第16章機械系統總體方案設計選講§16－1機械總體設計方案設計概述§16－2執行系統的運動方案設計§16－3驅動系統選擇§16－4傳動系統的方案設計§16－5機械控制系統簡介§16－6機械系統方案評價與決策湖南科技大學專用作者：潘存云教授

本章概要

機械系統的組成；總體設計方案設計的方法與步驟；執行系統、傳動系統、原動機的設計與選擇；控制系統的概念湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－1機械系統總體方案設計概述機械系統總體方案設計的目的：機械系統總體方案設計的主要內容：機械系統總體方案設計的基本步驟:設計任務抽象化;任務的本質核心與主要約束條件確定系統的功能結構;動力系統；傳動系統；執行系統；控制系統尋求實現各分功能的工作原理;組合作用原理，形成方案設計的原理解。各工作原理（機構）的組合盡可能明確設計任務的本質及約束條件，避免設計方向上的重大偏差；創造性思維，盡可能多而廣的尋求解決方案，以取得最優方案。設計的指導性文件(戰略）系統功能結構設計和工作原理設計；主功能載體的初步結構構思及系統主參數的選擇。方案的評價與決策湖南科技大學專用作者：潘存云教授總體方案設計步驟：根據設計要求進行方案設計對設計要求抽象化，認清事物的本質確定系統的功能結構尋求實現各分功能的作用原理組合作用原理，形成原理解方案的評價與決策得到原理方案，轉入技術設計

湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－2執行系統的運動方案設計現代機械組成：機械的具體功能要求可歸結為對運動和力的要求執行系統：直接對作業對象進行操作。驅動系統（動力系統）；傳動系統；執行系統；控制和信息處理系統。

執行機構和執行構件。常處于系統的末端。執行系統的設計：最困難、最關鍵、最具創造力。1、確定執行機構的運動規律：

周期性的往復運動；轉動，擺動及其組合間隙或連續的，等速或變速的轉動一定范圍內的擺動2、確定實現這些運動的機構及其組合3、合理確定執行機構的類型及其綜合4、在多種方案中選擇合適的方案要求：滿足運動和力的要求；加工制造性；成本；操作性；安全性；傳動平穩性等。湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－3驅動系統選擇原動機：機械設備中驅動執行機構運動的機械。輸出轉矩和轉速。常用的如電動機、液壓馬達、氣動馬達、內燃機1.電動機：分往復式和旋轉活塞式按主要運動機構的不同往復式：柴油機、汽油機；二沖程、四沖程；單缸，多缸等；水冷式、風冷式等3.液壓馬達和氣動馬達：交流電機、直流電機按使用電源分如三相異步電動機：籠型式、繞線型；按轉子結構形式分按外殼結構形式分

開啟式、防護式、封閉式和防爆式

同步電動機、異步電動機按電機轉速是否與旋轉磁場轉速相同2.內燃機：壓力能（液體、氣體）旋轉機械能熱能機械能湖南科技大學專用作者：潘存云教授液壓馬達液壓馬達：高速齒輪式葉片式軸向柱塞式鋼球式直軸彎軸點接觸式滑履式低速柱塞式鋼球式擺線轉子式徑向內曲線多作用式曲軸連桿式曲軸無連桿式軸向

——雙斜盤式內曲線多作用式雙凸輪盤式湖南科技大學專用作者：潘存云教授氣動馬達：氣動馬達容積式葉片式透平式單向回轉式雙向回轉式雙作用雙向式活塞式擺動式軸向活塞式徑向活塞式齒輪式雙齒輪式多齒輪式單葉片式雙葉片式齒輪齒條式湖南科技大學專用作者：潘存云教授原動機選擇：

1、工作機械的負載特性和要求：工作機械的載荷特性，

工作制度，結構布置，工作環境。

2、原動機的機械特性：原動機的功率、轉矩、轉速，

能適應的工作環境，保證工作機原動機相匹配。

3、經濟性比較：能源的供應與消耗；

原動機的制造、運行、維修成本。湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－4傳動系統的方案設計傳動系統：動力系統與執行機構之間的傳動聯系。傳動聯系→傳動鏈→傳動系統功能：1、減速或增速2、變速3、改變運動規律或形式4、傳遞動力分類：傳動比；固定？可調？驅動的執行機構；數量工作原理；摩擦傳動、嚙合液體、電力傳動系統固定傳動比，可調傳動比（有級或無級可調）獨立驅動、集中驅動、聯合驅動選擇原則：技術經濟指標（滿足工作性能要求）1、小功率傳動：結構簡單，初始費用小。2、大功率傳動：效率，節能，降低運轉和維修費用。3、要求變速：動力機調速：定傳動比；電動機調速不能滿足要求：（有級）變速傳動湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－5控制系統簡介控制過程：檢測、反饋、糾偏。傳動聯系→傳動鏈→傳動系統組成：如雙手車削球形工件B(s)E(s)x(s)給定環節校正及放大環節○執行環節被控對象測量環節比較環節控制部分y(s)典型的閉環控制系統方框圖湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－5機械控制系統簡介自動控制系統分類：給定量恒值控制隨動控制程序控制控制方式順序控制反饋控制被控量過程控制伺服控制自動控制湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－6機械系統方案評價與決策機械設計過程：分析

→綜合→評價→決策評價：依據機械系統的功能目標，對候選方案的價值及效用進行比較和評定。

決策：依據機械系統的功能目標，對評價結果作出選擇或決定，得到擬用方案。方案評選原則：制造工藝、材料、結構、經濟實用性本書偏重于機械運動、運動和動力特性考慮1、機械功能的質量滿足轉換運動和力的水平和質量2、機械結構的合理性簡單、工藝性、標準件、可靠性、精度、效率等3、機械的經濟性4、機械的實用性除以上外，不需要多余的性能決策：總價值最高。如多學科穩健優化設計（決策）（RBMDO）湖南科技大學專用作者：潘存云教授機械系統總體方案設計設計方法設計內容執行系統方案設計原動機設計傳動系統方案設計控制系統方案設計