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例1家用缝纫机的功能分解。解:家用缝纫机的总功能是缝制衣服。要用多个分功能才能综合实现其总功能，用功能树表示如下：送布牙高低调节功能图1家用缝纫机缝制衣服引线功能主要功能挑线功能送料功能辅助功能面线张力调节功能靠机构实现各功能动作之间的配合与控制控制功能人工控制钩线穿环功能绕底线功能绕线阻尼功能针距调节功能……典型例题精解例2微电脑全自动洗衣机的功能分解和功能求解。解:①分析：由洗衣机的设计任务可知，其总功能的技术原理是将信息化了的洗涤过程自动复现。通过波轮搅拌的方法使脏衣物洗涤干净，其主要特征是自动化。为实现此功能，必须具有洗涤功能，有一套能将程序转化为波轮和脱水桶运动控制命令的信息处理功能，要有能在洗涤过程中承受各种作用力、保证几何精度的结构功能。由此得到第一级分功能：洗涤功能（主功能）、控制功能、结构功能以及动力功能。对于洗涤功能，它牵涉到脏衣物、水与洗涤剂三个方面，因此，洗涤功能的第二级分功能就是分别与脏衣物、水与洗涤剂相关的功能。图2微电脑全自动洗衣机对于脏衣物，要脱水，故对应的第三级分功能就是盛装衣物、分离脏物及干燥处理。各层还可继续往下分解，如动力功能中的“用于干燥”，就还可继续分解为电动机、减速器、脱水桶等。如此逐层分解，就得到微电脑全自动洗衣机的功能树。②微电脑全自动洗衣机的功能树微电脑全自动洗衣机主功能（洗涤）动力功能控制功能结构用于洗涤洗涤剂、软化剂排水加入排出电动机、减速装置、脱水桶用于控制洗涤控制水位控制保护控制人机交互输入存储手动信息显示指示灯总功能微电脑干燥处理进水分离脏物盛装衣物衣物水分功能分功能分功能分功能用于干燥③微电脑全自动洗衣机的功能求解可用形态学矩阵法进行方案综合求解，如表1所示。电脑自控机械定时人工手控控制洗涤C超声波热胀电磁振荡机械摩擦分离脏物B陶瓷桶玻璃钢桶塑料桶铝桶盛装衣物A4321功能求解分功能表1洗衣机形态学矩阵利用表1，理论上可组合出4×4×3＝48种方案。在进行总体方案综合时，还应注意以下几点：a.要考虑设计要求及附加要求，例如：当要求采用机械传动，就不必过多地考虑液压、电磁等方面的功能解。b.选择时，不仅针对某项具体功能元，还要兼顾到全局及其他相关的功能元，最好能将几个功能元用同一类原理来实现，使原理方案简化。c.对于关键性的功能元，应多考虑采用创造性方法解决，必要时，应做有关的试验。去掉某些明显不太合理的方案，如A1—B4—C1，表1中具有代表性的方案如下：方案1：A1—B1—C1是一种最原始的洗衣机。方案2：A1—B1—C2是最简单的普及型单缸洗衣机。这种洗衣机通过电动机和V带传动，使洗衣桶底部的波轮旋转，产生涡流并与衣物相互摩擦，再借助洗衣粉的化学作用达到洗净衣物的目的。方案3：A2—B3—C1是一种结构简单的热胀增压式洗衣机。它在桶中装热水并加进洗衣粉，用手摇动使桶旋转增压，也可实现洗净衣物的目的。方案4：A1—B2—C2所对应的方案，是一种利用电磁振荡原理进行分离脏物的洗衣机。这种洗衣机可以不用洗涤波轮，把水排干后还可利用电磁振荡使衣物脱水。方案5：A1—B4—C2是超声波洗衣机的设想，即考虑利用超声波产生很强的水压，使衣物纤维振动，同时借助气泡上升的力使衣物运动而产生摩擦，达到洗涤去脏的目的。设计任务：设计一台自动钻床，用来同时加工图3所示零件上的三个孔，能自动送料。并设计运动循环图。1）确定工作原理例3多头专用钻床机械传动系统设计30203-φ82020502010钻削工艺：钻头一边旋转，同时相对于工件作移动。三种运动方案如图4所示：图a：钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止；图b：钻头旋转，工作台带动工件进给；图c：工作台旋转，钻头作轴向进给；图3图4(a)(b)(c)送料机构可以采用从料仓推送工件的方式，如图5所示。工作台送料杆料仓三个执行构件：钻头、工作台、送料杆2）执行构件的运动设计工艺过程：▲送料杆往右推出零件，并顶出加工好的零件▲夹具将工件定位，并夹紧；▲送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头；▲工作台慢速进给；▲钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。图5▲钻头定轴旋转；钻头的转速：nc=1000v/(πd)其中：d——钻头直径，d=8mmv——切削速度，查手册45钢，可选v=12.5m/min代入得：nc≈500r/min工作台为往复运动。钻孔工艺要求：▲工作台带动工件快速上移接近钻头；▲工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到一定深度时，三个钻头才同时钻进，此时工作阻力增加，故进给速度应减小；▲钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。