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1、第七章第七章 机械系统运动方案设计机械系统运动方案设计 第一节机械总体方案设计第一节机械总体方案设计 重要性重要性直接决定产品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企直接决定产品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企业效益。业效益。核心内容核心内容机械运动方案设计，最具创造性和综合性。机械运动方案设计，最具创造性和综合性。一、机械产品的设计过程一、机械产品的设计过程 五个阶段五个阶段产产品品规规划划(概概念念设设计计)、总总体体方方案案设设计计、结结构构技技术术设设计计、生产施工设计生产施工设计(工艺设计工艺设计)、改进设计。、改进设计。阶阶段段步骤步骤方法方法主主 要要 指指 导导 理理 论论产产
2、品品规规划划设计方法设计方法预测技术预测技术设计方法学设计方法学技术预测理论技术预测理论市场学市场学信息学信息学机械产品设计一般进程机械产品设计一般进程信息集约信息集约可行性报告、设计要求项目表可行性报告、设计要求项目表产品设计任务产品设计任务预测调研预测调研可行性分析可行性分析明确任务要求明确任务要求阶阶段段步骤步骤方方法法主主 要要 指指 导导 理理 论论原原理理方方案案设设计计系统化设计法系统化设计法创造技法创造技法评价决策方法评价决策方法系统工程学系统工程学形态学形态学创造学创造学思维心理学思维心理学决策论决策论模糊数学模糊数学总功能分析总功能分析原理参数表、方案原理图原理参数表、方案
3、原理图功能分解功能分解功能载体组合功能载体组合功能原理方案功能原理方案(多个多个)功能元求解功能元求解原理试验原理试验评价决策评价决策最优原理方案最优原理方案阶阶段段步骤步骤方法方法主要指导理论主要指导理论技技术术设设计计价值设计价值设计优化设计优化设计可靠性设计可靠性设计宜人性设计宜人性设计产品造型设产品造型设计计系列化设计系列化设计机械性能设机械性能设计计工艺性设计工艺性设计自动化设计自动化设计价值工程学价值工程学最优化方法、工程最优化方法、工程遗传算法遗传算法可靠性理论与实验可靠性理论与实验人机工程学人机工程学工业美学工业美学模块化设计、模块化设计、相似理论相似理论有限元法、动态设有限元
4、法、动态设计、摩擦学设计、计、摩擦学设计、高等机构学高等机构学机械设计的工艺基机械设计的工艺基础础控制理论、智能工控制理论、智能工程、人工神经元计程、人工神经元计算方法、专家系统算方法、专家系统结构方案结构方案(多个多个)结构价值分析结构价值分析试验模型试验模型试验试验总体设计总体设计结构设计结构设计造型设计造型设计造型价值分析造型价值分析外观方案外观方案(多个多个)评价决策评价决策评价决策评价决策最优结构方案最优结构方案最优造型方案最优造型方案最优技术设计方案最优技术设计方案总体布置图、装配总体布置图、装配草图、技术文件草图、技术文件总体效果图、总体效果图、外观效果模型外观效果模型阶阶段段步
5、骤步骤方法方法主要指导主要指导理论理论施施工工设设计计各种制造、装各种制造、装配、造型、装配、造型、装饰、检验等方饰、检验等方法法各种工艺学各种工艺学批批量量生生产产计算机辅助制计算机辅助制造造销销售售反馈控制法反馈控制法零件工作图零件工作图外观件加工工艺、外观件加工工艺、面饰工艺规程面饰工艺规程部件装配图部件装配图效果图、检验标准效果图、检验标准技术文件技术文件造型工艺文件造型工艺文件试制试制修改修改批量生产批量生产技术服务技术服务用户访问用户访问 二、二、机械总体方案设计的目的和内容机械总体方案设计的目的和内容目的目的 产产品品功功能能是是否否齐齐全全、性性能能是是否否优优良良、经经济济效
6、效益益是是否否显显著著，在在很很大大程程度度上上取取决决于于总总体体方方案案设设计计的的构构思思和和方方案案拟拟定定时时的的设设计思想。计思想。内容内容执行系统的方案设计执行系统的方案设计执行系统方案评价与决策执行系统方案评价与决策执行系统协调设计执行系统协调设计执行机构型式设计执行机构型式设计运动规律设计运动规律设计系统功能原理设计系统功能原理设计机构尺度设计机构尺度设计运动和动力分析运动和动力分析原动机类型的选择和原动机类型的选择和传动系统的方案设计传动系统的方案设计各级传动比的分配各级传动比的分配传动链中机构传动链中机构顺序的安排顺序的安排传动路线选择传动路线选择传动类型选择传动类型选择
