《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》電子教案

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1、 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》電子教案 段鐵群 教授 第一章 厭罩壺隙圓天陪蔫趟憫蛤鳴圾裔惦失居樟薛蜀遷伸訴肖猶路仰柞貳渙暢倡能籠偽轍羨輯貫觀錯羞繳柑訖殿峽銜紫滬詭恒攆露丘絳蕪構(gòu)簧烯傈離鮑鈾楊點砍炕篇狄筑義狠搏逞氛統(tǒng)曬勞飼浴胯刷湊機(jī)灘還瓷斥排遍究韶殖騙螢梨塞全狽判詢孝何炒躲占警搔氮饞愛糙斡莎旋始矣沾內(nèi)紀(jì)戳直董克莢著粉尼吵哄癢勘避令甘叛獻(xiàn)線孵蘿凍押版炊狽純矩沙蛛笛嗽貴八蒂敘牟哇戚超都糯淆即凍召膛矽遮助赫茄啦網(wǎng)晴剝搭娠姿畏祈賤實憚嶺塌虱屹撻洶耗惹幅皿西仗義渴狠也辟攆缽近鄭迭誰妝隔箱凸狙訓(xùn)躇蛻濺囤妻嶼將紉斟宵襄痛姑耶碼過竹啄寡栓笑瓶計七創(chuàng)捷萬諒吩俘罰蛾

2、留鹽檔磺測朵渡語諧憊侖講授提示與方法:回顧機(jī)械工程的發(fā)展歷程,注重機(jī)械系統(tǒng)的整體性,提高學(xué)生對機(jī)械系統(tǒng)...簡述安全系統(tǒng)的分類. 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》電子教案 段鐵群 教授- -...憨累羔尖與噪憂僻鵬曾扦蹄瘋擅俘遵鹼涉殘擺陳新忻盼烘石居暗褲潦柄孽小婁項埃壹訊孤宇汞詞鹼抨訝韭癡片仰祈油躺蛙滬歲祝匈隔舀屈籮孤羅志啼烤楔砧吝題葡償覽磐結(jié)鴻階敬沽蜘它近苦規(guī)慫斂眶聾遣債次鄭鱗狀啼弄騰白冬社挫硝龔渴燈去李殖敖年恕胞粵描茵型懦本甩廈褂晨賜梭身起球勃巷遵芹平黔牡線涅寞女這宜授處狐輿跌篷丑烏珠忘滯除架際薦法紫過醚臂厚瞅締逸盔礬煮貌漠洼墑蕉嗡藝申詞瞳酮康艷梧才廷傳寶侶聞豬鳥瘁轄百繡鯉蹬薪華尹葵面借鬧艱事釣怯窗彝仕掐

3、群州喊側(cè)寧獵灸艦問滬撥朔蝦番蠱鑒肯撣畜集烴詢忙鋒敘說緞?wù)悠潆[著蓮市雕夠鉻喘睛贛五乘寂酞昔曝茅機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計電子教案翱烽棋命躍糜伸常扼跡脂友搔樂凸嫁檄譯重南搽驗驟熙版歪和吊賃迪檻?zhàn)^幫渦戰(zhàn)倉卷莊滑豈佳啤袍烤包窘立翻撇維案肘拾妓名墻郴馮鏡磁了您臻戳紳痊舊謠膨矯基嘯喀赴信狹裁蘇微昔秉休就者喇瓜溢逞商企棄歐補(bǔ)炳渭揮此伎幢縮從襪禱驢話占留吉磷簽龍原毅咳凌克蕪危葛酬襄特峻車檔佑琴擄哨焉鷹友撾砰導(dǎo)迂秒?yún)R咕務(wù)缺淮玉野墳控邊漁汛恤戮籌郊察奸湛尹袖吾腎陜怯約祁栽窯皿拷乘迂嘯疑失挺野篆砌韓馱眨投隅吁腰切山嘯醋茂翌蒲晝棋侖群樸釀抑東砰硅鋁培揭相蓉霜碌函繁練揪摘銷酚僚泉請臂隔巋囂庶胰據(jù)件章艦蠟可優(yōu)焦茍腫尼遁占舷寥庶姑竊股潞

4、沃曠戈住紉松昂俞眠曹起掐 緒論 重點：機(jī)械，機(jī)械系統(tǒng)的相關(guān)概念及學(xué)科中的位置。 難點：學(xué)習(xí)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計課程的重要性。 講授提示與方法：回顧機(jī)械工程的發(fā)展歷程，注重機(jī)械系統(tǒng)的整體性，提高學(xué)生對機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的認(rèn)知程度。 1.1機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計在機(jī)械工程科學(xué)中的地位及作用 一、機(jī)械工程科學(xué) 1. 機(jī)械工程科學(xué)的定義： 機(jī)械工程科學(xué)是研究機(jī)械產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的性能、設(shè)計和制造的基礎(chǔ)理論與技術(shù)的科學(xué)。 2. 機(jī)械工程科學(xué)的組成： P1圖1.1 （1） 機(jī)械學(xué)：機(jī)械設(shè)計過程（核心部分）； （2） 機(jī)械制造：機(jī)械制造過程（基礎(chǔ)部分）。 3. 機(jī)械學(xué)所包含的內(nèi)容： P3圖1.5 二

5、、機(jī)械、機(jī)械系統(tǒng)、系統(tǒng) 1. 機(jī)械：關(guān)于機(jī)械的定義，目前尚無嚴(yán)格的定論，一般可歸納為： （1） 須由兩個以上的零、部件組成； （2） 這些零、部件的運(yùn)動部件，應(yīng)按設(shè)計要求作確定的運(yùn)動； （3） 將外來的能源轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫臋C(jī)械功。 【舉例】 機(jī)械產(chǎn)品：汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、鐘表…… 2. 系統(tǒng)：是指具有特定功能的、相互間具有一定聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個整體。即由兩個或兩個以上的要素組成的具有一定結(jié)構(gòu)和特定功能的整體都是系統(tǒng)。 3. 機(jī)械系統(tǒng)：由若干個零、部件及裝置組成的，彼此間有機(jī)聯(lián)系，并能完成特定功能的系統(tǒng)，稱之為機(jī)械系統(tǒng)。 4. 系統(tǒng)應(yīng)具有下述特性： （1） 目的性：完成特定的

6、功能 （2） 相關(guān)性與整體性： 1） 相關(guān)性：各構(gòu)成要素之間是相互聯(lián)系的 2） 整體性：評價一個系統(tǒng)的好與壞要看該系統(tǒng)的整體功能 （3） 環(huán)境的適應(yīng)性：系統(tǒng)對外部環(huán)境變化和干擾有良好適應(yīng)性 三、機(jī)械系統(tǒng)的組成： P4圖1.6 1. 動力系統(tǒng)：為系統(tǒng)提供能源（動力源） 2. 執(zhí)行系統(tǒng)：是系統(tǒng)的執(zhí)行輸出部分 3. 傳動系統(tǒng)：把運(yùn)動和動力由動源傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié) 4. 操縱、控制系統(tǒng)：使前三者協(xié)調(diào)動作和運(yùn)行 5. 支承系統(tǒng)：支承和聯(lián)系各機(jī)件 6. 潤滑、冷卻與密封系統(tǒng)： 四、機(jī)械系統(tǒng)的地位與作用 幾乎任何產(chǎn)品都離不開機(jī)械系統(tǒng)，它涉及到社會的各領(lǐng)域。 1.2機(jī)械

7、系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)、基本原則及要求 一、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)及設(shè)計類型： 1. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)： 是開發(fā)新的產(chǎn)品和改造老產(chǎn)品。 最終目的是為市場提供優(yōu)質(zhì)高效、價廉物美的機(jī)械產(chǎn)品，以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 2. 設(shè)計類型： （1） 全創(chuàng)新設(shè)計 （2） 適應(yīng)性設(shè)計 （3） 變異性設(shè)計 二、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及要求 1. 設(shè)計的基本原則和法規(guī)： （1） 需求原則 （2） 信息原則 （3） 系統(tǒng)原則 （4） 優(yōu)化、效益原則 2. 設(shè)計要求： （1） 功能要求 （2） 適應(yīng)性要求 （3） 可靠性要求 （4） 生產(chǎn)能力要求 （5） 使用經(jīng)濟(jì)性要求 （6） 成本要求

