第16章機械系統(tǒng)總體方案設計

第16章機械系統(tǒng)總體方案設計選講§16－1機械總體設計方案設計概述§16－2執(zhí)行系統(tǒng)的運動方案設計§16－3驅(qū)動系統(tǒng)選擇§16－4傳動系統(tǒng)的方案設計§16－5機械控制系統(tǒng)簡介§16－6機械系統(tǒng)方案評價與決策湖南科技大學專用作者：潘存云教授

本章概要

機械系統(tǒng)的組成；總體設計方案設計的方法與步驟；執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、原動機的設計與選擇；控制系統(tǒng)的概念湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－1機械系統(tǒng)總體方案設計概述機械系統(tǒng)總體方案設計的目的：機械系統(tǒng)總體方案設計的主要內(nèi)容：機械系統(tǒng)總體方案設計的基本步驟:設計任務抽象化;任務的本質(zhì)核心與主要約束條件確定系統(tǒng)的功能結(jié)構;動力系統(tǒng)；傳動系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)；控制系統(tǒng)尋求實現(xiàn)各分功能的工作原理;組合作用原理，形成方案設計的原理解。各工作原理（機構）的組合盡可能明確設計任務的本質(zhì)及約束條件，避免設計方向上的重大偏差；創(chuàng)造性思維，盡可能多而廣的尋求解決方案，以取得最優(yōu)方案。設計的指導性文件(戰(zhàn)略）系統(tǒng)功能結(jié)構設計和工作原理設計；主功能載體的初步結(jié)構構思及系統(tǒng)主參數(shù)的選擇。方案的評價與決策湖南科技大學專用作者：潘存云教授總體方案設計步驟：根據(jù)設計要求進行方案設計對設計要求抽象化，認清事物的本質(zhì)確定系統(tǒng)的功能結(jié)構尋求實現(xiàn)各分功能的作用原理組合作用原理，形成原理解方案的評價與決策得到原理方案，轉(zhuǎn)入技術設計

湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－2執(zhí)行系統(tǒng)的運動方案設計現(xiàn)代機械組成：機械的具體功能要求可歸結(jié)為對運動和力的要求執(zhí)行系統(tǒng)：直接對作業(yè)對象進行操作。驅(qū)動系統(tǒng)（動力系統(tǒng)）；傳動系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)；控制和信息處理系統(tǒng)。

執(zhí)行機構和執(zhí)行構件。常處于系統(tǒng)的末端。執(zhí)行系統(tǒng)的設計：最困難、最關鍵、最具創(chuàng)造力。1、確定執(zhí)行機構的運動規(guī)律：

周期性的往復運動；轉(zhuǎn)動，擺動及其組合間隙或連續(xù)的，等速或變速的轉(zhuǎn)動一定范圍內(nèi)的擺動2、確定實現(xiàn)這些運動的機構及其組合3、合理確定執(zhí)行機構的類型及其綜合4、在多種方案中選擇合適的方案要求：滿足運動和力的要求；加工制造性；成本；操作性；安全性；傳動平穩(wěn)性等。湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－3驅(qū)動系統(tǒng)選擇原動機：機械設備中驅(qū)動執(zhí)行機構運動的機械。輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。常用的如電動機、液壓馬達、氣動馬達、內(nèi)燃機1.電動機：分往復式和旋轉(zhuǎn)活塞式按主要運動機構的不同往復式：柴油機、汽油機；二沖程、四沖程；單缸，多缸等；水冷式、風冷式等3.液壓馬達和氣動馬達：交流電機、直流電機按使用電源分如三相異步電動機：籠型式、繞線型；按轉(zhuǎn)子結(jié)構形式分按外殼結(jié)構形式分

