1、了解(lioji)產品設計過程和機械總體方案設計的內容；了解(lioji)機械執行系統方案設計的過程和內容了解(lioji)常用原動機的類型和特點及其選取原則；了解(lioji)擬定簡單機械傳動系統方案的過程。本章(bn zhn)教學目標第十二章 機械(jxi)總體方案的設計第一頁，共26頁。12-1 機械(jxi)總體方案設計概述12-2 機械(jxi)執行系統的方案設計12-3 原動機的選擇12-4 機械(jxi)傳動系統的方案設計本章(bn zhn)教學內容第十二章 機械(jxi)總體方案的設計第二頁，共26頁。一、機械產品(chnpn)的設計過程初期(chq)規劃設計階段總體方案設計階

2、段結構技術設計階段生產施工設計階段機械產品設計是一個通過分析、綜合與創新獲得滿足某些特定(tdng)要求和功能的機械系統的過程。12-1 機械總體方案設計概述機械新產品的開發設計過程一般可以分為四個階段：第三頁，共26頁。1. 初期(chq)規劃設計階段選題(xun t)調研(dio yn)和預測可行性論證確定設計任務階段成果：調研報告設計任務書產品開發可行性論證報告2. 總體方案設計階段目標分析創新構思方案擬定方案評價方案決策總體方案示意圖機械系統運動簡圖方案設計計算說明書階段成果：一、機械產品的設計過程（續）第四頁，共26頁。3. 結構(jigu)技術設計階段結構(jigu)方案擬定造型(

3、zoxng)設計結構設計材料選擇與尺寸設計設計圖繪制 階段成果全套設計圖紙設計計算說明書4. 生產施工設計階段工藝設計工裝設計施工設計 階段成果工藝流程卡片、工裝設計圖基礎安裝圖、技術文件使用說明書、備件明細表一、機械產品的設計過程（續）第五頁，共26頁。二、機械(jxi)總體方案設計的目的 總體方案設計階段的工作是實現機械產品初期規劃(guhu)階段所提出的設計目標的關鍵。 產品設計的好壞，包括產品的功能是否齊全、性能是否優良、經濟效益是否顯著，在很大程度上取決于總體方案設計階段的工作，取決于方案的構思和方案擬定時的設計思想。 機械系統主要是由原動機、傳動系統、執行系統和控制系統(kn zh

4、 x tn)所組成。三、機械系統的組成第六頁，共26頁。四、機械(jxi)總體方案設計的內容 執行系統的方案設計。主要包括執行系統的功能(gngnng)原理設計、運動規律設計、執行機構的型式設計、執行系統的協調設計和執行系統的方案評價與決策。 原動機類型的選擇和傳動系統的方案設計。其中傳動系統的方案設計主要(zhyo)包括傳動類型和傳動路線的選擇，傳動鏈中機構順序的安排和各級傳動比的分配。 控制系統的方案設計. 其它輔助系統的設計。主要包括潤滑系統、冷卻系統、故障監測系統、安全保護系統和照明系統等的設計。第七頁，共26頁。一、執行(zhxng)系統方案設計的過程 12-2 機械(jxi)執行系

5、統的方案設計 功能原理設計：就是根據機械預期實現的功能，考慮選擇何種工作(gngzu)原理來實現這一功能要求。 運動規律設計：是指為實現上述工作原理而決定選擇何種運動規律。 執行機構型式設計：是指究竟選擇何種機構來實現上述運動規律。框圖表示二、執行系統方案設計的內容 執行機構的協調設計：就是根據工藝過程對各動作的要求，分析各執行機構應當如何協調和配合，設計出協調配合圖。第八頁，共26頁。 機構尺度設計：是指對所選擇的各個執行機構進行運動和動力設計，確定(qudng)各執行機構的運動尺寸，繪制出各執行機構的運動簡圖。 運動和動力分析：即對整個執行系統(xtng)進行運動分析和動力分析，以檢驗其是

6、否滿足運動要求和動力性能方面的要求。 方案評價與決策：方案評價包括定性評價和定量評價。前者是指對結構的繁簡、尺寸的大小、加工的難易等進行評價，后者是指將運動和動力分析后所得(su d)的執行系統的具體性能與使用要求所規定的預期性能進行比較，從而對設計方案作出評價。二、執行系統方案設計的內容（續）第九頁，共26頁。實現同一種功能要求，可以采用不同的工作原理(yunl)；實現同一種工作原理(yunl)，可以選擇不同的運動規律；實現同一種運動規律，可以選擇不同型式的機構。二、執行系統(xtng)方案設計的內容（續）獲得(hud)多種不同的方案給定某種預期功能要求機械執行系統方案設計所要研究的問題，就

7、是如何合理地利用設計者地專業知識和分析能力，創造性地構思出各種可能地方案并從中選出最佳方案。第十頁，共26頁。機械預期實現的功能功能原理摩擦傳動原理流體傳動原理電磁傳動原理機械推拉原理材料變形原理光電原理其它原理運動規律二、執行系統(xtng)方案設計的內容（續）機械(jxi)執行系統方案設計流程圖第十一頁，共26頁。工藝動作分解方法1工藝動作分解方法2工藝動作分解方法3機構(jgu)型式工藝動作分解方法n連桿機構凸輪機構其它機構機構組合結構變異第十二頁，共26頁。一、原動機的類型(lixng)和特點 12-3 原動機的選擇(xunz) 電動機的類型很多，不同類型的電動機具有不同的結構型式和特

