1、第第11 11章章 机构的选型、组合及机械机构的选型、组合及机械 传动系统方案的传动系统方案的设计111 概述概述112 机械工作原理的方案拟定机械工作原理的方案拟定114 机构的选型和变异机构的选型和变异 117 机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例113 执行构件的运动设计和原动机的选择执行构件的运动设计和原动机的选择115 机构的组合机构的组合 116 机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定机械传动系统的组成：机械传动系统的组成： 由若干种不同机构组合而成，能实现机械工艺过由若干种不同机构组合而成，能实现机械工艺过程所需运动的系统。程所需运动的系统。作用：作用：1.实现预期运动
2、实现预期运动 减速减速(或增速或增速)、变速、转换运动形式和使执行构件、变速、转换运动形式和使执行构件协调配合工作等运动要求。协调配合工作等运动要求。2.传递动力传递动力 把原动机输出的功率或转矩传递到执行构件上去，把原动机输出的功率或转矩传递到执行构件上去，以克服生产阻力。以克服生产阻力。111 概概 述述3.运动操纵与控制运动操纵与控制 指现代机械 将光、机、电、液有机结合，借助于微机控制，自将光、机、电、液有机结合，借助于微机控制，自动实现机械所需的完整的工作过程。动实现机械所需的完整的工作过程。提高机械的性能与质量提高机械的性能与质量正确、合正确、合理的设计理的设计减少维护费用减少维护
3、费用 故应予以高度重视降低制造成本降低制造成本机械传动系统设计的特点机械传动系统设计的特点- 创造性的思维活动。创造性的思维活动。要求：要求：1)注重多学科知识的综合应用；注重多学科知识的综合应用；2)注重总结与实践经验的积累；注重总结与实践经验的积累；3)充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设 计方法与技巧。计方法与技巧。以便设计出新颖、灵活、高效的机械传动系统3)机构选型、变异与组合机构选型、变异与组合;4)机构的尺寸综合机构的尺寸综合;5)方案分析方案分析;1)拟定机械的工作原理拟定机械的工作原理;2)执行机构的运动设计和原动机的选择执行机构
4、的运动设计和原动机的选择;6)方案评审。方案评审。1)拟定机械的工作原理拟定机械的工作原理-根据需要制定机械的总功能，根据需要制定机械的总功能， 拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械 所要实现的工艺动作。所要实现的工艺动作。2)执行机构的运动设计和原动机的选择执行机构的运动设计和原动机的选择-根据功能和根据功能和 工艺动作，确定各执行构件的数目、运动形式、运工艺动作，确定各执行构件的数目、运动形式、运 动参数以及运动协调配合关系，生产阻力等，确定动参数以及运动协调配合关系，生产阻力等，确定 原动机的类型和功率。原动机的类型和功率。设计设计步骤
5、步骤3)机构选型、变异与组合机构选型、变异与组合;4)机构的尺寸综合机构的尺寸综合;5)方案分析方案分析;1)拟定机械的工作原理拟定机械的工作原理;2)执行机构的运动设计和原动机的选择执行机构的运动设计和原动机的选择;6)方案评审。方案评审。设计设计步骤步骤3)机构选型、变异与组合机构选型、变异与组合-根据机械的动力与功能根据机械的动力与功能要求，合理选择机构类型，拟定机构的组合方案，形要求，合理选择机构类型，拟定机构的组合方案，形成能满足运动和动力要求的机械传动系统方案。绘制成能满足运动和动力要求的机械传动系统方案。绘制机械传动系统的示意图。机械传动系统的示意图。4)机构的尺寸综合机构的尺寸
6、综合-根据执行构件和原动件的运动根据执行构件和原动件的运动参数，以及各执行构件运动的协调配合的要求，确参数，以及各执行构件运动的协调配合的要求，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图。定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图。3)机构选型、变异与组合机构选型、变异与组合;4)机构的尺寸综合机构的尺寸综合;5)方案分析方案分析;1)拟定机械的工作原理拟定机械的工作原理;2)执行机构的运动设计和原动机的选择执行机构的运动设计和原动机的选择;6)方案评审。方案评审。设计设计步骤步骤5)方案分析方案分析-根据机械的生产阻力或原动机的额定转根据机械的生产阻力或原动机的额定转矩，进行机械中力的计算，作为下一步
