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1、http:/ 机械系统方案设计机械系统方案设计（时间：2次课，4学时）http:/第第16章章 机械系统方案设计机械系统方案设计n教学目标：教学目标：n机械设计的任务是围绕着开发新的机械产品或改造老的机械产品而进行机械设计的任务是围绕着开发新的机械产品或改造老的机械产品而进行的，是形成机械产品的第一道工序。机械设计的最终目的是提供满足人的，是形成机械产品的第一道工序。机械设计的最终目的是提供满足人们需求、具有一定功能、优质高效、价廉物美，并具有市场竞争力的机们需求、具有一定功能、优质高效、价廉物美，并具有市场竞争力的机械产品。从系统工程的角度考虑机械的设计是现代机械设计方法的主要械产品。从系统
2、工程的角度考虑机械的设计是现代机械设计方法的主要特点之一。本章将介绍机械系统方案设计的基础知识，通过本章的学习，特点之一。本章将介绍机械系统方案设计的基础知识，通过本章的学习，要求读者：要求读者：n(1)了解机械系统方案设计的过程和具体内容和基于功能原理的机械执了解机械系统方案设计的过程和具体内容和基于功能原理的机械执行系统的方案设计方法。行系统的方案设计方法。n(2)了解执行机构形式的设计原理和执行机构协调设计的目的和方法，了解执行机构形式的设计原理和执行机构协调设计的目的和方法，掌握机械运动循环图的绘制方法。掌握机械运动循环图的绘制方法。n(3)掌握传动系统的方案设计和原动机选择的基本方法
3、。掌握传动系统的方案设计和原动机选择的基本方法。http:/第第16章章 机械系统方案设计机械系统方案设计n教学重点和难点：教学重点和难点：l机械系统方案设计的过程。机械系统方案设计的过程。l执行系统的功能原理设计。执行系统的功能原理设计。l执行系统的形式设计。执行系统的形式设计。l执行机构的协调设计。执行机构的协调设计。l传动系统的方案设计。传动系统的方案设计。l原动机选择的基本方法。原动机选择的基本方法。http:/第第16章章 机械系统方案设计机械系统方案设计n案例导入：案例导入：n在制药、食品、化工、冶金、陶瓷等行业，常常需要将各种颗粒状、晶体状或者在制药、食品、化工、冶金、陶瓷等行业
4、，常常需要将各种颗粒状、晶体状或者流动性好的粉状原料压制成圆片状流动性好的粉状原料压制成圆片状(或圆柱状、球状、凸面、凹面等其他各种几或圆柱状、球状、凸面、凹面等其他各种几何形状何形状)的片坯，其压片成形工艺动作的分解如图的片坯，其压片成形工艺动作的分解如图16-1所示。所示。n移动料筛至模具的型腔上方，将上一循环已经成型的片坯推出移动料筛至模具的型腔上方，将上一循环已经成型的片坯推出(卸料卸料)，并，并准备将粉料装入型腔。准备将粉料装入型腔。n振动料筛，将粉料装入型腔。振动料筛，将粉料装入型腔。n下冲头下沉一定深度，以防止上冲头下压时将粉料扑出。下冲头下沉一定深度，以防止上冲头下压时将粉料扑
5、出。n上冲头下行，进入型腔。上冲头下行，进入型腔。n上冲头下压，下冲头上压，将粉料加压并保压一定时间。上冲头下压，下冲头上压，将粉料加压并保压一定时间。n上冲头快速退出，下冲头随之将成型片坯推出型腔并停歇待料筛推进到型上冲头快速退出，下冲头随之将成型片坯推出型腔并停歇待料筛推进到型腔上方时推出片坯，下冲头随之下移，开始下一循环。腔上方时推出片坯，下冲头随之下移，开始下一循环。n本章介绍的机械系统方案设计的方法就是要讨论如何设计构思一个机械系统本章介绍的机械系统方案设计的方法就是要讨论如何设计构思一个机械系统(粉粉料压片成型机料压片成型机)，使粉料压片成型整个工作过程，使粉料压片成型整个工作过程
6、(送料、压形、脱离送料、压形、脱离)均自动完成。均自动完成。http:/第第16章章 机械系统方案设计机械系统方案设计http:/第第16章章 机械系统方案设计机械系统方案设计n16.1 概概 述述 n16.2 执行系统的功能原理设计和运动设计执行系统的功能原理设计和运动设计 n16.3 执行机构系统型式设计执行机构系统型式设计 n16.4 执行系统的协调设计执行系统的协调设计 n16.5 传动系统的方案设计和原动机选择传动系统的方案设计和原动机选择 n16.6 实验与实训实验与实训 n16.7 习习 题题 http:/16.1 概概 述述u16.1.1 机械系统的组成机械系统的组成 u16.