8、性，可滿足不同的工作環境和機械不同的負載特性要求。主要優點為：驅動效率高、有良好的調速性能、可遠距離控制，啟動、制動、反向調速都易控制，與傳動系統或工作機械聯接方便，作為一般傳動，電動機的功率范圍很廣。主要缺點為必須有電源，不適于野外使用。 根據使用電源的不同，又分為(fn wi)交流電動機和直流電動機兩大類。1. 動力電動機第十三頁，共26頁。 伺服電動機是指能精密控制系統位置和角度的一類電動機。特點： 它體積小、重量輕；具有寬廣(kungung)而平滑的調速范圍和快速響應能力，其理想的機械特性和調節特性均為直線。應用； 伺服電機廣泛應用于工業控制、軍事、航空航天等領域，如數控機床、工業機器

9、人、火炮隨動系統中。2. 控制(kngzh)電動機（伺服電動機）一、原動機的類型(lixng)和特點（續）第十四頁，共26頁。（1）分類按燃料種類分：柴油機、汽油機和煤油機按工作循環(xnhun)中的沖程數分:四沖程和二沖程內燃機按汽缸數目分:單缸和多缸內燃機按主要機構的運動形式分:往復活塞式和旋轉活塞式（2）特點及應用 優點是功率范圍寬、操作簡便、啟動迅速；適用于工作環境無電源的場合，多用于工程機械、農業機械、船舶、車輛等。 缺點為對燃油的要求高，排氣污染環境、噪音大、結構復雜。3. 內燃機一、原動機的類型(lixng)和特點（續）第十五頁，共26頁。 液壓馬達又稱為油馬達，它是把液壓能轉變

10、為機械能的動力裝置。其主要優點是可獲得很大的動力或轉矩，可通過改變(gibin)油量來調節執行機構速度，易進行無級調速，能快速響應，操作控制簡單，易實現復雜工藝過程的動作要求。缺點是要求有高壓油的供給系統，液壓系統的制造裝配要求高，否則易影響效率和運動精度。4. 液壓馬達(md) 氣動馬達是以壓縮空氣為動力，將氣壓能轉變為機械能的動力裝置。常用的有葉片式和活塞式。其主要優點為：工作介質為空氣，故容易獲取(huq)且成本低廉；易遠距離輸送，排入大氣也無污染；能適應惡劣環境；動作迅速、反應快。缺點為：工作穩定性差、噪音大，輸出轉矩不大，只適用于小型輕載的工作機械。5. 氣動馬達一、原動機的類型和特

11、點（續）第十六頁，共26頁。1. 選擇(xunz)原則二、原動機的選擇(xunz) 考慮工作機械的負載特性(txng)、工作制度、啟動和制動的頻繁程度。 考慮原動機本身的機械特性能否與工作機械的負載特性(包括功率、轉矩、轉速等)相匹配，能否與工作機械的調速范圍、工作的平穩性等相適應。考慮機械系統整體結構布置的需要?？紤]經濟性，包括原動機的原始購置費用、運行費用和維修費用等。考慮經濟性，包括原動機的原始購置費用、運行費用和維修費用等。第十七頁，共26頁。2. 原動機類型(lixng)的選擇 若工作機械要求有較高的驅動效率(xio l)和較高的運動精度，應選用電動機。電動機的類型和型號較多，并具有

12、各種特性，可滿足不同類型工作機械的要求。 在相同功率(gngl)下，要求外形尺寸盡可能小、重量盡可能輕時，宜選用液壓馬達。要求易控制、響應快、靈敏度高時，宜采用液壓馬達或氣動馬達。要求在易燃、易爆、多塵、振動大等惡劣環境中工作時，宜采用氣動馬達。要求對工作環境不造成污染，宜選用電動機或氣動馬達。要求啟動迅速、便于移動或在野外作業場地工作時，宜選用內燃機。要求負載轉矩大，轉速低的工作機械或要求簡化傳動系統的減速裝置，需要原動機與執行機構直接聯接時，宜選用低速液壓馬達。第十八頁，共26頁。3. 原動機轉速(zhun s)的選擇原動機的額定( dng)轉速一般是直接根據工作機械的要求而選擇的。但需考

13、慮： 原動機本身的綜合因素。例如，對于電動機來說，在額定功率相同的情況(qngkung)下，額定轉速越高的電動機尺寸越小，重量和價格也低，即高速電動機反而經濟。 傳動系統的結構。若原動機的轉速選得過高，勢必增加傳動系統的傳動比，從而導致傳動系統的結構復雜。4. 原動機容量的選擇 原動機的容量主要指功率。它是由負載所需的功率、轉矩及工作制來決定的。負載的工作情況大致可分為連續恒負載；連續周期性變化負載；短時工作制負載和斷續周期性工作制負載等。各種工作制負載情況下所需的原動機容量的計算方法，可查閱有關手冊。第十九頁，共26頁。一、傳動系統的作用(zuyng)及其設計過程 12-4 機械傳動(j x

