机械系统设计
机械系统设计课程设计
机械系统设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握机械系统设计的基本原理和方法，包括力学、材料力学、机械原理等基础知识；2. 了解机械系统设计中常用的设计工具和软件，并能运用它们进行简单的机械结构设计；3. 掌握机械系统的运动分析、力学分析和强度计算，能够对机械系统进行性能评估和优化。
技能目标：1. 能够运用所学的理论知识，进行实际机械系统的设计和计算；2. 培养学生的创新设计能力，能够独立思考并解决机械系统设计中的问题；3. 提高学生的团队协作能力，学会在团队中有效沟通、分工与协作，完成复杂的机械系统设计任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械系统设计的兴趣和热情，激发他们的探索精神和创造力；2. 培养学生的工程意识，使他们认识到机械系统设计在工程领域的重要性和实际应用价值；3. 培养学生的责任感和职业道德，让他们明白作为一名机械设计师应承担的社会责任。
本课程针对高年级学生，具有较强的理论性和实践性。
在教学过程中，要注意引导学生将理论知识与实际应用相结合，培养他们解决实际问题的能力。
课程目标的设定旨在使学生能够全面掌握机械系统设计的基本知识和技能，同时培养他们的创新意识和团队协作能力，为将来的职业发展打下坚实基础。
通过对课程目标的分解和教学评估，教师可以更好地指导学生学习，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 引言：机械系统设计的基本概念、原理及其在工程中的应用。
- 教材章节：第一章 机械系统设计概述2. 机械系统设计的基础理论- 教材章节：第二章 力学基础、第三章 材料力学基础、第四章 机械原理- 内容：力学原理、材料力学性能、常用机械传动方式、机构设计原理等。
3. 机械系统设计的方法与工具- 教材章节：第五章 设计方法、第六章 设计工具与软件- 内容：设计流程、设计规范、常用设计工具、CAD软件应用等。
4. 机械系统的运动分析与力学计算- 教材章节：第七章 运动分析、第八章 力学计算- 内容：运动方程建立、动力学分析、强度计算、刚度计算等。
机械系统设计-
机械系统设计引言机械系统设计是工程师在工程项目中必不可少的一个环节。
机械系统设计涉及到多个领域，包括力学、材料科学、流体力学等等。
本文将介绍机械系统设计的基本原则和流程。
机械系统设计的目标机械系统设计的主要目标是满足项目的需求，并达到设计的性能指标。
根据项目的特点和要求，机械系统的设计目标可能包括以下几个方面：1.功能性：机械系统需要能够完成项目要求的功能。
2.可靠性：机械系统应具有足够的可靠性，以确保正常运行。
3.经济性：机械系统设计应该尽可能降低成本，以提高项目的经济效益。
4.安全性：机械系统设计需要考虑到安全因素，以确保使用过程中的安全性。
5.环保性：机械系统设计应该尽可能降低对环境的负面影响。
机械系统设计的基本原则在进行机械系统设计时，有一些基本原则需要遵循，以确保设计的成功和可行性。
以下是一些常见的机械系统设计原则：1.综合考虑：设计师应综合考虑项目的需求、性能指标和各种限制条件，进行综合优化。
2.简化和标准化：设计应尽可能简化和标准化，以降低制造和维护成本。
3.模块化设计：将整个机械系统分解为若干个模块，每个模块负责一个特定的功能，以便于设计、制造和维护。
4.可靠性分析：进行可靠性分析，以评估系统的可靠性，并对设计进行改进。
5.安全性设计：设计应考虑到安全因素，包括安全保护装置、人机工程学和紧急停机等。
机械系统设计的流程机械系统设计通常包括以下几个主要步骤：1.确定需求：与项目经理和用户进行沟通，明确项目的需求和性能指标。
2.方案设计：根据需求，设计师进行方案设计，确定机械系统的整体结构和模块划分。
3.详细设计：在方案的基础上，进行详细设计，包括各个模块的设计和选型等。
4.制造和实施：将设计转化为实际的机械系统，并进行制造和安装。
5.测试和验证：对制造的机械系统进行测试和验证，确保其满足性能指标和需求。
6.维护和改进：机械系统投入使用后，需要进行定期的维护和改进，以确保其可靠运行。
