第二章机械系统的总体设计[1]
设计带运输机用减速器-机械设计制造及其自动化课程设计说明书
编号：机械设计课程设计说明书题目：设计带运输机用减速器院（系）：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：xxx指导教师：xxx2015年月日第一章 设计任务书1.1 题目：设计带运输机用减速器（两级援助齿轮减速器）。
1.2 已知条件：载荷情况：中等冲击、双向频繁启动。
工作制度：单班制（8小时）。
生产规模：大批量生产。
1.3 设计要求：设计参数： 运输带工作拉力 N F 3500= 运输带工作速度 s /m 1.1V = 卷筒直径 D 370mm =减速器外廓尺寸：结构紧凑 使用年限：八年、大修期四年运输带速度允许误差： 5%±之间 1.4 设计工作量：减速器装配图一张(0号图纸）；零件图两张（从动轴、从动带轮，A3图纸，计算机辅助）；设计说明书一份。
1.5 机器传动简图：第二章 机械系统总体设计一、机械系统运动方案的选择：在上一章任务书中已经给出无需选择。
二、动力机的选择：1、电动机类型：由于直流电动机需要直流电源，结构复杂，价格较高，因此选择交流电。
其中三相异步电动机应用最多，常用的为Y 系列三相异步电动机。
因此本设计中采用Y 系列三相异步电动机。
2、选择对电动机的功率：由公式：wd P P P η=公式中d P 为工作机实际需要的电动机输出功率，kw ；η为电动机至工作机之间传动装置的总效率。
1）、工作机所需求的功率w P 应由机器工作阻力和运动参数计算求得；1000w wFVP kw η=或 9550ww wTn P kw η=公式中：F 为工作机的阻力，N;V 为工作机的线速度，m/s ；w n 为工作机的转速，r/min;w η为工作机的效率。
2）、求解总效率η：由任务书中可以看出：3对轴承；2对齿轮；两个联轴器；一个卷筒以及皮带这些会有功率损失。
查表1-5可以得到：=0.99η轴承（球轴承）；=0.97η齿轮（8级油润滑）；=0.99η联轴器（两个均为有弹性元件）；卷筒采用平摩擦，=0.9η卷筒；=0.96η皮带轮即：322=ηηηηηη⨯⨯⨯⨯总轴承齿轮联轴器卷筒皮带轮322=0.970.90.96η⨯⨯⨯⨯总（0.99）（）（0.99） =0.773η总由任务书已知：工作拉力 F=3500 N ；工作速度 V=1.1 m/s;1000w Fv P kw = 3500 1.1 3.851000w P kw ⨯==wd P P η=总3.854.980.773d P kw == 查表12-1Y 系列电动机，选择电动机功率：5.5kw 。
《机电一体化系统设计》——期末复习题及答案_
中国石油大学（北京）远程教育学院《机电一体化系统设计》期末复习题第一章绪论判断（A对，B错）1.工业三要素是资金、人才、技术。
2.机电一体化系统的执行机构功能是主操作功能。
答案：B A单选1、机电一体化系统机械本体的功能是（）A执行机构B动力源C固定其它部件D主操作功能2、下列哪一项是机电一体化的特性。
A装置的控制属于强电范畴B自动信息处理C支撑技术是电工技术D以机械联结为主3、机电一体化系统的主要构成装置不包含以下哪一项（）A电子装置B控制装置C驱动装置D机械装置答案：C B A问答题1、在机械工业中微电子技术应用有哪些方面，及其对机电一体化产品设计的意义？1)对机器或机组系统运行参数进行巡检传感或控制2)对机器或机组系统工作程序的控制3)用电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能，简化产品的机械结构4)节约材料5)节能降耗对机电一体化产品设计的意义表现在：功能模块化；封装模块化；电路（板）器件微型化；可靠性高；抗干扰能力强；结构一体化；机电产品体小、性优、价廉。
2、机电一体化系统的主功能组成是那些？物质、能量、信息（工业三要素）的变换（加工处理）、传递（移动、输送）、储存（保持、积蓄、记录）3、机械电气化与机电一体化的区别机械电气化–很少考虑电器与机械的内在联系；根据机械要求选用电气传动–机械电气界限分明，以机械联结为主，装置是刚性的–装置的控制属于强电范畴，支撑技术是电工技术（电磁学，输配电）机电一体化产品的新功能、智能化进步：自动检测，自动显示，自动记录，自动信息处理，自动调节控制，自动诊断，自动保护4、简要说明机电一体化系统组成要素及其功能？五个方面，各组成及功能分别是：机械本体(构造功能:固定其它部件)；执行机构(主操作功能)；驱动部件(动力功能)；传感部件(信息检测)；控制部分(信息处理及控制)56、机电一体化的关键支撑技术有哪些？它们的作用如何？系统论、信息论、控制论是理论基础和方法论，具体来说有六个方面的关键技术：检测传感技术：是自动化、智能化、闭环控制基础信息处理技术：控制的基础,处理速度,可靠抗干扰自动控制技术：核心是计算机控制,关系着系统的静动特性和稳定性伺服传动技术：动力和运动控制实现包括电,液,气的伺服传动技术精密机械技术：基础技术涉及产品部件的模块化标准化规格化表现为减轻重量，缩小体积，提高精度，改善性能，提高可靠性系统总体技术：包括总体设计和接口设计；涉及到产品的功能分解与技术实现、系统总体综合与接口技术第二章系统总体设计判断（A对，B错）1、产品的功能、原理、结构设计，是机电一体化产品概念设计的核心内容。
机械系统设计_总体设计(一)
固定足蹬 转变动力 传递力矩 单向传递力矩 减少摩擦
传递力矩
连接各部件、构成车体 控制方向 代 连接前轮 步 承载乘员 、 减低速度 载 承载货物 货来自固定车轮与轴配合
承受拉力 支撑车胎 保持气压 承受压力、摩擦 减少摩擦
