機(jī)械原理講稿

第十三章機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計13.1概述機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計就是要完成從原動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計。其中傳遞動力和實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動是機(jī)械傳動系統(tǒng)的兩個基本任務(wù)。機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計是否合理直接影響到機(jī)械的功能實(shí)現(xiàn)，性能質(zhì)量的好壞、成本（制造成本和使用成本）的高低等。設(shè)計的四個階段：1.產(chǎn)品規(guī)劃階段2.方案設(shè)計階段3.詳細(xì)設(shè)計階段4.改進(jìn)設(shè)計階段運(yùn)動方案設(shè)計的必備知識1、充分了解并掌握各種常用機(jī)構(gòu)的基本知識；2、必須了解和掌握各種動力源的性能和使用要求；3、熟悉對設(shè)計方案的選擇有重要影響的周圍環(huán)境的信息；4、充分重視其他學(xué)科的技術(shù)應(yīng)用；5、應(yīng)有創(chuàng)新意識并掌握常用的創(chuàng)新設(shè)計方法運(yùn)動方案設(shè)計的主要步驟：1、目標(biāo)分析：根據(jù)任務(wù)書給定的總功能作功能分解，直至分解到可以直接求解的功能元；2、創(chuàng)新構(gòu)思：求各功能元的解，同一功能元的解可以運(yùn)用不同的原理，同一原理又可以有若干不同方案，將方案評價選優(yōu)；3、方案擬定：擬定總體方案，動力源的選擇、傳動系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定，并將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)作協(xié)調(diào)設(shè)計即設(shè)計繪制運(yùn)動循環(huán)圖；4、機(jī)構(gòu)設(shè)計：設(shè)計各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，初步確定機(jī)構(gòu)尺寸，畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；5、參數(shù)計算：對各初選方案進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析、動力學(xué)分析及有關(guān)計算；6、方案評價與決策：對各方案作技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及社會評價，必要時作反饋修改，最后從中選擇最優(yōu)方案，繪制系統(tǒng)運(yùn)動簡圖、編寫總體方案設(shè)計計算說明書。13.2機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案擬定13.2.1原動機(jī)的類型及應(yīng)用(TypeandApplicationofPrimingMover)原動機(jī)的動力源主要有電、熱、液及氣四種。電動機(jī)是最常用的原動機(jī)，交流異步電動機(jī)、直流電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)及直線電機(jī)等均有廣泛的應(yīng)用。熱機(jī)是指內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等液壓馬達(dá)及液壓油缸是主要的液壓原動機(jī)。氣馬達(dá)及氣缸則是主要的氣壓原動機(jī)。10.2.2傳動機(jī)構(gòu)的類型及功用(TypeandApplicationofTransmissionMechanism)常用的傳動機(jī)構(gòu)有：1、齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用在中心距較小，傳動精度較高，各種不同傳遞動力范圍的場合。2、螺旋機(jī)構(gòu)在許多機(jī)械設(shè)備中大量應(yīng)用著螺旋機(jī)構(gòu)（又稱絲杠傳動），它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，具有增力效果。

3、帶傳動與鏈傳動帶傳動及鏈傳動多用于中心距較大的傳動。4、連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)在機(jī)械設(shè)備及日常生活中有大量應(yīng)用。5、凸輪機(jī)構(gòu)。由于凸輪機(jī)構(gòu)是高副接觸，決定了這種機(jī)構(gòu)主要用于傳遞運(yùn)動。13.2.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動類型及典型機(jī)構(gòu)(MotionTypeofExecutiveMechanismandItsTypicalMechanisms)機(jī)器中最接近被作業(yè)工件一端的機(jī)構(gòu)稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)中接觸工件或執(zhí)行終端運(yùn)動的構(gòu)件稱為執(zhí)行構(gòu)件。機(jī)器通過執(zhí)行構(gòu)件完成作業(yè)任務(wù)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分為直線運(yùn)動、回轉(zhuǎn)運(yùn)動、任意軌跡運(yùn)動、點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動及位到位的運(yùn)動等主要五種運(yùn)動形式。實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)動形式的典型機(jī)構(gòu)主要有：1、實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)(MechanismtoGainStraightLinePath)1)

齒輪-齒條機(jī)構(gòu)(Pinion-Rack)齒輪的正、反向回轉(zhuǎn)可以使齒條做往復(fù)直線運(yùn)動2)

螺旋機(jī)構(gòu)(ScrewMechanism)絲杠的回轉(zhuǎn)可以使螺母實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動3)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(Crank-Slider)當(dāng)曲柄連續(xù)回轉(zhuǎn)時，滑塊可做往復(fù)直線運(yùn)動4)

鏈傳動（直線段部分的運(yùn)動）(ChainDriveMechanism)帶有翼片的鏈傳動，可以拖動被作業(yè)件在兩鏈輪間的直線段做直線運(yùn)動。2、實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)(MechanismtoRealizeRotaryMotion)1)齒輪傳動機(jī)構(gòu)(GearTransmmisionMechanism2)雙曲柄機(jī)構(gòu)（含平行四邊形機(jī)構(gòu)）(DoubleCrankMechanism)一曲柄回轉(zhuǎn)可帶動另一曲柄做等速或不等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動3)鏈傳動及帶傳動(TrainandBeltTransmissions)可以實(shí)現(xiàn)較長距離的回轉(zhuǎn)運(yùn)動3、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動軌跡的機(jī)構(gòu)(Mechanismtorealizeanymotionpath)1)四桿機(jī)構(gòu)（連桿曲線）(Four-barLinkage)

