第11章机械系统的方案设计.ppt

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1、第十一章 机械传动系统方案的设计1由由若若干干种种不不同同机机构构组组合合而而成成，能能实实现现机机械械工工艺艺过程所需运动的系统。过程所需运动的系统。单一的常用基单一的常用基本机构本机构机械传动系统机械传动系统工程实际中：工程实际中：方方案案方方案案方方案案n优化选取优化选取创造性的工作！创造性的工作！2要求：要求：1)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)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)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

2、统拟定过程考虑因素：拟定过程考虑因素：实实现现运运动动学学要要求求；成成本本、重重量量、尺尺寸寸、机械效率、寿命等。机械效率、寿命等。31.1.执行系统的方案设计执行系统的方案设计 主主要要有有功功能能原原理理设设计计、动动作作及及运运动动设设计计、执执行行机机构构的的型型式式设设计计、执执行行系系统统的的协协调调设设计计和和执执行系统的方案评价与决策。行系统的方案评价与决策。机械传动方案设计的内容机械传动方案设计的内容2.2.原动机类型的选择原动机类型的选择 机械执行系统运动方案设计机械执行系统运动方案设计 执行系统是直接完成机械系统预期工作任务的部分。执行系统是直接完成机械系统预期工作任务

3、的部分。由由一一个个或或多多个个执执行行机机构构组组成成。执执行行构构件件的的数数量量及及运运动动形形式式、运运动动规规律律和和传传动动特特性性等等要要求求，决决定定了了整整个个执执行行系系统统的的结结构构方案。方案。机机械械执执行行系系统统的的方方案案设设计计是是机机械械系系统统总总体体方方案案设设计计的的核心。核心。一、主要内容和过程一、主要内容和过程 执执行行系系统统运运动动方方案案设设计计，是是在在产产品品规规划划明明确确拟拟定定了了其其功能目标功能目标后进行的。其过程表示在图中。后进行的。其过程表示在图中。功能原理设计功能原理设计 考考虑虑选选择择何何种种工工作作原原理理来来实实现现

4、机机械械预预期期的的功功能能。采采用用的的工工作作原原理理不不同同，设设计计出出的的机机械械会会有有很很大大的的差差异异，因因此此必必须须根根据据机机械械的的具具体体工工作作要要求求，如如强强度度、精精度度、寿寿命命、效效率率、产产量量、成成本本、环环保保等等诸诸多多因因素素综综合合考考虑虑确确定定，尽可能多采用几个方案。尽可能多采用几个方案。动作及运动设计动作及运动设计 根根据据工工艺艺要要求求进进行行工工艺艺动动作作的的分分解解及及执执行行运运动动的的确确定定。同同一一个个工工作作原原理理，可可以以有有多多种种工工艺艺动动作作分分解解。不不同同的的工工艺艺动动作作分分解解，将将会会得到不同

5、的设计结果。得到不同的设计结果。执行机构型式设计执行机构型式设计 实实现现同同一一种种运运动动，可可以以选选择择不不同同型型式式的的机机构构。选选用用何何种种机机构构来来实实现现所所需需运运动动，这这需需要要考考虑虑机机构构的的动动力力特特性性、机机械械效效率率、制制造造成成本本等因素。等因素。执行系统的协调设计执行系统的协调设计 对对于于由由多多个个执执行行构构件件及及执执行行机机构构组组合合而而成成的的复复杂杂机机械械，必必须须使使这这些些执执行行构构件件的的运运动动以以一一定定的的次次序序协协调调配配合合，以以完完成成预预期期的的工工作作要要求。求。机构的尺度设计机构的尺度设计 对对所所

