《机械系统设计》课程总结

《机械系统设计》课程总结

系统的概念：具有特定功能的，相互间具有有机联系的许多要素构成的整体。 四个特征：整体性；相关性；目的性；环境适应性。 组成框图：

动力系统 操纵系统和控制系统 系统 边界 传动系统 执行系统 按机床数量划分：单机床加工系统、多机床加工系统

分类 按通用化程度分：通用机床加工系统、专用机床加工系统、组合机床

加工系统、混合型机床加工系统

按自动化程度分：普通机床加工系统、数控机床加工系统、自动生产

线系统、柔性生产系统、集成制造系统

现代机械的功能要求：运动要求；动力要求；体积和重量要求；可靠性和寿命

要求；环保要求；安全性要求；经济性要求；产品造型要求；其它要求

机械系统设计的任务：①合理确定系统功能；②提高可靠性；③提高经济性 设计过程：计划?外部设计?内部设计?制造和销售。

特点：传统：只注意内部系统的设计，忽略整体质量，不注重市场销售环节。

现代：注重内部设计与外部设计相结合，使设计尽可能周密、合理、少走弯路。

系统分解方法：平面分解、分级分解、组合分解。

系统分析步骤：分析确定系统的目标、要求?制订模型?系统最优化?系统评价。

机械系统方案设计的大体步骤：设计任务抽象化?确定工艺原理?确定技术过程?引进技术系统并确定系统边界?确定功能结构?确定设计方案。 总体布置设计基本要求：①保证工艺过程连续、流畅；②降低质心高度，尽量对称布置；③保证精度、刚度及抗振性等；④充分考虑产品的标准化、规格化、系列化和发展要求；⑤结构紧凑，层次分明；⑥操作、维修、调整方便；⑦外

形美观。

执行系统布置应注意的问题：①减少构件和运动副数目，缩小构件尺寸；②原动件尽量接近执行机构；③考虑与中间联接件的装卡、传递，注意安全。 传动系统布置应注意的问题：①简化传动链；②合理安排传动机构顺序（转变运动形式的机构?低速端；带传动?高速端，吸振；链传动?低速端）；③注意传动系统的润滑和密封。

操纵件布置应注意的问题：①操纵件的运动方向与被驱动件的运动方向一致；②操纵件应尽量布置在操作人员近旁，操作人员处于工序集中，操纵频繁，易出现故障和便于观察的部位；③仪器、仪表应便于操作人员观察和维护。 工作载荷的类型：①按零件发生变形不同：拉（压）载荷、弯曲载荷、扭转载荷。②按载荷是否随时间变化：静载荷、动载荷（可简化为静载荷的动载荷：周期载荷、冲击载荷、随机载荷）。

工作载荷确定方法：1、类比法：①几何尺寸类比法；②动力类比法。2、计算法（运用各种力学原理、经验公式或图表等计算确定载荷）。3、实测法（常用

?R?K?；电阻应变式传感器；测量原理：惠斯通电桥电阻应变仪分类：静态；R静动态；动态；超动态；遥测。记录和分析仪器：光线振子示波器；函数记录仪；磁带记录仪）。

载荷类型：反映载荷数值随时间变化的特性； 工作机械工作制：反映负载持续情况。 电动机按电源不同可分为：

??同步电动机交流电动机?按电机转速与磁场转速是否相同???异步电动机? ???励、并励、串励、复励?直流电动机?按励磁方式，分为：他三相异步电动机分类：①按转子结构型式：笼型电动机；绕线型电动机 ②按外壳结构形式：开启式；防护式；封闭式；防爆式。③按安装型式：立式；卧式。 三相异步电动机的机械特性：动力机的输出转矩与转速间的关系。

固有特性（M?—n）：当定子电压和频率均为额定值，定子绕组按规定方式接线，定子和转子电路中不外接电阻或阻抗的机械特性。

内燃机：燃料在气缸内部燃烧，直接将产生的气体所含的热能转换为机械能的机器。

分类：①按燃料种类：柴油机、汽油机、煤气机和氢气机。②按一个工作循环冲程数：四冲程、二冲程等。③按点火方式：压燃式、点燃式。④按冷却方式：水冷式、风冷式。⑤按进气方式：自然吸气式、增压式。⑥按气缸数目：单缸、多缸。⑦按额定转速：高速，中速，低速。⑧按用途：农用、汽车用、工程用、