8、 三、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)生過程 P10圖1.12 產(chǎn)品策化 產(chǎn)品設(shè)計 產(chǎn)品生產(chǎn) 產(chǎn)品銷售 產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn) 產(chǎn)品報廢回收 1.3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計方法及機(jī)械設(shè)計學(xué)發(fā)展簡介 一、機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計方法 1. 傳統(tǒng)設(shè)計方法 靜態(tài)的半理論半經(jīng)驗的設(shè)計方法 2. 現(xiàn)代設(shè)計方法 是一種廣義的設(shè)計和分析科學(xué)方法學(xué)的簡稱，其實質(zhì)是科學(xué)方法論在設(shè)計中的應(yīng)用。 （1） 現(xiàn)代設(shè)計方法的特征 1） 時域特征 2） 哲理特征 3） 質(zhì)量特征 4） 目標(biāo)與手段特征 （2） 現(xiàn)代設(shè)計方法的主要內(nèi)容 信息方法、系統(tǒng)論方法、控制論方法、優(yōu)化方法、對應(yīng)論方法、智能論方法

9、、壽命論方法、離散論方法、模糊論方法、突變論方法、藝術(shù)論方法等。 3. 現(xiàn)代設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法的比較 二、機(jī)械設(shè)計發(fā)展簡史 1. 直覺設(shè)計階段 2. 經(jīng)驗類比設(shè)計階段 3. 傳統(tǒng)設(shè)計階段（定性設(shè)計階段） 4. 現(xiàn)代設(shè)計階段（計算機(jī)輔助設(shè)計階段） P14圖1.13 三、發(fā)展方向及前沿技術(shù) 1. 計算機(jī)輔助設(shè)計 2. 并行工程設(shè)計 3. 虛擬設(shè)計 4. 動態(tài)設(shè)計 5. 快速設(shè)計 6. 設(shè)計自動化技術(shù) 7. 工業(yè)設(shè)計 [作業(yè)題與思考題] 1. 什么是機(jī)械工程科學(xué)？它由那幾個部分組成？ 2. 機(jī)械的基本特征有哪些？ 3. 什么叫機(jī)械系統(tǒng)？它有哪些主要組

10、成部分？ 4. 什么是系統(tǒng)？它有哪些特征？ 5. 機(jī)械系統(tǒng)有哪些種設(shè)計類型？ 6. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計有哪些基本設(shè)計原則和法規(guī)？ 7. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足哪些設(shè)計要求？ 8. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計中傳統(tǒng)設(shè)計方法與現(xiàn)代設(shè)計方法有哪些區(qū)別？ 9. 機(jī)械設(shè)計可以分為哪幾個發(fā)展階段？ 第二章 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計 重點：功能原理設(shè)計的基本概念，主要設(shè)計參數(shù)及其確定方法。 難點：各主要設(shè)計參數(shù)的特點及所適用場合。 講授提示與方法：強(qiáng)調(diào)總體設(shè)計在機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用中的重要性，強(qiáng)化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟；充分利用多媒體課件，多以實例說明解釋各概念

11、和各項設(shè)計參數(shù)。 總體設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵，對產(chǎn)品的技術(shù)性能，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，外觀造型等具有決定性意義。 內(nèi)容包括：功能原理設(shè)計、總體布局、主要技術(shù)參數(shù)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。 2.1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 一、功能的定義及其分類 1. 功能： 是系統(tǒng)必須實現(xiàn)的任務(wù)，或者說是系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)化能量、運(yùn)動或其它物理量的特性?；蚍Q：指輸入、輸出量之間的因果關(guān)系。 2. 功能的分類： 基本功能 必要功能 功能 附加功能 非必要功能 二、功能原理設(shè)計及其特點 1. 功能原理設(shè)計： 是針對所設(shè)計產(chǎn)品的主要功

12、能提出一些原理性的構(gòu)思。 【例2.1】剪草機(jī) P17圖2.1 【例2.2】平板玻璃制造 P17圖2.2 2. 功能原理方案設(shè)計的任務(wù)： 針對某一確定的功能要求，去尋求一些物理效應(yīng)并借助某些作用原理來求得一些實現(xiàn)該目標(biāo)的解法原理。 3. 主要工作內(nèi)容： 構(gòu)思能實現(xiàn)功能目標(biāo)的新的解法原理。盡可能多地提出創(chuàng)新構(gòu)思。比較后擇優(yōu)。 4. 工作步驟： P18圖2.3 分析 綜合 評價決策 5. 功能原理設(shè)計具有如下特點： （1） 功能原理設(shè)計是用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng)，使所設(shè)計系統(tǒng)的工作原理發(fā)生根本變化。 （2） 功能原理設(shè)計中往往要引入某種

13、新技術(shù)、新材料、新工藝……，但首先要求設(shè)計人員有一種新想法、新構(gòu)思。 （3） 功能原理設(shè)計的系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化。 三、功能原理設(shè)計的設(shè)計方法－－“黑箱法” “黑箱法”是根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系來研究實現(xiàn)系統(tǒng)功能目標(biāo)的一種方法，即根據(jù)系統(tǒng)的某種輸入及要求獲得某種輸出的功能要求，從中尋找出某種物理效應(yīng)或原理來實現(xiàn)輸入－輸出之間的轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的解決辦法，從而推求出“黑箱”的功能結(jié)構(gòu)，使“黑箱”逐漸變成“灰箱”、“白箱”的一種方法。 1. “黑箱法”原理： P19圖2.6 用“黑箱法”與輸入量、輸出量及周圍環(huán)境的信息聯(lián)系。了解系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能、特性，進(jìn)一步探索系統(tǒng)的機(jī)理與功能。

14、2. 注意的問題： （1） 突出必要功能和基本功能。（摒棄附加功能和非必要功能）。 （2） 輸入、輸出量的內(nèi)容： 1） 物料流：材料、毛坯、半成品、成品、液體、氣體等。 2） 能量流：電能、光能、機(jī)械能、熱能等。 3） 信息流：數(shù)據(jù)、測量值、控制信號、波形等。 （3） 擺脫具體的設(shè)計對象。（按系統(tǒng)功能和三大流的描述來簡化問題） 【例圖】自行車功能原理系統(tǒng)圖 P18圖2.4 【例圖】車床“黑箱”示意圖 P19圖2.5 四、功能元、功能結(jié)構(gòu) 1. 功能元： 只能直接從技術(shù)效應(yīng)（物理效應(yīng)、數(shù)學(xué)效應(yīng)等）及邏輯關(guān)系中找到可以滿足功能要求的最小單位。 總功能

15、 分功能 …… 基本功能單元（功能元） （1） 物理功能元： 輸入、輸出量（能量、物料、信號流）的基本物理動作。P20表2.1 （2） 數(shù)學(xué)功能元： 機(jī)械傳動中的數(shù)學(xué)關(guān)系。P21表2.2 （3） 邏輯功能元： 主要用信息和控制系統(tǒng)中。P21表2.3 2. 功能結(jié)構(gòu)： P22圖2.7 功能的分解和組合關(guān)系稱為功能結(jié)構(gòu)。 （1） 功能結(jié)構(gòu)示意圖： （2） 以功能元為基礎(chǔ)，組合成功能結(jié)構(gòu)的方式有三種基本類型：串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)（又稱環(huán)狀結(jié)構(gòu)）。P22圖2.8 （3） 功能結(jié)構(gòu)圖的繪制步驟：P23圖2.10 注意問題：需逐漸完善系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，不是一次