6、选选择择的的各各个个执执行行机机构构进进行行运运动动和和动动力力设设计计，确确定定各各执执行行机机构构的的运运动动学学尺尺寸寸，如如转转动动副副间间的的相相对对位位置置尺尺寸寸、移移动动副副的的导导路路位位置置、高副运动副元素的几何形状及尺寸等等。高副运动副元素的几何形状及尺寸等等。运动和动力分析运动和动力分析 对对整整个个系系统统进进行行运运动动分分析析和和动动力力分分析析，检检验是否满足运动要求和动力性能方面的要求。验是否满足运动要求和动力性能方面的要求。方案评价与决策方案评价与决策 方方案案评评价价包包括括定定性性评评价价和和定定量量评评价价。实实现现同同一一种种功功能能要要求求，可可以

7、以采采用用不不同同的的工工作作原原理理；实实现现同同一一种种工工作作原原理理，可可以以选选择择不不同同的的运运动动规规律律；实实现现同同一一种种运运动动规规律律，可可以以采采用用不不同同型型式式的的机机构构。因因此此，为为了了实实现现同同一一种种预预期期的的功功能能要要求求，可可以以有有多多种种不不同同的的方方案案。机机械械执执行行系系统统方方案案设设计计所所要要研研究究的的课课题题，就就是是如如何何合合理理地地利利用用设设计计者者的的专专业业知知识识和和分分析析能能力力，创创造造性性地地构构思思出出各各种种可可能能的的方方案案，并并从从中中选选出最佳方案。出最佳方案。二、执行系统运动方案设计

8、策略二、执行系统运动方案设计策略 (一一)功能分析与功能求解功能分析与功能求解 1.功功能能分分析析 功功能能分分析析法法是是系系统统设设计计中中拟拟定定功功能能原原理理方方案案的的主主要要方方法法。一一台台机机器器所所能能完完成成的的功功能能，称称为为机机器器的的总总功功能能。功功能能分分析析法法就就是是将将机机械械产产品品的的总总功功能能分分解解成成若若干干功功能能元元，然然后后求求解解功功能能元元，再再将将其其组合，得到满足总功能要求的多种解决方案，以供评价选择。组合，得到满足总功能要求的多种解决方案，以供评价选择。2.功能求解功能求解 根根据据机机构构的的基基本本功功能能，归归纳纳整整

9、理理为为功功能能元元。任任何何一一个个复复杂杂的的机机构构系系统统所所要要实实现现的的运运动动，都都可可以以认认为为是是由由一一些些基基本本的的功功能能元元按按一一定定规规律律组组成成的的，根根据据功功能能元元就就易易于于找找到到相相应应的的功功能能载载体体，实实现现功功能能元元的的求解。求解。基本功能元及符号表示基本功能元及符号表示 列列出出功功能能元元解解的的目目录录。为为了了便便于于设设计计人人员员进进行行功功能能原原理理的的构构思思，可可以以将将有有关关的的功功能能元元解解，按按一一定定的的分分类类排排序序原原则则，用矩阵表的形式列出。用矩阵表的形式列出。注意功能求解的技巧。注意功能求

10、解的技巧。注意：注意：机械执行系统的功能原理及运动方案设计的多方案性机械执行系统的功能原理及运动方案设计的多方案性 为为实实现现同同一一预预定定的的功功能能目目标标，可可以以选选择择不不同同的的功能原理来实现，选用不同的技术原理来完成。功能原理来实现，选用不同的技术原理来完成。例例 齿齿轮轮加加工工方方法法 无无屑屑加加工工(精精密密铸铸造造、粉粉末末冶冶金金成成型型、滚滚压压成成型型)、切切削削加加工工(成成型型法法、展展成成法法)、成成型型法法加加工工的的盘盘状状齿轮铣刀和指状齿轮铣刀、展成法的滚齿和插齿齿轮铣刀和指状齿轮铣刀、展成法的滚齿和插齿例例 糖果包装机设计糖果包装机设计例例 自动