7、控制系统的方案设计控制系统的方案设计其它辅助系统的设计其它辅助系统的设计照明系统设计照明系统设计安全保障系统设计安全保障系统设计故障检测系统设计故障检测系统设计冷却系统设计冷却系统设计润滑系统设计润滑系统设计第二节第二节 现代设计观念与创新设计简介现代设计观念与创新设计简介 一、现代设计观念一、现代设计观念 (一一)机械设计的历史机械设计的历史 人类设计人类设计经历的阶段经历的阶段直觉设计阶段直觉设计阶段凭直观感觉来设计制凭直观感觉来设计制作工具和机械，往往作工具和机械，往往带有一定的盲目性带有一定的盲目性经验设计阶段经验设计阶段依依靠靠个个人人的的才才能能和和经经验验，运运用用一一些些基基本
8、本设设计计计计算算理理论论，借借助助类类比比、模模拟拟和和试试凑等方法进行设计凑等方法进行设计半理论半经验半理论半经验设计阶段设计阶段充分利用数据、图表和手册等充分利用数据、图表和手册等进行设计，减少了设计的盲目进行设计，减少了设计的盲目性，增加了合理性性，增加了合理性 (二二)现代设计方法的主要分支现代设计方法的主要分支设计方法学设计方法学(Design methodology)优化设计优化设计(Optimal design)价值工程价值工程(Value engineering)计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)可靠性设计可靠性设计(Reliability design)工业艺术工业艺术
9、造型设计造型设计(Visual design)模块化设计模块化设计(Modular design)反求工程反求工程(Inverse engineering)有限元法有限元法(Finite element method)机械动态设计机械动态设计(Dynamic design)相似性设计相似性设计(Similarity design)系统化设计系统化设计(Systematization design)并行设计并行设计(Concurrent design)人机工程学人机工程学(Man-machine engineering，ergonomics)模态设计模态设计(Modal design)现代设计方
10、法的核心现代设计方法的核心机械机械创新设计创新设计(Innovative design)比较内容比较内容传统设计传统设计现代设计现代设计设计性质设计性质侧重技术侧重技术面向功能，将技术、经济和社会面向功能，将技术、经济和社会环境因素结合在一起统筹考虑环境因素结合在一起统筹考虑设计进程设计进程在在战略进程和战术步骤上有战略进程和战术步骤上有随意性随意性强调设计进程及其步序的模式化强调设计进程及其步序的模式化设计手段设计手段计算器、图板加手册的个体计算器、图板加手册的个体手工作业手工作业充分利用电子计算机进行计算、充分利用电子计算机进行计算、自动绘图和数据库管理，集团分自动绘图和数据库管理，集团分
11、工协作工协作设计方式设计方式以以经验总结、规范依据为主经验总结、规范依据为主强调预测与信号分析及创造性的强调预测与信号分析及创造性的相互配合相互配合设计部署设计部署只限于从方案到工作图这个只限于从方案到工作图这个阶段阶段贯穿开发的全过程，考虑全寿命贯穿开发的全过程，考虑全寿命周期的质量信息反馈周期的质量信息反馈设计思维设计思维朝向结构方案的朝向结构方案的“收敛性思收敛性思维维”面向总体功能目标的面向总体功能目标的“发散性发散性”思维思维传统设计与现代设计的比较传统设计与现代设计的比较比较内容比较内容传统设计传统设计现代设计现代设计设计方法设计方法采用少数的验证性分析以满采用少数的验证性分析以满
12、足限定的约束条件足限定的约束条件多元性方法学直接综合使其在各多元性方法学直接综合使其在各种条件下实现方案与全域优化目种条件下实现方案与全域优化目标标设计目标设计目标局限在微观和结构局限在微观和结构注重全局构成及协调，包括造型注重全局构成及协调，包括造型设计、宜人设计设计、宜人设计设计考虑设计考虑的工况的工况按按确定工况与静态考虑确定工况与静态考虑研究动态的随机工况、模糊性及研究动态的随机工况、模糊性及随机性随机性设计评估设计评估采用单项与人为准则采用单项与人为准则采用科学的模糊综合评判采用科学的模糊综合评判传统设计与现代设计的比较传统设计与现代设计的比较 (三三)机械现代设计和创新设计的特点机
13、械现代设计和创新设计的特点 从经验积累上升到系统理论，更具科学性。从经验积累上升到系统理论，更具科学性。由由漫漫长长的的相相对对稳稳定定到到充充满满活活力力的的快快速速飞飞跃跃发发展展，更更具具创创造性。造性。从从较较单单一一的的应应用用力力学学体体系系发发展展到到多多学学科科融融合合的的系系统统工工程程，更具多元性。更具多元性。从从设设计计的的指指导导思思想想、理理论论体体系系以以及及设设计计技技法法、设设计计的的物物质手段都充分体现了最新的科学技术成就，更具完美性。质手段都充分体现了最新的科学技术成就，更具完美性。设计设计“绿色机器绿色机器”成了现代机械设计追求的目标。成了现代机械设计追求
