第二章 机械本体设计-SolidWorks应用111

1、机电一体化技术实践工程教学实习训练中心工程教学实习训练中心 机电一体化是精密机械工程、电子控制和系统思想在产品设计和制造过程中的协同结合。mechatronicsmechanicselectronics+ 在工业产品和过程的设计与制造中，机械工程与电子和智能计算机控制的协同集成。第一章第一章 绪论绪论 机电一体化技术精密机械技术传感检测技术伺服驱动技术自动控制技术第二章第二章 机电一体化系统的单元技术机电一体化系统的单元技术 四轴联动数控雕铣机装配图第一节精密机械技术第一节精密机械技术 1机械传动机构机械传动机构 1.1 丝杠螺母机构丝杠螺母机构 1机械传动机构机械传动机构 1.2 齿轮传动机

2、构齿轮传动机构 1机械传动机构机械传动机构 1.3 挠性传动机构挠性传动机构 1机械传动机构机械传动机构 1.3 间歇传动机构间歇传动机构 2机械导向机构机械导向机构 2机械导向机构机械导向机构 2机械导向机构机械导向机构 3机械执行机构机械执行机构 3机械执行机构机械执行机构 3机械执行机构机械执行机构 4轴系轴系 4轴系轴系 5机座或机架机座或机架 传感器是能够感受规定的被测量，传感器是能够感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用的输出信并按照一定的规律转换成可用的输出信号的器件或装置。号的器件或装置。第二节传感检测技术第二节传感检测技术 2.1 2.1 概述概述第二节传感检测技术第二

3、节传感检测技术 2.1 2.1 概述概述 传感器与人的感官一一对应，相当人眼（视觉）的光传感器，如光敏元件、电荷耦合器件（）、图像传感器和光敏二极管等；相当于人耳（听觉）的音响传感器，如传声器、压电元件等；相当于人皮肤（触觉）的振动传感器、温度传感器和压力传感器，其中振动传感器有应变片、半导体压力传感器等，温度传感器有热敏电阻、铂电阻、热电偶和热释电传感器等，压力传感器有膜片、力敏聚合物等；相当于人舌头（味觉）的味觉传感器，如铂、氧化物、离子传感器等；相当于人鼻（嗅觉）的嗅觉传感器，如生物化学元件等。此外，还有检测位移量的差动变压器、检测转速的编码器、磁性传感器等。第二节传感检测技术第二节传感

4、检测技术 2.1 2.1 概述概述第二节传感检测技术第二节传感检测技术 2.1 2.1 概述概述第二节传感检测技术第二节传感检测技术 2.1 2.1 概述概述热敏传感器：热敏传感器是将温度转换为热敏传感器：热敏传感器是将温度转换为电信号的装置。电信号的装置。 2.2 2.2 传感器的基本特性传感器的基本特性 1. 传感器的静特性 传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态下，传感器的输入与输出值之间的关系。传感器静态特性的主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。 (1) 线性度 传感器的线性度是指传感器实际输出输入特性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度值之比，即100%maxFSyL

5、 xyS0%100FSmyHH2.2 2.2 传感器的基本特性传感器的基本特性2.2 2.2 传感器的基本特性传感器的基本特性100%FSmRyR 1322nyyyiFSR2.2 2.2 传感器的基本特性传感器的基本特性2. 2. 传感器的动态特性传感器的动态特性 传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。动传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输入的态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。传感器动态特性的性能指标可以通过时响应特性。传感器动态特性的性能指标可以通过时域、频域以及试验分析的方法确定，其动态特性参域、频域以及试验分析的方法

6、确定，其动态特性参数如：最大超调量、上升时间、调整时间、频率响数如：最大超调量、上升时间、调整时间、频率响应范围、临界频率等。应范围、临界频率等。 2.2 2.2 传感器的基本特性传感器的基本特性2.3 2.3 常用传感器常用传感器一、电阻式传感器电阻式传感器（ resistance type transducer ） 把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器等。电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表。（一）变阻器式传感器（一）变阻器式传感器 变阻器式传感器也称电位器式传感器，其工