结论机械系统设计是一个复杂而关键的工程环节。
机械系统设计-详解
机械系统设计-详解机械系统设计(Mechanical System Design，MSD)目录• 1 什么是机械系统设计[1]• 2 机械系统设计的类型[2]• 3 机械系统设计的特点[3]• 4 机械系统设计的任务[3]• 5 机械系统设计的约束[4]• 6 机械系统设计思想[2]•7 机械系统设计的系统法[2]•8 机械系统设计的步骤[4]•9 相关条目•10 参考文献什么是机械系统设计[1]机械系统设计是对机械系统进行构思、计划并把设想变为现实的技术实践活动。
机械系统设计的类型[2]虽然机械系统种类繁多，结构千变万化，但从设计角度来看一般可分为开发设计、变异设计和反求设计。
1．开发设计针对新任务，提出新方案，完成产品规划、概念设计、构形设计的全过程。
2．变异设计在已有产品的基础上，针对原有缺点或新的工作要求，从工作原理、功能结构、执行机构类型和尺寸等方面进行一定的变异，设计出新产品以适应市场需要，增强市场竞争力。
这种设计也可包括在基本型产品的基础上，工作原理保持不变，开发出不同参数、不同尺寸或不同功能和性能的变型系列产品。
如空调机系统产品，有不同功率的空调机系列、不同性能(变频、净化等)空调机系列等都属于变异设计。
3．反求设计针对已有的先进产品或设计，进行深入分析研究，探索掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型、但能避开其专利的新产品。
机械系统设计的特点[3]机械系统设计必须考虑整个系统的运行，而不是只关心各组成都分的工作状态和性能。
传统的设计方法注重内部系统的设计，且以改善零部件的特性为重点，至于各零部件之间、外部环境与内部系统之间的相互作用和影响考虑较少。
零部件的设计固然应该给予足够的重视，但全部用最好的零部件未必能组成好的系统，其技术和经济性未必能实现良好的统一。
应该在保证系统整体工作状态和性能最好的前提下，确定各零部件的基本要求及它们之间的协调和统一。
同时，应在调查研究的基础上搞清外部环境对该机械系统的作用和影响，如市场的要求(包括功能、价格、销售量、尺寸、质量、工期、外观等)和约束条件(包括资金、材料、设备、技术、人员培训、信息、使用环境、后勤供应、检修、售后服务、基础和地基、法律和政策等)。
《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
机械系统设计实践报告
机械系统设计实践报告一、引言机械系统设计是机械工程专业中重要的一门课程，通过该课程的学习和实践，学生能够了解机械系统设计的基本原理和方法，并能够独立完成一个简单的机械系统设计项目。
本次实践报告将针对我的机械系统设计项目进行详细的介绍和分析。
二、项目简介我选择的机械系统设计项目是一个自动化装配线的设计。
该装配线的主要功能是将多个部件进行快速、准确地装配，并最终制成成品。
整个装配线由多个工位组成，每个工位负责一个具体的装配工序。
在设计过程中，我主要考虑了装配线的稳定性、精度和效率。
三、设计过程1.系统需求分析首先，我对整个装配线的需求进行了分析。
我考虑到了装配部件的类型、尺寸、装配顺序等因素。
同时，我也对装配线的工作环境、生产周期、人工成本等因素进行了考虑。
根据这些需求，我确定了整个装配线的基本设计参数。
2.工位设计基于装配线的需求分析，我设计了每个工位的结构和功能。
我选择了适当的装配工具和夹具，并设计了相应的传动装置和控制系统。
同时，我还对每个工位的工作流程进行了优化，以最大程度地提高装配效率。
3.系统集成与测试完成了每个工位的设计后，我对整个装配线进行了系统集成与测试。
我确保每个工位都能够正常工作，并与其他工位协调配合。
同时，我还对整个装配线的稳定性和性能进行了评估和调整。
四、实践成果经过几个月的努力，我完成了整个机械系统的设计，并进行了实践测试。
通过测试，我发现我的机械系统设计能够满足预期的需求。
装配线能够高效、准确地完成装配任务，生产效率和装配精度都得到了较大提升。
五、实践心得通过这次机械系统设计的实践，我收获了很多。
首先，我学会了系统需求分析和工作流程优化的方法和技巧。
