机械系统设计

系统（概念）：具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。

机械系统（概念）：由若干装置、零件、部件等组成的一个特定的系统，是由确定的质量、刚度和阻尼的物体组成并能完成特定功能的一个系统。

系统的特性：整体性；相关性；层次性；目的性；环境适应性；
机械系统的组成：动力系统、传动系统、执行系统、操纵系统和控制系统、其他：基础部分、润滑、密封等
现代机械的基本要求：功能要求；运动要求；动力要求；可靠性和寿命要求；安全性要求；体积和重量要求；经济性要求；环境保护要求；产品造型要求；其他特殊要求；
机械系统设计的任务：一、从系统的观点出发（局部和整体的协调、统一；内部和外部的统一）；二、合理确定系统的功能（市场：需求、功能需求、市场；功能的性质：基本功能、辅助功能；用户：使用功能；外观功能；价值工程：V＝F/C）三、提高可靠性（产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力；可靠性技术：研究产品发生故障或失效的原因及预防措施的一门技术。

衡量可靠性指标：可靠度R失效概率F失效率平均无故障时间MTBF失效前平均工作时间MTTF维修度M有效度A）四、提高经济性；五、保证安全性；机械系统设计的一般过程：计划；外部设计；内部设计；制造销售；
系统分解形式：平面分解；分级分解；组合分解；
系统分析的一般步骤：分析与确定系统的目的和要求；模型化；系统最优化；系统评价；机械系统的方案设计工作内容：一、研究给定的设计任务；二、设计任务抽象化（黑箱法）；
三、确定工艺原理（创造性思维，物场分析法）；四、确定技术过程；五、引进技术系统并确定系统边界；六、确定基本结构布局；七、方案评价（对设计方案进行技术、经济、环境、社会等方面的评价。

方案评价的原则：客观性，可比性，合理性，整体性原则）；机械系统总体设计的主要内容：1.总体布置设计（基本要求：总体布置必须要有全局观点，不仅要考虑机械本身的内部因素，还要考虑人机关系、环境条件等各种外部因素。

1 （最基本要求）保证工艺过程的连续和流畅2 降低质心高度、减小偏置3 保证精度、刚度，提高抗振性及热稳定性4 充分考虑产品系列化和发展5 结构紧凑、层次分明6 操作、维修、调整方便7 外形美观）2.确定总体主要参数3.绘制总体设计图样4.编写总体设计报告书及技术说明书等
传动系统布置注意：1）简化传动链2)合理安排传动机构顺序3)注意传动系统的润滑和密封的可靠性
执行系统的功能：夹持；搬运；输送；分度与转位；检测；施力；完成工艺性复杂动作；执行系统的分类：按执行系统对运动和动力的要求：动作型；动力型；动作－动力型。

执行机构的相互联系情况：单一型；相互独立型；相互联系型。

执行构件的运动形式：平面运动：转动，移动。

空间运动：一般空间运动
常用执行机构的性能优、缺点、功能：1.连杆机构：优点：运动副（低副面接触）单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便（平面、圆柱面），易获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触；构件运动形式具有多样性；在主动件运动规律不变的情况下，只要改变连杆机构各构件的相对尺寸，就可以使从动件实现不同的运动规律和运动要求。

连杆曲线具有多样性。

缺点：一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。

功能：A.实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动；B.实现从动件运动形式及运动特性的改变C.实现较远距离的传
动(车闸）D.调节、扩大从动件行程E.增力，获得较大的机械增益。

2.凸轮机构，优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到需要的运动规律，且结构简单紧凑、设计方便。

缺点：凸轮轮廓与从动件之间是点、线接触，接触应力很大，容易磨损。

功能：实现无特定运动规律的工作行程；实现有特定运动规律的工作行程；实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程 3.间歇运动机构，优点：槽轮机构能准确控制转角、工作可靠、机械效率高，与棘轮机构相比，工作平稳性较好；缺点：槽轮机构动程不可调节、转角不可太小，销轮和槽轮的主从动关系不能互换、起停有冲击。

