第15章機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

◆掌握機(jī)構(gòu)選型的基本知識和機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖的基本概念；

◆掌握簡單機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)的步驟和方法；

◆了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程和機(jī)械總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容；◆了解機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的過程和內(nèi)容；◆了解常用原動機(jī)的類型和特點(diǎn)及其選取原則；◆了解擬定簡單機(jī)械傳動系統(tǒng)方案的過程。本章基本要求第15章機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)◆機(jī)械總體方案的設(shè)計(jì)◆

機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)◆機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和原動機(jī)的選擇本章主要內(nèi)容本章難點(diǎn)本章重點(diǎn)機(jī)構(gòu)選型的基本知識和機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)的方法。機(jī)械運(yùn)動方案的擬定過程。1.機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過程◆初期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段◆總體方案設(shè)計(jì)階段◆結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)階段◆生產(chǎn)施工設(shè)計(jì)階段

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)通過分析、綜合與創(chuàng)新獲得滿足某些特定要求和功能的機(jī)械系統(tǒng)的過程。15.1

機(jī)械總體方案的設(shè)計(jì)機(jī)械新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)過程一般分為四個(gè)階段：（1）初期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段◆選題◆調(diào)研和預(yù)測◆可行性論證◆確定設(shè)計(jì)任務(wù)階段成果：調(diào)研報(bào)告設(shè)計(jì)任務(wù)書產(chǎn)品開發(fā)可行性論證報(bào)告（2）總體方案設(shè)計(jì)階段◆目標(biāo)分析◆創(chuàng)新構(gòu)思◆方案擬定◆方案評價(jià)◆方案決策總體方案示意圖機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動簡圖方案設(shè)計(jì)計(jì)算說明書階段成果：（3）結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)階段◆結(jié)構(gòu)方案擬定◆造型設(shè)計(jì)◆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)◆材料選擇與尺寸設(shè)計(jì)◆設(shè)計(jì)圖繪制階段成果：全套設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)計(jì)算說明書（4）生產(chǎn)施工設(shè)計(jì)階段◆工藝設(shè)計(jì)◆工裝設(shè)計(jì)◆施工設(shè)計(jì)

階段成果工藝流程卡片、工裝設(shè)計(jì)圖基礎(chǔ)安裝圖、技術(shù)文件使用說明書、備件明細(xì)表2.機(jī)械總體方案設(shè)計(jì)的目的和內(nèi)容

總體方案設(shè)計(jì)階段的工作是實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品初期規(guī)劃階段所提出的設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的好壞，包括產(chǎn)品的功能是否齊全、性能是否優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)效益是否顯著，在很大程度上取決于總體方案設(shè)計(jì)階段的工作，取決于方案的構(gòu)思和方案擬定時(shí)的設(shè)計(jì)思想。（1）總體方案設(shè)計(jì)的目的2.總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容★

執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)、運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計(jì)、執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價(jià)與決策?！?/p>

原動機(jī)類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。其中傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要包括傳動類型和傳動路線的選擇，傳動鏈中機(jī)構(gòu)順序的安排和各級傳動比的分配?！?/p>

信息處理控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。★

其它輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。主要包括潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、故障監(jiān)測系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)是指具有特定功能、相互之間既有有機(jī)聯(lián)系又相互制約的單元組合而成的有序整體。3.機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)思想（1）現(xiàn)代設(shè)計(jì)的觀念7個(gè)特點(diǎn)：理論性、創(chuàng)造性、廣義性、優(yōu)選性、擴(kuò)展性、設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)化、設(shè)計(jì)信息化。（2）系統(tǒng)工程的觀念

一般機(jī)械系統(tǒng)都是由原動機(jī)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等若干個(gè)子系統(tǒng)組成，而每一個(gè)子系統(tǒng)又由若干個(gè)更低一級的子系統(tǒng)或組合單元組成。從系統(tǒng)工程的角度來看，各子系統(tǒng)雖具有各自特定的功能，但由于是為了共同實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的整體目標(biāo)，因而各子系統(tǒng)間是有機(jī)聯(lián)系在一起、相互之間既有依賴作用又有制約作用的。系統(tǒng)工程解決設(shè)計(jì)問題的基本思想：