11、输送料板的装置自动输送料板的装置 纽结式纽结式折叠式折叠式接缝式接缝式机械推拉机械推拉平板摩擦平板摩擦 工工艺艺动动作作分分解解与与运运动动方方案案选选择择有有着着密密切切关关系系。实实现现同同一一机机器器功功能能时，应尽可能采用动作简单、工序少数的动作过程。时，应尽可能采用动作简单、工序少数的动作过程。例例 加工内孔加工内孔 摩擦轮摩擦轮底部气吸底部气吸顶部气吸顶部气吸车床车床镗床镗床钻床钻床拉床拉床 例例 加工平面加工平面 （二）执行机构的型式设计、创新与系统的协调二）执行机构的型式设计、创新与系统的协调 机机械械传传动动系系统统的的作作用用就就是是将将原原动动机机的的运运动动和和动动力力

12、传传递递到到执执行行构构件件，执执行行构构件件的的选选择择,就就是是根根据据拟拟定定的的工工作作原原理理和和工工艺艺动动作作过过程程，确确定定执执行行构构件件的的数数目目、运运动动形形式式、运运动动参参数数、运运动动协协调调关关系系。这这是是项项创创造造性性的的工工作作，直接影响到整个机械系统的传动方案。直接影响到整个机械系统的传动方案。牛头刨床刀具往复运动牛头刨床刀具往复运动龙门刨床工件往复运动龙门刨床工件往复运动即使对于同一功能原理，也会有不同的运动方案。即使对于同一功能原理，也会有不同的运动方案。一个执行构件一个执行构件两个执行构件两个执行构件、执行构件的运动设计、执行构件的运动设计1)

13、1)执行构件的数目执行构件的数目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取取决决于于机机械械分分功功能能或或分分动动作作的的多多少少，两两者者不不一一定定相相等等，要要具体分析确定。具体分析确定。如立式钻有两种方案如立式钻有两种方案:142)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转运动每分钟转数每分钟转数 rpmrpm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

14、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、转角大小、运动系数每分钟转位次数、转角大小、运动系数每分钟摆动次数、转角大小、行每分钟摆动次数、转角大小、行程速比系数程速比系数每分钟行程数目、大小、行程速比系数每分钟行程数目、大小、行程速比系数每循环停歇次数、位置、时间、行每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度。程大小和工作速度。每次进给量的大小。每次进给量的大小。15砂轮砂轮工件工件砂轮架砂轮架、各执行构件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

15、循环图1 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a)a)运动彼此独立无需协调配合：运动彼此独立无需协调配合：外外圆圆磨磨床床的的砂砂轮轮和和工工件件的的四四个个运运动动彼彼此此独独立立。故故应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。16b)b)动作协调配合：动作协调配合：图示图示冲床冲床的两个执行构件中，要求：的两个执行构件中，要求：送料构件将原料送入模孔上方后，冲头才可进入模孔进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；行冲压；图示图示折叠包装机构折叠包装机构的两个执行构件中，要求：的两个执行构件中，要求：饼干饼干1342饼

16、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MABMAB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。17c)c)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的传动比。对于有运动协调配对于有运动协调配合要求的构件，往往采合要求的构件

17、，往往采用以一台原动机，用以一台原动机，通过通过传动系统分配运动，实传动系统分配运动，实现协调动作。现协调动作。182 2）机械的工作（运动）循环图）机械的工作（运动）循环图定义：定义：设计机械时，用以表示机械在一个工作循环过设计机械时，用以表示机械在一个工作循环过 程中，各执行构件之间运动配合关系的图形。程中，各执行构件之间运动配合关系的图形。定标件：定标件：用其运动位置（转角或位移）作为确定其它用其运动位置（转角或位移）作为确定其它 执行构件运动先后次序的基准。执行构件运动先后次序的基准。形式：形式：直线式、圆周式、直角坐标式三种。直线式、圆周式、直角坐标式三种。直线式工作循环图直线式工作

