NO.24第13章机械传动系统的方案

机械系统总体方案的设计第13章机械系统的总体方案设计13.1概述13.2机械执行系统的方案设计13.3机械传动系统的方案设计13.4原动机的选择13.5

机械运动方案的评价机械原理第13章机械系统的总体方案设计1、机械产品的设计过程13.1概述机械原理第13章机械系统的总体方案设计机械原理第13章机械系统的总体方案设计机械原理第13章机械系统的总体方案设计机械原理第13章机械系统的总体方案设计2、机械总体方案设计的内容（1）执行系统的方案设计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执行系统的方案评价与决策（2）原动机的选择（3）传动系统的方案设计传动类型的选择传动路线的选择传动链中机构顺序的安排各级传动比的分配（4）控制系统的方案设计（5）其它辅助系统的方案设计润滑系统冷却系统故障监测系统安全保护系统照明系统控制系统执行系统传动系统原动机机械原理第13章机械系统的总体方案设计

机械执行系统可以由一个或多个执行机构组成，通过末端的输出构件作用于工作对象，实现机械系统的预期功能。13.2机械执行系统的方案设计（1）机械执行系统方案设计的主要内容：执行系统的功能原理设计执行系统的型式设计执行系统的协调设计执行系统的尺度设计执行系统的运动和动力分析执行系统的方案评价与决策1、机械执行系统方案设计的主要内容机械原理第13章机械系统的总体方案设计（2）机械系统方案设计步骤机械原理第13章机械系统的总体方案设计2、执行系统的功能原理设计功能原理是指实现某种预期功能所依据的基本物理或化学原理效应。常用的物理原理：力学原理电磁学原理光学原理材料变形原理执行系统的功能原理设计：

根据机器预期实现的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较，并根据使用要求或工艺要求，选择出既能很好地满足功能要求，工艺动作又简单的工作原理。（1）功能原理的构思和选择机械原理第13章机械系统的总体方案设计自动输出板料的装置的功能原理设计摩擦传动原理(摩擦板)机械推拉原理摩擦传动原理(摩擦轮)气吸原理(底吸法)气吸原理(顶吸法)功能原理不同，工艺动作分解不同，机构实现的难易也不同构思举例：机械原理第13章机械系统的总体方案设计（2）功能原理设计的创造性1）分析综合法

所谓分析综合法，是指将机械预期实现的复杂工艺动作（使用要求）分解为简单的运动规律（工艺动作），分别用已有的成熟的机构去实现这些运动规律，然后再将这些机构组合成一个新的系统去完成机械预期的功能。机械原理第13章机械系统的总体方案设计

在进行机械功能原理设计时，设计者一定要拓宽自己的思路，广泛采用气、液、光、声。电、新材料等新技术，构思出新的功能原理。

2）思维扩展法挖土机解决挖斗内湿土粘附问题新材料的研究机械原理第13章机械系统的总体方案设计3)还原创新法

任何发明创造都有创造的原点和起点，创造的原点是机械预期实现的功能要求，它是唯一的。创造的起点是实现机械预期功能的方法，它有许多种。所谓还原创新法，是指跳出已有的创造起点，重新返回到创造的原点，再从创造的原点另辟门路，用新的思维方法，新的技术重新创造事物或从原点解决问题。设计模仿人手的机械手，难度大

很难把衣物各处都刷洗到

易损坏衣物波轮洗衣机机械原理第13章机械系统的总体方案设计车床

拉床

钻床

镗床

3、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

工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作分解的方法不同，形成的运动方案也不同。

要设计一台加工内孔的机床，所依据的是刀具与工件间相对运动的原理。根据这一工作原理，加工内孔的工艺动作可以有几种不同的分解方法，就产生了几种加工机床。工艺动作分解和运动方案选择运动规律设计的创造性机械原理第13章机械系统的总体方案设计1)仿真与变异法

仿真是指模仿人或动物的动作将工艺动作进行分解，构思出实现某一预定工作原理的运动规律。而变异是指突破模仿的动作另创新的动作，两者看上去是矛盾的，但都可以实现创造性的设计。模仿人手拿东西的动作吊车

采用摆梭使底线绕过面线将布料夹紧的原理

工艺动作十分简单，针杆做往复移动，拉线杆和摆梭做往复摆动，送布牙的轨迹由复合运动实现，这几个动作的协调配合，便实现了缝连布料的功能要求。家用缝纫机的发明（2）运动规律设计的创造性机械原理第13章机械系统的总体方案设计2)思维扩展法

