載人三自由度三角形機器人的設(shè)計與研究【說明書+CAD+SOLIDWORKS】,說明書+CAD+SOLIDWORKS,載人,自由度,三角形,機器人,設(shè)計,研究,鉆研,說明書,仿單,cad,solidworks 畢業(yè)設(shè)計(論文) 載人三自由度三角形機器人的設(shè)計與研究 學 號： 姓 名： 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 系 別： 機械工程系 指導(dǎo)教師： XXX 講師 XXX 副教授 二○一五年四月 摘 要 機器人是一種能夠模仿人類動作的機器，它可以完成許多對人類來說危險且單調(diào)的工作，機器人讓人類從繁重、單調(diào)的工作中解脫出來。它們從事固定而有規(guī)律的工作，例如工業(yè)生產(chǎn)中的焊接、噴漆等等。 本文主要以電動推桿作為主要執(zhí)行元件來設(shè)計載人三自由度三角形機器人的整體方案。該機構(gòu)采用統(tǒng)一動作、協(xié)調(diào)控制的原則，通過推桿的行程的打開來實現(xiàn)機器人腳的運動，通過中控系統(tǒng)的控制來實現(xiàn)載人三自由度三角形機器人的動作，由于是中控系統(tǒng)控制，所以控制靈活，多樣。人可以坐在機器人上面，通過控制器來控制機器人的動作，實現(xiàn)一些人類靠自己腳力無法完成的功能。 關(guān)鍵詞：機器人；工作；控制；三自由度三角形機器人 ABSTRACT A robot is a machine which can imitate human actions, it can finish a lot of human risk and monotonous work, let the human robot free out from the heavy, monotonous work. They engaged in regular work, such as industrial production welding, painting and so on. The overall scheme of this paper to the electric push rod as the main component to design manned three degree of freedom triangular robot. The mechanism adopts the unified action, the coordinated control principle, by opening the travel of the push rod to realize the robot foot movement, to achieve a manned with three degrees of freedom robot motion control in the triangle by control system, the control system to control, so the control of flexible, multi sample. People can sit on the robot, the controller is adopted to control the robot's movement, the realization of some people rely on their own to complete the function of the leg muscles. Key word: Robot；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom ii 目 錄 摘 要 i ABSTRACT ii 目 錄 iii 1 緒論 1 1.1 機器人簡史 3 1.2 應(yīng)用機器人的意義 6 1.3 本課題研究的內(nèi)容 9 2 載人三自由度三角形機器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計 12 2.1 載人三自由度三角形機器人的總體方案圖 12 2.2 載人三自由度三角形機器人的工作原理 12 3 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 13 3.1電動推桿的定義 14 3.2電動推桿的主要結(jié)構(gòu) 15 3.3電動推桿的設(shè)計計算 16 3.4 連接軸的設(shè)計 17 4 各主要零部件強度的校核 18 4.1 連接軸輕度的校核 19 4.2 底板強度的校核 19 5 載人三自由度三角形機器人的三維建模 20 5.1 電動推桿的三維建模 23 5.2 支板的三維建模 24 5.3 安全欄的三維建模 25 5.4 載人三自由度三角形機器人的三維建模 25 6 三維軟件設(shè)計總結(jié) 26 結(jié)論 28 致 謝 29 參考文獻 38 附錄 一 32 附錄 二 42 1 緒論 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。 研究、設(shè)計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應(yīng)當前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設(shè)計、機械制造、機械運用和維修等。 機器人是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。機器人的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機器人作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機器人是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機器人被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進了機器人的發(fā)展，使得機器人能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機器人雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機器人已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。 