机械系统设计.pptx
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机械系统设计 ppt课件
（1）分析与确定系统的目的和要求 （2）模型化 （3）系统最优化 （4）系统评价
（5）体积和重量：尺寸、重量、功率质量比等；
（6）经济性：设计和制造的经济型、使用和维修 的经济性等；
PPT课件
8
（7）环境保护：噪声、振动、防尘、防毒、“三废”
的排放和治理、周围人员和设备的安全保护；
（8）产品造型：外观、色彩、装饰、形体及比例、人 -机-环境的协调等；
（9）其它：一些特殊机械的的特殊要求。
形符号、名词术语等。
我国标准分国家标准、专业标准、企业标准三级。根据 标准性质又分强制标准和推荐性标准。
国际标准化组织ISO 国际电工委员会IEC
PPT课件
22
3.采用新技术
设计是要善于学习和掌握使用各种新工
艺、新结构、新材料，提高产品的性能和经 济性。
4.改善零部件结构工艺性
零件结构工艺性包括锻造、铸造、冲压、焊 接、热处理、切削、装配等工艺性，良好的 工艺性时间少加工工时、提高生产率、缩短 生产周期、降低材料消耗和制造成本的前提， 也是实现设计目标、减少差错、提高产品质 量的基本保证
3
二、 机械系统的组成
机械系统的定义： 由若干机构、部件、零件组成的系统
机械系统----内部系统 人和环境----外部系统 机械系统的组成： 动力系统、传动系统、执行系统、操控系统
PPT课件
4
（一）动力系统
机械系统的动力源
一次动力----把自然界的能源转变为机械能的机械， 如内燃机、汽轮机、燃气轮机等。
二次动力----把二次能源（电能、液能、气能）转变
为机械能的机械，如电动机、液压马达、气动马达 等。
选择动力机应考虑能源条件、执行机械特性，机械
（5）体积和重量：尺寸、重量、功率质量比等；
（6）经济性：设计和制造的经济型、使用和维修 的经济性等；
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8
（7）环境保护：噪声、振动、防尘、防毒、“三废”
的排放和治理、周围人员和设备的安全保护；
（8）产品造型：外观、色彩、装饰、形体及比例、人 -机-环境的协调等；
（9）其它：一些特殊机械的的特殊要求。
形符号、名词术语等。
我国标准分国家标准、专业标准、企业标准三级。根据 标准性质又分强制标准和推荐性标准。
国际标准化组织ISO 国际电工委员会IEC
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3.采用新技术
设计是要善于学习和掌握使用各种新工
艺、新结构、新材料，提高产品的性能和经 济性。
4.改善零部件结构工艺性
零件结构工艺性包括锻造、铸造、冲压、焊 接、热处理、切削、装配等工艺性，良好的 工艺性时间少加工工时、提高生产率、缩短 生产周期、降低材料消耗和制造成本的前提， 也是实现设计目标、减少差错、提高产品质 量的基本保证
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二、 机械系统的组成
机械系统的定义： 由若干机构、部件、零件组成的系统
机械系统----内部系统 人和环境----外部系统 机械系统的组成： 动力系统、传动系统、执行系统、操控系统
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4
（一）动力系统
机械系统的动力源
一次动力----把自然界的能源转变为机械能的机械， 如内燃机、汽轮机、燃气轮机等。
二次动力----把二次能源（电能、液能、气能）转变
为机械能的机械，如电动机、液压马达、气动马达 等。
选择动力机应考虑能源条件、执行机械特性，机械
《机械系统设计》课件
《机械系统设计》课件
contents
目录
• 机械系统概述 • 机械系统设计基础 • 机械系统中的常用机构 • 机械系统中的传动装置 • 机械系统中的控制系统 • 机械系统设计实例分析
01
机械系统概述
机械系统的定义与分类
总结词
机械系统是由若干相互联系、相互作用的零部件，按照一定的规律和要求组成的整体，具有特定的功能和运动形 式。根据不同的分类标准，机械系统可以分为多种类型。
制器。
调节器
根据反馈信号和设定值 ，调整控制信号，使系
统输出达到设定值。
控制系统的设计方法
解析法
实验法
通过建立数学模型，分析系统的稳定性、 响应速度和误差等性能指标，设计控制器 和调节器。
通过实验测试系统的性能指标，调整控制 器和调节器参数，以达到最优性能。
仿真法
人工智能法
通过建立系统仿真模型，模拟系统的动态 特性和性能指标，优化控制器和调节器参 数。
详细描述
在机械系统的设计过程中，应充分考虑用户需求和使用条件，确保系统具有完善的功能 和性能。同时，要注重优化系统结构，简化设计，降低制造成本和维护成本。此外，还 要保证系统的安全性和可靠性，防止意外事故的发生。最后，要注重系统的经济实用性
，为用户提供性价比高的机械系统。
02
机械系统设计基础
机械系统设计的基本流程
凸轮机构
总结词
实现精确的运动规律控制
详细描述