其次，我掌握了常用的机械设计软件和工具的使用。
最重要的是，我深刻理解了机械系统设计的复杂性和重要性。
六、总结机械系统设计是机械工程专业中的重要课程，通过这次实践项目的设计，我深入理解了机械系统设计的基本原理和方法，并掌握了一定的实践经验。
机械系统方案设计
１、直线式运动循环图
２、圆周式运动循环图
３、直角坐标式运动循环图
１）、直线式运动循环图
图中所示为干粉压片机的直线运动循环图，其横坐标表示上冲头机构中曲柄转角φ。这种运动循环图把运动循环的各运动区段的时间和顺序按比例绘制在直线坐标轴上。其特点是：它能清楚地表示整个运动循环内各执行机构的执行构件行程之间的相互顺序和时间（或转角）的关系，并且绘制比较简单，但执行构件的运动规律无法显示，因而直观性较差。
例：自动打印机
2）、确定组成执行机构运动循环的各个区段 根据打印工艺要求，打印头的运动循环由如下四段组成： ——打印头的前进运动时间 ——打印头在产品上停留的时间 ——打印头退回运动时间 ——打印头停歇时间 因此，打印头的运动循环 为： 相应的分配轴转角为：
停止
送料
停止
向下
提升
下沉
送料筛
上冲头
下冲头下沉
下冲头加压
加压
加压
２）、圆周式运动循环图
３）、直角坐标式运动循环图
3、机器运动循环图的功用
3、机器运动循环图的设计步骤与方法
在设计机器的运动循环图（工作循环图）时，通常机器应实现的功能已知，理论生产率已确定，机器的传动方式及执行机构的结构均已初步拟订好，可根据各机构运动时既不干涉、而机器完成一个产品所需要的时间又最短的原则，按以下步骤进行：
引线功能
勾线穿环功能
挑线功能
送料功能
……
……
功能求解
15-3 功能求解
2、常用运动形式与表达符号
运动形式
单向
双向
连续运动
间歇运动
极限位停歇
转动
摆动
移动
转动
机械系统设计课程设计
机械系统设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械系统设计的基本原理和方法，理解机械系统的组成及各部分功能。
2. 使学生了解常见机械传动、连接、支撑等部件的设计要点，并能运用到实际设计中。
3. 帮助学生掌握机械设计中的强度、刚度、稳定性等计算方法，为实际设计提供理论支持。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械零件设计和绘图的能力，提高设计效率。
2. 培养学生运用数学、力学等知识解决机械系统设计过程中遇到问题的能力。
3. 培养学生团队协作、沟通表达、分析解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计学科的兴趣，激发学生的创新意识和探究精神。
2. 培养学生严谨、细致、负责的工作态度，提高学生的工程素养。
3. 引导学生关注机械设计在工程领域的应用，认识到其在国家经济发展中的重要作用。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够独立完成一个简单的机械系统设计项目，包括图纸绘制和设计说明书撰写。
2. 学生能够在设计过程中提出创新点，解决实际问题。
3. 学生能够熟练运用CAD软件进行机械设计，掌握机械系统设计的基本流程和方法。
4. 学生在课程结束后，能够对机械设计有更深入的理解，具备一定的工程实践能力。
二、教学内容1. 机械系统设计基本原理：包括机械系统的组成、功能及设计要求，让学生对机械系统设计有一个整体的认识。
2. 机械传动设计：讲解齿轮传动、链传动、带传动等常见传动方式的设计方法和要点。
3. 机械连接设计：介绍螺纹连接、焊接、铆接等连接方式的设计原则和注意事项。
4. 机械支撑设计：分析轴承、导轨等支撑部件的设计方法和选用原则。
5. 强度、刚度、稳定性计算：教授机械零件在受力作用下的强度、刚度、稳定性计算方法。
6. CAD软件应用：培训学生运用CAD软件进行机械设计，提高设计效率。
7. 机械系统设计实例分析：通过分析典型机械系统设计案例，使学生更好地理解并掌握设计方法。
机械系统设计知识点
机械系统设计知识点机械系统设计是一门综合性学科，涉及到机械原理、材料力学、机构设计、传动装置、控制技术、加工工艺等多个方面的知识。
