第16章機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計

1、湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 第第16章章 機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計選講選講161 機(jī)械總體設(shè)計方案設(shè)計概述機(jī)械總體設(shè)計方案設(shè)計概述162 執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動方案設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動方案設(shè)計163 驅(qū)動系統(tǒng)選擇驅(qū)動系統(tǒng)選擇164 傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計165 機(jī)械控制系統(tǒng)簡介機(jī)械控制系統(tǒng)簡介166 機(jī)械系統(tǒng)方案評價與決策機(jī)械系統(tǒng)方案評價與決策湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 本本 章章 概概 要要 機(jī)械系統(tǒng)的組成；機(jī)械系統(tǒng)的組成； 總體設(shè)計方案設(shè)計的方法與步驟；總體設(shè)計方案設(shè)計的方法與步驟； 執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、原動機(jī)的設(shè)計與選擇；執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、原動機(jī)

2、的設(shè)計與選擇； 控制系統(tǒng)的概念控制系統(tǒng)的概念湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 161 機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計概述機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計概述機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的目的：機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的目的：機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的主要內(nèi)容：機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的主要內(nèi)容：機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的基本步驟機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的基本步驟:設(shè)計任務(wù)抽象化設(shè)計任務(wù)抽象化;任務(wù)的本質(zhì)核心與主要約束條件任務(wù)的本質(zhì)核心與主要約束條件確定系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)確定系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu);動力系統(tǒng)；傳動系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)；控制系統(tǒng)動力系統(tǒng)；傳動系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)；控制系統(tǒng) 尋求實(shí)現(xiàn)各分功能的工作原理尋求實(shí)現(xiàn)各分功能的工作原理;組合作用原理，形成方案設(shè)

3、計的原理解。組合作用原理，形成方案設(shè)計的原理解。各工作原理（機(jī)構(gòu)）的組合各工作原理（機(jī)構(gòu)）的組合盡可能盡可能明確設(shè)計任務(wù)的本質(zhì)及約束條件，避免設(shè)計方明確設(shè)計任務(wù)的本質(zhì)及約束條件，避免設(shè)計方向上的重大偏差；創(chuàng)造性思維，向上的重大偏差；創(chuàng)造性思維，盡可能盡可能多而廣的尋求多而廣的尋求解決方案，以取得最優(yōu)方案。解決方案，以取得最優(yōu)方案。設(shè)計的指導(dǎo)性文件設(shè)計的指導(dǎo)性文件(戰(zhàn)略）戰(zhàn)略）系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理設(shè)計；系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理設(shè)計；主功能載體的初步結(jié)構(gòu)構(gòu)思及系統(tǒng)主參數(shù)的選擇。主功能載體的初步結(jié)構(gòu)構(gòu)思及系統(tǒng)主參數(shù)的選擇。方案的評價與決策方案的評價與決策湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授

4、總體方案設(shè)計步驟：總體方案設(shè)計步驟：根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行方案設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行方案設(shè)計對設(shè)計要求抽象化，認(rèn)清事物的本質(zhì)對設(shè)計要求抽象化，認(rèn)清事物的本質(zhì)確定系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)確定系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)尋求實(shí)現(xiàn)各分功能的作用原理尋求實(shí)現(xiàn)各分功能的作用原理組合作用原理，形成原理解組合作用原理，形成原理解方案的評價與決策方案的評價與決策得到原理方案，轉(zhuǎn)入技術(shù)設(shè)計得到原理方案，轉(zhuǎn)入技術(shù)設(shè)計 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 162 執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動方案設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動方案設(shè)計現(xiàn)代機(jī)械組成：現(xiàn)代機(jī)械組成：機(jī)械的具體功能要求可歸結(jié)為對運(yùn)動和力的要求機(jī)械的具體功能要求可歸結(jié)為對運(yùn)動和力的要求執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)：直接對作

5、業(yè)對象進(jìn)行操作。直接對作業(yè)對象進(jìn)行操作。驅(qū)動系統(tǒng)（動力系統(tǒng)）；傳動系統(tǒng)；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)行系統(tǒng)；控制和信息處理系統(tǒng)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件。常處于系統(tǒng)的末端。執(zhí)行機(jī)構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件。常處于系統(tǒng)的末端。執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計：執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計：最困難、最關(guān)鍵、最具創(chuàng)造力。最困難、最關(guān)鍵、最具創(chuàng)造力。1、確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律：、確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律： 周期性的周期性的往復(fù)運(yùn)動；轉(zhuǎn)動，擺動及其組合往復(fù)運(yùn)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)間隙或連續(xù)的，等速或變速的轉(zhuǎn)動動一定范圍內(nèi)的擺動一定范圍內(nèi)的擺動2、確定實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動的機(jī)構(gòu)及其組合、確定實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)

