机械系统设计第六章操纵系统设计
《机械系统设计》课件
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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
机械系统设计_PPT课件
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
机械系统设计全解
机械系统设计第一章一、系统：指具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。
二、系统的一些特性：整体性、相关性、目的性、环境适应性三、机械系统的组成：动力系统、执行系统、传动系统、操作系统和控制系统四、机械设计的一般过程包括：计划、外部系统设计、内部系统设计、制造销售五、系统分解（了解）P17第一章一、方案设计的工作内容：研究给定的设计任务、构思实现功能的原理和方法、选择工艺原理、确定技术过程、引进技术系统、分析结构布局、拟定设计方案并进行设计方案评价、确定能实现预定设计目标的最佳方案—里始一・・、,B . *相：指仅知输入量和输出量而不知其内部结构的表述设计任务的一种模式。
黑箱明确表示了设计任务的基本功能要求和主要约束条件三、工艺原理：指各种物理效应（包括物理学、化学、生物学等自然科学中的定理、定律、原理及效应）的具体应用。
四、系统的功能结构：P22五、方案评价的目的：是通过对可行的候选方案进行技术、经济、外部环境等方面的评定，提出方案的评价意见，为决策者最后确定设计方案提供信息和依据。
六、方案的评价原则：客观性原则、可比性原则、合理性原则、整体性原则七、总体设计的主要内容：总体布置设计、确定总体主要参数、绘制总体设计图样、编写总体设计报告书计技术说明书等八、总体设计的基本要求：（1）保证工艺过程的连续和流畅（2）降低质心高度、减小偏置（3）保证精度、刚体，提高抗振性及热稳定性（4）充分考虑产品系列化和发展（5）结构紧凑，层次分明（6）操作、维修、调整方便（7）外形美观九、传动系统的布置（1）简化传动链：在保证运动要求的前提下，传动链愈简短，零件数就愈少，材料的消耗和制造费用就愈低，同时也有利于提高传动效率、可靠性和精度。
（2）合理安排传动机构顺序:若以传递动力，应优先考虑蜗杆传动布置在高速级的方案；若以传递运动为主，尤其是传动精度要求较高时，应考虑蜗杆传动布置在低俗级的方案。
（3）注意传动系统润滑和密封的便利性和可靠性第二章一、载荷的分类：静载荷和动载荷二、静载荷：指大小、方向和位置都不变的载荷三、动载荷：指大小、方向和位置都改变的载荷四、载荷历程：工程上常把载荷随时间的变化称为载荷的一一时间历程，简称载荷历程五、载荷的处理方法：对静载荷：可用静强度判据来设计计算对周期载荷和非周期载荷：利用疲劳强度理论进行设计计算六、编制载荷的方法：功率谱法和循环计数法七、常用的循环计数法：峰值计数法、穿级计数法、幅程计数法和雨流计数法八、选择电动机的一般原则：在满足使用要求的前提下，交流电动机优选于直流电动机，笼行型电动机优选与绕线型电动机，专用电动机优选与通用电动机九、决定电动机功率的因素：电动机的发热、允许的过载能力和起动能力十、电动机的负载图和发热计算（P62）十、内燃机：指燃料在汽缸内进行燃烧，直接将产生的气体所含的热能转化为机械能的装置十二、内燃机按燃料种类的分类：柴油机和汽油机第四章一、执行系统的功能：一（一）夹持：示例1抓取动作：夹持器向下运动，手指碰上工件1后，在工件对手指反力的作用下，压缩弹簧4,使手指3张开，完成抓取动作。
6操纵系统设计
1—滤网 2—油泵 3—安全阀 4—精滤器 5—压力控制阀 6、9—旁通阀 7—分配阀 8—散热器
2、制动器用液压操纵机构(大功率制动器用)
1)液压式人力操纵 操作者施加较小的力，由 液压系统提供较大的操作力。 右图为车辆用液压式人力 操纵机构。 (1)只踩下左制动踏板8， 滑阀1向左移动，单向阀2被 顶开，补充油液单向阀5则在 弹簧作用下关闭。滑阀1继续 左移，迫使油液顶开单向阀4 进入左制动油缸3，使左侧车 轮制动。这时单向阀2虽开启， 但右制动阀中相应的单向阀2 处于关闭状态，压力油不能 进入右制动，只实现左侧单 1—滑阀；2、4—单向阀；3—制动油缸 边制动。 5—补充油液单向阀；6、7—调整螺钉 (2)两踏板同时踏下，左、 8—制动踏板 右制动阀中的单向阀2、2 都 开启，左、右两阀相通，保证两侧制动器同时工作，且制动力矩相等。
2)液压式动力操纵 下图为车辆制动操纵机构的原理图，控制阀包括两个单向阀7 和由锥阀13、14和阀顶杆15组成的一个主阀。 油道A和油泵相通，油道D通向车辆悬挂系统分配器，C通向 制动油缸，E通向油池。