从传统的定式思维方式转向发散思维，拓展思路，尽可能采用简单易行的运动规律。分选不同直径钢珠的装置钢珠沿着两个斜放的不等距棒条滚动，实现钢珠尺寸分级的目的。

机械原理第13章机械系统的总体方案设计4、执行机构的型式设计（1）执行机构型式设计的原则（8条）1)满足执行构件的工艺动作和运动要求（运动形式、运动规律和运动轨迹）2)使执行系统具有良好的传力条件和动力特性3)保证机械的安全运转4)尽量简化和缩短运动链5)尽量减小机构的尺寸6)选择合适的运动副形式7)考虑动力源的形式8)使机械具有调节某些运动参数的能力机械原理第13章机械系统的总体方案设计（2）机构的选型

将已有的各种机构，按照运动特性或动作功能进行分类，根据设计对象中执行构件所需要的运动特性或动作功能进行搜索、选择、比较和评价，选出执行机构的合适形式。执行机构的型式设计机构的选型机构的构型机械原理第13章机械系统的总体方案设计机械原理第13章机械系统的总体方案设计（3）机构的构型1）选择对现有的数千种机构进行分析、研究，通过类比选择出基本机构的雏形。2）突破以选择的雏形作为创新构型的生长点，通过扩展、组合和变异等方法去尝试突破，以获得新构思。3）重新构型在突破的基础上，重新构筑能完成预期功能且性能优良的新机构。

先从常用机构中选择一种功能和原理与工作要求相近的机构，然后在此基础上重新构筑机构的型式，这一工作称为机构的构型。它是一项比机构选型更具创造性的工作。机构的构型可分为以下三个阶段：

机械原理第13章机械系统的总体方案设计机构的构型方法：

扩展法是根据机构组成原理创新机构的一种方法。当用类比法选择的基本机构雏型在满足运动特性或功能上有欠缺时，可以以此机构为生长点，在其上联接若干基本杆组构筑出新的机构型式。这种方法的优点是在不改变机构自由度的情况下，能增加或改善机构的功能。

1）扩展法：例：设计一个急回特性比较显著、运动行程比较大的执行机构

以摆动导杆机构ABC为基本机构，在其导杆CB的延长线上D点处连接一个双杆组，形成六杆机构，满足急回、扩大行程等工作要求。机械原理第13章机械系统的总体方案设计2）组合法

将几种基本机构用适当的方式组合起来，实现基本机构不易实现的运动或功能。

要使做往复摆动的执行构件具有显著急回特性和较大摆动行程，当不能完全满足要求时，可将摆动导杆机构与齿轮机构串联组合，这样，固结在小齿轮上的执行构件不仅具有显著急回特性，且可获得较大的摆动行程。常用组合方式机械原理第13章机械系统的总体方案设计3）变异法

通过运动副形状、尺寸和位置安排上的变化生成新的机构型式。常用的方法有运动倒置和运动副变换等。低副变异为高副机械原理第13章机械系统的总体方案设计

当一台机器有多个执行构件时，这些执行构件应以一定的次序协调动作，互相配合，以完成机器预定的功能和生产过程。这方面的工作称为机械的协调设计。外圆磨床：砂轮、工件不需要协调设计

用来描述各执行构件运动间相互协调配合的图称为机械工作循环图（也叫机械运动循环图）。定标件：通常选取机械中某一主要的执行构件作为参考件，叫做定标件。取其有代表性的特征位置为起始位置（通常以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点），由此来确定其它执行构件的运动相对于定标件的先后次序和配合关系。机械工作循环图的表示方法：1.直线式工作循环图2.圆周式工作循环图3.直角坐标式工作循环图5、执行系统的协调设计机械原理第13章机械系统的总体方案设计机械原理第13章机械系统的总体方案设计6、执行系统的尺寸设计连杆机构：图解法解析法：精确点法近似解法凸轮机构：图解法解析法齿轮机构：间歇运动机构：组合机构：7、执行系统的运动、动力分析机械原理第13章机械系统的总体方案设计传动系统的设计过程和内容:确定传动系统的总传动比选择传动类型拟定传动链的布置方案分配传动比确定各级传动机构的基本参数及其校核绘制传动系统运动简图13.3机械传动系统的方案设计机械原理第13章机械系统的总体方案设计（1）传动类型的选择

