了解产品设计过程和机械总体方案设计的内容

◆了解产品设计过程和机械总体方案设计的内容；◆了解机械执行系统方案设计的过程和内容◆了解常用原动机的类型和特点及其选取原则；◆了解拟定简单机械传动系统方案的过程。本章教学目标第十二章机械总体方案的设计12-1机械总体方案设计概述12-2机械执行系统的方案设计12-3原动机的选择12-4机械传动系统的方案设计本章教学内容第十二章机械总体方案的设计一、机械产品的设计过程◆初期规划设计阶段◆总体方案设计阶段◆结构技术设计阶段◆生产施工设计阶段机械产品设计是一个通过分析、综合与创新获得满足某些特定要求和功能的机械系统的过程。§12-1机械总体方案设计概述机械新产品的开发设计过程一般可以分为四个阶段：1.初期规划设计阶段◆选题◆调研和预测◆可行性论证◆确定设计任务阶段成果：调研报告设计任务书产品开发可行性论证报告2.总体方案设计阶段◆目标分析◆创新构思◆方案拟定◆方案评价◆方案决策总体方案示意图机械系统运动简图方案设计计算说明书阶段成果：一、机械产品的设计过程（续）3.结构技术设计阶段◆结构方案拟定◆造型设计◆结构设计◆材料选择与尺寸设计◆设计图绘制阶段成果全套设计图纸设计计算说明书4.生产施工设计阶段◆工艺设计◆工装设计◆施工设计阶段成果工艺流程卡片、工装设计图基础安装图、技术文件使用说明书、备件明细表一、机械产品的设计过程（续）二、机械总体方案设计的目的总体方案设计阶段的工作是实现机械产品初期规划阶段所提出的设计目标的关键。产品设计的好坏，包括产品的功能是否齐全、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阶段的工作，取决于方案的构思和方案拟定时的设计思想。

机械系统主要是由原动机、传动系统、执行系统和控制系统所组成。三、机械系统的组成四、机械总体方案设计的内容★执行系统的方案设计。主要包括执行系统的功能原理设计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执行系统的协调设计和执行系统的方案评价与决策。★原动机类型的选择和传动系统的方案设计。其中传动系统的方案设计主要包括传动类型和传动路线的选择，传动链中机构顺序的安排和各级传动比的分配。★控制系统的方案设计.★其它辅助系统的设计。主要包括润滑系统、冷却系统、故障监测系统、安全保护系统和照明系统等的设计。一、执行系统方案设计的过程§12-2机械执行系统的方案设计★功能原理设计：就是根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。★运动规律设计：是指为实现上述工作原理而决定选择何种运动规律。★执行机构型式设计：是指究竟选择何种机构来实现上述运动规律。框图表示二、执行系统方案设计的内容★执行机构的协调设计：就是根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调和配合，设计出协调配合图。★机构尺度设计：是指对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图。★运动和动力分析：即对整个执行系统进行运动分析和动力分析，以检验其是否满足运动要求和动力性能方面的要求。★方案评价与决策：方案评价包括定性评价和定量评价。前者是指对结构的繁简、尺寸的大小、加工的难易等进行评价，后者是指将运动和动力分析后所得的执行系统的具体性能与使用要求所规定的预期性能进行比较，从而对设计方案作出评价。二、执行系统方案设计的内容（续）实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理；实现同一种工作原理，可以选择不同的运动规律；实现同一种运动规律，可以选择不同型式的机构。二、执行系统方案设计的内容（续）获得多种不同的方案给定某种预期功能要求机械执行系统方案设计所要研究的问题，就是如何合理地利用设计者地专业知识和分析能力，创造性地构思出各种可能地方案并从中选出最佳方案。机械预期实现的功能功能原理摩擦传动原理流体传动原理电磁传动原理机械推拉原理材料变形原理光电原理其它原理运动规律二、执行行系统方方案设计计的内容容（续））机械执行行系统方方案设计计流程图图工艺动作分解方法1工艺动作分解方法2工艺动作分解方法3机构型式工艺动作分解方法n……连杆机构凸轮机构其它机构机构组合结构变异一、原动动机的类类型和特特点§12-3原原动机的的选择电动机的的类型很很多，不不同类型型的电动动机具有有不同的的结构型型式和特特性，可可满足不不同的工工作环境境和机械械不同的的负载特特性要求求。