承重、转动
二、功能原理设计及特点
功能原理设计:针对所设计产品的主要功能提出一 些原理性的构思，亦即针对产品的主要功能进行原 理性设计。
②“放大、缩小”功能元——是指各种能量、信号 向量（如力、速度）、物理量的放大和缩小及物 料性质的缩放（如压敏材料电阻随外压的变化 等）；
功能元是能直接从技术效应（如物理效应、化学效 应等）及逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小 单位。
机械设计中常用的基本功能元有物理功能元、数学 功能元和逻辑功能元。
（1）物理功能元
物理功能元反映系统中能量流、物料流及信息流的 基本物理动作。
①“变换”功能元——包括各种类型能量之间的转 变、运动形式的转变、材料性质的转变、物态的 转变及信号种类的转换等；
“黑箱法”是指只知道输入量和输出量而不知道其 内部结构的表述设计任务的一种模式。
“黑箱法”---暂时摒弃那些附加功能和非必要
功能，突出必要功能和基本功能，并将这些功能 用较为抽象的形式（如输入量和输出量）加以表 达。突出设计中的主要矛盾，抓住问题的本质。
输入
待设计的技术系统 输出 （黑箱）
自行车系统
思路要广阔，呈发散状。
功能原理设计
特点：
①由一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使所 设计系统的工作原理发生根本变化。
②功能原理设计中往往要引入某种新技术、新材料、 新工艺……，但首先要求设计人员有一种新想法、 新构思。
机械系统总体设计
抽象
搜索
求总功能
总功能分解
组合
形态学矩阵 各种评价法
收敛
分解
子功能求解
2.1.1 功能
系统具有转化能量、运动或其他物理量的特性。 产品或系统特定工作能力抽象化描述。 系统输入/输出间参数或状态变化的一种抽象描述。
基本功能
必要功能 分 类
947
功能的描述 ——准确、简洁、合理
一般技术系统都比较复杂，难以直接求出满足总功能的原理解。 可利用系统工程分解性原理将功能系统按总功能、分功能、…、功能 元进行分解，化繁为简，以便通过各功能元解的有机组合求得系统解。
物料 能量 信息 分功能1
功 能 分 解 模 型 Pahl和Beitz
总功能
分功能2
物料 能量 信息
分功能3 分功能4
原理方案解：
2.1.6 原理解的组合与评价方法简介
形态学矩阵：
把系统功能元和其所对应的各个解分别作为坐标，列 出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出一个 对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。
相容性矩阵
评 价 方 法
选择表
多目标多级模糊综合评价法
2.1.7 功能原理设计综合实例
——露天矿开采挖掘机（1）
执行系统 传动系统 动力系统 操纵系统 支撑系统
从粗到细 从简到繁
反复多次
2.2.3 结构总体设计的原理
任务分配原理 稳定性原理 合理力流原理 自补偿原理 变形协调原理 力平衡原理 等强度原理 自增强 自平衡 自保护
2.2.4 总体参数的确定
性能参数 尺寸参数
初选总体参数 结构设计 校核确定总体参数
功能原理设计举例
——设计草坪剪草机（2）
机械系统设计课后答案
机械系统设计课后答案【篇一：机械系统设计习题(有答案版)】：具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
2、机械系统的组成：1、动力系统。
2、执行系统。
3、传动系统。
4、操纵、控制系统。
5、支承系统。
6、润滑、冷却与密封系统。
3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。
4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。
5、产品的产生过程分哪几个阶段？产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。
6、产品的设计过程分哪几个阶段？功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段第二章机械系统总体设计1、功能原理方案设计步骤设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案2、什么是“黑箱法”：根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
3、功能元、功能结构功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能单位叫做功能元。
功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。
反之，同一层次的功能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整体应能满足总功能的要求。
这种功能的分解和组合关系称为功能结构。
4、机械系统总体参数包括哪些性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。
5、七个标准公比为：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。
第三章执行系统设计1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。
2、以机床执行轴机构——主轴组件为例介绍执行轴机构设计的内容和要求。
