【正文】 其次，要考慮設(shè)計對象的具體設(shè)計要求，這是傳動比分配中的難點。 3 合理分配傳動比 將傳動系統(tǒng)的總傳動比合理地分配至各級傳動裝置，是傳動系統(tǒng)方案設(shè)計中的重要一環(huán)。 2 傳動路線的擬定和傳動鏈中各機構(gòu)順序的 安排 選擇不同的傳動路線，傳動鏈中各機構(gòu)順序安排的不同，將會產(chǎn)生不同的傳動方案，直接影響傳動系統(tǒng)的傳動性能和成本。 2) 根據(jù)實際情況靈活運用傳動類型的選取原則 教程中給出了傳動類型選擇的基本原則，僅僅熟記這些原則是遠遠不夠的，還必須逐漸學會根據(jù)實際情況靈活運用這些原則。要做好傳動類型的選擇，特別要注意以下兩個問題。 1 傳動類型的選擇 傳動類型的選擇是本章的難點。 傳動系統(tǒng)介于原動機和執(zhí)行系統(tǒng)之間，傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計通常是在確定了執(zhí)行系統(tǒng)和原動機的預選方案后進行。 進行評價還需要選擇合適的評價方法。面對多種設(shè)計方案，設(shè)計者必須 經(jīng)過科學的評價和決策，才能獲得最滿意的方案。 5. 方案評價與決策 評價就是從多種方案中尋求一種既能實現(xiàn)預期功能要求，又結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良、價格低廉的設(shè)計方案。因此，它在機械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計中占有重要地位。由于機械在主軸或分配軸轉(zhuǎn)動一周或若干周內(nèi)完成一個運動循環(huán)，所以 運動循環(huán)圖通常以主軸或分配軸的轉(zhuǎn)角為坐標來編制。 執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計 執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，在目前的學習階段，主要要求讀者能對這類機械的執(zhí)行系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)設(shè)計，即 14 進行運動循環(huán)圖的設(shè)計，掌握運動循環(huán)圖的繪制依據(jù)、繪制方法， 掌握運動循環(huán)圖的功能。構(gòu)型是指重新構(gòu)筑機構(gòu)的型式，既然是重構(gòu)，就必然有依據(jù)。機構(gòu)的構(gòu)型方法很多，教程中介紹了擴展、組合和變異 3 種常用方法。由于該方法的 表達模式有利于用計算機存儲、分析和選擇，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。其二，是按照動作功能分解與組合原理進行機構(gòu)選型。關(guān)于選型的方法，教程中介紹了兩種：其一，是按照執(zhí)行構(gòu)件所需的運動特性進行機構(gòu)選型。他們既有區(qū)別，又有聯(lián)系。所以，在對某一具體的執(zhí)行系統(tǒng)進行機構(gòu)型式設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計對象的具體情況，綜合考慮，統(tǒng)籌兼顧，抓住主要矛盾， 有所側(cè)重。第二類是機構(gòu)型式設(shè)計 的一般原則，這類原則通常對各種機械產(chǎn)品的設(shè)計都適用，但不可能在每次設(shè)計中都面面俱到，使每條 原則都達到其高標準。 這部分內(nèi)容既是本章的重點，也是本章的難點。運動規(guī)律設(shè)計的任務(wù)，就是根據(jù)工作原理所提出的工藝要求，構(gòu)思出能夠?qū)崿F(xiàn)該工 藝要求的各種運動規(guī)律，然后從中選取最為簡單適用 的運動規(guī)律，作為機械的運動方案。 2. 運動規(guī)律設(shè)計 實現(xiàn)同一工作原理，可以采用不同的運動規(guī)律。選擇的工作原理不同，執(zhí)行系統(tǒng)的方案也必然不同，必有優(yōu)、劣、繁、簡之分。 掌握執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計的具體方法，通過學習培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設(shè)計能力，是本章學習的重點。 第 14 章 機械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計 機械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計，包括功能原理設(shè)計、運動規(guī)律設(shè)計、執(zhí)行機構(gòu)的型式設(shè)計、執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計、執(zhí)行機構(gòu)的尺度設(shè)計、方案的評價與決策等內(nèi)容。