首先從系統(tǒng)的整體目標(biāo)出發(fā)，將總體功能分解成若干功能單元；然后尋找出能完成各個(gè)功能的技術(shù)方案，再把各個(gè)技術(shù)方案組成方案組，進(jìn)行分析、評價(jià)和優(yōu)選，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)給定環(huán)境條件下的整體優(yōu)化。1.執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的過程和內(nèi)容15.2機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)（1）功能原理設(shè)計(jì)：根據(jù)機(jī)械預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能，考慮選擇何種工作原理來實(shí)現(xiàn)這一功能要求。例如：設(shè)計(jì)一個(gè)齒輪加工設(shè)備，可以選擇仿形原理，也可以選擇范成原理。原理不同，其工藝動作也就不同。執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)框圖執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括以下7個(gè)方面：（2）運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)

是指為實(shí)現(xiàn)上述工作原理而決定選擇何種運(yùn)動規(guī)律。例如：同是采用范成法原理加工齒輪，可以選擇插齒機(jī)床的方法，也可以選擇滾齒機(jī)床的方法。即實(shí)現(xiàn)同一工作原理，可以選用不同的運(yùn)動規(guī)律，運(yùn)動規(guī)律不同，設(shè)計(jì)出來的械也就不同。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)

是指究竟選擇何種機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動規(guī)律。例如：為了實(shí)現(xiàn)刀具的上下往復(fù)運(yùn)動，既可以采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)，也要以采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)；還可以通過機(jī)構(gòu)組合或機(jī)構(gòu)變異創(chuàng)造發(fā)明新的機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)直接影響到機(jī)構(gòu)的使用效果、繁簡程度和可靠性等。（4）執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

就是根據(jù)工藝過程對各動作的要求，分析各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)如何協(xié)調(diào)和配合，設(shè)計(jì)出協(xié)調(diào)配合圖。即機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)圖。如果各個(gè)機(jī)構(gòu)動作不協(xié)調(diào)，就會破壞機(jī)械的整個(gè)工作過程，達(dá)不到工作要求，甚至?xí)p壞機(jī)件和產(chǎn)品，造成生產(chǎn)和人身事故。（5）機(jī)構(gòu)尺度設(shè)計(jì)

是指對所選擇的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動和動力設(shè)計(jì)，確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸，繪制出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖。（6）運(yùn)動和動力分析

即對整個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動分析和動力分析，以檢驗(yàn)其是否滿足運(yùn)動要求和動力性能方面的要求。（7）方案評價(jià)與決策

方案評價(jià)包括定性評價(jià)和定量評價(jià)。前者是指對結(jié)構(gòu)的繁簡、尺寸的大小、加工的難易等進(jìn)行評價(jià)，后者是指將運(yùn)動和動力分析后所得的執(zhí)行系統(tǒng)的具體性能與使用要求所規(guī)定的預(yù)期性能進(jìn)行比較，從而對設(shè)計(jì)方案作出評價(jià)。實(shí)現(xiàn)同一種功能要求，可以采用不同的工作原理；實(shí)現(xiàn)同一種工作原理，可以選擇不同的運(yùn)動規(guī)律；實(shí)現(xiàn)同一種運(yùn)動規(guī)律，可以選擇不同型式的機(jī)構(gòu)。獲得多種不同的方案給定某種預(yù)期功能要求機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)所要研究的問題，就是如何合理地利用設(shè)計(jì)者的專業(yè)知識和分析能力，創(chuàng)造性地構(gòu)思出各種可能的方案并從中選出最佳方案。機(jī)械預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能功能原理摩擦傳動原理流體傳動原理電磁傳動原理機(jī)械推拉原理材料變形原理光電原理其它原理機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)流程圖工藝動作分解方法1工藝動作分解方法2工藝動作分解方法3工藝動作分解方法n……運(yùn)動規(guī)律機(jī)構(gòu)型式連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)其它機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)變異2.執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)（1）功能原理的構(gòu)思與選擇

