機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計宋寶玉版第1頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)械零、部件協(xié)同作用的整體，是零、部件服務(wù)的目標(biāo)。系統(tǒng)觀點：總體方案——擬定、評價系統(tǒng)協(xié)調(diào)——匹配零部件設(shè)計——標(biāo)準(zhǔn)、外購、設(shè)計……目標(biāo)多樣化：

先進(jìn)性經(jīng)濟(jì)性可靠性2第2頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計一、設(shè)計流程與主要內(nèi)容1.設(shè)計流程1）提出任務(wù)內(nèi)容：預(yù)期目標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、約束條件、最終形式；方法：調(diào)研、預(yù)測、可行性論證；標(biāo)志：任務(wù)書3第3頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計2）方案設(shè)計內(nèi)容：五大子系統(tǒng)方案設(shè)計、方案評價和方案決策；方法：功能設(shè)計、功能求解、功能組合、原理樣機(jī)；標(biāo)志：方案文檔4動力系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)輔助系統(tǒng)：例如潤滑、顯示、照明第4頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計3）技術(shù)設(shè)計內(nèi)容：運動設(shè)計、動力設(shè)計、工作能力設(shè)計等；方法：結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、材料、造型、尺寸等；標(biāo)志：技術(shù)設(shè)計圖紙4）施工設(shè)計工藝設(shè)計、工裝設(shè)計等5）產(chǎn)品定型試驗、評審5第5頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計2.方案設(shè)計主要內(nèi)容1）工作機(jī)方案設(shè)計——系統(tǒng)設(shè)計的重點功能原理--〉運動規(guī)律設(shè)計--〉執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式--〉運動協(xié)調(diào)設(shè)計；2）原動機(jī)方案設(shè)計——選型根據(jù)對原動機(jī)的運動特性和負(fù)載特性要求選擇。負(fù)載平穩(wěn)？過載能力？振動？型式：柴油機(jī)、汽油機(jī)、汽輪機(jī)、電動機(jī)、液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)、特殊動力（電致伸縮、磁致伸縮、太陽能、氫能等）6第6頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計3）傳動方案設(shè)計

a)傳動類型或傳動鏈的型式；b)各級傳動之間的關(guān)系：串、并、交叉等；c)傳動比的分配4）控制系統(tǒng)方案設(shè)計—解決各部分協(xié)調(diào)動作5）輔助部分方案設(shè)計潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、故障監(jiān)測、安全保護(hù)。如電站、石化設(shè)備等，大量必不可少的輔助裝置。7第7頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計3.方案設(shè)計的基礎(chǔ)1）扎實的理論知識

數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理如高低溫試驗方案2）豐富的實踐經(jīng)驗3）詳細(xì)的技術(shù)資料標(biāo)準(zhǔn)件、外購件及其特性，非標(biāo)件外協(xié)問題等4）新思想、新方法繞過傳統(tǒng)思路，尋求不同的工作原理8第8頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計4.方案設(shè)計中的設(shè)計思想1）現(xiàn)代設(shè)計思想：理論性（理性設(shè)計）