凸轮机构由凸轮和从动件组成，通过凸轮的旋转运动，可以精确控制从动件的位 移、速度和加速度等运动规律，广泛应用于自动化生产线、仪器仪表和轻工等领 域。
齿轮机构
总结词
实现高效的动力传递和运动转换
详细描述
contents
目录
• 机械系统概述 • 机械系统设计基础 • 机械系统中的常用机构 • 机械系统中的传动装置 • 机械系统中的控制系统 • 机械系统设计实例分析
01
机械系统概述
机械系统的定义与分类
总结词
机械系统是由若干相互联系、相互作用的零部件，按照一定的规律和要求组成的整体，具有特定的功能和运动形 式。根据不同的分类标准，机械系统可以分为多种类型。
制器。
调节器
根据反馈信号和设定值 ，调整控制信号，使系
统输出达到设定值。
控制系统的设计方法
解析法
实验法
通过建立数学模型，分析系统的稳定性、 响应速度和误差等性能指标，设计控制器 和调节器。
通过实验测试系统的性能指标，调整控制 器和调节器参数，以达到最优性能。
仿真法
人工智能法
通过建立系统仿真模型，模拟系统的动态 特性和性能指标，优化控制器和调节器参 数。
详细描述
在机械系统的设计过程中，应充分考虑用户需求和使用条件，确保系统具有完善的功能 和性能。同时，要注重优化系统结构，简化设计，降低制造成本和维护成本。此外，还 要保证系统的安全性和可靠性，防止意外事故的发生。最后，要注重系统的经济实用性
，为用户提供性价比高的机械系统。
02
机械系统设计基础
机械系统设计的基本流程
凸轮机构
总结词
实现精确的运动规律控制
详细描述
凸轮机构由凸轮和从动件组成，通过凸轮的旋转运动，可以精确控制从动件的位 移、速度和加速度等运动规律，广泛应用于自动化生产线、仪器仪表和轻工等领 域。
齿轮机构
总结词
实现高效的动力传递和运动转换
详细描述
第一章绪论机械系统设计PPT课件
工程的方法对合格的零部件进行科学组合、合理匹配的结果） 6）面对市场和考虑企业自身发展；
30
一、机械系统设计的任务及设计类型
机械系统设计的分类大致可以分为三类： 1) 完全创新设计 2) 适应性设计 （适应新要求） （继承设计） 3) 变异性设计 （适应某方面有所变更的要求）（变型设计）
完全创新设计：所设计的产品是过去从没有过的全新产品。此类 设计的特点是只知道新产品的功用，但对确保实现该功能应采用 的工作原理及结构等问题完全未知，没有任何参考资料。
3
学习目的
1）从系统的角度认识机械系统并开展机械系统的总体设计； 2）引入现代设计方法和理论的基本概念； 3）掌握机械系统中典型子系统的分类、组成、设计方法； 4）掌握利用以前学到的关于机械系统设计有关的基础知识，根据 特定的功能来设计机械系统，这是这门课的核心内容； 5）明确如何判定一个设计方案是否是优秀的方案的原则。
汽车中的机械系统
18
四、机械系统的地位与作用（机器人）
机器人中的机械系统
机器人设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设 计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。
下面以工业机器人为例，介绍机器人的一般组成、各部分作用以 及机械手的一般结构。
19
哈工大爬壁机器人
18世纪瑞士 的写字偶人
“落后的高质量的产品”
6
机械学/机械学的主要任务/机械学的研究对象
机械学是对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基 础技术科学。
机械学的主要任务：把各种知识、信息注入到设计中，加工 成机械制造系统能接受的信息，并加工出合乎设计要求的产品的 过程。
机械学的研究对象： 1) 机械工程中图形的表示原理和方法 2) 机械运动中的运动和力的变换与传递规律 3) 机械零件与构件中的应力、应变和机械的失效 4) 机械中的摩擦行为 5) 设计过程中的思维活动规律及其设计手段 6) 机械系统与人、环境的相互影响等
30
一、机械系统设计的任务及设计类型
机械系统设计的分类大致可以分为三类： 1) 完全创新设计 2) 适应性设计 （适应新要求） （继承设计） 3) 变异性设计 （适应某方面有所变更的要求）（变型设计）
完全创新设计：所设计的产品是过去从没有过的全新产品。此类 设计的特点是只知道新产品的功用，但对确保实现该功能应采用 的工作原理及结构等问题完全未知，没有任何参考资料。
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学习目的
1）从系统的角度认识机械系统并开展机械系统的总体设计； 2）引入现代设计方法和理论的基本概念； 3）掌握机械系统中典型子系统的分类、组成、设计方法； 4）掌握利用以前学到的关于机械系统设计有关的基础知识，根据 特定的功能来设计机械系统，这是这门课的核心内容； 5）明确如何判定一个设计方案是否是优秀的方案的原则。
汽车中的机械系统
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四、机械系统的地位与作用（机器人）
机器人中的机械系统
