机电装备设计第四章4学时之一
机电装备设计4
● 方均根力矩特性折算到电动机轴上的方均根力矩
T L mr(T iη L)2(T iη f)2[J (mJgiJ 2L η)iεL]2
式中 TL 负载轴上的方均根力矩 Tf 静摩擦力矩 εL 负载轴上的方均根角速加度
折算到电动机轴上的负载方均根力矩是总速比i的函数。
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2）最佳总速比
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式中
i 电动机到执行件的速比 TLP 作用在负载轴上的峰值 力矩 TfP 作用在负载轴上的摩擦 峰值力矩 J m 电机转子转动惯量 J g 传动轴各转动件折算到 电机轴上的转动惯量 J L 负载轴上的转动惯量
传动装置的效率 LP 负载轴上的峰值角加速 度
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1）传动系统负载的综合
● 峰值力矩特性折算到电动机的负载峰值力矩
TLmP
TLP
i
T fP
i
(Jm Jg
JL
i 2
) m
i m L
m LP
, m
i LP
TLmP
TLP
i
T fP
i
(Jm Jg
JL
i 2
)i LP
折算到电动机轴上的负载峰值力矩是总速比i的函数。
伺服系统的总速比较大时， 可采用谐波齿轮实现同轴传动； 也可采用多级齿轮传动。圆柱齿 轮机构具有一系列优点，应用普 遍，针对这种机构组成的多级传 动链，介绍各级传动速比确定的 1）原最则小和等效方转法动。惯量原则（小功率传动系统）
齿轮系中各转算 动到 惯电 量动 折机轴转 上动 的惯 等量 效
Jg J1(ZZ12)2[(J1J2)(ZZ43)2(J3JL)]
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机电装备设计
3 动力参数
动力参数包括电动机的功率、液压缸的牵引力、液 压马达或步进电机的额定转矩等。
机床各传动件的结构参数是根据动力参数设计计 算的。
如果动力参数定得过大，将使机床过于笨重，浪费 材料和电力：如果定得过小，又将影响机床的性能。
计算方法在现阶段只能做为参考，原因为： 通用机床使用情况复杂，切削用量的变化较大； 对某些加工过程中切削力和进给力的规律还没有很
(6) 操作方便和安全 。
6.3.2 类型
按照安装刀具的数目
①单刀架 ②多刀架
按结构形式
①方刀架 ②转塔刀架
③回轮式刀架
①手动转位刀架 按驱动刀架转位的动力分
②自动(电动和液动)转位刀架
数控车床常用的自动换刀装置方式
加工中心的刀库和换刀装置方式
加工中心刀库的类型及特点
（1）盘形刀库 应用较广，结构简单紧凑，因刀具 单环排列、定向利用率低，大容量刀库的外径将较 大，转动惯量大，选刀运动时间长。这种形式的刀 库容量较小， 一般不超过32把刀具。 （2）链式刀库 容量较大 ，当采用多环链式刀库时， 刀库外形较紧凑，占用空间较小，适用于大容量的 刀库。 （3）格子箱刀库 容量较大，结构紧凑，空间利用 率高，但布局不灵活，通常将刀库安放于工作台上。 （4）直线式刀库 结构简单，刀库容量较小，应用 于数控车床、数控钻床或个别加工中心。
1） 液压（或气动）驱动的活塞齿条齿轮转位机构 液压驱动特点：
● 调速范围大，缓冲制动容易，转位速度可调； ● 运动平稳，结构尺寸较小，制造容易，因而应用较 为广泛； ● 转位角度的大小可由活塞杆上的限位挡块来调整； 气动驱动特点：
● 结构简单、速度可调，但运动不平稳，有冲击； ● 结构尺寸大，驱动力小。
《过程装备设计》课程实验指导书
《过程装备设计》课程实验指导书适用于四年制机电系过程装备与控制工程本科专业实验一：粉体工程技术设备与工艺（4学时）一、实验简介及目的要求粉体工程中心是洛阳理工学院根据长期的工程专科教学实践，根据材料科学与工程系、机械工程系、电气自动化系等各工科专业的教学需要，为有效解决工程实践教学环节而建设的。
粉体工程中心是一条完整的普通粉磨生产线，全部采用厂矿企业使用的机电设备，是一个建材工厂粉磨生产系统的集粹与浓缩，它不仅能够进行生产，能够方便地对各个设备的工艺参数进行调整，而且能够很好地完成实践教学工作。