第二章总体设计
第二章总体设计2．1工业机器人的主要技术参数设计机器人，首先要确定机器人的主要技术参数，然后由机器人的技术参数来选择机器人的机械结构，坐标形式和传动装置。
1.自由度自由度是描述物体运动所需的独立坐标数。
机器人的自由度表示机器人动作灵活的尺度，一般以轴的直线移动，摆动或旋转动作的数目来表示，手部的动作不包括在内。
机器人的自由度越高，就越能接近忍受的动作机能，通用性就越好；但是，自由度越多结构越复杂。
2.工作空间机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安装点所能达到的所有工作区域。
3.工作速度工作速度是指机器人在工作载荷条件下，语速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内移动的距离或转动的角度。
4.工作载荷机器人在规定的性能范围内，机械接口所能承受的再打负载量。
用质量，力矩，惯性矩来表示。
5.控制方式机器人用于控制轴的方式，是伺服还是非伺服，伺服控制方式是连续轨迹还是点到点的运动。
6.驱动方式驱动方式是指关节执行器的动力源形式。
7.精度，重复精度和分辨率精度，重复精度和分辨率是用来定义机器人手部的定位能力。
精度是一个位置量相对于其参照量系的绝对度量，指机器人首部实际到达位置与所需到达的理想位置之间的差距。
机器人的精度决定于机械精度和电气精度。
重复精度指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。
分辨率是指机器人每根轴所能实现的最小移动距离或最小转动角度。
2.2 机械部分2.2.1机械结构的组成由于应用场合的不同，工业机器人结构形式有多种多样，各组成部分的驱动方式、传动原理和机械结构也由各种不同的类型。
通常根据机器人各部分的功能，其机械部分主要由下列各部分组成。
1.手部工业机器人为了进行作业，在手腕上配置了操作机构，有时也为手抓或末端操作器。
2.手腕联接手部和手臂的部分，主要作用是改变手部的空间位置，满足极其所有的作业空间，并将各种载荷传递到机座。
3.臂部联接机身和手腕的部分，主要作用是改变手部的空间位置，满足工业机器人的作业空间，并将各种载荷传递到机座。
机械装备制造-第二章 机械制造装备设计方法 (重点)
例：普通车床的主参数是在床身上的最大回 转直径，主要性能指标是最大的工件长度。
升降台铣床的主参数是工作台工作面的宽度、 主要性能指标是工作台工作面的长度。
摇臂钻床的主参数是最大钻孔直径，主要性 能指标是主轴中心线至立柱母线的最大距离。
3.分为四个阶段
（1）产品规划阶段 （2）方案设计阶段 （3）技术设计阶段 （4）施工设计阶段 4.缺点：需要较长的开发周期和投入较大的
开发工作量。
二、变型设计（快速满足市场要求 的变化） （重点）
1.概念：在原有产品基础上，基本工作原理和总体 结构保持不变，按一定的规律演变出各种不同的 规格参数，布局和附件的产品，扩大原有产品的 性能和功能。
2.要求：组合产品的设计应先在一定范围内不同性 能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划 分并设计出一系列模块，通过模块的组合，构成 不同类型或相同类型不同性能的产品，以满足市 场的要求。
3.原理：按系列化设计的原理进行。
结论：在机械制造装备产品有一大半属于变型 设计和组合产品，创新设计的产品只占一小 部分。但创新设计的意义不容低估，是企业 在市场竞争中取胜的必要条件。变型设计和 组合设计是在基型和模块系统的基础上进行 的。而基型和模块系统也是采用创新设计方 法完成的。
是在设计的某一类产品中，选择功能、 结构和尺寸等方面较典型的产品为基型， 以它为基础，运用结构典型化、零部件通 用化、标准化的原则，设计出其它各种尺 寸参数的产品，构成产品的基型系列。 2.遵循的原则：零部件通用化、标准化、结 构的典型化、产品系列化。
3. 系列化设计的优缺点
优点：P23 缺点： P23 4. 系列化设计的步骤 （1）主参数和主要性能指标的确定
机电系统设计优秀PPT
❖ 主要内容 §2-1 机械系统的方案设计 §2-2 机械系统的总体设计
❖ 学习方法建议
理解各种设计分析方法的应用领域， 在解决具体问题上下功夫。
2020/4/28
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§2-1 机械系统的方案设计
一﹑设计任务抽象化 二、确定工艺原理 三、确定技术过程 四、引进技术系统并确定系统边界 五、确定功能结构 六、确定设计方案
一、设计任务抽象化 这一过程不涉及具体的解决方案，只需要知道所设计 的机械产品的基本功能和主要约束条件就行了，这样就可 以突出设计中的主要矛盾。抽象过程一般用黑箱原理来表 示。
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如图2－1所示，用黑色 的方框框住待设计的技术系 统，具体如何，我们不去管 它，因为它已经用黑箱框住， 看不见内部结构，所要表示 清楚的就是系统的输入、输 出以及系统与环境的连接。
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对于我们前面介绍的自走式谷物收割机这类比较复杂 的机械系统甚至像石油钻机这种更为复杂的机械系统，它 们本身有许多子系统组成，如收割系统、脱粒系统、清粮 系统、行走系统、传动系统、控制系统、输送系统、支承 系统。要是把这些系统的功能结构都详细地绘在一张 图上，不仅绘制困难，而且很乱，这时可以分别做出各子 系统的功能结构图。并在做图过程中，与功能相当的一系 列机械，如收割机、脱粒机、拖拉机、汽车等的相应系统 进行比较，以取得最佳的功能结构。
