机械系统设计期末复习总结

第一章

1、 系统指的是具有特定功能、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。

2、要素：又称元素。是系统的组成部分，又称为子系统。

3、结构：系统各个要素相对稳定的相互联系、相互作用的方式。 4、功能：系统整体在内部与外部的联系中表现的作用和能力。 5、系统具有6个特性：整体性、相关性（结构性和开放性）、动态性、层次性、目的性和环境适应性。

6、系统是可以分解和综合的。由两个或者两个以上的要素组成的具有一定结构和功能的整体都可以看成是一个系统。

7、组成系统间的要素相互间必须有机地联系。系统整体不等于部分和，表现出了系统的非加和性，即要素的相互作用具有非线性。系统不能分割只能分解。 8、任何系统都具有层次结构。任何系统从简单到复杂的发展过程是分层次的。不同层次的系统之间是相互影响的。

9、机械系统：由若干个装置、部件和零件按照一定的结构组合而成的有特定功能的整体

10、机械系统的组成：动力系统、传动系统、执行系统、操纵与控制系统等。 11、执行系统：直接实现机械系统功能的装置，由执行机构和执行构件组成。 12、传动系统的作用：把动力系统提供的动力和运动传递给执行系统。

13、传动系统的功能：a减速或增速,b变速c改变运动规律或形式d传递动力。 14、操纵系统和控制系统的作用：使动力系统、传动系统以及执行系统彼此协调运行，能够准确可靠地实现机械系统的功能。

15、按照性能不同，功能可以分为基本功能和辅助功能。基本功能：用户直接要求的功能。辅助功能：为了实现基本功能所附加在产品上的功能。辅助功能是实现基本功能的手段。（基本功能、辅助功能、必要功能、次级功能和多余功能） 16、按照满足用户的要求性质的不同，功能分为使用功能和外观功能。

17、用产品的价值来评价功能与成本的统一程度以及表示产品的物美价廉的程度。 功能价值V=功能评价值F=实现功能的最低费用功能现实成本C实现功能的实际费用

功能价值V≤1。V越接近于1，产品的功能价值越高。（V=1最理想；V<1不理想；V>1情况不正常）

18、确定机械系统功能的原则：保证基本功能，满足使用功能，剔除多余功能，增加新颖功能，恰到好处地利用外观功能。

19、失效：产品丧失了规定功能的现象。故障：产品虽然丧失了规定的功能，但可以通过修理的方法使其功能恢复的现象，是一种特殊的失效。可靠性技术：研究产品发生故障或失效原因的技术。

20、衡量可靠性的指标：可靠度R(t)、失效概率F（t）、失效率λ（t）、平均无故障时间MTBF、失效前平均工作时间MTTF、维修度M（t）、有效度A(t)。 21、提高机械系统可靠性的措施：a分析失效的形式，查找失效的原因b提高零部件特别是关键零部件的设计可靠性(①采用减额使用法②采用冗余技术③如有可能，对关键零部件进行可靠性设计，这样起到的效果更明显)c提高机械系统的维修性（初期故障、偶发故障、磨损故障）d简化结构，提高标准化程度，机械系统的零部件越少，系统的可靠性就越高。

22、寿命周期成本包括生产成本、使用成本。生产成本由直接成本和间接成本组

成。使用成本包括运行成本和维修成本。生产成本+利润+税金=销售价格。 23、采取6条措施提高产品的设计和制造经济性：a合理确定可靠性要求和安全系数b贯彻标准化c采用新技术d改善零部件的结构工艺性e采用经济的技术条件f选择合适的材料。

24、机械产品的寿命不应定得过长，制造成本加大，维修和运行成本加大，为技术政策所不允许。不应定得过短，用户要频繁更换产品，既浪费资金，又耽误生产或影响生活。 25、定期维修的优点：可以把维修时间安排在非生产时间，减小因维修造成的损失，在维修之前可做充分的准备，以便缩短维修时间，提高维修效率和质量。缺点：维修周期难以精确确定。对重要的机械产品可采用按需维修的方法：在机械产品使用过程中，对主要零部件进行性能测试，对发现有失效先兆的零部件及时进行更换或修理。

