關于機械系統設計原理第一章機械系統概論

第一節機械系統的概念機械系統定義：由若干機械裝置組成的一個特定系統，稱為機械系統。機械系統的目的：是產生確定運動、傳遞和變換機械能，完成特定的工作。機械系統的基本要素：機械零件和構件是組成，它們為完成一定的功能相互聯系而分別組成了各個子系統。如圖1-1所示小型甘蔗收割機都是由若干裝置、部件和零件組成的機械系統。它們是一個由確定的質量、剛度和阻尼的物體組成并能完成特定功能的系統。第2頁,共93頁，2024年2月25日，星期天小型甘蔗收獲機

第3頁,共93頁，2024年2月25日，星期天整體性機械系統是由若干個子系統構成的統—體。雖然各子系統具有各自不同的性能，但它們在結合時必須服從整體功能的要求，相互間須協調和適應。系統是不能分割的，即不能把一個系統分割成相互獨立的子系統，因為機械系統的整體性反映在于系統之間的有機聯系上系統是可以分解的，但分解系統與分割系統是完全不同的。為了研究的方便，可以根據需要把一個系統分解成若干個子系統，第二節

機械系統的特性第4頁,共93頁，2024年2月25日，星期天2.相關性

系統內部各子系統之間是有機聯系的，它們之間相互作用、相互影響，形成了特定的關系。如系統的輸入與輸出之間的關系、各子系統之間的層次聯系、各子系統的性能與系統整體特定功能之間的聯系等，都取決于各子系統在系統內部的相互作用和相互影響的有機聯系。某一子系統性能的改變，將對整個系統的性能產生影響。第二節

機械系統的特性第5頁,共93頁，2024年2月25日，星期天3.層次性

系統可以分解為一系列子系統，并存在一定的層次結構。在系統層次結構中表述了在不同層次子系統之間的從屬關系或相互作用關系。層次本身就是系統構成的部分，每個層次反映了系統某種功能的實現方式

第二節

機械系統的特性第6頁,共93頁，2024年2月25日，星期天4.目的性

系統的價值體現在其功能上，完成特定的功能是系統存在的目的。因此，系統的功能就是系統的目的，它主要取決于要素、結構、環境。為了實現系統的目的，系統必須具有控制、調節和管理的功能。這些功能使系統進入與它的目的相適應的狀態，實現要求的功能并排除或減少有害的干擾。第二節

機械系統的特性第7頁,共93頁，2024年2月25日，星期天第三節

機械系統的組成1．動力系統包括動力機及其配套裝置，是機械系統工作的動力源2．傳動系統是把動力機的動力和運動傳遞給執行系統的中間裝置3．執行系統包括機械的執行機構和執行構件，它是利用機械能來改變作業對象的性質、狀態、形狀或位置，達到預定要求。4．操縱系統和控制系統都是為了使動力系統、傳動系統、執行系統彼此協調運行，并準確可靠地完成整機功能的裝置。二者區別是：操縱系統一般是指通過人工操作來實現；控制系統是經獲得的控制信號，經由控制器，使控制對象改變其工作參數或運行狀態而實現上述要求的裝置，如伺服機構、自動控制裝置等。第8頁,共93頁，2024年2月25日，星期天第四節

機械系統設計類型機械系統設計有以下三類不同的設計：(1)開發性設計

在工作原理、結構等完全未知的情況下，應用成熟的科學技術或經過實驗證明是可行的新技術，設計以往沒有過的新型機械。(2)適應性設計

在原理方案基本保持不變的前提下，對產品作局部的變更或設計一個新部件，使機械產品在質和量方面更朗滿足使用要求。(3)變型設計

在工作原理和功能結構都不變的情況下，變更現有產品的結構配置和尺寸，使之適應于更多的容量要求。在機械產品設計中，開發性設計十分重要。“創新”可以使開發性設計、適應性設計和變型設計別具一格，從而提高產品的工作性能。第9頁,共93頁，2024年2月25日，星期天第五節機械系統設計的關鍵內容

