02第二章机械系统的总体设计
机械系统的总体方案设计
机械系统的总体方案设计1. 引言机械系统的总体方案设计是将客户需求转化为可行的机械解决方案的过程。
本文档旨在给出一个可行的、具有高效性和可靠性的机械系统总体方案设计。
该方案将涵盖机械系统的各个组成部分，包括机械结构设计、传动系统设计、控制系统设计以及安全性考虑等。
2. 机械结构设计机械结构设计是机械系统总体方案设计的核心部分。
在设计机械结构时，需要考虑以下几个方面：2.1 结构的刚度结构的刚度是指结构在受力时不产生过大的变形。
在设计机械结构时，需要确保结构具有足够的刚度以满足系统的需求。
2.2 结构的轻量化在保证结构刚度的前提下，需要尽可能减小结构的重量，以降低系统的能耗和成本。
2.3 结构的可靠性结构的可靠性是指结构在使用寿命内不发生失效。
在设计机械结构时，需要考虑材料的强度和寿命，以确保结构具有足够的可靠性。
3. 传动系统设计传动系统设计是机械系统总体方案设计中的另一个重要方面。
在设计传动系统时，需要考虑以下几个方面：3.1 传动比的选择传动比的选择直接影响到机械系统的性能。
在选择传动比时，需要考虑机械负载的大小和速度要求，以确保传动系统能够满足系统的需求。
传动效率是指输入功率与输出功率之间的比值。
在设计传动系统时，需要考虑传动效率，以提高机械系统的能效。
3.3 传动方式的选择传动方式有多种选择，包括齿轮传动、皮带传动、链条传动等。
在选择传动方式时，需要考虑传动效率、传动平稳性以及噪音等因素。
4. 控制系统设计控制系统设计是机械系统总体方案设计中的一个重要组成部分。
在设计控制系统时，需要考虑以下几个方面：4.1 控制算法的选择控制算法的选择直接影响到机械系统的控制精度和稳定性。
在选择控制算法时，需要考虑系统的动态响应要求和控制难度等因素。
传感器的选择直接影响到控制系统测量精度。
在选择传感器时，需要考虑测量范围、响应速度以及成本等因素。
4.3 操作界面的设计操作界面是机械系统与操作人员之间的接口。
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。
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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 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
2机械系统设计_总体设计(一).
机械系统总体设计
机械系统总体设计的内容：
1.机械系统功能原理设计; 2.总体布局（各子系统如动力系统、传动系统、 执行系统、操纵和控制系统等之间的相互关系）; 3. 主要技术参数（如尺寸参数、运动参数和动力 参数等）的确定; 4.技术经济分析等。
机械系统总体设计
§2.1 机械系统的功能原理设计 §2.2 结构总体设计
通过形态学矩阵虽然可以得到许多方案，但不是 所有的方案都具有实际意义，也不是所有的功能元 解都能互相匹配和适应。因此，应首先根据不相容 性和设计边界条件的限制删去不可行方案和明显不 理想的方案，选择较好的几个方案，然后通过综合 评价的方法进行比较、优化，最后求得最佳方案。
方法：
相容性矩阵 选择表
4.功能原理设计的步骤
2.形态学矩阵的要点
⑴尽可能多列分功能解法。对复杂机械，先建立各分功能
的形态学矩阵，分别考虑局部方案，再综合为总体方案。
⑵相容性。分功能解法之间必须相容，否则不能组合。审核
其物理学原理上的相容性和动力性能的匹配性。
⑶舍弃明显不合理的解法。检验其技术的可行性、经济性、
运动性能和尺寸的适宜性等方面。不满足设计要求和约束条 件的应舍弃，例：成本偏高、效率低、污染严重、不安全、 加工困难。
输入
驱动 控制
支架 变速 转向 制动
车轮 转 动
输出
输入
待设计的技术系统 输出 （黑箱）
黑箱法
把技术系统看成一个黑箱，其输入和输出用信息流 S、能量流E和物料流M来描述；输出用相应的S′、 E′、M′来描述。
通过“黑箱”与 输入、输出量及周 围环境的信息联系， 了解系统（产品） 的功能、特性，进 一步探索出系统的 机理和结构，逐步 使“黑箱”透亮，
第2章机械系统总体设计
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2.1.2 功能原理设计及其特点
