机械系统设计知识点

1 1 系统 由相互之间有机联系的要素组成 具有特定功能的整体 系统特点 系统由要素组成 组成系统的要素之间是有机联系的 系统应具有特定的功能 2 系统具有 6 个特性 整体性 相关性 结构性和开放性 目的性 环境适应性 动态性 层次性 1 整体性 整体性是系统所具有的最重要和最基本的特性 在构成系统时 各种要素要形成一定的结构 在系统中 各要素处的地位不同 所起的作用也不相同 有的要素处于中心地 位 支配和决定着整个系统的行为 它们是中心要素 还有一些要素处于非中心 被支配的位置 它们则属于非中心要素 系统的性质除了决定于要素外 还决定于联系各要素之间的结构 结构的好坏直接是由要素之间的协调作用体现出来的 优 质的要素如果协调的不好 形成的结构可能不是最优的 系统的整体功能也不会好 系统的非中心要素中 有一些质量差的要素 但只要协调的好 就可以形成优异的结构 从而形成质量较好的系统 因此 合理地选择要素 处理好要素以及要素与系统之间 的关系 对于系统的功能和性质是至关重要的 2 目的性 系统具有特定的功能是系统存在的目的 系统的价值体现在它的功能上 如果系统不具备有序稳定结构 就不具有 保持自身的能力 就会在外力和内力的影响下分解 崩溃 任何系统都具有内部 结构 和外部 功能 的二重性 3 环境适应性 任何一个系统都存在于一定的物质环境中 外界环境发生了变化 会使系统的输入变化 甚至会对系统产生干 扰 从而引起系统功能变化 这时要求外界环境不发生变化是不可能的 由于变化是绝对的 而稳定是相对的 暂时的 所以只 能要求系统对外界环境的变化和干扰有良好的适应能力 3 机械系统的组成 1 动力系统 功能是为机械系统提供动力 2 执行系统 直接实现机械系统功能的装置 由执行机构和执行构件组成 3 传动系统 作用是把动力系统提供的动力和运动传递给执行系统 4 操纵系统和控制系统 作用是使动力系统 传动系统以及执行系统彼此协调运行 能够准确可靠地实现机械系统的功能 4 机械系统设计的特点 与传统设计方法相比 机械系统设计 特别强调从系统的观点出发进行设计 要求合理地确定机械系统 的功能 要求增强机械系统的 三性 可靠性 经济性和安全性 5 按照满足用户的要求性质的不同 功能分为使用功能和外观功能 1 使用功能 满足用户要求 体现产品实际使用价值的功能 使用功能属于必要功能 设计机械系统时一定要满足使用功能 2 外观功能 在使用功能的基础上 对产品起着美化和装饰作用的功能 6 价值表示为 V F C 式中 V 功能价值 F 最低费用 C 功能的现实成本 因此 提高产品的价值有 5 个措施 功能 增加 成本不变 功能不变 成本降低 增加一些成本换取更多功能 降低一些功能以使成本更多地降低 功能增加 成本降低 7 确定机械系统功能的原则 保证基本功能 满足使用功能 剔除多余功能 增加新颖功能 恰到好处地利用外观功能 8 可靠性 在规定的条件和时间里 产品完成规定的功能的能力 9 黑箱 1 定义 指仅知道输入量和输出量而不知其内部结构的表述设计任务的一种模式 2 好处 把设计任务抽象化 通过分析设计任务的最基本功能要求 把设计任务抽象为只表述其核心任务的简单模式 而不涉 及具体的解决方案和途径 这样做的目的是使设计人员的视野更为广阔 思维不受到某些框框的束缚 有利于创造新的方案 3 从黑箱中我们可以看出什么 用 黑箱 抽象地表示技术过程 不需要事先涉及具体的解决方法 就可以知道机械系统的基本 功能和约束条件 基本功能为物料 能量 信息的传递和转化 约束条件表现为内 外部系统的相互作用和相互影响 这样可以 突出设计中的主要矛盾 明确设计追求的主要目标 明确影响产品性能的主要因素 避免设计者受一些框文的约束 2 10 形态学矩阵 课本 p24 液液动动机机液液力力耦耦合合器器轮轮胎胎液液压压缸缸传传动动抓抓斗斗 A3 B4 C3 D2 E1 