原理方案設計是機械系統設計的關鍵內容。在原理方案設計過程中應解決下列問題：確定系統的總功能對設計任務抽象化，通過抽象化確定系統的總功能。優點：設計者容易認清系統設計目標，開闊設計思路。2.進行總功能的分解將總功能分解為若干分功能，是實現功能工作原理方案的最好辦法。3.選擇分功能的功能載體分功能的功能載體的選擇，是原理方案設計的一個關鍵步驟。建立起完整的功能載體目錄是機械系統設計的重要手段第10頁,共93頁，2024年2月25日，星期天第五節機械系統設計的關鍵內容

4.構思功能載體的組合將各功能載體按系統總功能要求加以組合，可以得到多個工作原理方案，供設計者選擇決策。

5.方案的評價與決策針對不同的機械，確定評價指標體系和評價方法，對多個方案進行綜合評價和決策。第11頁,共93頁，2024年2月25日，星期天第二章機械系統設計原理

第一節機械系統設計的一般程序和方法

四個階段產品規劃（概念設計）、功能原理設計、結構技術設計、生產施工設計(工藝設計)。

第12頁,共93頁，2024年2月25日，星期天階段步驟方法主要指導理論產品規劃設計方法預測技術設計方法學技術預測理論市場學信息學信息集約可行性報告、設計要求項目表產品設計任務預測調研可行性分析明確任務要求第13頁,共93頁，2024年2月25日，星期天階段步驟方法主要指導理論原理方案設計系統化設計法創造技法評價決策方法系統工程學形態學創造學思維心理學決策論模糊數學總功能分析原理參數表、方案原理圖功能分解功能載體組合功能原理方案(多個)功能元求解原理試驗評價決策最優原理方案第14頁,共93頁，2024年2月25日，星期天階段步驟方法主要指導理論技術設計價值設計優化設計可靠性設計宜人性設計產品造型設計系列化設計機械性能設計工藝性設計自動化設計價值工程學最優化方法、工程遺傳算法可靠性理論與實驗人機工程學工業美學模塊化設計、相似理論有限元法、動態設計、摩擦學設計、高等機構學機械設計的工藝基礎控制理論、智能工程、人工神經元計算方法、專家系統結構方案結構價值分析試驗模型試驗總體設計結構設計造型設計造型價值分析外觀方案評價決策評價決策最優結構方案最優造型方案最優技術設計方案總體布置圖、裝配草圖、技術文件總體效果圖、外觀效果模型第15頁,共93頁，2024年2月25日，星期天階段步驟方法主要指導理論施工設計各種制造、裝配、造型、裝飾、檢驗等方法各種工藝學批量生產計算機輔助制造零件工作圖外觀件加工工藝、面飾工藝規程部件裝配圖效果圖、檢驗標準技術文件造型工藝文件試制修改批量生產技術服務用戶訪問第16頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

目的產品功能是否齊全、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的構思和方案擬定時的設計思想。

內容

執行系統的方案設計執行系統方案評價與決策執行系統協調設計執行機構型式設計運動規律設計系統功能原理設計機構尺度設計運動和動力分析第二節、機械系統方案設計的目的和內容第17頁,共93頁，2024年2月25日，星期天原動機類型的選擇和傳動系統的方案設計各級傳動比的分配傳動鏈中機構順序的安排傳動路線選擇傳動類型選擇控制系統的方案設計其它輔助系統的設計照明系統設計安全保障系統設計故障檢測系統設計冷卻系統設計潤滑系統設計第18頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

重要性執行系統是機械系統中的重要組成部分，直接完成機械系統預期工作任務。機械執行系統的方案設計是機械系統總體方案設計的核心，是整個機械設計工作的基礎。機械執行系統的組成

由一個或多個執行機構組成。執行構件是執行機構的輸出構件，其數量及運動形式、運動規律和傳動特性等要求，決定了整個執行系統的結構方案。

第三節機械執行系統運動方案設計第19頁,共93頁，2024年2月25日，星期天功能原理設計根據需要制定機械的總功能，擬定實現總功能的工作原理和技術手段，確定機械所要實現的工藝動作運動規律設計通過對工作原理所提出的工藝動作進行分解，決定采用何種運動規律來實現工作原理執行機構型式設計決定選擇何種機構實現給定的運動規律執行系統協調設計執行機構型式設計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配合，設計出機械運動循環圖確定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檢驗執行系統是否滿足運動要求和動力性能方面的要求方案評價與決策對方案進行定性評價和定量評價并從中選出最佳設計方案一、機械執行系統運動方案設計的主要內容和過程第20頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

