由图1.1-2可知，草案图是从构思选择能满足功能的机构及结构开始，同时考虑动力、运动及力的传递，静、动态力等约束限制条件，据此将机构和结构具体化，并将构思不断完善的过程，主要着眼点放在机构和结构的选择配置上，只确定草案图上主要零件的尺寸及相互主要关联尺寸，对静、动态力等进行概算，为下一步计划图的设计打基础。草案图阶段需反复构思和确定的内容如图1.1-3所示。

由于草案图是计划图设计的基础，因此草案图的基本尺寸，静、动态力等计算及基本结构关系不能出现差错，否则从计划图到零件图、装配图都可能是错的，因此草案图阶段必须反复构思并确定以下各项内容：

（1）机械的功能 许多机构的功能是单一的，要寻求满足技术规格的功能往往要将总的功能分解成单一机构能满足的分功能，即分解为多个单一功能的组合（参看第2篇第1章）。

（2）机构 构思满足功能的机构及机构的组合结构时，要构思多个方案，从中选出合理、最优方案并将此结构具体化，绘制出草案图（参看第2篇第1章）。

（3）传动方式 传动方式有回转轴、连杆传动和气动液压传动、弹性力等多种，要从功能要求、结构安排等进行比较，还要考虑传动的导向（导轨）（参看第5篇及第6篇相关章节）。

（4）传动的驱动力 有电动、气动、液压等旋转及直线驱动力源，需从功能要求、驱动力源的特点、结构等进行综合构思和选择（参看第6篇及第9篇各章）。

(www.xing528.com)

图1.1-3 草案图阶段需构思和确定的内容

（5）静强度 要特别重视受力大、结构尺寸小等薄弱部位的零件的强度及刚度。必要时应通过计算机辅助设计（见本篇第3章）系统进行强度分析。

（6）动态特性 一些转速很高或质量分布不均衡的零件，由于旋转的惯性力矩很大，很容易引起振动并产生比静态力大得多的动态力。电动机起动时从静止状态突然加速，由于加速度很大，往往造成很大的冲击电流及机械的冲击振动。因为起动产生的冲击电流及动态惯性力矩是选择电动机冲击电流和选择伺服电动机功率的依据，所以其动态力的大小必须计算确定。另外，零件高速运转时产生的振动，其振动频率如果与设备的固有频率相同，便会产生破坏性的共振，此时需考虑降低振动频率或采取防振措施。

（7）平衡及美观 通过分析机械构件的作用力及反作用力（绘出简单的受力图），可以观察机械各部分的受力情况，受力是否平衡，受力最大的部位在哪儿。如果受力平衡，则力的作用线是封闭的，如图1.1-4a所示。图1.1-4a中，两条力的作用线的距离h越大，则作用力矩也越大。如果接合面用螺栓拧紧连接，则接合面上力的作用情况如下：由于力矩的作用，螺栓受拉力伸长，同时螺栓拧紧使接合面产生静摩擦力，该摩擦力会与接合面处的切应力（力矩引起）抵消。图1.1-4b中，机械结构的部位不同，受力作用时力的性质也不同，有拉力、压力和剪切力。

由图1.1-4可以看出，处于与力作用距离不同的部位，受力的大小不同。这样，机械结构在受力大的部位的尺寸必须增大，受力小的部位的尺寸可以减小。在绘制草案图时，便能根据直观判断，对受力不同部位的结构尺寸给予考虑。对受力大的结构部分，在草案图阶段就应进行初步的强度或刚度计算。一些强度足够的受力轴，由于跨距大，可能受弯变形量大，影响轴上零件的传动精度，此时应验算其弯曲变形量（即刚度大小）。一般来说，外观平衡匀称的机械，受力作用时不会产生特殊的薄弱环节。

（8）检测及控制 从草案图阶段开始，就必须根据功能要求考虑运动及动作的检测传感环节，考虑如何根据检测的传感信号进行处理及运动、动作的控制。控制是现代机械在满足功能要求时实现自动化和精准度的重要环节。

图1.1-4 压入装置受力时的力作用线

a）杆、孔压入配合的装置 b）机构受力的作用线