河南理工大学机械系统设计复习

机械系统设计复习第一章概述整体性、相关性、自组织与动态性、目的性、优化原则一、系统的特性二、机械系统的构成从实现系统系统：动力系统、传动系统、执行系统、操纵系统及控制系统等。功能角度来看，其主要包括下列一些子能量流系统和信息流系统从“流”的观点出发，将机械系统划分为物料流系统、第二章机械系统的总体设计系统的原理方案的构思结构方案设计总体布局与环境设计主要参数及技术指标总体方案的评价与决策总体设计一、总体设计的主要内容二设计任务的类型2.适应性设计3.变型设计1.开发性设计三设计任务的来源1.指令性设计任务2.来自市场的设计任务3.考虑前瞻的预研设计任务1)主功能——实现系统目的的功能2)动力功能——为系统运行提供必要的能量3)控制功能——信息检测、处理和控制4)结构功能——将各要素组合起来、形成一个统一的整体四系统的功能描述五螺纹加工机的总体原理方案分析六输送液体原理解法1.负压效应1)利用压力p与溶积v的关系（pv=常数）2)利用流速与压力的关系，即文丘里喉管原理2惯性力效应1)利用离心惯性力将水引出。2)利用往复运动的惯性力。3)虹吸原理。3毛细管效应例：某厂在开发一种新产品时，总体设计时选定了A1、A2两个候选方案。为了确定选择哪个方案，组织了一个由10位专家组成的评价小组用模糊综合评价法对两个方案进行评价。专家组进行了如下几项工作：1.确定评价指标及评价尺度2.确定评价指标加权系数3.构造评价方案A1、A2的隶属度矩阵4.计算评价方案的综合模糊评价隶属度矩阵5.计算评价方案的综合得分（优先度）并优选模糊评价法在开发某机器时，总体设计选定了两种备选方案，为了确定选择哪个方案，组织了一个由20位专家组成的评价小组用模糊综合评价法对两个方案进行评价。已知：1)评价指标：产品性能（B1）、可靠性（B2）、使用方便性（B3）、制造成本（B4）、使用成本（B5）；每个评价指标划分为优、良、中等、较差、很差5个等级：0.9，0.7，0.5，0.3，0.1；2)评价指标B1、B2、B3、B4、B5的权分别为：0.3、0.2、0.2、0.2、0.1；3)投票结果如下表所示：七利用模糊评价法进行方案的评选评价指标评价等级（A方案）优良中等较差很差B1104420B2104420B384242B484440B586420评价指标评价等级（B方案）优良中等较差很差B186420B284422B384242B464424B564640第三章机械系统的物料流设计一物料流的基本概念及其重要性物料流指的是机械系统工作过程中的一切物料的运动变化过程。各种物料的流动构成了机械工作的整个过程。物料流系统设计的重要性主要体现在以下几个方面：1.物料流系统决定了机械系统的总体布置。物料流的输入和输出受制于周围环境，当输入和输出确定后，其系统的能量流的位置就能确定下来。2.物料流系统决定了能量流系统的主要参数。能量流所提供的能量主要用于物料的运动、变形等目的。能量流中动力机的容量主要取决于物料的量和性质。3.物料流系统是信息流系统的主要控制对象。信息流的主要作用是根据机械系统工作进程的具体情况对工作进程进行必要的操纵和调整。二物料流的组成物料流一般由加工、输送、储存、检验几部分组成。存储子系统、输送子系统以及定位装夹装置，执行子系统。三物料流系统的构成四储料装置可设计成料仓式或料斗式。料仓式储料装置需要人工将坯料按一定方向摆放到仓内，料斗式储料装置只需将坯件倒入料斗，由料斗自动完成定向。带输送系统主要由输送带、传动装置、托辊、张紧装置组成。利用带与物料之间的摩擦力实现输送功能。