創(chuàng)造性（全新設(shè)計）廣義性（跨學(xué)科）優(yōu)選性擴(kuò)展性（系列化，改進(jìn)余地）

設(shè)計計算機(jī)化設(shè)計信息化9第9頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計2）系統(tǒng)工程觀念：能量流、物流、信息流、人-機(jī)-系統(tǒng)-環(huán)境3）工程設(shè)計觀念：有別于純科學(xué)，有技術(shù)成份和非技術(shù)成份，考慮：市場適應(yīng)性；設(shè)計規(guī)范性；可持續(xù)發(fā)展性；造型藝術(shù)性；可操作性；安全性/可靠性；工藝性；可維修性10第10頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計二、常用動力機(jī)械的特性及其選配111、常用動力機(jī)械的類型、性能與特點一次動力機(jī)械：水輪機(jī)、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)（柴油機(jī)、汽油機(jī)）二次動力機(jī)械：電動機(jī)、液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)特殊動力裝置：電場、磁場、太陽能、氫能第11頁/共57頁常用二次動力機(jī)械的類型、性能與特點機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計類型電動機(jī)氣壓馬達(dá)/氣缸液壓馬達(dá)/液壓缸尺寸較大較小最小功率/質(zhì)量大較大最大輸出剛度高低較高初始成本低較高高運行費用最低最高高維護(hù)要求較少少較多調(diào)速性能交流變頻、直流變磁通氣閥，簡單迅速不精確閥控，調(diào)速范圍大反轉(zhuǎn)性能一般單向，電路反向方向閥，簡單迅速方向閥，簡單迅速功率范圍0.3-10000kW<15kW;<0.75kW高速分高、中、低壓，與馬達(dá)尺寸有關(guān)第12頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計二、常用動力機(jī)械的特性及其選配132、動力機(jī)械選配原則和內(nèi)容1)原則：

機(jī)械特性與負(fù)載特性匹配；滿足系統(tǒng)全工作周期要求；滿足環(huán)境要求；性價比高。2)基本內(nèi)容與步驟：

確定負(fù)載特性；確定工作機(jī)工作制度；選擇動力機(jī)械的類型；確定動力機(jī)械轉(zhuǎn)速和容量；確定動力機(jī)械數(shù)量；動力系統(tǒng)綜合評價。第13頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計二、常用動力機(jī)械的特性及其選配143、動力機(jī)械的功率估算第14頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計三、執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計151、執(zhí)行系統(tǒng)的組成執(zhí)行對象輔助操作機(jī)構(gòu)工藝操作機(jī)構(gòu)連鎖機(jī)構(gòu)卸料機(jī)構(gòu)定位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)夾緊機(jī)構(gòu)供料機(jī)構(gòu)其它機(jī)構(gòu)檢測機(jī)構(gòu)第15頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計三、執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計162、執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計需要考慮的問題運動要求動力要求可靠性和壽命要求體積和質(zhì)量要求安全性要求經(jīng)濟(jì)性要求環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)保要求產(chǎn)品外觀要求其它特殊要求——精度穩(wěn)定性、防腐防銹、防污染第16頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計三、執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計173、執(zhí)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計第17頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計三、執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計183、執(zhí)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計第18頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計四、傳動方案設(shè)計及評價1、傳動裝置的作用1）增/減速/調(diào)速：速度匹配；2）改變運動形式和方向：運動匹配；3）改變驅(qū)動力的大小：動力匹配；4）分配動力和運動：如差速器、變速箱等5）實現(xiàn)特殊目的，如減小尺寸，直升機(jī)傳動裝置、艦船動力傳動裝置等19第19頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計四、傳動方案設(shè)計及評價2、傳動裝置的參數(shù)

1）總傳動比I總；2）總功率P總;3）總傳動轉(zhuǎn)距T總；4）圓周速度等20第20頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計四、傳動方案設(shè)計及評價3、傳動裝置的類型及選擇21

按工作原理分第21頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計四、傳動方案設(shè)計及評價3、傳動裝置的類型及選擇22按改變傳動的可能性分類第22頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計四、傳動方案設(shè)計及評價4、傳動方案的擬定原則和傳動類型的選擇23

各種傳動形式的特點、性能和適用范圍第23頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計三、傳動方案設(shè)計及評價4、傳動方案的擬定原則和傳動類型的選擇24

各種傳動形式的特點、性能和適用范圍第24頁/共57頁四、傳動方案設(shè)計及評價4、傳動方案的擬定原則和傳動類型的選擇

各種傳動形式的特點、性能和適用范圍機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第25頁/共57頁四、傳動方案設(shè)計及評價5、選擇傳動方案時應(yīng)考慮的問題機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計1）大功率、高強(qiáng)度、長期工作的工況，宜用齒輪傳動。2）低速、大傳動比、可用單級蝸桿傳動和多級

