機械系統(tǒng)設(shè)計

機械系統(tǒng)設(shè)計第一章一、系統(tǒng)：指具有特定功能的、相互間具有有機聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個整體。二、系統(tǒng)的一些特性：整體性、相關(guān)性、目的性、環(huán)境適應(yīng)性三、機械系統(tǒng)的組成：動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四、機械設(shè)計的一般過程包括：計劃、外部系統(tǒng)設(shè)計、內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計、制造銷售五、系統(tǒng)分解（了解）P17第二章一、方案設(shè)計的工作內(nèi)容：研究給定的設(shè)計任務(wù)、構(gòu)思實現(xiàn)功能的原理和方法、選擇工藝原理、確定技術(shù)過程、引進技術(shù)系統(tǒng)、分析結(jié)構(gòu)布局、擬定設(shè)計方案并進行設(shè)計方案評價、確定能實現(xiàn)預(yù)定設(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)的表述設(shè)計任務(wù)的一種模式。黑箱明確表示了設(shè)計任務(wù)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(yīng)（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(yīng)）的具體應(yīng)用。四、系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)：P22五、方案評價的目的：是通過對可行的候選方案進行技術(shù)、經(jīng)濟、外部環(huán)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(shè)計方案提供信息和依據(jù)。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(shè)計的主要內(nèi)容：總體布置設(shè)計、確定總體主要參數(shù)、繪制總體設(shè)計圖樣、編寫總體設(shè)計報告書計技術(shù)說明書等八、總體設(shè)計的基本要求：（1）保證工藝過程的連續(xù)和流暢（2）降低質(zhì)心高度、減小偏置（3）保證精度、剛體，提高抗振性及熱穩(wěn)定性（4）充分考慮產(chǎn)品系列化和發(fā)展（5）結(jié)構(gòu)緊湊，層次分明（6）操作、維修、調(diào)整方便（7）外形美觀九、傳動系統(tǒng)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(shù)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(gòu)順序:若以傳遞動力，應(yīng)優(yōu)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(yīng)考慮蝸桿傳動布置在低俗級的方案。（3）注意傳動系統(tǒng)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(jù)來設(shè)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(shè)計計算六、編制載荷的方法：功率譜法和循環(huán)計數(shù)法七、常用的循環(huán)計數(shù)法：峰值計數(shù)法、穿級計數(shù)法、幅程計數(shù)法和雨流計數(shù)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(yōu)選于直流電動機，籠行型電動機優(yōu)選與繞線型電動機，專用電動機優(yōu)選與通用電動機九、決定電動機功率的因素：電動機的發(fā)熱、允許的過載能力和起動能力十、電動機的負載圖和發(fā)熱計算（P62）十一、內(nèi)燃機：指燃料在汽缸內(nèi)進行燃燒，直接將產(chǎn)生的氣體所含的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置十二、內(nèi)燃機按燃料種類的分類：柴油機和汽油機第四章一、執(zhí)行系統(tǒng)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(xù)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(xù)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(zhuǎn)動，抓取工件1。夾持動作：活塞4繼續(xù)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(zhuǎn)動，放開工件1。（二）搬運：示例1車門關(guān)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(gòu)（1-2-3-5）和擺桿滑塊機構(gòu)（3-4-6-5）組合，可實現(xiàn)車門的兩個位置。原動件為活塞2，它作往復(fù)運動；車門裝在連桿4上，它隨連桿4作平面運動?；钊?