机器人设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设 计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。
下面以工业机器人为例，介绍机器人的一般组成、各部分作用以 及机械手的一般结构。
19
哈工大爬壁机器人
18世纪瑞士 的写字偶人
“落后的高质量的产品”
6
机械学/机械学的主要任务/机械学的研究对象
机械学是对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基 础技术科学。
机械学的主要任务：把各种知识、信息注入到设计中，加工 成机械制造系统能接受的信息，并加工出合乎设计要求的产品的 过程。
机械学的研究对象： 1) 机械工程中图形的表示原理和方法 2) 机械运动中的运动和力的变换与传递规律 3) 机械零件与构件中的应力、应变和机械的失效 4) 机械中的摩擦行为 5) 设计过程中的思维活动规律及其设计手段 6) 机械系统与人、环境的相互影响等
机械系统设计_PPT课件
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。
第三节 导向机构
在机电一体化机械系统中，导向支撑部件 的作用是支撑和限制运动部件能按给定的 运动要求和运动方向运动，这样的部件通 常称为导轨副，简称导轨。
一、导轨的组成、分类及特点
导轨主要由两部分组成：在工作时一部分固 定不动，称为支承导轨；另一部分相对支承 导轨作直线或回转运动，称为动导轨。
六、滚珠丝杠副传动机构
滚珠丝杠是一种新型螺旋传动机构， 具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中 间传动元件——滚珠。主要用来将旋 转运动变换为直线运动或将直线运动 变换为旋转运动
❖ 滚珠丝杠副的结构类型可从螺纹滚道的界 面形状、滚珠的循环方式和消除轴向间隙 的调整方法进行区别
单圆弧型和双圆弧型
R (a)
β
ee
R
rbቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(b)
内循环和外循环
内循环方式的滚珠在循环过程 中始终与丝杠表面保持接触内 循环方式的优点是滚珠循环的 回路短，流畅性好，效率高螺 母的尺寸也较小。缺点是反向 器加工困难，装配调整也不方 便
➢ 外循环
滚珠在循环返 回时，离开丝 杠螺纹滚道， 在螺母或体外 作循环运动
螺旋槽式的特点是工艺简单、径向尺寸 小、易于制造，但是挡珠器刚性差，易 磨损
提高传动精度的结构措施
提高传动精度的结构措施有： (1)适当提高零部件本身的精度； (2)合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度 的影响 〔3)采用消隙机构．以减少或消除空程。 合理设计传动链方法 (1)合理选择传动型式 (2)合理确定级数和分配各级传动比 (3)合理布置传动链
第二节 机械传动装置
第三节 导向机构
在机电一体化机械系统中，导向支撑部件 的作用是支撑和限制运动部件能按给定的 运动要求和运动方向运动，这样的部件通 常称为导轨副，简称导轨。
一、导轨的组成、分类及特点
导轨主要由两部分组成：在工作时一部分固 定不动，称为支承导轨；另一部分相对支承 导轨作直线或回转运动，称为动导轨。
六、滚珠丝杠副传动机构
滚珠丝杠是一种新型螺旋传动机构， 具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中 间传动元件——滚珠。主要用来将旋 转运动变换为直线运动或将直线运动 变换为旋转运动
❖ 滚珠丝杠副的结构类型可从螺纹滚道的界 面形状、滚珠的循环方式和消除轴向间隙 的调整方法进行区别
单圆弧型和双圆弧型
R (a)
β
ee
R
rbቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(b)
内循环和外循环
内循环方式的滚珠在循环过程 中始终与丝杠表面保持接触内 循环方式的优点是滚珠循环的 回路短，流畅性好，效率高螺 母的尺寸也较小。缺点是反向 器加工困难，装配调整也不方 便
➢ 外循环
滚珠在循环返 回时，离开丝 杠螺纹滚道， 在螺母或体外 作循环运动
螺旋槽式的特点是工艺简单、径向尺寸 小、易于制造，但是挡珠器刚性差，易 磨损
提高传动精度的结构措施
提高传动精度的结构措施有： (1)适当提高零部件本身的精度； (2)合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度 的影响 〔3)采用消隙机构．以减少或消除空程。 合理设计传动链方法 (1)合理选择传动型式 (2)合理确定级数和分配各级传动比 (3)合理布置传动链
第二节 机械传动装置
《机械系统设计》 (2)幻灯片
2)高速化
3)小型化、轻量化
传动机构及其功能（▲：为选择）
2.1.2 丝杠螺母机构
丝杠螺母机构又称螺旋传动机构,用来将旋转运动变换为直线运 动或将直线运动变换为旋转运动。 ✓ 传递能量为主螺旋传动机构的(如螺旋压力机、千斤顶等) ✓ 传递运动为主的螺旋传动机构(如工作台的进给丝杠) ✓ 调整零件之间相对位置的螺旋传动机构
《机械系统设计》 (2)幻灯 片