18、循环图 退回退回停停 止止冲冲 制制 进给进给冲头冲头送料器送料器曲柄转角曲柄转角 0 90 180 270 360此例中主轴作为定标件。此例中主轴作为定标件。19圆周式工作循环图圆周式工作循环图 图示为单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴图示为单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴为定标件，转为定标件，转2 2圈为一个工作循环。圈为一个工作循环。启启排排气气门门开开启启进进气气门门开开进进气气排排气气压压缩缩膨膨胀胀闭闭进进气气门门关关火火点点曲轴曲轴0 540 360 180 排排门门闭闭关关气气20进进退退 静止静止 静止静止 静止静止 进进退退 MM左执行机构左执行机构1 左执行机构左执行机

19、构2 分配轴转角分配轴转角 0 90 180 270 360 直角坐标式工作循环图直角坐标式工作循环图 饼干包装机工作循环图中，饼干包装机工作循环图中，横轴表示定标件的转角，纵轴表横轴表示定标件的转角，纵轴表示示 执行构件的转角。执行构件的转角。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M把把MAB中，以免干涉。中，以免干涉。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

20、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MBA21、常用机构、常用机构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 222 2）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 单向间歇回单

21、向间歇回转运动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，或转角大小可调的低每次转角小，或转角大小可调的低速场合。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、定位准运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、高精度定位、确，但制造困难、高精度定位、高速场合。高速场合。特殊要求的输送机构。特殊要求的输送机构。233 3）实现往复移动往复摆动运动的机构）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

22、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，但难以实现精确运制造容易、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。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间的运动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。协调，承载能力不大。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度，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。常用作低速进给

23、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，精密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。齿条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。24 凸轮机构的推杆行程一般较小，否则会使压力角过大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。或尺寸过大。连杆机构可以获得较大行程，但不能太大，否则机构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。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。4 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

24、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迹之一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之外，其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。外，其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。25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 26、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

25、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。获得新的机构或特性，已满足使用要求。机构的变异机构的变异1 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。272 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3 3）选不同的构件作为机架）选不同

26、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1 12 23 31 12 23 3连杆连杆-凸轮机构凸轮机构A A1 1B BC CO O2 23 34 4罐头封口机构罐头封口机构要求要求C C点沿接点沿接合缝运动。合缝运动。284 4）选不同的构件作为原动件）选不同的构件作为原动件电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆双摇杆机构中，选连杆作为原双摇杆机构中，选连杆作为原动件，可把风扇转子的旋转转动件，可把风扇转子的旋转转化为连架杆的摇动。化为连架杆的摇动。5 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秧、图示手动插秧机分秧、插秧机构中增加了一插秧

27、机构中增加了一个辅助构件个辅助构件活活舌舌3 3，从而使从而使M M点实现预定轨点实现预定轨迹。迹。123B654M329）机构的串联组合）机构的串联组合、机构的组合、机构的组合 为了实现执行机构的运动形式、运动参数以及运动协调关系，或者为了改善机械的动力特性，需要将选定的各种机构组合在一起。前一个机构的输出，作为下一个机构的输入，前一个机构的输出，作为下一个机构的输入，依次串联。依次串联。一般串联组合：一般串联组合：后一级机构的主动件固连后一级机构的主动件固连在前一级机构的一个连架在前一级机构的一个连架杆上。杆上。5 51 12 23 34 41 1IIIII I1 1s s3 3s s4

28、4IIIII I特殊串联组合：特殊串联组合：后一级机构的主动件串接在后一级机构的主动件串接在前一级机构的一个连杆上。前一级机构的一个连杆上。1 12 23 3A A5 54 4D DC CB BF FE EM M301 12 23 3A A5 54 4D DC CB BM M1 12 23 3A A4 4D DC CB BE E 织布机开口机构。织布机开口机构。M M点通点通过直线段时，从动导杆作较过直线段时，从动导杆作较长时间的停歇。长时间的停歇。IIIII I 齿轮机构与连杆机构的齿轮机构与连杆机构的串联组合。行星轮上各不同串联组合。行星轮上各不同点的轨迹是各种内摆线，故点的轨迹是各种内摆

