02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
《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
机械设计ppt课件第2章 机械零件的设计
fp f ≥ 0.15f
式中，f为零件的固有频率，fp为激振源的频率。
第2章 机械零件的设计
（4）寿命准则：
影响零件寿命的主要因素是磨损、腐蚀 和疲劳破坏。关于疲劳寿命，通常是求出使 用寿命时的疲劳极限来作为计算的依据。腐 蚀和磨损各自发展过程的规律不同。迄今为 止，工程上还没有提出实用有效的能够进行 定量计算的方法。
考虑材料的机械性能 随温度而变化的情况。零 件在工作中有可能发生磨 损，为了提高其表面硬度， 以增加耐磨性，应选择适 于进行表面处理的的淬火 钢、渗碳钢、氮化钢等品 种。
第2章 机械零件的设计
（3）工艺方便性要求：必须要考虑机械零件从毛坯到 成品都能方便地制造出来。
铸造材料、非金属注塑材料和粉末冶金材料的工 艺性是指材料的液态流动性、收缩率、偏析程度及产 生缩孔的倾向性等。
一般应考虑产品制造过程中材料的相对价格、加工 费用、利用率、市场供应等方面。还要考虑特殊材料及 一般材料经各种强化工艺处理后材料之间的可替换性。
第2章 机械零件的设计
（5）零件的尺寸及质量要求：零件的尺寸及质量的大 小与材料的品种和毛坯制取方法有关。
当用铸造材料制造毛坯时，一般可以不受尺寸及质 量大小的限制；
整体断裂
常 见
过大变形
失
效
表面失效
形
式
破坏正常
工作条件
第2章 机械零件的设计
机械零件的失效形式与许多因素有关，具体取决 于该零件的工作条件、材质、受载状态及其所产生的 应力性质等多种因素。
即使是同一种零件，由于材质及工作情况不同， 也可能出现各种不同的失效形式。如轴工作时，由于 受载情况不同，可能出现断裂、过大塑性变形、磨损 等失效形式。
第2章 机械零件的设计
式中，f为零件的固有频率，fp为激振源的频率。
第2章 机械零件的设计
（4）寿命准则：
影响零件寿命的主要因素是磨损、腐蚀 和疲劳破坏。关于疲劳寿命，通常是求出使 用寿命时的疲劳极限来作为计算的依据。腐 蚀和磨损各自发展过程的规律不同。迄今为 止，工程上还没有提出实用有效的能够进行 定量计算的方法。
考虑材料的机械性能 随温度而变化的情况。零 件在工作中有可能发生磨 损，为了提高其表面硬度， 以增加耐磨性，应选择适 于进行表面处理的的淬火 钢、渗碳钢、氮化钢等品 种。
第2章 机械零件的设计
（3）工艺方便性要求：必须要考虑机械零件从毛坯到 成品都能方便地制造出来。
铸造材料、非金属注塑材料和粉末冶金材料的工 艺性是指材料的液态流动性、收缩率、偏析程度及产 生缩孔的倾向性等。
一般应考虑产品制造过程中材料的相对价格、加工 费用、利用率、市场供应等方面。还要考虑特殊材料及 一般材料经各种强化工艺处理后材料之间的可替换性。
第2章 机械零件的设计
（5）零件的尺寸及质量要求：零件的尺寸及质量的大 小与材料的品种和毛坯制取方法有关。
当用铸造材料制造毛坯时，一般可以不受尺寸及质 量大小的限制；
整体断裂
常 见
过大变形
失
效
表面失效
形
式
破坏正常
工作条件
第2章 机械零件的设计
机械零件的失效形式与许多因素有关，具体取决 于该零件的工作条件、材质、受载状态及其所产生的 应力性质等多种因素。
即使是同一种零件，由于材质及工作情况不同， 也可能出现各种不同的失效形式。如轴工作时，由于 受载情况不同，可能出现断裂、过大塑性变形、磨损 等失效形式。
第2章 机械零件的设计
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。
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：
第2章 机械系统设计(7轴系部件)
图8-3 整体式向心滑动轴承
2 机械系统设计—轴系部件
3、自动调心式 若轴承的宽径比 l/d 较大，当轴的弯曲变形或轴孔倾 斜时，易造成轴颈与轴瓦端部的局部接触，引起剧烈的磨损 和发热。因此，当 l/d >1.5时，宜采用自动调心轴承(图8-4)， 这种轴承的特点是：轴瓦外表面做成球面形状，与轴承盖和 轴承座的球状内表面相配合，球面中心通过轴颈的轴线。因 此轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时产生的偏斜。