履履带带式式挖挖掘掘机机 柴柴油油机机链链传传动动履履带带绳绳传传动动挖挖斗斗 A5 B5 C2 D4 E2 液液压压轮轮胎胎式式挖挖掘掘机机 对对那那些些合合理理的的可可行行方方案案 应应进进行行综综合合评评价价 可可从从物物理理学学相相容容原原理理 技技术术 经经济济效效益益 功功率率 速速度度 尺尺寸寸等等功功能能参参数数方方面面 对对这这些些方方案案进进行行复复核核 检检验验 评评审审 从从中中找找出出几几个个较较好好的的方方案案 对对于于像像自自走走式式联联合合收收获获机机这这类类比比较较复复杂杂的的机机械械产产品品 如如果果对对整整机机采采用用一一 个个形形态态学学矩矩阵阵 就就过过于于庞庞大大了了 这这时时可可分分别别建建立立各各子子系系统统的的形形态态学学矩矩阵阵 考考 虑虑各各子子系系统统的的方方案案 然然后后再再综综合合成成整整个个机机械械产产品品的的方方案案 通通过过形形态态学学矩矩阵阵得得到到的的某某一一些些方方案案 可可能能没没有有实实际际意意义义 甚甚至至有有一一些些功功 能能载载体体无无法法匹匹配配 所所以以应应首首先先舍舍去去那那些些不不合合理理或或没没有有实实际际意意义义的的方方案案 11 确定基本结构布局 技术方案确定后 功能载体的组合关系就明确了 但结构元件在空间的相互位置还可以进行不同的处理 即相同的功能载体关系 可以构成不同的结构布局 一 a 发动机A后置 驾驶台B在发动机前侧 左方 粮箱C前置 脱粒机顶盖 D 在粮箱C下方 优点 对发动机尺寸没有限制 驾 驶员工作条件好 保养空间大 适合布置尺寸大的发动机 缺点 检查保养发动机 需从尾部爬上顶盖 不方便 粮箱尺寸受限 制 不能太大 b 发动机A前置 驾驶台B在粮箱 C 的前方 发动机左侧 脱粒机顶盖 D 在粮箱C下方 优点 发动机靠近驾驶台 保养维护 发动机方便 粮仓容积可以较大 缺点 发动机尺寸受限制 驾驶员受发动机影响 有振动 噪声和高温 c 发动机A后置 驾驶台B前置 粮箱 C 位于发动机A与驾驶台B之间 脱粒机顶盖 D 在粮箱C下方 优点 发动机尺寸不受 3 限制 驾驶员工作条件好 保养空间大 由于粮箱 C 的隔离作用 发动机的振动 噪声和高温对驾驶员影响较小 缺点 保养发 动机要从侧面或后面爬上 较困难 二 载重汽车的发动机与驾驶室相对位置有 3 种三种方案 型式 1 长头式 驾驶室在发动机之后 优点 保养发动机方便 缺点 驾驶员的视线受影响 车辆的轴距和长度较大 机动性不好 自重较大 2 短头式 发动机一小部分伸入驾驶室之下 优点 可以改善驾驶员的视野 减小轴距和车的长度 改善机动性 减轻自重 缺点 发动机保养不方便 发动机工作产生的噪声 振动和高温对驾驶员有影响 3 平头式 发动机在驾驶室之下 优点 驾驶员视野开阔 车辆的轴距和长度小 机动性好 自重轻 缺点 保养发动不方便 驾驶员受发动机工作产生的噪声 振动 高温的影响 另外 发生撞车后对司机保护不利 三 大型客车发动机与车箱的相对位置有 3 种方案 1 发动机前置 发动机在车箱之前 优点 操纵简单 发动机冷却条件好 保养维修方便 缺点 车箱里噪声大 有油烟味和热气 车辆的面积利用较差 2 发动机中置 发动机在车箱中下方 优点 车内噪声小 条件好 乘坐舒适 驾驶员视野开阔 缺点 发动机保养维修困难 冷却防尘难 地板高度也不易降低 3 发动机后置 发动机在车箱之后 横置或者纵置 优点 车内噪声小 条件好 乘坐舒适 车厢内地板平坦 驾驶员视野开阔 缺点 发动机冷却不好解决 散热条件差 操纵困难 行进中车尾负压及车轮灰尘 使进气环境恶化 后桥易超载 12 方案评价方法 评分法和加权综合评分法 13 机械系统设计总体布置的原则和要求 原则 简单 合理 经济 要求 保证工艺过程的连续和流畅 降低质心高度 减小偏置 保证精度 刚度及抗振性的要求 充分考虑产品系 列化和发展的要求 结构紧凑 层次分明 使机械系统操纵 