齒輪傳動，也可采用帶—齒輪傳動；帶—齒輪—鏈傳動，但帶宜放在高速級，鏈放在低速級。3）帶傳動多用于平行軸傳動，鏈只能用于平行軸傳動，齒輪可用于各向軸線傳動，蝸桿常用于空間垂直交錯軸傳動。4）帶傳動可緩沖吸振，同時還有過載保護(hù)作用，但因摩擦生電，不宜用于易燃、易爆的場合。5）鏈傳動、閉式齒輪傳動和蝸桿傳動，可用于高溫、潮濕、粉塵、易燃、易爆的場合。第26頁/共57頁6）有自鎖要求時宜用螺旋傳動或蝸桿傳動。7）改變運動形式的機(jī)構(gòu)（連桿、凸輪）應(yīng)布置在運動系統(tǒng)的末端或低速級。8）一般外廓尺寸較大的傳動（如帶）和傳動能力較低的傳動（如錐齒輪），分配給較小的傳動比。9）小功率機(jī)械宜用結(jié)構(gòu)簡單、標(biāo)準(zhǔn)化高的傳動，如減速器、液壓缸、帶傳動、鏈傳動。三、傳動方案設(shè)計及評價5、選擇傳動方案時應(yīng)考慮的問題機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第27頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計傳動系統(tǒng)設(shè)計方案實例實例1——飛剪機(jī)傳動方案的擬定與評價設(shè)計剪鐵機(jī)實現(xiàn)活動刀口開合運動傳動方案，要求刀剪每分鐘擺動23次，電機(jī)功率7.5kW,電機(jī)轉(zhuǎn)速720r/min。解：工作軸轉(zhuǎn)速nw=23r/min（亦即活動刀剪每分鐘往復(fù)擺動次數(shù)）總傳動比：第28頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計通過分析比較選擇最優(yōu)方案a)和f)第29頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計傳動系統(tǒng)設(shè)計方案實例實例2——設(shè)計提式懸掛輸送機(jī)第30頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第31頁/共57頁

其它傳動方案:電動機(jī)—帶傳動—無級變速器—蝸桿及圓柱齒輪（傳動）減速器—開式錐齒輪傳動此方案蝸桿轉(zhuǎn)速比方案2的蝸桿轉(zhuǎn)速高，因而效率較高，但齒輪速度低，尺寸較大，且大錐齒輪加工困難。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第32頁/共57頁方案2、電動機(jī)—帶傳動—無級變速器—圓柱齒輪及蝸桿（傳動）減速器—開式錐齒輪傳動齒輪尺寸顯著減小，減速器重量較輕。但有一個大錐齒輪，而大錐齒輪加工較困難機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第33頁/共57頁方案3、電動機(jī)—帶傳動——無級變速器—立式蝸桿減速器—開式圓柱齒輪傳動