7、作原理是将物体的位移转换为电阻的变化。 AlR2.3 2.3 常用传感器常用传感器xkRllkdxdRSa)直线位移型 b)角位移型 c)非线性型 常数kddRS 又称函数电位器。是其输出电阻与电刷位移之间具有非线性函数关系的一种电位器，即它可以实现指数函数、三角函数、对数函数等各种特定函数，也可以是其它任意函数。非线性电位器可以应用于测量控制系统、解算装置等。2.3 2.3 常用传感器常用传感器负载电阻为 ，电位器长度为l，总电阻为，电刷位移为x，相应的电阻为 RxRx，电源电压为U，输出电压为U0为: 当时2.3 2.3 常用传感器常用传感器优点：结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳

8、定；受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；可以实现输出输入间任意函数关系；输出信号大，一般不需放大。缺点：因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，所以分辨力较低；动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。2.3 2.3 常用传感器常用传感器（二）（二）电阻应变式传感器电阻应变式传感器 以应变片为传感元件的传感器。体积小，结构简单，动态响应快，测量精度高，寿命长，性能稳定可靠，可用于测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。半导体应变式金属电阻应变片 直接用来测定结构的应变或应力。 将应变片贴于弹性元件上，作为测

9、量力、位移、压力、加速度等物理参量的传感器。2.3 2.3 常用传感器常用传感器（二）（二）电阻应变式传感器电阻应变式传感器AlRdRdAARdllRdRdrdrldlRdR2ldlrdrldlrdr纵向应变 横向应变 泊松比21212EERdREd优点:结构简单,性能稳定,价格低。缺点:精度不高,灵敏度低。1 金属电阻应变片2.3 2.3 常用传感器常用传感器（二）（二）电阻应变式传感器电阻应变式传感器 2 半导体应变片工作原理：半导体材料压阻效应。压阻效应：单晶片材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率 发生变化的现象。ERdRERdRSg比金属丝的灵敏度大5070倍。优点：灵敏度高。缺点

10、：温度稳定性能差，灵敏度分散度大，以及在较大应变作用下，非线性误差大等。2.3 2.3 常用传感器常用传感器（三）压阻（三）压阻式传感器式传感器 半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。实际上，任何材料都不同程度地呈现压阻效应，但半导体材料的这种效应特别强。压阻式传感器的优点是:灵敏度非常高，有时传感器的输出不需放大可直接用于测量；分辨率高，例如测量压力时可测出1020Pa的微压；测量元件的有效面积可做得很小，故频率响应高；可测量低频加速度和直线加速度。最大的缺点是温度误差大，故需温度补偿或恒温条件下使用。2.3 2.3 常用传感器常用传感器二、电容式传感器电容式传

11、感器（ capacitive type transducer ） 把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。以最简单的平行极板电容器为例说明其工作原理。在忽略边缘效应的情况下，平板电容器的电容量为压力、液位、振动、位移、速度、加速度压力、液位、振动、位移、速度、加速度2.3 2.3 常用传感器常用传感器根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种，其中极距变化型和面积变化型应用较广。1 极距变化型极距变化型20AddCS优点：可进行非接触测量缺

12、点： 灵敏度与成反比，极距越小，灵敏度越高 存在非线性误差，测量范围小 配合使用的电子线路复杂2.3 2.3 常用传感器常用传感器根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种，其中极距变化型和面积变化型应用较广。2 面积变化型面积变化型常数0dAdCS优点：灵敏度为线性，测量范围大。可用于测量大的角位移或线位移，差动式比单边结构的灵敏度高一倍。a)角位移型 b)平面线位移型 c)圆柱体线位移型2.3 2.3 常用传感器常用传感器根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种，其中极距变化型和面积变化型应用较广。3 介质变