剪草机功能原理设计
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2.1.2 功能原理设计及其特点
玻璃制作的功能原理设计
1）垂直引上法（传统方法），此法是把半流体的玻璃从熔 池中不断向上引，开始时通过轧辊控制厚度，然后边向上引边凝 固。这样加工出来的玻璃表面总是有波纹，且厚度不匀。 2）浮法制造平面玻璃的新工艺，让液态玻璃飘浮在低熔点 金属的液面上，边向前流动边凝固。用此方法生产出来的玻璃克 服了厚薄不均且有波纹的缺点。
例如，联接两个轴的离合器，其联接方式可以是牙嵌式的、齿形式 的、摩擦锥式的、单片或多片摩擦片式、超越离合器式和电磁离合 器式等。又如对摩擦式的联接，其压力产生又可以是机械式的、液 压式的和电动式的3．联想类推法 该法是通过启发、类比、联想、综合等创造出新的想法来 解决问题。主要有以下几种方法
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创新设计方法的应用（补充内容）
仿生机器鱼
游 动 方 向 波 动 方 向
推 进 部 分
推 进 部 分
推 进 部 分
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创新设计方法的应用（补充内容）
4．系统搜索法（2种） 对于技术系统，可以根据其组成或影响性能的全部参数，系统 地依次分析搜索，以探求更多的解决问题途径。这种方法称为系统 搜索法。 如果产品是功能和动作都要求复杂的机械系统，还有两种具 体指导设计人员进行创新设计的方法。 (1)机构系统搜寻法 针对设计要求，首先系统地找出各种可能的 机构，然后进行评价择优。（并联机构）
机械系统设计 第二章 机械系统总体设计
本章学习重点
功能原理设计 机械系统总体设计 结构总体设计
功能原理设计的方法：黑箱法 ( 功能结构、功能分解、功能元) 结构总体设计的任务、原则、步骤、基本原理
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
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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。
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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。
第二章 总体设计讲解
它摆脱了具体设计对象，而按系统(产品)的功能和 对三大流进行定性描述来进行思考，使问题简化，以利 于启发设计人员构思出更新、更好的功能原理方案来。
黑箱
黑箱法示意图
2.1 功能原理设计概述
功能原理设计又称为概念设计阶段，资料表明，产 品全生命周期内70～80％的成本由功能原理设计阶段决 定。
功能原理设计是发散－收敛过程。从功能分析入手， 通过创新构思探求多种方案，然后经技术经济评价，优 选得到最佳方案。
功能原理设计的内容
功能设计：
功能的抽象、表达、分解和推理。
显然，选择剪断是较合理的方案，并且将剪刀做成 像理发推子那样，这就是传统的剪草机的解法原理。
功能原理设计举例
——设计草坪剪草机（2）
鞭子断纸
绳子割草
功能原理设计特点
1) 功能原理方案设计就是针对某一确定的功能要求，构 思并求得能实现功能目标的新的解法原理。
2) 功能原理设计要求设计人员有一种新想法、新构思。 3) 功能原理设计使所设计的系统发生质的变化。
指各种物理量(如位移、速度、力)的放 大和缩小等
包括能量流、物料流、信息流的结合或 分离（置变 化。如离合器、开关、阀门等。
体现三大流在一定时间范围内保存的功 能，如弹簧、电池、录音带、光盘等的 贮存。
功能元（分功能）的求解
功能元的求解方法主要有： 1) 参考有关资料、专刊或产品求解法； 2) 利用各种创造性方法以开阔思想去探讨求解法； 3) 利用设计目录求解法。
2.1.5 设计目录
定义：
设计目录是一种设计信息的载体，是一定设计任 务或分功能的已知解或经过考验的解的汇编，它通过 对设计过程中所需的大量信息有规律地加以分类、排 序、存储，以便设计者查找和使用。