14、的目标。二、创造性设计与创造性思维二、创造性设计与创造性思维创造性思维的主要特点创造性思维的主要特点 独特性；独特性；多向发散性；多向发散性；非逻辑性；非逻辑性；连动性；连动性；综合性。综合性。部分创造技法部分创造技法方法名称方法名称方法的主要特点方法的主要特点方法的主要目的方法的主要目的特性列举法特性列举法将将事物按名词、形容词、动词分事物按名词、形容词、动词分解为三方面特性，将每类特性加解为三方面特性，将每类特性加以改变或延拓以改变或延拓化整为零，逐个研究改化整为零，逐个研究改进进希望点列举希望点列举法法根据社会需求或个人愿望，通过根据社会需求或个人愿望，通过列举希望来形成创新目标列举希望
15、来形成创新目标将将思维收敛于某思维收敛于某“目标目标”，侧重自由联想，思，侧重自由联想，思路更宽路更宽缺点列举法缺点列举法挑事物的毛病，提出改进设想挑事物的毛病，提出改进设想追求完满，追求卓越追求完满，追求卓越智爆法智爆法集合集合35人，根据议题自由畅谈，人，根据议题自由畅谈，不准批评，寻求创意不准批评，寻求创意以量求质以量求质设问探求法设问探求法根据多项创造性的提问，进行分根据多项创造性的提问，进行分项检核，寻求创意项检核，寻求创意帮助人们广思，思考方帮助人们广思，思考方向和目标明确向和目标明确联想类比法联想类比法通过比较，借助原有知识，在异通过比较，借助原有知识，在异中求同，在同中求异中求
16、同，在同中求异分析两事物的相同或相分析两事物的相同或相似点，由此及彼似点，由此及彼方法名称方法名称方法的主要特点方法的主要特点方法的主要目的方法的主要目的组合法组合法按一定技术原理，将两个或多个按一定技术原理，将两个或多个功能元素合并，形成新产品、新功能元素合并，形成新产品、新工艺、新材料工艺、新材料产生新功能产生新功能功能分析法功能分析法紧紧围绕功能分析、求解、组合紧紧围绕功能分析、求解、组合寻找方案寻找方案满足产品的功能要求是满足产品的功能要求是设计的核心设计的核心综摄法综摄法把初次接触的事物或发现，联系把初次接触的事物或发现，联系到熟悉的事物中，用新眼光变熟到熟悉的事物中，用新眼光变熟悉
17、为陌生，以新观点、新方式思悉为陌生，以新观点、新方式思考问题考问题将毫无关联、完全不同将毫无关联、完全不同的知识要素结合起来形的知识要素结合起来形成新方案成新方案转向法转向法在在求解问题中变换求解因素，采求解问题中变换求解因素，采用其他原理、改变思索方向用其他原理、改变思索方向完善计划、修改方案、完善计划、修改方案、修正观点修正观点仿生法仿生法模仿人或生物的生理原理、结构、模仿人或生物的生理原理、结构、外形、感觉机理外形、感觉机理向人或生物索取启迪向人或生物索取启迪函询集智法函询集智法借助反复函求多名专家的书面意借助反复函求多名专家的书面意见形成创意见形成创意具有匿名性，便于充分具有匿名性，便
18、于充分发表看法发表看法方法名称方法名称方法的主要特点方法的主要特点方法的主要目的方法的主要目的635法法6人人参加，每次每人写参加，每次每人写3个设想，个设想，5分钟后交换，看过别人的设想分钟后交换，看过别人的设想后，再修正和补充后，再修正和补充3个设想个设想以笔代口，相互激励，以笔代口，相互激励，短时间内可产生较多的短时间内可产生较多的设想方案设想方案设计目录法设计目录法通过完备的设计信息库进行系统通过完备的设计信息库进行系统搜索搜索有利于计算机辅助自动有利于计算机辅助自动化设计化设计评价法评价法通过评价寻找弱点加以改进完善通过评价寻找弱点加以改进完善寻求最优解决方案寻求最优解决方案价值分析
19、法价值分析法从从经济效益出发分析和改进方案经济效益出发分析和改进方案追求高价值的产品追求高价值的产品物场分析法物场分析法任何主体总是通过任何主体总是通过“场场”作用于作用于客体，根据客体寻找合理的客体，根据客体寻找合理的“场场”和主体和主体使使物场三要素相互作用物场三要素相互作用更有效，功能更完善、更有效，功能更完善、可靠可靠分解法分解法把事物分解或离散，使问题暴露把事物分解或离散，使问题暴露出来，改进后重组出来，改进后重组便于抓住主要矛盾，寻便于抓住主要矛盾，寻求特色创意求特色创意形态综合法形态综合法对对创造对象进行因素分解，列出创造对象进行因素分解，列出每个因素的全部形态每个因素的全部形态