13、化型介质变化型利用介质介电常数变化将被测量转化为电容量的传感器。常用测量材料的厚度、液位等。2.3 2.3 常用传感器常用传感器三、电感式传感器电感式传感器（ inductance type transducer ） 电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。 力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等液位、比重、转矩等 2.3 2.3 常用传感器常用传感器1 自感型1）可变磁阻式电感传感

14、器可变磁阻式传感器的结构原理如图所示，它由线圈、铁芯及衔铁组成。2.3 2.3 常用传感器常用传感器1 自感型1）可变磁阻式电感传感器可变磁阻式传感器的结构原理如图所示，它由线圈、铁芯及衔铁组成。灵敏度S与气隙长度的平方成反比，愈小，灵敏度愈高。由于S不是常数，故会出现非线性误差，为了减小这一误差，通常规定在较小的范围内工作。 故灵敏度S趋于定值，即输出与输入近似成线性关系。这种传感器适用于较小位移的测量，一般约为0.0011 mm。2.3 2.3 常用传感器常用传感器1 自感型2）涡电流式利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。分析表明：由于涡流磁场的作用使原线圈的等效阻抗Z发生变化。Z的变化与

15、、金属板的电阻率、磁导率以及线圈激磁圆频率等有关。改变其中某一因素，即可达到不同的变换目的。例：变化 ，可作为位移，振动测量。变化或 ，可作为材质鉴别或探伤等。2.3 2.3 常用传感器常用传感器1 自感型2）涡电流式2.3 2.3 常用传感器常用传感器2 互感式传感器差动变压器式电传感器原理：利用电磁感应中的互感现象，将被测位移转化成线圈互感的变化。dtdiMe1122.3 2.3 常用传感器常用传感器2 互感式传感器差动变压器式电传感器原理：利用电磁感应中的互感现象，将被测位移转化成线圈互感的变化。 差动变压器传感器工作原理a）、b）工作原理 c）输出特性由一个线圈中的电流发生变化而使其它

16、线圈产生感应电动势的现象叫互感现象。阶阶段段步骤步骤方法方法主主 要要 指指 导导 理理 论论产产品品规规划划设计方法设计方法预测技术预测技术设计方法学设计方法学技术预测理论技术预测理论市场学市场学信息学信息学机械产品设计一般进程机械产品设计一般进程信息集约信息集约可行性报告、设计要求项目表可行性报告、设计要求项目表产品设计任务产品设计任务预测调研预测调研可行性分析可行性分析明确任务要求明确任务要求阶阶段段步骤步骤方方法法主主 要要 指指 导导 理理 论论原原理理方方案案设设计计系统化设计法系统化设计法创造技法创造技法评价决策方法评价决策方法系统工程学系统工程学形态学形态学创造学创造学思维心理

17、学思维心理学决策论决策论模糊数学模糊数学总功能分析总功能分析原理参数表、方案原理图原理参数表、方案原理图功能分解功能分解功能载体组合功能载体组合功能原理方案功能原理方案( (多个多个) )功能元求解功能元求解原理试验原理试验评价决策评价决策最优原理方案最优原理方案阶阶段段步骤步骤方法方法主要指导理论主要指导理论技技术术设设计计价值设计价值设计优化设计优化设计可靠性设计可靠性设计宜人性设计宜人性设计产品造型设产品造型设计计系列化设计系列化设计机械性能设机械性能设计计工艺性设计工艺性设计自动化设计自动化设计价值工程学价值工程学最优化方法、工程最优化方法、工程遗传算法遗传算法可靠性理论与实验可靠性理

18、论与实验人机工程学人机工程学工业美学工业美学模块化设计、模块化设计、相似理论相似理论有限元法、动态设有限元法、动态设计、摩擦学设计、计、摩擦学设计、高等机构学高等机构学机械设计的工艺基机械设计的工艺基础础控制理论、智能工控制理论、智能工程、人工神经元计程、人工神经元计算方法、专家系统算方法、专家系统结构方案结构方案( (多个多个) )结构价值分析结构价值分析试验模型试验模型试验试验总体设计总体设计结构设计结构设计造型设计造型设计造型价值分析造型价值分析外观方案外观方案( (多个多个) )评价决策评价决策评价决策评价决策最优结构方案最优结构方案最优造型方案最优造型方案最优技术设计方案最优技术设计