2 机械系统设计—轴系部件
2 机械系统设计—轴系部件
滑动轴承概述
用于支撑旋转零件(转轴，心轴等 的装置通称为轴承 的装置通称为轴承。 用于支撑旋转零件 转轴，心轴等)的装置通称为轴承。 转轴 按其承载方向分为： 按其承载方向分为： 径向轴承： 径向轴承：轴承上的反作用力与轴心线垂直的轴 承称为径向轴承； 承称为径向轴承； 推力轴承： 推力轴承：轴承上的反作用力与轴心线方向一致 的轴承称为推力轴承。 的轴承称为推力轴承。 按轴承工作时的摩擦性质分为： 按轴承工作时的摩擦性质分为： 滑动轴承和滚动轴承。 滑动轴承和滚动轴承。
2 机械系统设计—轴系部件
在选择轴承时，一般的选择流程如图下 在选择轴承时，一般的选择流程如图下:
确定轴承形式及组合
确定尺寸及精度
确定安装尺寸
确定配合及内部间隙
确定最终轴承规格
确定润滑及密封
2 机械系统设计—轴系部件
三、提高轴系性能的措施
1．提高轴系旋转精度 ．
轴承(如主轴 的旋转精度中的径向跳动主要由 轴承 如主轴)的旋转精度中的径向跳动主要由： 如主轴 的旋转精度中的径向跳动主要由： 被测表面的几何形状误差； ①被测表面的几何形状误差； ②被测表面对旋转轴线的偏心； 被测表面对旋转轴线的偏心； 旋转轴线在旋转过程中的径向漂移等因素引起。 ③旋转轴线在旋转过程中的径向漂移等因素引起。 轴系轴端的轴向窜动主要由： 轴系轴端的轴向窜动主要由： 被测端面的几何形状误差； ①被测端面的几何形状误差； ②被测端面对轴心线的不垂直度； 被测端面对轴心线的不垂直度； 旋转轴线的轴向窜动等三项误差引起。 ③旋转轴线的轴向窜动等三项误差引起。
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。
第二章 机械设计总论PPT课件
控制
2－2 设计机ห้องสมุดไป่ตู้的一般程序
• 一部机器的质量基本上决定于设计质量。制造过 程对机器质量所起的作用，本质上就在于实现设 计时所规定的质量。因此，机器的设计阶段是决 定机器好坏的关键。
• 设计机器的一般程序为： • 1、计划阶段 • 2、方案设计阶段 • 3、技术设计阶段 • 4、技术文件编制阶段
认识机器——洗衣机
认识机器——洗衣机
认识机器——洗衣机
认识机器——工业机器人
认识机器——工业机器人
认识机器——工业机器人
认识机器——减速器变速器
认识机器——减速器变速器
认识机器——减速器变速器
认识机器——减速器变速器
认识机器——汽车防抱死系统
认识机器——汽车防抱死系统
认识机器——汽车防抱死系统
•
草图设计完成以后，即可根据草图已确定的零件基本尺寸，设计
零件的工作图。按最后定型的零件工作图上的结构及尺寸，重新绘制
部件装配图及总装配图。
2－2 设计机器的一般程序
• 四、技术文件编制阶段 • 技术文件的种类较多，常用的有机器的设计计
算说明书、使用说明书、标准件明细表等。 • 编制设计计算说明书时，应包括方案选择及技
2-1 机器的组成
机器
原动机－实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、 电动机）种类有限
工作机－完成有用功（如机床等） 种类繁多
工作机
原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是 电动机和内燃机。
工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。
传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。
其关系如下：
原动机
传动
工作
机械设计
第二章 机械设计总论
第2章机械系统总体设计
24
2.1.2 功能原理设计及其特点
剪草机功能原理设计
25
2.1.2 功能原理设计及其特点
玻璃制作的功能原理设计
1）垂直引上法（传统方法），此法是把半流体的玻璃从熔 池中不断向上引，开始时通过轧辊控制厚度，然后边向上引边凝 固。这样加工出来的玻璃表面总是有波纹，且厚度不匀。 2）浮法制造平面玻璃的新工艺，让液态玻璃飘浮在低熔点 金属的液面上，边向前流动边凝固。用此方法生产出来的玻璃克 服了厚薄不均且有波纹的缺点。