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(gòu)和正弦機構(gòu)組合，來實現(xiàn)a）、b）兩個位置。齒條在活塞帶動下往復(fù)直線運動，與齒條相嚙合的齒輪作往復(fù)180°的擺動；搖桿8與齒輪固連，可擺動180°，正弦機構(gòu)的框架9作往復(fù)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(fù)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(zhuǎn)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(xiàn)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(zhuǎn)，裝配輸送帶靜止。這樣就可實現(xiàn)裝配輸送帶的間歇運動。（四）分度與轉(zhuǎn)位示例1圖4-9是用棘輪機構(gòu)帶動的回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)過若干個齒（轉(zhuǎn)過的齒數(shù)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(gòu)中采用的是圓柱凸輪機構(gòu)（圖中未畫出），凸輪轉(zhuǎn)動使推桿作擺動。凸輪每轉(zhuǎn)一圈，與推桿通過鉸鏈鉸接的連桿5，便可以帶動驅(qū)動板4的手柄有間歇的往復(fù)擺動一次。分度盤3通過驅(qū)動銷2與驅(qū)動板4周向固定。氣缸帶動定位栓1作往復(fù)運動，可完成3個動作：①驅(qū)動銷2壓入驅(qū)動板4的槽中，使分度盤3與驅(qū)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(qū)動銷2復(fù)位，分度盤3與驅(qū)動板又周向固定。凸輪機構(gòu)帶動的回轉(zhuǎn)工作臺工作過程如下：開始分度轉(zhuǎn)位：見圖a）定位栓1從分度盤凹槽里退開，彈簧將驅(qū)動銷2壓入分度盤的孔中，分度盤3和驅(qū)動板4周向固定。連桿5開始向左運動，分度盤與驅(qū)動板一起開始逆時針轉(zhuǎn)動，分度開始。分度轉(zhuǎn)位結(jié)束：見圖b）驅(qū)動板4帶動分度盤3轉(zhuǎn)了一個角度后，連桿5停止運動，驅(qū)動板4、分度盤3也停止轉(zhuǎn)動。定位：見圖c）定位栓1伸入分度盤凹槽進行定位，并將驅(qū)動銷壓出分度盤孔，將分度盤與驅(qū)動板分開返回：見圖d）拉桿向右運動，驅(qū)動盤順時針轉(zhuǎn)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(qū)動皮帶5與螺釘頭表面間的摩擦力實現(xiàn)螺釘?shù)乃瓦M。導軌4下方有可繞銷軸3轉(zhuǎn)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(guān)1發(fā)出指令，氣缸6推動偏轉(zhuǎn)板轉(zhuǎn)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(zhuǎn)板9不動作，在黑線位置將其送入成品箱。調(diào)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(shè)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(xù)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(jié)果，即合格品與次品的分離，可以根據(jù)檢測指令，利用偏轉(zhuǎn)板具有的不同的偏轉(zhuǎn)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(xù)分選為可修復(fù)產(chǎn)品和廢品。施力完成工藝性復(fù)雜動作二、設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)時，通常要滿足下列要求：實現(xiàn)預(yù)期精度的運動或動作有足夠的強度、剛度各執(zhí)行機構(gòu)間動作要協(xié)調(diào)配合機構(gòu)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(huán)圖表示各機構(gòu)動作次序及時間的圖形成為工作循環(huán)圖第五章一、傳動系統(tǒng)的功能連接動力機與執(zhí)行機構(gòu)，并把動力機的運動和動力經(jīng)適當變換，以滿足執(zhí)行機構(gòu)的作業(yè)要求。二、傳動系統(tǒng)的分類（1）按傳動比變化情況分類：固定傳動比的傳動系統(tǒng)可調(diào)傳動比的傳動系統(tǒng)（分為有級變速傳動、無級變速傳動、周期性變速傳動）（2）按驅(qū)動形式分類：獨立驅(qū)動的傳動系統(tǒng)、集中驅(qū)動的傳動系統(tǒng)、聯(lián)合驅(qū)動的傳動系統(tǒng)（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(tǒng)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(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的需要。