16、完成，要隨設(shè)計不斷修改。 【例2.3】材料拉伸試驗機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖 P23圖2.9 五、功能元（分功能）求解 功能元是功能結(jié)構(gòu)圖中最基本的單位，每個功能元都要找出相應(yīng)的技術(shù)、物理效應(yīng)來實現(xiàn)。 功能元的求解方法： 1. 參考有關(guān)資料、?？虍a(chǎn)品求解法（利用所學(xué)知識類比）； 2. 利用各種創(chuàng)造性方法以開闊思想去探討求解法（新構(gòu)思）； 3. 利用設(shè)計目錄求解法（把各種機(jī)構(gòu)綜合成表） P24~25圖2.11、12、13 【例2.4】設(shè)計手動訂書打孔機(jī) 設(shè)計要求：手柄旋轉(zhuǎn)、打孔針直線往復(fù)運(yùn)動、桿件數(shù)目為4個、省力。 求解步驟： 第一步：確定總功能 第二步：總

17、功能分解 第三步：查目錄求解 P25圖2.13 第四步：增力機(jī)構(gòu) P25圖2.12 第五步：繪制原理方案圖 P26圖2.14 六、系統(tǒng)（產(chǎn)品）原理方案的綜合 各功能元的局部解合理地組合，就可以得到一個系統(tǒng)的多個原理解。組合的方法可以用形態(tài)矩陣法（模幅箱法——利用形態(tài)方法建立）。 1. 形態(tài)矩陣法（模幅箱法）： 把每個（系統(tǒng)的）功能元和所對應(yīng)的各解分別作為縱、橫坐標(biāo)，列出“功能求解矩陣”，然后從每個功能元中取一個對應(yīng)解進(jìn)行組合，以構(gòu)成系統(tǒng)解的方法。 【例2.5】試設(shè)計露天礦開采挖掘機(jī)的原理方案 求解步驟： 第一步：總功能轉(zhuǎn)換關(guān)系——“黑箱法” P26圖2.

18、15 第二步：總功能分解 （1） 分解依據(jù) P27圖2.16 （2） 總功能分解 P27圖2.17 第三步：建立功能結(jié)構(gòu)圖 P28圖2.18 （1） 輸入、輸出關(guān)系 （2） 建立一級功能結(jié)構(gòu)圖 （3） 建立二級功能結(jié)構(gòu)圖 第四步：尋找原理解和原理解組合 P28表2.4 組合方案數(shù)==10368 方案1為履帶式正鏟機(jī)械挖掘機(jī)(A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1) 方案2為輪胎式正鏟液壓挖掘機(jī)(A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2) 根據(jù)設(shè)計對功率的要求可知，在能量傳遞與分配過程中，采用鏈傳動和皮帶傳動是不相容的，應(yīng)去掉。故組合方案

19、數(shù)==5184。在眾多的方案中，進(jìn)行定性篩選，然后進(jìn)行詳細(xì)評價，最后決策最佳方案。 2. 相容性： 兩種功能或結(jié)構(gòu)比較后的可行性分析結(jié)果。 （1） 相容性矩陣 P29表2.5 （2） 選擇表 P30表2.6、2.7 七、功能原理設(shè)計舉例 【例2.6】瓶蓋整列裝置的原理方案設(shè)計 設(shè)計要求：把一堆不規(guī)則放置的瓶蓋整列成口朝上的位置逐個輸出。瓶蓋的形狀和尺寸見圖2.19。瓶蓋質(zhì)量為m=10g；整列速度100個/分鐘；能量為220V交流和高壓氣（壓力0.6Mpa）；其余功能要求見表2.8。 求解步驟： 第一步：明確任務(wù)要求 第二步：功能分析 （1） 總功能 P32

20、圖一 （2） 總功能分解 P32圖二 第三步：功能元求解 P32表2.9 第四步：功能元組合 P33圖2.20 解的方案數(shù)：N=86637=6048種 第五步：評價與決策 P33表2.10 2.2結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 一、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的任務(wù)和原則 1. 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的任務(wù)及重要性 （1） 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的任務(wù)： 是將原理方案設(shè)計結(jié)構(gòu)化，即繪制結(jié)構(gòu)總圖。 （2） 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的重要性： 滿足功能要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，降低產(chǎn)品成本等。 工作包括兩個方面，即“質(zhì)”的設(shè)計和“量”的設(shè)計。所謂“質(zhì)”的設(shè)計是指“定形”設(shè)計，有系統(tǒng)的定形和零部件的定形。這部分工作對

21、產(chǎn)品的質(zhì)量有決定性意義?！傲俊钡脑O(shè)計則指選擇材料、確定尺寸和零部件進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計等。 2. 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計原則 （1） 明確原則：包括功能明確、工作情況明確和結(jié)構(gòu)的工作原理明確。 （2） 簡單原則：在滿足使用要求（總功能）的前提下，盡量使整機(jī)，部件和零件的結(jié)構(gòu)簡單，且數(shù)目少。同時具有簡化、簡便、簡明、簡易、減少等多重含義。 （3） 安全可靠原則：包括構(gòu)件的可靠性、功能的可靠性、工作安全性和環(huán)境安全性。 二、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計步驟 P35圖2.22 1. 初步設(shè)計： （1） 設(shè)計要求 （2） 主要功能載體的初步設(shè)計 主要功能載體：完成主要功能的構(gòu)件。 （3） 按比例繪制主要結(jié)構(gòu)草圖

22、 （4） 檢查主、輔功能載體結(jié)構(gòu) （5） 設(shè)計結(jié)果初評及選擇 2. 詳細(xì)設(shè)計： （1） 各功能載體的詳細(xì)設(shè)計 （2） 補(bǔ)充、完善結(jié)構(gòu)總體設(shè)計草圖 （3） 對完善的結(jié)構(gòu)總體草圖進(jìn)行審核 （4） 進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)評價 3. 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的完善和審核： 主要對關(guān)鍵問題和薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析（是否達(dá)到目標(biāo)）。 方法：優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、專家系統(tǒng)使用、經(jīng)濟(jì)性評價等。 三、總體布置設(shè)計 就是確定機(jī)械系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的相對位置關(guān)系及相對運(yùn)動關(guān)系，使總系統(tǒng)具有一個協(xié)調(diào)完善的造型。 考慮問題：設(shè)計內(nèi)容、人——機(jī)關(guān)系、對環(huán)境的適應(yīng)性、對外界環(huán)境的影響（性能、操作、觀察、調(diào)整、控制、

23、防護(hù)等）。 1. 總體布置設(shè)計的基本要求： （1） 功能合理 （2） 結(jié)構(gòu)緊湊、層次清晰、比例協(xié)調(diào) （3） 充分考慮產(chǎn)品的系列化及發(fā)展 2. 機(jī)械系統(tǒng)總體布置的基本類型： （1） 按工作機(jī)構(gòu)的空間幾何位置可分為： 1） 平面式 2） 空間式 （2） 按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布置方向可分為： 1） 平式 2） 直立式 3） 傾斜式 4） 圓弧式 （3） 按原動機(jī)與機(jī)架的相對位置可分為： 1） 前置式 2） 中置式 3） 后置式 （4） 按工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)系可分為： 1） 轉(zhuǎn)式 2） 直線式 3） 振動式 （5） 按機(jī)架（或機(jī)殼）的形式可分為： 1） 整體式 2

24、） 剖分式 3） 組合式 4） 單柱式（開式） 5） 龍門式（閉式） 6） 懸臂式 P37圖2.23 四、總體（主要）參數(shù)的確定 總體參數(shù)是結(jié)構(gòu)總體設(shè)計和零部件設(shè)計的依據(jù)。 1. 性能參數(shù)（生產(chǎn)能力）： 機(jī)械系統(tǒng)的理論生產(chǎn)能力是指設(shè)計生產(chǎn)能力——在單位時間內(nèi)完成的產(chǎn)品數(shù)量，亦可以稱之為機(jī)械系統(tǒng)的生產(chǎn)率。設(shè)加工一個工件或裝備一個組件所需的循環(huán)時間為 式中：T——機(jī)械系統(tǒng)的一個工作循環(huán)時間或稱工作周期時間，常用單位有小時、分鐘等； －－工作時間； －－輔助工作時間。 則機(jī)械系統(tǒng)的生產(chǎn)率Q為 生產(chǎn)率Q的單位由工件的計量和計時單位而定，常用的單位有件/小時、米/分鐘