7、零件强度计算矩，进行机械中力的计算，作为下一步零件强度计算的依据。的依据。6)方案评审方案评审-通过对众多方案的评比，选择最佳方案。通过对众多方案的评比，选择最佳方案。设计机械产品时，首先应根据使用要求、技术条件及工作环境等情况，明确提出机械所要达到总功能，然后拟定实现这些功能工作原理及技术手段；最后设计出机械系统传动方案。112 机械工作原理的方案拟定机械工作原理的方案拟定产品的功能产品的功能-用途、性能、使用价值等，它是根据人用途、性能、使用价值等，它是根据人 们生产或生活需要提出来的。们生产或生活需要提出来的。可行性可行性经济性经济性确定功能指标应考虑确定功能指标应考虑-先进性先进性工作
8、质量工作质量传动方案传动方案结构形式结构形式制造成本制造成本实现产品功能的实现产品功能的工作原理决定了工作原理决定了技术水平技术水平 确定工作原理确定工作原理应利用各种创造技法，借鉴同类产品应利用各种创造技法，借鉴同类产品的成功的经验和最新科技成果。的成功的经验和最新科技成果。 应根据机械的功能要求，根据不同的工作原理拟应根据机械的功能要求，根据不同的工作原理拟定出多种运动方案，进行综合评价，从中选择一个最定出多种运动方案，进行综合评价，从中选择一个最佳方案。佳方案。注：注：实现同一种功能可以采用多种工作原理。实现同一种功能可以采用多种工作原理。套丝套丝搓丝搓丝如螺纹加工：如螺纹加工：车削车削
9、插齿插齿剃齿剃齿如齿轮加工：如齿轮加工：滚齿滚齿工作原理不同，工作原理不同，运动方案也不同。运动方案也不同。即使工作原理相同，也可以有不同的运动方案。即使工作原理相同，也可以有不同的运动方案。加工刀具不同，加工刀具不同，运动方案也不同。运动方案也不同。为了便于设计，应将机械的功能进行分解。为了便于设计，应将机械的功能进行分解。 设计一台彩色电视机阴极盘用的金属片的冲裁设计一台彩色电视机阴极盘用的金属片的冲裁机器，圆片直径机器，圆片直径10mm，厚度，厚度0.8mm。功能分解：送料功能分解：送料 冲制冲制 退回退回确定方案时应注意两点：确定方案时应注意两点：1）用最简单的方法实现同一功能。）用最
10、简单的方法实现同一功能。100.8图示按摩椅中的按摩轮利用一图示按摩椅中的按摩轮利用一个偏心空间凸轮同时实现三维个偏心空间凸轮同时实现三维方向的按摩作用：径向振动挤方向的按摩作用：径向振动挤压、向下推拉、和横向推拉，压、向下推拉、和横向推拉，构思巧妙，结构非常简单。构思巧妙，结构非常简单。Br按摩轮活动游标活动游标光源光源透镜透镜读数窗读数窗2）注意光、机、电、流体等知识的综合运用。）注意光、机、电、流体等知识的综合运用。确定方案时应注意两点：确定方案时应注意两点：1）用最简单的方法实现同一功能。）用最简单的方法实现同一功能。指针指针玛瑙玛瑙支撑支撑K向向刀口刀口活动活动游标游标图示分析天平，
11、要求精图示分析天平，要求精度达到度达到0.01g,单靠目力单靠目力读指针的微小偏角已不读指针的微小偏角已不可能。可能。增加了一级光学杠杆，增加了一级光学杠杆，将读数放大。将读数放大。一个执行构件一个执行构件两个执行构件两个执行构件机械传动系统的作用就是将原动机的运动和动力传递到执行构件，故原动机的类型和执行构件的运动形式、运动参数、运动方位等都决定了传动系统的方案。执行构件的运动设计和原动机的选择,就是根据拟定的工作原理和工艺动作过程，确定执行构件的数目、运动形式、运动参数、运动协调关系，并选择适当的原动机的类型和运动参数与之相配。1. 执行构件的运动设计执行构件的运动设计1.1执行构件的数目
12、执行构件的数目113 执行构件的运动设计和原动机的选择执行构件的运动设计和原动机的选择根据工作原理根据工作原理工艺动作过程工艺动作过程执行构件的数目执行构件的数目运动形式运动形式运动参数运动参数运动协调关系运动协调关系原动机的类型和运动参数原动机的类型和运动参数-取决于机械分功取决于机械分功能或分动作的多少，能或分动作的多少，两者不一定相等，两者不一定相等，要具体分析确定。要具体分析确定。如立式钻有两种方案如立式钻有两种方案:1.2 执行构件的运动形式和运动参数执行构件的运动形式和运动参数直线运动直线运动曲线运动曲线运动复合运动复合运动往复摆动往复摆动执执行行构构件件运运动动形形式式回转运动回