1--制动踏板 2--轴 3、13、14 --锥阀 4--凸轮 5--联销轴 6--连锁手柄 7--单向阀 8、9、10和 11--弹簧 12--限压阀 15--阀顶杆
2)换挡摩擦元件液压操纵示意图。
(1)Ⅱ档离合器处于接合状态 图示Ⅱ档开始接合时，油泵来的压力 油经油口A进入Ⅱ档的油缸，推动活塞 压紧摩擦片，压紧之后，油口A不再进油， 油液便推开压力控制阀5，从油口 C进入轴承中心的油道流向摩擦片的油槽， 润滑轴承等零件。 (2)Ⅰ档离合器处于接合状态 分配阀7由操作人员操纵换档，当移到 Ⅰ档位置时，油泵的油从孔口B进入，将 Ⅰ档离合器接合。此时油口A与油箱相通， Ⅱ档离合器分离。 分配阀移到空挡位置时，油口A、B均 与油箱相通，两个离合器同时分离，油 泵的油经分配阀7直接流向油口C，不通 过压力控制阀5(保证油液在流动过程中 对摩擦面产生所需的压力)，以减轻空挡 时油泵的压力。
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。
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
机械系统设计报告---操纵系统设计第一节操作系统的功能和要求一、操纵系统概述什么操作系统?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整体。
二、操纵系统的功能实现信号转换，把操作者施加于机械的信号经转换，传递到执行系统，实现机械的启动、停止制动、换向、变速和变力等目的。
三、操纵系统的要求操纵系统虽然不直接参与机械做工，对机械的精度、强度、刚度、寿命没有直接影响，但是，机械工作性能的好坏、功能是否充分发挥以及操作者劳动强度等，都与操纵系统有直接关系。
因此，不能忽视对操纵系统的设计。
必须满足以下原则：（１）操纵轻便省力（２）操纵行程适当（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（９）操纵安全可靠第二节操纵系统的组成和分类一、操纵系统的组成（１）操纵件（２）传动件（３）执行件二、操纵系统的分类（１）按操纵力的来源分类：人力操纵系统、电动操纵系统、液压操纵系统、气压操纵系统、混合操纵系统（２）按操纵系统的传动方式分类：机械式操纵系统、混合式操作系统（３）按一个操纵件控制的执行件数分类：单独操纵系统、集中操作系统（４）按操作操纵件的人体器官分类：手操纵系统、脚操作系统（５）其他操纵方式形成的操纵系统：远距离（遥控）操纵系统，借助无线电波、光波、声波等物理效应实现操纵功能第三节操纵系统设计操纵系统实际内容主要包括确定主要参数、原理方案设计、结构设计等。
一、操纵系统主要参数的确定F１、操纵力c操作者施加给机器操纵件定位最大作用力，取决于执行件的工作阻力和操纵系统的传动比。
c z c i F F η=（N ）式中：z F ——工作阻力η——传动效率，一般取8.0~7.0=η；c i ——传动比。
２、操纵行程cS 执行件从初始位置移动到完成操纵任务时的位置，操作系统所具有的位移量。
zc c S i S ⋅=式中：z S ——执行件的行程。
第六章 操纵系统设计
三、操纵件的造型
操纵件不仅用来完成操纵系统的任务，而且也是一种 装饰和点缀品。 1.手操纵件的造型
（1）设计手柄式操纵减少时，要重视柄部的形状和尺寸。 （2）为了便于记忆，各操纵件最好采用不同形状的柄部 或者不同颜色的按钮。 （3）采用旋转式操纵减少时，最好在按钮上的手捏部分 设计成一头尖的形状，或做上醒目的标记，用它来指明 旋转的刻度位置。
片刻视力范围是在短时间内部疲劳地看清楚物体的范围。 有效视力范围是注意力集中才看清物体的范围。 视野是指头部和眼球固定不动地观看正前方所能看 视野 见的空间范围。颜色对视野也有影响，白色的视野 最大、其次为黄色和蓝色，绿色的视野最小。 视距是指人的眼睛清晰辨认物体的正常观察距离。 视距
二、操纵件的布置
人体不动的情况下，上、下肢能舒适达到的范围。 （3）操纵灵活 （4）操纵件定位可靠 操纵件应能长时间可靠地保
持在某一操纵状态的位置，不因其他非操作力的作
用而改变其操纵状态。而且，操作件一旦因为某种 原因而偏离操作位置时，应有自动回位功能。 （5）操纵灵活、效率高 对 操纵者所发指令的反映灵敏而准确，而且能量传递 的损失小，效率高，有利于减少操纵力。 （6）操纵系统的反馈准确迅速 好 的反馈性，使操纵信号准确迅速地反馈给操纵者， 以便操作者及时判断操作的效果，并作出新的操 操纵系统应有良 操纵系统中的执行件应
