【正文】 軸向載荷（ N） 3） 零間隙時(shí)軸承的剛度： a． 點(diǎn)接觸的球軸承： 徑向： 3 52 c os)( ?? ?????? iZdFddFK brrrr (N/ m? ) 軸向： 3 52 s i ?? ?????? ZdFddFK baaaa (N/ m? ) b． 線接觸的滾子軸承： 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 31 徑向： ?? c os)( ?????? iZlFddFK arrrr (N/ m? ) 軸向： ?? s i ?????? ZlFddFK aaaaa (N/ m? ) 4） 有預(yù)緊力時(shí)的載荷 軸向： aoaea FFF ?? 徑向： ?co t??? aorer FFF 式中： aeF 、 reF —— 軸向、徑向外載荷（ N）； aoF —— 預(yù)緊力（ N），見(jiàn)軸承廠樣本； α —— 接觸角（度）。 a． 目的：提高軸承的剛度。速度不高。即精度保持性。 運(yùn)動(dòng)精度：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下（工作轉(zhuǎn)速）的旋轉(zhuǎn)精度值。 講授提示與方法 ：引入工程力學(xué)中彈性模量、慣性矩、角應(yīng)變、強(qiáng)度和剛度等相關(guān)概念，考慮實(shí)際工作中的摩擦、發(fā)熱、受力、變形和振動(dòng)等因素影響，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)實(shí)例分項(xiàng)分析、比較和總結(jié)（或經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)和計(jì)算），得出結(jié)論。 14. 某車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖所示，試計(jì)算 maxn ， minn ， nR ， Z 的值，并繪出轉(zhuǎn)速圖，求出各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 解： 主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為 a x ??? jinp nnR 電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍為 3150 0450 0m a x ??? rp nnR 因?yàn)?： pzupunp RRrR 1???? ? 所以 ： 3 )12(1 ??? ??z pnpu RR? 最大輸出功率 ： P160 圖 1） 76/44： 4000~1330r/min 2） 30/90： 773~257r/min kWPP ??? ?出 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 23 電機(jī)功率 ： 87015 ???P，選 15kW。 【例 】 P158 P159 圖 欲設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。 ??? ?n nn 式中： n’—— 實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速 n—— 標(biāo)準(zhǔn)（理論）轉(zhuǎn)速 （ 2） 齒數(shù)和 Sz 不宜過(guò)大： Sz≤ 100120 1） 防止尺寸過(guò)大 2） 降低齒面線速度 （ 3） 齒數(shù)和 Sz 不宜過(guò)小： 1） 根切的問(wèn)題 Zmin≥ 1820 2） 保證輪鼓強(qiáng)度 a≥ 2m P149 圖 （ 4） 三聯(lián)滑移齒輪的滑移干涉 P149 圖 2. 齒輪齒數(shù)的確定 （ 1） 相同模數(shù)傳動(dòng)組 查表 P150 表 （ 2） 不同模數(shù)傳動(dòng)組 七、齒輪的布置與排列 1. 基本要求 （ 1） 滑移省力 盡可能使小齒輪塊滑動(dòng)。 【 查看 】 P144 圖 （ 1） 方案： a、 b、 c、 d m a x)12(6 rrn ??? ? ，可以選用 （ 2） 方案： e、 f m a x)13(4 rrn ??? ? ，不可用 原則 三 ：“前密后疏” 即：基本組和擴(kuò)大組的排列順序：應(yīng)盡可能使擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致，使結(jié)構(gòu)緊湊。 4） 基本組和擴(kuò)大組： 基本組：傳動(dòng)組的級(jí)比指數(shù)為 1 的傳動(dòng)組。 1） 軸線：是用來(lái)表示軸的一組間距相等的豎線。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱方便。 場(chǎng)合：不經(jīng)常變速的情況 2. 滑移齒輪變速 P127 圖 特點(diǎn)：變速方便，但不能在運(yùn)動(dòng)中變速，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 適用場(chǎng)合：較大載荷，較高精度，執(zhí)行件距離遠(yuǎn)。 包括：直流并激電動(dòng)機(jī)，交流變頻電動(dòng)機(jī)，直流伺服電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電機(jī)等。 傳動(dòng)系統(tǒng)的類(lèi)型和組成 一、傳動(dòng)系統(tǒng)的類(lèi)型及其應(yīng)用 1. 按動(dòng)源分： （ 1） 電動(dòng)機(jī) （ 2） 液壓驅(qū)動(dòng) （ 3） 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) （ 4） 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng) 2. 按執(zhí)行件的被驅(qū)動(dòng)數(shù)目分： （ 1） 獨(dú)立驅(qū)動(dòng) （ 2） 集中驅(qū)動(dòng) （ 3） 聯(lián)合驅(qū)動(dòng) 3. 按傳動(dòng)裝置的類(lèi)型分： （ 1） 機(jī)械式 （ 2） 液壓式 （ 3） 氣動(dòng)式 （ 4） 電氣式 （ 5） 組合式 4. 按變速的形式分： （ 1） 無(wú)級(jí)變速 （ 2） 有級(jí)變速 （ 3） 定比傳動(dòng) （一） 無(wú)級(jí)變速和有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng) 1. 