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三、确定技术过程 也就是按照选定的工艺原理确定转化所需的程序及其顺 序，如图2－3为技术过程的一般模式。 在一般模式中，包括有各种类型的作业，像信号的检测、 调节、控制，物料的输入、输出、能量的转化等等，其中只 有根据工艺原理所进行的作业对象的转化，为技术过程的主 流程，如状态1经过一系列转化变为状态2，在整个工作过程 中，主流程不断得到物料流、能量流、信息流的支持和补充。 自动式谷物联合收割机的技术过程的主流程（谷物由进 给至分离输出的过程）如图2－4所示。谷物先被切割刀扶持， 然后被切断送至脱粒系统脱粒，脱粒后长茎杆直接输出，谷 粒、断穗、短茎杆，轻混合物等进入清粒系统，经振动，气 流将谷粒、短茎杆、轻混合物（颖壳、灰尘）分离，清选输 出，而一些断穗等还有许多颗粒，丢弃很可惜，收获率低。
机械系统设计课后答案
机械系统设计课后答案机械系统设计课后答案【篇一：机械系统设计习题(有答案版)】：具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
2、机械系统的组成：1、动力系统。
2、执行系统。
3、传动系统。
4、操纵、控制系统。
5、支承系统。
6、润滑、冷却与密封系统。
3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。
4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。
5、产品的产生过程分哪几个阶段？产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。
6、产品的设计过程分哪几个阶段？功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段第二章机械系统总体设计1、功能原理方案设计步骤设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案2、什么是“黑箱法”：根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
3、功能元、功能结构功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能单位叫做功能元。
功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。
反之，同一层次的功能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整体应能满足总功能的要求。
这种功能的分解和组合关系称为功能结构。
4、机械系统总体参数包括哪些性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。
5、七个标准公比为：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。
第三章执行系统设计1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。
机械系统设计 第二章 机械系统的方案设计与总体设计
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功能原理设计的要求(3项)： 1）应设计出几种不同的功能原理方案； 2）按照机械系统设计的基本原则、设计要求以及系统功能进行 比较，以便从中选出一个较理想的。
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第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系
2.1.4 系统（产品）原理方案的综合举 例
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第二步：总功能分解
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第三步：建立功能结构图
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第四步：寻找原理解法和原理解组合
序 号
A B C D E F G H I
分功能
1 推压 铲斗 提升 回转 能量转换 能量传递与分配 制动 变速 行走 齿条 正铲斗 油缸 内齿轮传动 柴油机 齿轮箱 带式制动 液压式 履带
首先确定几个 根据一定的理论方法进行方案选择 方案或结构 确定最终 方案或结构
一般设计过程的缺点： 1）带有很大的盲目性 2）设计人员知识和经验的局限性，妨碍了思维，束缚了创造力
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2.1.3 功能原理设计的设计方法——黑箱法 “黑箱法” 设计特点： 1）暂时摒弃那些附加功能和非必要功能，突出必要功能和基 本功能 2）将必要功能和基本功能用较为抽象的形式(如输入量和输 出量)加以表达。
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利用相容性矩阵对原理对各个方案进行筛选 为了便于检验和了解有联系的分功能(功能元)之间的相容 性，可以列出相容性矩阵。检验相邻功能元所对应的技术、物 理效应之间的相容性。