槽轮机构的结构要比棘轮机构复杂，加工精度要求较高，因此制造成本上升；4.直线运动机构 5.差动机构 6.增力机构7.行程增大机构执行系统的设计要求：1实现预期精度的运动或动作；2有足够的强度和刚度；3各执行机构间动作要协调配合；4结构合理、造型美观、便于制造和安装；5工作安全、可靠，有足够的使用寿命；6其他：密封、防锈、防腐、卫生等
执行系统的设计步骤：1拟定运动方案；2合理选择执行机构类型，拟定组合方案；3绘制机构工作循环图；4运动分析；5动力学分析及承载能力计算
工作循环图（概念）：设计有多个需协同工作的执行机构时，表示各机构动作次序及时间的图表。

（运动循环图主要有三种形式，直线式、圆周式及直角坐标式。

）
传动系统的要求：考虑动力机与执行机构的匹配；满足执行机构在启动、制动、调速、反向和空载等方面的要求；传动链应尽量短；布置紧凑；考虑过载保护；安全防护；
传动系统的分类：一、按传动比变化情况分类（固定传动比、可调传动比---有级变速，无级变速，周期性变速）二、按驱动形式分类（独立驱动；集中驱动；联合驱动的执行系统）三、按工作原理分类（机械传动；流体传动；电力传动；）
传动类型的选择综合考虑因素：工作机的工况；动力机的机械特性和调速性能；对传动尺寸、质量和布置的要求；工作环境条件；经济性；操作和控制方式；其他要求；
传动系统的组成：一、变速装置。

二、起停和换向装置。

三、制动装置
变速装置、优、缺点，应用范围：1.交换齿轮变速，优点：结构简单，不需要变速操纵机构；轴向尺寸小，变速箱的结构紧凑；轴上齿轮少，机构简单；缺点：更换齿轮费时、费力，悬臂安装，且侧隙较大，刚性和润滑条件差。

应用范围：适用于不需要经常变速的机械和场合。

2.滑移齿轮变速，特点：能传递较大的转矩和较高的转速；变速方便，串连几个变速组可实现较多的变速级数；没有常啮合的空转齿轮，（与离合器和啮合器变速相比），因而空载功率损失小；缺点：不能在运动中变速；为便于啮合，多用直齿齿轮传动，运转不够平稳；轴向尺寸较大；3.离合器变速 4.啮合器变速
起停和换向装置方案选择：1.动力机为电动机：动力机控制起停换向（不频繁、功率小）；离合器实现（换向频繁、中等功率以上）2.动力机为内燃机：摩擦离合器和液力耦合器起停；利用反向机构实现换向；
换向机构的位置：1.靠近动力机（应用于传动件少，惯性小的场合）；2.靠近执行机构（应用于传动件多，惯性大的场合）
制动装置功能：减少停车所用的时间；先制动，后换向；紧急事故的停车；
制动装置基本要求：工作可靠，操纵方便，制动平稳且时间短，结构简单，尺寸小，散热良好；
常用制动装置、优缺点：1. 带式制动器，优点：机构简单；轴向尺寸小；操纵方便；缺点：制动轮和传动轴受单向压力；制动带的压强及磨损不均匀；制动力矩受摩擦因数变化的影响大；散热性差；2. 外抱块式制动器适用于工作频繁及空间较大的场合，多为常闭式 3. 内张蹄式制动器，优点：结构紧凑，外形尺寸小，散热性好，容易密封；各种车辆车轮的制动及结构尺寸收到限制的机械；多为常开式。

4. 盘式制动器，特点：结构紧凑，制动平稳，缺点：摩擦表面温度较高。

应用：广泛，适用于要求结构紧凑的场合，如车辆的车轮及
电动葫芦的制动，也常用于带有制动的电机中。

5. 磁粉式制动器，优点：体积小，质量小，制动平稳，激磁功率小，制动力矩与转动件的转速无关。

应用：适用于自动控制及各种机械驱动系统中。

安全保护装置：1.销钉安全联轴器（销钉剪断），2.钢珠安全离合器（打滑作用），3.摩擦式安全离合器（打滑作用）4.其他类型安全离合器（拉杆安全离合器，牙嵌安全离合器）。