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2.0 机械部件的选择与设计—绪论
机械系统组成： ➢减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部 件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件 ➢导向支承部件 ➢旋转支承部件 ➢轴系及架体
丝杠螺母机构分为:
滑动摩擦机构和滚动摩擦机构。
滑动丝杠螺母机构结 构简单、加工方便、 制造成本低、具有自 锁功能，但其摩擦阻 力矩大、传动效率低 (30％～40％)。
滚珠丝杠螺母机构 虽然结构复杂、制 造成本高，但其最 大优点是摩螺母固定、丝杆转动并移动 2)丝杆转动、螺母移动 3)螺母转动、丝杆移动 4)丝杆固定、螺母转动并移动 5)差动传动方式
为确保机械系统的传动精度和工作稳定性要求：
➢无间隙 ➢低摩擦 ➢低惯量
➢高刚度 ➢高谐振频率 ➢适当的阻尼比
➢采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部 件
➢缩短传动链，提高传动与支承刚度
➢选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、 减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯 量，尽可能提高加速能力。
➢缩小反向死区误差
尺 寸 系 列 ， 国 际 标 准 化 组 织 (ISO ／ DIS3408-2-1991)和GB/T 17587.2-1998中 规定：
机械系统设计第2章机械系统的方案设计与总体设计.pptx
例如： 化学能
热能
机械能
内燃机能量流
包装物件 包装容器
包装机械 包装机械物料流
包装后成品
光强信号
照相机
光圈电机信号
图像信号
调整电机控制信号
傻瓜照相机信息流
在一些较复杂的机械系统中，能量流、物料流和信息流都 存在，如自走式合物联合收获机。
从这个意义上讲，机械系统可抽象为：实现输入的能量、物
料、信息和输出的能量、物料、信息转化的函数关系的机械装置。
三、确定工艺原理（“黑箱”变成“玻璃箱”）
表示机械系统的“黑箱”建立以后，打开“黑箱”， 实现 “黑箱”的透明化就成为了主要工作。
确定“黑箱”作业对象（物料、能量、信息）转化的工艺原 理，是打开“黑箱”的先决条件。
所谓工艺原理是指自然科学中各种定理、定律、原理及效 应的具体应用。
对于作业对象的一种转化，可以采用不同的工艺原理。
决策论
原
理
功能载体组合
模糊数学
方
功能原理方案(多个)
案
设
原理试验
计
评价决策
最优原理方案
原理参数表、方案原理图
阶 段
步骤
总体设计
结构设计
造型设计
技 结构价值分析
造型价值分析
结构方案(多个) 外观方案(多个)
术
试验
试验模型
设
评价决策
评价决策
最优结构方案 最优造型方案
计
最优技术设计方案
总体布置图、装配 总体效果图、
第二章 机械系统的方案设计与总体设计
第一节 机械系统的方案设计
看课本P16表1-1
计划
研究计划书、设计任务书 调查初研步究设计、方案设计
第2章-机械系统设计(8机座和机架)PPT课件
一、机座或机架的作用及基本要求
作用：它既承受其它零部件的重量和工作载荷．又 起保证各零部件相对位置的基准。
分类 机座类——各种机床的床身 底座类——电动绞车的底座 箱体类——减速器的箱体、车床床头箱的箱体
.
3
2 机械系统设计—机座和机架
结构形状
.
4
2 机械系统设计—机座和机架
.
5
2 机械系统设计—机座和机架
2、机座和箱体受到弯曲或扭转载荷时，截面形状对 于它们的强度和刚度有着很大的影响。
3、正确设计机座和箱体的截面形状，在既不增大截 面面积，又不增大零件质量的条件下，来增大截面系 数及截面的惯性距，从而提高它们的刚度和强度。
2 机械系统设计—机座和机架
机座的典型结构
(1)方形截面机座 结构简单，制造方便，箱体内有较 大的空间来安放其它部件；但刚度稍差，宜用于载荷
任何机械都会发生不同程度的振动。动力、锻压一类机械 尤其严重。即使是旋转机械，也常因轴系的质量不平衡等多种 原因而引起振动。机械设备的振动频率一般约在10~100Hz范围。
由于外界因素的干扰，一般生产车间地基的振动频率约为 2~60Hz，振幅约为1~20μm。
隔振的目的就是要尽量隔离和减轻振动波的传递。常用的方 法是在机器或仪器的底座与基础之间设置弹性零件，通常称为 隔振器或隔振垫，使振波的传递很快衰减。
.
22
机体的结构工艺性
1、减小加工面积； 2、加工表面与非加工表面要区分开； 3、被加工面在同一平面内。
机架零件的结构设计
一、机体的结构形式（以减速器为例）
剖分式：装拆方便，但结构复杂
整体式：刚度高，结构简单，装拆不方便
机体的几何造型
1、从工业美学角度考虑； 2、方型箱体，内六角螺钉、内凸缘、内筋板。
作用：它既承受其它零部件的重量和工作载荷．又 起保证各零部件相对位置的基准。
分类 机座类——各种机床的床身 底座类——电动绞车的底座 箱体类——减速器的箱体、车床床头箱的箱体
.
