机械创新设计(第二章).pptx
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在机构的组合系统中，各基本机构都保持原来的结构和 运动特性，都有自己的独立性。
故机构的分析和设计方法仍然适合机构组合系统中的各机构。
串联机构 并联机构 3．组合机构
组合机构与机构的组合有本质不同。组合机构是指若干基本 机构，通过特殊的组合而形成的一种具有新属性的机构。组合 机构中的各基本机构已不能保持各自的独立性，也不能用原基 本机构的分析和设计方法进行组合机构的设计。
线性机构：机构的输出运动与输入运动为线性关系。 非线性机构：机构的输出运动与输入运动为非线性关系。
类型1，2为最基本、最常见的机械系统 类型5在数控机床、机器人等自动机械中得到广泛的应用
二、机械系统的发展与演变
1．刚性机械系统：系统的运动不具可控性，机械装置与电 气装置独立组合的机械系统。
2．柔性机械系统：运动具有可控性，可借助传感器，控制 电路、计算机实施智能化控制。数控机床和机器人属于柔性 机械系统。
第二章 机械创新设计的基础适应
第一节 机械的基础知识
一、机械及其组成 1．机械的概念 1）机械首先必须是执行机械运动的装置 2）机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成 有用的机械功 3）机械中要完成能量的转换 机械的分类：原动机，工作机和信息机 2．机械的组成 原动机，工作机（包括传动装置），控制装置，见 图 2—1、2—2、2—3
将检测到的输出结果与输入指令的误差随时进行修正， 此种控制方式为闭环控制。
将输出结果返回输入端与输入指令比较的过程，称为反馈控制
伺服电动机
模拟伺服控制 数字伺服控制 软件伺服控制
第二节 机械系统及其发展
一、机械系统的基本组成形式
根据原动机、传动机构、执行机构的不同组合以及机械 系统运动输出特性的不同，机械系统的基本组成形式见表2-1所 示。
例：图2-14
三、机械的控制系统：
机械的控制从手工操作向自动化、智能化发展的。 控制方法：机械、
电气、 液压、 电气控制应用最广泛。 气动 综合控制 1．电气控制系统的基本要求： 1）满足机械的动作要求或工艺条件； 2）电气、电子元件合理，工作安全可靠； 3）停机时，控制系统的电子元器件不应长期带电； 4）有较强的抗干扰能力，避免误操作； 5）便于维护与管理、经济指标好； 6）使用寿命长； 7）应设置紧急手动装置。
原动机：三相交流异步电动机、单相交流异步电动机、直流 电动机、步进电动机、（电能→机械能）
柴油机、汽油机、蒸汽机、燃气轮机、原子能发动机 （热能→ 机械能）
水轮机、风力机、潮汐发动机、地热发动机、太阳能 发动机（自然能→ 机械能）
原动机的选择：有电力供应处，优先考虑使用各类电动机 三相交流异步电机常作工、矿、企业等单位设备的原动机 单相交流异步电动机在家用电器上广泛应用；
3．机械系统的发展
ຫໍສະໝຸດ Baidu
机械技术与电子技术控制技术的结合，机械系统由刚性机
械向柔性机械系统演化，使机电一体化的机械系统发展很快
刚性机械系统
图2-18a
改进的刚性机械系统 图2-18b
柔性机械系统
图2-18c
直接驱动式的机械系统 图2-18d
图2-18 机械系统的演变过程框图
第三节 机械运动简图及其结构设计
2．常用构件的结构设计 常用构件：齿轮、凸轮、杆状构件、块状构件、具有复杂形 状的构件
信息机：也是一种工作机。只是通过各种复杂的信息来 控制机械运动。
在环保时代，利用自然能源的原动机正在逐步普及。
水轮发电机
二坐标机床的工作台
二、机械运动系统 指机械中的传动机构和工作执行机构，可以是机构的基
本型，也可以是机构组合，或组合机构。 1．机构的基本型：指最基本的、最常用的机构型式 主要有以下几种：
表2-1 机械系统的基本组成形式
原动机 类 型 编 线性 非线性 号 原动机 原动性
1√
2√
3√
4√
5
√
6
√
7
√
8
√
传动机构
线性 非线性 机构 机构
√ √
√ √ √ √ √ √
执行机构
线性 非线性 机构 机构
√ √
√ √
√ √
√ √
机械系统 的输出运动
简单 复杂 运动 运动
√
√ √ √
√ √ √ √