產品的功能產品的用途、性能、使用價值等，根據人們生產或生活需要提出。確定功能指標的考慮因素先進性可行性經濟性功能原理設計的重要性決定產品的技術水平、工作質量、傳動方案、結構型式、制造成本等。二、執行系統的功能原理設計

1.功能原理的選擇與構思第21頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

工作原理不同，運動方案也不同齒輪加工剃齒范成原理仿形原理

工作原理相同，運動方案不同齒輪加工插齒滾齒功能原理設計的多方案性第22頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

其它實例斜面的應用

螺旋壓力機、螺旋千斤頂、螺紋聯接件、螺旋輸送機、螺桿泵、螺旋微動機構、千分尺等

齒輪加工方法

無屑加工(精密鑄造、粉末冶金成型、滾壓成型)、切削加工(成型法、展成法)、成型法加工的盤狀齒輪銑刀和指狀齒輪銑刀、展成法的滾齒和插齒第23頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

確定方案時應注意兩點⑴用最簡單的方法實現同一功能。⑵注意光、機、電、流體等知識的綜合運用。

設計一臺彩色電視機陰極盤用的金屬片的沖裁機器，圓片直徑

10mm，厚度0.8mm。

100.8功能分解送料沖制退回電視機陰極盤用金屬片沖裁機器第24頁,共93頁，2024年2月25日，星期天B按摩輪

圖示按摩椅中的按摩輪利用一個偏心空間凸輪，同時實現三維方向的按摩作用—徑向振動擠壓、向下推拉和橫向推拉，構思巧妙，結構非常簡單。

r用最簡單的方法實現功能舉例第25頁,共93頁，2024年2月25日，星期天指針瑪瑙支撐K向刀口活動游標

圖示分析天平，要求精度達到0.01g，但靠目力讀指針的微小偏角已不可能。活動游標光源透鏡讀數窗

增加了一級光學放大鏡，將讀數放大。光、機、電、流體等知識的綜合運用舉例第26頁,共93頁，2024年2月25日，星期天總功能功能元解功能原理方案最佳功能原理方案明確任務黑箱法功能樹創造技法形態學矩陣評價法功能元

功能分析法(Functionanalysis)，將機械產品的總功能(Totalfunction)分解成若干功能元(Functionelement)，求解功能元，將其組合，得到滿足總功能要求的多種解決方案供評價選擇。2.

功能分析與功能求解第27頁,共93頁，2024年2月25日，星期天黑箱法是將實現給定功能的機械系統看作為一個未知內部功能結構和功能載體的“黑箱”，通過對它的輸入輸出量的全面分析，逐步掌握輸入輸出的基本特征和轉換關系，尋求能實現這種基本特性和轉換關系的工作原理和功能載體的求解過程。黑想法要求設計者不要先從機械產品具體結構出發考慮設計方案，而因從系統的功能出發構思機械產品的可行方案。1.黑箱法信息機械產品（黑箱）物料能量信息’能量’物料’黑箱法的表達第28頁,共93頁，2024年2月25日，星期天黑箱法求解方法詳細表述輸入和輸出量建立輸入輸出之間的關系尋找合適的實例設定系統的總功能尋找系統的功能解評價與決策控制信號沖床（黑箱）板料電能工作狀態顯示機械能、摩擦能耗成形工件第29頁,共93頁，2024年2月25日，星期天機械產品的總功能分解成若干分功能后，我們可以“窮盡法”將各分功能的解全部列出，即可得功能-功能解的形態學矩陣。形態學矩陣法是一種系統搜索和程式化求解的分功能組合求解方法。

舉例：運用形態學矩陣法構思單缸洗衣機的可行方案2.形態學矩陣法總功能盛裝衣物分離贓物控制洗滌第30頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

功能解分功能1234A鉛筒塑料筒玻璃鋼筒陶瓷筒B機械摩擦電磁振蕩超聲波C人手控制機械定時電腦控制理論上可組合出4×3×3=36從先進性、新穎性和實用性看，一般選用A1、A2，B1、B2，C1、C2，因此主要有8個方案第31頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