3
2 机械系统设计—机座和机架
结构形状
.
4
2 机械系统设计—机座和机架
.
5
2 机械系统设计—机座和机架
2、机座和箱体受到弯曲或扭转载荷时，截面形状对 于它们的强度和刚度有着很大的影响。
3、正确设计机座和箱体的截面形状，在既不增大截 面面积，又不增大零件质量的条件下，来增大截面系 数及截面的惯性距，从而提高它们的刚度和强度。
2 机械系统设计—机座和机架
机座的典型结构
(1)方形截面机座 结构简单，制造方便，箱体内有较 大的空间来安放其它部件；但刚度稍差，宜用于载荷
任何机械都会发生不同程度的振动。动力、锻压一类机械 尤其严重。即使是旋转机械，也常因轴系的质量不平衡等多种 原因而引起振动。机械设备的振动频率一般约在10~100Hz范围。
由于外界因素的干扰，一般生产车间地基的振动频率约为 2~60Hz，振幅约为1~20μm。
隔振的目的就是要尽量隔离和减轻振动波的传递。常用的方 法是在机器或仪器的底座与基础之间设置弹性零件，通常称为 隔振器或隔振垫，使振波的传递很快衰减。
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机体的结构工艺性
1、减小加工面积； 2、加工表面与非加工表面要区分开； 3、被加工面在同一平面内。
机架零件的结构设计
一、机体的结构形式（以减速器为例）
剖分式：装拆方便，但结构复杂
整体式：刚度高，结构简单，装拆不方便
机体的几何造型
1、从工业美学角度考虑； 2、方型箱体，内六角螺钉、内凸缘、内筋板。
机械系统设计概述(ppt 41页)
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1.1.2 机械系统
传动系统的作用是把动力系统提供的动力和运动传递给
执行系统。
功能
增速或减速 变速 改变运动规律 或形式 传递动力
16
1.1.2 机械系统
执行系统位于机械系统末端，直接与作业对象接触。
执行末端件： 11—可换夹爪
手爪平行开闭式机械手结构示意图 组成及运动关系
执行机构： 1、8—滑动齿条 9—滑动齿条导轨
2. 机械系统设计的特点
1) 特别强调系统的观点 不只考虑各零部件的工作状态和性能，
不能追求局部的最好，而应该在满足系 统整体工作状态和性能最好的前提下， 确定各零部件的基本要求及它们之间协
2) 机械系统与外部环境相互调和的统作一用。和影响
a. 外部环境对机械系统的作用和影响 b. 机械系统对外部环境的作用和影响
2. 系统技术设计
1）总体设计
分析和确定系统目的与要求，选择工作原理、设 计总体方案，对可行的各候选方案进行分析比较， 确定最佳系统方案，并进行总体布置设计，必要 时可进行前期试验。
2）技术设计
分系统进行子系统的选型和设计，计算和确定 主要尺寸，绘制部件装配图和总图，必要时进 行中期试验
3）工作图设计
24
1.2.1 机械系统设计的基本思想与特点
1. 机械系统设计的基本思想
卡诺
《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》
机械系统 (热机) 设计时，不应追求局部最优 (燃料的经济 性) ，而应该追求整体的最优 (燃料的经济性加上可靠性、 强度、寿命、尺寸等综合性能) 。
25
1.2.1 机械系统设计的基本思想与特点
1) 整体性
系统是由各要素按一定的要求和结构组织起来的整体， 这个整体获得了各个孤立的要素所不具备的新质和新功 能。整体性是系统所具有的最重要和最基本的特性。
02第二章 机械系统设计PPT课件
机电一体化
6
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算
x o
轴Ⅲ 轴Ⅱ 轴Ⅰ
mCK G4
G2
J2 T2 K2 G3
JK 11
T1 xi G1
J3 T3 K3
机电一体化
7
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算
1、转动惯量的折算
将轴I、II、III上的转动惯量和工作台的质量都折
三、基本物理量的折算
3、刚度系数的折算 1）轴向刚度系数的折算 2）扭转刚度系数的折算
mCK
T3
K
机电一体化
12
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算
4、系统的数学模型 将基本物理量折算到某一部件后，即可按单一部件 对系统进行建模。在本例中，设输入量为轴I的转 角xi，输出量为工作台的线位移xo，则可以得到数 控机床进给系统的数学模型:
一、机械移动系统 机械平移系统的基本元件是质量、阻尼和弹簧。
建立机械平移系统数学模型的基本原理是牛顿第二 定律。
组合机床动力滑台铣平面为例说明平移系统的 建模方法。机电一体化 Nhomakorabea3
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
一、机械移动系统
设动力滑台的质量为m，液压缸的刚度为k，粘性阻
尼系数为c，外力为f（t）。由牛顿第二定律知，系统的