機器人技術(shù)涉及到力學、機械學、電氣氣技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學領(lǐng)域，是一門跨學科綜合技術(shù)。機器人是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多自由度，可用來搬運物體以及可以在各個不同環(huán)境中工作。 1.1機器人簡史 現(xiàn)代機器人起源于20世紀50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產(chǎn)品。 機器人首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機器人。他的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機器人。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用氣驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機器人就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)機器人。 1962年，美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機器人，原意是靈活搬運。該機器人的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用氣驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機器人出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外機器人發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年，美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型機器人，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于±1毫米。 美國還十分注意提高機器人的可靠性，改進結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年機器人試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到±0.1毫米。 德國機器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機器人，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機器人，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機器人，采用示教方法編制程序。 瑞典安莎公司采用機器人清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 日本是機器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機器人后，大力研究機器人的研究。據(jù)報道，1976年從事機器人的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1979年120多個大學和國家研究部門用在機器人的研究費用42%。1979年日本機器人的產(chǎn)值達443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機器人產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機器人約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機器人累計產(chǎn)量達56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機器人最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預(yù)計到1990年將有55萬機器人在工作。 第二代機器人正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機器人具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機器人。 第三代機器人（機器人）則能獨立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。 隨著工業(yè)機器手（機器人）研究制造和應(yīng)用的擴大，國際性學術(shù)交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術(shù)交流活動開展很多。 1.2 應(yīng)用機器人的意義 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機器人也越來越多的地被應(yīng)用。在機械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。 在機械工業(yè)中，應(yīng)用機器人的意義可以概括如下： 一、以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應(yīng)用機器人有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、以改善勞動條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應(yīng)用機器人即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。 在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機器人代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機器人代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機器人可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機器人，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應(yīng)用機器人，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 各類機器人的圖形分別如下所示： 1.3本課題研究的內(nèi)容 本論文主要研究運用SolidWorks對載人三自由度三角形機器人進行設(shè)計。