機械系統設計第一章一、系統：指具有特定功能的、相互間具有有機聯系的許多要素構成的一個整體。二、系統的一些特性：整體性、相關性、目的性、環境適應性三、機械系統的組成：動力系統、執行系統、傳動系統、操作系統和控制系統四、機械設計的一般過程包括：計劃、外部系統設計、內部系統設計、制造銷售五、系統分解（了解）P17第二章一、方案設計的工作內容：研究給定的設計任務、構思實現功能的原理和方法、選擇工藝原理、確定技術過程、引進技術系統、分析結構布局、擬定設計方案并進行設計方案評價、確定能實現預定設計目標的最佳方案二、黑箱：指僅知輸入量和輸出量而不知其內部結構的表述設計任務的一種模式。黑箱明確表示了設計任務的基本功能要求和主要約束條件三、工藝原理：指各種物理效應（包括物理學、化學、生物學等自然科學中的定理、定律、原理及效應）的具體應用。四、系統的功能結構：P22五、方案評價的目的：是通過對可行的候選方案進行技術、經濟、外部環境等方面的評定，提出方案的評價意見，為決策者最后確定設計方案提供信息和依據。六、方案的評價原則：客觀性原則、可比性原則、合理性原則、整體性原則七、總體設計的主要內容：總體布置設計、確定總體主要參數、繪制總體設計圖樣、編寫總體設計報告書計技術說明書等八、總體設計的基本要求：（1）保證工藝過程的連續和流暢（2）降低質心高度、減小偏置（3）保證精度、剛體，提高抗振性及熱穩定性（4）充分考慮產品系列化和發展（5）結構緊湊，層次分明（6）操作、維修、調整方便（7）外形美觀九、傳動系統的布置（1）簡化傳動鏈：在保證運動要求的前提下，傳動鏈愈簡短，零件數就愈少，材料的消耗和制造費用就愈低，同時也有利于提高傳動效率、可靠性和精度。（2）合理安排傳動機構順序:若以傳遞動力，應優先考慮蝸桿傳動布置在高速級的方案；若以傳遞運動為主，尤其是傳動精度要求較高時，應考慮蝸桿傳動布置在低俗級的方案。（3）注意傳動系統潤滑和密封的便利性和可靠性第三章一、載荷的分類：靜載荷和動載荷二、靜載荷：指大小、方向和位置都不變的載荷三、動載荷：指大小、方向和位置都改變的載荷四、載荷歷程：工程上常把載荷隨時間的變化稱為載荷的——時間歷程，簡稱載荷歷程五、載荷的處理方法：對靜載荷：可用靜強度判據來設計計算對周期載荷和非周期載荷：利用疲勞強度理論進行設計計算六、編制載荷的方法：功率譜法和循環計數法七、常用的循環計數法：峰值計數法、穿級計數法、幅程計數法和雨流計數法八、選擇電動機的一般原則：在滿足使用要求的前提下，交流電動機優選于直流電動機，籠行型電動機優選與繞線型電動機，專用電動機優選與通用電動機九、決定電動機功率的因素：電動機的發熱、允許的過載能力和起動能力十、電動機的負載圖和發熱計算（P62）十一、內燃機：指燃料在汽缸內進行燃燒，直接將產生的氣體所含的熱能轉化為機械能的裝置十二、內燃機按燃料種類的分類：柴油機和汽油機第四章一、執行系統的功能：（一）夾持：示例1抓取動作：夾持器向下運動，手指碰上工件1后，在工件對手指反力的作用下，壓縮彈簧4，使手指3張開，完成抓取動作。夾持動作：夾持器繼續向下運動，手指伸入工件后，在彈簧4作用下，手指閉合，夾持工件。放開動作：這種夾持器不能單獨放開工件，要由其它裝置夾持工件后，夾持器向上運動，在工件反作用力下，手指打開，才能將工件卸下。示例2抓取動作：斜楔3向下運動，兩滾子的間隙加大，使拉簧1伸長，手指4抓住工件5。夾持動作：斜楔3繼續向下運動，手指4對工件5的夾持力加大。放開動作：斜楔3向上運動，兩滾子的間隙變小，拉簧1使手指4、5張開，放開工件5。示例3抓取動作：活塞4向下運動，通過活塞桿4及連桿5使手指2繞固定銷軸轉動，抓取工件1。夾持動作：活塞4繼續向下運動，使手指2以較大的力夾持工件1。放開動作：活塞4向上運動，通過活塞桿及連桿5使手指繞固定銷軸反向轉動，放開工件1。（二）搬運：示例1車門關閉時位置在BB，這是初始位置；車門開啟時位置在B1B1，這是最終位置。用擺桿搖塊機構（1-2-3-5）和擺桿滑塊機構（3-4-6-5）組合，可實現車門的兩個位置。原動件為活塞2，它作往復運動；車門裝在連桿4上，它隨連桿4作平面運動。