目录概述 (2)一、系统的功能原理设计 (4)（一）、功能的定义及分类 (4)（二）、功能原理设计 (4)（三）、功能原理设计的设计方法——黑箱法 (7)（四）、功能结构 (18)二、结构总体设计 (20)（一）、结构总体设计的任务、原则 (20)（二）、总体布置设计 (23)（三）、总体布置设计的基本要求 (23)三、插齿机三维图 (24)四、参考文献 (28)致谢 (29)概述齿轮齿间的空间形状是复杂的，而且随着齿轮的齿数和模数的不同而变化，因此大多数的齿轮制造方法采用斩成齿廓而不是成形加工。

这种制造方法叫仿形法，包括刨削和插削两种加工方法。

刨削采用往复运动的齿条刀，当齿条刀实际上绕齿轮坯料滚切并沿其螺旋线方向运动时，齿形就会被逐渐展成。

插削加工在本质上与刨削加工类似，只是采用了圆形刀具来取代齿条刀。

其结果是减少了往复运动惯性，在加工过程中可以采用比刨削高得多的行程速度。

现代插齿机在加工汽车齿轮时可以达到每分钟2000次切削行程。

插齿刀的形状与渐开线齿轮大致相同，但是其齿顶是圆的。

由于刀具与工件之间的展成传动只包括圆周运动，因此不需要齿条或者丝杠。

在刀具的每一次行程中，通常刀具和工件的切向移动距为0.5mm。

在回程中，道具必须退让1mm以留出间隙。

否则，在退刀时，刀具会擦伤已加工表面，并且加快刀具的磨损。

插齿加工的优点是生产效率较高和可以将齿插到接近轴肩处。

令人遗憾的是，加工斜齿轮时需要有一个能够生产绕齿运动行程本身旋转的螺旋导轨。

这种螺旋导轨不易制造，或者说其制造成本较高。

由于对每一种不同螺旋角的齿轮，应该制造不同参数的插齿刀和螺旋导轨，因此这种方法仅适用于斜齿轮的大批量生产加工。

插削加工的一大优点是能够加工诸如大型行星齿轮传动所需要的内齿轮。

SummaryThe shape of the space between gear teeth is complex and varies with the number of teeth on the gear as well as tooth module, so most gear manufacturing methods generate the tooth flank instead of forming. This method that we called tooth flank include in planing and shaping.Planing uses a reciprocating rack, stroking in the direction of the helix on a gear with a gradual of form as the rack effectively rolls round the gear blank.Shaping is inherently similar to planing but uses a circular cutter instead of a rack and the resulting reduction in the reciprocating inertia allows much higher stroking speeds; modern shapers cutting car gears can run at 2 000 cutting strokes per minute .The shape of the cutter is roughly the same as an involute gear but the tips of the teeth are rounded.The generating drive between cutter and workpiece does not involve a rack or leadscrew since only circular motion is involved. The tool and workpiece move tangentially typically 0.5 mm for each stroke of the cutter. On the return stroke the cutter must be retracted about 1 mm to give clearance otherwise tool rub occurs on the back stroke and failure is rapid.The advantages of shaping are that production rates are relatively high and that it is possible to cut right up to a shoulder. Unfortunately, for helical gears, a helical guide is required to impose a rotational motion on the stroking motion; such helical guides cannot be produced easily or cheaply so the method is only suitable for long runs with helical gears since special cutters and guides must be manufactured for each different helix angle. A great advantage of shaping is its ability to cut annular gears such as those required for large epicyclic drives.机械系统总体设计机械系统设计的关键，它对产品的技术性能、经济指标和外观均有决定意义。

它包括机械系统功能原理设计、总体设计（各子系统之间的相互关系）、主要技术参数如尺寸参数、运动参数和动力参数等的确定及技术经济分析等。

由于最终确定的总体设计方案是技术设计阶段的指导性文件，亦即各子系统中所有零部件的结构、形状、尺寸、材质、等都是以总体设计方案为依据，所以，必须进行大量的资料查找，通过分析、判断、评价、创新，最终获得最有价值的信息以便设计出较理想的总体方案。

