动力和操纵控制系统的方案设计

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1、机械设计的基本程序1机械系统的组成运动循环图运动方程传动比人—机—环境关系23动力和操纵控制系统的方案设计3.1机械动力系统的方案设计3.2操纵控制系统的方案设计2.3机械系统的精度设计33.1机械动力系统的方案设计3.1.1动力系统设计的基本思想3.1.2机械系统的载荷特性3.1.3载荷谱及其编制3.1.4动力机械的类型及其特性3.1.5动力机械的选用原则43.1.1动力系统设计的基本思想机械系统设计安全可靠零部件：强度、刚度、稳定性；动力系统（动力机）：满足执行系统的功率要求；5动力系统设计系统所受

2、载荷动力机功率功能原理设计如何选择动力机？63.1.2机械系统的载荷特性1.机械系统的载荷及其分类机械系统的载荷所有机械在工作中几乎都要承受各种外力的作用，工程上把这些外力称为载荷。载荷的分类按载荷的作用形式分类按零件发生变形的不同分类按载荷产生的来源分类按载荷是否随时间变化分类7载荷的分类1按载荷作用形式直接作用载荷间接作用载荷力、力矩温度、地震以变形的形式作用8载荷的分类2按零件变形不同拉伸（压缩）载荷弯曲载荷扭转载荷9载荷的分类3按载荷产生的来源工作载荷动力载荷自重载荷风、雪载荷温度载荷水力载荷机

3、器工作阻力运动变化自身重量风压、雪压温度变化水压力、流动阻力10111940年美国西海岸华盛顿州世界第三的Tacoma大桥，中央跨距853m，悬索桥结构，建成四个月在19ms-1的风载下塌毁。12载荷的分类4随机载荷按载荷大小和方向是否随时间变化静载荷动载荷周期性变化冲击载荷周期载荷载荷作用时间短随时间无规律变化注意：载荷与应力不同13各种不同的载荷—时间历程143.1.2机械系统的载荷特性2.工作载荷的确定方法需求方提供设计者自定国标、规定类比法参考同类或相近的机械，根据经验或简单的计算确定所设计机械

4、的载荷。主要应用在载荷难定或初步设计阶段。包括：几何尺寸类比、动力类比计算法根据机械的功率要求和结构特点，运用各种力学原理、经验公式或图表等计算确定载荷。理论力学实测法用实验分析的方法测定机械及其零件的载荷。直接、准确。15现设计机械原有机械1617183.1.3载荷谱及其编制载荷谱的基本概念原始记录的载荷-时间历程称为机械的工作谱或使用谱。经过概率统计分析的方法处理后，能反映载荷随时间变化的，并具有统计特征的载荷—时间历程称为载荷谱。编谱：由实测载荷谱经统计处理简化为典型载荷谱的过程。编谱目的：把随机

5、载荷化为有规律的载荷的累加（或叠加），便于疲劳分析计算或试验。编谱过程：实测载荷谱统计处理典型载荷谱193.1.3载荷谱及其编制随机载荷的统计处理方法功率谱法循环计数法借助傅立叶变换，将随机载荷分解为无限多个具有各种频率的简谐载荷，得到功率谱密度函数。把载荷-时间历程离散成一系列的峰值和谷值，然后计算载荷峰值或幅值发生的频次、频率、概率密度和概率分布函数等。20循环数与反向数21判读计数编谱计数法处理随机载荷22循环计数法峰谷值计数法232425循环计数法幅程计数法2627循环计数法中的雨流法计数规则雨

6、流的起点依次从每个峰（谷）值的内侧开始；雨流在下一个峰（谷）值处落下，直到对面有一个比开始时的峰（谷）值更大（更小）的值时停止；当雨流遇到来自上面一层流下的雨流时就停止；取出所有的全循环，并记下各自的振程；按正、负斜率取出所有的半循环，并记下各自的振程；将取出的半循环，按雨流法第二阶段计数法则处理并计数。28雨流法全循环：半循环：29雨流法标准发散—收敛谱标准收敛—发散谱3031三点雨流法必须以绝对值最大的峰或谷开始计数32雨流法提取有效循环载荷33343536四点雨流计数法3738循环计数法的结果频率

7、直方图累积频次曲线394041423.1.4动力机械的类型及其机械特性1.动力机：机械设备中驱动执行机构的机械，也称原动机。2.动力机的类型：动力机一次动力机二次动力机内燃机（柴油机、汽油机）电动机、液压马达、气动马达433.1.4动力机械的类型及其机械特性1.动力机：机械设备中驱动执行机构的机械，也称原动机。2.动力机的选用（1）分析工作机械的负载特性和要求，包括工作机械的载荷特性、工作制度、结构布局和工作环境等。（2）分析动力机本身的机械特性，包括动力机的功率、转矩、转速等特性，以及动力机所能适应的

8、工作环境。使动力机的机械特性与工作机械的负载特性相匹配。（3）进行经济性的比较，当同时可用多种类型的动力机进行驱动时，经济性的分析是必不可少的，包括能量的供应和消耗，动力机的制造、运行和维修成本的对比等。44在选择动力机时，可根据各类动力机的特点进行各种方案的比较，首先确定动力机的类型，然后根据工作机械的负载特性计算动力机的容量。有时也可预选动力机，在产品设计出来后再进行校核。动力机的容量通常是指其功率的大小。动力机的功率P（单位：kW）与