在設(shè)計過程中，了解載人三自由度三角形機器人的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。 本文的設(shè)計目標是設(shè)計一種載人三自由度三角形機器人。該機器人能夠載人行駛，能夠?qū)崿F(xiàn)步行，載人載物等等多種功能，其研究內(nèi)容包括： （1）功能分析與方案設(shè)計； （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維造型； （3）運動仿真； （4）控制系統(tǒng)設(shè)計。 2 載人三自由度三角形機器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.1 載人三自由度三角形機器人的總體方案圖 本次設(shè)計的載人三自由度三角形機器人采取的方案是：在機器人的兩側(cè)各布置一組腿，成對稱分布，通過電動推桿推動機器人的腳步來實現(xiàn)機器人的步態(tài)動作。根據(jù)控制方法的不同，機器人的步態(tài)也有所不同。整機采用成本低廉且經(jīng)久耐用的碳鋼板作為材料，經(jīng)過噴漆噴塑處理后在外觀上面得到了一定的保證。其具體方案布局圖如下： 2.2 載人三自由度三角形機器人的工作原理 本次設(shè)計的載人三自由度三角形機器人的工作原理為：通過電動推桿的行程的打開與關(guān)閉來實現(xiàn)機器人腳部的運動，通過中控系統(tǒng)的控制來實現(xiàn)載人三自由度三角形機器人的動作規(guī)律，由于是中控系統(tǒng)控制，所以控制靈活，多樣。人可以坐在機器人上面，通過控制器來控制機器人的動作，實現(xiàn)一些人類靠自己腳力無法完成的功能。 3 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1 電動推桿的定義 電動推桿，英文名Linear Actuator，、電動缸及線性致動器。電動推桿是一種將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運動的電力驅(qū)動裝置?？捎糜诟鞣N簡單或復(fù)雜的工藝流程中做為執(zhí)行機械使用，以實現(xiàn)遠距離控制、集中控制或自動控制。電動推桿是一種電動執(zhí)行機構(gòu)，其工作原理是由電機旋轉(zhuǎn)經(jīng)渦輪蝸桿或者齒輪改變?yōu)橹本€運動，通過推拉往返，來達到使某一設(shè)備裝置完成往復(fù)動作。近年來，這種設(shè)備廣泛應(yīng)用于各種簡單復(fù)雜的機械設(shè)備制造當中。?電動推桿的主要構(gòu)成是：電機、減速齒輪（渦輪蝸桿）、絲杠。選配件：行程開關(guān)、電位器、安裝支架等。?電動推桿形式分為普通T型齒和滾珠絲杠兩種，普通T型齒適應(yīng)于工作頻率不太高的場合，每小時電動推桿工作在10次左右的，完全可以滿足。T型齒電動推桿可實現(xiàn)完全自鎖功能，以保證應(yīng)用絕對的安全性。滾珠絲杠推桿可以達到連續(xù)不間斷工作，以滿足高頻率應(yīng)用的需求。?電動推桿的行程開關(guān)用以控制推桿的行程，當行程達到設(shè)定值時，電機自動斷電，電位器用來顯示推桿的運行行程值，可以達到對推桿隨時可控可調(diào)的自動化目的。?電動推桿升降機系統(tǒng)負載力最高可達250KN，用以解決高承重的推拉升降裝置，并可以實現(xiàn)一拖一，一拖二，一拖四等同步功能。 3.2電動推桿的主要結(jié)構(gòu) 電動推桿由一個電機，驅(qū)動減速齒輪，螺桿，螺母，導(dǎo)套，頂桿，滑塊，彈簧，殼體與渦輪，微動開關(guān)等組成。 電動推桿是一種新的電動執(zhí)行器，電動推桿是主要由電機，推桿和由一個新的線性執(zhí)行機構(gòu)的控制裝置，可實現(xiàn)遠程控制，集中控制。電動推桿使一定范圍內(nèi)的行程往復(fù)運動一般電動推桿，標準電動推桿電動推桿可根據(jù)不同推力負荷不同的應(yīng)用設(shè)計，可達6000N最大推力，空載轉(zhuǎn)速為4mm ~ 35毫米/秒，在24V、12V直流永磁電機為動力源的電動推桿，電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運動。促進一套連桿機構(gòu)完成節(jié)流閥，閥門，閘門，擋板開關(guān)。電動推桿作為執(zhí)行機構(gòu)，不僅可以減少氣源裝置及氣動執(zhí)行器所需的輔助設(shè)備的使用，還可以減少執(zhí)行機構(gòu)的重量。氣動執(zhí)行器在整個控制過程中需要有一些壓力，但消耗量小的放大器可以使用，但日積月累，天然氣消費量仍然是巨大的。執(zhí)行機構(gòu)采用電動推桿，你需要提供一個變化的控制，開放，開放時間達到所需的功率不能，因此，從能源的角度來看，電動推桿驅(qū)動氣動執(zhí)行器具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢比天然氣。適用于遠距離控制，廣泛應(yīng)用于電力，化工，冶金，礦山，輕工業(yè)，交通運輸，對節(jié)流閥，造船等部門，門開閉機構(gòu)，物料搬運，流量控制，等。它已被越來越多的部門用它來代替機械手，液壓閥，自動減速機構(gòu)。 3.3電動推桿的設(shè)計計算 載人三自由度三角形機器人中機器人的動作主要是靠電動推桿來完成的，由系統(tǒng)工況可知，載人機器人的承重量我們假定為200KG,假定機器人的移動速度為20mm/ s,則有下列計算： F=Mg=200x9.8=1960N. 功率P=FXV=1960x0.3=6533w=6.5kw 電機扭矩T=9550P/n=9550x6.5/1400=44N.m 則推桿扭矩 T推=TXiXη=44X1X0.98=43.12N.m. 由式F=2πηT/I可得推桿推力為200N, 其中，η是絲桿傳遞效率，I是絲桿導(dǎo)程。 3.4 連接軸的設(shè)計 軸是組成機械的重要零件之一，它是安裝各種傳動零件，使之繞其軸線轉(zhuǎn)動傳動轉(zhuǎn)矩或回轉(zhuǎn)運動，并通過軸承與機座相聯(lián)接。