一、系统的功能原理设计（一）、功能的定义及分类针对产品主要功能而进行的功能原理设计在整个设计中是非常重要的一个环节。

一个好的功能设计应既有创新构思，同时又能满足用户的需要。

功能是系统必须实现的任务，或者说是系统具有转化能量、运动或其他物理量的特点。

每个系统都有自己的功能。

功能的分类大致如下：基本功能必要功能功能附加功能非必要功能在以上功能中，基本功能必须保证，且在设计中不能改变；附加功能可随技术条件或结构的改变而改变；而非必要功能是设计者主观加上取的，可有可无。

由于系统的功能是以成本作作为代价的，所以，设计时应对一个系统需要哪些必要功能，去掉哪些非必要功能要做出明确的决定。

（二）、功能原理设计功能原理设计的方法用系统工程方法进行产品的原理方案设计是紧紧的围绕功能的分析、求解和组合实施的。

1功能的描述在设计科学的研究过程中，人们逐渐认识到产品机构或结构的设计往往由工作原理确定，而工作原理构思的关键是满足产品的功能要求。

功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的描述。

功能的描述要准确、简捷、合理的抽象、抓住其本质，避免带有倾向性的提法，这样能避免方案构思时形成种种框框，是思路更为开阔。

系统工程学用“黑箱法”研究分析问题，对于复杂的未知系统，犹如不透明不知其内部的“黑箱”，可以利用外部观测，通过分析探求其内部原理和结构。

在这里可以用技术系统所具有转化能量、物料、信息等物理量的特性描述其功能。

把待求系统看作“黑箱”，分析比较系统输入输出的能量、物料和信号，输入输出的转换关系及反应系统的总功能。

2功能的分类机电系统一般有驱动、传动、执行、测控四部分组成，各部分具有其相应的功能。

驱动部分传动部分执行部分控制部分执行部分相当于人的手和足，各种机器以不同的执行元完成执行功能，达到它的工作目的，简单的执行功能用简单构件实现特定的动作；复杂系统有多个执行功能，期间往往有动作协调和配合关系。

驱动部分相当于人的心脏，为系统提供能量，其功能载体为各种形式的原动机。

驱动部分接受控制系统信息处理部分发出的控制指令和信号，驱动执行部分工作。

传动功能反映驱动与执行件间运动和动力的传动，包括运动形式、方向、大小、性质的变化，它的性能载体可以是电力、液压或机械式的。

控制部分包括传感和控制功能。

传感部分相当于人的眼，耳鼻等感觉器官。

它把机器工作过程中各种参数和状况检测出来，变成可测定和控制的物理量，传送到信息处理部分。

经过信息处理，发出对各部分工作的指令和控制信号。

所谓“功能原理设计”就是针对所设计的产品的主要功能提出一些原理性的构思，就是对产品的功能进行原理性设计。

功能原理方案设计的任务是：针对某一确定的功能要求，去寻找一些物理效应并借助某些作用原理来求得一些实现该功能目标的解法原理来；或者说，功能原理设计的主要工作内容是：构思能实现功能目标的新的解法原理。

可以用简图或是意图的形势来表达所构思的内容。

如下图所示：功能原理方案设计步骤（三）、功能原理设计的设计方法——黑箱法随着现代设计方法的发展及应用越来越广泛，人们对系统原理设计时常采用一种“抽象化”的方法——“黑箱法”。

此方法是暂时摒弃那些附加功能和非必要功能，突出必要功能和基本功能，并将这些功能用较为抽象的形式（如输出量和输入量）加以表达。

这样，可以通过抽象化清晰地掌握所设计系统的基本功能和主要约束条件，从而突出设计中的主要矛盾。

抓住问题的本质。

黑箱法如下图所示：对外界的影响物料流输入量能量流输出量信号流来自外界的影响“黑箱法”示意图其中，物料流包括材料、毛坯、半成品、成品、液体、气体等各种物体；能量流包括电能、光能、机械能、热能、核能等；信号流包括数据、测量值、控制信号、波形等。

之所以称为“黑箱法”是因为对于待设计产品来说，在求解之前，犹如一个看不见内部结构的“黑箱子”。

这种“黑箱”只用来描述系统的功能目标，至于“黑箱”的内部结构需要设计人员进一步构思的设计的。

由此可知，“黑箱”法是根据系统的输入、输出关系来研究实现系统功能目标的一种方法，即根据系统的某种输入及要求获得某种输出要求，从中寻找出某种原理来实现输入——输出之间的转换，得到相应的解决办法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”变成“白箱”的一种方法。