活塞2伸縮到兩個極限位置，車門就會從初始位置運動到最終位置示例2用齒輪-齒條機構和正弦機構組合，來實現a）、b）兩個位置。齒條在活塞帶動下往復直線運動，與齒條相嚙合的齒輪作往復180°的擺動；搖桿8與齒輪固連，可擺動180°，正弦機構的框架9作往復直線運動，框架上有吸頭10，吸住工件從位置a）移動到位置b）。（三）輸送示例圖4-7是一個間歇式的直線輸送裝置。氣缸4的活塞是主動件，它作往復直線運動。當活塞向左運動時，推動棘爪壓縮彈簧向左移動，棘爪撥動棘輪逆時針轉動，與棘輪裝在一根軸上的鏈條輸送裝置的鏈輪，就帶動鏈條1運動，從而實現裝在鏈條上的裝配輸送帶的運動。當活塞向右運動時，棘爪在彈簧作用下回位，棘輪不轉，裝配輸送帶靜止。這樣就可實現裝配輸送帶的間歇運動。（四）分度與轉位示例1圖4-9是用棘輪機構帶動的回轉工作臺。棘輪2、分度盤1和工作臺裝在同一個立軸上；有兩個氣缸4和5；氣缸4通過棘爪3推動棘輪2每次轉過若干個齒（轉過的齒數可以改變）；氣缸5使定位栓6深入分度盤1的槽中進行定位，也可以使定位栓6從分度盤1的槽中取出，使分度盤松動。示例2機構中采用的是圓柱凸輪機構（圖中未畫出），凸輪轉動使推桿作擺動。凸輪每轉一圈，與推桿通過鉸鏈鉸接的連桿5，便可以帶動驅動板4的手柄有間歇的往復擺動一次。分度盤3通過驅動銷2與驅動板4周向固定。氣缸帶動定位栓1作往復運動，可完成3個動作：①驅動銷2壓入驅動板4的槽中，使分度盤3與驅動盤4分離；②定位栓1伸入分度盤3的凹槽中，對分度盤3定位；③定位栓1退出時，彈簧使驅動銷2復位，分度盤3與驅動板又周向固定。凸輪機構帶動的回轉工作臺工作過程如下：開始分度轉位：見圖a）定位栓1從分度盤凹槽里退開，彈簧將驅動銷2壓入分度盤的孔中，分度盤3和驅動板4周向固定。連桿5開始向左運動，分度盤與驅動板一起開始逆時針轉動，分度開始。分度轉位結束：見圖b）驅動板4帶動分度盤3轉了一個角度后，連桿5停止運動，驅動板4、分度盤3也停止轉動。定位：見圖c）定位栓1伸入分度盤凹槽進行定位，并將驅動銷壓出分度盤孔，將分度盤與驅動板分開返回：見圖d）拉桿向右運動，驅動盤順時針轉動，分度盤在定位栓作用下不動，直到圖a)位置。檢測示例螺釘以頭部支承放在導軌4里，依靠導軌4上方的驅動皮帶5與螺釘頭表面間的摩擦力實現螺釘的送進。導軌4下方有可繞銷軸3轉動的檢測桿2，過長的螺釘可使檢測桿2擺動，這時微動開關1發出指令，氣缸6推動偏轉板轉動到紅線位置，將其送入廢品箱。長度不過長的螺釘不會碰到檢測桿2，偏轉板9不動作，在黑線位置將其送入成品箱。調整檢測桿位置，讓成品箱中的螺釘再一次通過檢測裝置，就可檢測出過短的螺釘，不過這時碰到檢測桿2的是合格品，不接觸檢測桿的是不合格品。導軌下設置兩套檢測裝置，先檢測出長的，令其掉入廢品箱，不過長的繼續沿軌道前進，再檢測出過短的，這樣兩道檢測可一次完成。最終的檢測結果，即合格品與次品的分離，可以根據檢測指令，利用偏轉板具有的不同的偏轉角度，使兩者加以分離和分選。如有必要，還可以將不合格品繼續分選為可修復產品和廢品。施力完成工藝性復雜動作二、設計執行系統時，通常要滿足下列要求：實現預期精度的運動或動作有足夠的強度、剛度各執行機構間動作要協調配合機構合理、造型美觀、便于制造與安裝工作安全可靠，有足夠的使用壽命三、工作循環圖表示各機構動作次序及時間的圖形成為工作循環圖第五章一、傳動系統的功能連接動力機與執行機構，并把動力機的運動和動力經適當變換，以滿足執行機構的作業要求。二、傳動系統的分類（1）按傳動比變化情況分類：固定傳動比的傳動系統可調傳動比的傳動系統（分為有級變速傳動、無級變速傳動、周期性變速傳動）（2）按驅動形式分類：獨立驅動的傳動系統、集中驅動的傳動系統、聯合驅動的傳動系統（3）按工作原理分類：機械傳動、流體傳動和電力傳動三、傳動系統的組成及各部分的作用（1）變速裝置：其作用是改變動力機的輸出轉速和轉矩以適應執行機構的需要。