操纵系统的主要参数有操纵力、操纵行程和传动比。 1.操纵力 由操纵力的计算公式可知，若操纵系统的传动机构 确定，则传动比和传动效率就既定，因此，操纵力 决定于执行件的工作阻力，工作阻力应按最经常出 现的最严重工况时的工作阻力来计算操纵力。
2.操纵行程 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。操 操 纵行程的大小应使人体在不移动位置的情况下能 方便自如的达到。 方便自如的达到。 3.传动比 操纵系统的传动比为传动件的主动力臂与从动力臂 之比，其值决定于传动机构中 构件的尺寸，应按在克服最大操纵力阻力时所在的
机械系统设计课程设计论文
机械系统设计课程设计论文一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械系统设计的基本原理和方法，理解机械系统的组成及各部分功能。
2. 使学生了解常见机械传动、连接、支撑、密封等元件的类型及选用原则，并能运用到实际设计中。
3. 帮助学生熟悉机械设计的相关标准和规范，能够遵循规范进行设计。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械零件的绘制和装配的能力。
2. 提高学生分析机械系统性能、优化设计方案的能力。
3. 培养学生运用文献检索、资料查询等方法获取所需信息的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱机械工程，关注机械行业发展的情感态度。
2. 培养学生具备良好的团队协作精神和沟通能力，能够与他人共同完成设计任务。
3. 培养学生严谨、负责的工作态度，注重细节，追求卓越。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生在掌握机械系统设计基础知识的基础上，提高实际设计能力，培养创新意识和团队协作精神。
通过课程学习，使学生能够独立完成简单的机械系统设计任务，并为后续专业课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 机械系统设计基本原理：讲解机械设计的基本概念、设计方法和步骤，分析机械系统的功能、性能要求及设计准则。
教材章节：第一章 机械系统设计概述2. 机械传动元件设计：介绍齿轮、皮带、链传动等常见机械传动元件的设计原理和选用方法。
教材章节：第二章 机械传动设计3. 机械连接与支撑设计：讲解螺纹连接、焊接、铆接等连接方式的设计原则，以及轴、轴承、联轴器等支撑元件的选用。
教材章节：第三章 机械连接与支撑设计4. 密封与防护设计：介绍静密封、动密封等密封元件的类型及选用，以及机械系统的防护措施。
教材章节：第四章 密封与防护设计5. 机械系统总体设计：讲解机械系统总体设计的方法和步骤，包括方案设计、参数计算、结构设计等。
教材章节：第五章 机械系统总体设计6. 机械系统设计实例分析：通过具体实例，分析机械系统设计过程中遇到的问题及解决方法。
机械系统设计
三、系统分解 平面分解，分级分解或是两者兼有的分解 （1）分解数和层次应适宜 （2）避免过分复杂 的分界面 （3）保持能量流 （4）了解系统分解 与功能分解的关联 及不同
四、系统分析
从系统整体出发，采用各种工具和方法对系统进行 定性和定量的分析过程。一般步骤：
（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
载保护、安全互锁等装置 （二）人-机-环境系统的安全性 劳动安全和环境保护
1.劳动安全 为保护操作人员的安全，应实施切实有效的警告和防
护
2.环境保护 “三废”治理、除尘、防爆、防毒、减噪隔振等。
第三节 机械系统设计方法概述
一、机械系统设计过程 包括：计划、外部系统设计、内部系统设计、制造销
售四个环节 二、机械系统设计的特点 强调系统观点，内部设计与外部设计相结合 注重外部环境对内部设计的影响和作用 考虑内部系统对外部系统的作用和影响
价值分析时，常利用（1-1）是进行定 量分析，将功能F表示成实现功能的最低 费用，成为功能评价值；取C为功能实现 成本，即实现该功能所花的实际成本。比 值V成为功能价值。
按价格形式确定功能评价值：
FD(Ii BP)
式中：D----用户在现有条件下认可的价值，可通过 市场预测方法获得；
Ii----产品的预期利润和税金； BP----单位产品销售费用。 V=1，说明现实成本C与实现功能的最低费用F相等； 如V<1，说明现实成本C高于最低费用F 如V>1，应将最低费用F提高为显示成本C,使V=1