19、方案总体布置图、装配总体布置图、装配草图、技术文件草图、技术文件总体效果图、总体效果图、外观效果模型外观效果模型阶阶段段步骤步骤方法方法主要指导主要指导理论理论工工艺艺设设计计各种制造、装各种制造、装配、造型、装配、造型、装饰、检验等方饰、检验等方法法各种工艺学各种工艺学批批量量生生产产计算机辅助制计算机辅助制造造销销售售反馈控制法反馈控制法零件工作图零件工作图外观件加工工艺、外观件加工工艺、面饰工艺规程面饰工艺规程部件装配图部件装配图效果图、检验标准效果图、检验标准技术文件技术文件造型工艺文件造型工艺文件试制试制修改修改批量生产批量生产技术服务技术服务用户访问用户访问 二、二、机械总体方案设

20、计的目的和内容机械总体方案设计的目的和内容目的目的 产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决于总体方案设计的构思和方案拟定时著，在很大程度上取决于总体方案设计的构思和方案拟定时的设计思想。的设计思想。内容内容执行系统的方案设计执行系统的方案设计执行系统方案评价与决策执行系统方案评价与决策执行系统协调设计执行系统协调设计执行机构型式设计执行机构型式设计运动规律设计运动规律设计系统功能原理设计系统功能原理设计机构尺度设计机构尺度设计运动和动力分析运动和动力分析原动机类型的选择和原动机类型的选择和传动系统的方案设计传动系统的方案

21、设计各级传动比的分配各级传动比的分配传动链中机构传动链中机构顺序的安排顺序的安排传动路线选择传动路线选择传动类型选择传动类型选择控制系统的方案设计控制系统的方案设计其它辅助系统的设计其它辅助系统的设计照明系统设计照明系统设计安全保障系统设计安全保障系统设计故障检测系统设计故障检测系统设计冷却系统设计冷却系统设计润滑系统设计润滑系统设计第二节第二节 机械执行系统运动方案设计机械执行系统运动方案设计 重要性重要性执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械系统预期工作任务。系统预期工作任务。机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核机械执行

22、系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核心，是整个机械设计工作的基础。心，是整个机械设计工作的基础。机械执行系统的组成机械执行系统的组成 由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，决定了整个执行系统的结构方案。决定了整个执行系统的结构方案。 一、机械执行系统运动方案设计的主要内容和过程一、机械执行系统运动方案设计的主要内容和过程 功能原理设计功能原理设计根据需要制定机械的总功能，拟根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的工作原理和技术定

23、实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械所要实现的工艺手段，确定机械所要实现的工艺动作动作运动规律设计运动规律设计通过对工作原理所提出的工通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解，决定采用艺动作进行分解，决定采用何种运动规律来实现工作原何种运动规律来实现工作原理理执行机构型式设计执行机构型式设计决定选择何决定选择何种机构实现种机构实现给定的运动给定的运动规律规律执行系统协调设计执行系统协调设计执行机构型式设计执行机构型式设计根据工艺过程对各动根据工艺过程对各动作的要求，分析各执作的要求，分析各执行机构应当如何协调行机构应当如何协调配合，设计出机械运配合，设计出机械运动循环图动循环图确定各执行机确

24、定各执行机构的运动尺寸，构的运动尺寸，绘制出各执行绘制出各执行机构的运动简机构的运动简图图运动和动力分析运动和动力分析检验执行系检验执行系统是否满足统是否满足运动要求和运动要求和动力性能方动力性能方面的要求面的要求方案评价与决策方案评价与决策对方案进行定性对方案进行定性评价和定量评价评价和定量评价并从中选出最佳并从中选出最佳设计方案设计方案 二、执行系统的功能原理设计二、执行系统的功能原理设计1. 功能原理的选择与构思功能原理的选择与构思产品的功能产品的功能产品的用途、性能、使用价值等，根据人们生产或生活产品的用途、性能、使用价值等，根据人们生产或生活需要提出。需要提出。 确定功能指标的考虑因