1．机构系统的运动简图设计：根据产品的功能目标和动作 要求，设计出机械系统的运动方案，并确定传动机构、执行机 构以及各种控制的参数和尺寸。
2．运动简图 机械的结构设计 机械的结构图（装配图）
一、构件的结构设计 1．构件的结构设计原则 1）选材料；2）选择毛坯；3）确定形状与尺寸；4）
强度、刚度、安全性、可靠性的校核；5）与其它构件的关系； 6）运动空间及运动干涉；6）经济性；8）维修、安装方便。
（1）四杆机构
①全转动副四杆机构的基本型 ②含有一个移动副四杆机构的基本型 ③含有二个移动副四杆机构的基本型
见图2-4
（2）齿轮机构
圆柱齿轮传动机构 圆锥齿轮传动机构 蜗杆传动机构 行星齿轮传动机构
见图2-5
（3）凸轮机构
直动从动件平面凸轮机构 摆动从动件平面凸轮机构 直动从动件圆柱凸轮机构 摆动从动件圆柱凸轮机构
见图2-6、2-7
带传动
（4）挠性元件传动 链传动
图2-8
（5）液、气传动基本型
图2-9
（6）螺旋传动机构
图
2-10(a)
（7）电磁传动机构的基本型
图2-10(b)
（8）间歇运动机构的基本型：外棘轮机构、外槽轮机构
图2-11a
2．机构的组合：把一些基本机构通过适当的方式连接起来， 从而组成一个机构系统，称之为机构的组合。
2．控制对象 1）对原动机进行控制：可实现、开、关、停、
正转、反转及调速、限位 2）对电磁铁的控制：实现控制机械中执行机构
的各种不同动作。
3．机械控制系统的发展趋势： 应用计算机技术和自动控制技术，控制对象不断增加，控
制系统更加复杂、准确。 两类控制对象： （1）位移、速度、加速度、温度、压力……数量的大小 （2）以物体的有、无、动、停……逻辑量 控制方法：开环、闭环 （单变量）反馈控制→现代控制理论（多变量）
直流电动机因其可以调速，易于实行自动控制，在机电一 体化设备中广泛应用；
在要求分度或步进运动的场合，可用步进电动机。 在远离电源或要求 远距离移动的地方，内燃机得到广泛应 用；柴油机能提供的功率大于汽油机能提供的功率。
工作机：指利用原动机提供的动力实现物料或信息的传递， 克服外载而作有用机械功的机械。
故机构的分析和设计方法仍然适合机构组合系统中的各机构。
串联机构 并联机构 3．组合机构
组合机构与机构的组合有本质不同。组合机构是指若干基本 机构，通过特殊的组合而形成的一种具有新属性的机构。组合 机构中的各基本机构已不能保持各自的独立性，也不能用原基 本机构的分析和设计方法进行组合机构的设计。
线性机构：机构的输出运动与输入运动为线性关系。 非线性机构：机构的输出运动与输入运动为非线性关系。
类型1，2为最基本、最常见的机械系统 类型5在数控机床、机器人等自动机械中得到广泛的应用
二、机械系统的发展与演变
1．刚性机械系统：系统的运动不具可控性，机械装置与电 气装置独立组合的机械系统。
2．柔性机械系统：运动具有可控性，可借助传感器，控制 电路、计算机实施智能化控制。数控机床和机器人属于柔性 机械系统。
第二章 机械创新设计的基础适应
第一节 机械的基础知识
一、机械及其组成 1．机械的概念 1）机械首先必须是执行机械运动的装置 2）机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成 有用的机械功 3）机械中要完成能量的转换 机械的分类：原动机，工作机和信息机 2．机械的组成 原动机，工作机（包括传动装置），控制装置，见 图 2—1、2—2、2—3
将检测到的输出结果与输入指令的误差随时进行修正， 此种控制方式为闭环控制。
将输出结果返回输入端与输入指令比较的过程，称为反馈控制
伺服电动机
模拟伺服控制 数字伺服控制 软件伺服控制
第二节 机械系统及其发展
一、机械系统的基本组成形式
根据原动机、传动机构、执行机构的不同组合以及机械 系统运动输出特性的不同，机械系统的基本组成形式见表2-1所 示。
例：图2-14
三、机械的控制系统：
机械的控制从手工操作向自动化、智能化发展的。 控制方法：机械、
电气、 液压、 电气控制应用最广泛。 气动 综合控制 1．电气控制系统的基本要求： 1）满足机械的动作要求或工艺条件； 2）电气、电子元件合理，工作安全可靠； 3）停机时，控制系统的电子元器件不应长期带电； 4）有较强的抗干扰能力，避免误操作； 5）便于维护与管理、经济指标好； 6）使用寿命长； 7）应设置紧急手动装置。
