第13章机械系统设计《慧教育》

§13.1执行系统方案设计§13.2执行机构运动协调设计§13.3带式运输机设计

（课程设计）第13章机械系统设计§13.1执行系统方案设计一、功能原理与工艺动作设计之间的关系1、实现同一使用要求或工艺要求，可能采用不同的功能原理。例：井中取水，可采用三种不同的功能原理。2、采用不同的功能原理，必然导致采用不同的工艺动作。

a）采用改变水的动能的功能原理——叶片高速旋转

b）采用改变容体容积——往复某著名企业（往复泵）；往复摆动（摆动泵）；旋转运动（旋转泵）；3、采用相同的功能原理，也可能采用不同的工艺动作。4、对于比较复杂的使用要求和工艺要求，往往需要多个功能原理组合成一个总的功能原理来满足。（如自动机：工艺要求复杂）二、工艺动作设计与运动方案设计的关系1、工艺动作设计得不相同，设计出的机构运动方案也就不相同；

2、不同的机构可能实现同一工艺动作，满足同样的使用要求；

3、为获得好的运动方案，就应当拟定评价体系，并据此体系进行综合评价才能作出决策。例：从井中提水1、采用往复某著名企业的工艺动作改变容积；2、采用往复摆动的工艺动作改变容积；3、采用旋转工艺动作改变容积；三、工艺过程设计

根据已拟定的功能原理及工艺动作进行工艺过程设计。工艺过程设计的总要求：（1）工序集中原则；（2）工序分散原则：工序能集中就尽量集中，集中有困难，就分散。（3）各工序的工艺时间相等原则；（4）多工件同时加工原则；（5）缩短工作则：各执行构件工作时间重叠；工作时间与空行程时间互相重叠；空行程与空行程时间互相重叠。四、运动规律设计1、根据使用要求和功能原理，制定合理的运动规律。1）应充分考虑使用要求和功能原理。2）在满足使用要求的前提下，应尽可能设计出简单且现的运动规律。3）必要时，应重新构思新的功能原理。4）为使工艺过程自动化，原封不动的按传统工艺动作去设计自动化机构系统，其效果往往是不好的。2、把复杂的运动规律（工艺动作）进行分解。1）机构所能实现的基本运动行式：单向转动单向某著名企业往复摆动往复某著名企业间歇运动轨迹运动2）常见的运动分解合成情况（1）某些运动（包括间歇运动机构与非匀速运动一般可分解为一个匀速运动与一个附加的往复运动，并且分别用比较简单的机构予以实现，然后合成之。（2）不同特性的非匀速运动合成往往可以实现比较复杂的运动。（3）相同特性运动合成往往可以得到增加或减小输出位移量的效果。（4）复杂的曲线运动往往可以分解成不同方向的简单某著名企业或一个简单某著名企业和转动。

1

2123456abc123456s

12345baS1245xy3235x(a)(b)3、要使分解后的运动规律协调配合（1）简单情况可采用机构合成法将多个分解运动输入到具有多个自由度的机构中，合成为一个复杂的运动。（2）可采用分配轴的方法使各分解运动协调配合（3）可采用电气控制或计算机数字控制的方法使各分解运动协调配合。§13.2执行机构运动协调设计一、执行机构的布局

1、执行构件的布置特别要考虑到控制此执行构件运动的执行机构的安装是否方便

2、执行机构的布置

1）与执行构件的联接是否方便；

2）执行机构原动件布置的位置是否恰当；尽可能接近执行构件；使各执行机构原动件尽可能集中布置在一根轴或少数几根轴上；各原动件应保持等速或定速比。二、执行机构运动协调设计应满足的要求

保证各执行机构动作的顺序性；各执行构件的动作在时间上同步；保证空间的同步性；保证系统各执行构件对操作对象的操作具有单一性或协同性；二执行构件的动作之间应保持时间上的间隔，以避免动作衔接处发生干涉；例：粉料压片机（4）协调安排图（2）执行构件：3、9、5。（3）执行机构图

凸轮连杆机构Ⅰ、凸轮机构Ⅱ、凸轮多杆机构Ⅲ、凸轮机构Ⅳ113109105（1）执行构件完成的动作：某著名企业料斗3至模具11的型腔上方，并准备将粉料装入型腔；料斗振动，将粉料装入型腔；下冲头5下沉，以防止上冲头9下压时将型腔内粉料抖出；上冲头下压，下冲头上压，将粉料加压并保压一定时间，使药片成型较好；上冲头快速退出，下冲头随之将压好的药片推出型腔，完成压片工艺过程。113109105138957462ⅠⅡⅢⅣ611分配轴

