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1、关于机械系统设计原理第1页，讲稿共93张，创作于星期二第一章第一章 机械系统概论机械系统概论 第一节机械系统的概念第一节机械系统的概念机械系统定义：机械系统定义：由若干机械装置组成的一个由若干机械装置组成的一个特定系统特定系统，称，称 为机械系为机械系统。统。机械系统的目的：是产生确定运动、传递和变换机械能，完成特定的机械系统的目的：是产生确定运动、传递和变换机械能，完成特定的工作。工作。机械系统的基本要素：机械零件和构件是组成，它们为完成一定机械系统的基本要素：机械零件和构件是组成，它们为完成一定的功能相互联系而分别组成了各个子系统。的功能相互联系而分别组成了各个子系统。如图如图1-11-1
2、所示小型甘蔗收割机都是由若干装置、部件和零件组成的所示小型甘蔗收割机都是由若干装置、部件和零件组成的机械系统。它们是一个由确定的质量、刚度和阻尼的物体组成并能完成机械系统。它们是一个由确定的质量、刚度和阻尼的物体组成并能完成特定功能的系统。特定功能的系统。第2页，讲稿共93张，创作于星期二小型甘蔗收获机小型甘蔗收获机 第3页，讲稿共93张，创作于星期二1.1.整体性整体性机械系统是由若干个子系统构成的统机械系统是由若干个子系统构成的统体。虽然各子系统具有体。虽然各子系统具有各自不同的性能，但它们在结合时必须服从整体功能的要求，相各自不同的性能，但它们在结合时必须服从整体功能的要求，相互间须协调
3、和适应。互间须协调和适应。系统是不能分割的，即不能把一个系统分割成相互独立的子系统，系统是不能分割的，即不能把一个系统分割成相互独立的子系统，因为机械系统的整体性反映在于系统之间的有机联系上因为机械系统的整体性反映在于系统之间的有机联系上 系统是可以分解的，但分解系统与分割系统是完全不同的。为系统是可以分解的，但分解系统与分割系统是完全不同的。为了研究的方便，可以根据需要把一个系统分解成若干个子系统，了研究的方便，可以根据需要把一个系统分解成若干个子系统，第二节第二节机械系统的特性机械系统的特性第4页，讲稿共93张，创作于星期二2.2.相关性相关性 系统内部各子系统之间是有机联系的，它们之间相
4、互作用、相互系统内部各子系统之间是有机联系的，它们之间相互作用、相互影响，形成了特定的关系。影响，形成了特定的关系。如系统的输入与输出之间的关系、各子系统之间的层次联系、如系统的输入与输出之间的关系、各子系统之间的层次联系、各子系统的性能与系统整体特定功能之间的联系等，都取决于各各子系统的性能与系统整体特定功能之间的联系等，都取决于各子系统在系统内部的相互作用和相互影响的有机联系。某一子系子系统在系统内部的相互作用和相互影响的有机联系。某一子系统性能的改变，将对整个系统的性能产生影响。统性能的改变，将对整个系统的性能产生影响。第二节第二节机械系统的特性机械系统的特性第5页，讲稿共93张，创作于
5、星期二3.3.层次层次性性 系统可以分解为一系列子系统，并存在一定的层次结构。系统可以分解为一系列子系统，并存在一定的层次结构。在系统层次结构中表述了在不同层次子系统之间的从属关系或相在系统层次结构中表述了在不同层次子系统之间的从属关系或相互作用关系。互作用关系。层次本身就是系统构成的部分，每个层次反映了系统某种功能的层次本身就是系统构成的部分，每个层次反映了系统某种功能的实现方式实现方式 第二节第二节机械系统的特性机械系统的特性第6页，讲稿共93张，创作于星期二4.4.目的性目的性 系统的价值体现在其功能上，完成特定的功能是系统存在的目的。系统的价值体现在其功能上，完成特定的功能是系统存在的
6、目的。因此，系统的功能就是系统的目的，它主要取决于要素、结构、因此，系统的功能就是系统的目的，它主要取决于要素、结构、环境。环境。为了实现系统的目的，系统必须具有控制、调节和管理的功为了实现系统的目的，系统必须具有控制、调节和管理的功能。这些功能使系统进入与它的目的相适应的状态，实现要能。这些功能使系统进入与它的目的相适应的状态，实现要求的功能并排除或减少有害的干扰。求的功能并排除或减少有害的干扰。第二节第二节机械系统的特性机械系统的特性第7页，讲稿共93张，创作于星期二第三节第三节机械系统的组成机械系统的组成1 1动力系统动力系统 包括动力机及其配套装置，是机械系统工作的动力源包括动力机及其
7、配套装置，是机械系统工作的动力源 2 2传动系统传动系统 是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置是把动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置 3 3执行系统执行系统 包括机械的执行机构和执行构件，它是利用机械能来改变作业对象包括机械的执行机构和执行构件，它是利用机械能来改变作业对象的性质、状态、形状或位置，达到预定要求。的性质、状态、形状或位置，达到预定要求。4 4操纵系统和控制系统操纵系统和控制系统 都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调运行，并准都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调运行，并准确可靠地完成整机功能的装置。二者区别是：操纵系统一般是指通过确可靠地完成
8、整机功能的装置。二者区别是：操纵系统一般是指通过人工操作来实现；控制系统是经获得的控制信号，经由控制器，使控人工操作来实现；控制系统是经获得的控制信号，经由控制器，使控制对象改变其工作参数或运行状态而实现上述要求的装置，如伺服机制对象改变其工作参数或运行状态而实现上述要求的装置，如伺服机构、自动控制装置等。构、自动控制装置等。第8页，讲稿共93张，创作于星期二第四节第四节机械系统设计类型机械系统设计类型机械系统设计有以下三类不同的设计：机械系统设计有以下三类不同的设计：(1)(1)开开发发性性设设计计 在在工工作作原原理理、结结构构等等完完全全未未知知的的情情况况下下，应应用用成成熟熟的的科科
9、学学技技术术或或经经过过实实验验证证明明是是可可行行的的新新技技术术，设设计计以以往往没没有有过的新型机械。过的新型机械。(2)(2)适适应应性性设设计计 在在原原理理方方案案基基本本保保持持不不变变的的前前提提下下，对对产产品品作作局局部部的的变变更更或或设设计计一一个个新新部部件件，使使机机械械产产品品在在质质和和量量方方面面更更朗朗满满足足使使用用要求。要求。(3)(3)变变型型设设计计 在在工工作作原原理理和和功功能能结结构构都都不不变变的的情情况况下下，变变更更现现有有产产品的结构配置和尺寸，使之适应于更多的容量要求。品的结构配置和尺寸，使之适应于更多的容量要求。在在机机械械产产品品