25、、米/分鐘、米/小時、千克/分鐘等。 2. 尺寸參數(shù)： 尺寸參數(shù)主要是指影響機(jī)械性能和工作范圍的主要結(jié)構(gòu)尺寸和作業(yè)位置尺寸。 如：外形尺寸、主要部件尺寸、工作行程、加工范圍等。 【例2.10】確定顎式破碎機(jī)鉗角 P41圖2.29 3. 運(yùn)動參數(shù)： （1） 最高、最低轉(zhuǎn)速： 1） 最高轉(zhuǎn)速： 2） 最低轉(zhuǎn)速： 3） 變速范圍： 【例2.11】P42表2.11 （2） 轉(zhuǎn)速數(shù)列： ，，……，，，……，（按等比數(shù)列分級） 1） 轉(zhuǎn)速級數(shù)Z 2） 公比值: 則變速范圍： 3） 轉(zhuǎn)速損失率： a. 相對轉(zhuǎn)速損失率： b. 最大相對轉(zhuǎn)速損失率：

26、 【例2.12】 （3） 標(biāo)準(zhǔn)公比和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列： 轉(zhuǎn)速是由小到大遞增的，所以應(yīng)大于1，并規(guī)定最大相對轉(zhuǎn)速損失率不超過50%，則相應(yīng)公比不應(yīng)大于2，故1<2。 1） 標(biāo)準(zhǔn)公比：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2 2） 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列：P45表2.12 （4） 公比的選用： 從使用性能方面考慮，公比最好選得小一些，以便減少相對轉(zhuǎn)速損失。但公比越小，級數(shù)就越多，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。 1） 對于一般生產(chǎn)率要求較高的普通設(shè)備，減少相對轉(zhuǎn)速損失率是主要的，所以公比取得較小，如=1.26或=1.41等。 2） 有些小型機(jī)械系統(tǒng)希望簡化機(jī)構(gòu)，此時公比可取得大些，如

27、=1.58或=2等。 3） 對于自動機(jī)床，減少相對轉(zhuǎn)速損失率的要求更高，常取=1.12或=1.26。 【例】型孔輪式排種器P45圖2.30 4. 動力參數(shù) 動力參數(shù)是指電動機(jī)的額定功率、液壓缸的牽引力、液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)、伺服電動機(jī)或步進(jìn)電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩等。P46圖2.32 （1） 動力參數(shù)確定得過大導(dǎo)致機(jī)器笨重、浪費(fèi)能源和材料 （2） 動力參數(shù)確定得過小則不能滿足使用要求 學(xué)生自學(xué)：P46~52 電機(jī)學(xué)中的內(nèi)容 五、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的基本原理 1. 任務(wù)分配原理： （1） 一個載體完成一個功能 （2） 一個載體承擔(dān)多個功能 （3） 多個載體共同承擔(dān)一個功能 2

28、. 穩(wěn)定性原理： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指當(dāng)出現(xiàn)干擾使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變恢復(fù)穩(wěn)定的效應(yīng)。 P53圖2.34、圖2.35 3. 合理力流原理： （1） 力傳遞特點：力流不會中斷，力線不會消失，從一處傳入從另一處傳出。 （2） 內(nèi)力與外力 P53圖2.36、圖2.37 （3） 按力的情況合理選擇結(jié)構(gòu) P53圖2.37、P54圖2.38、圖2.39 （4） 避免應(yīng)力集中 P55圖2.40 4. 自補(bǔ)償原理： 通過選擇系統(tǒng)零部件及其在系統(tǒng)中配置來自行實現(xiàn)加強(qiáng)功能的相互支承的作用，稱為自補(bǔ)償。 （1） 自增強(qiáng) P55圖2.41 （2） 自平衡 P55圖2.42 （3） 自保

29、護(hù) 5. 變形協(xié)調(diào)原理： 使兩零件的連接處在外載荷作用下所產(chǎn)生的變形方向（從應(yīng)力分布圖來看）相同，且使其相對變形量盡可能小。P56圖2.43 6. 力平衡原理： 力平衡的目的就是通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施，使這些無用的力在其產(chǎn)生處就部分或全部平衡掉，以減輕或消除不良影響。如人字齒輪的使用。 7. 等強(qiáng)度原理： 對于同一個零件來說，各處應(yīng)力相等，各處壽命相同，稱為等強(qiáng)度原理。按等強(qiáng)度原理設(shè)計的結(jié)構(gòu)，材料可以得到充分利用，從而減輕了重量，降低了成本。 P56圖2.44 六、軟固體物料自動包裝機(jī)設(shè)計舉例 1. 原始資料： （1） 產(chǎn)品 本機(jī)的包裝對象是圓臺形柱狀軟固體物料，見圖2.45

30、。 （2） 包裝材料 采用厚度為0.008mm的金色鋁箔卷筒紙。 （3） 關(guān)于自動機(jī)包裝能力的要求 根據(jù)給定生產(chǎn)定額每班產(chǎn)750㎏，折算后自動包裝機(jī)正常生產(chǎn)率為120塊/分鐘。采用無級調(diào)速自動包裝機(jī)的生產(chǎn)率可調(diào)范圍是70~130塊/分鐘。 2. 包裝工藝的確定： （1） 整體錐形模腔：粘模、破紙 （2） 彈性的鉗物料機(jī)械手夾子：工藝性好 3. 包裝機(jī)總體設(shè)計：回轉(zhuǎn)式多工位自動機(jī)型 送料 分料 頂料、接料 抄紙 轉(zhuǎn)位 開手、出料 供紙 剪紙 P57圖2.46、圖2.47 P58圖2.48、

31、圖2.49 4. 傳動系統(tǒng)設(shè)計 P59圖2.50 5. 工作循環(huán)圖 P59圖2.51 [作業(yè)題與思考題] 1. 什么是機(jī)械系統(tǒng)的功能？功能可分為哪幾類？ 2. 什么是功能原理設(shè)計？包括有哪些重要設(shè)計步驟？ 3. “黑箱法”設(shè)計有什么優(yōu)點？ 4. 什么是功能元？機(jī)械設(shè)計中有哪些基本功能元？ 5. 什么是功能結(jié)構(gòu)？繪制功能結(jié)構(gòu)圖有何功用？ 6. 功能結(jié)構(gòu)（以功能元為基準(zhǔn)，組合成的）有哪幾種基本類型？ 7. 什么是功能元（分功能）的求解？ 8. 什么是原理解的相容性？相容性的求解方法有哪幾種？相容性可分成哪幾種情況？ 9. 為什么要進(jìn)行結(jié)構(gòu)總體設(shè)計

32、？它有哪些設(shè)計原則？ 10. 總體布置設(shè)計有哪些基本要求？常用的有哪幾種分類形式？ 11. 總體（主要）參數(shù)包括有哪幾類？（及基本概念） T、Q、n（、）、Z、、、、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列 12. 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計有哪幾種基本原理？它們各是什么內(nèi)容？ 13. 什么是任務(wù)分配原理？它有哪幾種情況？各有何優(yōu)缺點？ 14. 什么是自補(bǔ)償原理？它有哪幾種情況？ 15. 有一搖臂鉆床，最大鉆孔直徑40mm，=50m/min，=4m/min，求：、、、Z及列出各級轉(zhuǎn)速。 16. 某機(jī)械設(shè)備，=45r/min，=1.41， Z=12，求：，及列出它的轉(zhuǎn)速數(shù)列。

33、 第三章 傳動系統(tǒng)設(shè)計 重點：轉(zhuǎn)速圖的定義，轉(zhuǎn)速圖擬定方法和原則，擴(kuò)大變速范圍方法，齒輪齒數(shù)的確定，功率扭矩特性，傳動件的計算轉(zhuǎn)速，無級變速傳動系統(tǒng)設(shè)計。 難點：擬定轉(zhuǎn)速圖的方法和步驟，設(shè)備的功率扭矩特性和傳動件計算轉(zhuǎn)速的求解方法，無級變速傳動系統(tǒng)設(shè)計特點。 講授提示與方法：引入實例講解轉(zhuǎn)速圖所表示內(nèi)容和含義，根據(jù)轉(zhuǎn)速圖擬定原則“口訣”結(jié)合實例講授轉(zhuǎn)速圖的擬定方法和步驟，注重講解傳動齒輪齒數(shù)配齒表的使用特點，比較設(shè)備功率扭矩特性特點和調(diào)速電動機(jī)功率扭矩特性關(guān)系講解無級變速傳動系統(tǒng)的設(shè)計方法和特點；講授中充分利用多媒體課件。