维修和调整方便 外形美观 14 总体布置的原则 要由简到繁 由子系统到整机 由草图到正式图逐渐完成 而在进行总体布置时 要按照 执行系统 传 动系统 操纵系统及支承形式 动力系统和控制系统 的思路来进行 15 负载特性 工作机械的转矩 M 与转速 n 之间的关系成为工作机械的的负载特性 1 恒转矩负载特性 转矩 M 与转速 n 的大小无关 转速 n 变化 转矩 M 不变 即 M C 常数 位能性负载特性 转矩M的方向不随转向变化 如起重机的钢丝绳无论向上或向下运动都受拉力 如起重机 提升机构 卷扬机等 反抗性负载特性 转矩M的方向随转向变化 但转矩M的绝对值不变 具有摩擦负载的皮带运输机 金属压延机床和造纸 机等具有反抗性负载特性 如摩擦负载 2 恒功率负载特性 功率P与转速n无关 转速n变化 功率P不变 即P C 常数 由于功率P为常数 转矩M与转速n的 乘积变为常数 即 M n C 常数 如机床切削加工 3 转矩M是转速n函数的负载特性 如通风机 离心式水泵 4 恒转速 如内燃机 驱动发电机 压气机等 16 载荷的分类 按照载荷随时间变化的情况 1 静载荷 是指大小 方向和作用点都不随时间变化的载荷 如重力 2 动载荷 三个要素中只要有一个要素随时间变化就叫动载荷 经常把变化次数少的按静载荷处理 载荷 时间历程 载荷随时间 t 的变化情况 简称载荷历程 动载荷按照载荷历程分为 周期性载荷 非周期性载荷 随 机载荷 3 冲击载荷 短时间内变化很大的载荷 4 17 直流电动机的励磁方式以及区别 直流电动机按励磁方式的不同可以分为他励 并励 串励和复励 4 种 它们的主要区别是励磁绕组和电枢绕组的关系不同 他 励是励磁绕组接在独立的励磁电源上 并励或串励是励磁绕组并联或串联在电枢绕组上 复励是同时使用并联和串联两套励磁绕 组 18 电动机的选择原则 课本 P58 19 电动机的额定电压的选择 一般生产车间电网为 380V 低电压 因而中小型交流异步电动机可采用 220 380V Y 接法 及 380 660v Y 接法 两种额定电压 20 电动机负载图表示电动机的转矩M 功率P和电流I随时间t变化的情况 即M f t P f t I f t 关系 是进行发热计 算 校核电动机的过载能力和起动能力的依据 21 执行系统的组成 执行系统是由执行构件和执行机构组成 执行构件是执行机构中的一个或几个构件 是执行系统中直接完 成功能的零部件 在颚式破碎机中动颚和静颚就是执行构件 执行机构是带动执行构件运动所需要的机构 如振动筛中的筛子就 是执行构件 它的运动需要由双曲柄机构和曲柄滑块机构组成的执行机构来带动 22 执行系统的功能 执行系统的作用是传递或变换运动和动力 把传动系统传来的运动或动力进行变换后传递给执行构件 满 足其要求 夹持 搬运 指能把工件从一个位置移动到另一个位置 但不限定移送路线的动作 常见于生产自动线或自动机中 输送 按给定的路线将工件从一个位置移动到另一个位置 分度与转位 检测 施力 实现运动形式与运动规律变化 完成 工艺性复杂动作 23 执行机构的选型影响着机械系统的总体布局以及机械系统的工作质量 选择机构形式时 首先考虑选择基本机构 基本机构有 连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 螺旋机构 间歇机构等 它们的运动特性各不相同 当基本机构不满足要求 时 可以通过变异和组合 得到一些具有新运动特性的机构 对基本机构变异的方法有 机构倒置 用不同的构件作机架 改变 运动副形状 改变某些构件的结构 同时也可以把基本机构组合起来 完成较复杂的运动 24 机构组合 将两种以上基本机构通过串联 并联等组合方式组合起来的机构联合体 以完成较复杂的运动变换 机构组合只是 基本机构的延伸 是几个运动的简单叠加 机构组合中基本机构均具有相对独立性 25 