13、转运动每分钟转数每分钟转数 rpm-由两个以上单一运动合成由两个以上单一运动合成间歇回转间歇回转停歇往复直线停歇往复直线停歇单向直线停歇单向直线沿可变曲线运动沿可变曲线运动连续回转连续回转沿固定曲线运动沿固定曲线运动往复直线往复直线每分钟转位次数、转角大每分钟转位次数、转角大小、运动系数小、运动系数每分钟摆动次数、转角大小、每分钟摆动次数、转角大小、行程速比系数行程速比系数每分钟行程数目、大每分钟行程数目、大小、行程速比系数小、行程速比系数每循环停歇次数、位置、时每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度。间、行程大小和工作速度。-每次进给量的大小。每次进给量的大小。往复摆动往复摆动电电
14、动动 机机气缸气缸原原动动件件运运动动形形式式连续回转连续回转往复直线往复直线2. 原动件的类型及其运动参数的选择原动件的类型及其运动参数的选择液压马达液压马达气动马达气动马达内内 燃燃 机机液压马达液压马达气动马达气动马达直线电机直线电机油缸油缸柴油机柴油机燃气轮机燃气轮机汽油机汽油机直流电动机直流电动机交流变频变速电动机交流变频变速电动机伺服电动机伺服电动机步进电动机步进电动机力矩电动机力矩电动机交流异步电动机交流异步电动机交流异步电动机的运动参数交流异步电动机的运动参数-同步转数：同步转数： 3000，1500，1000，750，600 rpm砂轮砂轮工件工件砂轮架砂轮架3. 各执行构件
15、间运动的协调配合和机械的工作循环图各执行构件间运动的协调配合和机械的工作循环图3.1 各执行构件间运动的协调配合关系各执行构件间运动的协调配合关系运动彼此独立无需协调配合：运动彼此独立无需协调配合：外圆磨床的砂轮和工件的四个运动彼此独立。故应外圆磨床的砂轮和工件的四个运动彼此独立。故应为每个运动单独设计各自的运动链。为每个运动单独设计各自的运动链。(1)各执行构件动作的协调配合：各执行构件动作的协调配合：图示冲床的两个执行构件中，要求：图示冲床的两个执行构件中，要求：送料构件将原料送入模孔上方后，冲头才可进入模送料构件将原料送入模孔上方后，冲头才可进入模孔进行冲压；孔进行冲压；图示折叠包装机构
16、的两个执行构件中，要求：图示折叠包装机构的两个执行构件中，要求： 饼干饼干1342饼干饼干2右折边构件右折边构件43包装纸包装纸左折边构件左折边构件1饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342左折边构件左折边构件右折边构件右折边构件饼干饼干1342包装纸包装纸MBA两个构件不能同时位于区域两个构件不能同时位于区域MAB中，以免干涉。中，以免干涉。当冲头上移一段距离后，才能进行下次送料动作。当冲头上移一段距离后，才能进行下次送料动作。(2) 各执行构件运动速度的协调配合：各执行构件运动速度的协调配合：范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确
17、的传动比。作者：潘存云教授作者：潘存云教授0 00 0齿轮插刀加工齿轮插刀加工i=0 0 /=z/z/=z/z0 0共轭齿廓互为包络线共轭齿廓互为包络线切切削削运运动动0 0范成运动范成运动让刀运动让刀运动 对于有运动协调配合要求的构件，往往采用以一台对于有运动协调配合要求的构件，往往采用以一台原动机，原动机， 通过传动系统分配运动，实现协调动作。通过传动系统分配运动，实现协调动作。114 机构的选型和变异机构的选型和变异 1. 机构的选型机构的选型-选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机构。选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机构。1.1 传递连续回转运动的机构传递连续回转运动的机构
18、啮合传动机构啮合传动机构 连杆机构连杆机构 传递连续传递连续回转运动回转运动的机构的机构:摩擦传动机构摩擦传动机构 摩擦轮传动摩擦轮传动 带传动带传动 蜗杆传动蜗杆传动 链传动链传动 齿轮传动齿轮传动 平行四边形机构平行四边形机构 双曲柄机构双曲柄机构 摩擦传动机构的优缺点：摩擦传动机构的优缺点：优点：优点：结构简单、传动平稳、易于实现无级变速、过载保护。结构简单、传动平稳、易于实现无级变速、过载保护。缺点：缺点：传动比不准确、传递功率小、效率低。传动比不准确、传递功率小、效率低。12摩擦轮传动摩擦轮传动 123平板式无级变速器平板式无级变速器 123圆锥式无级变速器圆锥式无级变速器 1.2
