机械系统设计.docx

第一章 机械系统概述第一节 系统与机械系统 P1一、 系统的定义与特性 P11、定义 P12、系统的特性 P2二、现代机械系统 P21、动力系统 P32、执行系统 P33、传动系统 P34、操纵和控制系统 P3三、现代机械系统的要求 P4第二节 机械系统设计原则和要求 P5第三节 机械系统设计一般过程 P7一、机械系统设计过程 P11二、机械系统设计的特点 P12第四节 机械系统设计的系统方法 P12一、系统分解 P12二、系统分析 P13 第二章 机械系统方案设计与总体设计第一节 方案设计功能分析法一、 功能分类 P15二、黑箱法 P161、设计任务抽象化 P162、确定工艺原理 P163、确定技术过程 P174、引进系统技术并确定系统边界 P18三、功能元、功能结构及求解 P181、功能元 P182、功能结构 P193、功能元求解 P21四、确定系统设计方案 P211、寻找实现分功能的技术物理效应和功能载体 P212、功能载体的组合 P213、确定基本结构布局 P23第二节 总体设计 P24一、初步总体设计 P24二、总体设计 P24第三节 总体布置及主要技术参数的确定 P25一、总体布置设计的基本要求 P25二、执行系统的布置 P26三、传动系统的布置 P27四、操纵件的布置 P28五、总总体布置设计实例 P291、手扶拖拉机的总体布置 P292、铣床的总体布置 P30六、总体主要参数的确定 P301、生产能力 P31（1）理论生产能力G P31（2）实际生产能力G P312、运动参数 P31第三章 动力系统设计 P33一、工作机的载荷类型 P331、周期载荷 P332、冲击载荷 P353、随机载荷 P35二、工作载荷的确定方法 P351、类比法 P362、实测法 P36（1）弹性元件应变式力传感器 P36应变片 P36常用的应变式测力传感器 P37（2）压电式力传感器 P37压电效应 P37压电式力传感器 P373、计算法 P37（1）GD的含义及其力学关系 P38 GD与转动惯量J之间的关系 P38有效转矩（均方根转矩）T P39（3）机械系统的等效GD计算 P39转动系统的等效GD的计算 P39直线运动物体的惯量的换算到驱动轴上的等效GD P40第二节 动力机的种类及机械特性 P41一、电动机的种类机器机械特性 P411、三相异步电动机 P41（1）按转子结构分类 P41（2）按外壳结构形式分类 P41（3）按安装形式分类 P412、同步电动机 P423、直流电动机 P42二、液压泵和液压马达的种类及选择 P431、液压泵和液压马达的种类 P442、液压泵和液压马达的主要性能参数 P45（1）液压泵的主要性能参数 P45压力P排量q和流量Q P45效率 P45功率N P45（2）液压马达的主要性能参数 P45转速n P45转矩T P45总效率 P463、液压泵和液压马达的性能比较和选用 P46（1）液压泵的性能比较和应用范围 P46（2）液压马达的性能比较和应用范围 P46三、气动马达的种类及选择 P471、气动马达的种类 P472、气动马达的特性 P48（1）叶片式气动马达的特性曲线 P48（2）活塞式气动马达的特性曲线 P48四、内燃机的种类及选择 P481、内燃机的种类 P482、内燃机的主要性能 P49（1）有效功率P P49（2）平均有效压力P P49（3）标定功率P P49（4）升功率P P49（5）有效燃油消耗功率g P50(6)机械效率 P503、内燃机的机械特性 P50 （1）负荷特性 P50（2）速度特性 P50（3）通用特性（万有特性） P514、内燃机的选择 P51（1）固定式工况 P51（2）螺旋桨工况 P51（3）车用工况 P51第三节 动力机的选择及计算 P53一、电动机的选择及计算 P531、电动机选择与计算方法 P53（1）电动机类型的选择 P53（2）电动机结构型式的选择 