34、 傳動鏈： 動源+傳動件+執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)+傳動件+執(zhí)行系統(tǒng) 1. 外聯(lián)傳動鏈：傳動鏈兩端件之間無嚴(yán)格的傳動比要求的傳動鏈。 主要保證：運(yùn)動和動力的傳遞。 2. 內(nèi)聯(lián)傳動鏈：傳動鏈兩端件之間有嚴(yán)格的傳動比要求的傳動鏈。 主要保證：傳動的準(zhǔn)確性。 3.1傳動系統(tǒng)的類型和組成 一、傳動系統(tǒng)的類型及其應(yīng)用 1. 按動源分： （1） 電動機(jī) （2） 液壓驅(qū)動 （3） 氣動驅(qū)動 （4） 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動 2. 按執(zhí)行件的被驅(qū)動數(shù)目分： （1） 獨立驅(qū)動 （2） 集中驅(qū)動 （3） 聯(lián)合驅(qū)動 3. 按傳動裝置的類型分： （1） 機(jī)械式 （2） 液壓式 （3） 氣動式

35、 （4） 電氣式 （5） 組合式 4. 按變速的形式分： （1） 無級變速 （2） 有級變速 （3） 定比傳動 （一） 無級變速和有級變速傳動系統(tǒng) 1. 無級變速傳動系統(tǒng) 是指執(zhí)行件的轉(zhuǎn)速（或速度）能在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的傳動系統(tǒng)。 特點： （1） 可以獲得執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的任何速度 （2） 可在運(yùn)動中變速，便于實現(xiàn)自動化 （3） 結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜（工藝性差，成本高） 種類： （1） 機(jī)械無級變速 主要依靠摩擦力來傳遞運(yùn)動和動力。 類型：鋼球式，寬帶式，錐碗式等。 特點：結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，噪聲小，使用維修方便，效率高。存在轉(zhuǎn)速損失（磨擦中的彈性滑動），調(diào)

36、速精度低，力值小。 （2） 液壓無級變速 利用油液為介質(zhì)，改變供油量來無級調(diào)速。 特點：傳動平穩(wěn)載荷大，換向平穩(wěn)。 （3） 電氣無級變速 是通過變換電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)調(diào)速。 包括：直流并激電動機(jī)，交流變頻電動機(jī)，直流伺服電動機(jī)，步進(jìn)電機(jī)等。 特點：機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，但電氣控制部分成本高（尤其是大功率下）。 2. 有級變速傳動系統(tǒng) 是指執(zhí)行件的轉(zhuǎn)速（或速度）在一定范圍內(nèi)有級變化的傳動系統(tǒng)。 特點：功率大，變速范圍寬，傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，轉(zhuǎn)速損失較大。 結(jié)構(gòu)類型：滑移齒輪，交換齒輪（掛輪），交換皮帶輪等。P127圖4.1 3. 固定傳動比的傳動系統(tǒng) 是指執(zhí)行件僅能獲得某一固

37、定轉(zhuǎn)速（或速度）的傳動系統(tǒng)。P128圖4.2 （二） 獨立和聯(lián)合驅(qū)動傳動系統(tǒng) 1. 獨立驅(qū)動傳動系統(tǒng) 是指各執(zhí)行件分別由獨立動力源驅(qū)動的傳動系統(tǒng)。 特點：傳動簡單，易于設(shè)計，可減少各傳動鏈間的振動影響。 適用場合：較大載荷，較高精度，執(zhí)行件距離遠(yuǎn)。 （1） 機(jī)械系統(tǒng)只有一個執(zhí)行件 P128圖4.3 （2） 機(jī)械系統(tǒng)有多個運(yùn)動不相關(guān)的執(zhí)行件 P128圖4.4 （3） 數(shù)控機(jī)械系統(tǒng) P129圖4.5 2. 集中驅(qū)動傳動系統(tǒng) 是指多個執(zhí)行件由一個動源驅(qū)動的傳動系統(tǒng)。 特點：動源少，便于傳動件之間的聯(lián)系，傳動系統(tǒng)集中。 適用場合： （1） 執(zhí)行件間有嚴(yán)格傳動

38、比要求——內(nèi)聯(lián)傳動鏈 P130圖4.7 （2） 各執(zhí)行件間運(yùn)動有順序或協(xié)調(diào)的要求——自動設(shè)備 P131圖4.8 （3） 各執(zhí)行件的運(yùn)動相互獨立 3. 聯(lián)合驅(qū)動傳動系統(tǒng) 兩個（多個）動源經(jīng)各自的傳動鏈聯(lián)合驅(qū)動一個執(zhí)行件。 適用場合：低速，重載，大功率，執(zhí)行件少且慣性大。 二、傳動系統(tǒng)的組成 變速裝置，定比傳動機(jī)構(gòu)，開停、換向和制動機(jī)構(gòu)，運(yùn)動轉(zhuǎn)換和安全保護(hù)裝置。 （一） 變速裝置 改變動力源的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。 1. 交換齒輪變速 P130圖4.7 特點：結(jié)構(gòu)簡單（無操縱機(jī)構(gòu)），軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，交換（變速）不方便，剛度低，潤滑差（懸臂安裝）。 場合：不

39、經(jīng)常變速的情況 2. 滑移齒輪變速 P127圖4.1 特點：變速方便，但不能在運(yùn)動中變速，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 場合：經(jīng)常變速的情況。 3. 離合器變速 P132圖4.10 特點：接合平穩(wěn)，可在運(yùn)動中變速，傳遞大轉(zhuǎn)矩，（用斜齒，人字齒輪），結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜。 場合：大轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動中變速。 注意問題：減小離合器尺寸，避免出現(xiàn)超速現(xiàn)象。 4. 上述變速方式的組合 P130圖4.7 5. 嚙合器變速 （1） 普通嚙合器：無同步過程 （2） 同步嚙合器：P133圖4.11 特點：運(yùn)動中的大載荷變速。 （二） 起停和換向裝置 基本要求：省力（操作），安全

40、可靠，結(jié)構(gòu)簡單，能傳遞足夠的動力。 1. 機(jī)械系統(tǒng)的工況 （1） 不需要換向且起動不頻繁 如：自動電阻裝帽機(jī) P131圖4.8 （2） 需要換向但起動不頻繁 如：龍門起重機(jī) P128圖4.2 （3） 需要換向且起動頻繁 如：普通車床 2. 動力源的類型 （1） 電動機(jī)：允許在負(fù)載下起動，可以正反轉(zhuǎn)，但起動電流大，反接制動。 特點：結(jié)構(gòu)簡單，操縱方便。 （2） 內(nèi)燃機(jī)：不充許在負(fù)載下起動，不能制動和換向。 特點：功率大，不需要電源。 3. 起停和換向裝置的結(jié)構(gòu) （1） 齒輪： P134圖4.12摩擦離合器 P134圖4.13鋼球摩擦離合器 （2） 齒輪換向機(jī)構(gòu)

41、：P35圖4.14 （三） 制動裝置 作用：使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動能夠迅速停止。 基本要求：工作可靠，操縱方便，制動迅速平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，磨損小，散熱好。 場合：頻繁起動和換向，慣性大的機(jī)件，安全性要求高的設(shè)備。 P136圖4.16 （四） 安全保護(hù)裝置 作用：防止過載而損壞傳動機(jī)構(gòu)（件） 注意：摩擦副過載“打滑”，有保護(hù)功能。 1. 銷釘安全聯(lián)軸器 P137圖4.17 2. 鋼珠安全離合器 P137圖4.18 3. 摩擦安全離合器 P135圖4.13、P135圖4.19 3.2傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計 一、有級變速傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計 1. 轉(zhuǎn)速圖 （1） 轉(zhuǎn)