三、執行系統的運動規律設計

1.工藝動作分解和運動方案選擇刀具作復合運動刀具與工作臺分別運動

運動規律設計通常是對工藝方法和工藝動作進行分析，把其分解成若干個基本動作。工藝動作分解的方法不同，所形成的運動方案也不同。立式鉆床工藝動作分解第32頁,共93頁，2024年2月25日，星期天直線運動曲線運動復合運動往復擺動執行構件運動形式回轉運動每分鐘轉數rpm由兩個以上單一運動合成間歇轉動停歇往復直線運動停歇單向直線運動沿可變曲線運動連續轉動沿固定曲線運動往復直線運動每分鐘轉位次數、轉角大小、運動系數每分鐘擺動次數、轉角大小、行程速度變化系數每分鐘行程數、大小、行程速度變化系數每次進給量的大小每循環停歇次數、位置、時間、行程大小和工作速度第33頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

四、執行機構的型式設計

1.

設計原則●滿足執行構件的工藝動作和運動要求●盡量簡化和縮短運動鏈●盡量減小機構尺寸●選擇合適的運動副形式

●考慮動力源的形式●使執行系統具有良好的傳力和動力特性●使機械具有調節某些運動參數的能力●保證機械的安全運轉第34頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

2.

機構的選型

目的選擇或創造出滿足執行構件運動和動力要求的機構。⑴傳遞連續轉動的機構嚙合傳動機構

連桿機構傳遞連續轉動機構摩擦傳動機構

摩擦輪傳動

蝸桿傳動

鏈傳動

齒輪傳動

平行四邊形機構

雙曲柄機構

帶傳動

第35頁,共93頁，2024年2月25日，星期天12摩擦輪傳動

摩擦傳動機構的優缺點結構簡單、傳動平穩、易于實現無級變速、過載保護。傳動比不準確、傳遞功率小、效率低。123平面盤式無級變速器

123圓錐式無級變速器

第36頁,共93頁，2024年2月25日，星期天⑵實現單向間歇轉動的機構棘輪機構

齒輪--連桿機構

單向間歇轉動機構槽輪機構

不完全齒輪機構

凸輪式間歇運動機構

適用于轉角固定的轉位運動

每次轉角小，或轉角大小可調的低速場合大轉角而速度不高的場合運動平穩、分度、定位準確，但制造困難、高精度定位、高速場合特殊要求的輸送機構第37頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

⑶實現往復移動往復擺動運動的機構凸輪機構

組合機構

往復運動機構連桿機構

螺旋機構

齒輪齒條機構

液壓缸、氣缸

正弦機構

正切機構多桿機構

曲柄滑塊機構

連桿機構特點制造容易、承載能力大，但難以實現精確運動，適用于無嚴格運動規律的場合。凸輪機構特點能實現任意復雜的運動和各構件之間的運動協調，承載能力不大。第38頁,共93頁，2024年2月25日，星期天螺旋機構特點可獲得大的減速比和較高的運動精度，常用作低速進給和精密微調機構。

齒輪齒條機構特點適用于移動速度較高的場合，精密齒條制造困難，傳動精度及平穩性不及螺旋機構。

凸輪機構

連桿機構

⑶實現往復移動往復擺動運動的機構組合機構

往復運動機構螺旋機構

齒輪齒條機構

液壓缸、氣缸

正弦機構

正切機構多桿機構

曲柄滑塊機構

第39頁,共93頁，2024年2月25日，星期天⑷再現軌跡的機構齒輪—連桿組合機構聯動凸輪機構

再現軌跡機構連桿機構

凸輪—連桿組合機構

一般而言，除了凸輪機構能實現精確的曲線軌跡之外，其它機構都只能近似實現預定的曲線軌跡。

第40頁,共93頁，2024年2月25日，星期天齒輪—連桿組合機構攪拌機構CBADE第41頁,共93頁，2024年2月25日，星期天聯動凸輪機構凸輪—連桿組合機構第42頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

此抓片機構采用了聯動凸輪機構，通過兩凸輪的聯動作用，使抓片爪按矩形軌跡運動，從而達到間歇抓片的目的。

此裝配線采用了聯動凸輪機構，使筆芯托架沿著矩形軌跡運動，從而達到使圓珠筆芯步進式地向前送進的目的。第43頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

3.