7、1.2 机械设计的一般程序机械设计的一般程序 http:/16.1 概概 述述n从系统工程的角度考虑机械的设计是现代机械设计方法从系统工程的角度考虑机械的设计是现代机械设计方法的主要特点之一。所谓系统，是指具有特定功能，相互的主要特点之一。所谓系统，是指具有特定功能，相互间具有有机联系，由若干要素构成的一个整体。任何机间具有有机联系，由若干要素构成的一个整体。任何机械都是由若干零件、部件和装置组成的，并具有特定功械都是由若干零件、部件和装置组成的，并具有特定功能的一个特定系统，因其有确定的质量、刚度和阻尼，能的一个特定系统，因其有确定的质量、刚度和阻尼，故又称为机械系统。故又称为机械系统。ht
8、tp:/16.1.1 机械系统的组成机械系统的组成 n较为复杂的机械系统基本上是由图较为复杂的机械系统基本上是由图16-2所示的子系统构成。所示的子系统构成。n(1)动力系统。包括原动机及其配套装置，是机械系统的动力源，如内燃机、电动机、动力系统。包括原动机及其配套装置，是机械系统的动力源，如内燃机、电动机、液压马达、气动马达等。液压马达、气动马达等。n(2)执行系统。包括执行机构和执行构件，它的功能主要是利用机械能来改变作业对象执行系统。包括执行机构和执行构件，它的功能主要是利用机械能来改变作业对象的性质、状态、形状和位置，或对作业进行检测度量等。执行系统工作性能的好坏，直接的性质、状态、形
9、状和位置，或对作业进行检测度量等。执行系统工作性能的好坏，直接影响整个系统的性能。影响整个系统的性能。n(3)传动系统。把原动机的动力和运动传递给执行系统的中间装置，主要有以下功能：传动系统。把原动机的动力和运动传递给执行系统的中间装置，主要有以下功能：改变运动速度。包括增速、减速和变速改变运动速度。包括增速、减速和变速(包括有级变速和无级变速包括有级变速和无级变速)等。等。改变运动规律、改变运动规律、把原动机输出的运动把原动机输出的运动(多数为连续旋转多数为连续旋转)改变为按某种特定规律变化的连续或间歇运动，或改变为按某种特定规律变化的连续或间歇运动，或改变运动的方向，以满足执行系统的运动要
10、求。改变运动的方向，以满足执行系统的运动要求。传递动力。把原动机输出的动力传递给传递动力。把原动机输出的动力传递给执行系统。执行系统。n(4)操纵和控制系统。使原动机、传动系统和执行系统间彼此协调运动，并准确完成整操纵和控制系统。使原动机、传动系统和执行系统间彼此协调运动，并准确完成整机功能的装置。操纵系统多指通过人工操作实现上述要求的装置；包括启动、离合、制动、机功能的装置。操纵系统多指通过人工操作实现上述要求的装置；包括启动、离合、制动、变速、换向等装置。控制系统是指通过人工操作或由测量元件获得的信号，经控制器使控变速、换向等装置。控制系统是指通过人工操作或由测量元件获得的信号，经控制器使
11、控制对象改变工作参数或运动状态的装置，如伺服机构、自动控制装置。良好的控制系统可制对象改变工作参数或运动状态的装置，如伺服机构、自动控制装置。良好的控制系统可使机械系统处于最佳工作状态，提高其稳定性和可靠性，并有较好的经济性。使机械系统处于最佳工作状态，提高其稳定性和可靠性，并有较好的经济性。n(5)架体支承系统用于安装和支承动力系统、传动系统和操纵系统等的构件或部件。架体支承系统用于安装和支承动力系统、传动系统和操纵系统等的构件或部件。n此外，根据机械系统的功能要求还可有冷却、润滑、计数、行走等系统。此外，根据机械系统的功能要求还可有冷却、润滑、计数、行走等系统。http:/16.1.1 机