P53（3）电动机电压及转速的选择 P53（4）电动机容量的选择与计算 P54决定电动机容量的主要因素 P54电动机工作制 P55电动机负载图 P56电动机的发热计算 P562、电动机的选择与计算举例 P56二、液压系统的设计计算 P601、液压系统设计的方法 P602、液压系统设计举例（250g塑料注射机） P67第四章 执行系统设计 P76一、执行系统的作用及要求 P761、执行系统的作用 P762、执行系统的设计要求 P76二、执行系统的组成及分类 P771、执行系统的组成 P772、执行系统的分类 P77第二节 常用的典型执行机构 P77一、匀速转动机构 P77二、非匀速转动机构 P78三、往复运动机构 P781、有急回特性的机构 P792、有增大行程特性机构 P793、有增力特性的机构 P80四、间歇运动机构 P80五、单向及换向机构 P81六、自动停车及保险机构 P82七、定位及夹紧机构 P84第三节 执行机构的创新设计 P86一、执行机构变异创新设计 P861、机构的倒置 P86（1）铰链四杆机构倒置 P86（2）凸轮机构倒置 P86（3）齿轮传动机构倒置 P872、运动副的变异与演化 P87（1）运动副尺寸变化 P87扩大转动副 P87扩大移动副 P88（2）运动副形状变化 P88（3）运动副位置变化 P88（4）运动副的合成与分解 P88（5）运动副的等效代换 P893、构件的变异与演化 P89（1）构件形状的变异 P89避免构件之间的运动干涉 P89满足特定的工作要求 P89（2）构件的合并与拆分 P904、机构的扩展 P90（1）引入虚约束 P91（2）增加辅助构件 P91（3）变换运动副 P91二、执行机构组合创新设计 P921、串联式组合 P92（1）增力功能 P92（2）增程功能 P92（3）实现输出构件特定的运动规律 P92（4）改善输出构件的动力特性 P932、并联式组合 P93（1）改善机构的工作性能 P93（2）实现特定的运动轨迹或运动规律 P93（3）完成复杂动作的配合 P943、封闭式组合 P94（1）实现特定的运动规律 P94（2）实现增程与增力功能 P94（3）实现大速比的功能 P95（4）实现运动的合成 P95三、执行机构再生创新设计 P95（1）原始机构 P96（2）设计约束 P96（3）机构复原与变异 P96（4）按照条件画结构链树图并确定有效方案 P96（5）有效方案机构简图 P97第五章 传动系统设计 P99第一节 传动系统综述 P99一、按传动比或输出速度是否变化分类 P991、固定传动比的传动系统 P992、可调传动比的传动系统 P99二、按动力机驱动执行机构数目分类 P991、独立驱动的传动系统 P99（1）只有一个执行机构 P99（2）有运动不相关的多个执行机构 P100（3）数字控制式机械 P1002、集中驱动的传动系统 P100（1）执行机构或执行构件之间有一定传动比要求 P100（2）执行机构或执行构件之间在动作上有顺序的要求 P101（3）各执行机构或构件的运动相互独立 P1013、联合驱动的传动系统 P101第二节 传动系统的组成 P101一、变速装置 P101二、启停和换向装置 P102三、制动装置 P102四、安全保护装置 P1031、销钉安全联轴器 P1032、钢珠安全离合器 P1033、摩擦式安全离合器 P104第三节 齿轮传动设计 P107一、概述 P107齿轮传动与其他机构传动相比的优点、缺点 P107二、齿轮设计的技术要求及程序 P1071、齿轮传动分类 P107（1）平面齿轮传动 P107（2）空间齿轮传动 P1072、齿轮系统设计的技术要求 P107（1）传动方面 P107（2）强度方面 P1073、齿轮传动设计的程序 P107三、齿齿轮传动型式及选择原则 P107四、按运动精度最佳选择各级传动比 P108传动比的分配原则 P111五、按最小转动惯量分配各级传动比 