学生在粉体工程中心实训可以亲自动手操作和调试，对工艺、设备和电气控制都能有直观的认识，通过在生产一线的实训，学生的工程意识将会提高。
粉体工程中心粉体工程中心目前主要由三个部分组成：一是立磨破粉碎系统，主要由破碎、立式粉磨、输送、筛分、通风、除尘等设备组成的连续工艺生产线，是由我校教工自己规划、自己设计、自己采购设备、自己安装调试而建立起来的；二是球磨机粉磨系统，该系统由我院机械工程系设计定制；三是流化床气流超细磨系统，该系统是我院西班牙贷款购置设备。
通过本次实验，要求学生了解和掌握粉体生产工艺流程；了解和掌握粉体生产工艺设备的结构、原理和操作方面有关知识；了解粉体加工产品质量的检测、分析方面知识。
二、实验主要的机械设备及各设备的性能参数（一）破碎系统和立式粉磨系统1. PEX150×750细碎颚式破碎机PEX150×750细碎颚式破碎机适用于中、细碎，对物料的要求为抗压强度极限不超过2000kg/cm2的各种矿石、岩石。
其主要参数如下：给料口尺寸为150毫米(宽)×750毫米(长)；最大给料尺寸为120毫米；排料口间隙为10毫米至40毫米；生产率为8~35吨/小时；电动机功率不大于15千瓦。
2. 2PG-400S型双辊破碎机2PG-400S型双辊破碎机可供选矿、化工、水泥、耐火材料、建筑材料等工业部门中、细碎各种高、中等硬度以下的矿石和岩石之用。
《机械制造装备设计》课程教学大纲(本科)
机械制造装备设计(Design of Machine Manufacturing Equipment)课程编号：03410132学分：2学时：32 （其中：讲课学时：30实验学时：2上机学时：0）先修课程：工程图学、工程力学、公差与技术测量、机械设计、机械制造技术基础等适用专业：机械制造及其自动化专业教材：《机械制造装备设计》，关慧贞、冯辛安主编，机械工业出版社，2009 年11月第3版一、课程性质与课程目标（一）课程性质《机械制造装备设计》本课程是机械制造及其自动化专业的主干专业课程之一。
主要任务是使学生了解机械制造装备在国民经济中的作用及其技术现状和发展趋势；掌握机械制造装备的设计原理和方法；具备一定的机械制造装备总体设计和结构设计能力；为学生能够设计出具有自主知识产权的机械产品打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:掌握机床的成形原理，根据加工对象的几何特征，分析机床的所需的运动，确定机床的传动方案。
课程目标2：能根据机械制造装备设计的三种不同类型的特点，针对特定的设计对象，选择相应的设计手段，制定出合理的产品设计总体方案。
能够根据加工对象的技术特征合理的选择加工机床。
课程目标3：能根据机床的精度、刚度，振动、热变形的相关理论，设计与分析机床的传动结构，分析与处理机床常见的机械缺陷与故障。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求3、毕业要求6和毕业要求11：1.毕业要求指标点3-3：能够设计满足特定需求的机械系统、部件和工艺流程，并能够体现创新意识。
该指标点占该要达成度的10%;2•毕业要求指标点6-2：能正确认识机械制造过程和装备对于客观世界和社会的影响，并理解应承担的责任。
该指标点占该要求达成度的30%；3.毕业要求指标点11-1：理解机械工程活动中涉及的重要经济与管理因素。
该指标点占该达成度的15%o二、课程内容及要求第1章绪论(一)教学内容(1)机械制造装备在国民经济中的地位、作用及其技术现状和发展趋势。
机电装备设计(DOC)
2.1 主传动系统设计定义：运用转速图的基本原理，拟定满足转速数列的经济、合理的传动系统方案，确定主要传动件的空间布置。
内容：★选择变速组及其传动副数；★确定各变速组中的传动比；★计算齿轮齿数和皮带轮直径；★设计主要传动件的空间布置、轴向定位及其结构尺寸。
组成：由动力源、变速装置及执行件(如主轴、刀架、工作台)，开停、换向和制动机构等部分组成。
动力源给执行件提供动力，变速装置传递动力以及变换运动速度，执行件执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。
2.1.2 分类和布局形式1、分类1）按动力源的类型，分为交流电动机驱动、直流电动机驱动和液压驱动。
○交流电动机驱动：单速交流电动机、调速交流电动机和交流伺服电动机驱动。