29、线，故选择不同点选择不同点C C可使从动杆可使从动杆4 4获获得不同的运动规律。得不同的运动规律。特殊串联组合的表示符号：特殊串联组合的表示符号：31）机构的并联组合）机构的并联组合 一个机构产生若干个分支后续机构，或若干个一个机构产生若干个分支后续机构，或若干个分支机构汇合后于一个后续机构的组合方式。分支机构汇合后于一个后续机构的组合方式。一般并联组合：各分支机构间无任何严格的运动协一般并联组合：各分支机构间无任何严格的运动协调配合关系。各分支部分可独立设计。调配合关系。各分支部分可独立设计。表示框图表示框图某航空发动机某航空发动机附件传动系统附件传动系统主动轴主动轴V VI I32特殊并联

30、组合：各分支机构间有严格的运动协调配特殊并联组合：各分支机构间有严格的运动协调配 合关系。合关系。(a)(a)有速比要求有速比要求 各分支部分常共用一台原动机（或集中数控），各分支部分常共用一台原动机（或集中数控），各部分严格按速比设计。各部分严格按速比设计。(b)(b)有轨迹配合要求有轨迹配合要求图示联动凸轮机构中，图示联动凸轮机构中，两个分支凸轮共同驱动两个分支凸轮共同驱动一个从动件，实现矩形一个从动件，实现矩形轨迹完成送料。轨迹完成送料。圆珠笔芯自动送料机构圆珠笔芯自动送料机构1 15 54 43 32 26 61 11 133(c)(c)有时序要求有时序要求 各分支机构在各分支机构在动

31、作的先后次序上动作的先后次序上有严格的要求。有严格的要求。如自动车床上三个如自动车床上三个并联凸轮的工作顺并联凸轮的工作顺序有先后要求。序有先后要求。凸轮凸轮I凸轮凸轮II凸轮凸轮III凸轮凸轮转角转角0 90 180 270 360 放松放松(送料送料)车外圆道角车外圆道角挡料挡料切断切断夹夹 紧紧工件（铆钉）工件（铆钉）外圆车刀外圆车刀棒料棒料切断刀切断刀倒角刀倒角刀凸轮轴凸轮轴挡挡板板IIIIII主轴主轴34(d)(d)有运动形式配合要求有运动形式配合要求 左图所示搅拌机除了左图所示搅拌机除了E E点按曲线运动外，还要点按曲线运动外，还要求搅拌釜作自旋运动，但两者无速比要求。求搅拌釜作自

32、旋运动，但两者无速比要求。砂轮砂轮工件工件砂轮架砂轮架搅拌机构搅拌机构 如右图磨床中的主轴回转、砂轮回转、工件进如右图磨床中的主轴回转、砂轮回转、工件进给也属于运动形式上的配合。给也属于运动形式上的配合。CBADE35三、机械传动方案的评价三、机械传动方案的评价1 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

33、性 设计工作量大小、制造成本、维修难易、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。36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、传量各方案的优劣。如冲床的增力性能、急回性能、传力性能、承载能力、力性能、承载能力、等等；等等；2 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100100分，其余各指标按重要程度分配；分，其余各指标按重要程

34、度分配；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 10 0.25 0.5 0.75 1 分别对应于：很差、差、一般、较好、很好分别对应于：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：371.1.执行系统的方案设计执行系统的方案设计 主主要要有有功功能能原原理理设设计计、动动作作及及运运动动设设计计、执执行行机机构构的的型型式式设设计计、执执行行系系统统的的协协调调设设计计和和执执行系统的方案评价与决策。行系统的方案评价与决

35、策。机械传动方案设计的内容机械传动方案设计的内容2.2.原动机类型的选择原动机类型的选择38往复摆动往复摆动电电 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