19、实现单向间歇回转运动的机构实现单向间歇回转运动的机构棘轮机构棘轮机构 齿轮齿轮-连杆机构连杆机构 单向间歇单向间歇回转运动回转运动槽轮机构槽轮机构 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构 -适用于转角固定的转位运动。适用于转角固定的转位运动。 -每次转角小，或转角大小可调每次转角小，或转角大小可调的低速场合。的低速场合。-大转角而速度不高的场合大转角而速度不高的场合-运动平稳、分度、定运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、位准确，但制造困难、高精度定位、高速场合。高精度定位、高速场合。-特殊要求的输送机构。特殊要求的输送机构。1.3 实现往复移动往复摆动运动的机构实
20、现往复移动往复摆动运动的机构凸轮机构凸轮机构 组合机构组合机构 往复运动往复运动连杆机构连杆机构 螺旋机构螺旋机构 齿轮齿条机构齿轮齿条机构 液压缸、气缸液压缸、气缸 正弦机构正弦机构 正切机构正切机构 六连杆机构六连杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 连杆机构的特点：连杆机构的特点：制造容易、承载能力大，但难以实制造容易、承载能力大，但难以实现精确运动，适用于无严格运动规律的场合。现精确运动，适用于无严格运动规律的场合。 凸轮机构的特点：凸轮机构的特点：能实现任意复杂的运动和各构件之能实现任意复杂的运动和各构件之间的运动协调，承载能力不大。间的运动协调，承载能力不大。 1.3 实现往复移动往复
21、摆动运动的机构实现往复移动往复摆动运动的机构凸轮机构凸轮机构 组合机构组合机构 往复运动往复运动连杆机构连杆机构 螺旋机构螺旋机构 齿轮齿条机构齿轮齿条机构 液压缸、气缸液压缸、气缸 正弦机构正弦机构 正切机构正切机构 六连杆机构六连杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 螺旋机构的特点：螺旋机构的特点：可获得大的减速比和较高的运动精可获得大的减速比和较高的运动精度，常用作低速进给和精密微调机构。度，常用作低速进给和精密微调机构。 齿轮齿条机构的特点：齿轮齿条机构的特点：适用于移动速度较高的场合，适用于移动速度较高的场合，精密齿条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。精密齿条制造困难，传动精度及平
22、稳性不及螺旋机构。 凸轮机构的推杆行程一般较小，否则会使压力凸轮机构的推杆行程一般较小，否则会使压力角过大或尺寸过大。角过大或尺寸过大。 连杆机构可以获得较大行程，但不能太大，否连杆机构可以获得较大行程，但不能太大，否则机构尺寸会过于庞大。则机构尺寸会过于庞大。齿轮齿条机构或螺旋机构可满足大行程的要求。齿轮齿条机构或螺旋机构可满足大行程的要求。1.4 再现轨迹的机构再现轨迹的机构齿轮齿轮-连杆组合机构连杆组合机构联动凸轮机构联动凸轮机构 再现轨迹再现轨迹连杆机构连杆机构 凸轮凸轮-连杆组合机构连杆组合机构 一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之外，
23、其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。迹之外，其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。 齿轮齿轮-连杆组合机构连杆组合机构作者：潘存云教授搅拌机构搅拌机构CBADE凸轮凸轮-连杆组合机构连杆组合机构联动凸轮机构联动凸轮机构 2. 机构的变异机构的变异当所选机构不能满足机械提出的运动和动力要求时，或者为了改善所选机构的性能或结构时，可以通过改变机构中某些构件结构形状、运动尺寸、更换机架或原动件、增加辅助构件等方法获得新的机构或特性。此称为机构的变异构件结构形状构件结构形状运动尺寸运动尺寸更换机架更换机架或原动件或原动件增加辅助构件增加辅助构件目的：目的：获得新的机构或特性，已满足使用要求。获得新的