例如，联接两个轴的离合器，其联接方式可以是牙嵌式的、齿形式 的、摩擦锥式的、单片或多片摩擦片式、超越离合器式和电磁离合 器式等。又如对摩擦式的联接，其压力产生又可以是机械式的、液 压式的和电动式的3．联想类推法 该法是通过启发、类比、联想、综合等创造出新的想法来 解决问题。主要有以下几种方法
11
创新设计方法的应用（补充内容）
仿生机器鱼
游 动 方 向 波 动 方 向
推 进 部 分
推 进 部 分
推 进 部 分
12
创新设计方法的应用（补充内容）
4．系统搜索法（2种） 对于技术系统，可以根据其组成或影响性能的全部参数，系统 地依次分析搜索，以探求更多的解决问题途径。这种方法称为系统 搜索法。 如果产品是功能和动作都要求复杂的机械系统，还有两种具 体指导设计人员进行创新设计的方法。 (1)机构系统搜寻法 针对设计要求，首先系统地找出各种可能的 机构，然后进行评价择优。（并联机构）
机械系统设计 第二章 机械系统总体设计
本章学习重点
功能原理设计 机械系统总体设计 结构总体设计
功能原理设计的方法：黑箱法 ( 功能结构、功能分解、功能元) 结构总体设计的任务、原则、步骤、基本原理
机械设计基础第2章 机械传动装置的总体设计PPT课件
1.tif 图2-1 大带轮尺寸过大的安装情况
1.tif
2.4 总传动比的计算和各级传动比的分配
2Z2.TIF 图2-2 二级齿轮减速器中高速级大齿轮与低速轴相碰的情况
4)对于多级齿轮减速器，为使各级齿轮传动润滑良好，各级大齿轮 直径应接近。
2.5 传动装置的运动和动力参数计算
(1)各轴转速的计算(单位：r／min) (2)各轴功率的计算(单位：kW) (3)各轴转矩的计算(单位：N·m) 1.选择电动机 (1)选择电动机的类型 带式运输机为一般用途机械，根据工作和电 源条件，选用Y系列三相异步电动机。 (2)选择电动机的功率 1)工作机所需要的功率PW按式(2-1)计算 2)电动机所需要的功率P0按式(2-2)计算 3)选择电动机的额定功率PN。 (3)选择电动机转速
表2-3 机械传动的效率概略值
效率η
传动种类
效率η
2.1 传动方案分析
表2-3 机械传动的效率概略值
圆柱齿轮传 动
很好磨合 的6级精度和 7级精度齿轮 (油润滑)
0．98～ 0．99
8级精度的 一般齿轮(油 润滑)
0．97
9级精度的 0．96 齿轮(油润滑)
加工齿的 开式齿轮(脂 润滑)
铸造齿的 开式齿轮
简图
传动比 i==8～15
特点及应用
锥齿轮放在高 速级可使其直径 不致过大，否则 加工困难。锥齿 轮可用直齿或圆 弧齿，圆柱齿轮 可用直齿或斜齿
蜗杆齿轮
i==15～480
将蜗杆传动放 在高速级，可提 高传动效率
2.6 减速器简介
2.6.2 减速器的典型结构 减速器的类型不同，其结构也就不同。
图2-3 一级圆柱齿轮减速器的结构 1—通气器 2—检视孔盖 3—吊环 4—箱盖 5—定位销 6—螺栓
1.tif
2.4 总传动比的计算和各级传动比的分配
2Z2.TIF 图2-2 二级齿轮减速器中高速级大齿轮与低速轴相碰的情况
4)对于多级齿轮减速器，为使各级齿轮传动润滑良好，各级大齿轮 直径应接近。
2.5 传动装置的运动和动力参数计算
(1)各轴转速的计算(单位：r／min) (2)各轴功率的计算(单位：kW) (3)各轴转矩的计算(单位：N·m) 1.选择电动机 (1)选择电动机的类型 带式运输机为一般用途机械，根据工作和电 源条件，选用Y系列三相异步电动机。 (2)选择电动机的功率 1)工作机所需要的功率PW按式(2-1)计算 2)电动机所需要的功率P0按式(2-2)计算 3)选择电动机的额定功率PN。 (3)选择电动机转速
表2-3 机械传动的效率概略值
效率η
传动种类
效率η
2.1 传动方案分析
表2-3 机械传动的效率概略值
圆柱齿轮传 动
很好磨合 的6级精度和 7级精度齿轮 (油润滑)
0．98～ 0．99
8级精度的 一般齿轮(油 润滑)
0．97
9级精度的 0．96 齿轮(油润滑)
加工齿的 开式齿轮(脂 润滑)
铸造齿的 开式齿轮
简图
传动比 i==8～15
特点及应用
锥齿轮放在高 速级可使其直径 不致过大，否则 加工困难。锥齿 轮可用直齿或圆 弧齿，圆柱齿轮 可用直齿或斜齿
蜗杆齿轮
i==15～480
将蜗杆传动放 在高速级，可提 高传动效率
2.6 减速器简介
2.6.2 减速器的典型结构 减速器的类型不同，其结构也就不同。
图2-3 一级圆柱齿轮减速器的结构 1—通气器 2—检视孔盖 3—吊环 4—箱盖 5—定位销 6—螺栓