调速交流电动机驱动：多速交流电动机和变频调速交流电动机驱动。
2）按变速的连续性，分为有级变速传动和无级变速传动。
○有级变速传动是在一定的变速范围内均匀、离散地分布着有限级数的转速，变速级数不超过20～30级。
有级变速方式:滑移齿轮变速、交换齿轮变速和离合器变速。
优点:除摩擦片式离合器外，传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作可靠，应用于各种普通机床。
缺点:有速度损失，不能在运转中变速。
摩擦片离合器：可在运转过程中变换转速，操纵方式为机械的、电磁的或液压的，便于实现自动化。
但传动比不准确，发热量大。
无级变速传动：可在一定的变速范围内连续变速，以得到最有利的速度，能在运转中变速，便于实现变速自动化。
构成：由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和无级变速电动机实现。
特点：机械摩擦无级变速器结构简单、使用可靠，常用在中小型车床、铣床等的主传动中。
液压无级变速器传动平稳、运动换向冲击小，易于实现直线运动，常用于主运动为直线运动的机床，如磨床、拉床、刨床等机床的主传动中。
※无级变速电动机：直流电动机或交流变频调速电动机，可大大简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速，广泛应用在数控机床上。
机电装备设计--机电装备创新设计方法 ppt课件
PPT课件
9
20世纪初的制造车间
拥挤、昏暗、嘈杂
由集中动力源驱
动的架空天轴
带传动
工人劳动强度大
变速用的 多级带轮
工作环境不安全
PPT课件
工人操作车床
10
“奔驰”汽车博物馆的车间模型
将动力分配 到不同设备
架空天轴
铣床
带传动
锯床
砂轮机
车床
PPT课件
直流发电机 --电动1机1 组
械工业出版社,1999.
PPT课件
2
课程的目的与任务
本课程是机械设计制造及其自动化专业与机械电子工程专 业的一门重要且实践性较强的专业课，是研究如何利用系 统设计原理和综合集成技巧，将机械系统、驱动装置、传 感检测部件、自控和信息处理系统等机电一体化要素组成 各种性能优良、可靠的机电装备。
内容以机为主，机电结合。学习相关的设计理
PPT课件
32
1.2 设计类型
机电装备设计可分为：创新设计、变型设计和组合
设计等类型。
创新设计：依据市场需求发展预测，在无样机可供
参考的条件下，根据对新产品预期的功能要求和性能指
标，发挥设计者的创造力，利用已有技术成果进行创新
构思，设计出具有新颖性、创造性及实用性的机电装备
的一种实践活动。
包含两部分：
◆ 高性能直线电动机的研制。
PPT课件
28
3 传感与检测部件
装置在机械的各敏感部位，实时采集温度、速度、
力、振动、声学与光学信号，及时反馈给控制系统，实
现对机械工作的实时控制以及对工作状态的监控。
研究的问题有：
★ 提高各种敏感材料和元件的灵敏度和可靠性；
《机电设备装配安装与维修》课程整体设计方案
知识目标：
1.掌握常用零部件的装配工艺；
2.掌握设备的安装基础知识；
3.掌握机电设备的管理及维修相关知识。
素质目标：
1.培养学生分析问题与解决问题的能力；
2.培养学生的团队合作精神；
3.培养学生的学习能力。
课程内容
序号
学习单元（学习情境或项目）名称
学时
1
机械系统常用装调工具使用
4
2
联接类零部件拆装
6
3
传动类零部件拆装
6
4
轴承和密封件的拆装
4
5
二级减速器拆装与调试
6
6
车床主轴拆装及精度检验
6
7
弯管机液压系统故障处理
6
8
小型三相异步电动机的维护、维修
6
9
车床主要零部件维修与设备管理
4
教学材料
教材：机电设备装配安装与调试，马光全，北京大学出版社，2012.12
硬件：机械拆装工具、机械测量仪表、车床一台、钻床一台、液压弯管机15台
教学组织形式
按学号每10人一组，一组选一组长副组长，实行小组教学
考核方案பைடு நூலகம்
教师考核小组30%;包括小组平时回答问题与小组作业及任务完成情况；
小组考核成员50%;包括个人代表小组回答回题的情况与个人对小组的贡献；期末个人考核20%；期末考试
《机电设备装配安装与维修》课程整体设计方案
一、课程设计
课程名称
机电设备装配安装与维修
课程类型