四桿機(jī)構(gòu)的連桿上的每一點(diǎn)均可以實(shí)現(xiàn)一定的封閉運(yùn)動軌跡2)開式鏈機(jī)構(gòu)(OpenChainMechanism)任何開式鏈機(jī)構(gòu)上的端點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動軌跡，工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)大多是由開鏈機(jī)構(gòu)組成的。4、點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)(MechanismtoRealizePoint-to-pointMotion)1)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(Crank-slidingMechanism)合理的設(shè)計曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸，可以實(shí)現(xiàn)滑塊的點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動2)凸輪機(jī)構(gòu)(Cam)

擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)及直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)均可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動5、位到位的運(yùn)動機(jī)構(gòu)(MechanismtoRealizeMotionBetweenPositions)在四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用中，連桿及搖桿占據(jù)空間兩個及兩個以上位置的情況隨處可見，如：1)熱處理爐爐門開閉機(jī)構(gòu)(ClosingandOpeningMechanismofDoorofFurnaceforHeatTreatment)

爐門可以占據(jù)開啟和閉合兩個位置2)飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)(PlaneUndercarriageMechanism)起落架可以使輪子占據(jù)收起和放下兩個位置13.2.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動協(xié)調(diào)與運(yùn)動循環(huán)圖(MotionAdjustmenttoExcutiveMechanismandItsMotionCirculationChart)

多數(shù)機(jī)器不只有一個執(zhí)行構(gòu)件，往往是許多執(zhí)行構(gòu)件協(xié)調(diào)工作以完成同一任務(wù)。運(yùn)動循環(huán)圖即可表示出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的時序協(xié)調(diào)關(guān)系。另一種情況是，某些機(jī)械的多個執(zhí)行構(gòu)件在完成同一任務(wù)時，需有準(zhǔn)確而協(xié)調(diào)的運(yùn)動時間和運(yùn)動順序的安排，以防止出現(xiàn)某一執(zhí)行構(gòu)件工作不到位或兩個以上執(zhí)行構(gòu)件在同一空間發(fā)生干涉。運(yùn)動循環(huán)圖分為：直線式運(yùn)動循環(huán)圖，圓周式運(yùn)動循環(huán)圖及直角坐標(biāo)式運(yùn)動循環(huán)圖。13.2.5機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計準(zhǔn)則(GeneralRuleforSchemeDesign)1、傳動鏈應(yīng)盡可能短；

2、機(jī)械效率應(yīng)盡可能高；

3、傳動比的分配應(yīng)盡可能合理；

4、傳動機(jī)構(gòu)的順序安排應(yīng)盡可能恰當(dāng)；

5、機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn)必須保證。13.2.6機(jī)械運(yùn)動方案的評價(EvaluationofMechanicalScheme)

實(shí)現(xiàn)同一工作任務(wù)，且滿足工藝要求和性能指標(biāo)時，可以設(shè)計出多種機(jī)械運(yùn)動方案來。必須再經(jīng)過充分的、細(xì)致的分析比較，以決定取舍。最后保留的設(shè)計方案應(yīng)是最優(yōu)方案。每一部機(jī)器都是由原動機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動機(jī)構(gòu)組成的，因此需分別對原動機(jī)及各機(jī)構(gòu)進(jìn)行評價，然后經(jīng)綜合可獲得對一部機(jī)器整機(jī)的評價。建立評價體系是量化評價的方法之一。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計方案的優(yōu)劣主要是技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全可靠三方面。但作為方案設(shè)計階段主要考慮功能、性能等技術(shù)方面因素。評價體系可將系統(tǒng)評價指標(biāo)劃分為六方面：它們是(1)系統(tǒng)功能、(2)運(yùn)動性能、(3)

動力性能、(4)工作性能、（5）經(jīng)濟(jì)性、(6)結(jié)構(gòu)緊湊性等。評價時根據(jù)具體情況分別對六大類型及更為細(xì)致的子項(xiàng)給出分值，然后對整機(jī)進(jìn)行比較。1、系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)運(yùn)動規(guī)律或運(yùn)動軌跡、實(shí)現(xiàn)工藝動作的準(zhǔn)確性、特定功能等。2、運(yùn)動性能：運(yùn)轉(zhuǎn)速度、行程可調(diào)性、運(yùn)動精度等。3、動力性能：承載能力、增力特性、振動噪音等。4、工作性能：效率高低、壽命長短、可操作性、安全性、可靠性、適應(yīng)范圍等。5、經(jīng)濟(jì)性：加工難易、能耗大小、制造成本等。6、機(jī)構(gòu)緊湊性：尺寸、重量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。假定設(shè)計方案均滿足(1)、(2)兩大類型要求，則應(yīng)對不同方案重點(diǎn)進(jìn)行(3)、(4)、(5)（6）的比較。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、加速度小、無沖擊和噪聲，這對大型機(jī)械是十分重要的評價指標(biāo)，尤其對未獲得在基座上平衡的連桿機(jī)構(gòu)更是如此。機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、傳動鏈短、工作可靠是又一重要的評價指標(biāo)。制造難易，調(diào)整的方便性，維修的方便性直接影響著機(jī)構(gòu)及機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性，這是不可忽視的第三方面的評價指標(biāo)。aaaa綜合考慮各方面評價指標(biāo)，才能在諸多機(jī)械運(yùn)動方案的設(shè)計中選出最優(yōu)者。13.3機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計13.3.1機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用(CreativeApplicationforKnowingMechanism)即：使用常見機(jī)構(gòu)，經(jīng)過巧妙的構(gòu)思，賦予機(jī)構(gòu)以新的應(yīng)用。13.3.2新機(jī)構(gòu)的構(gòu)思