机械系统设计

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1、第一章 绪论1、系统：系统是指特定功能的、相互之间具有有机联系的许多要素构成的一个整体2、由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都可看作是一个系统。3、系统结构是指系统内部各要素相互联系的方式和作用秩序，系统功能是指系统对外部环 境联系的效能和有利的作用。4、任何机械都是由若干装置、部件和零件组成的一个特定的系统，是由确定的质量、刚度 和阻尼的物体所组成并能完成特定功能的一个系统。5、在机械系统设计时，我们把机械本身构成的系统称为内部系统，而把和环境构成的系统 称为外部系统。6、系统特性：整体性整体性是系统所具有的最重要和最基本的特性。相关性 系统内部各要素之间是有机联系的，

2、即相关的。 目的性 系统的价值体现在其功能，完成特定的功能是系统存在的目的。 环境适应性7、机械系统的组成：动力系统 动力系统包括动力机及其配套装置，是机械系统工作的动力源。执行系统执行系统包括机械的执行机构和执行构件，它通常是处在机械系统的末端，直接与作业对象接触，其输出是机械系统的主要输出，其功能是机械系统 的主要功能。鉴于以上的作用执行系统有时也被称为机械系统的工作机。传动系统传动系统是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置。其功能如 下：1、减速或增速2、变速3、改变运动规律或形式4、传递动力操纵系统和控制系统 二者的主要区别是：操纵系统多指通过人工操作以实现上述要求的装置；而控

3、制系 统是指通过人工操作或测量元件获得的控制信号，经由控制器，使控制对象改变其工作参数 或运行状态而实现上述要求的装置。此外还可以有润滑、计数、行走、转向等系统。8、机械系统设计的任务的最终目的是为市场提供优质高效、物美价廉的机械产品，在市场 竞争中取得优势、赢得客户，并取得较好的经济效益。9、从系统的观点出发是指机械系统设计时，采用内部系统设计与外部系统设计相结合的方 法，既要重视内部系统设计，也要内外系统的联系。10、系统功能按功能的性质可分为基本功能和辅助功能。按功能满足用户要求的性质可分为 使用功能和外观功能。11、可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。规定功能

4、是指对 产品考核的具体功能，产品规定功能的丧失称为失效，对丧失的规定功能可修复的产品其失 效也称故障。12、寿命周期成本LCC是指产品从计划、设计、制造和使用直至报废的整个寿命周期内所 花费用的总和。13、从设计的角度来说，提高设计和制造的经济性应考虑的方面：1、合理确定可靠性要求 和安全系数2、贯彻标准化标准化是组织现代化生产的重要手段，也是实施科学管理的重 要基础之一。标准化通常包括产品标准化、系列化和通用化。机械工业的技术标准有以下 三大类：物品标准方法标准基础标准。3、采用新技术 4、改善零件结构的工艺性零 件结构的工艺性包括铸造工艺性、锻造工艺性、冲压工艺性、焊接工艺性、热处理工艺性

5、、 切削加工工艺性和装配工艺性等。 5、用经济的技术要求14、机械系统的安全性包括机械系统执行预期功能的安全性和人-机-环境系统的安全性15、人机工程学就是研究人一机一环境系统安全性与协调性的一门新兴学科。人机-环境系 统的安全性包括劳动安全和环境保护两方面内容。16、机械系统设计的一般过程包括计划、外部系统设计（简称外部设计）、内部系统设计（简 称内部设计）和制造销售四个阶段。第三章 机械系统的载荷特性和动力机选择1、所有机械在工作中都会受到多种外力的作用，这些外力工程上称之为载荷。按载荷是否 随时间变化分 静载荷（大小、方向和位置都不变的载荷）动载荷。2、载荷历程：工程上常把载荷随时间的变

