机械系统设计第六章操纵系统设计
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第六章 操纵系统设计
第一节 操纵系统概述
一、操纵系统的组成
操纵系统是指把人和机械联系起来，使 机械按照人的指令工作的机构和元件所构 成的总体。一般由下面几部分组成：
1）操纵件——产生操纵力或发出操纵信 号。如拉杆、手柄、手轮、捏手、按钮、 按键和脚踏板等。
机械系统设计第六章操纵系统设计
2）执行件——与操纵部分直接接触的元 件。如滑块、拨叉、拨销等。 3）传动件——将操纵件的运动及其上的 作用力传递给执行件。常用的传动系统 有机械传动、液压传动、气压传动、电 气传动等。常用的传动装置有杠杆机构、 齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动和凸轮 机构等。
机械系统设计第六章操纵系统设计
三、操纵系统的结构设计 结构设计的任务是在原理方案的基础
此外，还有保证操纵系统安全可靠工 作的辅助元件，如定位元件、锁定元件、 导向元件、互锁元件和回位元件等。
机械系统设计第六章操纵系统设计
二、操纵系统的功能 1、操纵系统的功能：
实现信号的转换，即把操作者施加于 机械的信号，经过转换传递到执行系统， 以实现机械的启动、停止、制动、换向、 变速和变力等目的。 2、操纵系统的要求： （1）操纵轻便省力 尽量减小操纵力， 以减轻操作者的劳动强度。操纵力的大小 应符合人机工程学的有关规定。 （2）操纵行程适当
200mm；变速箱操纵手柄行程不大于80～
120mm。
机械系统设计第六章操纵系统设计
3. 传动比ic
操纵系统传动比为传动件的主动力臂与从 动力臂的比，其值决定于传动机构中构件的
尺寸，应按在克服最大操纵阻力时所在的位 置确定。
新设计时，可按执行件的工作阻力Fr确定。 ic=Fr/Fcp
Fcp－由人机工程学或者经验值确定的许用操 纵力。
机械系统设计第六章操纵系统设计
装载 机驾 驶室 内操 纵装 置和 仪表
机械系统设计第六章操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
第二节 操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
一、操纵系统主要参数的确定
主要参数有操纵力、操纵行程和传动比。
1. 操纵力Fc 操纵力是操作者施加给机器操纵件的最
确定主要设计参数及有关几何尺寸。
以图6-7凸轮传动的操纵系统为例进行
说明。此操纵系统是用一个操纵件1通过
二个执行件（拨叉3和6）,分别操纵二个被
操纵件（变速齿轮4和5）,且操纵位置有一
定的顺序关系。这是一种顺序变速的集中
操纵系统。
机械系统设计第六章操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
采用凸轮传动操纵系统时，其原理方案 设计的要点是： 1) 分析执行件的运动规律，绘制凸轮的行 程曲线。 2) 绘制凸轮理论曲线，包括确定凸轮机构 尺寸和绘制凸轮轮廓曲线。 3) 验算凸轮曲线不同曲率半径处的压力角。 4) 绘制凸轮工作图。 5) 确定从动件的杠杆尺寸，杠杆比由凸轮 升程的执行件移动距离确定。
机械系统设计第六章操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
前轮
机械系统设计第六章操纵系统设计
2、按操纵系统的传动方式分类：机械式 操纵系统、混合式操纵系统。 3、按一个操纵件控制的执行件数目分类： 单独操纵系统、集中操纵系统。 4、按操作用手或脚分为手动操纵系统和 脚动操纵系统。 5.其他：借助于GPS、无线电波、光波、 声波等物理效应实现操纵功能的远距离 （遥控）操纵系统。
机械系统设计第六章操纵系统设计
4. 带助力器的操纵系统 下图为带液压助力器的操纵系统。
人力控制换向阀机的械系位统设置计，第六从章操而纵改系统变设计高压油的流向。
二、操纵系统的原理方案设计
原理设计的任务是根据系统总体设计
要求（如执行件的运动轨迹、速度和被操
纵件的数目以及各执行件之间的关系等）
选择操纵件、执行件和传动机构的方案，
大作用力，取决于执行件的工作阻力和操
纵系统的传动比。
操纵力可由下式求得：
Fc=Fr/(ηic) Fr—执行件的工作阻力； ic —操纵系统传动比； η—传动效率，取0.7～0.8；