軸與其上的零件組成一個組合體—軸系部件，在軸的設(shè)計中不能只考慮軸本身，必須和軸系零、不見的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。 由于振動輸送所用的軸即傳遞扭矩又承受彎矩，所以我所設(shè)計的階梯軸為轉(zhuǎn)軸，由于小帶輪已經(jīng)設(shè)計好，大帶輪的尺寸也就定了，只剩下軸徑的確定，軸的初步設(shè)計是根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度，校核彎曲強度，由于軸的材料很多，主要根據(jù)軸的使用條件，對軸的強度、剛度、和其他機械性能等的要求，采用熱處理方式，同時考慮制造加工工藝并力求經(jīng)濟合理，通過設(shè)計計算來選擇軸的材料，選用最常見的45#鋼作為軸的材料,且其需用切應(yīng)力為40MPa 軸與其上的零件組合成一個組合體，在軸的設(shè)計中不能只考慮軸本身，必須和軸系零部件的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在初算軸徑的基礎(chǔ)上進行的。為滿足軸上零件的定位、緊固要求和便于軸的加工和軸上零件的裝拆，通常將軸設(shè)計成階梯軸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是合理確定階梯軸的形狀和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的材料選用45號鋼，為保證其力學性能，進行調(diào)質(zhì)或正火處理。 1、初步計算軸的直徑 按照扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑，寫成設(shè)計公式，軸的最小直徑mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入設(shè)計公式得=17.26mm?？紤]到軸上有鍵槽以及其他因素的影響，應(yīng)適當增加軸徑以補償鍵槽對軸強度的削弱。取軸的直徑d為20mm，即最右端裝帶輪處的直徑為20mm。裝有密封元件和滾動軸承處的直徑，應(yīng)與密封元件和軸承的內(nèi)孔徑尺寸保持一致。軸上兩個支點的軸承，應(yīng)盡量采用相同的型號，便于軸承座孔的加工。相臨軸段的直徑不同形成軸肩。當軸肩用于軸上零件定位和承受軸向力時，應(yīng)具有一定的高度，軸肩處的直徑差一般取5—10mm，這里軸肩出的直徑差選擇5mm，然后協(xié)調(diào)各段軸的長度，考慮到要裝軸承座和機構(gòu)的合理性，還有螺釘?shù)鹊拈L度及其他各方面的因素，初步確定軸的各段長度。 4 各主要零部件強度的校核 4.1 連接軸輕度的校核 軸的強度計算一般可分為三種：1）按扭轉(zhuǎn)強度或剛度計算；2）按彎扭合成強度計算；3）精確強度校核計算。 當軸的支撐位置和軸所受的載荷大小、方向、作用點及載荷種類均已確定，支撐反力及彎矩可求得時，可按照彎曲或者彎扭合成強度進行軸的強度計算。作用在軸上的載荷一般按集中載荷考慮，如本設(shè)計中的帶傳動對軸的力，其作用點取在輪緣寬度的中點。計算時，通常把軸當作置于鉸鏈支座上的雙支點梁，一般軸的支點近似取為軸承寬度中點。 由于本設(shè)計所用軸主要是受彎曲強度，很少的扭轉(zhuǎn)強度，是根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度設(shè)計，應(yīng)校核軸的彎曲強度，首先分析軸的受力，左端受的是圓錐篩的重力，右端是帶輪對軸的力，中間是軸承座的兩個支撐力。 左端的作用力包括篩自身的重力、物料的重力、物料旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力。所以考慮圓錐篩對軸產(chǎn)生作用力時，僅是一個經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 軸徑是按扭轉(zhuǎn)強度初步設(shè)計的，所以要校核軸的彎曲強度，軸的強度校核也就是找出危險截面，看危險截面是否滿足軸徑條件，如果危險截面滿 足，那么別的軸徑肯定滿足；根據(jù)軸的實際尺寸，承受的彎矩、扭矩圖考慮應(yīng)力集中，表面狀態(tài)，尺寸影響等因素，及軸材料的疲勞極限，計算危險截面的情況是否滿足條件。我所校核的軸是根據(jù)許用彎曲應(yīng)力校核的，即由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不超過許用彎曲應(yīng)力，一般計算順序是先畫出軸的空間受力圖，將軸上作用力分解為水平面受力圖和垂直面受力圖，并求出水平面上和垂直面上的支承點反作用力。然后作出水平面上的彎矩和垂直面上的彎矩圖，作出合成彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖應(yīng)用公式繪出當量彎矩圖，式中是根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)。對于不變的轉(zhuǎn)矩，取；對于脈動的轉(zhuǎn)矩，取；對于對稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩取。 是材料在對稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； 是材料在靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； 是材料在脈動循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力； 在錐篩的設(shè)計過程中，軸的材料為45#鋼，其基本參數(shù)為，，，；應(yīng)滿足 下列條件： 或 W為軸的抗彎截面系數(shù)； 軸的受力，軸左端是錐篩對軸的力也就是錐篩的重力，右端是帶輪對軸的壓力。 具體受力情況如下圖： 由材料力學的相關(guān)知識可得： 解得： 由 得： 可得軸的彎矩圖則如下： 軸所受的轉(zhuǎn)矩如下： 轉(zhuǎn)矩圖如下： =； 所以，= 所以當量彎矩圖為： 可知軸承的危險截面在左邊軸承支撐處，根據(jù)軸的校核條件可以算出： ； 即： 所以：根據(jù)校核，截面強度足夠，其它截面也是足夠安全的。 4.2 底板強度的校核 載人三自由度三角形機器人中所采用的底板為鐵板，根據(jù)底板承載力計算公式： M=Pac/L(M：彎矩，P集中力，a集中力距支座距離，c集中力距另一支座距離，L跨度，L=a+c) （僅用于矩形截面) f=M/W≤材料的許用應(yīng)力（彈性抗拉強度/安全系數(shù)）。 