第二章机械系统设计PPT课件
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机电一体化第2章机械系统PPT演示文稿
轴的临界转速，认为转速频率等于轴的横向固有频率。
14
转子质心的相位变化
（a） n（, b） n
15
（2）考虑阻尼作用时的情形 实际中，阻尼总是存在的，线性阻尼力与速度成正比。
此时O、C、G三点一般不共线了，设OC、CG成角φ。
假定轴的横向刚度为kx=ky=k，系统的粘性阻尼系 数是cx=cy=c。圆盘的偏心距是e 。
其置中精度和方向精度分别用最大中 心误差△C和轴的最大偏角△γ来衡量。
温度变化也会导致 支承间隙的变化。
6
3、圆锥支承
方向精度、置中精度 高，承载能力强，轴 向位移可自动补偿磨 损间隙。
但摩擦阻力矩大，对 温度变化敏感，制造 成本较高。
承受轴向力，半锥角α小，置中精度高，但产生大的正压力，摩 擦阻力矩大，磨损、运动不灵活。
8
5、其它形式的支承
轴除自传外，还可轴向摆动一定角度。
9
顶针支承、 刀口支承、 钟摆的支承 结构图
10
（八）轴系部件的选择与设计
一、转子动力学基础
旋转机械的转子结构多样，在结构上具有最基本的转子 （转轴和圆盘组成）、轴承等。它们的简化力学模型总可表示 为：一圆盘装在一无质量的弹性转轴上，转轴两端由轴承及轴 承座支承。认为轴承支承是刚性的称为刚性支承转子，考虑支 承的弹性的称为弹性支承。
20
3）抗振性 轴系的振动表现为强迫振动和自激振动两种形 式。其振动原因有轴系组件质量不匀引起的动不平衡、轴的刚度 及单向受力等；它们直接影响旋转精度和轴承寿命。
提高轴系静、动刚度，增大轴系阻尼等可提高轴系的动态 性能。
刀口支承 。
2）对支承的要求
方向精度和置中精度
方向精度是指运动件转动时，其轴线与承导件的轴线产生
14
转子质心的相位变化
（a） n（, b） n
15
（2）考虑阻尼作用时的情形 实际中，阻尼总是存在的，线性阻尼力与速度成正比。
此时O、C、G三点一般不共线了，设OC、CG成角φ。
假定轴的横向刚度为kx=ky=k，系统的粘性阻尼系 数是cx=cy=c。圆盘的偏心距是e 。
其置中精度和方向精度分别用最大中 心误差△C和轴的最大偏角△γ来衡量。
温度变化也会导致 支承间隙的变化。
6
3、圆锥支承
方向精度、置中精度 高，承载能力强，轴 向位移可自动补偿磨 损间隙。
但摩擦阻力矩大，对 温度变化敏感，制造 成本较高。
承受轴向力，半锥角α小，置中精度高，但产生大的正压力，摩 擦阻力矩大，磨损、运动不灵活。
8
5、其它形式的支承
轴除自传外，还可轴向摆动一定角度。
9
顶针支承、 刀口支承、 钟摆的支承 结构图
10
（八）轴系部件的选择与设计
一、转子动力学基础
旋转机械的转子结构多样，在结构上具有最基本的转子 （转轴和圆盘组成）、轴承等。它们的简化力学模型总可表示 为：一圆盘装在一无质量的弹性转轴上，转轴两端由轴承及轴 承座支承。认为轴承支承是刚性的称为刚性支承转子，考虑支 承的弹性的称为弹性支承。
20
3）抗振性 轴系的振动表现为强迫振动和自激振动两种形 式。其振动原因有轴系组件质量不匀引起的动不平衡、轴的刚度 及单向受力等；它们直接影响旋转精度和轴承寿命。
提高轴系静、动刚度，增大轴系阻尼等可提高轴系的动态 性能。
刀口支承 。
2）对支承的要求
方向精度和置中精度
方向精度是指运动件转动时，其轴线与承导件的轴线产生
第二章机械系统部件选择与设计 机电一体化系统设计课件
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2.滚珠丝杠副的典型结构类型
滚珠丝杠副的结构类型可以
从螺纹滚道的截面形状、滚珠的
循环方式和消除轴向间隙的调整
方法进行区别。
螺纹滚道型面(法向)的形状及 主要尺寸
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螺纹滚道法向截面形状
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滚珠的循环方式有：
注意经常通过注油孔注油。
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防护套的形式
有折叠式密封套、伸缩套管和伸缩挡板 防护套示例:1为折叠式密封套，2为螺旋弹簧钢
带伸缩套管。
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滚珠丝杠副的选择方法
根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，
可选择适当的结构型式。例如，当允许有间隙存在
时(如垂直运动)可选用具有单圆弧形螺纹滚道的单
6.28弧度时，螺母上基准点的轴向位移。
行程：它指丝杆相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上 基准点的轴向位移。
此外还有丝杆螺纹大径d1、丝杆螺纹底径d2、滚珠直 径DW、螺母螺纹底径D2、螺母螺纹内径D3、丝杆螺纹全长
等。
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4.滚珠丝杠副的精度等级
及标注方法