功能原理設(shè)計(jì)的任務(wù)就是根據(jù)機(jī)構(gòu)預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能要求，構(gòu)思出所有可能的功能原理，加以分析比較，并根據(jù)使用要求或工藝要求，從中選擇出既能很好地滿足功能要求、工藝動作又簡單的工作原理。例如：螺栓上的螺紋加工，可以采用車削加工原理，也可以采用套絲工作原理，還可以采用滾壓工作原理。不同的螺紋加工原理適用于不同場合，滿足不同的加工需要，其執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動方案也各不相同。2.功能原理的創(chuàng)造性

常用的方法有：分析綜合法、思維擴(kuò)展法、還原創(chuàng)新法。分析綜合法：把機(jī)構(gòu)預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能要求分解為各種分功能，然且分別加以研究，分析其本質(zhì)，進(jìn)行各分功能原理設(shè)計(jì)，最后把這些分功能原理綜合起來，組成一個(gè)新的系統(tǒng)。思維擴(kuò)展法：從傳統(tǒng)的定式思維轉(zhuǎn)向發(fā)散思維例如：挖土機(jī)挖濕土，由設(shè)計(jì)清掃機(jī)構(gòu)到采用一種與粘土摩擦系數(shù)小的材料作挖斗的表面材料。還原創(chuàng)新法：跳出自己已有的創(chuàng)造起點(diǎn)，重新返回到創(chuàng)造的原點(diǎn)，構(gòu)思新的功能原理。例如：縫紉機(jī)，模仿人手穿針引線的動作，不能成功，返回到原點(diǎn)，采用擺梭使底線繞過面線將布料夾緊的工作原理，獲得成功。3.執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)（1）工藝動作分解和運(yùn)動方案選擇

運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)通常是對工藝方法和工藝動作進(jìn)行分析，把其分解成若干個(gè)基本動作。工藝動作分解的方法不同，所形成的運(yùn)動方案也不相同。例如：設(shè)計(jì)一臺加工內(nèi)孔的機(jī)床，所依據(jù)的是刀具與工件間相對運(yùn)動的原理。可以采用四種方法，第一種，車床方案；第二種，鏜床方案；第三種，鉆床方案；第四種，拉床方案。車床方案：

工件作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動，刀具作縱向等速移動，并作徑向進(jìn)給運(yùn)動。適用于加工小的圓柱形工件。鏜床方案：

工件固定不動，刀具既繞被加工孔的中心孔轉(zhuǎn)動，又作縱向進(jìn)給運(yùn)動，還要作徑向調(diào)整運(yùn)動。適用于加工尺寸大且外形復(fù)雜的工件。鉆床方案：

工件固定不動，采用不同尺寸的專用工具——鉆頭或鉸刀等，使刀具作等速轉(zhuǎn)動并綜合利用縱向送進(jìn)運(yùn)動。工藝動作簡化了，但帶來了刀具的復(fù)雜化，且加工大孔有困難。拉床方案：工件和刀具均不轉(zhuǎn)動，而只讓刀具作直線運(yùn)動。動作最簡單，生產(chǎn)效率高，但所需拉力大，刀具價(jià)格貴，拉削大零件和長孔時(shí)有困難。（2）運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性

最常用的是仿生法，即模仿人或動物的動作將工藝動作進(jìn)行分解，構(gòu)思出一實(shí)現(xiàn)某一預(yù)定工作原理的運(yùn)動規(guī)律。例如挖土機(jī)設(shè)計(jì)就是仿生法。