10、设设计计中中，开开发发性性设设计计十十分分重重要要。“创创新新”可可以以使使开开发发性性设设计计、适适应应性性设设计计和和变变型型设设计计别别具具一一格格，从从而而提提高高产产品的工作性能。品的工作性能。第9页，讲稿共93张，创作于星期二第五节第五节 机械系统设计的关键内容机械系统设计的关键内容 原理方案设计是机械系统设计的关键内容。在原理方案设计过原理方案设计是机械系统设计的关键内容。在原理方案设计过程中应解决下列问题：程中应解决下列问题：1.1.确定系统的总功能确定系统的总功能 对设计任务抽象化，通过抽象化确定系统的总功能。对设计任务抽象化，通过抽象化确定系统的总功能。优点：设计者容易认清
11、系统设计目标，开阔设计思路。优点：设计者容易认清系统设计目标，开阔设计思路。2.2.进行总功能的分解进行总功能的分解 将总功能分解为若干分功能，是实现功能工作原理方案的最好办将总功能分解为若干分功能，是实现功能工作原理方案的最好办法。法。3.3.选择分功能的功能载体选择分功能的功能载体 分功能的功能载体的选择，是原理方案设计的一个关键步骤。建立分功能的功能载体的选择，是原理方案设计的一个关键步骤。建立起完整的功能载体目录是机械系统设计的重要手段起完整的功能载体目录是机械系统设计的重要手段第10页，讲稿共93张，创作于星期二第五节第五节 机械系统设计的关键内容机械系统设计的关键内容 4.4.构思
12、功能载体的组合构思功能载体的组合 将各功能载体按系统总功能要求加以组合，可以得到多个工将各功能载体按系统总功能要求加以组合，可以得到多个工作原理方案，供设计者选择决策。作原理方案，供设计者选择决策。5.5.方案的评价与决策方案的评价与决策 针对不同的机械，确定评价指标体系和评价方法，对多个方针对不同的机械，确定评价指标体系和评价方法，对多个方案进行综合评价和决策。案进行综合评价和决策。第11页，讲稿共93张，创作于星期二第二章第二章 机械系统设计原理机械系统设计原理 第一节第一节 机械系统设计的一般程序和方法机械系统设计的一般程序和方法 四个阶段四个阶段产产品品规规划划（概概念念设设计计）、功
13、功能能原原理理设设计计、结结构构技技术术设设计计、生生产产施施工工设计设计(工艺设计工艺设计)。第12页，讲稿共93张，创作于星期二阶段步骤方法主 要 指 导 理 论产品规划设计方法预测技术设计方法学技术预测理论市场学信息学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第13页，讲稿共93张，创作于星期二阶段步骤方法主 要 指 导 理 论原理方案设计系统化设计法创造技法评价决策方法系统工程学形态学创造学思维心理学决策论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、方案原理图
14、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第14页，讲稿共93张，创作于星期二阶段步骤方法主要指导理论技术设计价值设计优化设计可靠性设计宜人性设计产品造型设计系列化设计机械性能设计工艺性设计自动化设计价值工程学最优化方法、工程遗传算法可靠性理论与实验人机工程学工业美学模块化设计、相似理论有限元法、动态设计、摩擦学设计、高等机构学机械设计的工艺基础控制理论、智能工程、人工神经元计算方法、专家系统结构方案结构方案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
15、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第15页，讲稿共93张，创作于星期二阶段步骤方法主要指导理论施工设计各种制造、装配、造型、装饰、检验等方法各种工艺学批量生产计算机辅助制造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
16、批量生产批量生产技术服务技术服务用户访问用户访问第16页，讲稿共93张，创作于星期二 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、经经济济效效益益是是否否显显著著，在在很很大大程度上取决于总体方案设计的构思和方案拟定时的设计思想。程度上取决于总体方案设计的构思和方案拟定时的设计思想。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第二节、机械系统方案设计的目的
17、和内容第二节、机械系统方案设计的目的和内容第17页，讲稿共93张，创作于星期二原动机类型的选择和传原动机类型的选择和传动系统的方案设计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18页，讲稿共93张，创作于星期二 重要性重要性执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械系统执行系统是机械系
18、统中的重要组成部分，直接完成机械系统预期工作任务。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心，是整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。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出构件，其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，决定了整个执行系统的数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，决定了整个执行系统的结构方案。结构方案。第三节第三节 机械执行系统运动方案设计机械执行系统运动方案设计第19页，讲稿共93
19、张，创作于星期二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实现的工艺动作要实现的工艺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律来实现工作原理规律来实现工作原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运动规律的运动规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，