第二章

1、方案设计的内容包括：(1)研究给定的设计任务，对机械产品的功能进行分析和分解；(2)提出实现功能的工艺原理；(3)确定技术过程，引进技术系统；(4)分析结构布局，拟定设计方案；(5)综合评价设计方案，找出最佳方案。

2、机械系统可抽象为：实现输入的能量、物料、信息和输出的能量、物料、信息转化的机械装置。

3、机械系统的基本功能和约束条件：基本功能为物料、能量、信息的传递和转化，约束条件表现为内、外部系统的相互作用和相互影响。

4、系统边界是技术系统功能范围的界限，即内部系统与外部系统的分界。 5、相同的功能载体关系，可以构成不同的结构布局。

6、总体布置设计的目的：确定各零、部件的相互位置和运动关系。 7、总体布置设计的原则：简单、合理、经济。

8、总体布置设计的顺序：先布置执行系统，再布置传动、操纵及支承系统等，最后布置动力和控制系统。要从粗到细，由简而繁，经多次反复修改，才能最后确定。

9、总体布置设计的基本要求：a保证工艺过程的连续和流畅b降低质心高度，减小偏置c保证精度、刚度及抗振性的要求d充分考虑产品系列化的发展的要求e结构紧凑、层次分明f使机械系统操纵、维修和调整方便g外形美观。 10、布置执行机构应注意3个问题：（1）尽量减少执行机构的运动副和构件数目，减小构件的几何尺寸（2）使原动件尽量接近执行构件应保证作业对象装卡和传送方便与安全。

11、布置传动系统应考虑3个问题：（1）简化运动链（2）合理安排传动系统中各机构的顺序（3）应保证传动系统润滑密封可靠。 12、为了提高传动链的传动精度，应尽可能增大传动链中最后一级传动副的传动比。①对以传递动力为主要要求的传动系统，由于传递的载荷较大，应优先采用“蜗杆-齿轮”减速装置；②对以传递运动为主要要求的传统系统，由于对传动精度要求较高，应优先采用“齿轮-蜗杆”减速装置。 13、带传动放在高速级，对整个传动系统都有过载保护作用，而放在低速级只对执行系统有过载保护作用。链传动适于在较低速度下进行传动。 14、操纵件的布置：①操纵件的布置应便于操作②操纵件的布置应使操作人员按习惯进行操作③操纵件的布置应使操作人员有合适的位置④仪器、仪表的位置应

便于操作人员在操纵机器的同时就可以查看。

15、总体主要参数包括：生产率、尺寸参数、运动参数和动力参数。

16、确定执行构件的最高速度nmax和最低速度nmin，从而就可确定变速范围：

n R?maxnmin

17、常见的有两种调速方式：无级变速和有级变速。

18、无级变速优点：可得到最有利的工作速度，便于实现自动化。缺点：变速范围较小，不能得到较准确的速度和传动比，机械特性差，传递功率较小。 19、有级变速 7个标准公比：1.06，1.2，1.26，1.41，1.58，1.78，2.0。

第三章

1、常见的负载特性：恒转矩负载特性：转矩M的大小与转速n的大小无关，转速n变化，转矩M的大小不变。①位能性负载特性：转矩M的方向不随转向变化。②反抗性负载特性：转矩M的方向随转向变化，但转矩M的绝对值不变。

恒功率负载特性：功率P与转速n无关，转速n变化，功率P不变，即P=C(常数)。

转矩M是转速n函数的负载特性：转矩M与转速n成某种函数关系，转速n变化，转矩M按某种规律变化。

转矩M是行程s或转角θ的函数：转矩M与行程s或转角θ成某种函数关系，即M=f(s)或M=f(θ)。

转矩M随时间t变化无规律：转矩M在工作机械工作过程中，与工作时间t没有明显的函数关系，其属于一个为随机变量。

恒转速负载特性:转矩M变化，转速n保持不变，即n=C(常数)，则功率P与转矩M成正比，P=f(M)。

2、载荷按载荷产生的来源分：工作载荷、动力载荷、自然载荷。按载荷是否随时间变化分：静载荷、动载荷。按动载荷的载荷历程分：周期性载荷、非周期性载荷、随机载荷。（周期性载荷和非周期性载荷为确定载荷，随机载荷为非确定载荷）