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1.总体设计的内容
总体设计是机械系统内部设计的主要内容之一，也是进行 系统技术设计的依据。总体设计对机械系统的性能、尺寸、 外形、质量及生产成本具有重大影响。因此，总体设计时 必须在保证实现已定方案的基础上，尽可能充分考虑与
第二章 机械传动系统的总体设计
第二章机械传动系统的总体设计机械传动系统的总体设计，主要包括分析和拟定传动方案、选择原动机、确定总传动比和分配各级传动比以及计算传动系统的运动和动力参数。
第一节分析和拟定传动系统方案一、传动系统方案应满足的要求机器通常由原动机（电动机、内燃机等）、传动系统和工作机三部分组成。
根据工作机的要求，传动系统将原动机的运动和动力传递给工作机。
实践表明，传动系统设计的合理性，对整部机器的性能、成本以及整体尺寸都有很大影响。
因此，合理地设计传动系统是整部机器设计工作中的重要一环，而合理地拟定传动方案又是保证传动系统设计质量的基础。
传动方案一般由运动简图表示，它直接地反映了工作机、传动系统和原动机三者间运动和动力的传递关系。
在课程设计中，学生应根据设计任务书拟定传动方案。
如果设计任务书中已给出传动方案，学生则应分析和了解所给方案的优缺点。
传动方案首先应满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还应结构简单、尺寸紧凑、成本低、传动效率高和操作维护方便等。
要同时满足上述要求往往比较困难，一般应根据具体的设计任务有侧重地保证主要设计要求，选用比较合理的方案。
图2—l所示为矿井输送用带式输送机的三种传动方案。
由于工作机在狭小的矿井巷道中连续工作，因此对传动系统的主要要求是尺寸紧凑、传动效率高。
图2—1（a）方案宽度尺寸较大，带传动也不适应繁重的工作要求和恶劣的工作环境；图2—l（b）方案虽然结构紧凑，但蜗杆传动效率低，长期连续工作，不经济；图2—l（c）方案宽度尺寸较小，传动效率较高，也适于恶劣环境下长期工作，是较为合理的。
图2—l 带式输送机传动方案比较二、拟定传动系统方案时的一般原则由上例方案分析可知，在选定原动机的条件下，根据工作机的工作条件拟定合理的传动方案，主要是合理地确定传动系统，即合理地确定传动机构的类型和多级传动中各传动机构的合理布置。
下面给出传动机构选型和各类传动机构布置及原动机选择的一般原则。
机械设计课程设计ppt课件精选全文
4.确定电动机型号
例：P0 = 5.471 kW
根据电动机功率和同步转速，选定 电动机型号为Y132M2-6。查表查表知 其有关参数：
额定功率 P 5.5kW 电动机满载转速 nm 960r/min
电动机轴伸出直径 D 38mm
电动机轴伸出长度 L 80mm
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四、传动装置总传动比的确定和分配
注意：
1动.按机额工定作功机率所需Pm电计动算机。功率P0 计算，而不按电
2.设计轴时应按其输入功率计算、设计传动零 件时应按主动轴的输出功率计算
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1.各轴转速
Ⅰ轴
n
nm i带
Ⅱ轴
nII＝
n i1齿
Ⅲ轴
nⅢ
nII i2齿
Ⅳ轴（卷筒轴） nⅣ nⅢ
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2.各轴输入功率
Ⅰ轴 PI P00 P0带 Ⅱ轴 PⅡ＝PⅡ P轴承１齿轮 Ⅲ轴 PⅢ PⅡⅡⅢ PⅡ轴承2齿轮
12
题目4：搅拌机传动装置设计
6
4
3 5
1
2
1、搅拌机效率0.8，包括搅拌轮与轴承的效率损失；
2、一班制，双向运转，有中等冲击，每年工作300天，工
作寿命10年；
3、动力源为电力，三相交流，电压380V。
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题目5：设计一型砂运输机用的减速装置。传动方案如下图所 示
鼓轮直径D
输出转矩T 输送带带速V
可以参考《机械设计》教科书的例题。
43
二、减速器内传动零件设计
1.圆柱齿轮传动
已知条件：所需传递的功率(或转矩)； 主动轮转速和传动比；工作条件和尺寸限 制等。
设计内容：选择齿轮的材料及热处理 方式；确定齿轮传动的参数(中心距、齿数、 模数、齿宽等)；设计齿轮的结构及其他几 何尺寸；作用在轴上力的大小和方向；验 算传动比。
机械系统的方案设计与总体设计
机械系统的方案设计与总体设计1.引言机械系统的方案设计和总体设计是系统工程中的重要环节，它涉及到机械设计的各个方面，包括机械部件的选择、尺寸设计、结构设计等。
本文将主要介绍机械系统的方案设计和总体设计的内容和流程，以便于开展机械系统设计工作。
2.机械系统方案设计机械系统的方案设计是指在机械系统设计的初期阶段，通过对需求和功能的分析，确定机械系统的总体设计方案。
下面是机械系统方案设计的几个关键步骤：2.1 系统需求分析在进行机械系统方案设计之前，需要对系统的需求进行详细的分析。
这包括对系统的工作环境、使用条件、功能需求等方面的分析。
通过需求分析，可以明确系统设计的目标和要求，为后续的方案设计提供依据。
2.2 方案生成根据系统的需求和目标，可以生成多个方案作为设计的候选。
这些方案可以从不同的角度进行思考和设计，以满足系统的需求。