12、械系统的组成机械系统的组成 图16-2 机械系统的组成 http:/16.1.2 机械设计的一般程序机械设计的一般程序 n根据机械设计的进程，其基本程序可以分为设计规划、方案设计、技术设计、施工设计和试制投产等阶根据机械设计的进程，其基本程序可以分为设计规划、方案设计、技术设计、施工设计和试制投产等阶段，如图段，如图16-3所示。所示。n(1)设计规划。机械设计首先必须明确任务和要求。设计规划阶段的主要任务是在深入调查研究的设计规划。机械设计首先必须明确任务和要求。设计规划阶段的主要任务是在深入调查研究的基础上，对所开发的产品进行需求分析、市场预测和可行性分析，提出进行产品开发性设计的可行性报
13、基础上，对所开发的产品进行需求分析、市场预测和可行性分析，提出进行产品开发性设计的可行性报告，决定产品可以进行开发设计时，随即要提出设计任务书，列出产品要求实现的功能和各项设计要求。告，决定产品可以进行开发设计时，随即要提出设计任务书，列出产品要求实现的功能和各项设计要求。n(2)方案设计。就是新产品的功能原理设计，即在功能分析的基础上，通过创新构思、优化筛选，方案设计。就是新产品的功能原理设计，即在功能分析的基础上，通过创新构思、优化筛选，最后能获得较为理想的功能原理方案。方案设计包括产品的功能分析、功能原理求解、方案的综合及评最后能获得较为理想的功能原理方案。方案设计包括产品的功能分析、功
14、能原理求解、方案的综合及评价决策，最后得到一个优化的功能原理方案，并绘制产品的原理方案图或初步总体方案。价决策，最后得到一个优化的功能原理方案，并绘制产品的原理方案图或初步总体方案。n(3)技术设计。其任务是将功能原理方案具体化，寻求机器及其零部件的合理结构。此阶段要完成技术设计。其任务是将功能原理方案具体化，寻求机器及其零部件的合理结构。此阶段要完成产品的总体设计、部件的结构设计产品的总体设计、部件的结构设计(包括构形、确定材料和尺寸等包括构形、确定材料和尺寸等)，并绘制装配草图。，并绘制装配草图。n(4)施工设计。其主要内容是完成产品制造所需的全部图样和技术文件，其中包括由总装草图分拆施工
15、设计。其主要内容是完成产品制造所需的全部图样和技术文件，其中包括由总装草图分拆的零件图，绘制全部生产图样；再经审核后的零件图和部件图，绘制出总装图；编制各类技术文件，如的零件图，绘制全部生产图样；再经审核后的零件图和部件图，绘制出总装图；编制各类技术文件，如设计说明书和计算书，标准件、外购件、备用件和专用工具明细表，产品试车大纲和验收大纲，包装和设计说明书和计算书，标准件、外购件、备用件和专用工具明细表，产品试车大纲和验收大纲，包装和运输设计等。运输设计等。n(5)试制投产。通过试制、试验发现问题，反馈信息加以改进，完善设计。试制投产。通过试制、试验发现问题，反馈信息加以改进，完善设计。n上述
16、机械设计的基本程序可以根据具体设计产品的复杂程度或实际情况予以取舍或增减。上述机械设计的基本程序可以根据具体设计产品的复杂程度或实际情况予以取舍或增减。n机械系统的方案设计是本章讨论的内容，而机械执行系统的方案设计是机械系统方案设计中最具创造性机械系统的方案设计是本章讨论的内容，而机械执行系统的方案设计是机械系统方案设计中最具创造性的工作。因此，本章对机械执行系统方案设计的过程及其创新设计方法作重点介绍。主要包括执行系统的工作。因此，本章对机械执行系统方案设计的过程及其创新设计方法作重点介绍。主要包括执行系统的功能原理设计，执行系统的运动设计，执行机构的形式设计，执行系统的协调设计，执行系统的
17、方案的功能原理设计，执行系统的运动设计，执行机构的形式设计，执行系统的协调设计，执行系统的方案评价与决策等。评价与决策等。http:/16.1.2 机械设计的一般程序机械设计的一般程序 图16-3 机械设计的程序 http:/16.2 执行系统的功能原理设计和运执行系统的功能原理设计和运动设计动设计 u16.2.1 机械的功能原理设计机械的功能原理设计 u16.2.2 执行构件的运动设计执行构件的运动设计 http:/16.2 执行系统的功能原理设计和运执行系统的功能原理设计和运动设计动设计 n要设计一部新的机器，首先应明确它的总功能，然后再要设计一部新的机器，首先应明确它的总功能，然后再将总