思維擴(kuò)展法仍是一個(gè)重要的創(chuàng)新方法。例如，要設(shè)計(jì)一個(gè)分選不同直徑的鋼珠的裝置，為了避免設(shè)計(jì)各種鋼珠的測量工具，使鋼珠沿著兩個(gè)斜放的不等距棒條滾動，當(dāng)鋼珠沿棒條移動時(shí)，小一些的鋼珠由于棒條夾不住而靠自重先行落下，大一些的鋼珠可多移動一段距離。鋼珠落下的先后次序與其直徑大小成比例，設(shè)計(jì)者只需設(shè)計(jì)一個(gè)輸送鋼珠的動作即可達(dá)到鋼珠尺寸分級的目的。4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計(jì)（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)的原則1)滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動作和運(yùn)動要求。2)盡量簡化和縮短運(yùn)動鏈，選擇較簡單的機(jī)構(gòu)。3)盡量減小機(jī)構(gòu)的尺寸。4)選擇合適的運(yùn)動副形式。5)考慮動力源的形式。6)使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力條件和動力特性。7)使機(jī)械具有調(diào)節(jié)某些運(yùn)動參數(shù)的能力。8)保證機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）機(jī)構(gòu)的選型1)按照執(zhí)行構(gòu)件所需的運(yùn)動特性進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型。2)按照動作功能分解與組合原理進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型。（3）機(jī)構(gòu)的構(gòu)型擴(kuò)展法：以基本機(jī)構(gòu)為生長點(diǎn)，在其上聯(lián)接若干基本桿組，構(gòu)筑出新的機(jī)構(gòu)型式。組合法：將幾種基本機(jī)構(gòu)以適當(dāng)?shù)姆绞浇M合起來，實(shí)現(xiàn)基本機(jī)構(gòu)不易實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動或動力特性。變異法：通過改變機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀、運(yùn)動尺寸、更換機(jī)架或原動件、增加輔助構(gòu)件等方法以獲得新的機(jī)構(gòu)或特性。（1）執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的原則1)滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作先后的順序性要求。2)滿足各執(zhí)行機(jī)械動作在時(shí)間上的同步性要求。3)滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求。4)滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作上的協(xié)同性要求。5)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作安排要有利于提高勞動生產(chǎn)率。6)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布置要用利于系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)和效率的提高。5.執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)（2）執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的方法1)確定機(jī)械的工作循環(huán)周期。2)確定機(jī)械在一個(gè)運(yùn)動循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件的各個(gè)行程段及其所需時(shí)間。3)確定各執(zhí)行構(gòu)件動作間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。（3）機(jī)械循環(huán)圖

用來描述各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動間相互協(xié)調(diào)配合的圖稱為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)圖。運(yùn)動循環(huán)圖的形式：

直線式、圓周式、直角坐標(biāo)式。運(yùn)動循環(huán)圖的功能：

保證各執(zhí)行構(gòu)件的動作相互協(xié)調(diào)、緊密配合，使機(jī)械順利實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工藝動作。直線式：將機(jī)構(gòu)在1個(gè)運(yùn)動循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件各行程區(qū)段的起止時(shí)間和先后順序，按比例繪制在直線坐標(biāo)軸上。特點(diǎn)：繪制方法簡單，能清楚地表示出1個(gè)運(yùn)動循環(huán)內(nèi)各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動的相互順序和時(shí)間關(guān)系，直觀性較差，不能顯示各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動規(guī)律。圓周式：以極坐標(biāo)系原點(diǎn)O為圓心作若干個(gè)同心圓環(huán)，每個(gè)圓環(huán)代表一個(gè)執(zhí)行構(gòu)件，由各相應(yīng)圓環(huán)分別引徑向直線表示各執(zhí)行構(gòu)件不同運(yùn)動狀態(tài)的起始和終止位置。特點(diǎn)：能比較直觀地看出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)目較多時(shí)，由于同心圓環(huán)太多不能一目了然，也無法顯示各執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動規(guī)律。直角坐標(biāo)式：用橫坐標(biāo)軸表示機(jī)械主軸或分配軸轉(zhuǎn)角，以縱坐標(biāo)軸表示各執(zhí)行構(gòu)件的角位移或線位移，為簡明起見，各區(qū)段之間均用直線連接。特點(diǎn)：不僅能清楚地表示出各執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序，而且能表示出各執(zhí)行構(gòu)件在各區(qū)段的運(yùn)動規(guī)律。對指導(dǎo)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的幾何尺寸設(shè)計(jì)非常便利。（1）方案評價(jià)的意義6.方案評價(jià)與決策

機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的過程，就是一個(gè)先通過分析、綜合，使待選方案數(shù)目由少變多，再通過評價(jià)、決策，使待選方案數(shù)目由多變少，最后獲得滿意方案的過程。建立合理的評價(jià)指標(biāo)，才能使評價(jià)結(jié)果客觀、合理。

評價(jià)指標(biāo)包括兩方面：其一是定性的評價(jià)指標(biāo)，常指設(shè)計(jì)的目標(biāo)；其二是定量的評價(jià)指標(biāo)，常指設(shè)計(jì)的定量指標(biāo)。2.評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)體系

