机械创新设计(第二章).pptx

直流电动机因其可以调速，易于实行自动控制，在机电一 体化设备中广泛应用；
在要求分度或步进运动的场合，可用步进电动机。 在远离电源或要求 远距离移动的地方，内燃机得到广泛应 用；柴油机能提供的功率大于汽油机能提供的功率。
工作机：指利用原动机提供的动力实现物料或信息的传递， 克服外载而作有用机械功的机械。
线性机构：机构的输出运动与输入运动为线性关系。 非线性机构：机构的输出运动与输入运动为非线性关系。
类型1，2为最基本、最常见的机械系统 类型5在数控机床、机器人等自动机械中得到广泛的应用
二、机械系统的发展与演变
1．刚性机械系统：系统的运动不具可控性，机械装置与电 气装置独立组合的机械系统。
2．柔性机械系统：运动具有可控性，可借助传感器，控制 电路、计算机实施智能化控制。数控机床和机器人属于柔性 机械系统。
信息机：也是一种工作机。只是通过各种复杂的信息来 控制机械运动。
在环保时代，利用自然能源的原动机正在逐步普及。
水轮发电机
二坐标机床的工作台
二、机械运动系统 指机械中的传动机构和工作执行机构，可以是机构的基
本型，也可以是机构组合，或组合机构。 1．机构的基本型：指最基本的、最常用的机构型式 主要有以下几种：
见图2-6、2-7
带传动
（4）挠性元件传动 链传动
图2-8
（5）液、气传动基本型
图2-9
（6）螺旋传动机构
图
2-10(a)
（7）电磁传动机构的基本型
图2-10(b)
（8）间歇运动机构的基本型：外棘轮机构、外槽轮机构
图2-11a
2．机构的组合：把一些基本机构通过适当的方式连接起来， 从而组成一个机构系统，称之为机构的组合。
（1）四杆机构
①全转动副四杆机构的基本型 ②含有一个移动副四杆机构的基本型 ③含有二个移动副四杆机构的基本型
见图2-4
（2）齿轮机构
圆柱齿轮传动机构 圆锥齿轮传动机构 蜗杆传动机构 行星齿轮传动机构
见图2-5
（3）凸轮机构
直动从动件平面凸轮机构 摆动从动件平面凸轮机构 直动从动件圆柱凸轮机构 摆动从动件圆柱凸轮机构
第二章 机械创新设计的基础适应
第一节 机械的基础知识
一、机械及其组成 1．机械的概念 1）机械首先必须是执行机械运动的装置 2）机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成 有用的机械功 3）机械中要完成能量的转换 机械的分类：原动机，工作机和信息机 2．机械的组成 原动机，工作机（包括传动装置），控制装置，见 图 2—1、2—2、2—3
1．机构系统的运动简图设计：根据产品的功能目标和动作 要求，设计出机械系统的运动方案，并确定传动机构、执行机 构以及各种控制的参数和尺寸。
2．运动简图 机械的结构设计 机械的结构图（装配图）
一、构件的结构设计 1．构件的结构设计原则 1）选材料；2）选择毛坯；3）确定形状与尺寸；4）
强度、刚度、安全性、可靠性的校核；5）与其它构件的关系； 6）运动空间及运动干涉；6）经济性；8）维修、安装方便。
3．机械统的发展
机械技术与电子技术控制技术的结合，机械系统由刚性机
械向柔性机械系统演化，使机电一体化的机械系统发展很快
刚性机械系统
图2-18a
改进的刚性机械系统 图2-18b
柔性机械系统
图2-18c
直接驱动式的机械系统 图2-18d
图2-18 机械系统的演变过程框图
第三节 机械运动简图及其结构设计
将检测到的输出结果与输入指令的误差随时进行修正， 此种控制方式为闭环控制。
将输出结果返回输入端与输入指令比较的过程，称为反馈控制
伺服电动机
模拟伺服控制 数字伺服控制 软件伺服控制
第二节 机械系统及其发展
一、机械系统的基本组成形式
根据原动机、传动机构、执行机构的不同组合以及机械 系统运动输出特性的不同，机械系统的基本组成形式见表2-1所 示。
例：图2-14
三、机械的控制系统：
机械的控制从手工操作向自动化、智能化发展的。 控制方法：机械、
电气、 液压、 电气控制应用最广泛。 气动 综合控制 1．电气控制系统的基本要求： 1）满足机械的动作要求或工艺条件； 2）电气、电子元件合理，工作安全可靠； 3）停机时，控制系统的电子元器件不应长期带电； 4）有较强的抗干扰能力，避免误操作； 5）便于维护与管理、经济指标好； 6）使用寿命长； 7）应设置紧急手动装置。
2．控制对象 1）对原动机进行控制：可实现、开、关、停、
正转、反转及调速、限位 2）对电磁铁的控制：实现控制机械中执行机构
的各种不同动作。
3．机械控制系统的发展趋势： 应用计算机技术和自动控制技术，控制对象不断增加，控
制系统更加复杂、准确。 两类控制对象： （1）位移、速度、加速度、温度、压力……数量的大小 （2）以物体的有、无、动、停……逻辑量 控制方法：开环、闭环 （单变量）反馈控制→现代控制理论（多变量）
表2-1 机械系统的基本组成形式
原动机 类 型 编 线性 非线性 号 原动机 原动性
1√
2√
3√
4√
5
√
6
√
7
√
8
√
传动机构
线性 非线性 机构 机构
√ √
√ √ √ √ √ √
执行机构
线性 非线性 机构 机构
√ √
√ √
√ √
√ √
机械系统 的输出运动
简单 复杂 运动 运动
√
√ √ √
√ √ √ √
原动机：三相交流异步电动机、单相交流异步电动机、直流 电动机、步进电动机、（电能→机械能）
柴油机、汽油机、蒸汽机、燃气轮机、原子能发动机 （热能→ 机械能）
水轮机、风力机、潮汐发动机、地热发动机、太阳能 发动机（自然能→ 机械能）
原动机的选择：有电力供应处，优先考虑使用各类电动机 三相交流异步电机常作工、矿、企业等单位设备的原动机 单相交流异步电动机在家用电器上广泛应用；
在机构的组合系统中，各基本机构都保持原来的结构和 运动特性，都有自己的独立性。
故机构的分析和设计方法仍然适合机构组合系统中的各机构。
串联机构 并联机构 3．组合机构
组合机构与机构的组合有本质不同。组合机构是指若干基本 机构，通过特殊的组合而形成的一种具有新属性的机构。组合 机构中的各基本机构已不能保持各自的独立性，也不能用原基 本机构的分析和设计方法进行组合机构的设计。
2．常用构件的结构设计 常用构件：齿轮、凸轮、杆状构件、块状构件、具有复杂形 状的构件