18、功能分解，使其成为一系列独立的工艺动作，并配将总功能分解，使其成为一系列独立的工艺动作，并配置相应的运动规律，据此选择合适的执行机构，再进行置相应的运动规律，据此选择合适的执行机构，再进行各机构的运动协调设计，最后形成执行机构系统的运动各机构的运动协调设计，最后形成执行机构系统的运动方案。这就是执行系统方案设计的主要内容。方案。这就是执行系统方案设计的主要内容。http:/16.2.1 机械的功能原理设计机械的功能原理设计 n功能原理设计步骤包括：功能原理设计步骤包括：要明确地给出功能目标，该目标既是设计的依据，也是产品验要明确地给出功能目标，该目标既是设计的依据，也是产品验收的依据；收的依据
19、；明确任务之后用黑箱法分析系统的总功能，将待求的系统看做未知内容的黑明确任务之后用黑箱法分析系统的总功能，将待求的系统看做未知内容的黑箱，然后用黑箱法解决；箱，然后用黑箱法解决；总功能确定之后，可进行功能分析和整理，画出功能系统图；总功能确定之后，可进行功能分析和整理，画出功能系统图；从功能系统图中可找到各功能元，并寻求功能元的作用原理；从功能系统图中可找到各功能元，并寻求功能元的作用原理；功能元求解可采用形态功能元求解可采用形态学矩阵，从多个方案中找出功能原理解；学矩阵，从多个方案中找出功能原理解；最后，经评价优选出最佳功能原理方案。最后，经评价优选出最佳功能原理方案。n设计机械产品时，首先
20、应根据使用要求、技术条件及工作环境等情况，明确提出机械所要设计机械产品时，首先应根据使用要求、技术条件及工作环境等情况，明确提出机械所要达到的总功能；然后拟定实现这些功能的工作原理及技术手段；最后设计出机械系统方案。达到的总功能；然后拟定实现这些功能的工作原理及技术手段；最后设计出机械系统方案。工作原理方案设计的优劣决定了机械的设计水平和综合性能。因此，如何确定最优的工作工作原理方案设计的优劣决定了机械的设计水平和综合性能。因此，如何确定最优的工作原理方案是一件十分困难而又复杂的设计、创新工作。原理方案是一件十分困难而又复杂的设计、创新工作。n所谓机械产品的功能，即其用途、性能、使用价值等，它
21、是根据人们生产或生活需要提出所谓机械产品的功能，即其用途、性能、使用价值等，它是根据人们生产或生活需要提出来的。在确定机械产品的功能指标时应进行科学分析，以保证产品的先进性、可行性和经来的。在确定机械产品的功能指标时应进行科学分析，以保证产品的先进性、可行性和经济性。济性。n实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理。例如，螺栓的螺纹可以车削、套丝，也实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理。例如，螺栓的螺纹可以车削、套丝，也可以搓丝。再如齿轮加工设备，其预期实现的功能是在轮坯上加工出轮齿，为了实现这一可以搓丝。再如齿轮加工设备，其预期实现的功能是在轮坯上加工出轮齿，为了实现这一功能要求，既
22、可以选择仿形原理，也可以采用范成原理。若选择仿形原理，则工艺动作除功能要求，既可以选择仿形原理，也可以采用范成原理。若选择仿形原理，则工艺动作除了有切削运动、进给运动外，还需要准确的分度运动；若采用范成原理，则工艺动作除了了有切削运动、进给运动外，还需要准确的分度运动；若采用范成原理，则工艺动作除了有切削运动和进给运动外，还需要刀具与轮坯对滚的范成运动等。选择的工作原理不同，有切削运动和进给运动外，还需要刀具与轮坯对滚的范成运动等。选择的工作原理不同，所设计的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面会有很大差异。所设计的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面会有很大差异。http:/16.2