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机电一体化
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第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算
x o
轴Ⅲ 轴Ⅱ 轴Ⅰ
mCK G4
G2
J2 T2 K2 G3
JK 11
T1 xi G1
J3 T3 K3
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第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算
1、转动惯量的折算
将轴I、II、III上的转动惯量和工作台的质量都折
三、基本物理量的折算
3、刚度系数的折算 1）轴向刚度系数的折算 2）扭转刚度系数的折算
mCK
T3
K
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第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算
4、系统的数学模型 将基本物理量折算到某一部件后，即可按单一部件 对系统进行建模。在本例中，设输入量为轴I的转 角xi，输出量为工作台的线位移xo，则可以得到数 控机床进给系统的数学模型:
一、机械移动系统 机械平移系统的基本元件是质量、阻尼和弹簧。
建立机械平移系统数学模型的基本原理是牛顿第二 定律。
组合机床动力滑台铣平面为例说明平移系统的 建模方法。机电一体化 Nhomakorabea3
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
一、机械移动系统
设动力滑台的质量为m，液压缸的刚度为k，粘性阻
尼系数为c，外力为f（t）。由牛顿第二定律知，系统的
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第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算 2、粘性阻尼系数的折算
当只考虑阻尼力时，根据工作台和丝杠之间动 力关系有
T32 cvL
即丝杠旋转一周所做的功，等于工作台前进一 个导程时其阻尼力所做的功。
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2.1 机械系统数学模型的建立
算到轴I上，作为系统总转动惯量。设T
' 1
、T 2
'
、T 3 '
分
别为轴I、II、III的负载转矩，1、2、3分别为
轴I、II、III的角速度，v为工作台的运动速度。
（1）轴I、II、III转动惯量的折算
根据动力平衡原理，对于轴I有：
T1 J1. 1 T1'
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第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算
2、粘性阻尼系数的折算 机械系统的相对运动元件之间存在着粘性阻尼， 并以一定的形式表现出来。在机械系统的数学建模 过程中，粘性阻尼同样需要折算到某一部件上，求 出系统的当量阻尼系数。其基本方法是将摩擦阻力、 流体阻力及负载阻力折算成与速度有关的粘性阻尼 力，再利用摩擦阻力与粘性阻尼力所消耗的功相等 这一原则，求出粘性阻尼系数，最后进行相应的当 量阻尼系数折算。
第2章 机械系统设计
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立 2.2 机械传动系统的特性 2.3 机械传动装置
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第2章 机械系统设计
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
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第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
系统的运动方称为：
.. .