25、素确定功能指标的考虑因素先进性先进性可行性可行性经济性经济性功能原理设计的重要性功能原理设计的重要性决定产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构型决定产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构型式、制造成本等。式、制造成本等。功能原理设计的多方案性功能原理设计的多方案性工作原理不同，运动方案也不同工作原理不同，运动方案也不同齿轮加工齿轮加工剃齿剃齿范成原理范成原理仿形原理仿形原理工作原理相同，运动方案不同工作原理相同，运动方案不同齿轮加工齿轮加工插齿插齿滚齿滚齿 三、执行系统的运动规律设计三、执行系统的运动规律设计 1. 工艺动作分解和运动方案选择工艺动作分解和运动方案选择刀具作复合运动刀具作复

26、合运动刀具与工作台分别运动刀具与工作台分别运动 运动规律设计通常是对工艺方法和工艺动作进行分析，运动规律设计通常是对工艺方法和工艺动作进行分析，把其分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，所把其分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，所形成的运动方案也不同。形成的运动方案也不同。立式钻床工艺动作分解立式钻床工艺动作分解直线运动直线运动曲线运动曲线运动复合运动复合运动往复摆动往复摆动执执行行构构件件运运动动形形式式回转运动回转运动每分钟转数每分钟转数 rpm由两个以上单一运动合成由两个以上单一运动合成间歇转动间歇转动停歇往复直线运动停歇往复直线运动停歇单向直线运动停歇单向直线运动沿可

27、变曲线运动沿可变曲线运动连续转动连续转动沿固定曲线运动沿固定曲线运动往复直线运动往复直线运动每分钟转位次数、转角大小、运动系数每分钟转位次数、转角大小、运动系数每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变化系数化系数每分钟行程数、大小、行程每分钟行程数、大小、行程速度变化系数速度变化系数每次进给量的大小每次进给量的大小每循环停歇次数、位置、时每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度间、行程大小和工作速度四、执行机构的型式设计四、执行机构的型式设计1. 设计原则设计原则 满足执行构件的工艺动作和运动要求满足执行构件的工艺动作和运动要求 尽量简化和缩短运动链尽量简

28、化和缩短运动链 尽量减小机构尺寸尽量减小机构尺寸 选择合适的运动副形式选择合适的运动副形式 考虑动力源的形式考虑动力源的形式 使执行系统具有良好的传力和动力特性使执行系统具有良好的传力和动力特性 使机械具有调节某些运动参数的能力使机械具有调节某些运动参数的能力 保证机械的安全运转保证机械的安全运转 2. 机构的选型机构的选型 目的目的选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机构。选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机构。 传递连续转动的机构传递连续转动的机构啮合传动机构啮合传动机构 连杆机构连杆机构 传递连续传递连续转动机构转动机构摩擦传动机构摩擦传动机构 摩擦轮传动摩擦轮传动 蜗杆传动蜗

29、杆传动 链传动链传动 齿轮传动齿轮传动 平行四边形机构平行四边形机构 双曲柄机构双曲柄机构 带传动带传动 实现单向间歇转动的机构实现单向间歇转动的机构棘轮机构棘轮机构 齿轮齿轮-连杆机构连杆机构 单向间歇单向间歇转动机构转动机构槽轮机构槽轮机构 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构 适用于转角固定的转位运动适用于转角固定的转位运动 每次转角小，或转角大小可调的低速场合每次转角小，或转角大小可调的低速场合大转角而速度不高的场合大转角而速度不高的场合运动平稳、分度、定位准确，运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、高精度定位、高但制造困难、高精度定位、高速场合速场合特殊