主要优点点为：驱动效率率高、有有良好的的调速性性能、可可远距离离控制，，启动、、制动、、反向调调速都易易控制，，与传动动系统或或工作机机械联接接方便，，作为一一般传动动，电动动机的功功率范围围很广。。主要缺点点为必须须有电源源，不适适于野外外使用。。根根据据使用电电源的不不同，又又分为交流电动动机和直流电动动机两大类。。1.动动力电电动机伺服电动动机是指指能精密密控制系系统位置置和角度度的一类类电动机机。特点：它体积小、、重量轻轻；具有有宽广而而平滑的的调速范范围和快快速响应应能力，其理想想的机械械特性和和调节特特性均为为直线。。应用；伺服电机机广泛应应用于工工业控制制、军事事、航空空航天等等领域，，如数控控机床、、工业机机器人、、火炮随随动系统统中。2.控控制电电动机（（伺服电电动机））一、原动动机的类类型和特特点（续续）（1）分分类按燃料种种类分：：柴油机机、汽油油机和煤煤油机按工作循循环中的的冲程数数分:四四冲程和和二冲程程内燃机机按汽缸数数目分:单缸和和多缸内内燃机按主要机机构的运运动形式式分:往往复活塞塞式和旋旋转活塞塞式（2）特特点及应应用优优点是是功率范围围宽、操操作简便便、启动动迅速；；适用于于工作环环境无电电源的场场合，多用于于工程机机械、农农业机械械、船舶舶、车辆辆等。缺点为对对燃油的的要求高高，排气气污染环环境、噪噪音大、、结构复复杂。3.内内燃机机一、原动动机的类类型和特特点（续续）液压马达达又称为为油马达达，它是是把液压压能转变变为机械械能的动动力装置置。其主主要优点点是可获得很很大的动动力或转转矩，可可通过改改变油量量来调节节执行机机构速度度，易进进行无级级调速，，能快速速响应，，操作控控制简单单，易实实现复杂杂工艺过过程的动动作要求求。缺点是是要求有有高压油油的供给给系统，，液压系系统的制制造装配配要求高高，否则则易影响响效率和和运动精精度。4.液液压马马达气动马达达是以压压缩空气气为动力力‘，将将气压能能转变为为机械能能的动力力装置。。常用的的有叶片片式和活活塞式。。其主要要优点为为：工作介质质为空气气，故容容易获取取且成本本低廉；；易远距距离输送送，排入入大气也也无污染染；能适适应恶劣劣环境；；动作迅迅速、反反应快。缺点为：：工作稳定定性差、噪噪音大，输输出转矩不不大，只适适用于小型型轻载的工工作机械。。5.气气动马达一、原动机机的类型和和特点（续续）1.选选择原则二、原动机机的选择★考虑工作机机械的负载载特性、工工作制度、、启动和制制动的频繁繁程度。★考虑原动机机本身的机机械特性能能否与工作作机械的负负载特性(包括功率率、转矩、、转速等)相匹配，，能否与工工作机械的的调速范围围、工作的的平稳性等等相适应。。★考虑机械系系统整体结结构布置的的需要。★考虑经济性性，包括原原动机的原原始购置费费用、运行行费用和维维修费用等等。★考虑经济性性，包括原原动机的原原始购置费费用、运行行费用和维维修费用等等。2.原原动机类型型的选择★若工作机械械要求有较较高的驱动动效率和较较高的运动动精度，应应选用电动动机。电动动机的类型型和型号较较多，并具具有各种特特性，可满满足不同类类型工作机机械的要求求。★在相同功率率下，要求求外形尺寸寸尽可能小小、重量尽尽可能轻时时，宜选用用液压马达达。★要求易控制制、响应快快、灵敏度度高时，宜宜采用液压压马达或气气动马达。。★要求在易燃燃、易爆、、多尘、振振动大等恶恶劣环境中中工作时，，宜采用气气动马达。。★要求对工作作环境不造造成污染，，宜选用电电动机或气气动马达。。★要求启动迅迅速、便于于移动或在在野外作业业场地工作作时，宜选选用内燃机机。★要求负载转转矩大，转转速低的工工作机械或或要求简化化传动系统统的减速装装置，需要要原动机与与执行机构构直接联接接时，宜选选用低速液液压马达。。3.原原动机转速速的选择原动机的额额定转速一一般是直接接根据工作作机械的要要求而选择择的。但需需考虑：★原动机本身身的综合因因素。例如如，对于电电动机来说说，在额定定功率相同同的情况下下，额定转转速越高的的电动机尺尺寸越小，，重量和价价格也低，，即高速电电动机反而而经济。★传动系统的的结构。若若原动机的的转速选得得过高，势势必增加传传动系统的的传动比，，从而导致致传动系统统的结构复复杂。4.原原动机容量量的选择原动机的容容量主要指指功率。它它是由负载载所需的功率、转矩及工作制来决定的。。负载的工工作情况大大致可分为为连续恒负负载；连续续周期性变变化负载；；短时工作作制负载和和断续周期期性工作制制负载等。。