Jθ+ Cθ+Kθ=T(t)
θ(s)
1
T(s) = JS +2 CS + K
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第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
三、基本物理量的折算 在建立机械系统数学模型的过程中，经常会遇到
基本物理量的折算问题，在此结合数控机床进给系统， 介绍建模中的基本物理量的折算问题。
三、基本物理量的折算
3、刚度系数的折算 机械系统中各元件在工作时受到力和/或力矩的作 用，将产生伸长（或压缩）和/或扭转等弹性变形， 这些变形将影响整个系统的精度和动态性能。在机 械系统的数学建模中，需要将其折算成相应的当量 扭转刚度系数和/或线性刚度系数。
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2.1 机械系统数学模型的建立
J .x.o
cx.o
k xo
z1 z 3 z2 z4
÷
L
2
k
θii
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2.2 机械传动系统的特性
一、机电一体化对机械传动的要求 1、高精度 2、快速响应 3、良好的稳定性
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第2章 机械系统设计
2.2 机械传动系统的特性
二、机械传动系统的特性 转动惯量小，摩擦小，阻尼合适，刚度大，抗振性能
静摩擦力尽可能的小。 动摩擦力为尽可能小的正 斜率，若为负斜率则易产 生爬行，降低精度，减少 寿命。
F v
F c
F s F s
F v F c
力 速度
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第2章 机械系统设计
2.2 机械传动系统的特性
二、机械传动系统的特性
（3） 阻尼的影响
阻尼越大，最大振幅越小， 衰减越快。但定位精度降低， 易产生爬行；稳态误差大，精 度降低。
运动方称为
Mx..+cx.+kx=f(t)
XF0ssm2s1csk
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2.1 机械系统数学模型的建立
二、机械转动系统
简单扭摆的工作原理如图所示， 图中J为摆锤的转动惯量；c为摆锤 与空气间的粘性阻尼系数；k为扭 簧的弹性刚度；T（t）为加在摆锤
上的扭矩；（t）为摆锤转角。则
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2.2 机械传动系统的特性
二、机械传动系统的特性 2） 当ξ≥ 1时,系统为临界阻尼或过阻尼系统。此时,过 渡过程无振荡, 3） 当0<ξ<1时,系统为欠阻尼系统。此时,系统在过渡 过程中处于减幅振荡状态,其幅值衰减的快慢,取决于衰 减系数ξωn。在ωn确定以后, ξ愈小,其振荡愈剧烈,过渡 过程越长。相反,ξ越大,则振荡越小,过渡过程越平稳,系 统稳定性越好,但响应时间较长,系统灵敏度降低。
好，间隙小 （1）转动惯量的影响
转动惯量大会使机械负载增大、系统响应性能变慢、 灵敏度降低、固有频率下降，容易谐振。同时，使电气驱 动部件谐振频率降低，阻尼增大。
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2.2 机械传动系统的特性
二、机械传动系统的特性 （2） 摩擦的影响
粘滞摩擦，库伦摩擦， 静摩擦三种。
1）当阻尼比ξ＝0时,系统 处于等幅持续振荡状态，因此 系统不能无阻尼。
x (t) o
2.0 1.8 ＝ 0.5 1.6 ＝ 0.6 1.4
＝ 0.7 1.2
1.0
＝ 0 ＝ 0.1 ＝ 0.2
＝ 0.3
＝ 0.4
0.8
＝ 0.8
0.6
＝ 1.0
0.4 ＝ 2.0
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 nt