開啟式、防護式、封閉式和防爆式

同步電動機、異步電動機按電機轉(zhuǎn)速是否與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同2.內(nèi)燃機：壓力能（液體、氣體）旋轉(zhuǎn)機械能熱能機械能湖南科技大學專用作者：潘存云教授液壓馬達液壓馬達：高速齒輪式葉片式軸向柱塞式鋼球式直軸彎軸點接觸式滑履式低速柱塞式鋼球式擺線轉(zhuǎn)子式徑向內(nèi)曲線多作用式曲軸連桿式曲軸無連桿式軸向

——雙斜盤式內(nèi)曲線多作用式雙凸輪盤式湖南科技大學專用作者：潘存云教授氣動馬達：氣動馬達容積式葉片式透平式單向回轉(zhuǎn)式雙向回轉(zhuǎn)式雙作用雙向式活塞式擺動式軸向活塞式徑向活塞式齒輪式雙齒輪式多齒輪式單葉片式雙葉片式齒輪齒條式湖南科技大學專用作者：潘存云教授原動機選擇：

1、工作機械的負載特性和要求：工作機械的載荷特性，

工作制度，結(jié)構布置，工作環(huán)境。

2、原動機的機械特性：原動機的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，

能適應的工作環(huán)境，保證工作機原動機相匹配。

3、經(jīng)濟性比較：能源的供應與消耗；

原動機的制造、運行、維修成本。湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－4傳動系統(tǒng)的方案設計傳動系統(tǒng)：動力系統(tǒng)與執(zhí)行機構之間的傳動聯(lián)系。傳動聯(lián)系→傳動鏈→傳動系統(tǒng)功能：1、減速或增速2、變速3、改變運動規(guī)律或形式4、傳遞動力分類：傳動比；固定？可調(diào)？驅(qū)動的執(zhí)行機構；數(shù)量工作原理；摩擦傳動、嚙合液體、電力傳動系統(tǒng)固定傳動比，可調(diào)傳動比（有級或無級可調(diào)）獨立驅(qū)動、集中驅(qū)動、聯(lián)合驅(qū)動選擇原則：技術經(jīng)濟指標（滿足工作性能要求）1、小功率傳動：結(jié)構簡單，初始費用小。2、大功率傳動：效率，節(jié)能，降低運轉(zhuǎn)和維修費用。3、要求變速：動力機調(diào)速：定傳動比；電動機調(diào)速不能滿足要求：（有級）變速傳動湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－5控制系統(tǒng)簡介控制過程：檢測、反饋、糾偏。傳動聯(lián)系→傳動鏈→傳動系統(tǒng)組成：如雙手車削球形工件B(s)E(s)x(s)給定環(huán)節(jié)校正及放大環(huán)節(jié)○執(zhí)行環(huán)節(jié)被控對象測量環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)控制部分y(s)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－5機械控制系統(tǒng)簡介自動控制系統(tǒng)分類：給定量恒值控制隨動控制程序控制控制方式順序控制反饋控制被控量過程控制伺服控制自動控制湖南科技大學專用作者：潘存云教授§16－6機械系統(tǒng)方案評價與決策機械設計過程：分析

→綜合→評價→決策評價：依據(jù)機械系統(tǒng)的功能目標，對候選方案的價值及效用進行比較和評定。

決策：依據(jù)機械系統(tǒng)的功能目標，對評價結(jié)果作出選擇或決定，得到擬用方案。方案評選原則：制造工藝、材料、結(jié)構、經(jīng)濟實用性本書偏重于機械運動、運動和動力特性考慮1、機械功能的質(zhì)量滿足轉(zhuǎn)換運動和力的水平和質(zhì)量2、機械結(jié)構的合理性簡單、工藝性、標準件、可靠性、精度、效率等3、機械的經(jīng)濟性4、機械的實用性除以上外，不需要多余的性能決策：總價值最高。如多學科穩(wěn)健優(yōu)化設計（決策）（RBMDO）湖南科技大學專用作者：潘存云教授機械系統(tǒng)總體方案設計設計方法設計內(nèi)容執(zhí)行系統(tǒng)方案設計原動機設計傳動系統(tǒng)方案設計控制系統(tǒng)方案設計