M=Pac/L=11960xL，本次設(shè)計初定L為1000mm 則M=13456N.M ，計算W得出 折算后位12Mpa； 查的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235A的抗拉強度為375~500Mpa，由于12Mpa遠遠小于375Mpa，所以初定底板滿足要求。 5 載人三自由度三角形機器人的三維建模 5.1 電動推桿的三維建模 5.2 支板的三維建模 5.3 安全欄的三維建模 5.4 載人三自由度三角形機器人的三維建模 6 三維軟件設(shè)計總結(jié) 通過本次設(shè)計，再次提出了利用三維軟件的水平，并吸收了大量的經(jīng)驗，總結(jié)出以下幾點。關(guān)于圖紙的繪制方面，當零件的尺寸已經(jīng)給出，不考慮圖紙尺寸不合適的，基于三維零件圖，裝配時必須考慮的大小是合適的，因為AutoCAD繪圖效果不好，也會引起的尺寸誤差，和甚至出現(xiàn)欠定義大小，因此，必須通過在這個時候?qū)α慵M行測量，進行修改，直到符合要求。該工具是方便的輸入數(shù)據(jù)映射，通過選擇部分的類型，標準件，可以生成，但有時需要在工具集使用部分可能找不到，所以在這個時候隨機應(yīng)變，其他部分而不是通過修改或滿足要求增加組件的使用。三維地圖應(yīng)該是靈活的，解決問題的方法總比問題多，當一個方法不能正常映射，試試另一種方法，它不僅可以完成零件的生產(chǎn)，而且還可以開發(fā)映射一個更好的主意，并打破了新思想的規(guī)則。 學習使用一些可以節(jié)省時間的命令，如鏡像，陣列，能省則省”。在裝配過沉重，曾給了我一個很大的障礙，是要花很多時間去找出為什么。在一個活躍的子組件，雖然活動范圍會產(chǎn)生干擾，可以設(shè)置該復(fù)合物的活動范圍，如先進的范圍內(nèi)，和角度范圍，即使在這個范圍內(nèi)不影響母配體，不能設(shè)置。因為一旦設(shè)定的范圍內(nèi)，在父組件將被視為完全定義的組件模型，它將沖突分總成，將無法完成裝配?？吹貓D是最重要的任務(wù)是理解零件圖，圖表工具，沒有工具是沒有法律的零件圖，所以不要急著寫，想通過零件的結(jié)構(gòu)，并認為通過線圖，這是重中之重，映射。部分建模，一般應(yīng)的特點進行深入分析，找出零件是由幾個特點，擺脫所有的形狀特點，它們之間的連接相對位置、表面，然后按主次特征造型的關(guān)系，按一定的順序。一個復(fù)雜的部分，有許多簡單的功能，通過切除或重疊相交。所以部分建模，序列特征是很重要的，雖然不同的建模過程可以構(gòu)造出相同的實體部分，但其建模過程和實體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有直接的影響，實體模型可以修改應(yīng)用程序，可理解性和實體模型。特別是在二維圖紙，我們只能看到元器件的布局，并用虛線給說的內(nèi)部特征，除了部分的相貫線，這條線各特征在路口出現(xiàn)。在選秀過程中零件，必須選擇第一個草圖平面，這是非常重要的，決定了后續(xù)的模型飛機的命令，使用簡單的說，一個圓柱形圍成一個圈，然后繪制，也可以作為一個長方體旋轉(zhuǎn)，雖然他們的結(jié)果都是一樣的，但草圖平面和命令的使用。如果我們想要一個軸，那么我們應(yīng)該選擇第二個方法以及。 由于該零件的設(shè)計不規(guī)則零件，用于為拉伸和旋轉(zhuǎn)命令，許多零部件都是對稱的，所以為了節(jié)省時間，提高效率，通常用于指揮鏡特性。 一個完整的工程圖紙應(yīng)該包含以下4個方面。 一組視圖：一組視圖（包括視圖，剖面，斷面，局部視圖）是正確的，完整的，對各部分的結(jié)構(gòu)和形狀表達清楚。 尺寸：尺寸的確定和零件的形狀各部分的位置 技術(shù)要求：表明部分的一些要求必須在制造和檢驗完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和熱處理的方法和指標。 標題欄：注明產(chǎn)品名稱，材料，數(shù)量，拉伸比和拉伸，等。 單擊[新建]圖標以顯示新的文件系統(tǒng)，SolidWorks文件”對話框中，單擊“選項”對話框中的組件，你可以進入裝配工作模式，進行以后的設(shè)計工作。 37 37 XXXX學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 結(jié)論 在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進度，本文所設(shè)計的是載人三自由度三角形機器人的設(shè)計和研究，通過初期的定題，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 致 謝 寫到這里，論文總算完結(jié)了，至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學習學業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學階段的學業(yè)同時，也學到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了。導(dǎo)師嚴謹求實的治學態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學術(shù)作風，認真加負責，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，查找了各類的載人三自由度三角形機器人的設(shè)計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多有用的知識，在此對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學老師。 參考文獻 [1]張福學編著.載人三自由度三角形機器人技術(shù)及其應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。 [2]何發(fā)昌著，邵遠編著.載人三自由度三角形機器人的原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，1996。 [3]宋學義著. 載人三自由度三角形機器人速查手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.3。 [4]陳奎生著. 氣與氣壓傳動. 