6、動的機(jī)構(gòu)及其組合3、合理確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型及其綜合、合理確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型及其綜合4、在多種方案中選擇合適的方案、在多種方案中選擇合適的方案要求：滿足運(yùn)動和力的要求；加工制造性；要求：滿足運(yùn)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。成本；操作性；安全性；傳動平穩(wěn)性等。湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 163 驅(qū)動系統(tǒng)選擇驅(qū)動系統(tǒng)選擇原動機(jī)：原動機(jī)：機(jī)械設(shè)備中驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械。機(jī)械設(shè)備中驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械。 輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。常用的如電動機(jī)、液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)、內(nèi)燃機(jī)常用的如電動機(jī)、液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)、內(nèi)燃機(jī)1.電動機(jī)：電動機(jī)：分往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)活塞式

7、分往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)活塞式按主要運(yùn)動機(jī)構(gòu)的不同按主要運(yùn)動機(jī)構(gòu)的不同 往復(fù)式：往復(fù)式：柴油機(jī)、汽油機(jī)；二沖程、四沖程；柴油機(jī)、汽油機(jī)；二沖程、四沖程； 單缸，多缸等；水冷式、風(fēng)冷式等單缸，多缸等；水冷式、風(fēng)冷式等3.液壓馬達(dá)和氣動馬達(dá)：液壓馬達(dá)和氣動馬達(dá)：交流電機(jī)、直流電機(jī)交流電機(jī)、直流電機(jī)按使用電源分按使用電源分如三相異步電動機(jī)：籠型式、繞線型；如三相異步電動機(jī)：籠型式、繞線型；按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式分按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式分 按外殼結(jié)構(gòu)形式分按外殼結(jié)構(gòu)形式分 開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式 同步電動機(jī)、異步電動機(jī)同步電動機(jī)、異步電動機(jī)按電機(jī)轉(zhuǎn)速是否與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同按電機(jī)轉(zhuǎn)速是否與旋

8、轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同2.內(nèi)燃機(jī)：內(nèi)燃機(jī)：壓力能（液體、氣體）壓力能（液體、氣體） 旋轉(zhuǎn)機(jī)械能旋轉(zhuǎn)機(jī)械能熱能熱能 機(jī)械能機(jī)械能湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 液液壓壓馬馬達(dá)達(dá)液壓馬達(dá)：液壓馬達(dá)：高速高速齒輪式齒輪式葉片式葉片式軸向柱塞式軸向柱塞式鋼球式鋼球式直軸直軸彎軸彎軸點(diǎn)接觸式點(diǎn)接觸式滑履式滑履式低速低速柱塞式柱塞式鋼球式鋼球式擺線轉(zhuǎn)子式擺線轉(zhuǎn)子式徑向徑向內(nèi)曲線多作用式內(nèi)曲線多作用式曲軸連桿式曲軸連桿式曲軸無連桿式曲軸無連桿式軸向軸向 雙斜盤式雙斜盤式內(nèi)曲線多作用式內(nèi)曲線多作用式雙凸輪盤式雙凸輪盤式湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 氣動馬達(dá)：氣動馬達(dá)：氣氣動動馬馬達(dá)達(dá)容積式容積式葉片式葉

9、片式透平式透平式單向回轉(zhuǎn)式單向回轉(zhuǎn)式雙向回轉(zhuǎn)式雙向回轉(zhuǎn)式雙作用雙向式雙作用雙向式活塞式活塞式擺動式擺動式軸向活塞式軸向活塞式徑向活塞式徑向活塞式齒輪式齒輪式雙齒輪式雙齒輪式多齒輪式多齒輪式單葉片式單葉片式雙葉片式雙葉片式齒輪齒條式齒輪齒條式湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 原動機(jī)選擇：原動機(jī)選擇： 1、工作機(jī)械的負(fù)載特性和要求：、工作機(jī)械的負(fù)載特性和要求： 工作機(jī)械的載荷特性，工作機(jī)械的載荷特性， 工作制度，工作制度， 結(jié)構(gòu)布置，結(jié)構(gòu)布置， 工作環(huán)境。工作環(huán)境。 2、原動機(jī)的機(jī)械特性：、原動機(jī)的機(jī)械特性： 原動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，原動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速， 能適應(yīng)的工作環(huán)境，能適應(yīng)的工作