常用的變速裝置：交換齒輪變速機構、滑移齒輪變速機構、離合器變速機構、嚙合器變速機構（為防止嚙合套因振動和非操縱軸向力作用下自動脫檔，可采用加寬式結構或切槽式結構）（2）起停和換向裝置：其作用是用來控制執行機構的起動、停車以及改變運動方向。（3）制動裝置：其作用是為了節省輔助時間（4）安全保護裝置：其作用是避免損壞傳動機構和起過載保護作用M1M2M1M2圖一：圖二、圖三、五、計算例1、已知電動機轉速nm=1460r/min，執行構件要求的3個速度分別為：95r/min、150r/min、236r/min，速度按等比級數排列，公比φ=1.58。試確定合理的轉速圖方案。解：(1)計算最大傳動比和變速范圍：電動機輸出轉速nm=1460r/min，執行構件最低轉速n1=95r/min，傳動系統的最大傳動比：變速范圍：(2)確定傳動方案：執行構件要求有3個轉速：n1、n2、n3，可以用一個2軸3聯滑移齒輪變速組來實現。但該變速組的最大單級傳動比imax≤4，不能滿足要求，故在傳動系統中要設有定傳動比的減速傳動。電動機2軸3聯滑移齒輪變速組電動機2軸3聯滑移齒輪變速組定傳動比齒輪傳動執行系統高速處低速處確定各對傳動副的傳動比：2軸3聯移動齒輪變速組與一對定傳動比齒輪傳動組合。如圖所示：nmnmZ2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8Ⅲn公比φ的確定：取2軸3聯移動齒輪變速組3個速比為：取定傳動比齒輪副的傳動比：則傳動系統的最大傳動比：imax=15.368應根據教材P42所列出的標準公比：1.06，1.12，1.41，1.58，1.78，2.0將計算出的公比φ圓整為標準公比。各級傳動比確定：執行構件的轉速：95r/min150r/min236r/min繪制轉速圖：例2、已知某制管機所用電動機轉速nm=1440r/min，執行構件—主軸轉速nw=45~250r/min，主軸應有6級轉速。試擬定該制管機的變速傳動運動設計方案。解：已知條件：傳動系統輸入轉速nm=1440r/min，傳動系統輸出的最低轉速nmin=45r/min，輸出的最高轉速nmax=250r/min。變速級數Z'：Z'=6減速級數Z：從傳動系統的輸入轉速nm=1440r/min到輸出的最小轉速nmin=45r/min的減速級數。確定變速組結構型式采用由3聯齒輪變速組和2聯齒輪變速組組成的3軸變速機構來實現6個輸出轉速。3聯齒輪變速組放在高速級，為基本組；2聯齒輪變速組放在低速級，為擴大組。變速裝置的結構型式為：6=31×23。確定運動鏈中，是否需要定傳動比的運動副本例應屬于減速傳動系統，總減速比：不設置定傳動比傳動副，變速組可以實現的最大傳動比：總傳動比i=32，使得變速組的最大傳動比imax將大于4，故必須設置定傳動比傳動副。在電動機與變速箱間設置一級V帶傳動，在變速箱與執行構件—主軸間設置一級齒輪傳動，它們都是定傳動比的減速裝置，傳動系統簡圖如下：Z4Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z1Z3Z2ⅠⅡⅢⅣⅤV帶傳動電動機定傳動比齒輪傳動變速箱Z12擬定轉速圖傳動系統由5根軸組成：Ⅰ軸—電動機軸；Ⅱ軸—變速箱輸入軸；Ⅲ軸—變速箱中間軸；Ⅳ軸—變速箱輸出軸；Ⅴ軸—定傳動比齒輪傳動輸出軸。計算變速箱的變速范圍：確定變速箱的公比φ由可得查P42，公比應選標準值。由可得所以從n0=1440r/min按公比φ=1.41降到nmin=45r/min，傳動系統劃分的級數為：由可得各級傳速比為V帶傳動的速比：基本變速組的速比：擴大變速組的速比：定傳動比齒輪傳動速比：根據傳動比的計算結果，可以畫出設計方案的轉速圖：第六章操縱系統指把人和機械聯系起來，使機械按照人的指令工作的機構和元件所構成的總體。操縱系統的組成部分操縱桿、執行件、傳動件自鎖機構是以一定的預壓力把操縱件、執行件或中間的某傳動件固定在規定的位置上，中有所施加的操縱力大于這個預壓力，操縱件或執行件才會動作互鎖機構互鎖機構使操縱系統在進行一個操作動作時把另一個操作操作動作鎖住，從而避免機械發生不應有的運動干涉，保證在前一執行件的動作完成后才可使另一執行件