23、.1 机械的功能原理设计机械的功能原理设计 n家用缝纫机的发明是一个成功的例子。设计缝纫机的目的是为了缝连布家用缝纫机的发明是一个成功的例子。设计缝纫机的目的是为了缝连布料，这是缝纫机预期实现的功能要求，如果模仿人手穿针引线的缝纫动料，这是缝纫机预期实现的功能要求，如果模仿人手穿针引线的缝纫动作，将其作为发明创造缝纫机的起点，那么发明缝纫机的梦想将很难实作，将其作为发明创造缝纫机的起点，那么发明缝纫机的梦想将很难实现。发明家突破了模仿人手的动作，采用摆梭使底线绕过面线将布料夹现。发明家突破了模仿人手的动作，采用摆梭使底线绕过面线将布料夹紧的工作原理，才成功地发明了家用缝纫机，使梦想成真。它的工
24、艺动紧的工作原理，才成功地发明了家用缝纫机，使梦想成真。它的工艺动作十分简单：针杆作往复移动，拉线杆和摆梭作往复摆动，送布牙的轨作十分简单：针杆作往复移动，拉线杆和摆梭作往复摆动，送布牙的轨迹由复合运动实现，这几个动作的协调配合，便实现了缝连布料的功能迹由复合运动实现，这几个动作的协调配合，便实现了缝连布料的功能要求。要求。n不同工作原理的机械，其运动方案也就不同，而且即使采用同一种工作不同工作原理的机械，其运动方案也就不同，而且即使采用同一种工作原理，也可以拟定出几种不同的机械运动方案。例如，在滚齿机上用滚原理，也可以拟定出几种不同的机械运动方案。例如，在滚齿机上用滚刀切制齿轮和在插齿机上用
25、插刀切制齿轮，虽同属范成加工原理，但由刀切制齿轮和在插齿机上用插刀切制齿轮，虽同属范成加工原理，但由于所用的刀具不同，两者的机械运动方案也就不一样。于所用的刀具不同，两者的机械运动方案也就不一样。n机械的工作原理确定之后，为了便于设计，应将机械的总功能分解为许机械的工作原理确定之后，为了便于设计，应将机械的总功能分解为许多分功能，并形成机械的工艺动作过程多分功能，并形成机械的工艺动作过程(见本章案例导入见本章案例导入)。http:/16.2.2 执行构件的运动设计执行构件的运动设计 n根据拟定的工作原理和工艺动作过程构思出能够实现该根据拟定的工作原理和工艺动作过程构思出能够实现该工艺要求的各种
26、运动规律，确定执行构件的数目、运动工艺要求的各种运动规律，确定执行构件的数目、运动形式、运动参数，然后从中选取最为简单适用的运动规形式、运动参数，然后从中选取最为简单适用的运动规律，作为机械的运动方案。运动方案选择得是否适当，律，作为机械的运动方案。运动方案选择得是否适当，直接关系到机械运动实现的可能性、整机的复杂程度以直接关系到机械运动实现的可能性、整机的复杂程度以及机械的工作性能，对机械的设计质量具有决定性的影及机械的工作性能，对机械的设计质量具有决定性的影响。因此，它是机械执行系统方案设计中十分关键的一响。因此，它是机械执行系统方案设计中十分关键的一步。步。http:/16.2.2 执行
27、构件的运动设计执行构件的运动设计 n1.执行构件的数目n执行构件的数目取决于机械分功能或分动作的目的多少，执行构件的数目取决于机械分功能或分动作的目的多少，但两者不一定相等，要针对机械的工艺过程及结构复杂但两者不一定相等，要针对机械的工艺过程及结构复杂性等进行具体分析。如在本章案例导入的粉料压片成型性等进行具体分析。如在本章案例导入的粉料压片成型机中，可采用三个执行构件机中，可采用三个执行构件(上冲头、下冲头和料筛上冲头、下冲头和料筛)分分别实现送料、压形、脱模功能。别实现送料、压形、脱模功能。http:/16.2.2 执行构件的运动设计执行构件的运动设计 n2.执行构件的运动形式和运动参数n