1

2

3

4ⅣⅠⅡⅢS1S2S3S4三、执行机构运动协调设计的分析计算1、各执行机构运动循环时间同步化计算1）确定最大工作循环Tmax；2）确定机械最小工作循环Tmin；3）确定合理的机构系统的工作循环T；4）确定各机构分配轴的转速和工作行程的起始角。

2、各执行机构运动循环空间同步化计算合理确定各执行机构的运动错位角，避免空间上的干涉。四、机械运动循环图设计一、机械运动循环图

1、机械运动循环图表达机械各执行机构（构件）在一个运动环中各动作的协调配合关系的简单明确图，称机械运动循环图。2、机械运动循环图的类型

1）直线式循环图（矩形循环图）

2）圆形循环图（极坐标式）3）直角坐标式循环图1、设计要点1)完成系统的协调设计;2)确定参照机构（构件）;3)设计单一执行机械运动循环图;4)设计机械运动循环图.二、机械运动循环图的设计主轴转角0°90°180°270°360°195°印头往复摆动机构印头工作行程（印刷）印头空回行程油辊往复摆动机构

油辊空回行程（匀油）

60°

油辊工作行程（给铅字上油）油盘间歇运动机构油盘转动油盘静止

油辊工作室（给铅字上油）印头空回行程盘转动

油

油盘静止（刷工作行程印头印）

油辊空回行程（

油匀）

主轴转角印头往复摆动机构油辊往复摆动机构油盘间歇运动机构90°180°270°360°195°195°60°60°110°0°70°ⅠⅢⅤⅡ1213459101314151617181978ⅣKba6112018126

卧式多工位冷墩机121091166614135141516Ⅱ1）完成工序：进料截料整形压角冲孔冷墩978Ⅲ齿轮机构2）选型（1）进料机构机构系统Ⅲ曲柄摇杆机构棘轮机构2）选型（2）断料机构机构系统Ⅱ直动从动件凸轮机构曲柄滑块机构2）选型（3）冷墩机构机构系统I：曲柄滑块机构（+阴模），完成整形、压角、冲孔ⅠⅢⅤⅡ1213459101314151617181978ⅣKba6112018126

卧式多工位冷墩机2）选型（4）顶料机构机构系统Ⅳ：铰链四杆机构；完成顶料19Ⅳ201312连杆机构2）选型（5）运料机构机构系统Ⅴ圆锥齿轮机构等宽凸轮机构181817冷镦机构的运动循环图机构执行件工艺动作ⅠⅢⅤⅡⅣ冲头断料刀辊轮顶杆钳架向前向后前停后停停停停停切刀向前切刀后退切刀前停切刀向前切刀后停停送料摆动摆动S1

0º180º360º

0向前向后机械运动循环图前摆动停切料送停刀后切停刀切

前切

停前刀动后刀后退顶

摆停停O向向后向前978Ⅲ121091166141516Ⅱ14135Ⅰ1312181817课程设计指导课§13.3带式运输机设计机械设计基础—课程设计一、设计的目的1、综合利用所学的知识，培养解决生产实际问题的能力。2、掌握一般机械的设计方法。3、通过课程设计培养独立工作能力；4、熟悉与机械设计有关的标准、规范、资料、手册，并培养运用它们解决实际问题的能力。5、培养使用资料进行计算、绘图和数据处理的能力。

1、设计前的准备2、总体方案设计3、总体结构设计4、零部件设计5、联系厂家，生产样机，现场实验6、根据实验，修改设计7、编写设计说明书和使用说明书8、鉴定二、机械设计的一般过程四、设计任务量1、绘制减速器装配图1张（至少有主、俯两个图）；A2图纸（比例1:1.5或1:2），手工绘制。2、绘制零件工作图2张（减速器低速轴和大齿轮）A3图纸（比例1:1），手工绘制。3、设计说明书一份

，写明详细计算过程A2图纸轴零件图（A3图纸）齿轮零件图（A3图纸）五、课程设计计划

1.传动装置总体设计计算

第1-2天2.装配草图设计第3天3.装配图设计及绘图第4-6天4.零件图设计及绘图第6-7天4.编写设计计算说明书第8-9天5.交资料

第10天六、要求与建议1.计算过程纸保存，方便说明书整理。2.说明书编写要求：按指定的格式书写：一律打印，采取A4纸张，页边距一律采取：上、下2.5cm，左3cm,右1.5cm，行间距取多倍行距（设置值为1.25）；字符间距为默认值（缩放100%，间距：标准）