方案的生成可以采用创新设计方法，也可以参考已有的设计方案，进行改进和优化。
2.3 方案评估生成方案后，需要进行方案的评估和比较。
评估的内容包括方案的可行性、技术可行性、经济可行性等方面。
评估的结果将作为确定最终方案的依据，同时也可以为后续的详细设计提供参考。
2.4 最终方案确定在方案评估的基础上，确定最终的系统设计方案。
最终方案是在满足系统需求和目标的基础上，综合考虑各方面因素确定的。
3.机械系统总体设计机械系统的总体设计是在方案设计的基础上，对机械系统的具体细节进行设计。
它包括了机械部件的选择、尺寸设计、结构设计等内容。
3.1 机械部件选择在机械系统总体设计中，需要选择适合的机械部件来满足系统的需求。
机械部件的选择应考虑功耗、使用寿命、稳定性等因素，并符合系统设计方案。
3.2 尺寸设计机械系统总体设计的一个重要内容是尺寸设计。
尺寸设计包括机械部件的尺寸确定和布局设计。
尺寸设计应根据系统的需求和机械部件的要求，合理确定各部件的尺寸，并考虑到安装、维修和使用的方便性。
3.3 结构设计机械系统总体设计还包括结构设计。
机械系统设计电子教案_机械系统设计
第一章绪论重点：机械，机械系统的相关概念及学科中的位置。
难点：学习机械系统设计课程的重要性。
讲授提示与方法：回顾机械工程的发展历程，注重机械系统的整体性，提高学生对机械系统设计的认知程度。
1.1机械系统设计在机械工程科学中的地位及作用一、机械工程科学1.机械工程科学的定义：机械工程科学是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论与技术的科学。
2.机械工程科学的组成：P1图1.1（1）机械学：机械设计过程（核心部分）；（2）机械制造：机械制造过程（基础部分）。
3.机械学所包含的内容：P3图1.5二、机械、机械系统、系统1.机械：关于机械的定义，目前尚无严格的定论，一般可归纳为：（1）须由两个以上的零、部件组成；（2）这些零、部件的运动部件，应按设计要求作确定的运动；（3）将外来的能源转变为有用的机械功。
【举例】机械产品：汽车、拖拉机、机床、钟表……2.系统：是指具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体。
即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
3.机械系统：由若干个零、部件及装置组成的，彼此间有机联系，并能完成特定功能的系统，称之为机械系统。
4.系统应具有下述特性：（1）目的性：完成特定的功能（2）相关性与整体性：1）相关性：各构成要素之间是相互联系的2）整体性：评价一个系统的好与坏要看该系统的整体功能（3）环境的适应性：系统对外部环境变化和干扰有良好适应性三、机械系统的组成：P4图1.61.动力系统：为系统提供能源（动力源）2.执行系统：是系统的执行输出部分3.传动系统：把运动和动力由动源传递给执行系统的中间环节4.操纵、控制系统：使前三者协调动作和运行5.支承系统：支承和联系各机件6.润滑、冷却与密封系统：四、机械系统的地位与作用几乎任何产品都离不开机械系统，它涉及到社会的各领域。
1.2机械系统设计的任务、基本原则及要求一、机械系统设计的任务及设计类型：1.机械系统设计的任务：是开发新的产品和改造老产品。
工业机器人
工业机器人机械系统设计
2.2 驱动机构
常用的旋转驱动机构包括： 同步皮带
用于传递平行轴间的运动或 将回转运动转换成直线运动。同 步皮带的传动比计算公式为：
i n2 z1 n1 z2
工业机器人机械系统设计
输出： 1、内柱销（套） 2、输出轴
摆线针轮减速器
减速原理
- 当输入轴带着偏心套转动一周 时，由于摆线轮上齿廓曲线的特 点及其受针齿轮上针齿限制之故， 摆线轮的运动成为即有公转又有 自转的平面运动，在输入轴正转 一周时，偏心套亦转动一周，摆 线轮于相反方向上转过一个齿差 从而得到减速，将摆线轮的低速 自转运动通过销轴，传递给输出 轴，从而获得较低的输出转速。
手臂回转运动结构
图为利用齿轮齿条液压缸实现 手臂回转运动的机构。压力油分 别进入液压缸两腔，推动齿条活 塞做往复移动，与齿条啮合的齿 轮即做往复回转运动。齿轮与手 臂固连，从而实现手臂的回转运 动。
工业机器人机械系统设计
手臂回转运动结构 图为采用活塞杆和连杆机构的一种双臂机器人手臂的结构。当液压
缸1的两腔通压力油时，连杆2带动曲柄3绕轴心O作90°的上、下摆动。
- 滚珠在工作过程中顺螺旋槽(滚道)滚 动，故必须设置滚珠的返回通道，才能 循环使用。为了消除回差(空回)，螺母 分成两段，以垫片、双螺母或齿差调整 两段螺母的相对轴向位置，从而消除间 隙和施加预紧力，使回差为零。
工业机器人机械系统设计
滚珠丝杠工作特点
工业机器人机械系统设计
液压(气压)缸 将液压泵(或空气压缩
结构简单，体积、质量小； 传动比范围大； 运动精度高，承载能力大；
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•2.4.2 总体方案求解
•例1：单缸洗衣机的总体方案设计
•1) 功能分解
•总功能出发，分析实现“洗涤衣物”功能的手 段
•2) 功能求解
•实现各种功能的技术手段或方法，列举功能形态
•3) 列形态学矩阵并进行方案综合
分功能
功能解
A 盛装衣物
铝桶
塑料桶 玻璃钢桶 陶瓷桶
B 分离赃物 机械摩擦 电磁振荡 热胀 超声波
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第二章机械系统的总体设计[1]
•第二步：总功能分解——功能树