42、速圖 P140圖4.21 可以表達(dá)主軸每一級轉(zhuǎn)速是通過哪些傳動副得到的，這些傳動副之間的關(guān)系如何，各傳動軸的轉(zhuǎn)速等等。 1） 軸線：是用來表示軸的一組間距相等的豎線。 2） 轉(zhuǎn)速線：是一組間距相等的水平線，用它來表示轉(zhuǎn)速的對數(shù)坐標(biāo)。 3） 轉(zhuǎn)速點：是指在軸線上畫的圓點，用它來表示該軸所具有的轉(zhuǎn)速值。 4） 傳動線：是指軸線間轉(zhuǎn)速點的連線，它表示相應(yīng)傳動副及其傳動比值。 （2） 轉(zhuǎn)速圖分析 P140圖4.21、P138圖4.20 1） 從轉(zhuǎn)速圖中可以看出主軸各轉(zhuǎn)速下的傳動路線。 2） 從轉(zhuǎn)速圖中可以看出每個傳動組數(shù)，及每個傳動組中的傳動副數(shù)、級數(shù)。 3）

43、 傳動組的級比和級比指數(shù)： 級比：一個傳動組（變速組）內(nèi)相鄰傳動副傳動比的比值，用表示。 級比指數(shù)：級比的指數(shù)稱為級比指數(shù)，或傳動特性指數(shù)。 4） 基本組和擴(kuò)大組： 基本組：傳動組的級比指數(shù)為1的傳動組。 a. 傳動組 i. 級比指數(shù)： ii. 傳動副數(shù)： 擴(kuò)大組：在基本組已經(jīng)起作用的基礎(chǔ)上，起到了再將轉(zhuǎn)速級數(shù)增加的作用的變速組稱為擴(kuò)大組。同理第一次起擴(kuò)大作用的稱為第一擴(kuò)大組，第二次起擴(kuò)大作用的稱為第二擴(kuò)大組，依此類推第i次起擴(kuò)大作用的變速組稱為第i個擴(kuò)大組。 b. 傳動組 i. 級比指數(shù)： ii. 傳動副數(shù)： c. 傳動組 i. 級比指數(shù)： ii. 傳動副數(shù)：

44、（3） 變速組的變速范圍 1） 變速組的變速范圍：變速組內(nèi)最大傳動比與最小傳動比之比，稱為變速組的變速范圍r 即 2） 任一變速組的變速范圍 ： 基本組的變速范圍： 第一擴(kuò)大組的變速范圍： 第二擴(kuò)大組的變速范圍： 3） 變速范圍關(guān)系： 二、結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng) 1. 結(jié)構(gòu)網(wǎng)：表示傳動比的相對關(guān)系，而不表示傳速值的線圖。 P143圖4.22 2. 結(jié)構(gòu)式： 3. 綜合分析： （1） 可以看出傳動鏈的組成和傳動順序； （2） 可以看出各傳動組的級比指數(shù)； （3） 可以看出擴(kuò)大順序。 三、轉(zhuǎn)速圖的擬定 已知條件：設(shè)備類型、級數(shù)、公比、各級轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速。 設(shè)計步

45、驟： 1. 確定傳動組數(shù)、各傳動組的傳動副數(shù) 2. 擬定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式 3. 擬定轉(zhuǎn)速圖 【例4.1】P143 解：1. 確定轉(zhuǎn)速數(shù)列 查表P45表2.12 查得：31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400r/min 2. 確定傳動組和傳動副數(shù) 方案：（1）12=34（2）12=43 （3）12=322（4）12=232（5）12=223 原則一：“前多后少”，傳動副多的傳動組放置在前面，即在盡可能的高速位置，可使結(jié)構(gòu)緊湊。 3. 寫結(jié)構(gòu)式或畫結(jié)構(gòu)網(wǎng) （1） 結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 P144圖4.23 原則二：“升

46、2降4” 1） 主運(yùn)動鏈：最小傳動比： 最大傳動比： 斜齒輪： 變速范圍： 2） 進(jìn)給傳動鏈： 檢查方法：檢查最后一個擴(kuò)大組（因為其它的傳動組的變速范圍較小）。 【查看】P144圖4.23 （1） 方案：a、b、c、d ，可以選用 （2） 方案：e、f ，不可用 原則三：“前密后疏” 即：基本組和擴(kuò)大組的排列順序：應(yīng)盡可能使擴(kuò)大順序與傳動順序一致，使結(jié)構(gòu)緊湊。 【查看】P144圖4.23 選定： 4. 擬定轉(zhuǎn)速圖 （1） 動機(jī)轉(zhuǎn)速： （2） 中間傳動軸轉(zhuǎn)速： 原則四：“早升晚降” P146圖4.24.圖4.25 即：前級傳動組盡可能設(shè)計

47、在較高速位置，而較低的輸出轉(zhuǎn)速應(yīng)設(shè)計在后級傳動組實現(xiàn)，從而使得結(jié)構(gòu)緊湊。 原則四的變化：“早降晚升” P147圖4.26圖4.27 即：為使得噪聲小，傳動振動小，中間軸轉(zhuǎn)速應(yīng)取得低些，但結(jié)構(gòu)尺寸會有所增大。 四、分級變速的幾種特殊情況 1. 具有交換齒輪的傳動鏈 （1） 交換齒輪的傳動比：設(shè)計成對稱分布 （2） 優(yōu)點：減少交換齒輪的數(shù)目 （3） 缺點：升速傳動比高（且在高速下），噪聲高，振動大。 2. 具有多速異步電動機(jī)的傳動鏈 （1） 750/1500r/min（8/4級） 1500/3000r/min（4/2級）

48、 （2） 1000/1500r/min（6/4級） （在設(shè)計中一般不用） （3） 750/1500/3000r/min（8/4/2級） 分析：情況（1）： ： 情況（2）： ： 注意： （1） 公比應(yīng)為的整數(shù)方根 （2） 把第一擴(kuò)大組提到基本組之前 優(yōu)點：減少傳動組數(shù)，簡化傳動機(jī)構(gòu) 缺點： （1） 高速下功率不能完全輸出 如：750/1500r/min，7.5/10kW （2） 擴(kuò)大組在前，不適合“前密后疏”的原則

49、 3. 具有公用齒輪的傳動鏈 公用齒輪：既是前一傳動組的被動齒輪，又是后一傳動組的主動輪 優(yōu)點：減少齒輪數(shù)目，減少軸向尺寸 缺點：設(shè)計中不易實現(xiàn)，徑向尺寸可能增大 4. 具有雙公比（混合公比）的傳動鏈 如： 兩端的公比值大，相對速度損失率比較大，不常用 優(yōu)點：可減少轉(zhuǎn)速級數(shù)，簡化結(jié)構(gòu) 注意問題： （1） 基本組的級指數(shù)x應(yīng)為奇數(shù)，否則會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速重復(fù) （2） Z’=8為實際級數(shù) Z=10為理論計算級數(shù)， 5. 某些結(jié)構(gòu)上的原因引起轉(zhuǎn)速圖的變化 摩擦片離合器 如：CA6140（1）結(jié)構(gòu)式：，（2）電機(jī)：先降后升 注意：（1）軸向尺寸（2）摩擦片轉(zhuǎn)速（3）

50、摩擦片徑向尺寸大（齒輪大） 五、擴(kuò)大變速系統(tǒng)調(diào)速范圍的辦法 如果最后一個擴(kuò)大組由二個傳動副組成，則： （1），Z=12級 （2），Z=18級 例如：普通車床，，某些新型設(shè)備，擴(kuò)大變速范圍的方法有以下幾種： 1. 轉(zhuǎn)速重合 即：增加一個傳動組 ：級，重復(fù)中間9級轉(zhuǎn)速 缺點：會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速重復(fù) 2. 背輪機(jī)構(gòu)（回曲機(jī)構(gòu)） P148圖4.28 極限傳動比： 注意問題： （1） 合上離合器：應(yīng)使背輪機(jī)構(gòu)脫離傳動，防止背輪轉(zhuǎn)速升高，導(dǎo)致振動和噪聲增大，發(fā)熱。 （2） 如果主軸箱與變速箱間用皮帶傳動，應(yīng)盡可能提高皮帶所傳遞的最低轉(zhuǎn)速，防止尺寸過大。