拖拉机用。

结构：①机体与曲柄连杆机构；②配气机构与进排气系；③燃料供给系统；④润滑系统；⑤冷却系统；⑥起动装置；⑦点火系统；⑧增压系统；⑨安全保护装置。

每工作循环四个冲程：进气、压缩、燃烧、排气。

主要性能参数：①有效功率Pe?(Men)/9549。②平均有效压力

pe?(30?Pe)/(niVh)。③标定功率Peb。④升功率PL?Pe/(iVh)。⑤有效燃油消耗率ge?(mf?103)/Pe。⑥机械效率 ?m=有效功率/指示功率。

机械特性: ①负荷特性：转速不变时，性能参数（mf,ge,tr）随Pe(或pe,Me)的变化规律。②速度特性：转速n与参数Pe,Me,mf,ge,tr间的关系（Me?n：抛物线，有最高点；ge?n：抛物线，有最低点）。③万有特性:柴油机各主要参数间的综合特性，以n为横坐标，pe为纵坐标，作出的若干条等ge,Pe的曲线组表示。

内燃机的选择:须了解内燃机的运行工况和特性，使其能很好地与被驱动工作机的负载特性相适应。运行工况：固定式工况、螺旋浆工况及车用工况。 液压马达的种类:

低，低速大扭矩液压马达?低速：n?500rpm,排量大，体积大，转速 ??高速：n?500rpm,高速小扭矩液压马达主要性能参数: ①转速n。②压力p：单位体积油液所具有的能量。③体积流量qV：单位时间内输入液压马达的油液体积；排量q：无漏失情况下液压马达每一转输入油液体积。④转矩M?pq?mpq?。⑤总效率???m?V。⑥功率P?V。 2?60气动马达：以压缩空气为动力输出扭矩，驱动执行机构作旋转运动的动力装置。 种类：

式?常用?容积式：叶片式、活塞 按工作原理??透平式?少用动力机的选择：①工作机的负载特性和要求。②动力机的机械特性。③进行经济性比较。④考虑空气污染和噪声污染等。 各动力机的优缺点：

①电动机：优：连接简，种类多，控制简单，可远控。缺：使用受电限制。 ②液压马达：优：机械力、转矩大，功率/重量比大，运动件惯性小，快速响应灵敏度高。缺：需高压油供给系统，液压元件加工、装配要求高，易漏油，影响工作效率和精度。

③气动马达：优：介质易获、无污染。维护简单，成本低。缺：稳定性差，噪音大，输出扭矩小。

④内燃机：优：自持能力高，功率范围宽。缺：噪音大，结构复杂，对零部件的加工精度要求高，不能带负载启动。

传动系统分类：按传动比变化：①固定传动比；②可调传动比。按驱动形式：①独立驱动；②集中驱动；③联合驱动。

组成：变速装置、起停和换向装置、制动装置、安全保护装置。

变速装置：①变换齿轮变速机构；②滑移齿轮变速机构；③离合器变速机构；④啮合器变速机构

起停换向装置：①齿轮—摩擦离合器换向机构；②齿轮换向机构。

??外抱块式???摩擦式?内张蹄式?带式、盘式??? 制动装置??磁粉式??非摩擦式?磁涡流式???水涡流式???安全保护装置：剪断销结构、钢珠安全离合器、摩擦式安全离合器

有级变速传动系统（两轴）：①塔轮；②滑移齿轮（链轮）；③折回机构；④背轮机构；⑤离合器。多轴设计：遵循基本组在前，扩大组在后的原则。 无级变速传动功用：①转速在工作中连续变化；②探求机械的最佳工作状态；③带负载起动的机械要求在低速下起动；④需协调系统中执行构件间的运转速度。

类型: ①电力无级变速(直流、交流)；②流体无级变速（液力、液压）；③机械无级变速（利用摩擦传动机构）。

操纵系统设计的要求：①轻便省力；②行程适当；③操纵件定位可靠；④反馈准确迅速；⑤具有可调性；⑥方便和舒适；⑦安全可靠。 操纵系统的组成：操纵件、执行件、传动件。

分类：①按操纵力的来源：人力操纵系统、助力操纵系统、液压操纵系统、气压操纵系统。②按传动方式：机械式、混合式（机械与液压或气压结合）。③按人体器官：手操作系统、脚操作系统。

操纵系统的安全保护装置：①自锁机构：以预压力把操纵件、执行件或中间的

某传动件固定在规定的位置。②互锁机构：旋转运动间互锁、直线运动间互锁。 操纵环境：操作者进行操作时的工作环境。

操纵环境的不安全因素：机械系统的干扰；自然环境干扰；操作者的不安全因素。安全保护：①在机械系统中加装保护装置；②提高操作者作业环境的舒适度；③设置指示和警报装置。