24、机构或特性，已满足使用要求。机构的变异机构的变异2.1 改变构件结构形状改变构件结构形状 若将摆动导杆机构中的直线导若将摆动导杆机构中的直线导槽改为圆弧导槽，运动到左侧槽改为圆弧导槽，运动到左侧时，可获得较长时间的停歇。时，可获得较长时间的停歇。2.2 改变构件运动尺寸改变构件运动尺寸 槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时, 槽条机构槽条机构2.3 选不同的构件作为机架选不同的构件作为机架 -机构的倒置机构的倒置 摆动凸轮机构摆动凸轮机构123123连杆连杆-凸轮机构凸轮机构A1BCO234罐头封口机构罐头封口机构要求C点沿接合缝运动。2.4 选不同的构件作为原动件
25、选不同的构件作为原动件作者：潘存云教授ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆双摇杆机构中，选连杆作为双摇杆机构中，选连杆作为原动件，可把风扇转子的旋原动件，可把风扇转子的旋转转化为连架杆的摇动。转转化为连架杆的摇动。2.5 增加辅助构件作为原动件增加辅助构件作为原动件图示手动插秧机分图示手动插秧机分秧、插秧机构中增秧、插秧机构中增加了一个辅助构加了一个辅助构件件活舌活舌3，从而使，从而使M点实现预定轨迹。点实现预定轨迹。123B654M3在确定了机械的工作原理，并完成了执行机构构件和原动机的运动设计之
26、后，通过进行机构的选型、变异及组合，即可形成机械传动系统方案。最后通过分析与评价，从众多的方案中选出最佳方案。116 机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定1. 拟定机械传动方案的一般原则拟定机械传动方案的一般原则1）采用尽可能短的运动链采用尽可能短的运动链理由：理由：降低重量和制造成本、提高效率、减少累积误差。降低重量和制造成本、提高效率、减少累积误差。方法：方法：在无严格速比要求时，各分支选用独立原动机。在无严格速比要求时，各分支选用独立原动机。2）优先选用基本机构优先选用基本机构理由：理由：基本机构结构简单、设计方便、技术成熟。在不基本机构结构简单、设计方便、技术成熟。在不 满足要
27、求时，才考虑变异或组合。满足要求时，才考虑变异或组合。3）应使机械有较高的机械效率应使机械有较高的机械效率4）合理安排不同类型传动机构的顺序合理安排不同类型传动机构的顺序转变运动形式的机构（如凸轮机构、连杆机构、螺转变运动形式的机构（如凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等）通常安排运动链的末端，与执行机构靠近。旋机构等）通常安排运动链的末端，与执行机构靠近。 带传动和摩擦传动一般应安排转速较高的运动链的带传动和摩擦传动一般应安排转速较高的运动链的 起始端，以减小传动的扭矩，并减小外形尺寸。起始端，以减小传动的扭矩，并减小外形尺寸。 5）合理分配传动比合理分配传动比（1）每一级传动比应在合理范围内选取
28、；每一级传动比应在合理范围内选取；（2）减速传动时，按前小后大的原则分配，有利于减速传动时，按前小后大的原则分配，有利于 减小尺寸；减小尺寸；传动机构种类传动机构种类 平带平带 V带带 摩擦轮摩擦轮 齿轮齿轮 蜗杆蜗杆 链链圆周速度圆周速度 m/s 525 530 1525 15120 1535 1540减速比减速比 5 815 710 48 80 610最大最大 功率功率 kw 2000 7501200 150250 50000 550 3750常用传动机构的合理取值范围常用传动机构的合理取值范围6）保证机械的安全运转保证机械的安全运转 为防止倒转可采用自锁装置或制动器，防止过为防止倒转可采
29、用自锁装置或制动器，防止过载损坏可采用摩擦传动或安全联轴器。载损坏可采用摩擦传动或安全联轴器。2. 拟定机械传动方案的方法拟定机械传动方案的方法2.1 功能分解组合法功能分解组合法基本思路：基本思路：将总功能分解成若干分功能，再细分解成元功能；将总功能分解成若干分功能，再细分解成元功能；为每一个元功能选择一个完成此功能的机构；为每一个元功能选择一个完成此功能的机构；将各种机构加以适当组合或变异得到一个运动方案；将各种机构加以适当组合或变异得到一个运动方案； 由于实现元功能的机构是多样的，根据排列组合由于实现元功能的机构是多样的，根据排列组合原理可得到若干种运动方案。原理可得到若干种运动方案。1