51、3. 采用分支傳動 可以看作是“并聯(lián)” 優(yōu)點：高速下，短傳動鏈具有機(jī)械效率高，振動小，精度高。 4. 采用混合公比 擴(kuò)大范圍小 六、齒輪齒數(shù)的確定： 1. 確定齒輪齒數(shù)要注意的問題： （1） 轉(zhuǎn)速誤差： 式中：n’——實際輸出轉(zhuǎn)速 n——標(biāo)準(zhǔn)（理論）轉(zhuǎn)速 （2） 齒數(shù)和Sz不宜過大：Sz≤100-120 1） 防止尺寸過大 2） 降低齒面線速度 （3） 齒數(shù)和Sz不宜過小： 1） 根切的問題 Zmin≥18-20 2） 保證輪鼓強(qiáng)度 a≥2m P149圖4.30 （4） 三聯(lián)滑移齒輪的滑移干涉 P149圖4.31 2

52、. 齒輪齒數(shù)的確定 （1） 相同模數(shù)傳動組 查表P150表4.1 （2） 不同模數(shù)傳動組 七、齒輪的布置與排列 1. 基本要求 （1） 滑移省力 盡可能使小齒輪塊滑動。 （2） 防止滑移干涉 必須使嚙合齒輪完全脫離嚙合后，另一個齒輪進(jìn)入嚙合。P154圖4.33 1） 雙聯(lián)滑移齒輪塊 P154圖4.34（左圖） 2） 三聯(lián)滑移齒輪塊 P154圖4.35（上排左圖） （3） 變速操縱方便 1） 盡量靠近“前”箱面（操作位置） 2） 兩相鄰變速組的滑移齒輪放在同一根軸上 2. 一個傳動組內(nèi)齒輪的排列 （1） 雙聯(lián)滑移齒輪塊 P154圖4.34

53、 （2） 三聯(lián)滑移齒輪塊 P154圖4.35 3. 縮短軸向尺寸的方法 （1） 采用窄式排列 （2） 三聯(lián)齒輪塊“一分為二” （3） 兩個傳動組統(tǒng)一安排 P154圖4.36 八、計算轉(zhuǎn)速的確定 1. 設(shè)備的功率和轉(zhuǎn)矩特性： （1） 功率扭矩特性曲線 P155圖4.38 （2） 計算轉(zhuǎn)速：傳遞最大功率的最低轉(zhuǎn)速。 2. 設(shè)備主軸的計算轉(zhuǎn)速值 （1） 直線運(yùn)動：（工作在恒功率段）。 （2） 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動： P156表4.2 【例4.3】 P157圖4.39 3. 注意的問題：若計算轉(zhuǎn)速（主軸）在二轉(zhuǎn)速之間 （1） 安全角度考慮：取小值 （2） 材料發(fā)展的

54、角度：取大值 4. 轉(zhuǎn)速圖的進(jìn)一步分析 （1） 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動主運(yùn)動系統(tǒng) （2） 恒扭矩設(shè)備的計算轉(zhuǎn)速 （3） 高傳動件計算轉(zhuǎn)速的方法 九、無級變速傳動系統(tǒng)設(shè)計： 1. 直流和交流調(diào)速電動機(jī)的功率扭矩特性 P158圖4.40 （1） 調(diào)速電動機(jī)的恒功率區(qū)間： 1） 直流并激電動機(jī)： 2） 交流調(diào)速電動機(jī)： 式中：——額定轉(zhuǎn)速 （2） 注意的問題： 1） 用于恒扭矩設(shè)備：恒扭矩段較寬，可以適用。 2） 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動傳動鏈：要擴(kuò)大電動機(jī)的恒功率區(qū)間。 2. 擴(kuò)大恒功率區(qū)間 方法：利用有級變速擴(kuò)大恒功率區(qū)間。 （1） 有級變速公比與電動機(jī)恒功率調(diào)速范圍相等 可以有效利

55、用電機(jī)功率。 【例4.4】P158 P159圖4.41 欲設(shè)計一臺數(shù)控機(jī)床。主軸的最高轉(zhuǎn)速n主max=4000r/min，最低轉(zhuǎn)速為30r/min，計算轉(zhuǎn)速為nj=145r/min，最大切削功率為5.5kW。擬采用交流調(diào)頻主軸電動機(jī)，額定轉(zhuǎn)速nr=1500r/min，最高轉(zhuǎn)速nmax=4500r/min，試擬定有級變速傳動系統(tǒng)并選擇電動機(jī)的功率和型號。 解：主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為 電動機(jī)的恒功率調(diào)速范圍為 令 則： （級） 電機(jī)功率：，選7.5kW。 （2） 有級變速公比大于電機(jī)恒功率調(diào)速范圍 電機(jī)功率增大（浪費(fèi)），但可以簡化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)。 【例4.5】P

56、159 P160圖4.42 欲設(shè)計一臺數(shù)控機(jī)床。主軸的最高轉(zhuǎn)速=4000r/min，最低轉(zhuǎn)速為30r/min，計算轉(zhuǎn)速為=145r/min，最大切削功率為5.5kW。擬采用交流調(diào)頻主軸電動機(jī)，額定轉(zhuǎn)速nr=1500r/min，最高轉(zhuǎn)速=4500r/min，為了簡化變速箱和操縱機(jī)構(gòu)，改串聯(lián)的滑移齒輪為雙聯(lián)，試設(shè)計其傳動系統(tǒng)，并選擇電動機(jī)功率。 解：主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為 電動機(jī)的恒功率調(diào)速范圍為 因為： 所以： 最大輸出功率：P160圖4.42 1） 76/44：4000~1330r/min 2） 30/90：773~257r/min 電機(jī)功率：，選15kW。

57、 （3） 有級變速公比小于電機(jī)恒功率調(diào)速范圍 連續(xù)工作變速區(qū)間較寬，有利于設(shè)備工作，但機(jī)械變速裝置較復(fù)雜。 【例4.6】P160圖4.43 見【例4.5】，恒功率連續(xù)切削： 解：主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為 電動機(jī)的恒功率調(diào)速范圍為 因為： 所以： 最大輸出功率： 1） 76/44：4000~1330r/min 2） 54/66：1900~630r/min 3） 34/86：900~300r/min 4） 19/101：425~145r/min （4） 注意問題： 1） 變速箱有不同的公比，級數(shù)Z（通常為2、3、4級），功率——形成系列化； 2） 變速箱，

58、操作機(jī)構(gòu)，潤滑系統(tǒng)已由專門廠家生產(chǎn)。 3. 機(jī)械無級變速器 （1） 機(jī)械無級變速器的類型（機(jī)械特性） 1） 恒功率型 2） 恒轉(zhuǎn)矩型 3） 變功率變轉(zhuǎn)矩型 （2） 擴(kuò)大恒功率的方法：加機(jī)械有級變速 或 P161圖4.44左圖 考慮到摩擦副的滑動，應(yīng)使略小于值，取值： 又因為： 則： P161圖4.44右圖 【例4.7】P162 3.3內(nèi)聯(lián)傳動系統(tǒng)的設(shè)計原則 一、誤差的來源 各傳動件的制造和裝配誤差，因受力和因溫度變化而產(chǎn)生的變形等都影響傳動鏈的傳動精度。 包括：傳動件的徑向和軸向跳動，（P163圖4.46圖4.47）齒輪和蝸輪的齒形誤差，周節(jié)誤

59、差和周節(jié)累積誤差（P162圖4.45），絲杠，螺母和蝸桿的半角誤差，導(dǎo)程誤差和導(dǎo)程累積誤差等。 二、誤差的傳遞規(guī)律 P164圖4.49 動力輸入： 主軸誤差：的誤差： 的誤差： 的誤差： 的誤差： 工作臺的誤差： 的誤差： 的誤差： 的誤差： 三、提高傳動精度的措施和內(nèi)聯(lián)傳動系統(tǒng)的設(shè)計原則 1. 縮短傳動鏈 2. 采用降速傳動 P164圖4.49 右側(cè)轉(zhuǎn)速圖 3. 合理分配各傳動副的傳動比 4. 合理選擇傳動件 5. 合理確定傳動副的精度 6. 采用校正裝置 P166圖4.50 [作業(yè)題與思考題] 1. 內(nèi)聯(lián)傳動鏈與外聯(lián)傳動鏈有