机械系统总体设计
机械系统总体设计概述机械系统总体设计是在机械工程领域中的一个重要环节。
它涉及到对机械系统进行整体的布局、结构设计、运动学分析等方面的工作。
机械系统总体设计旨在将机械系统的各个组成部分有机地结合起来，确保系统能够正常运行并满足设计要求。
在总体设计的过程中，需要考虑到系统的功能需求、工作环境、操作要求和安全性等多个方面因素。
设计步骤1. 功能需求分析在进行机械系统总体设计之前，首先需要明确系统的功能需求。
这包括对系统的基本功能和性能指标进行分析和界定。
通过与用户和其他相关部门进行沟通，确定系统的功能需求，以确保设计的一致性和满足用户的期望。
2. 基本布局设计基本布局设计是机械系统总体设计的关键步骤。
在这一步骤中，需要确定机械系统各个组成部分的相对位置和排布方式。
通过合理的布局设计，可以达到最佳的系统性能和功能实现效果。
在基本布局设计中，需要考虑以下因素： - 机构组成：确定机械系统的各个机构组成，包括传动、驱动、支撑等。
- 空间尺寸：确定系统所需的空间尺寸和体积，确保系统可安置在给定的空间范围内。
- 连接方式：确定组成部分之间的连接方式，包括焊接、螺栓连接等。
- 便利性：考虑到系统的维修和保养方便性，合理安排各个组件的位置。
3. 结构设计结构设计是机械系统总体设计的核心环节。
在结构设计过程中，需要确定机械系统每个组成部分的具体结构和形状。
设计师需要考虑到系统的应力、振动、稳定性等问题，以确保系统的可靠性和安全性。
结构设计中的关键步骤包括： - 材料选择：根据系统的功能需求和使用环境，选择适当的材料，以满足系统的强度和刚度要求。
- 结构分析：运用力学原理，进行系统的结构分析，确保系统在受力状态下不会发生破坏或变形。
- 零件设计：对机械系统的每个零件进行具体的设计，包括外形、尺寸和加工要求等。
4. 运动学分析运动学分析是机械系统总体设计中的重要环节。
通过运动学分析，可以理解机械系统各个组成部分的运动规律，为系统的控制和调试提供依据。
第二章机械系统的总体设计
性能
3）社会评价目标 方案实施的社会影响、市场效应、节能、环保、可持续发展等
选择主要的要求和约束条件作为实际评价目标。 6~8项
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2.加权系数
2.5.1 评价目标
加权系数是反映目标重要程度的量化系数，加权系数大 意味着重要程度高。 加权系数值一般经验确定或采用强制判定法（Forced
Decision，简称FD）计算。
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陶瓷桶 超声波
分功能
功能解
A
B C
盛装衣物
分离赃物 控制洗剂
铝桶
机械摩擦 人工控制
塑料桶
电磁振荡 机械控制
玻璃钢桶
热胀 电脑自控
陶瓷桶
超声波
A1-B1-C1 A1-B1-C2 A2-B3-C1 A1-B2-C2 热胀增压式
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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
故组合方案数=3×3×2×3×1×2×4×3×4=5184。
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第五节 机械系统方案的评价
系统评价时应考虑的因素很多，既有客观因素，
又有主观因素。
功能、性能指标、可靠 性、成本、寿命及人类 工程学等
评价人员的经验及其 评价角度
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在进行系统评价时，遵循的原则 1.客观性原则 2.可比性原则 3.合理性原则 4.整体性原则
皮带传动
圆锥形制动
轨道—车轮
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第四步：寻找原理解法和原理解组合
序 号 分功能 1 A B C D E F G H I 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 油泵 闸瓦制动 齿轮式 轮胎 链传动 片式制动 液压—齿轮 迈步式 轨道—车轮 皮带传动 圆锥形制动 技术物理解方案序号 2 钢丝绳 反铲斗 绳索 外齿轮传动 液轮 3 油缸 抓斗 4