20、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，设计出机械运动循环图设计出机械运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运动简图的运动简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最佳设计方案出最佳设计方案一、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第20页，讲稿共93张，创作于星期二 产品的功能产品的功
21、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需要要提出。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、制制造成本等。造成本等。二、执行系统的功能原理设计二、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第21页，讲稿共93张，创作于星期二工作原理不同，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原理
22、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功能原理设计的多方案性功能原理设计的多方案性第22页，讲稿共93张，创作于星期二 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、螺螺杆泵、螺旋微动机构、千分尺等杆泵、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齿轮轮铣铣刀刀、展成法的滚齿和插齿展成
23、法的滚齿和插齿第23页，讲稿共93张，创作于星期二 确定方案时应注意两点确定方案时应注意两点 用最简单的方法实现同一用最简单的方法实现同一功能。功能。注意光、机、电、流体注意光、机、电、流体等知识的综合运用。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冲裁机器，圆片直径的冲裁机器，圆片直径 10mm，厚度，厚度0.8mm。100.8功能分解功能分解送料送料 冲制冲制 退回退回电视机阴极盘用金属片冲裁机器电视机阴极盘用金属片冲裁机器第24页，讲稿共93张，创作于星期二B按摩按摩轮轮 图示按摩椅中的按摩轮利用一个图示按摩椅中的按摩轮利用一个偏心空间凸轮，
24、同时实现三维方向的偏心空间凸轮，同时实现三维方向的按摩作用按摩作用径向振动挤压、向下推拉和径向振动挤压、向下推拉和横向推拉，构思巧妙，结构非常简单。横向推拉，构思巧妙，结构非常简单。r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第25页，讲稿共93张，创作于星期二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，要求精图示分析天平，要求精度达到度达到0.01g，但靠目力读，但靠目力读指针的微小偏角已不可能。指针的微小偏角已不可能。活动游标活动游标光源光源透镜透镜读数窗读数窗 增加了一级光学放大增加了一级光学放大镜，将读数放大镜，将读数放大。光、机、电、流体等知识的综
25、合运用光、机、电、流体等知识的综合运用举例举例第26页，讲稿共93张，创作于星期二总功能总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 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，将将其组合，得到满足总功能要求的多种解决方案供评价选择其组合，得到满足总功能要求的多种解决方案供评价选择。2.功
26、能分析与功能求解功能分析与功能求解第27页，讲稿共93张，创作于星期二黑黑箱箱法法是是将将实实现现给给定定功功能能的的机机械械系系统统看看作作为为一一个个未未知知内内部部功功能能结结构构和和功功能能载载体体的的“黑黑箱箱”，通通过过对对它它的的输输入入输输出出量量的的全全面面分分析析，逐逐步步掌掌握握输输入入输输出出的的基基本本特特征征和和转转换换关关系系，寻寻求求能能实实现现这这种种基基本本特特性和转换关系的工作原理和功能载体的求解过程。性和转换关系的工作原理和功能载体的求解过程。黑黑想想法法要要求求设设计计者者不不要要先先从从机机械械产产品品具具体体结结构构出出发发考考虑虑设设计计方案，而
27、因从系统的功能出发构思机械产品的可行方案。方案，而因从系统的功能出发构思机械产品的可行方案。1.1.黑箱法黑箱法信息信息机械产品机械产品（黑箱）（黑箱）物料物料能量能量信息信息能量能量物料物料黑箱法的表达黑箱法的表达第28页，讲稿共93张，创作于星期二黑箱法求解方法黑箱法求解方法详细表述输入和输出量建立输入输出之间的关系寻找合适的实例设定系统的总功能寻找系统的功能解评价与决策控制信号控制信号冲床冲床（黑箱）（黑箱）板料板料电能电能工作状态显示工作状态显示机械能、摩机械能、摩擦能耗擦能耗成形工件成形工件第29页，讲稿共93张，创作于星期二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分分功
28、功能能后后，我我们们可可以以“穷穷尽尽法法”将将各各分功能的解全部列出，即可得功能分功能的解全部列出，即可得功能-功能解的形态学矩阵。功能解的形态学矩阵。形态学矩阵法是一种系统搜索和程式化求解的分功能组合求解方法。形态学矩阵法是一种系统搜索和程式化求解的分功能组合求解方法。举例：举例：运用形态学矩阵法构思单缸洗衣机的可行方案运用形态学矩阵法构思单缸洗衣机的可行方案2.2.形态学矩阵法形态学矩阵法总功能总功能盛装衣物盛装衣物分离赃物分离赃物控制洗涤控制洗涤第30页，讲稿共93张，创作于星期二 功能解分功能1234A铅筒塑料筒玻璃钢筒陶瓷筒B机械摩擦电磁振荡超声波C人手控制机械定时电脑控制理论上可
29、组合出理论上可组合出433=36从先进性、新颖性和实用性看，一般选用从先进性、新颖性和实用性看，一般选用A1、A2，B1、B2，C1、C2，因此主要有，因此主要有8个方案个方案第31页，讲稿共93张，创作于星期二 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，把其运动规律设计通常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，所形成的运分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，