1) 精 度 等 级 ， 根 据 GB/T17587.3-1998 （ 与 ISO 3408-3：1992同）标准，对滚珠丝杠副的精度分成为 1、2、3、4、5、7、10共七个等级，最高级为1级， 最低级为10级。按实际使用要求，在每一精度等级内 指定了导程精度的验收检验项目，未指定的检验项目 其导程误差不得低于下一级精度的规定值。
《机械系统设计》课件
《机械系统设计》课件
contents
目录
• 机械系统概述 • 机械系统设计基础 • 机械系统中的常用机构 • 机械系统中的传动装置 • 机械系统中的控制系统 • 机械系统设计实例分析
01
机械系统概述
机械系统的定义与分类
总结词
机械系统是由若干相互联系、相互作用的零部件，按照一定的规律和要求组成的整体，具有特定的功能和运动形 式。根据不同的分类标准，机械系统可以分为多种类型。
制器。
调节器
根据反馈信号和设定值 ，调整控制信号，使系
统输出达到设定值。
控制系统的设计方法
解析法
实验法
通过建立数学模型，分析系统的稳定性、 响应速度和误差等性能指标，设计控制器 和调节器。
通过实验测试系统的性能指标，调整控制 器和调节器参数，以达到最优性能。
仿真法
人工智能法
通过建立系统仿真模型，模拟系统的动态 特性和性能指标，优化控制器和调节器参 数。
详细描述
在机械系统的设计过程中，应充分考虑用户需求和使用条件，确保系统具有完善的功能 和性能。同时，要注重优化系统结构，简化设计，降低制造成本和维护成本。此外，还 要保证系统的安全性和可靠性，防止意外事故的发生。最后，要注重系统的经济实用性
，为用户提供性价比高的机械系统。
02
机械系统设计基础
机械系统设计的基本流程
凸轮机构
总结词
实现精确的运动规律控制
详细描述
凸轮机构由凸轮和从动件组成，通过凸轮的旋转运动，可以精确控制从动件的位 移、速度和加速度等运动规律，广泛应用于自动化生产线、仪器仪表和轻工等领 域。
齿轮机构
总结词
实现高效的动力传递和运动转换
详细描述
contents
目录
• 机械系统概述 • 机械系统设计基础 • 机械系统中的常用机构 • 机械系统中的传动装置 • 机械系统中的控制系统 • 机械系统设计实例分析
01
机械系统概述
机械系统的定义与分类
总结词
机械系统是由若干相互联系、相互作用的零部件，按照一定的规律和要求组成的整体，具有特定的功能和运动形 式。根据不同的分类标准，机械系统可以分为多种类型。
制器。
调节器
根据反馈信号和设定值 ，调整控制信号，使系
统输出达到设定值。
控制系统的设计方法
解析法
实验法
通过建立数学模型，分析系统的稳定性、 响应速度和误差等性能指标，设计控制器 和调节器。
通过实验测试系统的性能指标，调整控制 器和调节器参数，以达到最优性能。
仿真法
人工智能法
通过建立系统仿真模型，模拟系统的动态 特性和性能指标，优化控制器和调节器参 数。
详细描述
在机械系统的设计过程中，应充分考虑用户需求和使用条件，确保系统具有完善的功能 和性能。同时，要注重优化系统结构，简化设计，降低制造成本和维护成本。此外，还 要保证系统的安全性和可靠性，防止意外事故的发生。最后，要注重系统的经济实用性
，为用户提供性价比高的机械系统。
02
机械系统设计基础
机械系统设计的基本流程
凸轮机构
总结词
实现精确的运动规律控制
详细描述
凸轮机构由凸轮和从动件组成，通过凸轮的旋转运动，可以精确控制从动件的位 移、速度和加速度等运动规律，广泛应用于自动化生产线、仪器仪表和轻工等领 域。
齿轮机构
总结词
实现高效的动力传递和运动转换
详细描述
第二章 机械设计概论_PPT幻灯片
2）选择零件的类型与结构 3）选择零件的材料 4）按可能的失效形式确定零件的计算准则，并确定 零件的基本尺寸，并加于标准化和圆整 5）零件的结构设计 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书
2
2.2 机械零件的载荷与应力
2.2.1 载荷的分类
静载荷： 不随时间变化或缓慢变化的载荷
变载荷：
1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷
13
注意：
1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 γ =C的 情况计算
2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命
要求设计零件时，即应力循环次数103(104)<N<No时， 这时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限
N
m
N0 N
，即应以σ-1N
代σ-1
，以σoN代σo
3）当未知工作应力点所在区域时，应同时考虑可能出现
硬度≥350HBS钢， No=(10 - 25)x107
有色金属(无水平部分)，规定当No>25x107时,近似为无限寿命
区
② m—指数与应力与材料的种类有关。
钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 m=6——接触应力
青铜 m=9——弯曲应力
m=8——接触应力
10
3）影响机械零件疲劳强度的主要因素