机械系统噪声的形成：金属机件间的撞击力；周期性的交变力；不均匀随机力。 分类：①按噪声起源：机械性；流体动力性；电磁性。②按噪声强度随时间的变化：稳态；非稳态；脉冲。

噪声衡量指标：客观评价量：①声压级Lp?20lgpW；②声功率级LW?10lg p0W0③声强级LI?10lgI（I—声强；I0—基准声强）。主观评价量：①响度与响度I0级；②A声级：用声级计的A计权网络的测量示值；③噪声评价数NR?机械噪声的三种传播途径：直接传播；反射传播；间接传播。

Lp?ab。

噪音控制的途径：①声源控制；②噪声传播途径控制；③噪声接受点控制。 噪声源控制：降低激振力；提高抗振性。 传播途径控制：消声器；隔声罩；隔声屏。

接收处控制：使用耳塞、护耳套、护耳头盔、隔声等。

吸声材料：能将入射声能吸收掉一部分的材料。材料对噪声的吸收效果常用吸收因数表示。吸收因数：被吸收的声功率与入射声功率之比。隔声材料：具有良好的声反射性能，较差的声吸收性能。

消声器：抗性：扩张型；共振型；声干涉型。阻性：直管型；片型；蜂窝型；声流型；迷宫型

单层隔声罩实际隔声量R?R0?10lg?aV

机械噪声测量系统：①声级计。②声强计。③传声器：将声信号转换为相应电信号。

噪声测量：①对产品进行检验性测量；②研究性的测量。方法：A声级测量；声功率测量。修正：本底噪声的修正；测试房间特性的修正。

噪声源识别方法：分部开动法；时域分析法；频域分析法；近场声强法；表面振动速度测量法。

地基：机械工作时受机械载荷影响的地层。基础：机械向地基传递载荷的中间结构体。基础的结构型式：大块式、墙式、框架式。基本要求：强度要求；刚度要求；振动要求；经济性要求。材料：混凝土或钢筋混凝土。

静力学计算：

目的：保证地基有足够的承载能力，防止基础偏沉和保证基础的强度。 中心受压时：天然地基：p?mtog??ff A桩基：F?mtog??ffP nP偏心受压时，除满足上式外，还应计算最大静压力及最大静载荷 天然地基：pmax?桩基：Fmax?mtogMsmax??1.2?ff AImtogMsmax??1.2?ffP 2nP?si刚度系数：地基产生单位弹性位移所施加的压强。刚度：地基产生单位弹性位移（转角）所需施加的力（力矩）。阻尼比：基组振动系统的阻尼系数与临界阻尼系数之比。

学习心得：机械系统设计这门课程详细而全面的介绍了机械系统的有关知识，由宏观到具体，步步深入。通过对这门课程的学习，我更好的理解了机械系统设计的相关知识，如动力机的优缺点、选择，以及传动系统布置的原则等。通过阅读书中丰富的举例及示意图，我更好的理解各种装置的组成和具体结构，被机械结构的巧妙构思、精巧布局所吸引。希望老师以后可以更多的举例示意，使同学们在例子中理解知识，更加热爱这门学科。

静力学计算：

目的：保证地基有足够的承载能力，防止基础偏沉和保证基础的强度。 中心受压时：天然地基：p?mtog??ff A桩基：F?mtog??ffP nP偏心受压时，除满足上式外，还应计算最大静压力及最大静载荷 天然地基：pmax?桩基：Fmax?mtogMsmax??1.2?ff AImtogMsmax??1.2?ffP 2nP?si刚度系数：地基产生单位弹性位移所施加的压强。刚度：地基产生单位弹性位移（转角）所需施加的力（力矩）。阻尼比：基组振动系统的阻尼系数与临界阻尼系数之比。

学习心得：机械系统设计这门课程详细而全面的介绍了机械系统的有关知识，由宏观到具体，步步深入。通过对这门课程的学习，我更好的理解了机械系统设计的相关知识，如动力机的优缺点、选择，以及传动系统布置的原则等。通过阅读书中丰富的举例及示意图，我更好的理解各种装置的组成和具体结构，被机械结构的巧妙构思、精巧布局所吸引。希望老师以后可以更多的举例示意，使同学们在例子中理解知识，更加热爱这门学科。

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