采用立式蝸桿減速器，避免了大錐齒輪，由于圓柱齒輪傳動比較大，減速器用一級蝸桿即可。但立式蝸桿減速器潤滑較復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第34頁/共57頁方案4、電動機(jī)—帶傳動——無級變速器—圓錐齒輪減速器全閉式傳動，壽命長，尺寸小，但成本高機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第35頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計五、機(jī)械系統(tǒng)的匹配性設(shè)計1）五大子系統(tǒng)之間的匹配性設(shè)計2）結(jié)構(gòu)和功能相匹配的設(shè)計原則（軸肩定位高度、定位長度）3）結(jié)構(gòu)和精度相匹配的設(shè)計原則結(jié)構(gòu)最簡單，變形最小，基準(zhǔn)面統(tǒng)一，粗精分離，誤差補(bǔ)償4）結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度相匹配的設(shè)計原則等強(qiáng)度，內(nèi)部力平衡，力分配合理36第36頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計五、機(jī)械系統(tǒng)的匹配性設(shè)計4）結(jié)構(gòu)和工藝方法匹配性設(shè)計減少加工面（凸臺和沉頭孔）齒輪毛坯與結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝和精度匹配5）其它方面匹配性設(shè)計人機(jī)工程—操作方便，減少疲勞造型——工業(yè)設(shè)計全壽命周期37第37頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計五、機(jī)械系統(tǒng)的匹配性設(shè)計38第38頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計五、機(jī)械系統(tǒng)的匹配性設(shè)計39第39頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計六、機(jī)械系統(tǒng)的總體布置401）使工作對象的工藝順序合理2）有利于保證系統(tǒng)的動態(tài)性能3）結(jié)構(gòu)緊湊、層次清晰4）充分考慮宜人性5）便于產(chǎn)品系列化、改型換代和組成生產(chǎn)線需要6）比例協(xié)調(diào)根據(jù)工藝動作的協(xié)調(diào)關(guān)系先布置執(zhí)行系統(tǒng)，然后依次布置傳動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)，最后采用合適的支承形式。第40頁/共57頁機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計六、機(jī)械系統(tǒng)的總體布置第41頁/共57頁愛固斯坦26歲狹義相對論37歲廣義相對論；愛迪生29歲留聲機(jī)3I歲電燈居里夫人31歲放射性元素諾貝爾獎46歲第二次諾貝爾獎；貝爾29歲電話李政道30歲楊振寧34歲弱相互作用下宇稱不守恒定律機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第42頁/共57頁一個人的知識水平?jīng)Q定了這個人事業(yè)創(chuàng)新的起點，其知識結(jié)構(gòu)決定了其創(chuàng)造發(fā)展的方向與領(lǐng)域，其學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力決定其創(chuàng)造自我價值的大小。隨著知識經(jīng)濟(jì)的興起，知識存量的改變迅速加快，知識的新穎性很快就趨于消失，知識的報廢率大大提高，社會對知識的需求更加趨于多樣化。創(chuàng)新者必須廣泛、大量、迅速地從傳統(tǒng)知識中，學(xué)習(xí)必要而有用的知識，拓寬自己的知識領(lǐng)域，構(gòu)建合理的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識，才能適應(yīng)知識經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展的要求，有所作為，有所創(chuàng)新。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第43頁/共57頁P(yáng)APPIIPassion激情Action行動Productivity生產(chǎn)率Perseverance毅力Innovation創(chuàng)新Integrity誠信第44頁/共57頁1、傳統(tǒng)設(shè)計法1)直覺設(shè)計2)類比設(shè)計3)經(jīng)驗設(shè)計4)半經(jīng)驗設(shè)計2、現(xiàn)代設(shè)計法1)程式性2)創(chuàng)造性3)系統(tǒng)性4)優(yōu)化性5)綜合性6)先進(jìn)性機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計方法第45頁/共57頁機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的類型開發(fā)設(shè)計是一種從提出方案到完成設(shè)計全過程都是全新的、探索性的創(chuàng)新設(shè)計。反求設(shè)計是在消化、吸收了先進(jìn)產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)同類型新產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。變異設(shè)計是在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上針對原有設(shè)計的缺點或不足，或針對新提出的要求，從工作原理、機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、參數(shù)、尺寸等內(nèi)容進(jìn)行變化，開發(fā)適應(yīng)新要求的新產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。第46頁/共57頁創(chuàng)新思維與創(chuàng)造原理一、邏輯思維與非邏輯思維形象思維（時間相對論）發(fā)散思維逆向思維（野生動物園水下破冰船）側(cè)向思維（圓珠筆芯）聯(lián)想思維（生物工程）靈感思維（萬有引力鋸子）第47頁/共57頁二、創(chuàng)造原理1、組合原理(同類、異類、附加、重組、綜合)2、還原原理（冷凍錨、潛水泵）3、逆反原理（田忌賽馬滾梯）4、移植原理5、迂回原理6、群體原理7、完美原理……創(chuàng)新思維與創(chuàng)造原理第48頁/共57頁創(chuàng)新設(shè)計實例：自行車第49頁/共57頁氫氣驅(qū)動的摩托自行車創(chuàng)新設(shè)計實例：自行車第50頁/共57頁創(chuàng)新設(shè)計實例：自行車第51頁/共57頁創(chuàng)新設(shè)計