由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、 应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响 使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤1、应力集中的影响——有效应力集中系数 k (k )
零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感
2
2.2 机械零件的载荷与应力
2.2.1 载荷的分类
静载荷： 不随时间变化或缓慢变化的载荷
变载荷：
1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷
13
注意：
1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 γ =C的 情况计算
2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命
要求设计零件时，即应力循环次数103(104)<N<No时， 这时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限
N
m
N0 N
，即应以σ-1N
代σ-1
，以σoN代σo
3）当未知工作应力点所在区域时，应同时考虑可能出现
硬度≥350HBS钢， No=(10 - 25)x107
有色金属(无水平部分)，规定当No>25x107时,近似为无限寿命
区
② m—指数与应力与材料的种类有关。
钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 m=6——接触应力
青铜 m=9——弯曲应力
m=8——接触应力
10
3）影响机械零件疲劳强度的主要因素
由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、 应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响 使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤1、应力集中的影响——有效应力集中系数 k (k )
零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感
机械系统设计_PPT课件
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。
第三节 导向机构
在机电一体化机械系统中，导向支撑部件 的作用是支撑和限制运动部件能按给定的 运动要求和运动方向运动，这样的部件通 常称为导轨副，简称导轨。
一、导轨的组成、分类及特点
导轨主要由两部分组成：在工作时一部分固 定不动，称为支承导轨；另一部分相对支承 导轨作直线或回转运动，称为动导轨。
六、滚珠丝杠副传动机构
滚珠丝杠是一种新型螺旋传动机构， 具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中 间传动元件——滚珠。主要用来将旋 转运动变换为直线运动或将直线运动 变换为旋转运动
❖ 滚珠丝杠副的结构类型可从螺纹滚道的界 面形状、滚珠的循环方式和消除轴向间隙 的调整方法进行区别
单圆弧型和双圆弧型
R (a)
β
ee
R
rbቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(b)
内循环和外循环
内循环方式的滚珠在循环过程 中始终与丝杠表面保持接触内 循环方式的优点是滚珠循环的 回路短，流畅性好，效率高螺 母的尺寸也较小。缺点是反向 器加工困难，装配调整也不方 便
➢ 外循环
滚珠在循环返 回时，离开丝 杠螺纹滚道， 在螺母或体外 作循环运动
螺旋槽式的特点是工艺简单、径向尺寸 小、易于制造，但是挡珠器刚性差，易 磨损
提高传动精度的结构措施
提高传动精度的结构措施有： (1)适当提高零部件本身的精度； (2)合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度 的影响 〔3)采用消隙机构．以减少或消除空程。 合理设计传动链方法 (1)合理选择传动型式 (2)合理确定级数和分配各级传动比 (3)合理布置传动链
第二节 机械传动装置
第三节 导向机构
在机电一体化机械系统中，导向支撑部件 的作用是支撑和限制运动部件能按给定的 运动要求和运动方向运动，这样的部件通 常称为导轨副，简称导轨。
一、导轨的组成、分类及特点
导轨主要由两部分组成：在工作时一部分固 定不动，称为支承导轨；另一部分相对支承 导轨作直线或回转运动，称为动导轨。
六、滚珠丝杠副传动机构
滚珠丝杠是一种新型螺旋传动机构， 具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中 间传动元件——滚珠。主要用来将旋 转运动变换为直线运动或将直线运动 变换为旋转运动
❖ 滚珠丝杠副的结构类型可从螺纹滚道的界 面形状、滚珠的循环方式和消除轴向间隙 的调整方法进行区别
单圆弧型和双圆弧型
R (a)
β
ee
R
rbቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(b)
内循环和外循环