机电一体化
9
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算 2、粘性阻尼系数的折算
当只考虑阻尼力时，根据工作台和丝杠之间动 力关系有
机械系统设计ppt课件
11
3. 液压马达
液压马达是把液压能转变为机械能的动力装置，常用的有 齿轮式、叶片式和柱塞式。主要优点是可获得很大的动力或转 矩, 通过改变油量来进行无级调速,能快速响应,操作控制简单, 易实现复杂工艺过程的动作要求。缺点是要求有高压油的供给 系统,液压系统的制造装配要求高,否则易影响效率和运动精度。
（5）锥齿轮传动机构宜布置在高速级。大直径、大模数的锥 齿轮加工较困难，应尽量安排在高速级，并限制传动比的大小， 以减小锥齿轮的直径和模数。
（6）开式齿轮传动机构宜布置在低速级。开式齿轮传动机构工 作环境较差，不利于润滑，磨损严重。
28
3. 传动比的分配
传动系统各级传动比分配得是否合理，关系到传动系统的 外廓尺寸是否紧凑，零件之间是否会干涉以及安装是否方便等。 每一级传动比应在各类传动机构的合理范围内选取，当齿轮传 动链的传动比比较大时，通常应采用多级齿轮传动。
各种传动的传动比常用值
平带传动 i =24，最大5
③ 利用电动
电 机和电气 气 装置实现 传 的传动。 动
21
2、按传动比和输出速度的变化情况分
定传动比
齿轮传动、带传动、链传动、
恒定 蜗杆传动、螺旋传动，
不调速的电力、液压及气压传动
有级变速
变
传 动
无级变速
比
周期性变速
恒定 带塔轮的带传动,滑移齿轮变速箱
可调 电力、液压传动中的有级调速传动
机械无级变速器，磁粉离合器
6
机械系统方案设计的设计思想
机械系统机械系统的方案设计除了需要丰富的实 践经验和扎实的理论知识，更需要科学的设计思想和 方法，需要设计者具有现代设计的观念、系统工程的 观念和工程设计的观念。其主要思想如下：
3. 液压马达
液压马达是把液压能转变为机械能的动力装置，常用的有 齿轮式、叶片式和柱塞式。主要优点是可获得很大的动力或转 矩, 通过改变油量来进行无级调速,能快速响应,操作控制简单, 易实现复杂工艺过程的动作要求。缺点是要求有高压油的供给 系统,液压系统的制造装配要求高,否则易影响效率和运动精度。
（5）锥齿轮传动机构宜布置在高速级。大直径、大模数的锥 齿轮加工较困难，应尽量安排在高速级，并限制传动比的大小， 以减小锥齿轮的直径和模数。
（6）开式齿轮传动机构宜布置在低速级。开式齿轮传动机构工 作环境较差，不利于润滑，磨损严重。
28
3. 传动比的分配
传动系统各级传动比分配得是否合理，关系到传动系统的 外廓尺寸是否紧凑，零件之间是否会干涉以及安装是否方便等。 每一级传动比应在各类传动机构的合理范围内选取，当齿轮传 动链的传动比比较大时，通常应采用多级齿轮传动。
各种传动的传动比常用值
平带传动 i =24，最大5
③ 利用电动
电 机和电气 气 装置实现 传 的传动。 动
21
2、按传动比和输出速度的变化情况分
定传动比
齿轮传动、带传动、链传动、
恒定 蜗杆传动、螺旋传动，
不调速的电力、液压及气压传动
有级变速
变
传 动
无级变速
比
周期性变速
恒定 带塔轮的带传动,滑移齿轮变速箱
可调 电力、液压传动中的有级调速传动
机械无级变速器，磁粉离合器
6
机械系统方案设计的设计思想
机械系统机械系统的方案设计除了需要丰富的实 践经验和扎实的理论知识，更需要科学的设计思想和 方法，需要设计者具有现代设计的观念、系统工程的 观念和工程设计的观念。其主要思想如下：
机械系统设计_总体设计PPT课件
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）；
22
（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。
③“合并、分离”功能元——是指包括能量流、物料 流及同一性质或不同性质的信息流在数量上的结 合或分离；
材料拉伸试验机的功能结构图
试件拉伸
力
力测量
－
变
形
变形测量
测
量
动作控制
试件夹持和松开 夹头移动 信号获取 信号放大 力显示 信号获取 信号放大 变形显示 开机 停机 自动停机
30
五、功能元（分功能）求解
功能元求解——是寻找或创造实现总功能或分功能的 载体，完成功能元要求的运动指标。
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。
⑷优先选用主要分功能的较好解法。由该解法出发，选
择与它相容的其它分功能解法。
⑸特别注意防止按旧框框设计。要处理好继承与创新的
矛盾。
36
3.挖掘机的方案设计
1）明确任务要求 2）功能分析
①确定总功能： 挖掘机的总功能为物料取移。
能量（驱动）
能量（力、速度）
物料（待装） 信号
挖挖掘掘机机
物料（装车） 信号
输入
黑箱
灰箱
白箱
输出
15
例：硬币计数包卷机
一台硬币计数包卷机，它 的功能是用来整理、清点、 计数，最后按一定的枚数 将硬币用纸包卷起来或装 入袋内。
用黑箱法描述的硬币 机的总功能。
16