6、化称为载荷一时间历程。3、按载荷历程分为周期载荷、非周期载荷（包括准周期性载荷和瞬变载荷）随机载荷（由 于随机载荷具有不确定性，因而只能采用统计的方法来获得它们的统计规律）。通常由现场 实测（即采样）获得。用随机过程的一些数字特征如均值、（标准差）方差、自相关函数（平 稳随机过程和各态历经随机过程）等来描述其基本统计特征。4、静载荷、周期载荷、非周期载荷的处理为了简化计算，常将名义载荷乘以动载系数，将 动载荷转化为静载荷进行近似的设计计算。5、将工作谱处理成载荷谱的过程成为编谱。编制载荷谱的方法：循功率谱法和环计数法。6、确定载荷通常有三种方法：类比法、计算法、实际测量法。7、工作机械的工作制

7、是指机械工作的持续状况，如连续、断续、短时工作等。用负载持续FC =丄X100%T + Tw0T -机械工作时间;w率FC表示T -机械停歇时间;08、电动机的选择包括类型、结构型式、额定功率、额定电压、额定转速的选择，选择过程 中要考虑其使用要求及经济性。9、中、小型交流异步电机可采用220V/380V，380V/660V两种额定电压。大型交流异步电 机可采用3000V以上的高压电源。10、电动机的功率是决定电力拖动系统能否经济和可靠运行的主要因素。11、选择电动机的功率时需考虑三个主要因素：电机发热，允许的过载能力和起动能力， 其中发热因素最为重要。12、电机负载图是根据工作机的负载变化绘

8、制的电动机转矩、功率或电流与时间的关系曲线。13、电动机的发热计算最常用的方法是等效法，又称均方根法。14、内燃机是指在气缸内进行燃烧，直接将产生的气体所含的热能转变为机械能的装置。15、柴油机的机械性能有：负荷特性、速度特性和万有特性。16、电动机的选择步骤一般是根据电动机的工作方式，按工作机负载图，预选电动机的功率， 在绘制电动机负载图的基础上，进行发热、过载能力、起动能力校验。第四章 执行系统设计1、执行系统由执行构件和与之相联的执行机构组成。2、执行机构的作用是传递和变换运动和动力，即把传动系统传递过来的运动与动力进行必 要的变换以满足执行构件的要求。3、执行系统的功能是夹持、搬运、输

9、送、分度与转位、检测、施力、完成工艺性复杂动作。4、执行构件的运动形式归纳起来不外乎移动和转动两类基本运动形式，而这两类基本运动 又可分为连续和间歇两种，其他复杂的运动都可以看成是这两类基本运动的组合。5、执行系统的按其对运动和动力的不同要求，可分为：动作型、动力型、动作一动力型。 按执行机构的数目及其相互间的联系可分为：单一型、相互独立型、相互联系型。6、连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、摩擦机构等都是最简单的基本机构，它们各自具有不 同的运动特性和动力特征。7、由于机械的工作对象和工作条件千变万化，工艺动作要求亦纷杂各异，单个基本机构往 往不能满足这些复杂多样的要求，为此，可将基本机构通过倒置

10、或改变运动副的形状或改变 某些零件的结构来得多种多样的运动特性。也可以根据基本机构的特点,将它们组合在一起， 形成组合机构，以完成预期的复杂运动要求。8、连杆机构：属低副机构，各运动副均为面接触，一般不适于高速场合。当改变机构的杆 件数或运动副类型，变换主动件或输入点位置时，可获得得不同的运动规律和运动轨迹。9、凸轮机构是主要由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。不宜在高速重载的条件下运行。10、间歇运动分为两种情况：一为执行机构在一定的运动过程中有间歇停顿；二为执行机构 作单方向的时停时续运动，这种间歇运动常成为步进运动。11、常用执行机构有连杆、凸轮、间歇运动、直线运动、差动、增力、行程增大

11、等机构。12、执行系统的设计步骤：拟定运动方案、合理选择执行机构类型、拟定机构组合方案、绘 制工作循环图、运动分析、动力学分析及承载能力计算。13、表示各机构动作次序及时间的图形称为工作循环图：绘制工作循环图之前，要搞清楚各 执行构件在完成工作任务时的作用和动作过程，各执行构件运动或动作的先后顺序、起点时 间和运动范围，必要时要给出各执行构件的位移、速度和加速度。14、绘制工作循环图时，应选择一个定标构件，通常以机械主轴或分配轴作定标构件，因为 这些轴的整周转数对应于机械的工作循环。第五章 传动系统设计第一节1、传动系统：将动力机的运动和动力传递给执行机构或执行构件的中间装置。2、 传动系统的