封面、目录、正文采用统一规定的格式。其中：正文中的标题用四号黑体字；正文用小四号宋体。

页码从正文开始在页脚按阿拉伯数字（宋体小五号）连续编排，居中书写。

正文的全部标题层次应整齐清晰，相同的层次应采用统一字体表示。第一级为“第一章”、“第二章”等，第二级为“1.1”、“1.2”、“1.3”等，第三级为“1.1.1”、“1.1.2”等。 3、说明书装订顺序：

封面（按规定格式）

目录（单独页码，参考提供的资料）

正文（单独页码，参考提供的资料。包括：设计任务书，电动机选择、传动比分配、传动装置的运动和动力参数计算，传动件设计计算（齿轮传动），轴强度计算、轴承选择，键的选择，联轴器的选择等）4.画图的注意点：螺栓连接的画法；三视图应同时进行；边框与标题栏（画图之前第一步）；每个结构彻底理解（参考模型）；图线清晰；七、设计的基本步骤1、选择电动机2、传动比分配2、传动比分配3、计算各轴的转速3、计算各轴的转速1、选择电动机4、计算各轴的转矩4、计算各轴的转矩5、带传动设计5、带传动设计6、齿轮传动设计6、齿轮传动设计7、轴及轴类零件的设计与选择7、轴及轴类零件的设计与选择8、绘制装配图和零件图8、绘制装配图和零件图一、传动方案的拟定带式运输机传动方案简图一级减速器电机带传动减速器FVD联轴器卷筒运输带减速器设计已知条件：F：运输带拉力（kN）V：运输带速度（m/s）D：卷筒直径（mm)P带传动居前,缓冲吸震,过载保护齿轮,且只有高速才能提高传动能力P:功率（kw）传动类型传动类别效率单级传动比常用值最大值圆柱齿轮传动7级精度（稀油润滑）8级精度（稀油润滑）9级精度（稀油润滑）开式齿轮（脂润滑）0.98～0.990.970.960.94～0.963～53～53～54～610101015圆锥齿轮传动7级精度（稀油润滑）8级精度（稀油润滑）开式齿轮（脂润滑）0.97～0.980.94～0.970.92～0.952～32～3≤4666蜗杆传动自锁蜗杆单头蜗杆双头蜗杆四头蜗杆0.40～0.450.70～0.750.75～0.820.80～0.92开式15～60闭式10～40开式100闭式80带传动

平带传动V带传动0.980.962～42～467滚动轴承球轴承（稀油润滑）滚子轴承（稀油润滑）0.99（一对）0.98（一对）联轴器

浮动式（十字沟槽式等）齿式联轴器弹性联轴器0.97～0.990.990.99～0.995带式输送机输送机滚筒0.96二、选择电动机(1)原动机功率F电机带传动减速器VD联轴器卷筒运输带卷筒轴需要的输出功率为：电动机输出功率：F-----牛顿V-----米/秒D----毫米P----- 千瓦(2)确定电动机转速V鼓轮转速(3）选定电动机根据求出的P、n查手册（见后面表Y系列电动机技术数据

）。转速n：建议选用同步转速为1000---1500（rpm）功率P：为使传动可靠，额定功率应大于计算功率即P额（Ped）>Pd=PW/ŋ总选定电动机：型号（Y系列）、同步转速n、满载转速nm、额定功率P额（Ped）、轴的中心高、电动机轴径、起动转矩/额定转矩的比值。同步转速1500rpm（4级）Y100L1—42.25.01420810.827.02.22.2Y100L2—436.8142082.50.817.02.22.2Y112M—448.8144084.50.827.02.22.2Y132S—45.511.6144085.50.847.02.22.2Y132M—47.515.41440870.857.02.22.2Y160M—41122.61460880.847.02.22.2Y系列电动机技术数据同步转速1000rpm（6级）Y112M—62.25.694080.50.746.52.02Y132S—637.2960830.766.52.02Y132M1—649.4960840.776.52.02Y132M2—65.512.696085.30.786.52.02Y160M—67.517.0970860.786.52.02Y160L—61124.6970870.786.52.02Y系列电动机技术数据三、传动比分配原则：各级传动比应在合理的范围内：各级传动尺寸协调，传动比应满足：（不用整数）四、计算运动和动力参数I轴n