28、执行构件的运动形式取决于要实现的工艺动作的运动要求。执行构件的运动形式取决于要实现的工艺动作的运动要求。常见的运动形式有回转常见的运动形式有回转(或摆动或摆动)运动、直线运动、曲线运动运动、直线运动、曲线运动及复合运动等及复合运动等4种。前两种运动形式是最基本的，后两种则种。前两种运动形式是最基本的，后两种则是简单运动的复合。是简单运动的复合。n当执行构件的运动形式确定后，还要确定其运动参数，如直当执行构件的运动形式确定后，还要确定其运动参数，如直线运动的速度、行程及行程速度变化系数等。执行构件运动线运动的速度、行程及行程速度变化系数等。执行构件运动形式和参数的选择，一般属于相关专业知识问题，
29、此处不作形式和参数的选择，一般属于相关专业知识问题，此处不作更深入的讨论。更深入的讨论。http:/16.3 执行机构系统型式设计执行机构系统型式设计 u16.3.1 机构的选型机构的选型 u16.3.2 机构的变异机构的变异 u16.3.3 机构的组合机构的组合 http:/16.3 执行机构系统型式设计执行机构系统型式设计 n当根据工艺动作分解，确定了执行机构运动规律后，必须根据各基本动当根据工艺动作分解，确定了执行机构运动规律后，必须根据各基本动作或功能的要求，选择或创造合适的机构型式来实现这些动作或运动规作或功能的要求，选择或创造合适的机构型式来实现这些动作或运动规律。这一工作称为执行
30、机构的型式设计，又称为机构的型综合。在进行律。这一工作称为执行机构的型式设计，又称为机构的型综合。在进行机构型式设计时，设计者需要在熟悉各基本机构和常用机构的运动形式、机构型式设计时，设计者需要在熟悉各基本机构和常用机构的运动形式、功能特点、适用场合等的基础上，综合考虑执行机构系统的运动要求、功能特点、适用场合等的基础上，综合考虑执行机构系统的运动要求、动力特性、机械效率、制造成本、外形尺寸等因素，通过机构组合或结动力特性、机械效率、制造成本、外形尺寸等因素，通过机构组合或结构变异等创造构思出结构简单、性能优良、成本低廉的机构。这是一项构变异等创造构思出结构简单、性能优良、成本低廉的机构。这是
31、一项极具创造性的工作。极具创造性的工作。http:/16.3.1 机构的选型机构的选型 n机构选型就是选择合适的机构形式，以实现机器所要求的各机构选型就是选择合适的机构形式，以实现机器所要求的各种执行动作和运动规律。机构的选型方法有两种。种执行动作和运动规律。机构的选型方法有两种。n1.按执行构件的运动形式进行机构选型n通常原动机的运动形式和运动参数与执行构件的各种运动形通常原动机的运动形式和运动参数与执行构件的各种运动形式和运动参数不尽相同。因此，在原动机与执行构件之间必式和运动参数不尽相同。因此，在原动机与执行构件之间必须采用具有不同功能的机构来进行运动参数和运动形式的转须采用具有不同功能
32、的机构来进行运动参数和运动形式的转换，以实现执行构件的预期动作。换，以实现执行构件的预期动作。http:/16.3.1 机构的选型机构的选型 n2.按执行机构的功能选择机构选型n有的机器执行动作的功能明确，如夹紧、分度、定位、有的机器执行动作的功能明确，如夹紧、分度、定位、制动、导向等功能。能实现这些功能分类的常用机构见制动、导向等功能。能实现这些功能分类的常用机构见于各种机械设计手册中，供设计时选用，也可以以手册于各种机械设计手册中，供设计时选用，也可以以手册中所列的各种机构为借鉴，从中得到启发，开阔思路，中所列的各种机构为借鉴，从中得到启发，开阔思路，在已有机构形式的基础上组合创造出新的机