专业限选
授课对象
学时学分
48学时3学分
先修课程
液压气动系统安装与调试、
机械零部件设计及选用
《机电产品可靠性设计》教案
教师教案（2012—2013学年第2学期）课程名称：机电产品可靠性设计授课学时：32授课班级：2010级任课教师：朱顺鹏教师职称：讲师教师所在学院：机械电子工程学院电子科技大学教务处第一章可靠性设计概论4学时一、教学内容及要求教学内容共4学时可靠性基本概念2学时(1)可靠性的内涵(2)可靠性工程发展现状(3)可靠性特征量可靠性数学基础2学时(1)数理统计基本概念(2)可靠性常用概率分布(3)随机变量均值与方差的近似计算教学要求(1)了解可靠性学科发展历程(2)掌握可靠性学科研究的内容(3)了解我国可靠性研究的发展现状(4)了解可靠性设计工作的重要意义及面临的主要挑战(5)掌握可靠性的定义(6)掌握可靠度、不可靠度、失效率的定义(7)掌握常用的概率分布（正态分布、指数分布、威布尔分布、对数正态分布）在可靠性设计工作中的应用(8)掌握随机变量均值与方差的近似计算方法二、教学重点、难点教学重点可靠性的定义可靠性特征量定义及相互关系常用概率分布的统计特征量教学难点失效率的定义威布尔分布的相关概念及应用三、教学设计列举航空航天产品（如卫星天线、卫星指向机构、太阳翼展开机构）、民用产品（如汽车）、制造装备（如数控机床）的实例，突出开展可靠性工作的重要意义。
随机变量及数理统计的知识系学生在先修课程中所学内容的复习，可以简要介绍，并要求学生查阅以前的书籍。
正态分布是学生熟知的内容，在教学过程中着重讲解其实际应用；指数分布、对数正态分布和威布尔分布是学生先修课程中没有学习过的，应详细讲解。
威布尔分布是难点内容，应重点介绍其发展历史，统计特征，以及威布尔分布在机械可靠性中的特殊作用，列举工程实例。
随机变量函数的均值与方差计算是后续机械产品可靠性设计需要用到的基本方法，讲解三种常用的方法原理即可，公式可以查表。
四、作业通过课程网站发布。
五、参考资料1. 盛骤, 谢式千, 潘承毅. 概率论与数理统计(第四版), 高等教育出版社,20102. 刘惟信. 机械可靠性设计. 北京:清华大学出版社, 2000六、教学后记第二章系统可靠性设计8学时一、教学内容及要求教学内容共8学时系统可靠性框图2学时串联系统；并联系统；混联系统；表决系统；旁联系统可靠性分配2学时可靠性分配的目的和原则可靠性分配方法（等分配法、再分配法、比例分配法、AGREE法）可靠性预计1学时可靠性预计的目的可靠性预计的方法（应力分析法、元器件计数法、相似产品法、上下限法）故障模式、影响及危害性分析FMECA 1学时FMECA的定义及分类FMECA的一般过程风险优先数和危害性矩阵故障树分析FTA 2学时故障树的各种符号故障树建树步骤常用故障树分析方法介绍教学要求(1)了解系统可靠性设计的任务；(2)掌握系统可靠性建模方法；(3)了解可靠性分配与预计的目的；(4)掌握可靠性分配与预计的常用方法。
机电装备设计第三章6学时之三1
1 液体动压轴承
球头浮动式
○ 短三瓦滑动轴承由三块扇形 轴瓦组成。
○ 油膜压力需在一定的轴颈圆 周速度(v＞4 m／s)时形成。
○ 三个压油楔能自动地适应外 加载荷，使主轴保持在接近于 轴承中心位置 。
○ 只宜朝一个方向旋转，不许
反转 。
14
工作原理： 当主轴以一定的转速旋转时→在轴颈周围能
形成几个压力油膜→把轴颈推向中央→因而主轴 的向心性较好→当主轴受到外载荷时→轴颈稍偏 心→承载的压力油膜变薄而压力升高→相对方向 的压力油膜变厚而压力降低→形成新的平衡。此 时承载方向的油膜压力将比普通单油楔轴承的压 力为高，油膜压力愈高和油膜愈薄，则其刚度愈 大，故多油楔轴承较能满足主轴组件的工作性能 要求。
原因： 滚动体和滚道产生弹性变形而产生摩擦热，为轴 系主要热源之一，轴承的摩擦热与轴承类型、预紧力、 转速、轴承的润滑等情况有关，预紧力越大，发热量越 多，随着预紧力增加，温升的增加越来越快。
9
5 精度保持性（Precision Preserve)
定义：指长期地保持其原始制造精度的能力。 要保证这些表面的耐磨性和有调整间隙的可能。
26
1 典型主轴轴承配置形式
1）速度型 主轴前后轴承都采用具有良好高速性能的角接触