1）机械传动

2）液压传动

3）气压传动

4）电气传动机械原理第13章机械系统的总体方案设计（2）选择传动类型的原则1）执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配2）考虑工作要求传递的功率和运转速度3）有利于提高传动效率4）尽可能选择结构简单的单级传动装置5）考虑结构布置6）考虑经济性7）考虑机械安全运转和环境条件机械原理第13章机械系统的总体方案设计原动机的选择原则：（1）考虑工作机械的负载特性、工作制度、启动和制动的频繁程度。（2）考虑原动机本身的机械特性能否与工作机械的负载特性（包括功率、转矩、转速等）相匹配，能否与工作机械的调速范围、工作的平稳性等相适应。（3）考虑机械系统整体结构布置的需要。（4）考虑经济性，包括原动机的原始购置费用、运行费用和维修费用等。（5）考虑工作环境对原动机的要求，如能源供应、防止噪音和环境保护等要求。原动机类型的选择原动机转速的选择原动机容量的选择(功率)

13.4原动机的选择机械原理第13章机械系统的总体方案设计（1）原动机类型的选择动力电动机伺服电动机内燃机气动马达液压马达（2）原动机转速的选择

（3）原动机容量的选择

机械原理第13章机械系统的总体方案设计13.5

机械运动方案的评价机械原理第13章机械系统的总体方案设计课程设计

设计冲制薄壁零件的冲压机构及其相配合的送料机构。上模先以比较小的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，以后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。一、目的1。巩固加深在机械原理课程所学知识。2。培养机械系统方案设计的能力。二、设计题目原动机传动系统1传动系统2送料构件上模变速运动(题1).冲压机构及送料机构设计机械原理第13章机械系统的总体方案设计（题2）.专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构设计设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构。工作台有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个工作位置，工位Ⅰ是装卸工件，Ⅱ是钻孔，Ⅲ是扩孔，是铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位Ⅱ的位置装钻头，对应于工位Ⅲ的位置装扩孔钻，Ⅳ的位置装铰刀。刀具由专用电机带动绕其自身的轴线转动。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转90，然后主轴箱再次左移，这时，对其中每一个工件来说，它进入了下一个工位的加工，依次循环四次，一个工件就完成装、钻、扩、铰、卸等工序，由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时进行工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工作。要求工作台做单项间歇运动，每次转过90；主轴箱往复移动120mm，在工作行程中有快进和慢进两段，回程为快退（急回行程）原动机传动系统1传动系统2工作台间歇运动主轴箱往复移动机械原理第13章机械系统的总体方案设计（题3）.推瓶机构设计设计洗瓶机的推瓶机构：要求推头接近匀速推瓶，平稳的接触和脱离瓶子，然后推头快速返回原位，准备第二个工作循环。原动机传动系统1传动系统2推头M导辊转动机械原理第13章机械系统的总体方案设计（题5）.半自动平压模切机机构设计

工作台4上方的1为双列链传动，链条上安装了5个带有夹紧片的走纸横块3，链条做间歇运动，每次停歇时，一个走纸横块刚好位于主动链轮2的最下方，这时，做往复运动的执行构件7会推动横块上的夹紧装置，使夹紧片张开，将纸板8喂入并夹紧后，链条运动，将纸板送入上模5和下模6的中间，链条停歇，下模6向上运动，实现纸板的压痕和切线，压切完成后，链条运动，走到某一位置时夹紧片张开，纸板收回，至此完成一个工作循环。原动机传动系统1传动系统2链轮间歇转动构件7的运动传动系统3下模6的运动机械原理第13章机械系统的总体方案设计（题6）.印刷机蘸油机构设计原动件1经适当的机械传动系统将运动传给构件4，并带动蘸油辊5做上下往复运动。蘸油辊5在上极限位置停留时与供油辊2接触，并由供油辊2带动（靠摩擦）蘸油辊5绕C点互作纯滚动，于是油盒3中的油墨传到蘸油辊5上；蘸油辊5在下极限位置停留时与水平运动的墨板6接触，将油墨传给墨板6，与此同时，主动轴1经适当传动机构将运动传给与油盒3的斜面相接触的供油辊2的间歇运动，将油盒3中的油墨带出。要求蘸油辊5为间歇摆动，运动规律为等加速等减速，供油辊2的运动为单向间歇转动，墨板6往复直线运动。原动机传动系统1传动系统2构件2间歇转动构件4间歇摆动传动系统3墨板6的运动机械原理第13章机械系统的总体方案设计(题7).榫槽成型半自动切削机设计原动件6通过适当的传动机构使推杆4作往复直线运动，工件1在推杆4的推动下，通过固定的榫槽刀的切削，在全长L1上开出榫槽。在推杆推动工件1之前，由同一原动件的带动下，工件被压紧，由端面切刀3先将工件1的右端面切平。推杆4推动工件切削榫槽时要求工件作近似等速运动。在推杆推动工件之前必须完成工件右端面的切削。原动机传动系统1传动系统2推杆4的运动压紧机构运动传动系统3切刀3间歇运动机械原理第13章机械