30、要求的输送机构特殊要求的输送机构 实现往复移动往复摆动运动的机构实现往复移动往复摆动运动的机构凸轮机构凸轮机构 组合机构组合机构 往复运动往复运动机构机构连杆机构连杆机构 螺旋机构螺旋机构 齿轮齿条机构齿轮齿条机构 液压缸、气缸液压缸、气缸 正弦机构正弦机构 正切机构正切机构 多杆机构多杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 连杆机构特点连杆机构特点制造容易、承载能力大，但难以实现精确运制造容易、承载能力大，但难以实现精确运动，适用于无严格运动规律的场合。动，适用于无严格运动规律的场合。 凸轮机构特点凸轮机构特点能实现任意复杂的运动和各构件之间的运动能实现任意复杂的运动和各构件之间的运动协调，承载能

31、力不大。协调，承载能力不大。 螺旋机构特点螺旋机构特点可获得大的减速比和较高的运动精度，常用可获得大的减速比和较高的运动精度，常用作低速进给和精密微调机构。作低速进给和精密微调机构。 齿轮齿条机构特点齿轮齿条机构特点适用于移动速度较高的场合，精密齿条适用于移动速度较高的场合，精密齿条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。 凸轮机构凸轮机构 连杆机构连杆机构 实现往复移动往复摆动运动的机构实现往复移动往复摆动运动的机构组合机构组合机构 往复运动往复运动机构机构螺旋机构螺旋机构 齿轮齿条机构齿轮齿条机构 液压缸、气缸液压缸、气缸 正弦机构正弦机构 正切机构

32、正切机构 多杆机构多杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 再现轨迹的机构再现轨迹的机构齿轮齿轮连杆组合机构连杆组合机构联动凸轮机构联动凸轮机构 再现轨迹再现轨迹机构机构连杆机构连杆机构 凸轮凸轮连杆组合机构连杆组合机构 一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之外，一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之外，其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。 齿轮齿轮连杆组合机构连杆组合机构搅拌机构搅拌机构CBADE联动凸轮机构联动凸轮机构凸轮凸轮连杆组合机构连杆组合机构 五、执行系统的协调设计五、执行系统的协调设计 执行系统协调设计原则执行系统协调设计原则 满足各

33、执行机构动作先后的顺序性要求满足各执行机构动作先后的顺序性要求 满足各执行机构动作在时间上的同步性要求满足各执行机构动作在时间上的同步性要求 满足各执行机构在空间布置上的协调性要求满足各执行机构在空间布置上的协调性要求 满足各执行机构在操作上的协同性要求满足各执行机构在操作上的协同性要求 各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率 各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高提高 执行系统协调设计方法执行系统协调设计方法 确定机械的工作循环周期确定机械的工作循环周期 确定机械在一个运动循环中各执行

34、构件的各个行程段及确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及其所需时间其所需时间 确定各执行构件动作间的配合关系确定各执行构件动作间的配合关系 机械运动循环图机械运动循环图用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互协调配合的图。协调配合的图。通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其它执行产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其它执行构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。 六、

35、方案评价与决策六、方案评价与决策评价指标评价指标 系统功能系统功能实现运动规律或运动轨迹、实现工艺动作的实现运动规律或运动轨迹、实现工艺动作的准确性准确性 运动性能运动性能运转速度、行程可调性、运动精度等运转速度、行程可调性、运动精度等 动力性能动力性能承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音等等 工作性能工作性能效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、可靠性适用范围等可靠性适用范围等 经济性经济性加工难易、能耗大小、制造成本等加工难易、能耗大小、制造成本等 结构紧凑性结构紧凑性 尺寸、重量、结构复杂性等尺寸、重量、结构复

36、杂性等 一、机械传动系统方案设计一、机械传动系统方案设计1. 设计过程设计过程 确定传动系统总传动比确定传动系统总传动比 选择传动类型选择传动类型 拟定传动链布置方案拟定传动链布置方案 分配传动比分配传动比 确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数传动系统的各项运动学和动力学参数 绘制传动系统运动简图绘制传动系统运动简图第三节第三节 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 和原动机选择和原动机选择 2. 传动类型选择传动类型选择类型与特点类型与特点挠性挠性( (件件) )传动传动 摩擦轮传动摩擦轮传动 绳传动