I=II轴n

II=各轴转矩：各轴功率：注意：II轴设计输出转速与所要求的转速不符，但误差在５％以内即可满足工程要求。ＰI＝ＰII＝1、各轴转速：2、计算各轴的转矩01、带传动设计参照课本或设计手册进行，可选择普通V带或窄V带。应注意的问题：1、原始数据：电动机功率：Pd电动机转速：ndV带传动理论传动比：i2、选定大、小带轮后，i带可能与分配值不同，应采用新值。3、带轮的中心距在400~500之间选取。4、带的根数可以向上圆整，或向下圆整，但保证误差在5%以内且不多于4。5、注意带轮最小直径，带轮直径要在基准直径系列中选。带轮基准长度要在基准长度系列中选。五、传动零件的设计计算2、齿轮传动设计在以上运算基础上可计算箱体尺寸注意带传动，齿轮传动，轴承选取时要圆整的尺寸！有些尺寸不能算出来多少就直接使用一般中心距150-300mm设计计算中需要验算的内容1、齿轮传动的强度验算2、低速轴的弯扭合成强度验算3、低速轴键的强度验算4、低速轴上的滚动轴承寿命验算5、传动大齿轮浸油深度验算6、选择减速器内齿轮润滑方式验算V7、选择滚动轴承的润滑（剂）方式验算dn1、装配草图设计（含轴的结构设计、滚动轴承组合设计等）2、正式装配图（含箱体和箱体附件设计）装配草图设计是装配图设计的规划和准备阶段正式装配图设计是对草图的进一步细化和完善.特点：“算画结合”边画边算（边计算，边画图，边修改）三、减速器装配图的设计草图设计1、准备工作（1）A2图纸一张，选择合适比例，用仪器画（2）主要传动件的参数计算完备（齿轮几何尺寸、轴径估算）2、要求（1）草图设计正确，迅速，主要结构要表达清楚。各零件尺寸可随时标注在图纸上。（2）草图不要求线型，同样零件可只画一个，其它简画。（3）所有零件尺寸随手画在草图上，以免再次查找。草图设计步骤

按中心距先画轴心线，再画轴及轴承，先画箱内，后画箱外，先粗画，后细画，先画俯视图，再画主视图，最后画侧视图。布图上下左右要适当匀称。1）确定视图比例及位置2）确定减速器箱体内壁线：（齿顶至内壁的距离

1

齿轮端面至内壁的距离

2）待定…3）确定减速器箱体凸缘宽度：（前后宽度L=

+c1+c2+8、

（侧面宽度L′=

+c1+c2c1、c2由d1查取）c1、c2由d2查取）(一)减速器装配草图的设计1.图纸总体布局：减速器装配草图的设计2.轴及轴承装置组合设计：1）各轴结构及尺寸设计：2）初选轴承类型、代号、外形尺寸并确定安装位置l2：估算最小轴径并初定轴的结构形状；确定各轴段径向尺寸；确定各轴段轴向尺寸。有些待定…3）选择联轴器型号5）设计轴承端盖结构尺寸6）设计齿轮结构尺寸7）确定支承结构及调整方式8）设计轴承润滑及密封方式l2l2脂润滑挡油环油润滑油沟+端盖缺口4）轴的强度校核H(二)其他部件的设计1、箱体设计2、附件设计通气器检查孔和盖板放油塞油标尺起盖螺钉起吊装置

4.设计中应注意的问题

1）输入（出）轴外伸端长度、直径应与联轴器孔径匹配。2）润滑剂和润滑方式的选择减速器内齿轮的润滑剂和润滑方式按圆V确定，减速器内轴承的润滑剂和润滑方式按速度因数dn确定。由于齿轮和轴承可能分别采用润滑油和润滑脂（或润滑油），此时二者不能相混，否则轴承润滑脂被冲走，故应在轴承处采用密封装置“挡油盘”。注意，并不是每个轴承处都安挡油盘。3）油底油面高度≧30~50，以保证足够的油量。4）注意轴承盖的嵌入式和凸缘式结构。5）齿轮与轴的结合方式可设计成齿轮与轴分离，也可以成齿轮轴。

最高油面1/6d最低油面>10mmdV<2m/s脂润滑V>2m/s飞溅润滑脂润滑飞溅润滑用油沟箱体结构设计

机座壁厚按二级齿轮减速器a选择壁厚a-----低速级中心距轴承座旁螺栓扳手空间扳手空间大操作方便，但