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（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。
③“合并、分离”功能元——是指包括能量流、物料 流及同一性质或不同性质的信息流在数量上的结 合或分离；
材料拉伸试验机的功能结构图
试件拉伸
力
力测量
－
变
形
变形测量
测
量
动作控制
试件夹持和松开 夹头移动 信号获取 信号放大 力显示 信号获取 信号放大 变形显示 开机 停机 自动停机
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五、功能元（分功能）求解
功能元求解——是寻找或创造实现总功能或分功能的 载体，完成功能元要求的运动指标。
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。
⑷优先选用主要分功能的较好解法。由该解法出发，选
择与它相容的其它分功能解法。
⑸特别注意防止按旧框框设计。要处理好继承与创新的
矛盾。
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3.挖掘机的方案设计
1）明确任务要求 2）功能分析
①确定总功能： 挖掘机的总功能为物料取移。
能量（驱动）
能量（力、速度）
物料（待装） 信号
挖挖掘掘机机
物料（装车） 信号
输入
黑箱
灰箱
白箱
输出
15
例：硬币计数包卷机
一台硬币计数包卷机，它 的功能是用来整理、清点、 计数，最后按一定的枚数 将硬币用纸包卷起来或装 入袋内。
用黑箱法描述的硬币 机的总功能。
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《机械系统设计》幻灯片课件
4．滚珠丝杠副的安装
(1)支承方式的选择 为了保证滚珠丝杠副传动的刚度和精度， 应选择合适的支承方式，选用高刚度、小摩擦力矩、高运转 精度的轴承，并保证支承座有足够的刚度。
支承形式 一一端端固固定定 一一端端游自动由 两((端FF--O固S))定
(F-F)
简图
特点
11..同需结F构保-S简持的单螺1 母与两端支承同轴，故结构较复杂， 2工2..若丝艺轴杠较承的困轴无难向间刚隙度，比丝两杠端的固轴定向低刚度为一端固定 的 23.丝4倍杠的轴压向杆刚稳度定和性F和-O临相界同转速都较低
三、其它传动机构
1.同步齿形带传动机构
利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依 次相啮合传递运动和动力。
❖ 能方便地实现较远中心距的传动； ❖ 传动过程无相对滑动，平均传动比较准确，传动精度高； ❖ 齿形带的强度高，厚度小，重量轻，可用于低速及高速传动； ❖ 带无需特别张紧，作用在轴和轴承的载荷小，传动效率高。 ❖ 在数控机床、工业机器人等伺服传动中得到广泛应用。
特点：结构简单，制造方便。但径向尺寸较大，弯管端部容易 磨损。
螺旋槽式 在螺母3的两个孔内装上反向器，引导滚珠通过螺母 外表面的螺旋凹槽形成滚珠循环路。
特点：径向尺寸较小，工艺也较简单。
端面回珠式 在螺母两端面装上反向器进行回珠。
➢ 可分为螺旋槽式、插管式和端盖式三种
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a)插管式外循环方式 1.压板 2.弯管（回珠管）3.螺母 4.滚珠
3.双片薄齿轮错齿调整法
调节两薄片齿轮l、 2的相对位置，达到 错齿以消除齿侧间 隙，反向时也不会 出现死区。
特点：齿侧间隙可自 动补偿，但结构复 杂。
(二)斜齿轮传动机构
1.垫片调整法
在两薄片斜齿轮1、2中间加 垫片3，改变两薄片斜齿轮 之间的轴向距离，使薄片斜 齿轮1、2的螺旋线错位。
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•方案的评价和决策
第十四章 机械系统的方案设计
半自动钻床执行系统方 案设计实例．
第十四章 机械系统的方案设计 定标件是曲柄
第十四章 机械系统的方案设计 牛头刨运动循环图
第十四章 机械系统的方案设计
4. 原动机和机械传动系统的方案设计 • 机械传动系统的作用：传动系统的作用 • 机械传动系统的方案设计的原则： • 原动机的选择：要和传动系统综合考虑，选取。 • 机械传动系统方案设计评价。
机械新产品的开发过程一般分为以下四个阶段：
• 初期规划设计阶段
• 总体方案设计阶段 • 技术设计阶段
阶段划分说 法不一。
• 生产施工阶段
机械产品的成本主要取决于设计。
2．总体方案设计的内容 执行系统、动力系统、结构布局、传动系统、操纵和 控制系统的设计。
第十四章 机械系统的方案设计
机器人吸尘器
美国麻省理工学院研制的机器人吸尘器。完 全依靠可充电电池工作，它可以在房间内自动巡视 清理，并可深入沙发下面等人们难以触及的卫生死 角。内置的传感器能保证其自动绕开墙壁和家具， 不会翻下楼梯。清理完成后，它会自动发出鸣叫提 示然后切断电源。售价199美元。