内循环方式的滚珠在循环过程 中始终与丝杠表面保持接触内 循环方式的优点是滚珠循环的 回路短，流畅性好，效率高螺 母的尺寸也较小。缺点是反向 器加工困难，装配调整也不方 便
➢ 外循环
滚珠在循环返 回时，离开丝 杠螺纹滚道， 在螺母或体外 作循环运动
螺旋槽式的特点是工艺简单、径向尺寸 小、易于制造，但是挡珠器刚性差，易 磨损
提高传动精度的结构措施
提高传动精度的结构措施有： (1)适当提高零部件本身的精度； (2)合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度 的影响 〔3)采用消隙机构．以减少或消除空程。 合理设计传动链方法 (1)合理选择传动型式 (2)合理确定级数和分配各级传动比 (3)合理布置传动链
第二节 机械传动装置
机械设计 第二章2-2 机构运动简图幻灯片PPT
§2-2 机构运动简图
(The sketch of kinematic of mechanism)
一、 机构运动简图
去掉构件的构造外形， 按一定比例将构件用简单 线条表式，运动副用特殊 符号表示，能说明各构件 间相对运动关系的简单图 形。
二、运动副及构件的表示方法 1、运动副:
移动副:
转动副:
凸轮副: 齿轮副:
2、构件:
固定件:
同一构件:
两副构件: 三副构件:
三、 机构运动简图的画法 步骤：1、将机构动起来，确定原动件,从
2动、件选,运择动多副数和构构件件的数运。动平面为投
3影、面选。择比例尺，从原动件出发， 按规定符号依次画出运动副及 4构、件标。尺寸，算自由度。
Байду номын сангаас
(The sketch of kinematic of mechanism)
一、 机构运动简图
去掉构件的构造外形， 按一定比例将构件用简单 线条表式，运动副用特殊 符号表示，能说明各构件 间相对运动关系的简单图 形。
二、运动副及构件的表示方法 1、运动副:
移动副:
转动副:
凸轮副: 齿轮副:
2、构件:
固定件:
同一构件:
两副构件: 三副构件:
三、 机构运动简图的画法 步骤：1、将机构动起来，确定原动件,从
2动、件选,运择动多副数和构构件件的数运。动平面为投
3影、面选。择比例尺，从原动件出发， 按规定符号依次画出运动副及 4构、件标。尺寸，算自由度。
Байду номын сангаас
第2章 机械设计总论PPT课件
高机器的生产率。 2）选用高效率的传动系统，尽可能减少传动的中间
环节，以期降低能源消耗。 3）适当地采用防护及润滑，以延长机器的使用寿命。 4）采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。
13
2020/11/8
▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：
1）机器的运动学设计 确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。
求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。
2）机器的动力学设计
计算构件所受公称载荷（名义载荷）的大小和特性。
3）零件的工作能力设计
由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零 部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本 尺寸。
§2-2 设计机器的一般程序
一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键一 环。机械设计是一个创造性的工作过程，实践经验是保 证设计质量的重要因素。因此，要求设计者特别注意经 验的积累。 一部完整的机器是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。 机械设计的一般过程：
▲ 计划阶段
▲ 方案设计阶段
评价
决策—确定结构形状与尺寸
技
零件设计
术
部件设计
设
计
总体设计
编制技术文件 9
§2-3 对机器的主要要求
----在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高、 成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全可靠， 操作方便、维修简单。具体要求如下：
▲使用功能要求 ▲经济性要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根 据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般 来说，对机器都要提出以下的基本要求：
环节，以期降低能源消耗。 3）适当地采用防护及润滑，以延长机器的使用寿命。 4）采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。
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▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：