球轴承(双联或三联)。 ○ 当轴向切削分力较大时，可选用接触角为25°的 球轴承； ○ 当轴向切削分力较小时，可选用接触角为15°的 球轴承。 ○ 角接触球轴承的承载能力较小，因而适用于高速 轻载精密机床，如高速镗削单元、高速CNC车床。
3.5.5 主轴组件的布局
主轴有前、后两支承和前、中、后三支承两种。其原则为: 1）适应刚度和承载能力的要求 2）适应转速要求 3）适应精度的要求 4）适应结构的要求 5）适应经济性要求 主轴轴承的配置，包括主轴轴承的选型、组合以及布置， 主要根据对所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度 等方面的要求。 常见的有以下几种典形的配置形式：速度型、刚度型和刚 度速度型 。
机械制造装备设计第四章习题答案(关慧贞)
第四章工业机器人设计思考题与习题1.工业机器人的定义是什么？操作机的定义是什么？答：我国国家标准GT/T12643—１997《工业机器人词汇》将工业机器人定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度操作机，能搬运物料、工件或夹持工具，用以完成各种作业＂;将操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。
2.工业机器人由哪几部分组成?并比较它与数控机床组成的区别。
答:工业机器人由操作机、驱动单元和控制装置组成。
数控机床一般由机床本体、伺服系统和数控装置组成。
二者组成的区别主要在于机械本体,机器人操作机通常由末端执行器、手腕、手臂和机座组成，而数控机床机械本体通常包含主运动部件、进给运动部件、支承部件、冷却润滑、排屑等部分。
3.工业机器人的基本功能和基本工作原理是什么？它与机床主要有何相同和不同之处?答:工业机器人基本功能是提供作业所需的运动和动力，其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求.在基本功能及基本工作原理上,工业机器人与机床有如下相同之处：二者的末端执行器都有位姿变化要求;二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。
二者的主要不同之处有:机床是以直角坐标形式运动为主,而机器人是以关节形式运动为主；机床对刚度、精度要求很高，其灵活性相对较低;而机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对较低4.工业机器人的结构类型有哪几类？各种类型的特点如何？答:工业机器人的结构类型有如下四类:关节型机器人，其特点是关节一般为回转运动副,灵活性好，工作空间范围大(同样占地面积情况下），但刚度和精度较低;球坐标型机器人,其特点是按球坐标形式动作（运动),灵活性好,工作空间范围大,但刚度、精度较差;圆柱坐标型机器人,其特点是按圆柱坐标形式动作,灵活性较好，工作空间范围较大,刚度、精度较好；直角坐标型机器人，其特点是按直角坐标形式动作，刚度和精度高,但灵活性差，工作空间范围小.5.如何选择和确定机器人的坐标系?分析图4—5所示的PUＭA机器人的坐标系是如何确定的?答:坐标系按右手定则确定.绝对坐标系X-Y-Z,机座坐标系Ｘ０—Ｙ0-Z0和机械接坐标系Xm-Ym—Zm的取法参考ＧＢ—T１6977-1９97《工业机器人坐标系和运动命名》。
机电一体化系统设计教学大纲张建民版第四版
机电⼀体化系统设计教学⼤纲张建民版第四版《机电⼀体化系统设计》教学⼤纲⼀、课程名称1、中⽂名称：机电⼀体化系统设计2、英⽂名称：Mechatronics System Design⼆、学时总学时：90学时，其中，理论学时：72学时，实践学时：18学时学分：4学分三、开课学期第7学期四、课程考核要求考查，平时成绩占总成绩的30％，实验成绩占总成绩的20％，考试成绩占总成绩的50％。
五、课程概述本课程是机械电⼦⼯程专业的专业必修课。
本课程从系统的观点出发，利⽤机械技术和电⼦技术，通过机电有机结合构造最佳的机电系统。
课程性质：机械电⼦⼯程专业必修课。
六、适⽤专业机械电⼦⼯程、机械制造及其⾃动化等。
先⾏、后续课程情况：先⾏课：机械原理，机械设计，电⼯学，数字电⼦技术，模拟电⼦技术，控制⼯程基础，微机原理，电⽓控制技术，数控技术；后续课：⽆。