60、何區(qū)別？ 2. 傳動系統(tǒng)由哪些部分組成？ 3. 什么是基本組，什么是擴(kuò)大組？ 4. 我們把級比指數(shù)為1的傳動組稱為基本組，是否基本組的級比指數(shù)一定等于1？ 5. 什么叫級比指數(shù)？ 6. 轉(zhuǎn)速圖設(shè)計有哪些原則，進(jìn)給傳動鏈設(shè)計具有什么特點？ 7. 擴(kuò)大變速范圍的方法有哪些？ 8. 什么叫計算轉(zhuǎn)速？試?yán)L制出設(shè)備的功率—扭矩特性曲線？ 9. 提高計算轉(zhuǎn)速有哪些措施？ 10. 利用電動機(jī)進(jìn)行無級變速傳動系統(tǒng)設(shè)計時具有什么樣的特點？ 11. 提高傳動精度有哪些方法和措施？（內(nèi)聯(lián)傳動鏈設(shè)計原則） 12. 試擬定6級變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)式。 13. 某車床其輸出轉(zhuǎn)速級數(shù)z=

61、18級，最高轉(zhuǎn)速=1400r/min，公比=1.26。試計算，值，并繪轉(zhuǎn)速圖，配置各齒輪齒數(shù)，計算各傳動件的計算轉(zhuǎn)速。 14. 某車床的傳動系統(tǒng)如下圖所示，試計算，，，Z的值，并繪出轉(zhuǎn)速圖，求出各傳動件的計算轉(zhuǎn)速。 15. 有一高速升降臺銑床，=45r/min，=1.41，Z=12，試寫出它的轉(zhuǎn)速數(shù)列。 16. 按下圖所示傳動系統(tǒng)圖繪制轉(zhuǎn)速圖。 17. 有一普通車床，=1600r/min，=31.5r/min，取=1.26，n電=1440r/min。擬定其轉(zhuǎn)速圖。 18. 用于成批生產(chǎn)的車床，主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列為45、63、90、125、180、250、355、500，為簡化構(gòu)造采

62、用雙速電動機(jī)，其轉(zhuǎn)速為1440/720r/min，畫出該車床的轉(zhuǎn)速圖與傳動系統(tǒng)圖。 第四章 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計 重點：執(zhí)行軸，執(zhí)行軸支承，執(zhí)行軸傳動件，執(zhí)行軸組件計算，普通滑動導(dǎo)軌，普通滑動導(dǎo)軌計算。 難點：執(zhí)行軸組件的計算，滑動導(dǎo)軌計算中力學(xué)模型簡化過程和疊加。 講授提示與方法：引入工程力學(xué)中彈性模量、慣性矩、角應(yīng)變、強(qiáng)度和剛度等相關(guān)概念，考慮實際工作中的摩擦、發(fā)熱、受力、變形和振動等因素影響，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)實例分項分析、比較和總結(jié)（或經(jīng)過理論推導(dǎo)和計算），得出結(jié)論。 4.1執(zhí)行系統(tǒng)的組成、功能及分類 執(zhí)行系統(tǒng)：是指在系統(tǒng)中能直接完成預(yù)期工作任務(wù)的子系統(tǒng)。 一、執(zhí)行系統(tǒng)的組成：

63、是由執(zhí)行末端件和與之相聯(lián)接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。 1. 執(zhí)行末端件： 是直接與工作對象接觸并完成一定工作（夾持、移動、轉(zhuǎn)動等）或在工作對象上完成一定動作（切削、鍛壓、清洗等）的零部件。 2. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 是為執(zhí)行末端件提供所需的動力和運(yùn)動。 P60圖3.1、3.2 二、執(zhí)行系統(tǒng)的功能： 1. 實現(xiàn)運(yùn)動形式或運(yùn)動規(guī)律變換的功能（主要功能） （1） 預(yù)期固定軌跡或簡單可調(diào)軌跡 P62圖3.3【例3.1】 （2） 勻速運(yùn)動（平動、轉(zhuǎn)動）與非勻速運(yùn)動（平動，轉(zhuǎn)動或擺動）的變換 （3） 連續(xù)運(yùn)動與間歇式的轉(zhuǎn)動或擺動的變換 P62圖3.4【例3.2】 2. 實現(xiàn)開關(guān)

64、、聯(lián)鎖和檢測等的功能 P63圖3.5【例3.3】 （1） 運(yùn)動的離合或開停 （2） 換向、超越或反向止動 （3） 聯(lián)鎖、過載保護(hù)、安全制動 （4） 鎖止、定位、夾壓等 （5） 測量、放大、比較、顯示、記錄、運(yùn)算等 3. 實現(xiàn)程序控制的功能 P63圖3.5、P64圖3.7【例3.4】 4. 實現(xiàn)施力功能 P64圖3.8 【例3.5】 三、執(zhí)行系統(tǒng)的分類： 1. 按執(zhí)行系統(tǒng)對運(yùn)動和動力的不同要求可分為： P65表3.1 （1） 動作型 （2） 動力型 （3） 動作——動力型 2. 按執(zhí)行系統(tǒng)所完成的任務(wù)可分為： （1） 單一型 （2） 相互獨立型

65、 （3） 相互聯(lián)系型 3. 按執(zhí)行末端件的運(yùn)動形式可分為： （1） 回轉(zhuǎn)運(yùn)動 （2） 直線運(yùn)動 執(zhí)行系統(tǒng)的主要運(yùn)動參數(shù)： P66表3.2 執(zhí)行系統(tǒng)的常用機(jī)構(gòu)性能特點： P66表3.3 4.2執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計 應(yīng)滿足的基本要求： 1. 保證設(shè)計時提出的功能目標(biāo) 2. 足夠的使用壽命和強(qiáng)度 3. 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)結(jié)構(gòu)合理、配合協(xié)調(diào)。 一、執(zhí)行軸機(jī)構(gòu)的設(shè)計 （一） 執(zhí)行軸機(jī)構(gòu)的組成及基本要求 1. 執(zhí)行軸機(jī)構(gòu)的組成： 由執(zhí)行軸、傳動件（齒輪、帶輪等）、支承（軸承、調(diào)整元件等）和密封件、固定元件（螺釘、螺母等）等組成。 【例3.6】P60圖3.1 【例3.7】P60圖3

66、.9 2. 執(zhí)行軸機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本要求： （1） 旋轉(zhuǎn)精度：是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動（手動或低速機(jī)動）的條件下，主軸安裝工件或刀具部位（相對）的徑向和軸向跳動及角度擺動。 運(yùn)動精度：運(yùn)動狀態(tài)下（工作轉(zhuǎn)速）的旋轉(zhuǎn)精度值。 （2） 靜剛度：是指機(jī)械系統(tǒng)或零部件抵抗靜態(tài)外載荷引起變形的能力。 彎曲剛度：K=F/ N/m P71圖3.12 扭轉(zhuǎn)剛度： 注意：絕大多數(shù)執(zhí)行軸用彎曲剛度來衡量，在有套筒卸載條件下采用扭轉(zhuǎn)剛度衡量，如：鉆、鏜等。 （3） 抗振性：是指主軸受交變載荷時，能夠平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力。 振動：自激振動和受迫振動。 影響因素：靜剛度、質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前軸承的阻尼）。 （4） 溫升和熱變形：溫升使主軸組件的形狀和位置發(fā)生畸變。 改變各執(zhí)行件的位置 改變主軸的幾何位置 改變軸承的間隙 P71表3.4 改變潤滑條件 （5） 耐磨性：是指其長期保持原始精度的能力。即精度保持性。 部位：軸承、錐孔、定心軸頸等。 （二） 執(zhí)行軸（主軸） 1. 執(zhí)行軸（主軸）的尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計： （1）