30、所形成的运动方案也不同。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第32页，讲稿共93张，创作于星期二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、行程速度变化系数每分钟摆动次数、
31、转角大小、行程速度变化系数每分钟行程数、大小、行程速度变化每分钟行程数、大小、行程速度变化系数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、时间、每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度行程大小和工作速度第33页，讲稿共93张，创作于星期二四、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
32、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第34页，讲稿共93张，创作于星期二 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 第35页，讲稿共93张，创作于星期二12摩擦轮
33、传动摩擦轮传动 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 第36页，讲稿共93张，创作于星期二 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
34、每次转角小，或转角大小可调的低速场合每次转角小，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，但运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、高精度定位、高速场制造困难、高精度定位、高速场合合特殊要求的输送机构特殊要求的输送机构第37页，讲稿共93张，创作于星期二 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
35、构特点连杆机构特点制造容易、承载能力大，但难以实现精确运动，适制造容易、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。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协调，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。承载能力不大。第38页，讲稿共93张，创作于星期二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，常用作低速进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。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，精密齿条制适用于移动速度较高的场合，精密齿条制造困难，传
36、动精度及平稳性不及螺旋机构。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 第39页，讲稿共93张，创作于星期二 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
37、，其它机构一般而言，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。都只能近似实现预定的曲线轨迹。第40页，讲稿共93张，创作于星期二齿轮齿轮连杆组合机构连杆组合机构搅拌机构搅拌机构CBADE第41页，讲稿共93张，创作于星期二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第42页，讲稿共93张，创作于星期二 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，从从而而达达到到间间歇抓片的目的。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
38、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地向向前前送送进的目的。进的目的。第43页，讲稿共93张，创作于星期二 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，或虽能实现当所选择的机构型式不能完全实现预期要求，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性能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相近的欠佳，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。机构，在此基础上重新构筑机构的型式。第4
39、4页，讲稿共93张，创作于星期二 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件，依次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。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为后一级子机构的主动件为前一级子机构的一个连架杆。前一级子机构的一个连架杆。后一级子机构的主动件为后一级子机构的主动件为前一级子机构的连杆。前一级子机构的连杆。III51234 1123A54DCBFEM第45页，讲稿共93张，创作于星期二 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
40、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的的机机构构系系统统的的组组合方式。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机构大型船舶主传动机构第46页，讲稿共93张，创作于星期二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各子机构间无严格的运各子机构间无严格的运动协调配合关系动协调配合关系第47页，讲稿共93张