七、课程的⽬的与任务1、课程⽬的本课程是机械电⼦⼯程专业的专业必修课，通过本课程的学习，使学⽣建⽴机电产品的⼀体化设计思想，把电⼦技术、传感器技术，⾃动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，了解各项技术之间的接⼝关系，能运⽤所学知识对机电⼀体化产品进⾏分析或设计，使学⽣具备解决⽣产过程中机电设备的运⾏、管理、维护和改造等实际问题的初步能⼒。
培养学⽣综合运⽤所学基础理论和专业知识进⾏创新设计的能⼒。
2、课程的基本要求1）学习机电⼀体化基本概念，理解机电⼀体化系统中各结构要素在系统中的作⽤和相互关系，初步建⽴机电产品的系统化设计思想。
2）了解机电⼀体化系统中常⽤传感器、传动机构、动⼒驱动装置和计算机控制系统种类和特点。
3）熟悉机电⼀体化产品的设计⽅法和⼯程路线，能够针对具体的机电⼀体化产品确定产品开发技术路线。
4）掌握机电⼀体化系统中机械、传感检测、动⼒、控制等基本结构要素的技术特点，掌握典型装置的技术原理和使⽤⽅法。
5）了解典型机电⼀体化产品的构成、特点和设计⽅法，学会设计简单的机电⼀体化产品。
机械制造装备设计 第4版 教学 作者 关慧贞 第四章 工业机器人设计PPT课件
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ
▪ 感觉控制型机器人 利用传感器获取的信息控制机器人的 动作。
▪ 适应控制型机器人 机器人能适应环境的变化，控制其自 身的行动。
▪ 学习控制型机器人 机器人能“体会”工作的经验，具有一 定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。
▪ 智能机器人 以人工智能决定其行动的机器人。
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ
双足仿人机器人
管道机器人
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ
图4-25薄壁密封交叉滚子轴承的安装方式 a)轴承外圈回转 b)轴承内圈回转
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
4.2.1工业机器人的手臂和机座 Ⅳ
图4-26用普通轴承的机座支 撑机构
1—轴承 2—手臂 3、6—电动机 4—机座 5—腰关 7—谐波减速器 8、9、10—齿轮 11—基座
大连理工大学 机械工程学院
4.2.2工业机器人的手腕
Ⅳ
▪ 具有两个自由度的机械传动手腕结构。
1、2、3、12、13—轴承 4、5—链轮 6、7—链条 8—手腕壳体 9、11—锥齿轮 10、14—轴 15—机械接口
法兰盘
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
4.2.2工业机器人的手腕
Ⅳ
▪ 具有三个自由度的机械传动手腕结构。
以防止关节超限造成事故。
大连理工大学 机械工程学院
大四机电课程设计
大四机电课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握机电系统的基本原理和设计方法，理解课程涉及的复杂机电系统的结构与功能；2. 熟悉并运用相关设计软件及工具，完成机电系统的模拟与优化；3. 掌握机电系统的集成与测试方法，能对系统性能进行综合评估。
技能目标：1. 能够独立进行机电系统的需求分析，制定设计方案，并进行系统设计；2. 能够运用所学知识解决实际工程问题，具备一定的创新设计能力；3. 能够熟练运用设计软件，进行系统模拟、优化以及系统集成与测试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生严谨的科学态度，提高学生的工程素养和团队协作精神；2. 增强学生的环保意识，引导学生关注机电系统的绿色设计与可持续发展；3. 激发学生的创新意识，鼓励学生勇于探索未知领域，培养解决复杂工程问题的自信心。
课程性质：本课程为专业实践课程，旨在培养学生运用所学理论知识解决实际工程问题的能力。
学生特点：大四学生已具备一定的专业基础知识，具有较强的自学能力和动手能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实践操作能力和创新能力。
通过课程学习，使学生具备机电工程师的基本素质。