P1121、等效转动惯量的计算 P1122、选择传动级数 P1123、传动比的分配 P1144、减小转动惯量的其他方法 P115六、按最小体积分配各级传动比 P115七、总传动比对随动系统性能的影响 P1171、随动系统主要性能的简单分析 P1182、随动系统传动装置总传动比的选择原则 P119第四节 螺旋传动系统设计 P120一、微动装置 P120（万能工具显微镜中工作台的微动装置 P121 差动式螺旋微动装置 P123 凸轮式微量进给装置 P124 用于磨床工作台上的螺旋锥轮式微动装置 P124 测角仪上应用的螺旋摆杆微动装置 P124 螺旋锥面微动装置 P125蜗轮凸轮微动装置 P125生物显微镜工作台所采用的齿轮杠杆微动装置 P126）（2）热变形传动式微动装置 P127（热变形传动原理 P127 机床的微量进给装置 P127）（3）磁致伸缩式微动装置 P128与材料的伸缩性质有关的因素 P128（4）弹性变形传动式微动装置 P130（5）压电式微量进给装置 P130圆管式压电陶瓷及其应用 P131叠片式压电陶瓷 P131尺蠖式和蚯蚓式压电陶瓷微动装置 P131二、锁紧装置 P1321、锁紧装置的作用和要求 P1322、锁紧装置结构 P133（1）径向受力的锁紧装置 P133（2）轴向受力锁紧装置 P133三、误差校正装置 P1351、概述 P1352、丝杠螺母副误差校正装置 P1353、蜗杆蜗轮副误差校正装置 P1374、导轨副误差校正装置 P137四、滚珠螺旋传动 P1381、滚珠螺旋传动的结构和类型 P138（1）滚珠丝杠的工作原理 P138（2）滚珠螺旋传动的结构类型的区别 P138螺纹滚道法向截面的形状 P139滚珠循环方式 P139滚珠丝杠副的消除间隙错失和预加载荷方法 P1412、滚珠丝杠副的设计计算 P142（1）额定动载荷与额定静载荷 P143（2）疲劳寿命的计算 P143（3）按最大轴向载荷的选择计算 P144（4）滚珠丝杆支承的选择 P144接触角为60的推力角接触球轴承 P144滚针推力圆柱滚子组合轴承 P145（5）压杆稳定性计算 P145（6）临界转速的验算 P146（7）滚珠丝杠的刚度计算 P147（8）滚珠丝杠的预拉伸 P148（9）滚珠丝杠与伺服电机的连接 P149第五节 带传动的设计 P150一、概述 P1501、带传动的类型 P1502、V带的类型与结构 P1513、带传动设计的一般内容 P152二、V带传动设计计算 P1521、V带传动的设计 P152（1）主主要失效形式 P152（2）设计计算 P153三、同步带传动 P1541、同步带传动的特点（优、缺点） P1542、同步带传动的分类 P154（1）按用途分 P154（2）按尺寸规格分 P1553、同步带及带轮的结构 P155带轮的主要参数 P1564、同步带传动计算 P156（1）失效形式及计算准则 P156（2）功率计算公式 P156（3）同步带传动的计算步骤 P157四、高速带传动 P1591、高速带传动的特点 P1592、高速带、带轮的类型、结构和尺寸 P160（1）高速环形胶带 P160（2）聚氨酯高速环形带 P160（3）薄型强力锦纶带 P1603、高速带传动的设计计算 P161（1）设计时应考虑的问题 P161（2）高速带传动的设计步骤 P161第六节 链传动设计 P164一、链传动的特点与应用 P164二、滚子链传动 P165三、滚子链传动的设计 P1661、滚子链传动的设计计算 P1662、滚子链的静强度计算 P1673、滚子链的使用寿命计算 P1684、滚子链的耐磨损工作能力计算 P168第六章 操纵系统设计 P170第一节 操纵系统综述 P170一、操纵系统的作用及要求 P170二、操纵系统的组成及分类 P1701、操纵系统的组成 P1702、操纵系统的分类 P171第二节 离合、制动系的操纵机构 P171一、机械操纵机构 