33、构，以实现在已有机构形式的基础上组合创造出新的机构，以实现机构动作的功能要求。机构动作的功能要求。http:/16.3.2 机构的变异机构的变异 n当所选机构不能全面满足对机械提出的运动和动力要求时，或为了改善当所选机构不能全面满足对机械提出的运动和动力要求时，或为了改善所选机构的性能或结构时，可以采用下面介绍几种较常用的方法实现机所选机构的性能或结构时，可以采用下面介绍几种较常用的方法实现机构的变异。构的变异。n(1)改变构件的结构形状。改变构件的结构形状。n例如在摆动导杆机构中，若在原直线导槽上设置一段圆弧槽例如在摆动导杆机构中，若在原直线导槽上设置一段圆弧槽(如图如图16-4所示所示)，
34、其圆弧半径与曲柄长度相等，则导杆在右极位时将作较长时间的，其圆弧半径与曲柄长度相等，则导杆在右极位时将作较长时间的停歇，即变为单侧停歇的导杆机构。停歇，即变为单侧停歇的导杆机构。n(2)改变构件的运动尺寸。改变构件的运动尺寸。n(3)选不同的构件为机架。选不同的构件为机架。n这几种变异方法在连杆机构一章中已作过介绍。这几种变异方法在连杆机构一章中已作过介绍。n(4)选不同的构件为原动件。选不同的构件为原动件。http:/16.3.2 机构的变异机构的变异 图16-4 单侧停歇的导杆机构 http:/16.3.2 机构的变异机构的变异 n在一般的机械中，常取连架杆作为原动件，但如前所述，在一般的
35、机械中，常取连架杆作为原动件，但如前所述，在摇头风扇的摇摆机构中在摇头风扇的摇摆机构中(如图如图16-5所示所示)，却取连杆，却取连杆为原动件。这样做可巧妙地将风扇转子的回转运动转化为原动件。这样做可巧妙地将风扇转子的回转运动转化为连架杆的摇动，从而使传动链大为简化。为连架杆的摇动，从而使传动链大为简化。n(5)增加辅助构件。增加辅助构件。n对机构增加辅助构件，可以使运动副对机构增加辅助构件，可以使运动副(特别是组合运动特别是组合运动副副)按预定的走向按预定的走向(位置位置)保持接触，实现机构的变异。保持接触，实现机构的变异。http:/16.3.2 机构的变异机构的变异 图16-5 电风扇的
36、摇头机构 http:/16.3.3 机构的组合机构的组合 n常用机构中，结构最简单的常用机构中，结构最简单的(从动系统一般只有一个杆组从动系统一般只有一个杆组)机构通称为基本机构。如四连杆机构通称为基本机构。如四连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构、间歇运动机构和差动轮系等。通常原动件作匀速机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构、间歇运动机构和差动轮系等。通常原动件作匀速连续转动，实现执行构件的运动较为简单时可选用一个基本机构。当要实现的运动较为复连续转动，实现执行构件的运动较为简单时可选用一个基本机构。当要实现的运动较为复杂时，可将几个相同型的或不同型的基本机构组合应用，即将原来机构能实现的简
37、单运动杂时，可将几个相同型的或不同型的基本机构组合应用，即将原来机构能实现的简单运动经机构组合后使运动合成为所需的复杂运动。基本机构的组合方式有五种。经机构组合后使运动合成为所需的复杂运动。基本机构的组合方式有五种。n1.串联式n串联式是将前一个基本机构的输出件与后一个基本机构的输入件固接在一起。其优点是可串联式是将前一个基本机构的输出件与后一个基本机构的输入件固接在一起。其优点是可以改善单一基本机构的运动特性。例如，一个对心曲柄滑块机构没有急回运动特性，而且以改善单一基本机构的运动特性。例如，一个对心曲柄滑块机构没有急回运动特性，而且工作行程中滑块的速度是变化的。如果要求有急回特性，便可如图
38、工作行程中滑块的速度是变化的。如果要求有急回特性，便可如图16-6所示，将一曲柄摇所示，将一曲柄摇杆机构的输出件杆机构的输出件3与一曲柄滑块机构与一曲柄滑块机构(或摇杆滑块机构或摇杆滑块机构)的输入件的输入件3固接在一起，则该机构固接在一起，则该机构的输出件的输出件6便具有急回运动的特性了。便具有急回运动的特性了。n串联式组合应用的设计步骤是按框图由右向左进行，即先按输出要求设计后一个基本机构，串联式组合应用的设计步骤是按框图由右向左进行，即先按输出要求设计后一个基本机构，再设计与原动机相连的前一个基本机构。再设计与原动机相连的前一个基本机构。n2.并联式n并联式是原动件的一个运动同时输入并联