機構的構型

目的當所選擇的機構型式不能完全實現預期要求，或雖能實現功能要求但存在著或結構較復雜、或運動精度不當和動力性能欠佳，可在常用機構中選擇一種功能和原理與工作要求相近的機構，在此基礎上重新構筑機構的型式。第44頁,共93頁，2024年2月25日，星期天⑴組合法

串聯組合前一級子機構的輸出構件，作為后一級子機構的輸入構件，依次串聯的組合方式。輸入輸出子機構II子機構I

后一級子機構的主動件為前一級子機構的一個連架桿。

后一級子機構的主動件為前一級子機構的連桿。III51234

1123A54DCBFEM第45頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

并聯組合幾個子機構共用同一個輸入構件，而它們的輸出運動又同時輸入給一個多自由度的子機構，從而形成一個自由度為1的機構系統的組合方式。子機構n

1子機構III子機構I子機構II子機構n輸入輸出直線電機襟翼直線電機某型飛機的襟翼操縱機構大型船舶主傳動機構第46頁,共93頁，2024年2月25日，星期天某航空發動機附件傳動系統主動軸IVIIIVVIIII

各子機構間無嚴格的運動協調配合關系第47頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

各子機構在動作的先后次序上有嚴格的要求

自動車床上三個并聯凸輪的工作順序有先后要求。工件(鉚釘)外圓車刀棒料切斷刀倒角刀凸輪軸擋板IIIIII主軸凸輪I凸輪II凸輪III凸輪轉角0

90?180?270?360?

放松(送料)切斷夾緊車外圓倒角擋料第48頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

各子機構有運動形式配合要求

磨床中的主軸運動、砂輪運動和、工件運動在運動形式上有配合要求。砂輪砂輪架工件第49頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

反饋式組合在機構組合系統中，其多自由度子機構的一個輸入運動，是通過單自由度子機構從該多自由度子機構的輸出構件回授的組合方式。校正原理蝸桿主動，因制造誤差使蝸輪運動精度達不到要求，由誤差設計一凸輪機構，經齒輪齒條、差動機構K使蝸桿得到一附加運動，以校正誤差。輸入輸出

4凸輪機構2自由度蝸桿蝸輪機構機床校正機構輸入4

1

42

13K2第50頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

復合式組合由一個或幾個串聯的基本機構去封閉一個具有兩個或多個自由度的基本機構的組合方式5桿機構輸入輸出凸輪機構第51頁,共93頁，2024年2月25日，星期天⑵變異法更換原動件

雙搖桿機構中，選連桿作為原動件，可把風扇轉子的旋轉轉化為連架桿的搖動。ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿第52頁,共93頁，2024年2月25日，星期天運動倒置擺動凸輪機構123123連桿—凸輪機構罐頭封口機構A1BCO234第53頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

改變構件結構形狀

將擺動導桿機構中的直線導槽改為圓弧導槽，可獲得較長時間的停歇。改變構件運動尺寸

槽輪直徑變為無窮大，槽數無窮多時，演變為槽條機構第54頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

五、執行系統的協調設計

⑴執行系統協調設計原則●滿足各執行機構動作先后的順序性要求●滿足各執行機構動作在時間上的同步性要求●滿足各執行機構在空間布置上的協調性要求●滿足各執行機構在操作上的協同性要求●各執行機構的動作安排要有利于提高勞動生產率●各執行機構的的布置要有利于系統的能量協調和效率的提高第55頁,共93頁，2024年2月25日，星期天執行構件動作的協調配合●送料機構將原料送入模孔上方后，沖頭進入模孔進行沖壓●沖頭上移一段距離后，進行下次送料動作折疊包裝機構的兩個執行構件

兩個構件不能同時位于區域MAB中，以免干涉。餅干1342餅干21左折邊構件餅干32包裝紙4右折邊構件餅干1342餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構件左折邊構件MBA第56頁,共93頁，2024年2月25日，星期天讓刀運動

執行構件運動速度的協調配合

0范成運動切削運動i

0

齒輪插刀加工

0讓刀運動

范成法加工時，刀具與齒坯之間必須保持精確的傳動比。第57頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