37、绳传动 圆形齿轮传动圆形齿轮传动 挠性啮合传动挠性啮合传动 带传动带传动 啮合传动啮合传动 机械机械传动传动摩擦传动摩擦传动单级齿轮传动单级齿轮传动 齿轮系传动齿轮系传动 同步齿形带传动同步齿形带传动 螺旋齿轮传动螺旋齿轮传动 蜗杆蜗轮传动蜗杆蜗轮传动 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动 圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动 定轴轮系传动定轴轮系传动 周转轮系传动周转轮系传动 链传动链传动 非圆齿轮传动非圆齿轮传动 行星轮系传动行星轮系传动 差动轮系传动差动轮系传动 选择原则选择原则 执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配 考虑工作要求传递的功率和运转速度考

38、虑工作要求传递的功率和运转速度 有利于提高传递效率有利于提高传递效率 尽可能结构简单的单级传动装置尽可能结构简单的单级传动装置 考虑结构布置考虑结构布置 考虑经济性考虑经济性 考虑机械安全运转条件考虑机械安全运转条件 传动比的合理分配传动比的合理分配传动机构传动机构种类种类平带平带V带带摩擦轮摩擦轮 齿轮齿轮蜗杆蜗杆链链圆周速度圆周速度 m s5 255 3015 2515 12015 3515 40减速比减速比 5 8 157 10 4 8 80 6 10最大功率最大功率 kW200750 1200150 250500005503750常用原动机的类型及主要特点常用原动机的类型及主要特点 原

39、动机类型原动机类型主要特点主要特点三相异步电动机三相异步电动机 结构简单、价格便宜、体积小、运行可靠、维护方结构简单、价格便宜、体积小、运行可靠、维护方便、坚固耐用；能保持恒速运行及经受较频繁的启便、坚固耐用；能保持恒速运行及经受较频繁的启动、反转及制动；但启动转矩小，调速困难。一般动、反转及制动；但启动转矩小，调速困难。一般机械系统中应用最多。机械系统中应用最多。 同步电动机同步电动机 能在功率因子能在功率因子cos 1的状态下运行，不从电网吸收的状态下运行，不从电网吸收无功功率，运行可靠，保持恒速运行；但结构较异无功功率，运行可靠，保持恒速运行；但结构较异步电动机复杂，造价较高，转速不能调

40、节。适用于步电动机复杂，造价较高，转速不能调节。适用于大功率离心式水泵和通风机等。大功率离心式水泵和通风机等。 直流电动机直流电动机 能在恒功率下进行调速，调速性能好，调速范围宽，能在恒功率下进行调速，调速性能好，调速范围宽，启动转矩大；但结构较复杂、维护工作量较大、价启动转矩大；但结构较复杂、维护工作量较大、价格较高；机械特性较软、需直流电源。格较高；机械特性较软、需直流电源。 二、原动机的选择二、原动机的选择常用原动机的类型及主要特点常用原动机的类型及主要特点 原动机类型原动机类型主要特点主要特点控制电动机控制电动机 能精密控制系统位置和角度、体积小、重量轻；具有宽广而能精密控制系统位置和

41、角度、体积小、重量轻；具有宽广而平滑的调速范围和快速响应能力，其理想的机械特性和调速平滑的调速范围和快速响应能力，其理想的机械特性和调速特性均为直线。广泛用于工业控制、军事、航空航天等领域。特性均为直线。广泛用于工业控制、军事、航空航天等领域。 内燃机内燃机 功率范围宽、操作简便、启动迅速；但对燃油要求高、排气功率范围宽、操作简便、启动迅速；但对燃油要求高、排气污染环境、噪声大、结构复杂。多用于工程机械、农业机械、污染环境、噪声大、结构复杂。多用于工程机械、农业机械、船舶、车辆等。船舶、车辆等。 液压马达液压马达 可获得很大的动力和转矩，运动速度和输出动力、转矩调整可获得很大的动力和转矩，运动