30、00.8冲床功能分解：送料冲床功能分解：送料 冲制冲制 退回退回冲头功能细分：往复运动、增力、急回、减速；冲头功能细分：往复运动、增力、急回、减速；送料功能细分：间歇送料；送料功能细分：间歇送料；1）往复运动、增力、急回元功能可）往复运动、增力、急回元功能可 用以下两种机构来实现：用以下两种机构来实现：凸轮机构凸轮机构六杆肘杆机构六杆肘杆机构2）为了实现冲头的减速功能，可以采用如下方案；）为了实现冲头的减速功能，可以采用如下方案；两级带传动；两级带传动；两级齿轮传动；两级齿轮传动；一级带传动一级带传动 一级齿轮传动；一级齿轮传动；3）为了实现间歇送功能料，可以采用如下方案；）为了实现间歇送功能
31、料，可以采用如下方案；间歇滚轮传动间歇滚轮传动棘轮机构棘轮机构推勾式送料机构推勾式送料机构将上述各种机构进行组合，就能得到多种方案。将上述各种机构进行组合，就能得到多种方案。3. 机械传动方案的评价机械传动方案的评价3.1 评价指标评价指标机械功能的实现质量机械功能的实现质量 -精确性、稳定性、适应性、扩展性；精确性、稳定性、适应性、扩展性； 机械工作性能机械工作性能 -运转的平稳性、传力性能、承载能力等；运转的平稳性、传力性能、承载能力等； 机械的动力性能机械的动力性能 -冲击、振动、噪声、耐磨性能等；冲击、振动、噪声、耐磨性能等； 机械的经济性机械的经济性 -设计工作量大小、制造成本、维修
32、难易、能耗等设计工作量大小、制造成本、维修难易、能耗等 机械结构的合理性机械结构的合理性 -复杂程度、尺寸及重量大小等。复杂程度、尺寸及重量大小等。 3.2 评价方法评价方法-记分法记分法建立评价质量指标体系建立评价质量指标体系 -根据评价对象的特点，确定用哪些指标来衡量各根据评价对象的特点，确定用哪些指标来衡量各方案的优劣。如冲床的增力性能、急回性能、传力方案的优劣。如冲床的增力性能、急回性能、传力性能、承载能力、性能、承载能力、等等等等； 3.2 评价方法评价方法-记分法记分法为每个指标确定分值为每个指标确定分值 -总分定为总分定为100分，各指标分值按重要程度来分配；分，各指标分值按重要
33、程度来分配； 聘请专家评分聘请专家评分 -采用五级制：采用五级制： 0 0.25 0.5 0.75 1 分别对应于：分别对应于：很差、差、一般、较好、很好很差、差、一般、较好、很好 统计得分统计得分 -计算分项平均值和总分平均值；计算分项平均值和总分平均值； 按总得分进行排序，确定最佳方案。按总得分进行排序，确定最佳方案。 步骤：步骤：117 机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例1. C1325自动车床刀架自动车床刀架机械传动系统的分析机械传动系统的分析2. 多头专用钻多头专用钻床床机械传动系统设计机械传动系统设计设计任务：设计任务：设计一台自动钻床，用来同时加工图示零设计一台自动钻床，用
34、来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。件上的三个孔，并能自动送料。2.1 2.1 确定工作原理确定工作原理2. 多头专用钻多头专用钻床床机械传动系统设计机械传动系统设计30203-82020502010一般的钻床多采用第一种方案，但本例是三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。钻削工艺：钻削工艺：钻头一边旋转，钻头一边旋转，同时相对于工件作移动。同时相对于工件作移动。三种运动方案：三种运动方案：钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止；钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止；钻头旋转，工作台带动工件进给；钻头旋转，工作台带动工件进给；工作台旋转，钻头作轴向进给