常用的變速裝置：交換齒輪變速機構(gòu)、滑移齒輪變速機構(gòu)、離合器變速機構(gòu)、嚙合器變速機構(gòu)（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(jié)構(gòu)或切槽式結(jié)構(gòu)）（2）起停和換向裝置：其作用是用來控制執(zhí)行機構(gòu)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(jié)省輔助時間（4）安全保護裝置：其作用是避免損壞傳動機構(gòu)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(zhuǎn)速nm=1460r/min，執(zhí)行構(gòu)件要求的3個速度分別為：95r/min、150r/min、236r/min，速度按等比級數(shù)排列，公比φ=1.58。試確定合理的轉(zhuǎn)速圖方案。解：(1)計算最大傳動比和變速范圍：電動機輸出轉(zhuǎn)速nm=1460r/min，執(zhí)行構(gòu)件最低轉(zhuǎn)速n1=95r/min，傳動系統(tǒng)的最大傳動比：變速范圍：(2)確定傳動方案：執(zhí)行構(gòu)件要求有3個轉(zhuǎn)速：n1、n2、n3，可以用一個2軸3聯(lián)滑移齒輪變速組來實現(xiàn)。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(tǒng)中要設(shè)有定傳動比的減速傳動。電動機2軸3聯(lián)滑移齒輪變速組電動機2軸3聯(lián)滑移齒輪變速組定傳動比齒輪傳動執(zhí)行系統(tǒng)高速處低速處確定各對傳動副的傳動比：2軸3聯(lián)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(lián)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(tǒng)的最大傳動比：imax=15.368應(yīng)根據(jù)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(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)速：95r/min150r/min236r/min繪制轉(zhuǎn)速圖：例2、已知某制管機所用電動機轉(zhuǎn)速nm=1440r/min，執(zhí)行構(gòu)件—主軸轉(zhuǎn)速nw=45~250r/min，主軸應(yīng)有6級轉(zhuǎn)速。試擬定該制管機的變速傳動運動設(shè)計方案。解：已知條件：傳動系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速nm=1440r/min，傳動系統(tǒng)輸出的最低轉(zhuǎn)速nmin=45r/min，輸出的最高轉(zhuǎn)速nmax=250r/min。變速級數(shù)Z'：Z'=6減速級數(shù)Z：從傳動系統(tǒng)的輸入轉(zhuǎn)速nm=1440r/min到輸出的最小轉(zhuǎn)速nmin=45r/min的減速級數(shù)。確定變速組結(jié)構(gòu)型式采用由3聯(lián)齒輪變速組和2聯(lián)齒輪變速組組成的3軸變速機構(gòu)來實現(xiàn)6個輸出轉(zhuǎn)速。3聯(lián)齒輪變速組放在高速級，為基本組；2聯(lián)齒輪變速組放在低速級，為擴大組。變速裝置的結(jié)構(gòu)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(yīng)屬于減速傳動系統(tǒng)，總減速比：不設(shè)置定傳動比傳動副，變速組可以實現(xiàn)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(shè)置定傳動比傳動副。在電動機與變速箱間設(shè)置一級V帶傳動，在變速箱與執(zhí)行構(gòu)件—主軸間設(shè)置一級齒輪傳動，它們都是定傳動比的減速裝置，傳動系統(tǒng)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(zhuǎn)速圖傳動系統(tǒng)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(yīng)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(tǒng)劃分的級數(shù)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(jù)傳動比的計算結(jié)果，可以畫出設(shè)計方案的轉(zhuǎn)速圖：第六章操縱系統(tǒng)指把人和機械聯(lián)系起來，使機械按照人的指令工作的機構(gòu)和元件所構(gòu)成的總體。操縱系統(tǒng)的組成部分操縱桿、執(zhí)行件、傳動件自鎖機構(gòu)是以一定的預(yù)壓力把操縱件、執(zhí)行件或中間的某傳動件固定在規(guī)定的位置上，中有所施加的操縱力大于這個預(yù)壓力，操縱件或執(zhí)行件才會動作互鎖機構(gòu)互鎖機構(gòu)使操縱系統(tǒng)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(fā)生不應(yīng)有的運動干涉，保證在前一執(zhí)行件的動作完成后才可使另一執(zhí)行件