評價(jià)體系是指通過一定范圍內(nèi)的專家咨詢，確定評價(jià)指標(biāo)及其評定方法。

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，通常應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全可靠三方面予以評價(jià)。主要考慮技術(shù)方面的指標(biāo)。3.評價(jià)方法簡介（1）經(jīng)驗(yàn)性的概略評價(jià)法：

請多名有經(jīng)驗(yàn)的專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用排隊(duì)法或排除法直接評價(jià)。當(dāng)設(shè)計(jì)問題不是很復(fù)雜或評價(jià)指標(biāo)十分具體時(shí)，可使用這種方法。

（2）計(jì)算性的數(shù)學(xué)分析評價(jià)法：

運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行分析、推導(dǎo)和計(jì)算，得到定量的評價(jià)參數(shù)。常用的方法有評分法、技術(shù)-經(jīng)濟(jì)評價(jià)法和模糊評價(jià)法等。

評分法：它是針對評價(jià)目標(biāo)中的各個(gè)項(xiàng)目，選擇一定的評分標(biāo)準(zhǔn)和總分計(jì)分法對方案的優(yōu)劣進(jìn)行定量評價(jià)。

技術(shù)-經(jīng)濟(jì)評價(jià)法：它是一種綜合考慮技術(shù)類指標(biāo)評價(jià)值和經(jīng)濟(jì)類指標(biāo)評價(jià)值的評價(jià)法。

模糊評價(jià)法：它的評分標(biāo)準(zhǔn)是將定性評價(jià)中使用的模糊概念，用[0，1]區(qū)間內(nèi)的連續(xù)數(shù)值來表達(dá)評價(jià)值。4.評價(jià)結(jié)果的處理

評價(jià)值最高的方案為整體最優(yōu)方案，但是否選擇這一方案，還需設(shè)計(jì)者根據(jù)具體情況作出決策。對于質(zhì)量不高的待評方案的處理將是再設(shè)計(jì)。(3)實(shí)踐性的試驗(yàn)評價(jià)法：

對于一些重要的方案設(shè)計(jì)問題，可通過模型試驗(yàn)或計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)對方案進(jìn)行評價(jià)。這種評價(jià)方法是依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果而不是憑專家的經(jīng)驗(yàn)，故可獲得更為準(zhǔn)確的評價(jià)結(jié)果。但其花費(fèi)的代價(jià)較高。1.機(jī)械傳動系統(tǒng)的作用及其設(shè)計(jì)過程15.3機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和原動件選擇

傳動系統(tǒng)位于原動機(jī)和執(zhí)行系統(tǒng)之間，將原動機(jī)的運(yùn)動和動力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)。除進(jìn)行功率傳遞，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)能克服阻力作功外，它還起著如下重要作用：實(shí)現(xiàn)增速、減速或變速傳動；變換運(yùn)動形式；進(jìn)行運(yùn)動的合成和分解；實(shí)現(xiàn)分路傳動和較遠(yuǎn)距離傳動；實(shí)現(xiàn)某些操縱控制功能(如啟動、離合、制動、換向……)等。（1）傳動系統(tǒng)的作用傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的重要組成部分。當(dāng)完成了執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和原動機(jī)的預(yù)選型后，即可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的運(yùn)動和動力條件及原動機(jī)的類型和性能參數(shù)，進(jìn)行傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)了。1)確定傳動系統(tǒng)的總傳動比。2)選擇傳動類型。3)擬定傳動鏈的布置方案。（2）傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的過程和基本要求◆一般過程：4)

分配傳動比。5)確定各級傳動機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和主要幾何尺寸，計(jì)算傳動系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)。6)繪制傳動系統(tǒng)運(yùn)動簡圖。傳動系統(tǒng)應(yīng)滿足機(jī)器的功能要求，而且性能優(yōu)良；傳動效率高；結(jié)構(gòu)簡單緊湊，占用空間??；便于操作，安全可靠；可制造性好，加工成本低；維修性好；不污染環(huán)境。◆基本要求：2.機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)（1）傳動類型的選擇◆按工作原理可分為4類：機(jī)械傳動、流體傳動、電力傳動和磁力傳動。本章主要介紹機(jī)械傳動。1）傳動的類型和特點(diǎn)◆按傳動的工作原理可分為兩大類：嚙合傳動：工作可靠，壽命長，傳動比準(zhǔn)確，傳遞功率大，效率高，速度范圍廣；缺點(diǎn)是對加工制造安裝的精度要求較高。摩擦傳動：

