【正文】 力平衡的目的就是通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施，使這些無(wú)用的力在其產(chǎn)生處就部分或全部平衡掉，以減輕或消除不良影響。 主要保證：傳動(dòng)的準(zhǔn)確性。 特點(diǎn)：傳動(dòng)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，可減少各傳動(dòng)鏈間的振動(dòng)影響。 1. 機(jī)械系統(tǒng)的工況 （ 1） 不需要換向且起動(dòng)不頻繁 如：自動(dòng)電阻裝帽機(jī) P131 圖 （ 2） 需要換向但起動(dòng)不頻繁 如：龍門(mén)起重機(jī) P128 圖 （ 3） 需要換向且起動(dòng)頻繁 如：普通車(chē)床 2. 動(dòng)力源的類(lèi)型 （ 1） 電動(dòng)機(jī)：允許在負(fù)載下起動(dòng)，可以正反轉(zhuǎn)，但起動(dòng)電流大，反接制動(dòng)。 級(jí)比指數(shù)：級(jí)比 ix? 的指數(shù) ix 稱(chēng)為級(jí)比指數(shù)，或傳動(dòng)特性指數(shù)。 4. 采用混合公比 擴(kuò)大范圍小 六、齒輪齒數(shù)的確定： 1. 確定齒輪齒數(shù)要注意的問(wèn)題： （ 1） 轉(zhuǎn)速誤差： )%1(1039。擬采用交流調(diào)頻主軸電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速 nr=1500r/min，最高轉(zhuǎn)速 maxn =4500r/min，為了簡(jiǎn)化變速箱和操縱機(jī)構(gòu)，改串聯(lián)的滑移齒輪為雙聯(lián)，試設(shè)計(jì)其傳動(dòng)系統(tǒng)，并選擇電動(dòng)機(jī)功率。 難點(diǎn) ： 執(zhí)行軸 組件的計(jì)算， 滑動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算中力學(xué)模型簡(jiǎn)化過(guò)程和疊加。 改變各執(zhí)行件的位置 改變主軸的幾何位置 改變軸承的間隙 P71 表 改變潤(rùn)滑條件 （ 5） 耐磨性：是指其長(zhǎng)期保持原始精度的能力。 1） 球軸承： P80 圖 、圖 2） 雙列圓柱滾子軸承： P80 圖 b 3） 圓錐滾子軸承： a． 單列圓錐 b． 雙列圓錐 P81 圖 c． 空心圓錐軸承 P81 圖 c 4） ?60 角接觸軸承 P80 圖 d （ 3） 主軸滾動(dòng)軸承的剛度： 1） 預(yù)緊：使軸承與滾動(dòng)體在無(wú)載荷時(shí)產(chǎn)生的過(guò)盈量。 i. 異步電機(jī)：轉(zhuǎn)速不高，無(wú)變速要求 ii. 中頻電機(jī)： f=200~2500Hz， n=60f=12021~144000r/min 注意：砂輪磨床中，砂輪速度要小于 65m/s 變速方法：多速電機(jī)、變化電源頻率 iii. 空氣蝸輪和油蝸輪： 用于速度高，扭矩小的場(chǎng)合 2） 主軸 傳動(dòng)件的布置： P78 圖 a． 傳動(dòng)力 F 在前支承外側(cè) 適用場(chǎng)合：重載設(shè)備 b． 傳動(dòng)力 F 在前支承內(nèi)側(cè)，與外載荷 P 同向 適用場(chǎng)合：主軸剛度較高 c． 傳動(dòng)力 F 在前支承內(nèi)側(cè)，與外載荷 P 反向 適用場(chǎng)合：前支承剛度較高 2. 主軸軸承和主軸滾動(dòng)軸承的選擇 （ 1） 軸承的選擇： P79 表 1） 滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn) 適應(yīng)能力強(qiáng)、可以預(yù)緊，提高軸承剛度、滾動(dòng)磨損小，功耗小，發(fā)熱小、潤(rùn)滑條件要求低。 （ 3） 抗振性：是指主軸受交變載荷時(shí)，能夠平穩(wěn)地運(yùn) 轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力。 17. 有一 普通車(chē)床， maxn =1600r/min， minn =，取 ? =， n電 =1440r/min。 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 令 3?? pu R? 則 ： zupzupunp RRrR ?? ???? ?1 33lg ??? unpRZ ? （級(jí)） 電機(jī)功率 ： kWPP ??? ?出，選 。 四、分級(jí)變速的幾種特殊情況 1. 具有交換齒輪的傳動(dòng)鏈 （ 1） 交換齒輪的傳動(dòng)比：設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)分布 （ 2） 優(yōu)點(diǎn)：減少交換齒輪的數(shù)目 （ 3） 缺點(diǎn)：升速傳動(dòng)比高（且在高速下），噪聲高，振動(dòng)大。 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。 場(chǎng)合：大轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)中變速。 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。 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。 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)。 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。 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。 （ 3） 擺脫具體的設(shè)計(jì)對(duì)象。 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。 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。 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。 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。 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） 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的重要性： 滿足功能要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，降低產(chǎn)品成本等。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。如人字齒輪的使用。 