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第二章机械系统的总体设计[1]
•第三步：建立功能结构图
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第二章机械系统的总体设计[1]
•第四步：寻找原理解法——形态学矩阵
序
分功能
号
技术物理解方案序号
1
2
3
4
A
推压
齿条
钢丝绳
油缸
B
铲斗
正铲斗
•合理而先进
•要求适度， 实事求是
•与国内外同类产 品产品功能、技术 性能、经济指标都 有先进性
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2. 产品设计要求
(1) 产品功能要求 • (2) 适应性要求 • (3) 性能要求 • (4) 生产能力要求 • (5) 制造工艺要求 •(6) 可靠性要求 •(7) 使用寿命要求 • (8) 人机工程要求 •(9) 安全性要求
•技术文件3：方案评审报告
•技术文件4：总体设计报告 •技术文件5：总体布置图
•方案评审 •总体布置设计
•不行
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第二章机械系统的总体设计[1]
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•工程设计 •测试
•必要时 •行
•必要时 •行
•必要时 •试制调试
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•设计评审
•不行
•测试试验
•不行
•调试结果
•不行
•3. 设计任务书的拟定
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第二章机械系统的总体设计[1]
第三节 机械系统的功能及指标分解
• 总体设计的第一步就是充分理解设计任务书所规定的设计
•要求，并将其抽象化，即对系统的功能（包括约束）进行描述。
•2.3.1系统的功能描述
• 功能是对某一产品的特定工作能力的形象化描述。
•功能的描述要准确、简洁，合理地抽象，抓住其 本质，避免带有倾向性的提法。
• 故组合方案数=3×3×2×3×1×2×4×3×4=5184。
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.3.2系统的原理方案总体分析
• 在功能分析的基础上，首先应对系统的原理方案进
行总体分析。在分析或设计一个现代化机械系统时，
首先应该从主功能分析着手。
•立体光固化成型
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第二章机械系统的总体设计[1]
•分层实体制造
• 采用激光束聚焦的能量气化切痕以得到一定精度轮廓的料
第二章机械系统的总体 设计
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2020/12/10
第二章机械系统的总体设计[1]
•第一节 概 述
• 机械系统设计的第一个环节是•总体设计 ，就是在具体设
•计之前对所要设计的机械系统的各方面，本着简单、实用、 •经济、安全、美观等基本原则所进行的综合性设计，是一个 •从整体目标出发，实现系统整体优化设计的一个阶段。
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第二章机械系统的总体设计[1]
例如：输送液体原理解法分析
•1.负压效应
•
1)利用压力p与溶积v的关
系（pv=常数），增大容积空
间形成负压吸入液体，减少容
积空间形成高压输出液体。
• 2)利用流速与压力的关系，
及文丘里喉管原理，使流体（液体
或气体）流经变截面喉管，在狭窄 处流速增大，形成负压，被输送液 体就可从小孔M抽进喉管，当流速 大600m-700m/s时，水头可达5-6m
第四节 机械系统的方案设计
•什么是方案设计？
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•对子功能方案进行 方案综合的过程
第二章机械系统的总体设计[1]
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第二章机械系统的总体设计[1]
•盛装衣物
•铝桶 •塑料桶
•陶瓷桶
•分离衣物
•机械摩擦 •电磁震荡 •超声波
• 方案设计实际上就是对子功能方案进行方案综合。
型，并用压辊加热逐层粘合各层料。
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第二章机械系统的总体设计[1]
•螺纹加工机的总体原理方案分析
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第二章机械系统的总体设计[1]
•螺纹加工机的总体原理方案分析
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.3.3 功能分解与功能树
•按系统工程分解性原理进行功能分解，建立功能结构图即 功能树。
•2.4.2 总体方案求解
• 在许多情况下，这些功能载体是互相关联的。这些关联
有的表现在运动学上，有的则表现在动力学上。
•动力学
•如：机器人
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.4.2 总体方案求解
•功能集成需要考虑各功能载体在机械结构上的关联与控制信 息