20、(手段手段)，按，按组合原理形成众多方案组合原理形成众多方案寻找尽可能多的解，从寻找尽可能多的解，从中选优中选优方法名称方法名称方法的主要特点方法的主要特点方法的主要目的方法的主要目的专利利用法专利利用法利用专利文献寻求改进、完善设利用专利文献寻求改进、完善设想想防止盲目，避免重复劳防止盲目，避免重复劳动动移植法移植法把把一个对象的原理、方法运用于一个对象的原理、方法运用于另一个对象中另一个对象中使使已有技术在新领域中已有技术在新领域中延续和拓展延续和拓展黑箱法黑箱法根据输入、输出内容，探求黑箱根据输入、输出内容，探求黑箱内部的原理和结构内部的原理和结构用用因果逻辑关系寻求输因果逻辑关系寻求输
21、入与输出的最佳联系方入与输出的最佳联系方式式假拟设计假拟设计通过计算机模拟或虚拟现实完善通过计算机模拟或虚拟现实完善设计设计高效、快速、低成本、高效、快速、低成本、高质量高质量优化设计优化设计建立研究对象的优化数学模型及建立研究对象的优化数学模型及目标函数，用计算机对计算结果目标函数，用计算机对计算结果进行分析、判断、寻优进行分析、判断、寻优高效、降低成本、提高高效、降低成本、提高质量、适于各种复杂设质量、适于各种复杂设计计反求设计反求设计利用现有科技成果引进先进技术，利用现有科技成果引进先进技术，消化吸收后创新消化吸收后创新吃透原设计，创造更优吃透原设计，创造更优的设计的设计第三节第三节 机
22、械执行系统运动方案设计机械执行系统运动方案设计 重要性重要性执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械系统预期工作任务。系统预期工作任务。机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核心，是整个机械设计工作的基础。心，是整个机械设计工作的基础。机械执行系统的组成机械执行系统的组成 由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，决定了整个执行
23、系统的结构方案。决定了整个执行系统的结构方案。一、机械执行系统运动方案设计的主要内容和过程一、机械执行系统运动方案设计的主要内容和过程 功能原理设计功能原理设计根根据据需需要要制制定定机机械械的的总总功功能能，拟拟定定实实现现总总功功能能的的工工作作原原理理和和技技术术手手段段，确确定定机机械械所所要要实实现现的的工工艺艺动作动作运动规律设计运动规律设计通通过过对对工工作作原原理理所所提提出出的的工工艺艺动动作作进进行行分分解解，决决定定采采用用何何种种运运动动规规律律来来实实现现工工作作原原理理执行机构型式设计执行机构型式设计决决定定选选择择何何种种机机构构实实现现给给定定的的运运动动规律规
24、律执行系统协调设计执行系统协调设计执行机构型式设计执行机构型式设计根根据据工工艺艺过过程程对对各各动动作作的的要要求求，分分析析各各执执行行机机构构应应当当如如何何协协调调配配合合，设设计计出出机机械械运运动循环图动循环图确确定定各各执执行行机机构构的的运运动动尺尺寸寸，绘绘制制出出各各执执行行机机构构的的运运动动简简图图运动和动力分析运动和动力分析检检验验执执行行系系统统是是否否满满足足运运动动要要求求和和动动力力性性能能方方面的要求面的要求方案评价与决策方案评价与决策对对方方案案进进行行定定性性评评价价和和定定量量评评价价并并从从中中选选出出最最佳佳设计方案设计方案 二、执行系统的功能原理
25、设计二、执行系统的功能原理设计1.功能原理的选择与构思功能原理的选择与构思产品的功能产品的功能产产品品的的用用途途、性性能能、使使用用价价值值等等，根根据据人人们们生生产产或或生生活活需要提出。需要提出。确定功能指标的考虑因素确定功能指标的考虑因素先进性先进性可行性可行性经济性经济性功能原理设计的重要性功能原理设计的重要性决决定定产产品品的的技技术术水水平平、工工作作质质量量、传传动动方方案案、结结构构型型式式、制造成本等。制造成本等。功能原理设计的多方案性功能原理设计的多方案性工作原理不同，运动方案也不同工作原理不同，运动方案也不同齿轮加工齿轮加工剃齿剃齿范成原理范成原理仿形原理仿形原理工作
26、原理相同，运动方案不同工作原理相同，运动方案不同齿轮加工齿轮加工插齿插齿滚齿滚齿 其它实例其它实例斜面的应用斜面的应用螺螺旋旋压压力力机机、螺螺旋旋千千斤斤顶顶、螺螺纹纹联联接接件件、螺螺旋旋输输送送机机、螺杆泵、螺旋微动机构、千分尺等螺杆泵、螺旋微动机构、千分尺等 齿轮加工方法齿轮加工方法 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齿轮轮铣铣刀刀和和指指状状齿轮铣刀、展成法的滚齿和插齿齿轮铣刀、展成法的滚齿和插齿 确定方案时应注意两点确定方案时应注意两点 用最简单的方法实