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；
机械系统的总体方案设计
机械系统的总体方案设计一、方案设计的基本原则1.安全性原则：要确保设计的机械系统在使用过程中不会对人员和设备造成伤害。
2.可靠性原则：要确保设计的机械系统能够稳定运行，具有良好的使用寿命和维修维护性能。
3.经济性原则：要充分考虑制造成本、购买成本、运行成本以及后期维护和升级等因素。
二、方案设计的步骤1.了解用户需求：通过与用户沟通，了解用户对机械系统的功能、性能、外观和使用要求等方面的需求。
可以通过需求调研和用户访谈等方式收集信息。
2.系统分析：在了解用户需求的基础上，对机械系统进行综合分析，包括系统的工作原理、基本构成部分和各个部分之间的关系等。
可以使用形式化分析方法如功能分解与组合、失效模式与影响分析等。
3.确定设计目标：根据用户需求和系统分析结果，制定出机械系统总体设计的目标和约束条件。
目标可以关注系统的性能指标、功能实现等方面。
4.建立系统模型：根据设计目标，利用计算机辅助设计软件或建立物理模型等方法，对机械系统进行模拟和仿真分析。
包括结构分析、运动学分析、动力学分析等。
5.方案设计：通过在系统模型基础上的分析、优化和创新，制定出一个能够满足设计目标和约束条件的总体设计方案。
包括机械结构的设计、驱动系统的设计、控制系统的设计等。
6.方案评估：对设计方案进行评估，主要包括机械系统的性能、成本、安全性等方面。
可以通过实验验证、数值模拟和仿真等方法进行评估。
7.优化改进：根据评估结果，对设计方案进行优化改进。
可以采用机器学习、遗传算法等方法进行优化和改进。
三、方案设计的关键问题1.结构设计：机械系统的结构设计是指确定系统各个部件的类型、数量和布局。
需要综合考虑系统的强度、刚度、重量和成本等因素，避免出现单点故障和过度设计的问题。
2.驱动系统设计：机械系统的驱动系统设计是指选择合适的驱动装置，以满足系统的运动和力学要求。
需要考虑到驱动能力、精度和反应速度等因素。
3.控制系统设计：机械系统的控制系统设计是指选择合适的控制方法和控制器，以实现系统的自动化控制。
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2.设计任务的来源
（1）指令性设计任务（政府和军队等部门下达的）
（2）来自市场的设计任务（用户根据自己的需要提出的）
（3）考虑前瞻的预研设计任务（根据市场的发展动向） 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，合理而先进”
详细：针对具体设计项目尽可能列出全部设计要求，特别 是不要遗漏重要的设计要求。 明确：对设计要求尽可能定量化。 合理：对设计要求提得适度，实事求是。 先进：与国内外同类产品相比，在产品功能、技术性能、 经济指标方面都有先进性。
在所有的机械设计中75％的机械是已经设计过的， 有样机可供参考，有25％的机械是未曾设计过的，无 样机参考。从有无样机可供参考的角度，机械设计可 分为三类：开发性设计、变型设计和仿型设计。
1. 开发性设计（New Product Design） 在工作原理、结构等完全未知的情况下，应用成熟 的科学技术或经过试验证明是可行的新技术，设计过 去没有过的新型机械。这是一种完全创新的设计。世 界上第一台电话的设计就属于完全创新设计。 2. 变型设计（Improving Design） 有同类产品可供参考，原理和结构完全已知。原理 不变，为适应用户某些新的要求，或克服产品市场调 查所反映的缺点，所进行的发展性设计。在结构设计 或造型设计方面有创新，可获得实用新型专利或外观 设计专利。
02第二章机械系统的总 体设计
2020年5月25日星期一
本章内容： 1.机械系统总体设计的基本步骤和形成的技术文件； 2.设计任务的形成与确定； 3.机械系统的功能描述、功能分解与求解； 4.机械系统总体方案设计和求解； 5.机械系统方案的评价原则和方法； 6.机械系统的结构方案和总体布局设计； 7.机械系统的主要技术参数、技术指标和总体设计图要求。
机构构型 结构构型
方案评价
技术冲突解决原理 （TRIZ理论）