⑵執行系統協調設計方法●確定機械的工作循環周期●確定機械在一個運動循環中各執行構件的各個行程段及其所需時間●確定各執行構件動作間的配合關系

⑶機械運動循環圖用于描述機械在一個運動循環中各執行構件運動間相互協調配合的圖。通常選取機械中某一主要的執行構件為參考構件，以生產工藝的起始點作為運動循環的起始點，據此確定其它執行構件的運動相對于參考構件的先后次序和配合關系。第58頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

運動循環圖形式

直線式圓周式直角坐標式

退回停止沖制

進給沖頭送料器曲柄轉角

0o90o180o270o

360o

直線式工作循環圖

主軸作為參考構件

第59頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

圓周式工作循環圖

圖示單缸四沖程內燃機的工作循環圖。曲軸為參考構件，轉動2轉為一個工作循環。

啟排氣門開啟進氣門開進氣排氣壓縮膨脹閉進氣門關火點曲軸0o

540o

360o

180o

排門閉關氣第60頁,共93頁，2024年2月25日，星期天直角坐標式工作循環圖

餅干包裝機工作循環圖中，橫坐標表示參考構件的轉角，縱坐標表示執行構件的轉角。進退

靜止

靜止

靜止

進退

MM餅干1342餅干21左折邊構件餅干32包裝紙4右折邊構件餅干1342餅干1342餅干1342餅干1324包裝紙右折邊構件右折邊構件MBA左執行機構1

右執行機構2

分配軸轉角

0o90o180o270o360o第61頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

六、方案評價與決策

評價指標●系統功能

實現運動規律或運動軌跡、實現工藝動作的準確性●運動性能

運轉速度、行程可調性、運動精度等●動力性能

承載能力、增力特性、傳力特性、振動噪音等●工作性能

效率高低、壽命長短、可操作性、安全性、可靠性適用范圍等●經濟性

加工難易、能耗大小、制造成本等●結構緊湊性

尺寸、重量、結構復雜性等第62頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

評價方法

⑴評分法針對評價目標中各個項目，選擇一定的評分標準和總分計分法對方案的優劣進行評價。建立評價體系選擇評分方法選擇評分標準對各個項目進行評分選擇總分計分法，計算總分選取高分者為優選方案第63頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

總分計分法

方法公式特點分值相加法

將n個評價目標評分值簡單相加，計算簡單、直觀分值連乘法將n個評價目標評分值相乘，使各方案總分差拉開，便于比較

均值法

將相加所得結果除以評價目標系數，結果直觀

相對值法

將均值法所得結果除以理想值，使Qi

1，可看出與理想值的差距

加權計分法(有效值法)

將各項評分值乘以加權系數后相加，考慮了各評價目標的重要程度

第64頁,共93頁，2024年2月25日，星期天評價結果的處理入選方案數設計階段評價準則結果處理1最后階段合理已得到最佳方案，設計結束可改進重新決定評價準則，再作評價中間階段合理評價結束，轉入下一階段多于1最后階段合理增加評價項目或提高評價要求再作評價中間階段需改進若入選數太多，按上述方案改進準則再作評價合理將入選方案排序，轉入下一設計階段0任何階段可改進放寬評價要求，再作評價合理待評設計方案質量不高需再設計第65頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

一、機械傳動系統方案設計

1.設計過程⑴確定傳動系統總傳動比⑵選擇傳動類型⑶擬定傳動鏈布置方案⑷分配傳動比⑸確定各級傳動機構的基本參數和主要幾何尺寸，計算傳動系統的各項運動學和動力學參數⑹繪制傳動系統運動簡圖第四節機械傳動系統方案設計

