机械系统设计(3)

０％，则相应公比φ不应大于２，故１< φ ≤２。

②公比φ为２的某次方根，使转速n每隔几级就出现一个２n，这样不仅记忆方便，而且便于使用双速或多速电动机，以简化变速机构。 ③公比φ为１０的某次方根，使转速n每隔几级后的转速为前面的１０倍，而且还可以使转速整齐好记。 结构设计的原则 1. 明确

对产品设计中所要考虑的问题都应在结构方案中获得明确的体现 与分担。 (1)功能明确 ： 功能应有确定的结构来分担 (2)工作原理明确：

(3)使用工况及应力状态明确 2. 简单

? 是指在满足总功能前提下，尽量力求结构形状简单、零部件数量少等。 3.安全

是指机器安全和为了保证安全而采取的技术措施。 安全技术可分为： ⑴直接安全技术法 ⑵间接安全技术法 ⑶提示性安全技术法。 结构设计的原理（考一个 2.3.3.1 任务分配原理 2.3.3.2 2.3.3.3 2.3.3.4 2.3.3.5

自补偿/自助原理 力传递原理 变形协调原理 力平衡原理

2.3.3.6 等强度原理 2.3.3.7 稳定性原理

第三章

按载荷是否随时间变化可以分为静载荷和动载荷

一般设备承受的动载荷主要有周期载荷、冲击载荷和随机载荷等几种。 按载荷的作用形式，可以分为拉伸载荷、弯曲载荷以及扭转载荷等。 载荷的构成1.工作阻力 2.摩擦力 3.自重载荷

4.外部动载荷

5.传动系统的动载荷 6.其它载荷 确定载荷通常有三种方法： 相似类比法 实际测量法 计算法

工作机械的负载特性

指工作机械工运行过程中，其运动参数（位移、速度等）和力能参数（转矩、功率）等的变化规律

1.恒转矩负载特性

2.恒功率负载特性

3.负载转矩是转速函数的负载特性

4.负载转矩是行程或转角函数的负载特性 5.负载转矩变化无规律的负载特性

第四章

执行系统执行末端件直接与工作对象接触并完成一定工作或在工作对象上完成一定动作的零部件执行机构给执行末端件提供动力和带动它实现运动，即把传动系统传递过来的运动的动力进行必要的交换，以满足末端执行件的要求。

执行系统的功能

1.实现运动或运动规律变换 2.施力

3.分度与转位 4.抓取与夹持 5.搬运与输送 6.检测

执行系统的分类

按执行系统对运动和动力的要求分： 动作型：缝纫机、包糖机、印刷机等。

动力型：冲床、推土机、挖掘机、碎石机等。 动作动力型：滚齿机、插齿机等。

按执行系统中执行机构的相互联系情况分： 单一型：搅拌机、碎石机、胶带输送机等。 相互独立型：外圆磨床、起重机等。

相互联系型：印刷机、包装机、缝纫机、纺织机等。 执行系统的设计要求 1.实现预期精度的运动或动作 2.各执行机构间动作要协调配合 3.有足够的强度、刚度

4.结构合理、造型美观、便于制造与安装 5.工作安全可靠，有足够的使用寿命 机构的构型

⑴ 组合法⑵ 变异法 执行系统协调设计原则

? 满足各执行机构动作先后的顺序性要求 ? ? ? ?

满足各执行机构动作在时间上的同步性要求 满足各执行机构在空间布置上的协调性要求 满足各执行机构在操作上的协同性要求

各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率

? 各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和 效率的提高

机械运动循环图

用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互协调配合的图。

通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其它执行构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。 传动系统的类型

第五章

按传动比能否变化分 1固定传动比传动系统2变速传动系统 按动力机驱动执行机构的数目分

1独立驱动传动系统 2集中驱动传动系统 3联合驱动传动系统

传动系统的组成 1变速装置 2起停和换向装置 3制动装置 4安全保护装置 变速装置 交换齿轮变速 滑移齿轮变速 离合器变速机构 啮合器变速

主轴从计算转速nj到最高转速之间的全部转速都传递全部功率。因此，使主轴获得上述转速的传动件的转速也应该传递全部功率。这些转速中的最低转速，就是传动件的计算转速 两个执行件之间的传动链称为内联传动链

