机械原理电子教案第12章

◆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那么；◆了解拟定简单机械传动系统方案的过程。本章教学目的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◆构造技术设计阶段◆消费施工设计阶段机械产品设计是一个经过分析、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普通可以分为四个阶段：1.初期规划设计阶段◆选题◆调研和预测◆可行性论证◆确定设计义务阶段成果：调研报告设计义务书产品开发可行性论证报告2.总体方案设计阶段◆目的分析◆创新构思◆方案拟定◆方案评价◆方案决策总体方案表示图机械系统运动简图方案设计计算阐明书阶段成果：一、机械产品的设计过程〔续〕3.构造技术设计阶段◆构造方案拟定◆外型设计◆构造设计◆资料选择与尺寸设计◆设计图绘制阶段成果全套设计图纸设计计算阐明书4.消费施工设计阶段◆工艺设计◆工装设计◆施工设计阶段成果工艺流程卡片、工装设计图根底安装图、技术文件运用阐明书、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任务是实现机械产品初期规划阶段所提出的设计目的的关键。产品设计的好坏，包括产品的功能能否齐全、性能能否优良、经济效益能否显著，在很大程度上取决于总体方案设计阶段的任务，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道路的选择，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。主要包括光滑系统、冷却系统、缺点监测系统、平安维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，思索选择何种任务原理来实现这一功能要求。★运动规律设计：是指为实现上述任务原理而决议选择何种运动规律。★执行机构型式设计：是指终究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，分析各执行机构该当如何协调和配合，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展运动和动力设计，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展运动分析和动力分析，以检验其能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。前者是指对构造的繁简、尺寸的大小、加工的难易等进展评价，后者是指将运动和动力分析后所得的执行系统的详细性能与运用要求所规定的预期性能进展比较，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，可以采用不同的任务原理；实现同一种任务原理，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讨的问题，就是如何合理地利用设计者地专业知识和分析才干，发明性地构思出各种能够地方案并从中选出最正确方案。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、执行系统方案设计的内容〔续〕机械执行系统方案设计流程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、原动机的类型和特点§12-3原动机的选择电动机的类型很多，不同类型的电动机具有不同的构外型式和特性，可满足不同的任务环境和机械不同的负载特性要求。主要优点为：驱动效率高、有良好的调速性能、可远间隔控制，启动、制动、反向调速都易控制，与传动系统或任务机械联接方便，作为普通传动，电动机的功率范围很广。主要缺陷为必需有电源，不适于野外运用。根据运用电源的不同，又分为交流电动机和直流电动机两大类。1.动力电动机伺服电动机是指能精细控制系统位置和角度的一类电动机。特点：它体积小、分量轻；具有广大而平滑的调速范围和快速呼应才干，其理想的机械特性和调理特性均为直线。运用；伺服电机广泛运用于工业控制、军事、航空航天等领域，如数控机床、工业机器人、火炮随动系统中。2.控制电动机〔伺服电动机〕一、原动机的类型和特点〔续〕〔1〕分类按燃料种类分：柴油机、汽油机和煤油机按任务循环中的冲程数分:四冲程和二冲程内燃机按汽缸数目分:单缸和多缸内燃机按主要机构的运动方式分:往复活塞式和旋转活塞式〔2〕特点及运用

优点是功率范围宽、操作简便、启动迅速；适用于任务环境无电源的场所，多用于工程机械、农业机械、船舶、车辆等。缺陷为对燃油的要求高，排气污染环境、噪音大、构造复杂。3.内燃机一、原动机的类型和特点〔续〕液压马达又称为油马达，它是把液压能转变为机械能的动力安装。其主要优点是可获得很大的动力或转矩，可经过改动油量来调理执行机构速度，易进展无级调速，能快速呼应，操作控制简单，易实现复杂工艺过程的动作要求。缺陷是要求有高压油的供应系统，液压系统的制造装配要求高，否那么易影响效率和运动精度。4.液压马达气动马达是以紧缩空气为动力‘，将气压能转变为机械能的动力安装。常用的有叶片式和活塞式。其主要优点为：任务介质为空气，故容易获取且本钱低廉；易远间隔保送，排入大气也无污染；能顺应恶劣环境；动作迅速、反响快。缺陷为：任务稳定性差、噪音大，输出转矩不大，只适用于小型轻载的任务机械。5.气动马达一、原动机的类型和特点〔续〕1.选择原那么二、原动机的选择★思索任务机械的负载特性、任务制度、启动和制动的频繁程度。