机械系统设计第六章操纵系统设计
下图为常接合摩擦片离合器及脚踏板 操纵机构。
在设计操纵机构时，若所得的操纵力 计算值超过人机工程的推荐值，应设法 使其减小。例如改变传动比，或把手操 纵改为脚操纵。在变速箱设计时，手操 纵力建议不大于150N，脚踏力不大于 180N。车辆方向盘上的操纵力允许达到 400N。
机械系统设计第六章操纵系统设计
（9）操纵安全可靠
机械系统设计第六章操纵系统设计
三、操纵系统分类 1、按操纵系统的驱动方式分类：人力 操纵系统、助力操纵系统、液压操纵系 统、气压操纵系统。 助力操纵系统是利用机械系统中储备的 能量帮助人力操纵系统。常见的储备能 量有弹性变形能和液压能。
机械系统设计第六章操纵系统设计
初选传动机构后，按此传动比初定各传动 件的尺寸，进行结构设计。然后根据结构尺 寸精确计算传动比，并校核操纵力。
机械系统设计第六章操纵系统设计
执行件的阻力一定时，ic大则Fc小，操 纵省力，但sc大，同样会疲劳。
因此，确定传动比时，要全面考虑操纵 力和操纵行程两方面的问题。为此，某些 机械给出了传动比的推荐值：变速箱操纵 杆球形铰接支撑的以上部分和以下部分的 长度比为2.5－3.5；车辆方向盘旋转总圈 数为1.5－2.0圈；wk.baidu.com床手柄的转角不大于 90°。
机械系统设计第六章操纵系统设计
操纵行程的大小应尽量保证在人体不动 的情况下，上下肢能舒适到达的范围内。 （3）操纵灵活 （4）操纵件定位可靠 （5）操纵灵敏、效率高 （6）操纵系统的反馈准确迅速 （7）操纵系统应有可调性 （8）操纵方便和舒适 除操纵力和操纵行 程要求之外，对操纵件形状、尺寸、布置 位置、运动方向和各操纵件的标记、操作 顺序都要符合人体状况和动作习惯。
机械系统设计第六章操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
2. 操纵行程sc 操纵行程是指执行件从初始位置移动
到完成操纵任务时的位置，操纵件所具有
的相应位移量。
sc=sexic sex— 执行件的行程。
操纵件的移动是由人的肢体活动实现的，
操纵行程的大小直接影响到人体感觉的舒
适性。如前面离合器踏板行程不大于
第一节 操纵系统概述
一、操纵系统的组成
操纵系统是指把人和机械联系起来，使 机械按照人的指令工作的机构和元件所构 成的总体。一般由下面几部分组成：
1）操纵件——产生操纵力或发出操纵信 号。如拉杆、手柄、手轮、捏手、按钮、 按键和脚踏板等。
机械系统设计第六章操纵系统设计
2）执行件——与操纵部分直接接触的元 件。如滑块、拨叉、拨销等。 3）传动件——将操纵件的运动及其上的 作用力传递给执行件。常用的传动系统 有机械传动、液压传动、气压传动、电 气传动等。常用的传动装置有杠杆机构、 齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动和凸轮 机构等。
机械系统设计第六章操纵系统设计
三、操纵系统的结构设计 结构设计的任务是在原理方案的基础
此外，还有保证操纵系统安全可靠工 作的辅助元件，如定位元件、锁定元件、 导向元件、互锁元件和回位元件等。
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二、操纵系统的功能 1、操纵系统的功能：
实现信号的转换，即把操作者施加于 机械的信号，经过转换传递到执行系统， 以实现机械的启动、停止、制动、换向、 变速和变力等目的。 2、操纵系统的要求： （1）操纵轻便省力 尽量减小操纵力， 以减轻操作者的劳动强度。操纵力的大小 应符合人机工程学的有关规定。 （2）操纵行程适当
200mm；变速箱操纵手柄行程不大于80～
120mm。
机械系统设计第六章操纵系统设计
3. 传动比ic
操纵系统传动比为传动件的主动力臂与从 动力臂的比，其值决定于传动机构中构件的
尺寸，应按在克服最大操纵阻力时所在的位 置确定。
新设计时，可按执行件的工作阻力Fr确定。 ic=Fr/Fcp
Fcp－由人机工程学或者经验值确定的许用操 纵力。
机械系统设计第六章操纵系统设计
装载 机驾 驶室 内操 纵装 置和 仪表
机械系统设计第六章操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