35、；工作台旋转，钻头作轴向进给；如车床上钻孔送料机构可以采用从料仓推送工件的方式。送料机构可以采用从料仓推送工件的方式。工作台工作台送料杆送料杆料仓料仓三个执行构件：三个执行构件：钻头、工作台、送料杆钻头、工作台、送料杆2.2 2.2 执行构件的运动设计执行构件的运动设计工艺过程：工艺过程：送料杆往右推出零件，送料杆往右推出零件， 并顶出加工好的零件并顶出加工好的零件夹具将工件定位，并夹紧；夹具将工件定位，并夹紧；送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头；送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头；工作台慢速工进；工作台慢速工进；钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。钻孔结束后，工作台快速
36、退回，完成一个循环。钻头的转速：钻头的转速： nc=1000v/(d)其中：其中：d钻头直径，钻头直径，d=8 mm v-切削速度，查手册切削速度，查手册45钢，可选钢，可选v=12.5m/min； 代入得：代入得： nc 500 rpm工作台为往复运动。钻孔工艺要求：工作台为往复运动。钻孔工艺要求：工作台带动工件快速上移接近钻头；工作台带动工件快速上移接近钻头；工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到 一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增 加，故进给速度应减小；加，故进给速度应减小；钻孔结束后
37、，工作台快速退回，完成一个循环。钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。设工作台完成一个工作循环所需的时间为设工作台完成一个工作循环所需的时间为T1，则有：，则有：Tf = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 其中：其中： t1单孔钻削时间。设单孔钻削每转进给量为：单孔钻削时间。设单孔钻削每转进给量为： s1 =0.2 mm/r ,单孔钻削深度为单孔钻削深度为10mm，并考虑，并考虑3mm的提的提前工作量。求得：前工作量。求得： t2三孔同时钻削时间，设进给量为：三孔同时钻削时间，设进给量为： s1 =0.16 mm/r ,单孔钻削深度为单孔钻削深度为10mm，并考虑，并考虑3mm
38、的越程量。求得：的越程量。求得： t2 =(10+3)/(s2 nc)=0.163 min =9.8 st3 -快速接近时间，取快速接近时间，取 t3 =1.5 st4 -快速退回时间，取快速退回时间，取 t4 =2.5 st5 -工作台停歇等待更换工件工作台停歇等待更换工件时间，取时间，取 t5 =3 s；工作台一个工作循环总时间：工作台一个工作循环总时间： Tf = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 =24.6 s工作台每分钟工作循环数：工作台每分钟工作循环数： nf = 60 /Tf =2.44t1 =(10+3)/(s1 nc)=0.13 min = 7.8 s送料杆的运动
39、为往复直动。循环时间与工作台相同：送料杆的运动为往复直动。循环时间与工作台相同： Ts = 24.6 s工作台的行程：工作台的行程： Hf = h0 + h1 + h2h0 -工作台快速趋近钻头的运动距离，取工作台快速趋近钻头的运动距离，取h0 =15 mm；=41 mmh1 -单孔钻削深度，取单孔钻削深度，取h1 =13 mm； ；h2 -三孔同时钻削深度，取三孔同时钻削深度，取h2 =13 mm。 送料杆的行程取工件的两倍：送料杆的行程取工件的两倍： Hs = 100 mm送料杆的运动与工作台的运动必须协调，而钻头的旋转与送料杆和工作台之间的运动是独立的凸轮转角凸轮转角 0 90 180
40、270 360 送料杆送料杆 送料送料 静静 止止 送料送料工作台工作台 停止停止 单孔钻单孔钻 三孔钻三孔钻 快退快退快快进进工作循环图：工作循环图：类型类型-交流异步感应电动机交流异步感应电动机 由机床的工作要求确定为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。2.3 2.3 原动机的选择原动机的选择2.4 2.4 计算运动链的总传动比计算运动链的总传动比切削运动链的总传动比：切削运动链的总传动比： ic = nn / nc =1140/500=2.88 进给运动链的总传动比：进给运动链的总传动比： if = is = nn / nf =114