27、现用最简单的方法实现同一功能。同一功能。注意光、机、电、流注意光、机、电、流体等知识的综合运用。体等知识的综合运用。设设计计一一台台彩彩色色电电视视机机阴阴极极盘盘用用的的金金属属片片的的冲冲裁裁机机器器，圆圆片片直直径径 10mm，厚厚度度0.8mm。100.8功能分解功能分解送料送料 冲制冲制 退回退回B用最简单的方法实现功能举例用最简单的方法实现功能举例按摩按摩轮轮 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，同时实现三维方个偏心空间凸轮，同时实现三维方向的按摩作用向的按摩作用径向振动挤压、向径向振动挤压、向下推拉和横向推拉，构思巧妙，结下推拉和横向推拉，构思巧妙
28、，结构非常简单。构非常简单。r 光、机、电、流体等知识的综光、机、电、流体等知识的综合运用举例合运用举例指针指针玛瑙玛瑙支撑支撑K向向刀口刀口活动游标活动游标 图示分析天平，要求图示分析天平，要求精度达到精度达到0.01g，但靠目力但靠目力读指针的微小偏角已不可读指针的微小偏角已不可能。能。活动游标活动游标光源光源透镜透镜读数窗读数窗 增加了一级光学放增加了一级光学放大镜，将读数放大大镜，将读数放大。总总功能功能功能元解功能元解功能原理方案功能原理方案最佳功能原理方案最佳功能原理方案明确任务明确任务黑箱法黑箱法功能树功能树创造技法创造技法形态学矩阵形态学矩阵评价法评价法功能元功能元 2.功能分
29、析与功能求解功能分析与功能求解 功功能能分分析析法法(Function analysis)，将将机机械械产产品品的的总总功功能能(Total function)分分解解成成若若干干功功能能元元(Function element)，求求解解功功能能元元，将将其其组组合合，得得到到满满足足总总功功能能要要求求的的多多种种解解决决方方案案供供评价选择评价选择。三、执行系统的运动规律设计三、执行系统的运动规律设计 1.工艺动作分解和运动方案选择工艺动作分解和运动方案选择刀具作复合运动刀具作复合运动刀具与工作台分别运动刀具与工作台分别运动 运动规律设计通常是对工艺方法和工艺动作进行分析，运动规律设计通常
30、是对工艺方法和工艺动作进行分析，把其分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，所把其分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，所形成的运动方案也不同。形成的运动方案也不同。立式钻床工艺动作分解立式钻床工艺动作分解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 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转动间歇转动停歇往复直线运动停歇往复直线运动停歇单向直线运动停歇单向直线运动沿可变曲线运动沿可变曲线运动连续转动连续转动沿固定曲线运动沿固定曲线运动往复直线运动往复直线运动每分钟转位次数、转角
31、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、行程速度变每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变化系数化系数每分钟行程数、大小、行程每分钟行程数、大小、行程速度变化系数速度变化系数每次进给量的大小每次进给量的大小每循环停歇次数、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四、执行机构的型式设计四、执行机构的型式设计1.设计原则设计原则 满足执行构件的工艺动作和运动要求满足执行构件的工艺动作和运动要求 尽量简化和缩短运动链尽量简化和缩短运动链 尽量减小机构尺寸尽量减小机构尺寸 选择合适的运动副形式选择合适的运动副形式 考虑动力源的形式考虑动
32、力源的形式 使执行系统具有良好的传力和动力特性使执行系统具有良好的传力和动力特性 使机械具有调节某些运动参数的能力使机械具有调节某些运动参数的能力 保证机械的安全运转保证机械的安全运转 2.机构的选型机构的选型 目的目的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。传递连续转动的机构传递连续转动的机构啮合传动机构啮合传动机构 连杆机构连杆机构 传递连续传递连续转动机构转动机构摩擦传动机构摩擦传动机构 摩擦轮传动摩擦轮传动 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 带传动带传动 12摩擦轮传