第二节 操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
一、操纵系统主要参数的确定
主要参数有操纵力、操纵行程和传动比。
1. 操纵力Fc 操纵力是操作者施加给机器操纵件的最
确定主要设计参数及有关几何尺寸。
以图6-7凸轮传动的操纵系统为例进行
说明。此操纵系统是用一个操纵件1通过
二个执行件（拨叉3和6）,分别操纵二个被
操纵件（变速齿轮4和5）,且操纵位置有一
定的顺序关系。这是一种顺序变速的集中
操纵系统。
机械系统设计第六章操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
采用凸轮传动操纵系统时，其原理方案 设计的要点是： 1) 分析执行件的运动规律，绘制凸轮的行 程曲线。 2) 绘制凸轮理论曲线，包括确定凸轮机构 尺寸和绘制凸轮轮廓曲线。 3) 验算凸轮曲线不同曲率半径处的压力角。 4) 绘制凸轮工作图。 5) 确定从动件的杠杆尺寸，杠杆比由凸轮 升程的执行件移动距离确定。
机械系统设计第六章操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
前轮
机械系统设计第六章操纵系统设计
2、按操纵系统的传动方式分类：机械式 操纵系统、混合式操纵系统。 3、按一个操纵件控制的执行件数目分类： 单独操纵系统、集中操纵系统。 4、按操作用手或脚分为手动操纵系统和 脚动操纵系统。 5.其他：借助于GPS、无线电波、光波、 声波等物理效应实现操纵功能的远距离 （遥控）操纵系统。
机械系统设计第六章操纵系统设计
4. 带助力器的操纵系统 下图为带液压助力器的操纵系统。
人力控制换向阀机的械系位统设置计，第六从章操而纵改系统变设计高压油的流向。
二、操纵系统的原理方案设计
原理设计的任务是根据系统总体设计
要求（如执行件的运动轨迹、速度和被操
纵件的数目以及各执行件之间的关系等）
选择操纵件、执行件和传动机构的方案，
大作用力，取决于执行件的工作阻力和操
纵系统的传动比。
操纵力可由下式求得：
Fc=Fr/(ηic) Fr—执行件的工作阻力； ic —操纵系统传动比； η—传动效率，取0.7～0.8；
机械系统设计第六章操纵系统设计
下图为常接合摩擦片离合器及脚踏板 操纵机构。
在设计操纵机构时，若所得的操纵力 计算值超过人机工程的推荐值，应设法 使其减小。例如改变传动比，或把手操 纵改为脚操纵。在变速箱设计时，手操 纵力建议不大于150N，脚踏力不大于 180N。车辆方向盘上的操纵力允许达到 400N。
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（9）操纵安全可靠
机械系统设计第六章操纵系统设计
三、操纵系统分类 1、按操纵系统的驱动方式分类：人力 操纵系统、助力操纵系统、液压操纵系 统、气压操纵系统。 助力操纵系统是利用机械系统中储备的 能量帮助人力操纵系统。常见的储备能 量有弹性变形能和液压能。
机械系统设计第六章操纵系统设计
初选传动机构后，按此传动比初定各传动 件的尺寸，进行结构设计。然后根据结构尺 寸精确计算传动比，并校核操纵力。
机械系统设计第六章操纵系统设计
执行件的阻力一定时，ic大则Fc小，操 纵省力，但sc大，同样会疲劳。
因此，确定传动比时，要全面考虑操纵 力和操纵行程两方面的问题。为此，某些 机械给出了传动比的推荐值：变速箱操纵 杆球形铰接支撑的以上部分和以下部分的 长度比为2.5－3.5；车辆方向盘旋转总圈 数为1.5－2.0圈；wk.baidu.com床手柄的转角不大于 90°。
机械系统设计第六章操纵系统设计
操纵行程的大小应尽量保证在人体不动 的情况下，上下肢能舒适到达的范围内。 （3）操纵灵活 （4）操纵件定位可靠 （5）操纵灵敏、效率高 （6）操纵系统的反馈准确迅速 （7）操纵系统应有可调性 （8）操纵方便和舒适 除操纵力和操纵行 程要求之外，对操纵件形状、尺寸、布置 位置、运动方向和各操纵件的标记、操作 顺序都要符合人体状况和动作习惯。
机械系统设计第六章操纵系统设计
机械系统设计第六章操纵系统设计
2. 操纵行程sc 操纵行程是指执行件从初始位置移动
到完成操纵任务时的位置，操纵件所具有
的相应位移量。
sc=sexic sex— 执行件的行程。
操纵件的移动是由人的肢体活动实现的，
操纵行程的大小直接影响到人体感觉的舒
适性。如前面离合器踏板行程不大于