本章簡要介紹了現(xiàn)代設(shè)計思想、系統(tǒng)工程思想和工程設(shè)計思想的概念和內(nèi)涵，讀者特別要注意掌握現(xiàn)代設(shè)計與傳統(tǒng) 設(shè)計的區(qū)別，以避免陷入傳統(tǒng)的經(jīng)驗性、狹窄的專業(yè)范圍、定型的思維方式、主觀的直接決策和過早地 進入封閉的常規(guī)設(shè)計。 (3) 在方案評價的基礎(chǔ)上，進行方案決策，繪制機械總體方案運動簡圖，并編寫設(shè)計計算說明書。 (2) 傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計。 1. 機械總體方案設(shè)計階段的設(shè)計內(nèi)容 機械總體方案設(shè)計是機械產(chǎn)品設(shè)計中十分重要的一環(huán)，它主要包括以下內(nèi)容： (1) 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計。這種方法比方法 (2)復雜，當機構(gòu)由多個子機構(gòu)組成時，若用整個機構(gòu)的機械效率求解時，可能會出現(xiàn) “ 負負得正 ” 的問題，而得出錯誤的結(jié)果。對于受力狀態(tài)或幾何關(guān)系較復雜的機構(gòu)，可先假定該機構(gòu)不自鎖，用圖解解析 法或解析法求出工作阻力與主動力的數(shù)學表達式，然后再令工作阻力小于零，解 此不等式，即可求出機構(gòu)的自鎖條件。自鎖條件可用以下 3 種方法求得： (1) 對移動副，驅(qū)動力位于摩擦角之內(nèi)；對轉(zhuǎn)動副，驅(qū)動力位于摩擦圓之內(nèi)。 一個自鎖機構(gòu)，只是對于滿足自鎖條件的驅(qū)動力在一定運動方向上的自鎖；而對于其他外力，或在其他運動方向上則不一定自鎖。 3. 自鎖現(xiàn)象 及自鎖條件的判定 無論驅(qū)動力多大，機械都無法運動的現(xiàn)象稱為機械的自鎖。槽面摩擦問題可通過引入當量摩擦系數(shù)及當量摩擦角的概念，將其簡化為平 面摩擦問題。 Rxy 的確切方向需從該構(gòu)件的力平衡條件中得到。 由于摩擦力總是與相對運動 (或相對運動趨勢 )的方向相反，因此，對移動副來說，總反力 Rxy 總是與相對速度 vyx 之間呈 90176。機械的自鎖問題 及移動副自鎖條件的求解是本章的難點之一。 第 12 章 機械的 效率 效率是衡量機械性能優(yōu)劣的重要指標，而一部機械效率的高低在很大程度上取決于機械中摩擦所引起的功率損耗。 12 3. 機構(gòu)的平衡 對于存在有平面運動和往復運動構(gòu)件的一般平面機構(gòu)，它們的慣性力和慣性力矩不能在構(gòu)件內(nèi)部平衡，只能在機架上對整個機構(gòu)進行平衡。實際運轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子在通過平衡設(shè)計及平衡試驗后，它的偏心距或質(zhì)徑積應(yīng)小于其許用偏心距或許用質(zhì)徑積。 當 D/b5 時，則需要在動平衡機上進行動平衡試驗。 需要指出的是：在求解出平衡質(zhì)量之后，設(shè)計工作并未完成，還需要在該零件圖的相應(yīng)位置上添加上這一平衡質(zhì)量，或在其相反方向上減去這一平衡質(zhì)量，才算完成了平衡設(shè)計的任務(wù) 。 (2) 當 D/b5 時，轉(zhuǎn)子的軸向?qū)挾容^大，首先應(yīng)在轉(zhuǎn)子上選定兩個可添加平衡質(zhì)量的、且與離心慣性力平行的平面作為平衡平面，然后運用平行力系分解的原理將各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離 心慣性力分解到這兩個平衡平面上。 1. 剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計 根據(jù)直徑 D 與軸向?qū)挾?b 之比的不同，剛性轉(zhuǎn)子可分為兩類： (1) 當 D/b≥5 時，可以將轉(zhuǎn)子上各個偏心質(zhì)量近似地看作分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，其慣性力的平衡問題實質(zhì)上是一個平面匯交力系的平衡問題。為達到此目的，通常需要做兩方面的工作：首先，在機械的設(shè)計階段，對所設(shè)計的機械在滿足其工作要求的前提下，應(yīng)在 結(jié)構(gòu)上保證其不平衡慣性力最小或為零，即進行平 衡設(shè)計；其次，經(jīng)過平衡設(shè)計后的機械，由于材質(zhì)不均、加工及裝配誤差等因素的影響，生產(chǎn)出來的機械往往達不到設(shè)計要求，還會有不平 衡現(xiàn)象，此時需要用試驗的方法加以平衡，即進行平衡試驗。 ③ 有的機械系統(tǒng)可不加飛輪，而以較大的皮帶輪或齒輪起飛輪的作用。 (2) 飛輪設(shè)計中應(yīng)注意以下 3 個問題： ① 為減小飛輪轉(zhuǎn)動慣量 (即減小飛輪的質(zhì)量和尺寸 )，應(yīng)盡可能將飛輪安裝在系統(tǒng)的高速軸上。 4. 