武漢：武漢理工大學出版社，2008.5。 [5]SMC（中國）有限公司. 載人三自由度三角形機器人實用氣動技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社，2003.10 [6]徐文燦著. 載人三自由度三角形機器人系統(tǒng)設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，1995。 [7]曾孔庚.載人三自由度三角形機器人的發(fā)展趨勢. 機器人技術(shù)與應(yīng)用論壇。 [8]壽慶豐 機械設(shè)計1999年第3期，第3卷。 [9]高微,楊中平,趙榮飛等.載人三自由度三角形機器人優(yōu)化設(shè)計. 機械設(shè)計與制造2006.1。 [10]孫兵,趙斌,施永輝.載人三自由度三角形機器人的研制. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。 [11]馬光,申桂英.工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫2002年。 [12]李如松.載人三自由度三角形機器人的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫1994年第4期。 [13]李明.載人三自由度三角形機器人設(shè)計.制造技術(shù)與機床2005年第7期。 [14]李杜莉，武洪恩，劉志海.載人三自由度三角形機器人的運動學分析. 煤礦機械2007年2月 [15]成大先主編.機械設(shè)計手冊（第三版）.北京：化學工業(yè)出版社，1994。 [16]Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 附錄 一 機械工程的內(nèi)容 機械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務(wù)。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務(wù)的機械、研制和提供家庭和個人生活中應(yīng)用的機械、研制和提供各種機械武器。 ? 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有： 建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。 ? 研究、設(shè)計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應(yīng)當前和將來的需要。 機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 ? 機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。 機械工程分類 機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設(shè)計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復(fù)機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復(fù)雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。 機械工程的發(fā)展歷程 人類成為“現(xiàn)代人”的標志就是制造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質(zhì)、皮質(zhì)的簡單粗糙的工具是后來出現(xiàn)的機械的先驅(qū)。從制造簡單工具演進到制造由多個零件、部件組成的現(xiàn)代機械，經(jīng)歷了漫長的過程。 幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發(fā)展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。 人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發(fā)展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國，公元前1000～前900年就已有了冶鑄用的鼓風器，并逐漸從人力鼓風發(fā)展到畜力和水力鼓風。 15～16世紀以前，機械工程發(fā)展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發(fā)展方面還是積累了相當多的經(jīng)驗和技術(shù)知識，成為后來機械工程發(fā)展的重要潛力。17世紀以后，資本主義在英、法和西歐諸國出現(xiàn)，商品生產(chǎn)開始成為社會的中心問題。 18世紀后期，蒸汽機的應(yīng)用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉、冶金等行業(yè)。制作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械制造工業(yè)開始形成，并在幾十年中成為一個重要產(chǎn)業(yè)。 機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發(fā)展成為一門有理論指導(dǎo)的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術(shù)。機械工程是促成18～19世紀的工業(yè)革命，以及資本主義機械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。 動力是發(fā)展生產(chǎn)的重要因素。17世紀后期，隨著各種機械的改進和發(fā)展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產(chǎn)提高到一個新的階段。 在英國，紡織、磨粉等產(chǎn)業(yè)越來越多地將工場設(shè)在河邊，利用水輪來驅(qū)動工作機械。但當時的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產(chǎn)需要下，18世紀初出現(xiàn)了紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅(qū)動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應(yīng)用于煤礦。 