3、周期载荷包含3个要素：幅值、频率和相位角。 4、非周期载荷包括准周期载荷和瞬变载荷两类。 5、编制载荷谱的方法：功率谱法和循环计数法

6、确定载荷有3种方法：类比法、计算法和实测法。

7、应用类比法确定载荷的先决条件：具有与所设计机械同类型的或相近类型的机械产品，这些机械产品被实践证明是成功的。

计算法确定载荷的条件：已知计算所需的力学原理或经验公式或图表。 应用实测法的条件：已制造出样机或关键部件。 8、机械工作的持续情况就是工作机械的工作制。

9、首选电动机的原因：①驱动效率较高；②种类型号较多；③与工作机连接方便；④调速、起动、制动、反向控制性能好；⑤易于实现远距离自动控制；⑥不污染工作环境。(选择电动机的一个重要前提是必须具备相应的电源)

10、电动机分类方法：按电源不同，电动机分为交流电动机和直流电动机。按转子转速和旋转磁场转速的不同，交流电机可分为同步电动机和异步电动机。按励磁方式不同，直流电机可分为：他励、并励、串励、复励等形式。 11、电动机的机械特性可分为固有机械特性和人为机械特性。

12、三相异步电动机按转子结构可分为笼型电动机和绕线型电动机。笼型电动机:结构简单、易维护、价格低、载荷变化时转速变化较小（特性硬）；但其起动电流较大、起动力矩较小、调速性能差，用于没有调速要求，起动力矩不太大的机械。绕线型电动机:起动力矩较大、起动时功率因数较高,可实现小范围内的调速，且调速控制简单；但与笼型电动机相比，结构复杂、维护较麻烦、价格较贵，广泛用于起动次数较多，起动时负载较大、或需要小范围调速的机械。

13、 三相异步电动机按外壳结构型式可分为：开启式、防护式、封闭式和防爆式。

14、三相异步电动机按安装型式可分为卧式和立式。

15、三相异步交流电动机转子转速为n，旋转磁场转 速为n0，并且满足n0≥n，转差率： S?n0?n?100%n0

16、三相异步电动机定子绕组有两种接法：三角形接法(△型，额定电压为220V) 和星形接法(Y型，额定电压为380V) 。

17、三相异步电动机的固有机械特性（4点3段）和人为机械特性（P55-56）。

MM18、起动转矩倍数λst 、过载倍数λm: ?m?m?st?st MNMN起动转矩倍数λst反映电动机的起动能力，λst越大，电动机的起动性能越好。过载倍数λm反映了电动机的过载能力。 λm越大，电动机的过载能力越强。 19、减小起动电流Ist：①将△型接法改为Y型接法；②在定子电路中串入起动电阻； ③采用自耦变压器降低电动机端电压可减小起动电流Ist，但也使起动转矩Mst减小。

20、单相异步电动机起动力矩Mst=0，不能起动，须借助于其他方法起动：电容分相式和罩极式。

21、同步电动机既需要交流电又需要直流电。不能直接起动，需要异步起动。交流电→定子电枢绕组→建立旋转磁场；直流电→转子励磁绕组→建立旋转磁极。 22、同步电动机的优点：可在功率因数cosФ=1的状态下运行，不用从电网吸收无功功率；可通过改变转子励磁电流大小的方法，调节无功功率的大小，改善电网的功率因数；同步电动机的转速恒定，不随外载变化。

23、按照励磁绕组与电枢绕组关系的不同，直流电动机可分为4类：他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机。

24、电动机选择的内容：类型、结构、额定电压、额定转速、额定功率。 25、电动机的类型选择原则：满足使用要求的前提下，交流电动机优先于直流电动机；笼型电动机优先于绕线型电动机；专用电动机优先于通用电动机。（P58-59） 26、三相异步交流电动机的工作制分为9类：S1-S9。 27、电动机的负载图表示电动机的转矩M、功率P和电流I随时间t变化的情况。即M=f(t)、P=f(t)、I=f(t)关系。