无气轮胎
车轮如果没有鼓胀的轮胎 ，看上去就会很像老式的木轮 马车的轮子。但米其林公司 (Michelin)研制的Tweel车轮的 特点的确具带有返古色彩。它 的减震橡胶车轮轮面将压力分 散到数十根具有弹性的聚亚安 酯车辐上。这些辐条依次由一 个铝心轴支撑。因为这种车轮 中没有气体，所以它比充气轮 胎更坚固，不会出现爆胎的情 况。
14-2机械(运动)系统的总体方案设计 机械系统的总体方案设计是整个设计工作中的一
个重要阶段，是技术设计的基础，方案设计的合理与 否，对机械系统的设计质量有着很大影响。
1．机械产品的设计过程
机械产品设计是一个通过分析、综合和创新获得 满足某些特定要求和功能的机械系统的过程。
第十四章 机械系统的方案设计
• 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。20.8.117:00:0917:00Aug-201-Aug-20
• 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。17:00:0917:00:0917:00Saturday, August 01, 2020
• 13、志不立，天下无可成之事。20.8.120.8.117:00:0917:00:09August 1, 2020
机械传动系统方案设计实例： 自动车床刀架机械传动系统方案设计； 半自动钻床传动系统方案设计实例．
第十四章 机械系统的方案设计
切削—退刀—换刀—进刀 （定位、拔出）
自动车床刀架机械传动系统方案设计
第十四章 机械系统的方案设计
第十四章 机械系统的方案设计
① 减速或增速把动力机的输出速度降低或增高后 传递给执行系统；
第十四章 机械系统的方案设计
机械是人类完成各种设想的执行者？ p278
医生和心理学家想实时知道一个人在想 什么，必须用机器？ 利用太阳能需要什么机器？
第十四章 机械系统的方案设计
14-1机械系统的组成 任何机械都是由四部分组成:动力系统、传动系统、 执行系统、操纵和控制系统组成。
第十四章 机械系统的方案设计
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
第十四章 机械系统的方案设计
自动门 门能象手套那样合体
吗？答案是肯定的。 Fukuda公司在日本设计的 自动门会根据过门的人和 物体的形状决定打开什么 形状的"门缝"，这样，就 可以大大节省反复开门关 门所消耗的能源。
第十四章 机械系统的方案设计
会变身的自行车 对很多人来说，学骑
自行车可能是件令人烦恼 的事，但在不久的将来， 人们将没有这种顾虑。美 国帕杜大学的工业设计师 已经发明出一种"变身三轮 车"，当骑车者加速时，它 的两个后轮会靠得越来越 近，而减速或停车时，两 个后轮又张开，骑车者根 本不用担心车子侧翻。
第十四章 机械系统的方案设计
原动机的类型： 电动机（直流电动机、交流电动机、伺服电动机
和步进电动机）； 气动马达和液压马达（以压缩空气或高压流体为
动力） 气缸和液压缸（需要输出直线运动）
第十四章 机械系统的方案设计
新型龙头让你尽享啤酒美味 如今为客人倒啤酒的酒
吧招待可以依赖一种 “TurboTap”啤酒龙头，让 倒啤酒的过程变得干净利索。 这是一种不锈钢喷嘴，可以 安装在现有的水龙头上，改 变啤酒的流速，让啤酒直接 流到杯底，既不需要倾斜杯 口，也不需要放慢倒啤酒的 速度。啤酒从喷嘴的两边流 出，只需8至10秒就能倒满 一大杯。
第十四章 机械系统的方案设计
• 采用尽可能短的运动链 • 应使机械有较高的机械效率 • 合理安排传动机构的顺序
变换运动形式的尽量在后,带传动一般在高速级 • 合理分配传动比
对减速传动,一般先小后大,且尽量在推荐范围内 • 保证机械安全运转
起重机不倾覆,汽车举升机自锁
优秀设计实例：
第十四章 机械系统的方案设计
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。20. 8.120.8.1Saturday, August 01, 2020
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。17:00:0917:00:0917:008/1/2020 5:00:09 PM
② 变速，即实现有级或无级的变速，将多种速度 提供给执行系统；
③ 传递动以增扭；
④ 按工作要求，改变运动规律，将原动机的运动 （如：连续的匀速旋转运动）改变为按预定规律变化 的旋转、非旋转的其他运动；
⑤ 实现由一个或多个动力机驱动若干个相同或不相 同速度的驱动。
第十四章 机械系统的方案设计
3．机器工作原理及执行构件
的运动设计
思路要宽（发散），
执行系统设计的一般过程： 要有优化的思想。
•工作原理的拟定；单纬成网机，金属下料机（冲、剪 、锯、激光切割等）
•确定执行构件的运动方案和运动参数等；
•确定执行构件的运动循环规律，用工作循环图(直线 式、圆周式、直角坐标式）来反映执行构件运动协调 配合关系；