系统(概念):具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。
机械系统(概念):由若干装置、零件、部件等组成的一个特定的系统,是由确定的质量、刚度和阻尼的物体组成并能完成特定功能的一个系统。
系统的特性:整体性;相关性;层次性;目的性;环境适应性;
机械系统的组成:动力系统、传动系统、执行系统、操纵系统和控制系统、其他:基础部分、润滑、密封等
现代机械的基本要求:功能要求;运动要求;动力要求;可靠性和寿命要求;安全性要求;体积和重量要求;经济性要求;环境保护要求;产品造型要求;其他特殊要求;
机械系统设计的任务:一、从系统的观点出发(局部和整体的协调、统一;内部和外部的统一);二、合理确定系统的功能(市场:需求、功能需求、市场;功能的性质:基本功能、辅助功能;用户:使用功能;外观功能;价值工程:V=F/C)三、提高可靠性(产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力;可靠性技术:研究产品发生故障或失效的原因及预防措施的一门技术。
衡量可靠性指标:可靠度R失效概率F失效率平均无故障时间MTBF失效前平均工作时间MTTF维修度M有效度A)四、提高经济性;五、保证安全性;机械系统设计的一般过程:计划;外部设计;内部设计;制造销售;
系统分解形式:平面分解;分级分解;组合分解;
系统分析的一般步骤:分析与确定系统的目的和要求;模型化;系统最优化;系统评价;机械系统的方案设计工作内容:一、研究给定的设计任务;二、设计任务抽象化(黑箱法);
三、确定工艺原理(创造性思维,物场分析法);四、确定技术过程;五、引进技术系统并确定系统边界;六、确定基本结构布局;七、方案评价(对设计方案进行技术、经济、环境、社会等方面的评价。
方案评价的原则:客观性,可比性,合理性,整体性原则);机械系统总体设计的主要内容:1.总体布置设计(基本要求:总体布置必须要有全局观点,不仅要考虑机械本身的内部因素,还要考虑人机关系、环境条件等各种外部因素。
1 (最基本要求)保证工艺过程的连续和流畅2 降低质心高度、减小偏置3 保证精度、刚度,提高抗振性及热稳定性4 充分考虑产品系列化和发展5 结构紧凑、层次分明6 操作、维修、调整方便7 外形美观)2.确定总体主要参数3.绘制总体设计图样4.编写总体设计报告书及技术说明书等
传动系统布置注意:1)简化传动链2)合理安排传动机构顺序3)注意传动系统的润滑和密封的可靠性
执行系统的功能:夹持;搬运;输送;分度与转位;检测;施力;完成工艺性复杂动作;执行系统的分类:按执行系统对运动和动力的要求:动作型;动力型;动作-动力型。
执行机构的相互联系情况:单一型;相互独立型;相互联系型。
执行构件的运动形式:平面运动:转动,移动。
空间运动:一般空间运动
常用执行机构的性能优、缺点、功能:1.连杆机构:优点:运动副(低副面接触)单位面积所受压力较小,且面接触便于润滑,故磨损减小;制造方便(平面、圆柱面),易获得较高精度;两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的,它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触;构件运动形式具有多样性;在主动件运动规律不变的情况下,只要改变连杆机构各构件的相对尺寸,就可以使从动件实现不同的运动规律和运动要求。
连杆曲线具有多样性。
缺点:一般情况下,只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹,且设计较为复杂;当给定的运动要求较多或较复杂时,需要的构件数和运动副数往往较多,这样就使机构结构复杂,工作效率降低,不仅发生自锁的可能性增加,而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加;机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡,在高速时将引起较大的振动和动载荷,故连杆机构常用于速度较低的场合。
功能:A.实现有轨迹、位置或运动规律要求的运动;B.实现从动件运动形式及运动特性的改变C.实现较远距离的传