第六章

操纵系统的要求

１）操纵轻便省力。 ２）操纵行程适当 ３）操纵灵活

４）操纵件定位可靠

５）操纵灵敏、效率高

６）操纵系统的反馈准确迅速 ７）操纵系统应有可调性 ８）操纵方便舒适 ９）操纵安全可靠

操纵系统的组成１）操纵件２）执行件３）传动件 主要设计参数：操纵力、操纵行程、传动比 三个范围１.站立时人肢体的能力范围和用力范围

２.坐势操纵的能力范围和用力范围

3人的视力范围

手操纵件的结构造型

（１）设计手柄式操纵件时，要重视柄部的结构形状和尺寸。由于手掌心肌肉最少，为避免掌心用力过大而产生痉挛，设计的柄部结构应避免手掌与柄部完全贴合。

２）为了便于识别和记忆，各操纵件最好采用不同形状的柄部或者不用颜色的按钮。 ３）采用按钮式操纵件时，最好将旋钮的手捏部分设计成一头尖的形状，或做上醒目的标记，用来指明旋转刻度位置。

４）采用复合多功能操纵件，可以在操作时手不离开操纵件而完成多种操纵任务，且可节约

操作空间。

５）键盘式开关在键上可注上文字或图形，便于识别和记忆 安全保护（１）自锁机构２）互锁机构

第七章

支承系统的功用

支承机械系统其它各部件，承受切削力、重力、惯性力、摩擦力等静态力和动态力。 保证各部件之间的相对位置精度和运动部件的相对运动轨迹的准确关系。 内部空间可存放冷却液、润滑液、液压油的油箱、电动机。 支承件的基本要求 １.足够的静刚度 ２.较好的动态特性 ３.良好的热特性

４.小的内应力

５.其他 应考虑吊运安全，液压、电器布置合理、便于加工和装配。机床支承件还要考虑便于冷却液、润滑液的回收、排屑方便。

支承件的静刚度 自身刚度 局部刚度 接触刚度

隔板（肋板）是指布置在支承件两外壁之间并将两外壁连接在一起的内板 肋条是指配置在支承件内壁上的条状金属，它不连接支承件的整个断面 提高支承件的局部刚度 （一）合理选择连接部位的结构 (二）合理选择螺钉尺寸和布置

三）注意连接处的局部过渡 常用材料

铸铁：材料价格便宜、阻尼大抗振性好、容易获得复杂的结构。

但铸件需要木模，制造周期长，批量小时成本高，易产生缩孔与砂眼（气泡）等缺陷。 适用场合：生产批量较大的支承件。

铸铁支承件，如果导轨与支承件铸为一体，则铸铁的牌号应根据导轨的要求选择；如果导轨是镶装上去的，或者支承件上没有导轨，则一般可采用HT150。

钢材焊接：钢材弹性模量大，重量可以轻一点；添加隔板、加强筋灵活，且容易改型，但钢材的阻尼小；焊接时易产生变形。

适用场合：单件小批生产的支承件，结构简单，要求不高的机械。 如果支承件由型钢和钢板焊接，则常用Q235AF或Q275钢 其他材料：轻合金，钢板外壳的混凝土，包泥芯的铸件，花岗岩 热处理

? 在铸造或焊接中的残余应力，使支承件产生变形。 ? 进行时效处理可以消除残余应力。

? 普通精度机床的支承件在粗加工后安排一次热时效处理即可，精密机床最好进行两次热时效处理，即粗加工前、后各一次。

? 高精度机床在进行热时效处理后，还进行天然时效处理，即把铸件堆放在露天一年左右，让它们充分地变形。

振型和固有频率合称为模态。一般把模态按固有频率从小到大排列，其序号称为阶。 提高动刚度的措施

1）在支承件内腔充填泥芯或混凝土等具有高内阻尼的材料

2）采用具有阻尼性能的焊接结构。如采用间断焊缝、焊减振接头等来加大摩擦阻尼。

３）对于弯曲振动结构尤其是薄壁结构，在其表面喷涂一层具有高内阻尼的粘滞性材料，如沥青基制成的胶泥减振剂、高分子聚合物和油漆腻子等，或采用石墨纤维的约束带和内阻尼高、剪切膜量极低的压敏式阻尼胶等。

4）采用环氧树脂粘结的结构，其抗振性超过铸造和焊接结构。

5）采用较粗糙的加工面或在接触面间垫以弹性材料，也能增加阻尼提高抗振性。但此时接触刚度有所降低。 6）安装阻尼装置。 提高支承系统热特性的措施

1. 散热和隔热

2. 均热

３.使热变形对工作质量的影响较小

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