飛輪設(shè)計 (1) 飛輪設(shè)計的基本問題，是根據(jù)等效力矩、等效轉(zhuǎn)動慣量、平均角速度，以及機械運轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)的許用值來計算飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。 (2) 對于非周期性速度波動的機械系統(tǒng)，不能用飛輪進行調(diào)節(jié)。 3. 機械速度波動的調(diào)節(jié)方法 (1) 有周期性速度波 動的機械系統(tǒng)，可以利用飛輪儲能和放能的特性來調(diào)節(jié)機械速度波動的大小。 上述兩種運動方程的一般形式雖然并不復雜，但是當其中的 Med， Mer 或 Je 的表達式不是簡單函數(shù)關(guān)系時，運動方程式的求解過程則可能很復雜，有時甚至難以精確求解，這是本章的難 點。 (3) 根 據(jù)動能定理，可建立兩種形式的等效動力學模型的運動方程，即用積分方程表示的能量形式運動方程和用微分方程表示的力矩形式運動方程。 (2) 建立機械系統(tǒng)等效動力學模型時應(yīng)遵循的原則是：使機械系統(tǒng)在等效前后的動力學效應(yīng)不變，即 ① 動能等效：等效構(gòu)件所具有的動能，等于整個機械系統(tǒng)的總動能。 在機構(gòu)中取一構(gòu)件為等效構(gòu)件，要將機械中所有構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量都等效地轉(zhuǎn)化到這一構(gòu)件上，把各構(gòu)件上所作用的力、力矩也都等效地轉(zhuǎn)化到等效構(gòu)件上，然后列出等效構(gòu)件的運動方 程式，研究其運動規(guī)律。在機械運轉(zhuǎn)過程的 3 個階段中，系統(tǒng)的功、能量和機械運轉(zhuǎn)速度具有以下特點： 1)啟動階段 WdWr+Wf,E2E1,ω2ω1 2)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段 在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段，原動件速度保持常數(shù)（稱勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)）或在平均工作速度基礎(chǔ)上的做周期性速度波動（稱變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)） (1)勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn) Wd=Wr+Wf,E2=E1,ω2= ω1,Je= 常數(shù) ,無速度波動 (2)變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn) ① Med 和 Mer 的變化是有規(guī)律的周而復始 ,Je 為常數(shù)或有規(guī)律的變化 ② 任一時間間隔 Wd≠Wr+Wf, 但在一個運動循環(huán)中 Wd=Wr+Wf3n*I ③ 循環(huán)開始和終了角速度相等 ,其他時間角速度在 ωm 上下波動 3)停車階段 WdWr+Wf,E2E1,ω2ω1 2. 機械的等效動力學模型 (1) 對于單自由度的機械系統(tǒng)，只要能確定其中某一個構(gòu)件的真實運動規(guī)律，其余構(gòu)件的運動規(guī)律也就確定了。 第 10 章 機械系統(tǒng)動力學 本章主要研究兩個問題：一是確定機械真實的運動規(guī)律；二是研究機械運轉(zhuǎn)速度的波動調(diào)節(jié)。在奇異位置，有限的關(guān)節(jié)速度不可能使臂末端獲得規(guī)定的速度。 (3) 奇異位置問題。 (2) 多重解問題。在對操作器進行反向運動學分析時，需要討論解的存在性問題。它指的是給定了操作器末端執(zhí)行器在直角坐標系中的位置和姿態(tài)，要求確定一組關(guān)節(jié)參數(shù)來實現(xiàn)這一位置和姿態(tài)。 (2) 對于由開式鏈所組成的操作器，其正向運動學分析可以得到末端執(zhí)行器的位置、速度和加速度的一組惟一確定的解。 10 關(guān)于操作器的正 向運動學問題，需要注意以下兩點： (1) 雅可比矩陣。它指的是給定操作器的一組關(guān)節(jié)參數(shù)，要求確定末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。 利用開式鏈機構(gòu)的這一特點，結(jié)合伺服控制和計算機的使用，開式鏈機構(gòu)在各種機器人和機械手中得到了廣泛應(yīng)用。 第 9 章 開式鏈機構(gòu) 本章學習的重點是了解開式鏈機構(gòu)的主要特點 及功能，以及分析開式鏈機構(gòu)的基本方法。 工程實際中常用的組合機構(gòu)，以并聯(lián)式組合和復合式組合為多。當需要精確實現(xiàn)工作所要求的運動軌跡和規(guī)律時，通常需采用具有凸輪的凸輪 連桿組合機構(gòu)或凸輪 齒輪組合機構(gòu)。