链输送系统由链条、链轮，以及动力设备、减速器、联轴器等组成的传动装置构成。长距离输送时，还应附加张紧装置和链条支撑导轨。五带式输送系统和链输送系统的组成六定位与夹紧在机械系统的工作过程中，物料应占有正确的位置（定位），并在一定的力作用下保持这一正确位置相对不变（夹紧），这一整个过程称为装夹。七工件在夹具中的定位通常有几种情况安全定位不完全定位欠定位重复定位1)六点的定位原则把用适当分布的与工件接触的六个支撑点来限制六个自由度的规则。2)夹紧夹紧装置组成：力源装置和夹紧机构第四章机械系统的能量流设计一机械系统的能量流理论主要包括以下几个要点1.机械工作状态能量信息论2.机械工作状态能量损失论3.机械工作过程节能效益论由于机械工作过程中工作状态和系统结构的变化，都会引起某一部分能量状况的变化，因此机械系统的能量流动状态是工作机械运行状态的综合反映，包含着丰富的工作状态信息。机械工作过程中，由于工作系统自身运转要消耗很大一部分功率，即空载功率，这部分能量在系统输入的总能量汇总所占的比例较大。其次，载荷损耗也在系统输入能量中占有一定比例,特别是变负载过程，存在能量损失非常严重。机械在工作过程中的几个关键性指标如磨损、噪声、振动、热变形等都与机械的能量损耗存在着密切联系或一定的依存关系，因此，在进行机械系统设计时，进行节能研究，减少机械的能量损失，有利于改善机械的其他性能。二、工作机械载荷的构成1.工作阻力2.摩擦力3.自重载荷4.外部动载荷5.传动系统的动载荷6.其它载荷动力机是一种将其他能源转换成机械能的装置，是机械系统中的驱动部分，又称原动机。常用的动力机有电动机、内燃机、液压马达及气动马达等。三动力机的概念及组成动力机的机械特性——动力机输出的转矩与转速的关系四内燃机的机械特性1）全负荷速度特性2）负荷特性3）通用特性全负荷速度特性用来判断发动机的动力性，用负荷特性来判断发动机在某一转速下运行的经济性。通用特性能全面地表示发动机性能。在电动机的工作段，电动机转速随转矩的增加而略降低的机械特性称为硬特性。MN五电动机的机械特性第五章机械运动系统设计在各种机械系统中都大量的存在着各种运动构件，它们分别具有传动、操纵和执行功用。根据其功用不同，称之为传动系统、执行系统、操纵系统，总称为机械运动系统传动系统处于能量流系统中的中间位置，组成传动联系的一系列传动件称为传动链，所有传动链及它们之间的相互联系组成传动系统。作用：是将原动机的运动或动力传给执行机构。传动系统主要是由变速装置、起停与换向装置、制动装置以及安全保护装置组成。对于降速传动链，传动顺序应“前多后少”，使位于高速轴的传动构件多些，这对于节省材料，减小变速箱的尺寸和重量都是有利的。变速顺序是指基本组和扩大组的排列顺序③确定各变速组传动比②确定变速顺序①确定传动顺序多轴变速传动系统的设计步骤已知某制管机的变速传动系统中，电动机转速1440r/min，工作主轴转速n=45~250r/min，变速级数为6级。试设计该传动系统。解：1）确定结构式采用两个变速组，根据传动轴顺序应前多后少，变速顺序基本组在前、扩大组在后的原则，采用结构式为6=3(1)×2(3)例题2）确定传动链中是否需要定比传动副本例执行机构的转速都比电动机转速低，属于降速传动链，总降速比i总=nm/nl=1440/45=32。若一对齿轮的最大降速比为4，则至少需要三对降速传动副。根据总体布置需要，电动机和变速箱之间要用一级带传动3）拟定转速图由已知条件知道所需变速范围R=n6/n1=250/45=5.6相应的公比为φ6-1=5.6，即φ=1.41。