★思索原动机本身的机械特性能否与任务机械的负载特性(包括功率、转矩、转速等)相匹配，能否与任务机械的调速范围、任务的平稳性等相顺应。★思索机械系统整体构造布置的需求。★思索经济性，包括原动机的原始购置费用、运转费用和维修费用等。★思索经济性，包括原动机的原始购置费用、运转费用和维修费用等。2.原动机类型的选择★假设任务机械要求有较高的驱动效率和较高的运动精度，应选用电动机。电动机的类型和型号较多，并具有各种特性，可满足不同类型任务机械的要求。★在一样功率下，要求外形尺寸尽能够小、分量尽能够轻时，宜选用液压马达。★要求易控制、呼应快、灵敏度高时，宜采用液压马达或气动马达。★要求在易燃、易爆、多尘、振动大等恶劣环境中任务时，宜采用气动马达。★要求对任务环境不呵斥污染，宜选用电动机或气动马达。★要求启动迅速、便于挪动或在野外作业场地任务时，宜选用内燃机。★要求负载转矩大，转速低的任务机械或要求简化传动系统的减速安装，需求原动机与执行机构直接联接时，宜选用低速液压马达。3.原动机转速的选择原动机的额定转速普通是直接根据任务机械的要求而选择的。但需思索：★原动机本身的综合要素。例如，对于电动机来说，在额定功率一样的情况下，额定转速越高的电动机尺寸越小，分量和价钱也低，即高速电动机反而经济。★传动系统的构造。假设原动机的转速选得过高，势必添加传动系统的传动比，从而导致传动系统的构造复杂。4.原动机容量的选择原动机的容量主要指功率。它是由负载所需的功率、转矩及任务制来决议的。负载的任务情况大致可分为延续恒负载；延续周期性变化负载；短时任务制负载和断续周期性任务制负载等。各种任务制负载情况下所需的原动机容量的计算方法，可查阅有关手册。一、传动系统的作用及其设计过程§12-4机械传动系统的方案设计传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传送给执行系统。除进展功率传送，使执行机构能抑制阻力作功外，它还起着如下重要作用：实现增速、减速或变速传动；变换运动方式；进展运动的合成和分解；实现分路传动和较远间隔传动；实现某些支配控制功能(如启动、离合、制动、换向……)等。传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需求的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进展传动系统的方案设计了。3.拟定传动链的布置方案。即根据空间位置、运动和动力传送道路及所选传动安装的传动特点和适用条件，合理拟定传动道路，安排各传动机构的先后顺序，以完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。4.分配传动比。即根据传动系统的组成方案，将总传动比合理分配至各级传动机构。5.确定各级传动机构的根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，为各级传动机构的构造设计、强度计算和传动系统方案评价提供根据和目的。6.绘制传动系统运动简图。2.选择传动类型。即根据设计义务书中所规定的功能要求，执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的任务特性，选择适宜的传动安装类型。1.确定传动系统的总传动比。传动系统设计过程：二、传动类型的选择1.传动的类型和特点按传动的方式分：★机械传动：利用机构所实现的传动称为机械传动。其优点是任务稳定、可靠，对环境的干扰不敏感。缺陷是呼应速度较慢、控制欠灵敏。★液压、液力传动：利用液压泵、阀、执行器等液压元器件实现的传动称为液压传动；液力传动那么是利用叶轮经过液体的动能变化来传送能量的。液压液力传动的主要优点是速度、扭矩和功率均可延续调理；调速范围大，能迅速换向和变速；传送功率大；构造简单，易实现系列化、规范化，运用寿命长；易实现远间隔控制、动作快速；能实现过载维护。缺陷主要是传动效率低，不如机械传动准确；制造、安装精度要求高；对油液质量和密封性要求高。按传动的方式分〔续〕：★气压传动。以紧缩空气为任务介质的传动称为气压传动。气压传动的优点是易快速实现往复挪动、摆动和高速转动，调速方便；气压元件构造简单、适宜规范化、系列化，易制造、易支配¨向应速度快、可直接用气压信号实现系统控制，完成复杂动作；管路压力损失小，适于远间隔保送；与液压传动相比，经济且不易污染环境，平安、能顺应恶劣的任务环境：缺陷是传动效率低；因压力不能太高，故不能传送大功率，因空气的可紧缩性，故载荷变化时，传送运动不太平稳，排气噪音大。★电气传动。利用电动机和电气安装实现的传动称为电气传动。电气传动的特点是传动效率高、控制灵敏、易于实现自动化。按传动比和输出速度的变化情况分：★定传动比传动。输入与输出转速对应，适用于执行机构的工况固定、或其工况与原动机对应变化的场所。★变传动比有级变速传动。一个输入转速可对应于假设干个输出转速，适用于原动机工况固定，而执行机构有假设干种工况的场所，或用于扩展原动机的调速范围。★变传动比无级变速传动。一个输入转速对应于某一范围内无限多个输出转速，适用于执行机构工况很多或最正确工况不明确的情况。★变传动比周期性变速传动。输出角速度是输入角速度的周期性函数，以实现函数传动或改善动力特性。2.选择传动类型的原那么★执行系统的工况和任务要求与原动机的机械特性相匹配。★思索任务要求传送的功率和运转速度。★有利于提高传动效率。在满足系统功能要求的前提下，优先选用效率高的传动类型；在满足传动比、功率等技术目的的条件下，尽能够选用单级传动，以缩短传动链，提高传动效率。★尽能够选择构造简单的单级传动安装★思索构造布置根据原动机输出轴与执行系统输入轴的相对位置和间隔来思索系统构造布