工作循环图是表示执行系统中各执行构件的动作和时间关系的图形 绘制工作循环图时 应选择一个定标构件 以这个构件的运动为基准 其它构件的运动时间都以此基准来表示 通常以机器 的主轴或分配轴作定标构件 这是因为一方面这些轴和机器中所有的轴都有联系 另一方面这些轴转的整转数往往就是一个工作 循环 26 传动系统的功能 1 改变动力机输出的运动形式或转速 以满足执行系统的要求 2 调节动力机输出的速度 转矩或力 以满足执行机构的要求 3 分配动力机输出的运动和动力 以满足执行系统的要求 27 传动系统的分类 1 按传动比变化情况传动系统可分为 固定传动比传动和可调传动比传动 可调传动比传动又可分为 有级变速传动 无 级变速传动和周期性变速传动 2 按驱动形式分类传动系统按驱动形式可分为 独立驱动系统 集中驱动系统 联合驱动系统 每个执行机构都用一个动力机驱动的传动系统叫独立驱动系统 在下面 3 种情况下 采用独立驱动传动系统 a 只有一 个执行机构的系统 即单一型执行系统的系统 b 有多个运动不相关的执行机构的系统 即相互独立型执行系统 c 数控机械 的传动系统 集中驱动系统是指用一个动力机 经传动系统驱动若干个执行机构协同工作 联合驱动系统用多台动力机驱动一个执行机构的传动系统 3 按工作原理分类 机械传动 流体传动 电力传动 28 传动系统的组成 传动系统基本组成部分包括 变速装置 起停和换向装置 制动装置 安全装置等 29 常用的变速装置 交换齿轮变速机构 滑移齿轮变速机构 离合器变速机构 缺点 顶齿 脱档 啮合器变速机构等 由于变速装置接近动力机 转速较高 转矩较小 变速装置中传动零件尺寸较小 重量较轻 变速操纵的力较小 但由于变 速装置转速高 在变速时容易引起冲击 振动和噪声 5 在动力机与变速装置间加了减速装置 1 它可降低变速装置输入转速 减小变速引起的冲击 振动和噪声 但由于转速降低 转矩就会加大 变速装置中传动零件的尺寸 重量加大 变速操纵力加大 方案 1 常用于动力机输出转速较低的场合 而方案 2 用于动力机输出转速较高的场合 30 连杆机构的基本型式和演化型式 由四个连杆连接的机构叫四连杆机构 对基本四连杆机构进行变化的方法 改变构件长度 改变运动副类型 以连杆的 不同点输出运动 改变构件的数目 把平面连杆机构变为空间连杆机构 一 判断题 1 优质要素组成的系统 其整体功能就好 质量差的要素组成的系统其整体功能就差 2 产品质量 经济性取决于设计制造和管理的综合水平 其中产品设计是先天性的 决定性的 3 机械系统总体布置的顺序 先布置动力和控制系统 再布置传动 操纵及支承系统等 最后布置执行系统 4 传动机构布置的先后顺序对传动系统的性能影响不大 5 对于恒转矩负载特性 功率 P 与转速 n 成反比 6 动载荷是指大小 方向和作用点都随时间变化的载荷 7 执行系统的输送功能是按给定的路线将工件从一个位置移到另一个位置 对输送线路有要求 8 执行机构选型时 首先考虑的是选择基本机构 9 数控机械系统往往采用独立驱动的传动系统 10 对于变速组内各对转动副的传动比关系 可以用转速图更形象 更清晰地加以表示 二 填空题 1 系统是由相互联系 相互作用的要素组成的具有一定结构和功能的有机整体 2 与传统设计方法相比 机械系统设计 特别强调从系统的观点出发进行设计 要求合理地确定机械系统的功能 要求增强机 械系统的可靠性 经济性和安全性 3 确定机械系统功能的原则 保证基本功能 满足使用功能 剔除多余功能 增加新颖功能 恰到好处地利用外观功能 4 在方案设计初期 要把设计的机械系统看成只知道输入量输出量以及与外界的相互影响的 黑箱 其内部是全然不知待定的 技术系统 5 引进技术系统就是根据技术过程的要求 确定机械系统的功能结构和功能载体的组合 6 保证机械系统内部的能量流 物料流和信息流的流动途径合理 各零部件运动时不产生干涉 使机械系统的工艺过程连续和 流畅 是对机械系