10、環(huán)境， 保證工作機(jī)原動機(jī)相匹配。保證工作機(jī)原動機(jī)相匹配。 3、經(jīng)濟(jì)性比較：、經(jīng)濟(jì)性比較： 能源的供應(yīng)與消耗；能源的供應(yīng)與消耗； 原動機(jī)的制造、運(yùn)行、維修成本。原動機(jī)的制造、運(yùn)行、維修成本。湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 164 傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)：動力系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動聯(lián)系。動力系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動聯(lián)系。 傳動聯(lián)系傳動聯(lián)系 傳動鏈傳動鏈 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)功能：功能：1、減速或增速、減速或增速2、變速、變速3、改變運(yùn)動規(guī)律或形式、改變運(yùn)動規(guī)律或形式4、傳遞動力、傳遞動力分類：分類：傳動比；傳動比；固定？可調(diào)？固定？可調(diào)？驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；驅(qū)動的執(zhí)行

11、機(jī)構(gòu)；數(shù)量數(shù)量工作原理；工作原理；摩擦傳動、嚙合液體、電力傳動系統(tǒng)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)）固定傳動比，可調(diào)傳動比（有級或無級可調(diào)）獨(dú)立驅(qū)動、集中驅(qū)動、聯(lián)合驅(qū)動獨(dú)立驅(qū)動、集中驅(qū)動、聯(lián)合驅(qū)動選擇原則：選擇原則：技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（滿足工作性能要求）技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（滿足工作性能要求）1、小功率傳動：結(jié)構(gòu)簡單，初始費(fèi)用小。、小功率傳動：結(jié)構(gòu)簡單，初始費(fèi)用小。2、大功率傳動：效率，節(jié)能，降低運(yùn)轉(zhuǎn)和維修費(fèi)用。、大功率傳動：效率，節(jié)能，降低運(yùn)轉(zhuǎn)和維修費(fèi)用。3、要求變速：動力機(jī)調(diào)速：定傳動比；、要求變速：動力機(jī)調(diào)速：定傳動比； 電動機(jī)調(diào)速不能滿足要求：（有級）變速傳動電

12、動機(jī)調(diào)速不能滿足要求：（有級）變速傳動湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 165 控制系統(tǒng)簡介控制系統(tǒng)簡介控制過程控制過程：檢測、反饋、糾偏。檢測、反饋、糾偏。 傳動聯(lián)系傳動聯(lián)系 傳動鏈傳動鏈 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)組成：組成：如雙手車削球形工件如雙手車削球形工件B(s)E(s)x(s)給定給定環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)校正及放大校正及放大 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)執(zhí)行執(zhí)行環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)被 控被 控對象對象測 量測 量環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)控制部分控制部分y(s)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 165 機(jī)械控制系統(tǒng)簡介機(jī)械控制系統(tǒng)簡介自動控制系統(tǒng)分類自動控制系統(tǒng)分類：給定量給定量恒

13、值控制恒值控制隨動控制隨動控制程序控制程序控制控制方式控制方式順序控制順序控制反饋控制反饋控制被控量被控量過程控制過程控制伺服控制伺服控制自動控制自動控制湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 166 機(jī)械系統(tǒng)方案評價與決策機(jī)械系統(tǒng)方案評價與決策機(jī)械設(shè)計過程機(jī)械設(shè)計過程：分析分析 綜合綜合 評價評價 決策決策評價：評價：依據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的功能目標(biāo)，對候選方案的價值依據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的功能目標(biāo)，對候選方案的價值及及 效用進(jìn)行比較和評定。效用進(jìn)行比較和評定。 決策：決策：依據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的功能目標(biāo)，對評價結(jié)果作出選依據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的功能目標(biāo)，對評價結(jié)果作出選擇擇 或決定，得到擬用方案?；驔Q定，得到擬用方案。方案評選原

14、則：方案評選原則：制造工藝、材料、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性制造工藝、材料、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性本書偏重于機(jī)械運(yùn)動、本書偏重于機(jī)械運(yùn)動、運(yùn)動和動力特性考慮運(yùn)動和動力特性考慮1、機(jī)械功能的質(zhì)量、機(jī)械功能的質(zhì)量 滿足轉(zhuǎn)換運(yùn)動和力的水平和質(zhì)量滿足轉(zhuǎn)換運(yùn)動和力的水平和質(zhì)量2、機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性、機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性 簡單、工藝性、標(biāo)準(zhǔn)件、可靠性、精度、效率等簡單、工藝性、標(biāo)準(zhǔn)件、可靠性、精度、效率等3、機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性、機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性4、機(jī)械的實(shí)用性、機(jī)械的實(shí)用性 除以上外，不需要多余的性能除以上外，不需要多余的性能決策：決策：總價值最高?？們r值最高。 如多學(xué)科穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計（決策）如多學(xué)科穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計（決策） （RBMDO）湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計設(shè)計方法設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計原動機(jī)設(shè)計原動機(jī)設(shè)計傳動系統(tǒng)方案設(shè)計傳動系統(tǒng)方案設(shè)計控制系統(tǒng)方案設(shè)計控制系統(tǒng)方案設(shè)計功能分析功能分析功能元求解功能元求解方案組合方案組合