各种工作作制负载情情况下所需需的原动机机容量的计计算方法，，可查阅有有关手册。。一、传动系系统的作用用及其设计计过程§12-4机机械传传动系统的的方案设计计传动系统位位于原动机机和执行系系统之间，，将原动机机的运动和和动力传递递给执行系系统。除进进行功率传传递，使执执行机构能能克服阻力力作功外，，它还起着着如下重要要作用：实实现增速、、减速或变变速传动；；变换运动动形式；进进行运动的的合成和分分解；实现现分路传动动和较远距距离传动；；实现某些些操纵控制制功能(如如启动、离离合、制动动、换向………)等。。传动系统方方案设计是机械系统统方案设计计的重要组组成部分。。当完成了了执行系统统的方案设设计和原动动机的预选选型后，即即可根据执执行机构所所需要的运运动和动力力条件及原原动机的类类型和性能能参数，进进行传动系系统的方案案设计了。。3.拟拟定传动链链的布置方方案。即根根据空间位位置、运动动和动力传传递路线及及所选传动动装置的传传动特点和和适用条件件，合理拟拟定传动路路线，安排排各传动机机构的先后后顺序，以以完成从原原动机到各各执行机构构之间的传传动系统的的总体布置置方案。4.分分配传动比比。即根据据传动系统统的组成方方案，将总总传动比合合理分配至至各级传动动机构。5.确确定各级传传动机构的的基本参数数和主要几几何尺寸，，计算传动动系统的各各项运动学学和动力学学参数，为为各级传动动机构的结结构设计、、强度计算算和传动系系统方案评评价提供依依据和指标标。6.绘绘制传动系系统运动简简图。2.选选择传动类类型。即根根据设计任任务书中所所规定的功功能要求，，执行系统统对动力、、传动比或或速度变化化的要求以以及原动机机的工作特特性，选择择合适的传传动装置类类型。1.确确定传动系系统的总传传动比。传动系统设设计过程：：二、传动类类型的选择择1.传传动的类型型和特点按传动的方方式分：★机械传传动：：利用用机构构所实实现的的传动动称为为机械械传动动。其优点点是工工作稳稳定、、可靠靠，对对环境境的干干扰不不敏感感。缺缺点是是响应应速度度较慢慢、控控制欠欠灵活活。★液压、、液力力传动动：利利用液液压泵泵、阀阀、执执行器器等液液压元元器件件实现现的传传动称称为液液压传传动；；液力力传动动则是是利用用叶轮轮通过过液体体的动动能变变化来来传递递能量量的。。液压液液力传传动的的主要要优点点是速速度、、扭矩矩和功功率均均可连连续调调节；；调速速范围围大，，能迅迅速换换向和和变速速；传传递功功率大大；结结构简简单，，易实实现系系列化化、标标准化化，使使用寿寿命长长；易易实现现远距距离控控制、、动作作快速速；能能实现现过载载保护护。缺缺点主主要是是传动动效率率低，，不如如机械械传动动精确确；制制造、、安装装精度度要求求高；；对油油液质质量和和密封封性要要求高高。按传动动的方方式分分（续续）：：★气压传传动。。以以压缩缩空气气为工工作介介质的的传动动称为为气压压传动动。气压传传动的的优点点是易易快速速实现现往复复移动动、摆摆动和和高速速转动动，调调速方方便；；气压压元件件结构构简单单、适适合标标准化化、系系列化化，易易制造造、易易操纵纵¨向向应速速度快快、可可直接接用气气压信信号实实现系系统控控制，，完成成复杂杂动作作；管管路压压力损损失小小，适适于远远距离离输送送；与与液压压传动动相比比，经经济且且不易易污染染环境境，安安全、、能适适应恶恶劣的的工作作环境境：缺缺点是是传动动效率率低；；因压压力不不能太太高，，故不不能传传递大大功率率，因因空气气的可可压缩缩性，，故载载荷变变化时时，传传递运运动不不太平平稳，，排气气噪音音大。。★电气传传动。。利用用电动动机和和电气气装置置实现现的传传动称称为电电气传传动。。电气传传动的的特点点是传传动效效率高高、控控制灵灵活、、易于于实现现自动动化。。按传动动比和和输出出速度度的变变化情情况分分：★定传动动比传传动。。输入入与输输出转转速对对应，，适用用于执执行机机构的的工况况固定定、或或其工工况与与原动动机对对应变变化的的场合合。★变传动动比有有级变变速传传动。一个输输入转转速可可对应应于若若干个个输出出转速速，适适用于于原动动机工况固固定，，而执执行机机构有有若干干种工工况的的场合合，或或用于于扩大大原动动机的的调速速范围围。★变传动动比无无级变变速传传动。一个输输入转转速对对应于于某一一范围围内无无限多多个输输出转转速，，适用于执执行机机构工工况很很多或或最佳佳工况况不明明确的的情况况。★变传动动比周周期性性变速速传动动。输出角速速度是输输入角速速度的周周期性函函数，以以实现函函数传动或改改善动力力特性。。2.选选择传传动类