设工作台完成一个工作循环所需的时间为T1，则有：其中：t1——单孔钻削时间。设单孔钻削每转进给量为s1=0.2mm/r,单孔钻削深度为10mm，并考虑3mm的提前工作量。求得：t2——三孔同时钻削时间，设进给量为s2=0.16mm/r，三孔同时钻削深度为10mm，并考虑3mm的越程量。求得t2=(10+3)/(s2nc)=0.163min=9.8st3——快速接近时间，取t3=1.5st4——快速退回时间，取t4=2.5st5——工作台停歇等待更换工件时间，取t5=3s；工作台一个工作循环总时间：T1=t1+t2+t3+t4+t5=24.6s工作台每分钟工作循环数：n1=60/T1=2.44t1=(10+3)/(s1nc)=0.13min=7.8sT1=t1+t2+t3+t4+t5送料杆的运动为往复直动。循环时间与工作台相同：Ts=24.6s工作台的行程：Hf=h0+h1+h2h0——工作台快速趋近钻头的运动距离，取h0=15mm；=41mmh1——单孔钻削深度，取h1=13mm；h2——三孔同时钻削深度，取h0=13mm。送料杆的行程取工件的两倍：Hs=100mm送料杆的运动与工作台的运动必须协调，而钻头的旋转与送料杆和工作台之间的运动是独立的。凸轮转角090˚180˚270˚360˚送料杆送料静止送料工作台停止单孔钻三孔钻快退快进工作循环图：类型——交流异步感应电动机(由机床的工作要求确定)为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。3）原动机的选择4）计算运动链的总传动比切削运动链的总传动比：ic=nn/nc=1440/500=2.88进给运动链的总传动比：if=is=nn/nf=1440/2.44=5635）机构选型转数——额定转数:nn=1440r/min①切削运动链的设计：▲钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为2.88,无需运动转换，但需要减速。▲三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，即要求具有运动分解功能，其尺寸受到限制。▲电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，即要求具有改变运动轴线方向的功能。机构选型▲具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传动。考虑到速度较高，距离较远等因素，此处选用V带传动。▲电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运动链作远距离传动。▲能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交错轴斜传动、蜗杆传动。考虑到两轴线垂直相交且传动比较小，此处选择圆锥齿轮传动。▲三个钻头应同向旋转，此处选择一个中心齿轮带动周围三个从动齿轮的定轴轮系，如图6所示。▲选用万向联轴节或钢丝软轴将运动传递给钻头。②进给运动链的设计：▲工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但行程不大。此处选用凸轮机构。将以上所选机构经适当组合，就得到钻削运动链。▲进给运动链应实现很大的传动比563，但进给力不需要太大。选用带传动与蜗杆传动实现二级减速。▲进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用蜗杆传动实现回转轴线方向的变化。由于结构尺寸的限制，三个从动齿轮轴线之间的距离远大于三个钻头之间的距离。图6③送料运动链的设计：▲送料杆行程较大，采用连杆机构放大。▲送料运动链减速比与进给运动链相同，故直接由蜗杆轴带动。▲送料运动规律较复杂，故选用凸轮机构。6）机构的组合III工作台156432109871211131514将以上所选机构组合就得到如图7所示自动钻床的机械传动系统。图7电动机带传动(2)凸轮机构(10)带传动(8)带传动(3)锥齿轮传动(4)圆柱齿轮传动(5)工作台凸轮机构(12)连杆机构送料杆蜗杆传动(9)万向联轴节钻头万向联轴节钻头万向联轴节钻头机构的组合示意框图如图8所示：③机构选型、变异与组合④机构的尺寸综合⑤方案分析①拟定机械的工作原理②执行机构的运动设计和原动机的选择⑥方案评审设计步骤设计步骤总结：图8机械的设计是一项具有挑战性的创造性劳动，设计方案的快速确定及合理性与设计经验密切相关，同学们一定要注意观察在生活与生产实际中接触到的各种机电设备，分析了解它们的结构特点、工作原理、积累经验，以便今后设计出更好的机械设备。