第16章机械系统总体方案设计

第16章机械系统总体方案设计选讲§16－1机械总体设计方案设计概述§16－2执行系统的运动方案设计§16－3驱动系统选择§16－4传动系统的方案设计§16－5机械控制系统简介§16－6机械系统方案评价与决策湖南科技大学专用作者：潘存云教授

本章概要

机械系统的组成；总体设计方案设计的方法与步骤；执行系统、传动系统、原动机的设计与选择；控制系统的概念湖南科技大学专用作者：潘存云教授§16－1机械系统总体方案设计概述机械系统总体方案设计的目的：机械系统总体方案设计的主要内容：机械系统总体方案设计的基本步骤:设计任务抽象化;任务的本质核心与主要约束条件确定系统的功能结构;动力系统；传动系统；执行系统；控制系统寻求实现各分功能的工作原理;组合作用原理，形成方案设计的原理解。各工作原理（机构）的组合尽可能明确设计任务的本质及约束条件，避免设计方向上的重大偏差；创造性思维，尽可能多而广的寻求解决方案，以取得最优方案。设计的指导性文件(战略）系统功能结构设计和工作原理设计；主功能载体的初步结构构思及系统主参数的选择。方案的评价与决策湖南科技大学专用作者：潘存云教授总体方案设计步骤：根据设计要求进行方案设计对设计要求抽象化，认清事物的本质确定系统的功能结构寻求实现各分功能的作用原理组合作用原理，形成原理解方案的评价与决策得到原理方案，转入技术设计

湖南科技大学专用作者：潘存云教授§16－2执行系统的运动方案设计现代机械组成：机械的具体功能要求可归结为对运动和力的要求执行系统：直接对作业对象进行操作。驱动系统（动力系统）；传动系统；执行系统；控制和信息处理系统。

执行机构和执行构件。常处于系统的末端。执行系统的设计：最困难、最关键、最具创造力。1、确定执行机构的运动规律：

周期性的往复运动；转动，摆动及其组合间隙或连续的，等速或变速的转动一定范围内的摆动2、确定实现这些运动的机构及其组合3、合理确定执行机构的类型及其综合4、在多种方案中选择合适的方案要求：满足运动和力的要求；加工制造性；成本；操作性；安全性；传动平稳性等。湖南科技大学专用作者：潘存云教授§16－3驱动系统选择原动机：机械设备中驱动执行机构运动的机械。输出转矩和转速。常用的如电动机、液压马达、气动马达、内燃机1.电动机：分往复式和旋转活塞式按主要运动机构的不同往复式：柴油机、汽油机；二冲程、四冲程；单缸，多缸等；水冷式、风冷式等3.液压马达和气动马达：交流电机、直流电机按使用电源分如三相异步电动机：笼型式、绕线型；按转子结构形式分按外壳结构形式分

开启式、防护式、封闭式和防爆式

同步电动机、异步电动机按电机转速是否与旋转磁场转速相同2.内燃机：压力能（液体、气体）旋转机械能热能机械能湖南科技大学专用作者：潘存云教授液压马达液压马达：高速齿轮式叶片式轴向柱塞式钢球式直轴弯轴点接触式滑履式低速柱塞式钢球式摆线转子式径向内曲线多作用式曲轴连杆式曲轴无连杆式轴向

——双斜盘式内曲线多作用式双凸轮盘式湖南科技大学专用作者：潘存云教授气动马达：气动马达容积式叶片式透平式单向回转式双向回转式双作用双向式活塞式摆动式轴向活塞式径向活塞式齿轮式双齿轮式多齿轮式单叶片式双叶片式齿轮齿条式湖南科技大学专用作者：潘存云教授原动机选择：

1、工作机械的负载特性和要求：工作机械的载荷特性，

工作制度，结构布置，工作环境。

2、原动机的机械特性：原动机的功率、转矩、转速，

能适应的工作环境，保证工作机原动机相匹配。

3、经济性比较：能源的供应与消耗；

原动机的制造、运行、维修成本。湖南科技大学专用作者：潘存云教授§16－4传动系统的方案设计传动系统：动力系统与执行机构之间的传动联系。传动联系→传动链→传动系统功能：1、减速或增速2、变速3、改变运动规律或形式4、传递动力分类：传动比；固定？可调？驱动的执行机构；数量工作原理；摩擦传动、啮合液体、电力传动系统固定传动比，可调传动比（有级或无级可调）独立驱动、集中驱动、联合驱动选择原则：技术经济指标（满足工作性能要求）1、小功率传动：结构简单，初始费用小。2、大功率传动：效率，节能，降低运转和维修费用。3、要求变速：动力机调速：定传动比；电动机调速不能满足要求：（有级）变速传动湖南科技大学专用作者：潘存云教授§16－5控制系统简介控制过程：检测、反馈、纠偏。传动联系→传动链→传动系统组成：如双手车削球形工件B(s)E(s)x(s)给定环节校正及放大环节○执行环节被控对象测量环节比较环节控制部分y(s)典型的闭环控制系统方框图湖南科技大学专用作者：潘存云教授§16－5机械控制系统简介自动控制系统分类：给定量恒值控制随动控制程序控制控制方式顺序控制反馈控制被控量过程控制伺服控制自动控制湖南科技大学专用作者：潘存云教授§16－6机械系统方案评价与决策机械设计过程：分析

→综合→评价→决策评价：依据机械系统的功能目标，对候选方案的价值及效用进行比较和评定。

决策：依据机械系统的功能目标，对评价结果作出选择或决定，得到拟用方案。方案评选原则：制造工艺、材料、结构、经济实用性本书偏重于机械运动、运动和动力特性考虑1、机械功能的质量满足转换运动和力的水平和质量2、机械结构的合理性简单、工艺性、标准件、可靠性、精度、效率等3、机械的经济性4、机械的实用性除以上外，不需要多余的性能决策：总价值最高。如多学科稳健优化设计（决策）（RBMDO）湖南科技大学专用作者：潘存云教授机械系统总体方案设计设计方法设计内容执行系统方案设计原动机设计传动系统方案设计控制系统方案设计