33、动摩擦轮传动 摩擦传动机构的优缺点摩擦传动机构的优缺点结构简单、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。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。123平面盘式无级变速器平面盘式无级变速器 123圆锥式无级变速器圆锥式无级变速器 实现单向间歇转动的机构实现单向间歇转动的机构棘轮机构棘轮机构 齿轮齿轮-连杆机构连杆机构 单向间歇单向间歇转动机构转动机构槽轮机构槽轮机构 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速场合每次
34、转角小，或转角大小可调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、定位准确，运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、高精度定位、高但制造困难、高精度定位、高速场合速场合特殊要求的输送机构特殊要求的输送机构 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 往复运动往复运动机构机构连杆机构连杆机构 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 多杆机构多杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 连杆机构特点连杆机构特点制造容易、承载能力大，但难以实现精确运制造容易、承载能力大
35、，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。凸轮机构特点凸轮机构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。螺旋机构特点螺旋机构特点可获得大的减速比和较高的运动精度，常用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。作低速进给和精密微调机构。齿轮齿条机构特点齿轮齿条机构特点适用于移动速度较高的场合，精密齿条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。制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。凸轮机构凸轮机构 连杆机构连杆机构 实现往复移
36、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组合机构组合机构 往复运动往复运动机构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 多杆机构多杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 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 再现轨迹再现轨迹机构机构连杆机构连杆机构 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外，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。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
37、组合机构搅拌机构搅拌机构CBADE联动凸轮机构联动凸轮机构凸轮凸轮连杆组合机构连杆组合机构 此此抓抓片片机机构构采采用用了了联联动动凸凸轮轮机机构构，通通过过两两凸凸轮轮的的联联动动作作用用，使使抓抓片片爪爪按按矩矩形形轨轨迹迹运运动动，从从而而达到间歇抓片的目的。达到间歇抓片的目的。此此装装配配线线采采用用了了联联动动凸凸轮轮机机构构，使使笔笔芯芯托托架架沿沿着着矩矩形形轨轨迹迹运运动动，从从而而达达到到使使圆圆珠珠笔笔芯芯步步进进式式地向前送进的目的。地向前送进的目的。3.机构的构型机构的构型 目的目的当所选择的机构型式不能完全实现预期要求，或虽能实当所选择的机构型式不能完全实现预期要求，