工作平穩(wěn)，噪聲低，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，具有過載保護(hù)能力；缺點(diǎn)是外廓尺寸較大，傳動比不準(zhǔn)確，傳動效率較低，傳動元件壽命較短?！锒▊鲃颖葌鲃樱狠斎肱c輸出轉(zhuǎn)速對應(yīng)，適用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工況固定、或其工況與原動機(jī)對應(yīng)變化的場合?！镒儌鲃颖扔屑壸兯賯鲃樱阂粋€(gè)輸入轉(zhuǎn)速可對應(yīng)于若干個(gè)輸出轉(zhuǎn)速，適用于原動機(jī)工況固定，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)有若干種工況的場合，或用于擴(kuò)大原動機(jī)的調(diào)速范圍?！舭磦鲃颖群洼敵鏊俣鹊淖兓闆r可分為4種傳動:★變傳動比無級變速傳動：

一個(gè)輸入轉(zhuǎn)速對應(yīng)于某一范圍內(nèi)無限多個(gè)輸出轉(zhuǎn)速，適用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)工況很多或最佳工況不明確的情況?！镒儌鲃颖戎芷谛宰兯賯鲃樱?/p>

輸出角速度是輸入角速度的周期性函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)函數(shù)傳動或改善動力特性。2)選擇傳動類型的原則★考慮與原動機(jī)和執(zhí)行系統(tǒng)相互匹配。★考慮工作要求傳遞的功率和運(yùn)轉(zhuǎn)速度。★考慮提高傳動效率?！锟紤]傳動比的準(zhǔn)確性及合理范圍?！锟紤]結(jié)構(gòu)布置和外廓尺寸的要求。★考慮經(jīng)濟(jì)性?！锟紤]機(jī)械安全運(yùn)轉(zhuǎn)和環(huán)境條件。（2）傳動路線的擬定★

串聯(lián)式單路傳動★

并聯(lián)式分路傳動★

并聯(lián)式多路聯(lián)合傳動★

混合式傳動。

根據(jù)功率傳遞，即能量流動的路線，傳動路線可分為4類：（3）傳動鏈中機(jī)構(gòu)順序的安排★有利于提高傳動系統(tǒng)的效率?！镉欣跈C(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和減少振動及噪音?！镉欣趥鲃酉到y(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸勻稱。★有利于加工制造。（4）各級傳動比的分配★每一級傳動比應(yīng)在各類傳動機(jī)構(gòu)的合理范圍內(nèi)選取?！锂?dāng)齒輪傳動鏈的傳動比較大時(shí)，常采用多級齒輪傳動?！锂?dāng)各中間軸有較高轉(zhuǎn)速和較小扭矩時(shí)，軸及軸上的零件可取較小的尺寸，從而使整個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊湊?！镌诳紤]傳動比分配時(shí)，還應(yīng)注意使各傳動件之間、傳動件與機(jī)架之間不要干涉?！镌陂]式齒輪傳動中，為了潤滑簡便，應(yīng)按照高速級和低速級的大齒輪浸入油中的深度大致相近的原則分配傳動比，以改善浸油潤滑條件。3.原動機(jī)的選擇

主要優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動效率高、有良好的調(diào)速性能、可遠(yuǎn)距離控制，啟動、制動、反向調(diào)速都易控制，與傳動系統(tǒng)或工作機(jī)械聯(lián)接方便，作為一般傳動，電動機(jī)的功率范圍很廣。

主要缺點(diǎn)：必須有電源，不適于野外使用。

（1）原動機(jī)的類型和特點(diǎn)常用的原動機(jī)有以下5種類型。1)動力電動機(jī)

伺服電動機(jī)是指能精密控制系統(tǒng)位置和角度的電動機(jī)。特點(diǎn)：體積小、重量輕；具有寬廣而平滑的調(diào)速范圍和快速響應(yīng)能力。

應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、軍事、航空航天等領(lǐng)域，如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人。2)控制電動機(jī)（