（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；
（7）环境保护：噪声、振动、防尘、防毒、“三废”
机械系统综合设计课程设计
机械系统综合设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械系统基本原理，理解各组成部分的功能及相互关系。
2. 使学生能够运用所学知识，进行简单的机械系统设计和分析。
3. 帮助学生了解机械系统设计的基本流程和注意事项。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械零件设计与绘制的能力。
2. 提高学生运用仿真软件进行机械系统运动分析与优化设计的能力。
3. 培养学生团队协作、沟通表达和解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对机械系统设计和制造的兴趣，培养其创新意识。
2. 培养学生严谨、认真、负责的学习态度，养成良好的学习习惯。
3. 强化学生的环保意识，使其在设计过程中关注资源节约和环境保护。
课程性质：本课程为机械工程专业的一门实践性课程，旨在培养学生综合运用所学知识进行机械系统设计的能力。
学生特点：学生已经掌握了机械原理、机械设计、CAD等相关课程知识，具备一定的理论基础和实践能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够独立完成简单的机械系统设计任务，并为后续的毕业设计和工作打下坚实基础。
教学过程中，关注学生的学习进度和情感态度，及时调整教学策略，确保教学目标的达成。
二、教学内容1. 机械系统设计基本原理：介绍机械系统的组成、功能及相互关系，分析机械系统设计的基本原则和流程。
教材章节：第二章 机械系统设计原理内容：机械系统组成、设计原则、设计流程2. 机械零件设计：讲解常用机械零件的设计方法和注意事项，如轴、齿轮、轴承等。
教材章节：第三章 机械零件设计内容：轴设计、齿轮设计、轴承设计3. CAD软件应用：教授CAD软件的基本操作，指导学生完成机械零件的绘制和装配。
教材章节：第四章 CAD软件应用内容：CAD软件操作、零件绘制、装配设计4. 仿真软件应用：介绍仿真软件在机械系统运动分析和优化设计中的应用。
教材章节：第五章 仿真软件应用内容：仿真软件操作、运动分析、优化设计5. 机械系统综合设计实例：分析典型机械系统设计案例，指导学生完成实际设计任务。
《机械系统设计》电子教本
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。
机械系统设计操纵系统的设计(课件)
8.1.3 操纵系统的分类
8.1.3 操纵系统的分类
1、按操纵力的来源分：
人力操纵系统
助力操纵系统
8.1.3 操纵系统的分类
2、按操纵系统的传动方式分：
机械式 混合式 电气操纵系统
3、按操纵件控制的执行件数目分：
单独操纵系统： 集中操纵系统：
8.1.3 操纵系统的分类
——以一定预压力把操纵件、执行件或中间某传 动件固定在规定位置上，只有施加的操纵力 大于预压力，操纵件或执行件才会动作。
钢球自锁机构
切制的槽型
8.4 操纵机构的定位和互锁
8.4.3 互锁机构
什么是互锁机构？
在进行一个操作动作时把另一个操作动作锁住。
集中操纵： 单独操纵：
防止几个运动同时传动某一部件。 防止同时接通两种不应同时动作的运动。 保证机床上一些动作按一定次序工作。
8.1 操纵系统概述
8.1.1 操纵系统的作用和设计要求
1、操纵系统的概念及作用
——用于人工控制机械系统中某些部件的运动或
动作的控制机构。
操纵系统与控制系统的区别： 操纵系统：
控制系统：
8.1.1 操纵系统的作用和设计要求
作用：
——实现操纵信号的转换和传递。 具体的操纵功能体现在：
控制各运动部件的启动、停止、制动、 换向、变速和变力等。
4、按操作用手或脚分：
手动操纵系统
脚动操纵系统
5、按执行件的动作方式分：
摆动式操纵系统 移动式操纵系统
6、其他：
8.2 单独和集中操纵机构
8.2.1 单独操纵机构
1、特点
优点：结构简单，箱内布局容易，安排手柄位置灵活。
第6章--机械系统运动方案设计
T1= to+td1+tK+td2 行程时间
冲头初始位置 上的停息时间
冲头前进 空程时间
冲头回退 空程时间
3）自动机的循环图
自动机的循环图是各执行机构的运动循环图按同一 时间(或转角)比例绘制的总图。它表示自动机各执行机 构的运动循环在自动机的工作循环内的相互关系。并以 该图某一主要执行机构的起点为基准，表示其余各执行 机构的动作顺序。
自动冲压机的循环图：