1）机器的运动学设计 确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。
求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。
2）机器的动力学设计
计算构件所受公称载荷（名义载荷）的大小和特性。
3）零件的工作能力设计
由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零 部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本 尺寸。
§2-2 设计机器的一般程序
一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键一 环。机械设计是一个创造性的工作过程，实践经验是保 证设计质量的重要因素。因此，要求设计者特别注意经 验的积累。 一部完整的机器是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。 机械设计的一般过程：
▲ 计划阶段
▲ 方案设计阶段
评价
决策—确定结构形状与尺寸
技
零件设计
术
部件设计
设
计
总体设计
编制技术文件 9
§2-3 对机器的主要要求
----在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高、 成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全可靠， 操作方便、维修简单。具体要求如下：
▲使用功能要求 ▲经济性要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根 据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般 来说，对机器都要提出以下的基本要求：
机械设计第二章优秀课件
在作用于刚体的任一力系上，加上或者 减去任意一个平衡力系，不改变原力系 对刚体的作用效果。
该公理对变形体只是必要条件，而 非充分条件。
（力系的等效代换条件）
静力学基本概念与受力图
基本公理与定理
*只适用于刚体，
由此可得如下推论：（力的可传性）
作用于刚体的力可沿其作用线移至刚体的任一点， 而不改变此力对刚体的效应。
机械设计第二章课件
静力学基本概念与受力图
力的概念
力是物体间相互的机械作用，其结果是使 物体的运动状态发生改变（外效应）或使 物体产生变形（内效应）。
力对物体的作用效果与力的大小、方 向、作用点相关，其称为力的三要素 。因此，力是矢量。
静力学基本概念与受力图 集中力
力的概念
用黑体大写字母表示是矢量，如F，Q，W
1）力在坐标轴上的投影
y
X F cos Y F sin
b1 Fy Y
a1 A
B
F
Fx
a
O
X
bx
1、平面汇交力系合成的解析法 2）合力投影定理
合力在任意轴上的投影，等于各分力在同一轴上投 影的代数和。
Rx X Ry Y
RR R 2 2( X)2( Y)2 xy
tg Ry Y Rx X
3）平面汇交力系平衡方程及其应用
为研究平衡规律
进行力系简化
力系简化：
用一个简单且与之等效的力系代替一 个复杂力系
等效力系： 两力系对同一物体作用效果相同，则此二 力系等效
合力： 若一个力与一个力系等效，则该力称 为力系的合力
分力： 力系中各个力称为分力
静力学基本概念与受力图
基本公理与定理
公理一、力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个 合力，合力的作用点也在该点，其大小和方向 由以这两个力为边的平行四边形的对角线所确 定。
该公理对变形体只是必要条件，而 非充分条件。
（力系的等效代换条件）
静力学基本概念与受力图
基本公理与定理
*只适用于刚体，
由此可得如下推论：（力的可传性）
作用于刚体的力可沿其作用线移至刚体的任一点， 而不改变此力对刚体的效应。
机械设计第二章课件
静力学基本概念与受力图
力的概念
力是物体间相互的机械作用，其结果是使 物体的运动状态发生改变（外效应）或使 物体产生变形（内效应）。
力对物体的作用效果与力的大小、方 向、作用点相关，其称为力的三要素 。因此，力是矢量。
静力学基本概念与受力图 集中力
力的概念
用黑体大写字母表示是矢量，如F，Q，W
1）力在坐标轴上的投影
y
X F cos Y F sin
b1 Fy Y
a1 A
B
F
Fx
a
O
X
bx
1、平面汇交力系合成的解析法 2）合力投影定理
合力在任意轴上的投影，等于各分力在同一轴上投 影的代数和。
Rx X Ry Y
RR R 2 2( X)2( Y)2 xy
tg Ry Y Rx X
3）平面汇交力系平衡方程及其应用
为研究平衡规律
进行力系简化
力系简化：
用一个简单且与之等效的力系代替一 个复杂力系
等效力系： 两力系对同一物体作用效果相同，则此二 力系等效
合力： 若一个力与一个力系等效，则该力称 为力系的合力
分力： 力系中各个力称为分力
静力学基本概念与受力图
基本公理与定理
公理一、力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个 合力，合力的作用点也在该点，其大小和方向 由以这两个力为边的平行四边形的对角线所确 定。