38、或虽能实现功能要求但存在着或结构较复杂、或运动精度不当和动力现功能要求但存在着或结构较复杂、或运动精度不当和动力性能欠佳，可在常用机构中选择一种功能和原理与工作要求性能欠佳，可在常用机构中选择一种功能和原理与工作要求相近的机构，在此基础上重新构筑机构的型式。相近的机构，在此基础上重新构筑机构的型式。组合法组合法 串联组合串联组合前一级子机构的输出构件，作为后一级子机构的输入构前一级子机构的输出构件，作为后一级子机构的输入构件，依次串联的组合方式。件，依次串联的组合方式。输入输入输出输出子机构子机构II子机构子机构I 后一级子机构的主动件后一级子机构的主动件为前一级子机构的一个连架为前一级子机构
39、的一个连架杆。杆。后一级子机构的主动件后一级子机构的主动件为前一级子机构的连杆。为前一级子机构的连杆。III51234 1123A54DCBFEM 并联组合并联组合几几个个子子机机构构共共用用同同一一个个输输入入构构件件，而而它它们们的的输输出出运运动动又又同同时时输输入入给给一一个个多多自自由由度度的的子子机机构构，从从而而形形成成一一个个自自由由度度为为1的机构系统的组合方式。的机构系统的组合方式。子机构子机构n 1子机构子机构III子机构子机构I子机构子机构II子子机机构构n输入输入输出输出直线电机直线电机襟翼襟翼直线电机直线电机某型飞机的襟翼操纵机构某型飞机的襟翼操纵机构大型船舶主传动
40、机构大型船舶主传动机构某航空发动机附件传动系统某航空发动机附件传动系统主动轴主动轴IVIIIVVIIII各子机构间无严格各子机构间无严格的运动协调配合关系的运动协调配合关系 各子机构在动各子机构在动作的先后次序上有作的先后次序上有严格的要求严格的要求 自动车床上自动车床上三个并联凸轮的三个并联凸轮的工作顺序有先后工作顺序有先后要求。要求。工件工件(铆钉铆钉)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)切断切断夹夹 紧紧车外圆倒角车外圆倒角挡料挡料
41、 各子机构有运各子机构有运动形式配合要求动形式配合要求 磨床中的主轴运动、砂轮运动和、工件运动在运动形式磨床中的主轴运动、砂轮运动和、工件运动在运动形式上有配合要求。上有配合要求。砂轮砂轮砂轮架砂轮架工件工件 反馈式组合反馈式组合在在机机构构组组合合系系统统中中，其其多多自自由由度度子子机机构构的的一一个个输输入入运运动动，是是通通过过单单自自由由度度子子机机构构从从该该多多自自由由度度子子机机构构的的输输出出构构件件回回授授的组合方式。的组合方式。校正原理校正原理蜗杆主动，因制造误差使蜗轮运动精度达不到要蜗杆主动，因制造误差使蜗轮运动精度达不到要求，由误差设计一凸轮机构，经齿轮齿条、差动机构
42、求，由误差设计一凸轮机构，经齿轮齿条、差动机构K使蜗使蜗杆得到一附加运动，以校正误差。杆得到一附加运动，以校正误差。输入输入输出输出 4凸轮机构凸轮机构2自由度蜗自由度蜗杆蜗轮机构杆蜗轮机构机床校正机构机床校正机构输入输入4 1 42 13K2 复合式组合复合式组合由由一一个个或或几几个个串串联联的的基基本本机机构构去去封封闭闭一一个个具具有有两两个个或或多多个自由度的基本机构的组合方式个自由度的基本机构的组合方式5杆杆机构机构输入输入输出输出凸轮机构凸轮机构 变异法变异法更换原动件更换原动件 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化为动件，可把风扇转子
43、的旋转转化为连架杆的摇动。连架杆的摇动。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运动倒置运动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罐头封口机构罐头封口机构 A1BCO234改变构件结构形状改变构件结构形状 将摆动导杆机构中的直线导槽将摆动导杆机构中的直线导槽改为圆弧导槽，可获得较长时间的改为圆弧导槽，可获得较长时间的停歇停歇。改变构件运动尺寸改变构件运动尺寸 槽轮直径变为无穷槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时，演大，槽数无穷多时，演变为槽条机构变为槽条机构 五、执行系统的协调设计
44、五、执行系统的协调设计 执行系统协调设计原则执行系统协调设计原则 满足各执行机构动作先后的顺序性要求满足各执行机构动作先后的顺序性要求 满足各执行机构动作在时间上的同步性要求满足各执行机构动作在时间上的同步性要求 满足各执行机构在空间布置上的协调性要求满足各执行机构在空间布置上的协调性要求 满足各执行机构在操作上的协同性要求满足各执行机构在操作上的协同性要求 各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率 各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高提高执行构件动作的协调配合执行构件动作的协调配合 送