系统的总功能
二、机械系统的功能及指标分解
1.系统功能的描述
主功能－物料的输入、转换与输出功能（物料流）
动力功能－能量传递与变换功能（能量流）
控制功能－信息传递与控制功能（信息流）
结构功能
主功能－直接实现系统目的，表明了系统的主要特征和功能； 动力功能－为系统提供必要的能量； 控制功能－包括信息检测、处理和控制，是使系统正常运行， 达到精确、可靠、节能、协调所必需的； 结构功能－系统各要素组合起来，进行空间配置、形成一个统 一的整体，并保证系统工作中的强度和刚度。
（2）产品设计要求 对整机而言，通用的主要要求如下：
产品功能要求；（V=F/C） 适应性要求；（产品的适应范围） 性能要求；（产品的技术特征） 生产能力要求；（产品的重要技术指标） 制造工艺要求； 可靠性要求； 使用寿命要求； 人机工程要求； 安全性要求
（3）设计任务书的格式
“明细表或合同书”等方式表达
保证人身、设备安全（漏电保护功能、洗涤过程异常时的 自动报警功能等）
作业
查阅有关书籍或利用网上资源，自己交上一份有关 某机械产品的设计任务书，手写或打印都可以！
不允许有重复！
下周二（9月7日）上课前交上来！
任务 功能综合
原理综合 构型综合 确定方案
功能分析 功能分解 功能分类
创新技法 形态矩阵 冲突矩阵 解法目录 资源利用
本章重点： 1.机械系统总体设计的技术文件； 2.机械系统的功能分解与求解； 3.机械系统总体方案设计和求解；
本章难点： 1.机械系统的功能分解与求解； 2.机械系统的方案求解（形态学矩阵）； 3. 机械系统方案的评价方法（模糊评价法）。
机械系统设计的第一个环节是总体设计， 它是产品设计的关键，对产品的技术性能，经 济指标，外观造型等具有决定性意义。
机械系统总体设计的主要内容包括：
1.系统的原理方案的构思 2.结构方案设计 3.总体布局与环境设计 4.主要参数及技术指标的确定 5.总体方案的评价与决策
在总体设计过程中，应逐步形成下列技术文件： 系统工作原理简图；主要部件的工作原理图； 方案评价报告；总体设计报告；系统总体布置图。
一、设计任务的形成与确定
编号 设计单位 主要设计人员
1
功能
2
适应性
3
性能
4
洗涤能力
5
可靠度
6
使用寿命
7
经济成本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8
人机工程
9
安全性
名称
微电脑全自动洗衣机
起止时间
设计费用
设计要 求
主要功能:洗涤脏衣服; 辅助功能:毛衣物上的毛绒过滤等。
洗涤对象:普通衣物;毛毯、牛仔服；羊毛、丝绸等。 入口水压：0.1~0.6MPa 环境：远离热源、振动等，要有水源、电源
例2-1 更换普通自行车的传动系统，并改变部分结构后 开发的变速赛车；发动机作四缸、六缸、直列、V形等 改型设计。 多数产品属于变型设计。随着技术水平的提高和市场 需求的变化，应掌握产品生命周期的特征，适时地对 老产品进行改进。 3. 仿型设计（Selecting Design） 它是指有同类产品可供参考，原理和结构完全或部分 已知。原理、结构和性能一般不变，只作工艺性变化 ，以适应本企业的生产特点和技术装备要求。通常采 用反求设计（Reverse Design）方法。
(污)衣物 净水 洗涤剂
主功能
(动洗力涤功衣能物)
(净)衣物 脏水
动力功能
控制功能
驱损 动耗 能能
洗涤方式 输入
洗涤过程 显示
结构
2.系统的原理方案总体分析 例1：制造一个零件 采用切削加工；采用挤压成型；采用激光烧结快速成型
1.设计任务的类型 （1）开发性设计
创新
“零”
“原型”的创新开发
（2）适应性设计
在原理方案基本保持不变的前提下，对产品作局部的变更或 设计一个新部件，使产品在质和量方面更能满足使用要求。
（3）变型设计
在工作原理和功能结构都不变的情况下，变更现有产品的结 构配置和尺寸，使之适应于更多的量的要求。
课堂作业：对于三种设计任务的类型举例说明。
动力：额定输入功率400W左右。 外形尺寸：小于550mmX550mmX900mm 整机质量：小于30kg
额定洗涤、脱水容量：3.8kg（干衣）
整机可靠度要求达到99.9%以上。
一次性使用寿命5年，多次性维修使用寿命10年
700元左右（含材料、设计、制作加工、管理费用）
操作方便（面板式操作，全自动控制洗涤过程，可简单编 程）；显示清晰；造型美观