36、步转数：3000 3000，15001500，10001000，750750，600 rpm600 rpm39三、三、机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定一、拟定机械传动方案的一般原则一、拟定机械传动方案的一般原则1 1）采用尽可能短的运动链）采用尽可能短的运动链理由：降低重量和制造成本、提高效率、减少累计误差。理由：降低重量和制造成本、提高效率、减少累计误差。方法：在无严格速比要求时，各分支选用独立原动机。方法：在无严格速比要求时，各分支选用独立原动机。2 2）优先选用基本机构）优先选用基本机构理由：基本机构结构简单、设计方便、技术成熟。在不理由：基本机构结构简单、设计方便、技术成熟

37、。在不 满足要求时，才考虑变异或组合。满足要求时，才考虑变异或组合。3 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 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、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，与执行机构螺旋机构等）通常安排运动链的末端，与执行机构靠近。靠近。40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 5）合理分配传动比）合理分配传动比（1

38、 1）每一级传动比应在合理范围内选取；）每一级传动比应在合理范围内选取；（2 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416 6）保证机械的安全运转）保证机械的安全运转

39、为防止倒转可采用自锁装置或制动为防止倒转可采用自锁装置或制动器，防止过载损坏可采用摩擦传动或安器，防止过载损坏可采用摩擦传动或安全联轴器。全联轴器。二、拟定机械传动方案的方法二、拟定机械传动方案的方法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，再细分解成功能元；将总功能分解成若干分功能，再细分解成功能元；为每一个功能元选择一个完成此功能的机构；为每一个功能元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，根据排列组合原理由于实现元功能的机构是多样的，根据排列组合原理

40、可得到若干种运动方案。可得到若干种运动方案。42总功能：加压执行机构上下运动时，能锻出精度较高的毛坯。总功能：加压执行机构上下运动时，能锻出精度较高的毛坯。要求：驱动轴水平放置，加压执行构件竖直方向运动。要求：驱动轴水平放置，加压执行构件竖直方向运动。例例 精锻机主机构精锻机主机构执行机构应具有的分功能：执行机构应具有的分功能：运动形式变换功能运动形式变换功能 运动轴线变向功能运动轴线变向功能 运动位移或速度缩小功能运动位移或速度缩小功能根根据据以以上上分分析析，可可以以得得出出加加压压执执行行机机构构总总体体功功能能的功能转换形态学矩阵。的功能转换形态学矩阵。加压执行机构功能形态学矩阵加压执

41、行机构功能形态学矩阵满足精锻机功能要求的六种基本功能结构满足精锻机功能要求的六种基本功能结构精锻机的四种方案精锻机的四种方案100.8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 1）往复运动、增力、急回功能元可）往复运动、增力、急回功能元可 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例：例：472 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

42、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 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。48机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例一、一、C1325C1325自动车床刀架机械传动系统的分析自动车床刀架机械传动系统的分析1 1）功能分析）功能分析功能要求：功能要求：自动换刀，并能沿工件轴向完成进给运动。自动换刀，并能沿工件轴向完成进给运动。进刀凸进刀凸轮机构轮机

43、构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构1161349功能要求：功能要求：自动换刀，自动换刀，轴向进给轴向进给功能分解：功能分解：转位转位转塔刀架每次转过转塔刀架每次转过6060 ；让刀让刀转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉；转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉；定位定位将保证加工精度的定位销，转位之前拔出；将保证加工精度的定位销，转位之前拔出；进、退刀进、退刀不转时，精确实现预定的进退刀运动。不转时，精确实现预定的进退刀运

44、动。进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构1161350退刀：压簧退刀：压簧12 12 推杆推杆1313回程回程齿轮齿轮6 6 齿条齿条7 7 活动活动 支架支架8 8向右完成退刀。向右完成退刀。2 2）刀架机械传动系统的工作过程）刀架机械传动系统的工作过程在一组刀具加工完毕后让刀：退刀的同时，齿轮让刀：退刀的同时，齿轮1 1 的离合器结合并开始转动的离合器结合并开始转动 过宽齿轮过宽齿轮2 2 圆锥齿