•上的关系两个方面，是一个充分考虑如何确定合理的整体布 局
•功能树起于总功能，按一级分功能、二级分功 能......进行分解，其末端为功能元。前级功能是后 级的目的功能，后级是前级的手段功能。
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第二章机械系统的总体设计[1]
•例如：微电脑洗衣机的设计
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.3.4 功能求解
•对功能求解，是原理方案设计中的重要的搜索阶段。
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.3.1系统的功能描述
•1) 主功能——物料的输入、转换与输出功能 •2) 动力功能——能量传递与变换功能 •3) 控制功能——信息传递与控制功能 •4) 结构功能——将各要素组合起来、形成一个统一的整体
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第二章机械系统的总体设计[1]
•热胀增压式
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.4.2 总体方案求解
•2. 功能集成
• 功能集成，即如何将求解所得的功能载体进行集成，其 中最主要的工作就是接口设计。
• 除了在控制信息上互相协调外，每个单元的输出都不影 •响其他单元的输出，我们称这种状态为正交。
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第二章机械系统的总体设计[1]
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2. 产品设计要求
(1) 产品功能要求 • (2) 适应性要求 • (3) 性能要求 • (4) 生产能力要求 • (5) 制造工艺要求 •(6) 可靠性要求 •(7) 使用寿命要求 • (8) 人机工程要求 •(9) 安全性要求
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.2.1 设计任务的类型 •1. 开发性设计 •2. 适应性设计 •3. 变型设计
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第二章机械系统的总体设计[1]
第二节 设计任务的形成与确定
•2.2.1 设计任务的类型 •1. 开发性设计 •2. 适应性设计 •3. 变型设计
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.2.2 设计任务的来源
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.4.2 总体方案求解
•1. 求解原则
•1) 各功能元原理方案之间在物理上的相容性鉴别 •剔
➢能量流、物料流及信息流不受干扰地连续流过 除 ➢功能元的原理方案在几何学和运动学上是否有矛盾
•2) 从技术、经济效益较好的角度 •挑 选
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•1）要考虑设计要求及附加要求 •2）选择时，不仅针对某项具体功能元，还要兼顾 到全局及其它相关功能元。 •3）对于关键性的功能元，应多考虑采用创造性方 法解决，必要时应做有关的实验。
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第二章机械系统的总体设计[1]
• 2 惯性力效应
• 1)利用离心惯性力将水引出。一般离心泵、化工系统的化 工离心泵都是应用这种原理。
• 2)利用往复运动的惯性力。将管1置于水中，在A、B方向 往复运动，水即通过单向阀2、3由管4输出。
• 3)虹吸原理。液态分子间引力与位能差造成，利用水柱压 力差，使水上升后再流到低处。
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第二章机械系统的总体设计[1]
• 3 毛细管效应
高性能的轻质热管为两端封闭的管子，衬里为数层金属 丝网，管内封装液体，在高温端液体吸热蒸发，蒸气流至 低温端放热，冷凝后的液体由毛细管效应通过金属丝网流 回热端。此种热管用于人造卫星和冻土层输油管保温等。
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第二章机械系统的总体设计[1]
•1.指令性设计任务
•从国家大的发展战略、国防等方面考虑
•2.来自市场的设计任务
•用户根据需要提出
•3.考虑前瞻的预研设计任务
•产品的更新换代
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第二章机械系统的总体设计[1]
•2.2.3 拟定设计任务书
•1. 拟定设计任务书的一般原则
•详细而明确
•列出全 部设计要 求
•设计要求尽可 能定量化，明 确主次要求
•形式，采用恰当的传动和支撑结构，检测控制硬件、信息处 理方法等的过程。
•双桶洗衣机
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•单桶洗第衣二章机机械系统的总体设计[1]
•例2：挖掘机的总体方案设计
•第一步：寻找总功能的转换关系
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第二章机械系统的总体设计[1]