4）自动机循环图的功用
•表示自动机的执行机构的数目；表示各执行机构运动循环 之间的相互关系即运动的时间顺序，执行件的空间位置。
•是各执行机构凸轮廓线设计的依据(凸轮的转角分配)。
•自动机的循环图是重要的设计文件之一，它是自动机安装、 调试的依据。
•通过循环图设计，可以获得合理的自动机工作循环，可以 充分发挥自动机的生产能力。
执行机构的运动形式：多种多样，如：
1）原动机的运动匀速回转，实现执行构件匀速回转的机构：
匀非速匀回速转回机转构机类构型类型应用实例
平行四边形机构 双转块机构 齿轮机构
摆线针轮机构 谐波传动机构 周转轮系 挠性传动机构
火车车轮连动机构、联轴器 联轴器 增速、减速、变速装置 增速、减速、变速装置 增速、减速、变速装置 增速、减速、运动合成与分解 远距离传送、无级变速装置
易损坏衣物
设计模仿人手的机械手，
难度大
很难把衣物各处都刷洗到
波轮洗衣机
滚筒洗衣机
功能分解： 一般技术系统都比较复杂，难以直接求得满足总功能的
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 通过功能元解的有机组合 求得技术系统解。
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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；机床手柄的转角不大于 90°。
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
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前轮
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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。
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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
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（9）操纵安全可靠
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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。
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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
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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。
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20mm。
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。
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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
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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
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；
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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
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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
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，