在进行机械系统设计时，设计人员需要掌握一些基本的知识点。
下面将介绍一些常见的机械系统设计知识点。
一、机械原理机械原理是机械系统设计的基础，它研究物体相互之间的作用力和力矩关系。
机械原理包括力的合成与分解、平衡条件、摩擦力、动力学、静力学等方面的知识。
在机械系统设计中，设计人员需要根据物体的力学特性来确定合适的结构形式和传动方式，以满足设计要求。
二、机构设计机构设计涉及到机械系统的结构组成和相互连接方式。
在机构设计过程中，设计人员需要考虑机构的传动方式、传动比、传动效率等因素。
常见的机构包括平面机构、空间机构、连杆机构、齿轮机构等。
设计人员需要根据具体的设计要求选择合适的机构类型，并进行结构设计、强度计算和精度分析等工作。
三、传动装置传动装置是机械系统中起着传递动力和运动的作用。
常见的传动装置有齿轮传动、带传动、链传动、摆线针轮传动等。
在设计传动装置时，设计人员需要考虑传动装置的传动比、传动效率、传动精度以及可靠性等因素。
此外，还需要根据设计要求选择合适的传动装置，进行传动轴的设计和传动装置的布置。
四、控制技术控制技术是机械系统中实现运动控制和自动化的重要手段。
常见的控制技术有机电一体化控制、液压控制、气动控制、PLC控制等。
在机械系统设计中，设计人员需要选择合适的控制技术，并设计相应的控制回路和程序，以实现机械系统的动作控制和自动化控制。
五、材料力学材料力学是机械系统设计中非常重要的一部分。
它研究材料的机械力学性能，包括强度、刚度、韧性、疲劳寿命等。
在机械系统设计过程中，设计人员需要根据受力情况和工作环境选择合适的材料，并进行强度计算和疲劳分析，以确保机械系统的安全可靠性。
六、加工工艺加工工艺是机械系统设计中不可忽视的一环。
它涉及到零件的制造和加工过程，包括零件的设计、选择加工工艺和工艺装备等。
工程师机械工程中的机械系统设计
工程师机械工程中的机械系统设计工程师机械工程中的机械系统设计是现代工程领域中至关重要的一环。
随着科技的不断发展和工业的飞速进步，机械系统设计的角色变得越来越关键。
本文将探讨工程师在机械工程中的机械系统设计，并介绍其设计原则和方法。
一、机械系统设计的定义和意义机械系统设计是指将机械元件和设备组合成一个可工作的系统的过程。
这个过程需要工程师综合考虑材料、能源、力学、动力学、热学、流体力学等多个方面的知识，以及各种优化设计和成本控制的要求。
机械系统设计的成功与否直接影响到工程项目的效果和可行性。
二、机械系统设计的原则1.功能性原则机械系统的设计首要目标是实现预期的功能。
在设计过程中，工程师需要明确系统所需完成的主要任务，并确保设计方案能够满足这些功能需求。
2.安全性原则机械系统设计要符合安全性原则，确保在使用过程中不会造成人身伤害或财产损失。
工程师需要考虑到系统使用过程中可能存在的风险，采取相应的安全措施，如添加安全装置、设定警告系统等。
3.可靠性原则机械系统设计应具备良好的可靠性，即能在一定时间内保持稳定工作状态，并且不易发生故障或损坏。
工程师应考虑到系统中各个部件的寿命、疲劳特性以及材料的可靠性，并合理设计以提高系统的可靠性。
4.可维修性原则机械系统设计应考虑到日后可能需要进行维修和保养的情况。
工程师需要保证系统中的关键部件易于拆装和更换，并提供相应的维修和保养指南，以确保系统长期稳定运行。
三、机械系统设计的方法1.需求分析在机械系统设计之前，工程师需要仔细分析和理解项目需求，并确定系统所需达到的性能指标。
这个阶段通常包括与客户、用户或项目组成员的沟通和协商，以明确设计的目标和范围。
2.概念设计概念设计阶段是机械系统设计的重要一步。
工程师需要根据需求和目标，提出不同的设计方案，并进行评估和比较。
这个阶段的任务是在不同的设计选项中选择最合适的方案，并进行初步的系统设计。
3.详细设计在详细设计阶段，工程师会对所选方案进行更加细致和具体的设计。
机械系统设计全解
机械系统设计全解机械系统设计是指将机械原理、机械元件、机械材料等相关知识与技术方法应用于机械产品的设计与制造过程。
一个成功的机械系统设计需要综合考虑系统的功能、可靠性、经济性、制造性等方面因素，使机械系统能够满足用户的需求。