1765年，瓦特發(fā)明了有分開的冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應(yīng)用范圍。蒸汽機的發(fā)明和發(fā)展，使礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源，但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應(yīng)用很不方便。 19世紀末，電力供應(yīng)系統(tǒng)和電動機開始發(fā)展和推廣。20世紀初，電動機已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機，成為驅(qū)動各種工作機械的基本動力。生產(chǎn)的機械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產(chǎn)發(fā)揮作用。 發(fā)電站初期應(yīng)用蒸汽機為原動力。20世紀初期，出現(xiàn)了高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機，也出現(xiàn)了適應(yīng)各種水利資源的水輪機，促進了電力供應(yīng)系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。 19世紀后期發(fā)明的內(nèi)燃機經(jīng)過逐年改進，成為輕而小、效率高、易于操縱、并可隨時啟動的原動機。它先被用以驅(qū)動沒有電力供應(yīng)的陸上工作機械，以后又用于汽車、移動機械和輪船，到20世紀中期開始用于鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內(nèi)燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內(nèi)燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機、噴氣發(fā)動機的發(fā)展，是飛機、航天器等成功發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)因素之一。 工業(yè)革命以前，機械大都是木結(jié)構(gòu)的，由木工用手工制成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以制造儀器、鎖、鐘表、泵和木結(jié)構(gòu)機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，越來越大，要求的精度也越來越高。應(yīng)用的金屬材料從銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。 機械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術(shù)及其裝備，以及切削加工技術(shù)和機床、刀具、量具等，得到迅速發(fā)展，保證了各產(chǎn)業(yè)發(fā)展生產(chǎn)所需的機械裝備的供應(yīng)。 社會經(jīng)濟的發(fā)展，對機械產(chǎn)品的需求猛增。生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術(shù)的進展，促進了大量生產(chǎn)方法的形成，如零件互換性生產(chǎn)、專業(yè)分工和協(xié)作、流水加工線和流水裝配線等。 簡單的互換性零件和專業(yè)分工協(xié)作生產(chǎn)，在古代就已出現(xiàn)。在機械工程中，互換性最早體現(xiàn)在莫茨利于1797年利用其創(chuàng)制的螺紋車床所生產(chǎn)的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師惠特尼用互換性生產(chǎn)方法生產(chǎn)火槍，顯示了互換性的可行性和優(yōu)越性。這種生產(chǎn)方法在美國逐漸推廣，形成了所謂“美國生產(chǎn)方法”。 20世紀初期，福特在汽車制造上又創(chuàng)造了流水裝配線。大量生產(chǎn)技術(shù)加上泰勒在19世紀末創(chuàng)立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產(chǎn)的機械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率很快達到了過去無法想象的高度。 20世紀中、后期，機械加工的主要特點是：不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度；利用數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)等，發(fā)展柔性加工系統(tǒng)，使中小批量、多品種生產(chǎn)的生產(chǎn)效率提高到近于大量生產(chǎn)的水平；研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術(shù)。 18世紀以前，機械匠師全憑經(jīng)驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學幾乎不發(fā)生聯(lián)系。到18～19世紀，在新興的資本主義經(jīng)濟的促進下，掌握科學知識的人士開始注意生產(chǎn)，而直接進行生產(chǎn)的匠師則開始學習科學文化知識，他們之間的交流和互相啟發(fā)取得很大的成果。在這個過程中，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎(chǔ)理論。 動力機械最先與當時的先進科學相結(jié)合。蒸汽機的發(fā)明人薩弗里、瓦特，應(yīng)用了物理學家帕潘和布萊克的理論；在蒸汽機實踐的基礎(chǔ)上，物理學家卡諾、蘭金和開爾文建立起一門新的科學——熱力學。內(nèi)燃機的理論基礎(chǔ)是法國的羅沙在1862年創(chuàng)立的；1876年奧托應(yīng)用羅沙的理論，徹底改進了他原來創(chuàng)造的粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內(nèi)燃機而奠定了內(nèi)燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導(dǎo)下得到發(fā)展，而理論也在實踐中得到改進和提高。 