42、速度和输出动力、转矩调整控制方便，易实现复杂工艺过程的动作要求；但需要有高压控制方便，易实现复杂工艺过程的动作要求；但需要有高压油的供给系统，油温变化较大时，影响工作稳定性；密封不油的供给系统，油温变化较大时，影响工作稳定性；密封不良时，污染工作环境；液压系统制造装配要求高。良时，污染工作环境；液压系统制造装配要求高。 气动马达气动马达 工作介质为空气，易远距离输送、无污染，能适应恶劣环境、工作介质为空气，易远距离输送、无污染，能适应恶劣环境、动作速度快；但工作稳定性较差，噪声大；输出转矩不大，动作速度快；但工作稳定性较差，噪声大；输出转矩不大，传动时速度较难控制。适用于小型轻载的工作机械。传

43、动时速度较难控制。适用于小型轻载的工作机械。 一般的钻床多采用第一种方案，但本例是三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。多头专用钻多头专用钻床床机械传动系统设计机械传动系统设计 设计任务设计任务设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。并能自动送料。3020382020502010 运动方案选择运动方案选择 工艺动作工艺动作钻头一边旋转，同钻头一边旋转，同时相对于工件作移动时相对于工件作移动三种运动方案三种运动方案 钻头旋转，同时轴向进给，钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止工作台静止

44、 钻头旋转，工作台带动工件进给钻头旋转，工作台带动工件进给 工作台旋转，钻头作轴向进给工作台旋转，钻头作轴向进给送料机构采取从料仓推送工件的方式送料机构采取从料仓推送工件的方式 执行系统运动规律设计执行系统运动规律设计工作台工作台送料杆送料杆料仓料仓三个执行构件三个执行构件钻头、工作台、送料杆钻头、工作台、送料杆 工艺过程工艺过程 送料杆往右推出零送料杆往右推出零件，并顶出加工好件，并顶出加工好的零件的零件 夹具将工件定位并夹紧夹具将工件定位并夹紧 送料杆返回，工作台带动工件快速上送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头移接近钻头 工作台慢速工进；工作台慢速工进； 钻孔结束后，工作台快速退回

45、，完成一个工作循环钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环钻头的转速钻头的转速 nc 1000v ( d)d钻头直径，钻头直径，d 8 mm v 切削速度，查手册切削速度，查手册45钢，可选钢，可选v 12.5m minnc 500 rpm工作台为往复运动工作台为往复运动钻孔工艺要求钻孔工艺要求 工作台带动工件快速上移接近钻头工作台带动工件快速上移接近钻头 工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到 一定一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，故进给深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，故进给速度应减小速度应减小 钻孔结束后，工作

46、台快速退回，完成一个工作循环钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环工作台一个工作循环总时间工作台一个工作循环总时间 T1 t1 t2 t3 t4 t5 24.6 s工作台每分钟工作循环数工作台每分钟工作循环数 n1 60 T1 2.44送料杆的运动为往复直动，运动循环时间与工作台相同送料杆的运动为往复直动，运动循环时间与工作台相同 Ts 24.6 s工作台的行程工作台的行程 Hf h0 h1 h2h1 单孔钻削深度，取单孔钻削深度，取h1 13 mmh2 三孔同时钻削深度，取三孔同时钻削深度，取h2 13 mm送料杆的行程取工件的两倍送料杆的行程取工件的两倍Hs 100 mmh0 工作台快速趋近钻头的运动距离，取工作台快速趋近钻头的运动距离，取h0 15 mm工作循环图工作循环图凸轮转角凸轮转角 0 90 180 270 360 送料杆送料杆 送料送料 静静 止止 送料送料工作台工作台 停止停止 单孔钻单孔钻 三孔钻三孔钻 快退快退快快进进 原动机的选择原动机的选择类型类型交流异步感应电动