首先是需求分析阶段。
在这个阶段，设计师需要与用户进行充分的沟通与了解，明确用户的需求和要求。
通过分析用户需求，设计师可以确定机械系统的功能、性能指标、工作环境等基本要求。
此外，还需要进行市场调研和竞争分析，以了解市场需求和竞争格局，为后续的设计提供依据。
接下来是概念设计阶段。
在这个阶段，设计师需要根据需求分析的结果，进行创意思考和方案设计。
通过结合机械原理、计算机辅助设计和虚拟仿真等技术手段，设计师可以生成多个概念设计方案，并通过多准则优选的方法，评估和比较各个方案的优劣，最终确定最佳方案。
然后是详细设计阶段。
在这个阶段，设计师需要对概念设计方案进行细化和详细设计。
首先是机械结构设计，包括选择适当的结构形式、确定机械零部件的尺寸、布局和材料等。
其次是机械传动设计，包括选取适当的传动方式、计算传动比和选择齿轮、带轮等传动元件。
最后是机械控制设计，包括制定合理的控制策略和设计控制回路。
最后是制造与测试阶段。
在这个阶段，设计师需要将详细设计结果转化为实际产品。
首先是制造工艺设计，包括制定适当的工艺流程和选择合适的制造设备。
然后是制造过程控制，包括监控和调整制造过程，以确保产品的质量和性能。
最后是产品测试和验证，包括进行功能测试、性能测试和可靠性测试等，以检验产品是否符合设计要求。
机械系统设计需要综合运用多学科知识和跨领域技术，如机械工程、电气工程、控制工程、材料科学等。
设计师应具备扎实的理论基础和丰富的实践经验，熟练掌握相关的设计方法和工具。
此外，设计师还应具备创新思维和解决问题的能力，能够在面对复杂的设计问题时，做出合理的决策和创造性的解决方案。
总之，机械系统设计是一项综合性的工程设计工作，它需要设计师在不同的设计阶段运用不同的方法和工具，以确保设计结果符合用户需求，并满足系统的性能和质量要求。
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齿轮的总传动比：
3600 i t
伺服传动系统
----步距角 ----丝杠导程 ---脉冲当量
t
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对闭环系统，则按照伺服驱动电机的额定转速及所要求的 移 动部件的速度计算总传动比：
nmax t i vmax
nmax ------最大移动速度,m/min
vmax
-----电极额定转速,r/min -----丝杠导程,m
由此可见，对于小功率传动装臵，按“质量最轻”原则来 确定传动比时，其各级传动比是相等的。 （2）大功率传动 假设所有主动小齿轮的模数m与所在轴上转矩T的三次方 根成正比，其分度圆直径D、齿宽b也与转矩的三次方根成正 比。即
i1 i 2 i3 i
n
m3 / m1 D3 / D1 b3 / b1 3 T3 / T1 3 i1
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（4）确定带宽
1 ） 确定同步带额定功率 2 ） 确定实际所需带宽
（5）带的工作能力检验
13
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3.2.2 精密齿轮传动机构设计
机电一体化齿轮传动系统，要研究它的动力学特性 ，从而获得高精度、高稳定性、高速性、高可靠性和低噪 声的齿轮传动系统。 1.总传动比的确定 齿轮传动机构总传动比应满足伺服电机与负载之间 的 位移及转矩、转速的匹配要求。由于负载特性和工作 条件不同，齿轮传动机构的最佳总传动比有不同的原则。 两个原则： 按负载加速度最大原则确定总传动比 按给定脉冲当量或伺服电机确定总传动比
4
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3.2 常用传动机构的设计与选用
常用的传动机构： 1 同步带 2 精密齿轮 3 谐波齿轮 4 滚珠丝杠
5
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3.2.1同步带传动机构设计