设系统的最大变速级数为Z，则由nminφZ-1=nmax得：11≈1+41.1lg)45/1440lg(=1+lg)/lg(=minmaxφnnZ画12条等距水平线表示转速线分配降速传动比画变速组的其他传动副连线画出传动副的全部连线轴上用点A代表电动机转速，在轴V上标出12级转速的数值。最低转速n1=45r/min与轴V交点标上E。由转速图可以看出A点和E点相邻大约10格，表示总降速比大约为φ10画12条等距水平线表示转速线分配降速传动比首先，确定中间轴的B、C、D三个点的位置，其中AB和DE代表两对定比传动副的降速比，BC和CD代表两个变速组的最大降速比。取轴间Ⅰ、Ⅱ的降速比为φ，轴Ⅱ、Ⅲ间的降速比为φ2，轴Ⅲ、Ⅳ间的降速比为φ3，轴Ⅳ、Ⅴ间的降速比为φ4，符合降速传动比“前小后大”递降的原则，有利于中间轴的转速。画变速组的其他传动副连线轴Ⅱ、Ⅲ间是基本组，其级比指数为1，故三条连线在转速图上各相邻一格，从C点向上每隔一格取C1、C2点，连接BC、BC1和BC2得基本组的三条传动副连线，它们的传动比分别为Φ2、Φ、和1轴Ⅲ、Ⅳ间是扩大组，有两对齿轮副，其级比指数为3，故两条连线在转速图上相邻三格，从D点向上隔三格取D1点，连接CD和CD1得扩大组的两条传动副连线，它们的传动比分别为φ3和1画出传动副的全部连线转速图上两根轴线之间的平行线代表同一对齿轮传动，所以从轴Ⅲ的C1、C2点分别画C和CD1的平行线，使轴Ⅳ得到六种转速，再画DE的平行线，使轴Ⅴ得到6种转速。根据普通车床的主传动系统图绘制转速图三个传动组：a.三对传动副b.两对传动副c.两对传动副I,II,III,IV分别有1，3，6，12个转速。齿轮1与主轴固连，齿轮6通过进给箱与丝杠相连传递路线1—2—3—4—5—6操纵手柄反时针旋转角度后为虚线位置，2脱离啮合传递路线1—3—4—5—6齿轮换向机构（惰轮机构）(a)外侧布置(b)内侧布置设计带式制动器时，应分析制动轮的转动方向及制动带的受力状态。3）控制元件对系统中油液压力、流量等进行调节或控制的元件，如溢流阀、节流阀等4）辅助元件油箱、过滤器、油管等2）能量输入元件包括泵等1）能量的输出元件通过机械接头将流体能量传递给载荷，包括马达、液压缸等液压传动的主要元件执行系统由执行末端件（执行构件）和与之相连的执行机构组成。执行机构的作用是传递和变换运动与动力，即把传动系统传递过来的运动与动力进行必要的变换，以满足执行构件的要求。其功能如下：夹持搬运分度与转位检测加载按执行系统对运动和动力的不同要求可分为：动作型、动力型、动作动力型。按执行系统中执行机构的相互联系情况分：单一型、相互独立型、相互联系型执行系统的分类操纵系统的功能、要求、组成及分类操纵系统的功能是实现信号转换，即把操作者施加于机械的信号，经转换传递到执行系统，以实现机械的启动、停止、换向、变速、变力等目的。其基本要求主要有：1）应轻便省力。2)操纵灵活，反映敏捷。3)操纵行程适当。4）操纵件定位安全可靠。5）操纵系统应有可调性。操纵系统的组成主要包括操纵件、执行件和传动装置三部分。主要分为人力操纵、助力操纵、液压操纵和气压操纵。按传动方式又可分为机械式和混合式两种。机械运动系统设计的基本要求机械运动系统设计的好坏直接影响到整个机械系统技术性能的优劣、结构的繁简、制造成本的高低及操作的难易。在进行机械系统设计时，一般要考虑以下几个原则：1机械运动系统的相容性原则各执行机构的同步性机构输出运动的协调性机构输出运动精度的匹配性2机构运动系统组成的系统最优化原则3寻求执行机构的创新设计。