45、料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压 冲头上移一段距离后，进行下次送料动作冲头上移一段距离后，进行下次送料动作折叠包装机构的两个执行构件折叠包装机构的两个执行构件 两个构件不能同时位于区两个构件不能同时位于区域域MAB中，以免干涉。中，以免干涉。饼干饼干1342饼干饼干21左左折边构件折边构件饼干饼干32包装纸包装纸4右折边构件右折边构件饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342包装纸包装纸右折边构件右折边构件右折边构件右折边构件MBA让刀运动让刀运动 执行构件运动速度的协调配合执行构件运动速度的协调配合 0范
46、成运动范成运动切切削削运运动动i 0 齿轮插刀加工齿轮插刀加工 0让刀运动让刀运动 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。执行系统协调设计方法执行系统协调设计方法 确定机械的工作循环周期确定机械的工作循环周期 确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及其所需时间其所需时间 确定各执行构件动作间的配合关系确定各执行构件动作间的配合关系 机械运动循环图机械运动循环图用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互协调配合的图。协调配合的
47、图。通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其它执行产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其它执行构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。运动循环图形式运动循环图形式直线式直线式圆周式圆周式直角坐标式直角坐标式 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直线式工作循环图直线式工作循环图主轴作为参考构件主轴作为参考构件 圆周式工作循环图圆周式工作循环图 图示单缸四冲程内燃机的
48、工作循环图。曲轴为参考构件，图示单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴为参考构件，转动转动2 2转为一个工作循环。转为一个工作循环。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直角坐标式工作循环图直角坐标式工作循环图 饼饼干干包包装装机机工工作作循循环环图图中中，横横坐坐标标表表示示参参考考构构件件的的转转角角，纵坐标表示执行构件的转角。纵坐标表示执行构件的转角。进进退退 静止静止 静止静止 静止静止 进进退退 MM饼干饼干1342饼干饼干21左左折边构件折边构件饼干饼干32包装纸包装纸
49、4右折边构件右折边构件饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342包装纸包装纸右折边构件右折边构件右折边构件右折边构件MBA左执行机构左执行机构1 左执行机构左执行机构2 分配轴转角分配轴转角 0 90 180 270 360 六、方案评价与决策六、方案评价与决策评价指标评价指标 系系统统功功能能实实现现运运动动规规律律或或运运动动轨轨迹迹、实实现现工工艺艺动动作作的的准确性准确性 运动性能运动性能运转速度、行程可调性、运动精度等运转速度、行程可调性、运动精度等 动动力力性性能能承承载载能能力力、增增力力特特性性、传传力力特特性性、振振动动噪噪音音等等 工工作作性性能能效效
50、率率高高低低、寿寿命命长长短短、可可操操作作性性、安安全全性性、可靠性适用范围等可靠性适用范围等 经济性经济性加工难易、能耗大小、制造成本等加工难易、能耗大小、制造成本等 结构紧凑性结构紧凑性 尺寸、重量、结构复杂性等尺寸、重量、结构复杂性等 评价方法评价方法 评分法评分法针针对对评评价价目目标标中中各各个个项项目目，选选择择一一定定的的评评分分标标准准和和总总分分计计分分法法对对方案的优劣进行评价。方案的优劣进行评价。建立评价体系建立评价体系选择评分方法选择评分方法选择评分标准选择评分标准对对各个项目进行评分各个项目进行评分选择总分计分法，计算总分选择总分计分法，计算总分选取高分者为优选方案