3.2.1.1同步带传动特点 结构特点是在带的工作面及带轮 外周上制成齿形，通过带齿与轮 齿的啮合实现运动和动力传递与 变换，同步带内采用了承载后无 弹性伸长的材料做强力层，以保 持带的节距不变，使主动带轮、 从动带轮能做无滑差的同步传动。
最小等效转动惯量原则
重量最轻原则 输出轴转角误差最小原则
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2.1最小等效转动惯量原则 对于伺服传动系统，要求其启动、停止和逆转快。当力矩 一定时，转动惯量越小，角加速度越大，运转越灵敏。这样可 使过渡过程短、响应快、启动功率小。因此可以按照转动惯量最 小原则确定分配齿轮传动链 级数和分配各级的传动比。 （1）小功率传动装置 以图示为例：简化假设传动效 率为 100% ；各主动小齿轮转动惯 量相同；轴与轴承的转动惯量不计； 各齿轮均为同宽度同村料的实心圆 柱体。
iK 2 ( 2ni/ 2 )
( K 2 ~ n)
各级传动比的分配按“前小后大”次序，级数越多，总折 算的转动惯量越小。但级数加到一定值后，转动惯量减小并不 显著，反而会增加积累间隙和角度传动误差。高速轴上的惯量 对总折算惯量的影响最大。
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(2)大功率传动装臵 大功率传动装臵的转矩较大，小功率传动中的各项 简化假设大多不合适。可用图3-21中的曲线确定传动级数 ，用图3-22中的曲线确定第一级传动比 ,用图3-23中的曲线 确定随后各级传动比iK（K=2～n）。
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（1）按负载加速度最大原则确定传动比 用于伺服系统的齿轮系是一种力矩变换器，其输入是 电机的高速低转矩，输出为低速高转矩，并借此驱动负载 。因此，不但要求齿轮系在传动转矩时有足够的强度；还 要求其转动惯量尽量小，以便在获得同一 加速度时转矩要 小。即在同一驱动功率时，其加速度响应最大。
三者关系：
d Z Pb /
Z—带轮齿数 d—带轮节圆直径 Pb—节距
c 带轮齿顶圆 d0=d-2a
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d 带轮宽度
（3） 带轮的标记
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3.2.1.4 同步带传动设计计算
同步带传动计算主要是限制单位宽度拉力，以保证带的使用寿命，当啮合齿 数少时，需考虑带齿的剪切和磨损。主要是根据同步带传动所需传递的名义功率、 主动带轮转速、传动比、对传动中心距的要求、传动的工作条件等确定同步带的 型号、节距、带长、中心距、带宽及主动、从动轮齿数、直径等参数。
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设齿轮系的传动效率为η，传动比i＞1，即
. . ..
i m / L m / L m / L
式中 角加速度； ——分别为电机的转角、角速度、
..
m ..m ..m ——分别为负载的转角、角速度、
角加速度。
令Tc和Tf 换算到电机轴上分别为Tc/i 和Tf /i，JL换算到电机轴上 .. .. Jl/i2 T T J J Tm ( i ) ( J m J eg i ) m ( J m J eg i )i L
事实上，考虑工程实际中的各种 意外因素，实际传动比可能比计算值 低，这样获得的负载加速度就不会超 过其最大值。另外，为减小作用于负 载的干扰力矩，可以选用较大的传动 17 比。
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（2）按给定的脉冲当量或伺服电机确定总传动比
对于开环控制系统，当系统的脉冲当量及步进电机的步距 角已确定时，可计算出相应的传动比：
第三章
机械系统设计
赵建村 指导教师：于金
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1
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目录
1.