早在公元前，中國已在指南車上應(yīng)用復(fù)雜的齒輪系統(tǒng)，在被中香爐中應(yīng)用了能永保水平位置的十字轉(zhuǎn)架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是，關(guān)于齒輪傳動瞬時速比與齒形的關(guān)系和齒形曲線的選擇，直到17世紀之后方有理論闡述。 手搖把和踏板機構(gòu)是曲柄連桿機構(gòu)的先驅(qū)，在各文明古國都有悠久歷史，但是曲柄連桿機構(gòu)的形式、運動和動力的確切分析和綜合，則是近代機構(gòu)學的成就。機構(gòu)學作為一個專門學科，遲至19世紀初才首次列入高等工程學院(巴黎的工藝學院)的課程。通過理論研究，人們方能精確地分析各種機構(gòu)，包括復(fù)雜的空間連桿機構(gòu)的運動，并進而能按需要綜合出新的機構(gòu)。 機械工程的工作對象是動態(tài)的機械，它的工作情況會發(fā)生很大的變化。這種變化有時是隨機而不可預(yù)見；實際應(yīng)用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷；加工精度有一定的偏差，等等。 與以靜態(tài)結(jié)構(gòu)為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此，早期的機械工程只運用簡單的理論概念，結(jié)合實踐經(jīng)驗進行工作。設(shè)計計算多依靠經(jīng)驗公式；為保證安全，都偏于保守，結(jié)果制成的機械笨重而龐大，成本高，生產(chǎn)率低，能量消耗很大。 從18世紀起，新理論的不斷誕生，以及數(shù)學方法的發(fā)展，使設(shè)計計算的精確度不斷的提高。進入20世紀，出現(xiàn)各種實驗應(yīng)力分析方法，人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應(yīng)力。20世紀后半葉，有限元法和電子計算機的廣泛應(yīng)用，使得對復(fù)雜的機械及其零。構(gòu)件進行力、力矩、應(yīng)力等的分析和計算成為可能。對于掌握有充分的實踐或?qū)嶒炠Y料的 機械或其元件，已經(jīng)可以運用統(tǒng)計技術(shù)，按照要求的可靠度，科學地進行機械設(shè)計。 機械工程的發(fā)展展望 機械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務(wù)。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復(fù)雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。 人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。 人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細的專業(yè)。 綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復(fù)循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。 綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術(shù)，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。 附錄 二 The content of mechanical engineering Mechanical engineering services and multi-faceted, who use machinery, tools, and energy and material production department of mechanical engineering, need the service. The summary mentions, modern machinery engineering has five services: development and provide energy conversion, and provide for mechanical manufacturing all kinds of products and machinery, provide various services in the machinery, the development and provide family and personal life, the development and the application of the machines provide various mechanical weapons. Regardless of what a field service to the working content of mechanical engineering.The establishment and development of mechanical engineering construction and theoretical basis. For example, research force and motion and fluid mechanics, engineering mechanics, Metallic and non-metallic materials to study the performance, and its application in engineering materials, The heat conduction, research and conversion of thermodynamics, All kinds of mechanical components are independent of the function of the working principle, structure, design and calculation of mechanical principle and mechanical parts; Study of metallic and nonmetallic machining and forming technology of metal and