动(车闸)D.调节、扩大从动件行程E.增力,获得较大的机械增益。
2.凸轮机构,优点:只需设计适当的凸轮轮廓,便可使从动件得到需要的运动规律,且结构简单紧凑、设计方便。
缺点:凸轮轮廓与从动件之间是点、线接触,接触应力很大,容易磨损。
功能:实现无特定运动规律的工作行程;实现有特定运动规律的工作行程;实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程 3.间歇运动机构,优点:槽轮机构能准确控制转角、工作可靠、机械效率高,与棘轮机构相比,工作平稳性较好;缺点:槽轮机构动程不可调节、转角不可太小,销轮和槽轮的主从动关系不能互换、起停有冲击。
槽轮机构的结构要比棘轮机构复杂,加工精度要求较高,因此制造成本上升;4.直线运动机构 5.差动机构 6.增力机构7.行程增大机构执行系统的设计要求:1实现预期精度的运动或动作;2有足够的强度和刚度;3各执行机构间动作要协调配合;4结构合理、造型美观、便于制造和安装;5工作安全、可靠,有足够的使用寿命;6其他:密封、防锈、防腐、卫生等
执行系统的设计步骤:1拟定运动方案;2合理选择执行机构类型,拟定组合方案;3绘制机构工作循环图;4运动分析;5动力学分析及承载能力计算
工作循环图(概念):设计有多个需协同工作的执行机构时,表示各机构动作次序及时间的图表。
(运动循环图主要有三种形式,直线式、圆周式及直角坐标式。
)
传动系统的要求:考虑动力机与执行机构的匹配;满足执行机构在启动、制动、调速、反向和空载等方面的要求;传动链应尽量短;布置紧凑;考虑过载保护;安全防护;
传动系统的分类:一、按传动比变化情况分类(固定传动比、可调传动比---有级变速,无级变速,周期性变速)二、按驱动形式分类(独立驱动;集中驱动;联合驱动的执行系统)三、按工作原理分类(机械传动;流体传动;电力传动;)
传动类型的选择综合考虑因素:工作机的工况;动力机的机械特性和调速性能;对传动尺寸、质量和布置的要求;工作环境条件;经济性;操作和控制方式;其他要求;
传动系统的组成:一、变速装置。
二、起停和换向装置。
三、制动装置
变速装置、优、缺点,应用范围:1.交换齿轮变速,优点:结构简单,不需要变速操纵机构;轴向尺寸小,变速箱的结构紧凑;轴上齿轮少,机构简单;缺点:更换齿轮费时、费力,悬臂安装,且侧隙较大,刚性和润滑条件差。
应用范围:适用于不需要经常变速的机械和场合。
2.滑移齿轮变速,特点:能传递较大的转矩和较高的转速;变速方便,串连几个变速组可实现较多的变速级数;没有常啮合的空转齿轮,(与离合器和啮合器变速相比),因而空载功率损失小;缺点:不能在运动中变速;为便于啮合,多用直齿齿轮传动,运转不够平稳;轴向尺寸较大;3.离合器变速 4.啮合器变速
起停和换向装置方案选择:1.动力机为电动机:动力机控制起停换向(不频繁、功率小);离合器实现(换向频繁、中等功率以上)2.动力机为内燃机:摩擦离合器和液力耦合器起停;利用反向机构实现换向;
换向机构的位置:1.靠近动力机(应用于传动件少,惯性小的场合);2.靠近执行机构(应用于传动件多,惯性大的场合)
制动装置功能:减少停车所用的时间;先制动,后换向;紧急事故的停车;
制动装置基本要求:工作可靠,操纵方便,制动平稳且时间短,结构简单,尺寸小,散热良好;
常用制动装置、优缺点:1. 带式制动器,优点:机构简单;轴向尺寸小;操纵方便;缺点:制动轮和传动轴受单向压力;制动带的压强及磨损不均匀;制动力矩受摩擦因数变化的影响大;散热性差;2. 外抱块式制动器适用于工作频繁及空间较大的场合,多为常闭式 3. 内张蹄式制动器,优点:结构紧凑,外形尺寸小,散热性好,容易密封;各种车辆车轮的制动及结构尺寸收到限制的机械;多为常开式。
4. 盘式制动器,特点:结构紧凑,制动平稳,缺点:摩擦表面温度较高。
应用:广泛,适用于要求结构紧凑的场合,如车辆的车轮及
电动葫芦的制动,也常用于带有制动的电机中。
5. 磁粉式制动器,优点:体积小,质量小,制动平稳,激磁功率小,制动力矩与转动件的转速无关。
应用:适用于自动控制及各种机械驱动系统中。
安全保护装置:1.销钉安全联轴器(销钉剪断),2.钢珠安全离合器(打滑作用),3.摩擦式安全离合器(打滑作用)4.其他类型安全离合器(拉杆安全离合器,牙嵌安全离合器)。