和原動機選擇

第66頁,共93頁，2024年2月25日，星期天2.傳動類型選擇類型與特點撓性(件)傳動

摩擦輪傳動

繩傳動

圓形齒輪傳動

撓性嚙合傳動

帶傳動

嚙合傳動

機械傳動摩擦傳動單級齒輪傳動

齒輪系傳動

同步齒形帶傳動

螺旋齒輪傳動

蝸桿蝸輪傳動

圓錐齒輪傳動

圓柱齒輪傳動

定軸輪系傳動

周轉輪系傳動

鏈傳動

非圓齒輪傳動

行星輪系傳動

差動輪系傳動

第67頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

液壓、液力傳動利用液壓泵、閥、執行器等元件實現的傳動。氣壓傳動以壓縮空氣為工作介質的傳動電氣傳動利用電動機和電氣裝置實現的傳動第68頁,共93頁，2024年2月25日，星期天按速度變化情況劃分的傳動類型傳動類型原動機輸出速度傳動類型舉例定傳動比傳動恒定齒輪傳動，帶、鏈傳動，螺旋傳動，不調速的電力，液壓及氣壓傳動變傳動比傳動有級變速恒定帶塔輪的皮帶傳動，滑移齒輪變速箱可調電力、液壓傳動中的有級調速傳動無級變速恒定機械無級變速器，液力耦合器及變矩器，電磁滑塊離合器，磁粉離合器，流體粘性傳動可調內燃機調速傳動，電力、液壓及氣壓無級調速傳動周期性變速恒定非圓齒輪傳動，凸輪機構，連桿機構及組合機構可調數控的電力傳動第69頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

選擇原則

●執行系統的工況和工作要求與原動機的機械特性相匹配●考慮工作要求傳遞的功率和運轉速度●有利于提高傳遞效率●盡可能結構簡單的單級傳動裝置

●考慮結構布置

●考慮經濟性●考慮機械安全運轉條件第70頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

傳動比的合理分配傳動機構種類平帶V帶摩擦輪齒輪蝸桿鏈圓周速度m

s5

255

3015

2515

12015

3515

40減速比

5

8

157

10

4

8

80

6

10最大功率kW200750

1200150

250500005503750第71頁,共93頁，2024年2月25日，星期天常用原動機的類型及主要特點

原動機類型主要特點三相異步電動機

結構簡單、價格便宜、體積小、運行可靠、維護方便、堅固耐用；能保持恒速運行及經受較頻繁的啟動、反轉及制動；但啟動轉矩小，調速困難。一般機械系統中應用最多。

同步電動機

能在功率因子cos

1的狀態下運行，不從電網吸收無功功率，運行可靠，保持恒速運行；但結構較異步電動機復雜，造價較高，轉速不能調節。適用于大功率離心式水泵和通風機等。

直流電動機

能在恒功率下進行調速，調速性能好，調速范圍寬，啟動轉矩大；但結構較復雜、維護工作量較大、價格較高；機械特性較軟、需直流電源。

二、原動機的選擇第72頁,共93頁，2024年2月25日，星期天常用原動機的類型及主要特點

原動機類型主要特點控制電動機能精密控制系統位置和角度、體積小、重量輕；具有寬廣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速特性均為直線。廣泛用于工業控制、軍事、航空航天等領域。

內燃機

功率范圍寬、操作簡便、啟動迅速；但對燃油要求高、排氣污染環境、噪聲大、結構復雜。多用于工程機械、農業機械、船舶、車輛等。

液壓馬達

可獲得很大的動力和轉矩，運動速度和輸出動力、轉矩調整控制方便，易實現復雜工藝過程的動作要求；但需要有高壓油的供給系統，油溫變化較大時，影響工作穩定性；密封不良時，污染工作環境；液壓系統制造裝配要求高。氣動馬達

工作介質為空氣，易遠距離輸送、無污染，能適應惡劣環境、動作速度快；但工作穩定性較差，噪聲大；輸出轉矩不大，傳動時速度較難控制。適用于小型輕載的工作機械。第73頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

第五節機械系統運動方案設計舉例1.C1325自動車床刀架系統的分析功能要求自動換刀軸向進給進刀凸輪機構刀具主軸轉塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構11613第74頁,共93頁，2024年2月25日，星期天功能分解