14、i chun dn)系統的方案設計 傳動系統位于原動機和執行系統之間，將原動機的運動和動力傳遞給執行系統。除進行功率傳遞，使執行機構能克服阻力作功外，它還起著如下重要作用：實現增速、減速或變速傳動；變換運動形式；進行運動的合成和分解；實現分路傳動和較遠距離傳動；實現某些(mu xi)操縱控制功能(如啟動、離合、制動、換向)等。 傳動系統方案設計是機械系統方案設計的重要組成部分。當完成了執行系統的方案設計和原動機的預選型后，即可根據執行機構所需要的運動和動力條件及原動機的類型和性能參數，進行傳動系統的方案設計了。第二十頁，共26頁。3. 擬定傳動鏈的布置方案(fng n)。即根據空間位置、運動和

15、動力傳遞路線及所選傳動裝置的傳動特點和適用條件，合理擬定傳動路線，安排各傳動機構的先后順序，以完成從原動機到各執行機構之間的傳動系統的總體布置方案(fng n)。4. 分配傳動比。即根據傳動系統的組成方案，將總傳動比合理分配至各級( j)傳動機構。5. 確定各級傳動(chundng)機構的基本參數和主要幾何尺寸，計算傳動(chundng)系統的各項運動學和動力學參數，為各級傳動(chundng)機構的結構設計、強度計算和傳動(chundng)系統方案評價提供依據和指標。6. 繪制傳動系統運動簡圖。2. 選擇傳動類型。即根據設計任務書中所規定的功能要求，執行系統對動力、傳動比或速度變化的要求以及

16、原動機的工作特性，選擇合適的傳動裝置類型。1. 確定傳動系統的總傳動比。傳動系統設計過程：第二十一頁，共26頁。二、傳動(chundng)類型的選擇1. 傳動(chundng)的類型和特點按傳動(chundng)的方式分： 機械傳動：利用機構所實現的傳動稱為機械傳動。 其優點是工作穩定、可靠，對環境的干擾不敏感。缺點是響應速度較慢、控制欠靈活。 液壓、液力傳動：利用液壓泵、閥、執行器等液壓元器件實現的傳動稱為液壓傳動；液力傳動則是利用葉輪通過液體的動能變化來傳遞能量的。 液壓液力傳動的主要優點是速度、扭矩和功率均可連續調節；調速范圍大，能迅速換向和變速；傳遞功率大；結構簡單，易實現系列化、標準

17、化，使用壽命長；易實現遠距離控制、動作快速；能實現過載保護。缺點主要是傳動效率低，不如機械傳動精確；制造、安裝精度要求高；對油液質量和密封性要求高。第二十二頁，共26頁。按傳動(chundng)的方式分（續）： 氣壓傳動 。以壓縮空氣為工作介質的傳動稱為氣壓傳動。 氣壓傳動的優點是易快速實現往復移動、擺動和高速轉動，調速方便；氣壓元件結構簡單、適合標準化、系列化，易制造、易操縱向應速度快、可直接用氣壓信號實現系統控制，完成復雜(fz)動作；管路壓力損失小，適于遠距離輸送；與液壓傳動相比，經濟且不易污染環境，安全、能適應惡劣的工作環境：缺點是傳動效率低；因壓力不能太高，故不能傳遞大功率，因空氣的

18、可壓縮性，故載荷變化時，傳遞運動不太平穩，排氣噪音大。 電氣(dinq)傳動。利用電動機和電氣(dinq)裝置實現的傳動稱為電氣(dinq)傳動。 電氣(dinq)傳動的特點是傳動效率高、控制靈活、易于實現自動化。 第二十三頁，共26頁。按傳動比和輸出速度的變化(binhu)情況分： 定傳動比傳動。輸入與輸出轉速對應，適用于執行機構的工況固定、或其工況與原動機對應變化(binhu)的場合。 變傳動比有級變速傳動。一個輸入轉速可對應于若干個輸出(shch)轉速，適用于原動機工況固定，而執行機構有若干種工況的場合，或用于擴大原動機的調速范圍。 變傳動比無級變速傳動。一個輸入轉速對應于某一范圍內無限多個輸出轉速，適用于執行機構工況很多或最佳工況不明確的情況。 變傳動比周期性變速傳動。輸出角速度是輸入角速度的周期性函數，以實現函數傳動或改善動力特性。 第二十四頁，共26頁。2. 選擇傳動類型(lixng)的原則執行系統的工況和工作要求與原動機的機械(jxi)特性相匹配。考慮工作要求傳遞的功率和運轉(ynzhun)速度。有利于提高傳動效率。在滿足系統功能要求的前提下，優先選用效率高的傳動類型；在滿足傳動比、功率等技術指標的條件下，盡可能選用單級傳動，以縮短傳動鏈，提高傳動效率。盡可能選擇結構簡單的單級傳動裝置考慮結構布置 根據原動機輸出軸與執行系統