概述
2. 常用传动机构的设计与选用 3. 导向支承机构设计 4. 执行机构设计 5. 机械设计实例
2
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3.1
概述
机械系统组成： 1 传动机构 2 导向支撑机构 3 执行机构
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机电一体化对机械系统的基本要求 1 高精度 2 低惯性 3 稳定性 4 较大的刚度、良好的可靠性、体积小、寿命长等
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斜齿轮传动齿侧间隙调整
（1）垫片调整法 消除斜齿轮传动齿轮侧隙的方法与上述错齿调整法基本相 同，也是用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮合，只是在两个薄片斜 齿轮的中间隔开了一小段距离，这样它的螺旋线便错开了。 （2）轴向压簧调整法 利用弹簧的轴向力来使薄片斜齿轮错位。特点是齿侧间隙 可以自动补偿。但轴向尺寸较大，结构不紧凑。
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2） b1=b2，b3=b4 可得： 令
W
p
4
b1 D [1 i i1 (1 )]
2 1 2 1 i2 2 i1
W / i1 0
i i1 2i1 1 i2 2i1 1
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(3) 输出轴转角误差最小原则 为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的精度 ，各级传动比应按“先小后大”原则分配，以便降低齿轮的加 工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。设齿 轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转 角误差为 ，则
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3.2.1.3 同步带及带轮结构
（1） 同步带的结构
a 强力层 它是带的抗拉元件，用来传递 动力并保证带的节距不变，故多采用有 较高抗拉强度，较小伸长率的材料制造， 目前采用的有钢丝、尼龙、玻璃纤维等 b 带齿与带背 带齿为啮合元件，带背用 来连接带齿、强力层，并在工作中承受 弯曲。因此要求有较好的抗剪切、抗弯 曲能力以及较高的耐磨性与弹性。常用 的材料有氯丁橡胶，聚氨酯橡胶等 c 包布层 在氯丁橡胶制成的同步带上，其齿面覆盖一层包步，以增加带 齿的耐磨性及带的抗拉强度，其材料多用尼龙帆布、锦纶布等制成。
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2.2 重量最轻原则 （1）小功率传动 仍以图3-19所示电机驱动的两级齿轮系为例，简化假 设同前外，另假各主动小齿轮的模数、齿数、齿宽均相等， 则各齿轮的重量之和W为：
W b[( ) (
D1 2 2 D2 2 D4 2 3 2 )2 ( D ) ( 2 2 ) ]
（1）设计功率的确定 按照传动使用的原动机与工作机，考虑到不同的运转时间，将所传递的 名义功率诚意相应的修正系数极为设计功率
（2）确定带的型号与节距 根据设计功率和小带轮转速，有同步带选型图确定所需带的型号。然后 查出对应的同步带节距。
（3）确定带轮的直径和帯节线长 1 选择带轮齿数Z1、Z2
2 3 4 5 计算带轮节圆直径 确定同步带的节线长度 计算精确中心距 计算小带轮啮合齿数
t
按以上公式确定总传动比时，还需要进行转动惯量方面 的验算，以保证折算到电机轴上的负载转动惯量不至于过大， 以获得较大的加速能力。设计时一般需要改变有关参数，按 上述公式 及要求反复验算。
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2.齿轮传动的级数和各级传动比的分配
多级圆柱齿轮传动链级数和各级传动比的分配，可按下述 三种原则适当分级，并在各级之间分配传动比。
式中 b——各齿轮宽度； p——村料密度 D1、D2、D3、D4——各齿轮的计算直径 i2 2 2 由于D1=D3，i=i1、i2， W pb D 2 i 2 1 1 4 i1 则 1 令 W / i1 0 i1 i 2 i2
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同理，对于n级传动，可得如下结果：
得
2
i2
1 2
4 i1 1 2
当
i
4 1
1
i2 i1 / 2 i1 ( 2i2 ) ( 2i )
1/ 3
(2i 2 )1 / 6
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对于n级齿轮系作同类分析可得：
i1 2
2 n n 1 2 ( 2 n 1)
i
1 n 2 1 2 ( K 1) 2 n 1
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3.2.3谐波齿轮传动
谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大（几 十到几百）、传动精度高、回程误差小、噪声低、 传动平稳、承载能力强、效率高等优点。故在工 业机器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益 得到广泛的应用。