45、轮圆锥齿轮3 3 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构4 4 拔出销拔出销10 10；同时，曲柄同时，曲柄5 5旋转旋转支架支架8 8快速向右让刀。快速向右让刀。进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构1161351转位：让刀快结束时，槽轮开始转位转位：让刀快结束时，槽轮开始转位曲柄曲柄5 5的后半圈的后半圈 支架支架8 8向左移动完成复位。向左移动完成复位。2 2）刀架机械传动系统的工作过程）刀架机械传动系统的工作

46、过程定位：转位结束时，凸轮机构定位：转位结束时，凸轮机构4 4的推杆摆动的推杆摆动插入定插入定 位销位销10 10，齿轮，齿轮1 1离合器脱开并停止运转。离合器脱开并停止运转。进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构1161352转位转位2 2）刀架机械传动系统的工作过程）刀架机械传动系统的工作过程定位定位进给：推杆进给：推杆1313推程推程齿轮齿轮6 6 齿条齿条7 7 活动支架活动支架8 8向左向左

47、完成进给。完成进给。之后进入下一个循环进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构1161353刀架机械传动系统的工作循环图：刀架机械传动系统的工作循环图：定位销定位销转塔转塔活动活动支架支架定位定位拔出拔出静止静止转位转位后退后退复位复位圆柱凸轮转角圆柱凸轮转角0 90 180 270 360 54 组合方式分析：组合方式主要以串联方式为主，但在组合方式分析：组合方式主要以串联方式为主，但在I I、IIII

48、处采用了特殊的并联方式。处采用了特殊的并联方式。进刀凸进刀凸轮机构轮机构齿轮齿齿轮齿条机构条机构曲柄滑曲柄滑块机构块机构圆柱凸圆柱凸轮机构轮机构槽轮机构槽轮机构连杆机构连杆机构圆柱圆柱齿轮齿轮机构机构圆锥圆锥齿轮齿轮机构机构活动支架进退活动支架进退转塔刀架转位转塔刀架转位定位销进退定位销进退I IIIII3 3）刀架机械传动系统各机构的组合方式及特点）刀架机械传动系统各机构的组合方式及特点 机构功用分析：机构功用分析：进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工件需要更换不同的凸轮。件需要更换不同的凸轮。后续串联的齿轮齿条是为了转换运动形式并放大。后

49、续串联的齿轮齿条是为了转换运动形式并放大。后续再串接一个曲柄滑快机构，以增大让刀距离。55进刀凸进刀凸轮机构轮机构齿轮齿齿轮齿条机构条机构曲柄滑曲柄滑块机构块机构圆柱凸圆柱凸轮机构轮机构槽轮机构槽轮机构连杆机构连杆机构圆柱圆柱齿轮齿轮机构机构圆锥圆锥齿轮齿轮机构机构活动支架进退活动支架进退转塔刀架转位转塔刀架转位定位销进退定位销进退I IIIII后续再串接一个曲柄滑快机构，以增大让刀距离。后续再串接一个曲柄滑快机构，以增大让刀距离。圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构使为了改变运动方向。圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构使为了改变运动方向。另外一条传动路线中后并接槽轮机构使为了实现转位。后并接槽轮机构使为了实现

50、转位。并接曲柄滑块机构使为了实现让位。并接曲柄滑块机构使为了实现让位。并接圆柱凸轮机构再串接连杆机构是为了实现定位，并接圆柱凸轮机构再串接连杆机构是为了实现定位，且容易满足时序要求。且容易满足时序要求。56设计任务：设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三设计任务：设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。个孔，并能自动送料。1 1）确定工作原理）确定工作原理二、多头专用钻床机械传动系统设计二、多头专用钻床机械传动系统设计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。