第四章

1、执行系统（也叫工作机械或工作装置）是机械系统主要的组成部分，是机械系统中直接完成预期功能的部分。由执行构件和执行机构组成。 执行构件是执行机构中的一个或几个构件，是执行系统中直接完成功能的零部件。执行机构是带动执行构件运动所需要的机构。

2、执行系统的作用是传递或变换运动和动力，把传动系统传来的运动或动力进

行变换后传递给执行构件，满足其要求。

3、 执行系统的功能有：夹持、搬运、输送、分度与转位、检测、施力、实现运动形式或运动规律的变换、完成工艺性复杂动作等。

4、夹持：抓取、夹持和放开。搬运：对路线没有明确要求。输送：按给定的路线将。分度与转位：①使工件转动一个角度②对工件进行定位③松开工件④使工件转下一个角度(相同点：使工件转动一个角度。不同点：分度对转动的角度要求较精确，转位对转动角度要求不太严)。检测:（1）使工件顺序到达检测部位，并使工件“浮动”（2）用检测探头对工件进行检测（3）把合格件和不合格件分开。

5、按对运动和动力的要求不同执行系统分为：动作型、动力型和动作-动力型。动作型：能实现精确的动作，各构件受力较小，对执行构件的运动参数有较精确的要求，对各构件的强度和刚度无特殊要求。

动力型：能克服生产阻力做一定的功，执行构件的运动参数没有严格要求，但对系统中的各构件有严格的强度和刚度要求。

动作-动力型：既要求执行系统能实现预期精度的动作，又要克服较大的生产阻力。

6、在满足运动要求的前提下，运动链尽量短。 7、执行系统的设计要求：a能实现有一定精度的运动和动作 b各零件应有足够的强度和刚度 c各执行机构间动作应协调配合 d结构合理，造型美观，便于制造和安装 e工作安全可靠，有足够的使用寿命

8、影响机构精度的主要因素有：①机构的原理误差②构件的制造和装配误差③构件的弹性变形和热变形造成的误差④磨损引起的运动副间隙加大造成的误差。

第五章

1、传动系统是位于动力机与执行机构（或执行构件）之间的中间装置，它的作用是将动力机的运动和动力传递给执行机构（执行构件）。 2、传动系统是由运动链及相应的联系装置组成的。

3、传动系统的功能：改变动力机输出的运动形式或转速，以满足执行系统的要求；调节动力机输出的速度、转矩或力，以满足执行机构的要求；分配动力机输出的运动和动力，以满足执行系统的要求。

4、对传动系统的要求：1）考虑动力机与执行系统的匹配，使它们的机械特性相适应，并使两者的工作点接近各自的最佳工况点且工作平稳。2）满足执行机构在起动、制动、调速、反向和空载等方面的要求。（系统在起动时，起动力矩一般大于正常稳定运转的力矩）3）传动系统的运动链应尽量短。4）传动系统应布置紧凑，有较小的外廓尺寸和重量。5）当机械系统的载荷频繁变化，而且有较大过载时，传动系统中要设置过载保护装置。 6）对传动系统要有安全防护措施。 5、按传动比变化情况传动系统可分为：固定传动比传动系统和可调传动比传动系统。固定传动比传动系统又可分为减速传动和增速传动两种情况。可调传动比传动又可分为：有级变速传动系统、无级变速传动系统和周期性变速传动系统。 6、传动系统按驱动形式可分为：独立驱动传动系统、集中驱动传动系统和联合驱动传动系统。 按工作原理不同，传动系统可分为：机械传动系统、流体传动系统和电传动系统。