12、功能：连接动力机和执行机构，并把动力机的运动和动力经适当变换，以满足执 行机构的作业要求。二 传动系统的类型 一按传动比变化情况分类（一）固定传动比的传动系统（二）可调 传动比的传动系统：变传动比传动分为三种情况（1）有级变速传动 当变速级数较少或变 速不频繁时，可采用交换带轮或交换齿轮传动;当变速级数较多或变速频繁时，常采用多级 变速齿轮传动，如汽车常有五档变速速度。（2）无级变速传动（3）周期性变速传动 二 按驱动形式分类（一）独立驱动的传动系统（二）集中驱动的传动系统：一个动力机 集中驱动多个执行机构的传动方案三按工作原理传动分为机械传动、流体传动、电力传动1、传动系统的组成：变速装置、

13、起停和换向装置、制动装置及安全保护装置。2、变速装置作用：改变动力机的输出转速和转矩以适应执行机构的需要。变速装置应位于 传动链的高速部位。3、常用变速装置：交换齿轮，滑移齿轮，离合器、啮合器等变速机构。4、顶齿现象的解决方法：自动脱档、采用加宽式结构。5、起停和换向装置用于控制执行机构的起动、停车以及改变运动方向。6、常用的起停和换向装置有两类：一类是通过按钮或操纵杆直接控制动力机实现起停和换 向，另一类是用离合器实现起停和换向。7、动力机为电动机：（1）电动机起停和换向：当换向不频繁或换向虽频繁但电动机功率较 小时，可直接由电动机起停和换向。输入轴可通过刚性或弹性联轴器连接，以避免起停时因

14、 冲击过大而损坏零件。（2）用离合器起停和换向：执行构件转速较高时可采用摩擦离合器， 较低时可采用牙嵌离合器等刚性的啮合式离合器。3：惰轮轴的作用：改变外啮合的次数8、制动装置：作用使执行机构的运动能够迅速停止。对于起停频繁或运动构件惯性大、运 动速度高的传动系统，应安装制动装置。执行机构或执行构件需频繁换向时，必须先制动停 车后换向。常用制动器分摩擦式和非摩擦式两大类。9、制动器设计要点（1）合理确定制动器的工作状态（2）制动力距应有足够的储备（3）合 理选择安装位置（4）考虑安装空间大小第四节传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计：二轴变速传动的运动设计：2至4级变速1）.塔轮传

15、动2. ）滑移齿轮传动：变速组内的滑移齿轮应放在转速较高的轴上，以便减小滑移齿轮的尺寸 和重量，使操纵省力。3）.折回机构传动：运动从轴I输入，轴II输出。轴I和轴II上各有 一个空套的双联滑移齿轮，双联齿轮在轴向是固定不能移动的。这种变速传动组常称折回机 构传动。4）背轮机构传动：背轮机构传动又称单折回机构，运动由轴I传入，轴III传出， 轴I与轴III同轴线，因此也称为同轴线传动。5）.离合器变速传动：注意在使用离合器变速 传动时，注意避免“超速”现象。所谓超速现象是指当一条传动路线工作时，在另一条不工 作的传动路线上传动构件出现高速空转的现象。6.交换齿轮变速传动 二：多轴变速传动的运动设计：变速级数不超过六级。1设计步骤：1）确定传动顺序2）确 定变速顺序3）确定各变速组的传动比第6章 操纵系统设计1、操纵系统：把人和机械联系起来，使机械按照人的指令工作的机构和元件所构成的总体。2、操纵系统的功能：实现信号转换，即把操纵者施加于机械的信号，经过转换传递到执行 系统，以实现机械的起动、停止、制动、换向、变速和变力等目的。3、操纵系统的组成操纵件执行件传动件：是将操纵件的运动及作用力传递到执行件，以 实现操纵目的的中间元件。4、操纵系统的设计内容包括确定主要参数、原理方案设计、结构设计等。5、操纵系统的主要参数有操纵力：Fc