二、教学内容1. 机电系统设计原理：包括机电系统基本构成、工作原理及设计方法，涉及课本第三章内容；- 课时安排：4学时；- 教学要求：理解并掌握机电系统的基本原理，能运用设计方法进行系统设计。
2. 设计软件及应用：学习并运用AutoCAD、SolidWorks等设计软件进行机电系统零部件设计与系统模拟；- 课时安排：6学时；- 教学要求：熟练掌握设计软件操作，能独立完成机电系统零部件设计与系统模拟。
3. 机电系统集成与测试：包括系统搭建、调试与性能评估，涉及课本第五章内容；- 课时安排：4学时；- 教学要求：掌握机电系统集成与测试方法，能对系统性能进行综合评估。
4. 实际工程案例分析：分析典型机电系统设计案例，提高学生解决实际问题的能力；- 课时安排：4学时；- 教学要求：了解实际工程案例，培养学生解决复杂工程问题的能力。
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本次课 内容
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4.1基本要求及设计步骤
支承件是机电装备中的重要基本构件之一。 组成：机身、立柱、横梁、底座、工作台、箱体及升降台等大件。 功用： ❖支承其他零部件，使它们之间保持正确的相互位置和相对运动。 ❖支承件还承受各种作用力，不仅承受重力，还承受切削力、摩擦 力、夹紧力等。 ❖有些支承件的内部空间较大，常被利用作为切削液、润滑液的储 存器或液压油的油箱；有时，也可将变速箱、电动机和电气箱等部 件放在其中。 ❖机电装备的外部支撑件还可对机电装备起装饰作用。
第四章 机电装备支承件和导轨设计 Bearing Part and Guide Rail Design for Electro-mechanical Equipment
❖ 4.1 基本要求及设计步骤 ❖ 4.2 静力分析 ❖ 4.3 动态特性 ❖ 4.4 热变形特性 ❖ 4.5 结构设计
机电装备设计第四章4学时之一
的加工误差，但对工件直径影响
较小。
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Fy
产生的弯矩使床身在水
平面内产生弯曲变形，并使
加工出的工件呈鼓形。变形源自量以近似1：1的比例关系反
映在工件的半径误差上。
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床身横截面上受到的转矩为
TbFy(h1h2)Fzd2
转矩使床身产生扭转变形，造成前后导轨不平
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4.2.2 静刚度
支承件刚度不足，则在重力、夹紧力、切削力和摩 擦力等作用下会出现变形，振动或爬行等现象，影响装备 的性能和定位精度、加工精度等。
支承件变形包括三部分；自身变形、局部变形和接 触变形。
1 提高支承件自身的刚度
定义：支承件抵抗自身变形的能力。与支承件的材料、形 装、尺寸及肋板的布置等因素有关。
行，丧失了车床的原始精度。车床工作时，刀
架沿着变了形的导轨移动，使工件产生加工误
差。床身受到的扭转变形机电是装备的设计占第四床章4身学时变之一形量的
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60～90％。
设计长床身时，扭转变形会使刀尖与工件 间产生相当大的位移，甚至会成为变形的主要 方面，因此要注意提高床身的抗扭刚度。在弯 曲变形中。水平面的弯曲变形对加工精度影响 较大，因此床身一般设计成近似方形，以提高 其水平面内的抗弯刚度。
支承件的性能对机电装备的性能影响很大，其重量占总 重量的80%以上。目前主要是根据同类机型上的支承件进行 类比设计。
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2 设计步骤
1）受力和变形分析，确定力和力矩； 2）利用类比设计法初定其形状和尺寸； 3）采用有限元法（FEA），利用计算机进行验算或分析； 4）在分析基础上，进行热变形和热应力分析； 5）修改原设计方案，综合对比，从中择优。
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图a)中，肋板相对于 x轴的惯性矩为H3b； 12