●讓刀—轉位前刀架先右退，以免刀具與工件干涉●轉位—轉塔刀架每次轉過60o●定位—轉位之前拔出保證加工精度的定位銷●進、退刀—不轉時，精確實現預定的進退刀運動。進刀凸輪機構刀具主軸轉塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構11613第75頁,共93頁，2024年2月25日，星期天刀架系統的工作過程退刀壓簧12→推桿13回程→齒輪6→齒條7→活動支架8向右完成退刀讓刀退刀的同時，齒輪1的離合器結合并開始轉動→寬齒輪2→圓錐齒輪3→圓柱凸輪機構4→拔出銷10；同時，曲柄5轉動→支架8快速向右讓刀進刀凸輪機構刀具主軸轉塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構11613第76頁,共93頁，2024年2月25日，星期天轉位讓刀快結束時，槽輪開始轉位→曲柄5的后半圈→支架8向左移動完成復位定位轉位結束時，凸輪機構4的從動件推桿擺動→插入定位銷10，齒輪1離合器脫開并停止運轉刀架系統的工作過程進刀凸輪機構刀具主軸轉塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構11613第77頁,共93頁，2024年2月25日，星期天進給從動件13推程→齒輪6→齒條7→活動支架8向左運動完成進給進刀凸輪機構刀具主軸轉塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構11613刀架系統的工作過程第78頁,共93頁，2024年2月25日，星期天刀架系統的工作循環圖定位銷轉塔活動支架定位拔出靜止轉位后退復位圓柱凸輪轉角090o180o270o360o第79頁,共93頁，2024年2月25日，星期天刀架系統各機構的組合方式及特點

組合方式分析組合方式主要以串聯方式為主，但在I、II處采用了特殊的并聯方式。進刀凸輪機構齒輪齒條機構曲柄滑塊機構圓柱凸輪機構槽輪機構連桿機構圓柱齒輪機構圓錐齒輪機構活動支架進退轉塔刀架轉位定位銷進退III

機構功能分析●進刀凸輪機構控制整個工件的加工過程，不同的工件需要更換不同的凸輪●后續串聯的齒輪齒條機構用于轉換運動形式并將運動放大第80頁,共93頁，2024年2月25日，星期天●后續再串聯一曲柄滑塊機構，以增大讓刀距離●并聯槽輪機構用于實現轉位●并聯曲柄滑塊機構用于實現讓位●并聯圓柱凸輪機構再串聯連桿機構用于實現定位，且容易滿足時序要求●圓柱齒輪后串接圓錐齒輪機構用于改變運動方向刀架系統各機構的組合方式及特點進刀凸輪機構齒輪齒條機構曲柄滑塊機構圓柱凸輪機構槽輪機構連桿機構圓柱齒輪機構圓錐齒輪機構活動支架進退轉塔刀架轉位定位銷進退III第81頁,共93頁，2024年2月25日，星期天一般的鉆床多采用第一種方案，但本例是三軸專用鉆床，因工件小，工作臺輕，移動工作臺比移動三軸容易。故采用第二種方案。

2.多頭專用鉆床機械傳動系統設計

設計任務設計一臺自動鉆床，用來同時加工圖示零件上的三個孔，并能自動送料。30203

82020502010⑴運動方案選擇

工藝動作鉆頭一邊旋轉，同時相對于工件作移動三種運動方案●鉆頭旋轉，同時軸向進給，工作臺靜止●鉆頭旋轉，工作臺帶動工件進給●工作臺旋轉，鉆頭作軸向進給第82頁,共93頁，2024年2月25日，星期天送料機構采取從料倉推送工件的方式⑵執行系統運動規律設計工作臺送料桿料倉

三個執行構件鉆頭、工作臺、送料桿

工藝過程●送料桿往右推出零件，并頂出加工好的零件●夾具將工件定位并夾緊●送料桿返回，工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭●工作臺慢速工進；●鉆孔結束后，工作臺快速退回，完成一個工作循環第83頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

鉆頭的轉速

nc

1000v

(

d)

d

鉆頭直徑，d

8mm

v

切削速度，查手冊45鋼，可選v

12.5m

min

nc

500rpm

工作臺為往復運動鉆孔工藝要求●工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭●工作臺改用工作進給速度先鉆凸臺上的孔，待鉆到一定深度時，三個鉆頭才同時鉆進，因工作阻力增加，故進給速度應減小●鉆孔結束后，工作臺快速退回，完成一個工作循環第84頁,共93頁，2024年2月25日，星期天

工作臺一個工作循環總時間

T1

t1

t2

t3

t4

t5

24.6s

工作臺每分鐘工作循環數

n1

60

T1

2.44

送料桿的運動為往復直動，運動循環