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)。 適用場(chǎng)合：較大載荷，較高精度，執(zhí)行件距離遠(yuǎn)。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱方便。 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。 ??? ?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)?。? 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)。 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。 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。即精度保持性。 a． 目的：提高軸承的剛度。 v≤ 30m/s,三角帶、多楔帶、同步齒形帶等 v30m/s，需用平皮帶 v≤ 35m/s 橡膠帶 v≤ 40m/s 皮革帶 v40m/s 絲織帶 c． 內(nèi)聯(lián)原動(dòng)機(jī)傳動(dòng) 無(wú)傳動(dòng)彎矩，主軸彎曲變形小，不受速度限制，可以變速。 彎曲剛度： K=F/? N/? m P71 圖 扭轉(zhuǎn)剛度：QLTLQTK T ??? / rad/mN 2? 注意：絕大多數(shù)執(zhí)行軸用彎曲剛度來(lái)衡量，在有套筒卸載條件下采用扭轉(zhuǎn)剛度衡量，如：鉆、鏜等。 16. 按 下 圖所示傳動(dòng)系統(tǒng)圖 繪制 轉(zhuǎn)速圖。擬采用交流調(diào)頻主軸電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速 nr=1500r/min，最高轉(zhuǎn)速 nmax=4500r/min，試擬定有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)并選擇電動(dòng)機(jī)的功率和型號(hào)。 原則 四的變化 ：“早降晚升” P147 圖 圖 即：為使得噪聲小，傳動(dòng)振動(dòng)小，中間軸轉(zhuǎn)速應(yīng)取得低些，但結(jié)構(gòu) 尺寸會(huì)有所增大。 3） 轉(zhuǎn)速點(diǎn)：是指在軸線上畫(huà)的圓點(diǎn)，用它來(lái)表示該軸所具有的轉(zhuǎn)速值。 3. 離合器變速 P132 圖 特點(diǎn)：接合平穩(wěn)，可在運(yùn)動(dòng)中變速，傳遞大轉(zhuǎn)矩，（用斜齒，人字齒輪），結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜。 2. 有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng) 是指執(zhí)行件的轉(zhuǎn)速（或速度）在一定范圍內(nèi)有級(jí)變化的傳動(dòng)系統(tǒng)。 難點(diǎn) ： 擬定 轉(zhuǎn)速圖 的 方法和步驟，設(shè)備的功率扭矩特性和傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速的求解方法， 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)特點(diǎn)。 【例】型孔輪式排種器 P45圖 4. 動(dòng)力參數(shù) 動(dòng)力參數(shù)是指電動(dòng)機(jī)的額定功率、液壓缸的牽引力、液壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)、伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩等。 （ 3） 按比例繪制主要結(jié)構(gòu)草圖 （ 4） 檢查主、輔功能載體結(jié)構(gòu) （ 5） 設(shè)計(jì) 結(jié)果初評(píng)及選擇 2. 詳細(xì)設(shè)計(jì)： （ 1） 各功能載體的詳細(xì)設(shè)計(jì) 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 8 （ 2） 補(bǔ)充、完善結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)草圖 （ 3） 對(duì)完善的結(jié)構(gòu)總體草圖進(jìn)行審核 （ 4） 進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 3. 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的完善和審核： 主要對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析（是否達(dá)到目標(biāo)）。在眾多的方案中，進(jìn)行定性篩選，然后進(jìn)行詳細(xì)評(píng)價(jià)，最后決策最佳方案。 3） 信息流：數(shù)據(jù)、測(cè)量值、控制信號(hào)、波形等。或稱(chēng)：指輸入、輸出量之間的因果關(guān)系。 2. 機(jī)械工程科學(xué)的組成： P1圖 （ 1） 機(jī)械學(xué)：機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程（核心部分）； （ 2） 機(jī)械制造：機(jī)械制造過(guò)程（基礎(chǔ)部分）。 最終目的是為市場(chǎng)提供優(yōu)質(zhì)高效、價(jià)廉物美的機(jī)械產(chǎn)品，以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 （ 2） 功能原理設(shè)計(jì)中往往要引入某種新技術(shù)、新材料、新工藝??，但首先要求設(shè)計(jì)人員有一種新想法、新構(gòu)思。 （ 1） 功能結(jié)構(gòu)示意圖： （ 2） 以功能 元為基礎(chǔ)，組合成功能結(jié)構(gòu)的方式有三種基本類(lèi)型：串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)（又稱(chēng)環(huán)狀結(jié)構(gòu)）。 工作包括兩個(gè)方面，即“質(zhì)”的設(shè)計(jì)和“量”的設(shè)計(jì)。 則機(jī)械系統(tǒng)的生產(chǎn)率 Q為 fg tt1T1Q ??? 生產(chǎn)率 Q的單位由 工件的計(jì)量和計(jì)時(shí)單位而定，常用的單位有件 /小時(shí)、米 /分鐘、米 2 /分鐘、米 3 /小時(shí)、千克 /分鐘等。 7. 等強(qiáng)度原理： 對(duì)于同一個(gè)零件來(lái)說(shuō)，各處應(yīng)力相等，各處壽命相同，稱(chēng)為等強(qiáng)度原理。