原动机：三相交流异步电动机、单相交流异步电动机、直流 电动机、步进电动机、（电能→机械能）
柴油机、汽油机、蒸汽机、燃气轮机、原子能发动机 （热能→ 机械能）
水轮机、风力机、潮汐发动机、地热发动机、太阳能 发动机（自然能→ 机械能）
原动机的选择：有电力供应处，优先考虑使用各类电动机 三相交流异步电机常作工、矿、企业等单位设备的原动机 单相交流异步电动机在家用电器上广泛应用；
3．机械系统的发展
ຫໍສະໝຸດ Baidu
机械技术与电子技术控制技术的结合，机械系统由刚性机
械向柔性机械系统演化，使机电一体化的机械系统发展很快
刚性机械系统
图2-18a
改进的刚性机械系统 图2-18b
柔性机械系统
图2-18c
直接驱动式的机械系统 图2-18d
图2-18 机械系统的演变过程框图
第三节 机械运动简图及其结构设计
2．常用构件的结构设计 常用构件：齿轮、凸轮、杆状构件、块状构件、具有复杂形 状的构件
信息机：也是一种工作机。只是通过各种复杂的信息来 控制机械运动。
在环保时代，利用自然能源的原动机正在逐步普及。
水轮发电机
二坐标机床的工作台
二、机械运动系统 指机械中的传动机构和工作执行机构，可以是机构的基
本型，也可以是机构组合，或组合机构。 1．机构的基本型：指最基本的、最常用的机构型式 主要有以下几种：
表2-1 机械系统的基本组成形式
原动机 类 型 编 线性 非线性 号 原动机 原动性
1√
2√
3√
4√
5
√
6
√
7
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8
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传动机构
线性 非线性 机构 机构
√ √
√ √ √ √ √ √
执行机构
线性 非线性 机构 机构
√ √
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机械系统 的输出运动
简单 复杂 运动 运动
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√ √ √
√ √ √ √
1．机构系统的运动简图设计：根据产品的功能目标和动作 要求，设计出机械系统的运动方案，并确定传动机构、执行机 构以及各种控制的参数和尺寸。
2．运动简图 机械的结构设计 机械的结构图（装配图）
一、构件的结构设计 1．构件的结构设计原则 1）选材料；2）选择毛坯；3）确定形状与尺寸；4）
强度、刚度、安全性、可靠性的校核；5）与其它构件的关系； 6）运动空间及运动干涉；6）经济性；8）维修、安装方便。
（1）四杆机构
①全转动副四杆机构的基本型 ②含有一个移动副四杆机构的基本型 ③含有二个移动副四杆机构的基本型
见图2-4
（2）齿轮机构
圆柱齿轮传动机构 圆锥齿轮传动机构 蜗杆传动机构 行星齿轮传动机构
见图2-5
（3）凸轮机构
直动从动件平面凸轮机构 摆动从动件平面凸轮机构 直动从动件圆柱凸轮机构 摆动从动件圆柱凸轮机构
见图2-6、2-7
带传动
（4）挠性元件传动 链传动
图2-8
（5）液、气传动基本型
图2-9
（6）螺旋传动机构
图
2-10(a)
（7）电磁传动机构的基本型
图2-10(b)
（8）间歇运动机构的基本型：外棘轮机构、外槽轮机构
图2-11a
2．机构的组合：把一些基本机构通过适当的方式连接起来， 从而组成一个机构系统，称之为机构的组合。
2．控制对象 1）对原动机进行控制：可实现、开、关、停、
正转、反转及调速、限位 2）对电磁铁的控制：实现控制机械中执行机构
的各种不同动作。
3．机械控制系统的发展趋势： 应用计算机技术和自动控制技术，控制对象不断增加，控
制系统更加复杂、准确。 两类控制对象： （1）位移、速度、加速度、温度、压力……数量的大小 （2）以物体的有、无、动、停……逻辑量 控制方法：开环、闭环 （单变量）反馈控制→现代控制理论（多变量）
直流电动机因其可以调速，易于实行自动控制，在机电一 体化设备中广泛应用；
在要求分度或步进运动的场合，可用步进电动机。 在远离电源或要求 远距离移动的地方，内燃机得到广泛应 用；柴油机能提供的功率大于汽油机能提供的功率。
工作机：指利用原动机提供的动力实现物料或信息的传递， 克服外载而作有用机械功的机械。