图b)中，肋板相对于 x轴的惯性矩为Hb3 ； 12
两者之比为H，2 b2
前者抗弯刚度明显大于后者。
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空心零件在扭转时出现壁翘曲，引起截面畸变。 增加横向肋板后，畸变几乎消失，端部位移大大减 小。
变形 相同 时材 料消 耗的 比值
b) “∩”形肋板：垂直面和水平面的抗弯刚度都比较高，应用较多。
c) 肋板“W”形布置 ：提机高电水装备平设计面第上四章的4学抗时之弯一 、抗扭刚度；
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d) 采用封闭截面 ：提高了床身的刚度，又能自由排屑 ，铸造较困难
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肋条的作用与肋板相同，一般配置在支承件的内壁 上，以提高壁板的抗弯刚度，减少局部变形。当壁板面 积大于400mm×400mm时，在支承件的内壁上增加肋
l(0.86 ～ 1 5 .3)1 h
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支承件受扭时，截 面a1b1c1d1 相对于 截面a2b2c2d2产生扭 转，使a1与b2,d1与 c2 之间的距离发生 变化，引起截面畸 变。 增加斜向肋板后， 使畸变减小，提高 了抗弯刚度。
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a) “T”形肋板：提高水平面上的抗弯刚度，对垂直面的抗弯和抗扭刚 度提高得不明显。
肋板和肋条作用:使作用于支承件局部的载荷通过它们 传递给其它部分→使整个支承件承受载荷→提高支承 件的自身刚度。
肋板是在支承件两壁之间起连接作用的连接板。 纵向肋板：提高抗弯刚度；
横向肋板：增加抗扭刚度；
斜向肋板：提高抗弯和抗扭刚度作用。
为了有效提高抗弯刚度，纵向肋板应布置 在弯曲平面内。
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1）合理选择支承件的截面形状
无论圆形、方形或矩形，都是空心截面的惯性矩比
实心的大；圆形截面的抗扭刚度比方形的大，抗弯刚度比
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方形的小 ；封闭截面的刚度比不封闭截面的大。
面积均为： 100 cm 2
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2）合理布置肋板和肋条 肋板又称隔板，肋条又称加强肋。
4.2 静力分析
保证支承件具有足够的刚度。
先进行受力和变形分析→由变形及引起有关零部件之间相对运
动误差→合理地进行支承件的结构设计→使其变形控制在允许的误
差范围之内→保证机电装备的工作精度。
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4.2.1 受力和变形分析（以卧式床身为例）
Fz
产生的弯矩使床身在垂直面内 产生弯曲变形，从而使工件产生
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1 基本要求 1）应具有足够的抵抗变形的能力； 2）有良好的动特性，有足够大的抵抗受迫振动和自激振动 的能力； 3）具有良好的热稳定性； 4）应具有良好的结构工艺性，以减少其内应力； 5）加工及装配工艺性好。
条可避免出现薄壁振动现象。
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3）合理开孔和加盖
开孔是工艺上的需要，为了安装机件或清砂，减轻重量及造型 等的需要。窗孔对支承件的刚度的影响取决于它的大小和位置。 φ0/φ为开孔前后扭转角之比，实线表示在前壁上开一孔的情况，虚 线表示前、后壁各开一孔的情况。
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2 提高支承件的连接刚度和局部刚度
连接刚度：支承件在连接处抵抗变形的能力。