7、传动系统包括：变速装置、起停和换向装置、制动装置、安全装置等。 8、传动类型的选择：a执行系统的工作状况；b动力机的机械特性和调速性能；

c对传动比的要求，包括传动比的大小、范围及准确程度；d对传动系统尺寸、重量、布置的要求；e工作环境的要求；f经济性要求，如可靠性、寿命、传动效率、制造费用、运转费用、维修费用等；g操纵与控制方式要求;h其他要求，如现场技术条件(能源条件及制造能力)，标准件的选用及保护等方面的要求。 9、机械系统对变速装置的要求：(1)能传递足够的功率和转矩。(2)具有较高的传动效率。(3)满足速度和转矩范围的要求，对有级变速装置还要求满足执行机构要求的级数。(4)体积和质量尽可能小。(5)工作平稳、噪声、振动较小。(6)结构简单、制造、装配和维修工艺性好。(7)润滑、密封、散热良好。(8)防止漏油、漏气、漏水现象发生。

10、常用的离合器按工作原理分有两种形式：啮合式离合器和摩擦式离合器。按操纵方式分类有3种形式：机械操纵式、液压操纵式、电磁操纵式。

11、普通啮合器有2个缺点：a当移动啮合套时会发生顶齿现象；b啮合套同时与两个齿轮啮合时，会因振动及非操纵轴向力作用而自动退出从而导致脱档。 12、不同机械对起停和换向的要求不同，通常有下面三种情况：(1)不需要换向且起停不频繁。(2)需要换向，但不频繁。(3)换向、起停频繁。 13、起停和换向装置可分为两大类：（1）靠按钮或操纵杆直接控制动力机实现起停和换向。（2）用离合器和换向器实现传动系统的起停和换向，不必改变动力机的运动状态。

14、 对以电动机为动力机的机械系统，可以采用如下两种起停和换向装置方案: （1）控制电动机来实现系统的起停和换向。适用于起停和换向不频繁的电动机，或起停和换向频繁的小功率的电动机。方案的优点：结构简单，操作方便。 （2）通过离合器、啮合器实现系统的起停和换向。适用于中等以上功率电动机带动的，起停和换向频繁的传动系统。

15、动力机为内燃机时，内燃机不能负载起动，不能频繁起动，更不能反转。因此，必须在传动系统里设置起停和换向装置。

16、对制动器的基本要求是：工作可靠，操纵方便，制动平稳且时间较短，结构简单，尺寸小，磨损小，散热良好。 17、用电动机作动力机时，可以利用给电动机接入反向电流的方法制动（反接制动），这种方法操纵方便，制动时间比较短。但由于制动电流较大，对电动机和电网有影响；电动机有反转的趋势，使电动机轴和传动系统受较大的惯性冲击，对传动系统及电动机轴有影响。所以这种方法只能用于传动系统惯性较小(惯性参数小、运动速度小)或电动机功率较小，转速较低的情况。 18、安全装置在转速较高的传动件上，结构尺寸可小一些，安全装置装在靠近执行机构的传动构件上，一旦发生过载，执行机构就能迅速地停止运动。综合以上两点，安全装置应装在靠近执行机构且转速较高的构件上。 19、转速图：距离相等的一组竖线表示变速组中各传动轴。距离相等的一组横线代表转速线。各轴与相应转速线的交点(用小圆表示)表示相应的转速。相邻两轴相应转速点的连线，表示一对齿轮副的传动比，连线向下倾斜，表示减速；连线向上扬，表示增速。

20、当变速级数Z′大于一定值时，就不能采用二轴变速传动。

21、多轴变速传动系统运动设计步骤：(1)确定传动顺序：对于减速传动，传动顺序应是前多后少，这样高速轴上的传动件多，可以节约材料，减小变速箱尺寸，减轻重量。(2)确定变速顺序：确定基本变速组和扩大变速组的排列顺序。(3)确定各变速组的传动比。

imax?4(减速)11imin?(~)(增速)22.522、在确定各级传动比时，应遵循3条原则：a各传动副的传动比不应超过极限传动比；b尽量提高中间轴的最低转速。为此，对于降速传动，使i1

23、若变速组的级比φ a与输出轴转速系列的公比φ相等， 即级比指数a=1，这个变速组叫基本变速组。若变速组的级比指数a等于基本变速组的传动副数，这个变速组叫扩大变速组。

24、为了避免空档和重复转速的出现，三轴变速传动应由一个基本变速组和一个扩大变速组组成。 25、

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