41、0/2.44=563 2.5 2.5 机构选型机构选型转数转数- 额定转数额定转数: nn = 1140 rpm（1）切削运动链的设计）切削运动链的设计 钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为2.88, 无需运动转换，但需要减速。无需运动转换，但需要减速。 三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，即要求具有运动分解功能，其尺寸受到限制。即要求具有运动分解功能，其尺寸受到限制。电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，即要求具有改变运动轴线方向的功能。即要求具有改变
42、运动轴线方向的功能。机构选型机构选型具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传 动。考虑到速度较高，距离较远等因素，此处选用动。考虑到速度较高，距离较远等因素，此处选用 V带传动带传动。电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运动链作远距离传动。动链作远距离传动。能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交 错轴斜传动、蜗杆传动。考虑到两轴线垂直相交且错轴斜传动、蜗杆传动。考虑到两轴线垂直相交且 传动比较小，此处选择传动比较小，此处选择圆锥齿轮传动。圆锥齿轮传动。
43、三个钻头应同向旋转，此处选择一个中心齿轮带动三个钻头应同向旋转，此处选择一个中心齿轮带动 周围三个从动齿轮的定轴轮系。周围三个从动齿轮的定轴轮系。选用万向联轴节或钢丝软轴将选用万向联轴节或钢丝软轴将运动传递给钻头。运动传递给钻头。（2）进给运动链的设计）进给运动链的设计 工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但行程不大。此处选用凸轮机构。行程不大。此处选用凸轮机构。将以上所选机构经适当组合，就得到钻削运动链。将以上所选机构经适当组合，就得到钻削运动链。进给运动链应实现很大的传动比进给运动链应实现很大的传动比563，但进给力不，但进给力不需要太大。选用
44、带传动与蜗杆传动实现二级减速。需要太大。选用带传动与蜗杆传动实现二级减速。进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用蜗进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用蜗杆传动实现回转轴线方向的变化。杆传动实现回转轴线方向的变化。 由于结构尺寸的限制，三个从动齿轮轴线之间的距离远大于三个钻头之间的距离。（3）送料运动链的设计）送料运动链的设计 送料杆行程较大，送料杆行程较大，采用连杆机构放大。采用连杆机构放大。送料运动链减速比与进给运动链相同送料运动链减速比与进给运动链相同 ，故直接由，故直接由蜗杆轴带动。蜗杆轴带动。送料运动规律较复杂，送料运动规律较复杂，故选用凸轮机构。故选用凸轮机构。2.6 2.6
45、机构的组合机构的组合III工作台工作台156432109871211131511将以上所选机构将以上所选机构组合就得到图示组合就得到图示自动钻床的机械自动钻床的机械传动系统。传动系统。电电动动机机带带传传动动(2)凸轮机凸轮机构构(10)带传动带传动(8)带传动带传动(3)锥齿轮锥齿轮传动传动(4)圆柱圆柱齿轮齿轮传动传动(5)工作台工作台凸轮机凸轮机构构(12)连杆连杆机构机构送料杆送料杆蜗杆蜗杆传动传动(9)万向联轴节万向联轴节钻头钻头万向联轴节万向联轴节钻头钻头万向联轴节万向联轴节钻头钻头机构的组合示意框图：机构的组合示意框图：3)机构选型、变异与组合机构选型、变异与组合;4)机构的尺寸综合机构的尺寸综合;5)方案分析方案分析;1)拟定机械的工作原理拟定机械的工作原理;2)执行机构的运动设计和原动机的选择执行机构的运动设计和原动机的选择;6)方案评审。方案评审。设计设计步骤步骤设计步骤总结：设计步骤总结：机械设计是一项具有挑战性的创造性劳动，设计方案的快速确定及合理性与设计经验密切相关，同学们一定要注意观察在生活与生产实际中接触到的各种机电设备，分析了解它们的结构特点、工作原理、积累经验，以便今后设计出更好的机械设备。