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng) 是指執(zhí)行件的轉(zhuǎn)速（或速度）能在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的傳動(dòng)系統(tǒng)。 16. 某機(jī)械設(shè)備， minn =45r/min， ? =， Z=12，求： nR ， maxn 及列出它的轉(zhuǎn)速數(shù)列。如人字齒輪的使用。 2） 有些小型機(jī)械系統(tǒng)希望簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，此時(shí)公比 ? 可取得大些，如? = ? =2等。設(shè)加工一個(gè)工件或裝備一個(gè)組件所需的循環(huán)時(shí)間為 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 9 fg ttT ?? 式中 ： T—— 機(jī)械系統(tǒng)的一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間或稱(chēng)工作周期時(shí)間，常用單位有小時(shí)、分鐘等； gt －－工作時(shí)間； ft －－輔助工作時(shí)間。 （ 3） 安全可靠原則：包括構(gòu)件的可靠性、功能的可靠性、工作安全性和環(huán)境安全性。 （ 2） 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的重要性： 滿(mǎn)足功能要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，降低產(chǎn)品成本等。 【例 】試設(shè)計(jì)露天礦開(kāi)采挖掘機(jī)的原理方案 求解步驟： 第一步：總功能轉(zhuǎn)換關(guān)系 —— “黑箱法” P26圖 第二步：總功能分解 （ 1） 分解依據(jù) P27圖 （ 2） 總功能分解 P27圖 第三步：建立功能結(jié)構(gòu)圖 P28圖 （ 1） 輸入、輸出關(guān)系 （ 2） 建立一級(jí)功能結(jié)構(gòu)圖 （ 3） 建立二級(jí)功能結(jié)構(gòu)圖 第四步：尋找原理解和原理解組合 P28表 組合方案數(shù) = 4344213233 ????????? =10368 方案 1為履帶式正鏟機(jī)械挖掘機(jī) (A1+B1+C2+D2+E1+F1+G2+H2+I1) 方案 2為輪胎式正鏟液壓挖掘機(jī) (A3+B1+C1+D2+E1+F2+G3+H1+I2) 根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)功率的要求可知，在能量傳遞與分配過(guò)程中，采用鏈傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)是不相容的，應(yīng)去掉。 P21表 2. 功能結(jié)構(gòu)： P22圖 功能的分解和組合關(guān)系稱(chēng)為功能結(jié)構(gòu)。 （ 2） 輸入、輸出量的內(nèi)容： 1） 物料流：材料、毛坯、半成品、成品、液體、氣體等。 4. 工作步驟： P18圖 分析 綜合 評(píng)價(jià)決策 5. 功能原理設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)： （ 1） 功 能原理設(shè)計(jì)是用一種新的物理效應(yīng)來(lái)代替舊的物理效應(yīng)，使所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作原理發(fā)生根本變化。 內(nèi)容包括：功能原理設(shè)計(jì)、總體布局、主要技術(shù)參數(shù)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)、基本原則及要求 一、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)及設(shè)計(jì)類(lèi)型： 1. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)： 是開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品和改造老產(chǎn)品。 講授提示與方法 ：回顧機(jī)械工程的發(fā)展歷程，注重機(jī)械系統(tǒng)的整體性，提高學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)知程度。 3. 機(jī)械學(xué)所包含的內(nèi)容： P3圖 二、機(jī)械、機(jī)械系統(tǒng)、系統(tǒng) 1. 機(jī)械：關(guān)于機(jī)械的定義，目前尚無(wú)嚴(yán)格的定論，一般可歸納為： （ 1） 須由兩個(gè)以上的零、部件組成； （ 2） 這些零、部件的運(yùn)動(dòng)部件，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求作確定的運(yùn)動(dòng)； （ 3） 將外來(lái)的能源轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫臋C(jī)械功。 （ 1） 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特征 1） 時(shí)域特征 2） 哲理特征 3） 質(zhì)量特征 4） 目標(biāo)與手段特征 （ 2） 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 3 信息方法、系統(tǒng)論方法、控制論方法、優(yōu)化方法、對(duì)應(yīng)論方法、智能論方法、壽命論方法、離散論方法、模糊論方法、突變論方法、藝術(shù)論方法等。 2. 功能的分類(lèi)： 基本功能 必要功能 功能 附加功能 非必要功能 二、功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 1. 功能原理設(shè)計(jì)： 是針對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思。 三、功能原理設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法－－“黑箱法” “黑箱法”是根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系來(lái)研究實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能目標(biāo)的一種方法，即根據(jù)系統(tǒng)的某種輸入及要求獲得某種輸出的功能要求，從中尋找出某種物理效應(yīng)或原理來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入－輸出之間的轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的解決辦法，從而推求出“黑箱”的功能結(jié)構(gòu)，使“黑箱”逐漸變成“灰 箱”、“白箱”的一種方法。 （ 3） 擺脫具體的設(shè)計(jì)對(duì)象。 【例 】材料拉伸試驗(yàn)機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖 P23圖 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 6 五、功能元（分功能）求解 功能元是功能結(jié)構(gòu)圖中最基本的單位，每個(gè)功能元都要找出相應(yīng)的技術(shù)、物理效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2. 相容性： 兩種功能或結(jié)構(gòu) 比較后的可行性分析結(jié)果。這部分工作對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有決定性意義。 方法：優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、專(zhuān)家系統(tǒng)使用、經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)等。 如：外形尺寸、主要部件尺寸、工作行程、加工范圍等。 P46圖 （ 1） 動(dòng)力參數(shù)確定得過(guò)大導(dǎo)致機(jī)器笨重、浪費(fèi)能源和材料 （ 2） 動(dòng)力參數(shù)確定得過(guò)小則不能滿(mǎn)足使用要求 學(xué)生自學(xué)： P46~52 電機(jī)學(xué)中的內(nèi)容 五、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的基本原理 1. 任務(wù)分配原理： （ 1） 一個(gè)載體完成一個(gè)功能 （ 2） 一個(gè)載體承擔(dān)多個(gè)功能 （ 3） 多個(gè)載體共同承擔(dān)一個(gè)功能 2. 穩(wěn)定性原理： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指當(dāng)出現(xiàn)干擾使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變恢復(fù) 穩(wěn)定的效應(yīng)。 P56圖 六、軟固體物料自動(dòng)包裝機(jī)設(shè)計(jì)舉例 1. 原始資料： （ 1） 產(chǎn)品 本機(jī)的包裝對(duì)象是圓臺(tái)形柱狀軟固體物料， 見(jiàn)圖 。 講授提示與方法 ：引入實(shí)例講解 轉(zhuǎn)速圖 所表示內(nèi)容和含義，根據(jù) 轉(zhuǎn)速圖 擬定原則“口訣”結(jié)合 實(shí)例 講授 轉(zhuǎn)速圖 的 擬定方法和步驟，注重 講解 傳動(dòng)齒輪齒數(shù)配齒表的使用特點(diǎn)，比較設(shè) 備功率扭矩特性特點(diǎn)和調(diào)速電動(dòng)機(jī)功率扭矩特性關(guān)系 講解 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方法和特點(diǎn)；講授中充分利用多媒體課件。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，使用維修方便，效率高。 特點(diǎn)：功率大，變速范圍寬，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，轉(zhuǎn)速損失較大。 適用場(chǎng)合： （ 1） 執(zhí)行件間有嚴(yán)格傳動(dòng)比要求 —— 內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈 P130 圖 （ 2） 各執(zhí)行件間運(yùn)動(dòng)有順序或協(xié)調(diào)的要求 —— 自動(dòng)設(shè)備 P131 圖 （ 3） 各執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立 3. 聯(lián)合驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng) 兩個(gè)（多個(gè)）動(dòng)源經(jīng)各自的傳動(dòng)鏈聯(lián)合驅(qū)動(dòng)一個(gè)執(zhí)行件。 場(chǎng)合：大轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)中變速。 3. 起停和換向裝置的結(jié)構(gòu) （ 1） 齒輪： P134 圖 摩擦離合器 P134 圖 鋼球摩擦離合器 （ 2） 齒輪換向機(jī)構(gòu)： P35 圖 （三） 制動(dòng)裝置 作用：使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)能夠迅速停止。 4） 傳動(dòng)線：是指軸線間轉(zhuǎn)速點(diǎn)的連線，它表示相應(yīng)傳動(dòng)副及其傳動(dòng)比值。 b. 傳動(dòng)組 i. 級(jí)比指數(shù)： 3001 ??? Pxx ii. 傳動(dòng)副數(shù)： 21?P c. 傳動(dòng)組 i. 級(jí)比指數(shù)： 6112 ??? Pxx 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 17 ii. 傳動(dòng)副數(shù)： 22?P （ 3） 變速組的變速范圍 1） 變速組的變速范圍：變速組內(nèi)最大傳動(dòng)比 maxi 與最小傳動(dòng)比 mini 之比，稱(chēng)為變速組的變速范圍 r 即 minmaxiir? 2） 任一變速組的變速范圍 ： )1( ?? ii pxir ? 基本組的變速范圍： )13(1)1(0 00 ??? ??pxr ? 第一擴(kuò)大組的變速范圍： )12(3)1(1 11 ??? ??pxr ? 第二擴(kuò)大組的變速范圍： )12(6)1(2 22 ??? ??pxr ? 3） 變速范圍關(guān)系： nn rrrrR ????? .. .. ..210 二、結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng) 1. 結(jié)構(gòu)網(wǎng)：表示傳動(dòng)比的相對(duì)關(guān)系，而不表示傳速值的線圖。 四、分級(jí)變速的幾種特殊情況 1.