41、，创作于星期二 各子机构在动作各子机构在动作的先后次序上有严格的先后次序上有严格的要求的要求 自动车床上三自动车床上三个并联凸轮的工作个并联凸轮的工作顺序有先后要求。顺序有先后要求。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第48页，讲稿共93张，创作于星期二 各子机构有运动各子机构有运动形式配合要求形式配合要求 磨床中的主轴运动、砂轮运动和、工件运动在运动形式上有配合磨床中的主
42、轴运动、砂轮运动和、工件运动在运动形式上有配合要求。要求。砂轮砂轮砂轮架砂轮架工件工件第49页，讲稿共93张，创作于星期二 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的组合方式。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求，由误蜗杆主动，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、差动机构差设计一凸轮机构，经齿轮齿条、差动机构K使蜗杆得到一附加运动，使蜗杆得到一附加
43、运动，以校正误差。以校正误差。输入输入输出输出 4凸轮机构凸轮机构2自由度蜗杆自由度蜗杆蜗轮机构蜗轮机构机床校正机构机床校正机构输入输入4 1 42 13K2第50页，讲稿共93张，创作于星期二 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个自由度的基本机构的组合方式自由度的基本机构的组合方式5杆机构杆机构输入输入输出输出凸轮机构凸轮机构第51页，讲稿共93张，创作于星期二 变异法变异法更换原动件更换原动件 双摇杆机构中，选连杆作为原动件，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连架杆的摇可把风扇转子的旋
44、转转化为连架杆的摇动。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第52页，讲稿共93张，创作于星期二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第53页，讲稿共93张，创作于星期二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改将摆动导杆机构中的直线导槽改为圆弧导槽，可获得较长时间的停为圆弧导槽，可获得较长时间的停歇歇。改变构件运动尺寸改变构件运动尺寸 槽轮直径变为无穷大，槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时，演变为槽
45、槽数无穷多时，演变为槽条机构条机构第54页，讲稿共93张，创作于星期二 五、执行系统的协调设计五、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提各执行机
46、构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高高第55页，讲稿共93张，创作于星期二执行构件动作的协调配合执行构件动作的协调配合 送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域两个构件不能同时位于区域MAB中，以免干涉。中，以免干涉。饼干饼干1342饼干饼干21左折边构件左折边构件饼干饼干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
47、纸包装纸右折边构件右折边构件左折边构件左折边构件MBA第56页，讲稿共93张，创作于星期二让刀运动让刀运动 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。第57页，讲稿共93张，创作于星期二 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其所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需时间 确定各
48、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协调配合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。的图。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，据此确定其它执行构件的运动相对于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。参考构件的先后次序和配合关系。第58页，讲稿共93张，创作于星期二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
49、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 第59页，讲稿共93张，创作于星期二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工作循环图。曲轴为参考构件，转动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2 2转转为一个工作循环。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第60页，讲稿共93张，创作于星期二直角
50、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，纵纵坐坐标表示执行构件的转角。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左折边构件左折边构件饼干饼干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1324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 右执行机构右执行机构2 分配轴转角分配轴转角 0 90 180 270 360第61页，讲稿共93张，创作于星期二 六、