P1711、人力操纵机构 P1712、助力操纵机构 P172（1）弹簧式助力装置 P172（2）液压式助力装置 P173二、液压操纵机构 P1731、离合器用液压操纵机构 P1732、制动器用液压操纵机构 P175（1）液压式人力操纵 P175（2）液压式动力操纵 P176三、气压操纵机构 P177第三节 操纵系统中的安全保护装置 P178一、自锁机构 P178二、互锁机构 P1781、旋转运动间互锁 P1782、直线运动间互锁 P1793、直线运动与旋转运动间互锁 P179第四节 操纵系统设计 P180一、操纵系统设计的基本问题 P1801、原理方案设计 P1802、结构设计 P1803、操纵件的造型设计 P181二、设计实例分析与计算 P18161设计一种经常结合式摩擦片离合器的脚踏板机械操纵机构 P18162车辆用液压助力转向操纵机构的设计分析与计算 P182第五节 人机工程学与系统设计 P187一、人与机器的合理分工 P187二、人体力学与系统设计 P1871、肌肉力的大小和施力原则 P1872、肌肉施力 P1873、设计时应注意的问题 P187三、工程心理学与系统设计 P1901、人机系统的分类 P1912、人体的生理特征和心理特征 P192四、适应人体生理的最佳设计 P1931、显示器与控制器的协调 P1932、显示器与控制器的设计要符合人体的生理和心理特征 P194五、设计中易出现的缺陷 P196第七章 机械系统控制 P198第一节 机械系统控制综述 P198一、控制系统及其组成 P198二、控制系统的基本要求 P199第二节 机械系统的基本控制原理 P199一、控制理论简介 P199二、控制系统的类型 P200闭环系统采用反馈对系统性能的影响 P200按被控量不同，闭环系统分为三类 P203三、常用控制方式的原理及特性 P2041、比例控制器 P2042、积分控制器 P2053、微分控制器 P2064、惯性控制器 P2061、PD控制器 P207 2、PI控制器 P2073、PID控制器 P207第三节 机电伺服系统设计 P208一、伺服电机类型的选择 P2081、步进电机的工作特性 P2082、直流伺服电机的工作特性 P2093、交流伺服电动机及其特性 P209（1）机械特性 P209（2）控制方法 P210二、机械传动系统方案选择 P2111、常用机械传动机构 P211（1）伺服机构齿轮系 P211（2）伺服驱动用滚珠丝杠 P2122、传动机构的机械参数对系统性能的影响 P214（1）传动系统的惯性 P215（2）摩擦阻尼 P215（3）刚度 P216（4）传动链的误差 P216三、位置传感器的选择 P2161、位置传感器的选择 P216（1）旋转变压器 P217（2）光电脉冲编码器和编码盒 P217（3）感应同步器 P218（4）光栅 P2182、位置传感器方案的设计 P218（1）直接测量 P219（2）间接测量 P219四、伺服电机、传动系统及检测装置方案设计伺服系统的确定举例 P2191、步进电机驱动滚珠丝杠的高速定位系统确定 P2192、数控电火花加工机床主轴驱动系统的确定 P221第四节 数字伺服系统简介 P223一、数字伺服系统与关的基本概念 P2241、A/D转换 P2242、D/A转换 P2243、z变换 P2244、z传递函数 P224 二、数字伺服系统的设计方法 P2241、控制器的离散等效法 P2242、离散化的设计方法 P225（1）最少拍控制系统设计 P225（2）有限拍无波纹系统设计 P2253、D（z）的物理可实现条件及实现方法 P227三、示教再现式机械手臂伸缩的计算机控制 P2271、最少拍数字控制器D（z）的设计 P2302、有限拍无波纹数字控制器D（z）的设计 P231第八章 机械基础设计 P233第一节 机械基础设计综述 P233一、机械基础的结构形式 P233二、机械基础