39、式是原动件的一个运动同时输入n个并列布置的单自由度基本机构，从而转换成另个并列布置的单自由度基本机构，从而转换成另n个个输出运动；而这输出运动；而这n个运动又输入给一个个运动又输入给一个n自由度的基本机构，再合成为一个输出运动。在常自由度的基本机构，再合成为一个输出运动。在常见的组合中大多见的组合中大多n2。如图。如图16-7所示机构是由定轴轮系和曲柄摇杆机构以及差动轮系所示机构是由定轴轮系和曲柄摇杆机构以及差动轮系5-6-7-3-4所组成。该机构用两个并列的单自由度基本机构封闭了二自由度的差动轮系，故所组成。该机构用两个并列的单自由度基本机构封闭了二自由度的差动轮系，故属并联式组合方式。属并
40、联式组合方式。http:/16.3.3 机构的组合机构的组合 图16-6 机构的串联http:/16.3.3 机构的组合机构的组合(a)(b)图16-7 机构的并联 http:/16.3.3 机构的组合机构的组合 n3.复合式n复合式是原动件的运动一方面传给一个单自由度基本机构和转换成一个运动后，复合式是原动件的运动一方面传给一个单自由度基本机构和转换成一个运动后，再传给一两自由度基本机构；同时，原动件将其运动直接传给该两自由度基本机再传给一两自由度基本机构；同时，原动件将其运动直接传给该两自由度基本机构，而后者将输入的两个运动合成为一个输出运动。构，而后者将输入的两个运动合成为一个输出运动。
41、n4.反馈式n反馈式是原动件的运动先输入多自由度基本机构，该机构的一个输出运动经过一反馈式是原动件的运动先输入多自由度基本机构，该机构的一个输出运动经过一单自由度基本机构转换为另一运动后，又反馈给原来的多自由度基本机构。单自由度基本机构转换为另一运动后，又反馈给原来的多自由度基本机构。n如图如图16-8所示机构即为反馈式机构，由直动从动件槽形凸轮机构所示机构即为反馈式机构，由直动从动件槽形凸轮机构(附加机构附加机构)2-3-4和带有滑架和带有滑架3的蜗杆机构的蜗杆机构1-2-4(基本机构基本机构)组合而成。其中凸轮组合而成。其中凸轮2和蜗轮和蜗轮2是是一个构件，滑架一个构件，滑架3同时又是凸轮
42、机构的从动件。蜗杆同时又是凸轮机构的从动件。蜗杆1既能绕自身轴线转动又能既能绕自身轴线转动又能由滑架带着沿轴向移动，故该蜗杆机构实质是一个两自由度的高副四杆机构。机由滑架带着沿轴向移动，故该蜗杆机构实质是一个两自由度的高副四杆机构。机构工作时，蜗杆构工作时，蜗杆1转动来自于原动件，沿轴线方向的移动通过凸轮机构从蜗轮反转动来自于原动件，沿轴线方向的移动通过凸轮机构从蜗轮反馈。馈。http:/16.3.3 机构的组合机构的组合(a)(b)图16-8 反馈式组合机构 http:/16.3.3 机构的组合机构的组合 n5.叠联式n如图如图16-9所示的由三个摆动液压缸机构所示的由三个摆动液压缸机构(四
43、连杆机构的四连杆机构的一种演化机构一种演化机构)组成的液压挖掘机机构即为叠联式机构。组成的液压挖掘机机构即为叠联式机构。n以上主要介绍如何将原动件的匀速连续转动转变为执行以上主要介绍如何将原动件的匀速连续转动转变为执行构件所需运动的机构组合的五种基本方式。至于为了满构件所需运动的机构组合的五种基本方式。至于为了满足更高的要求，各种方式可以混合使用。足更高的要求，各种方式可以混合使用。http:/16.3.3 机构的组合机构的组合(a)(b)图16-9 叠联式组合机构 http:/16.4 执行系统的协调设计执行系统的协调设计 u16.4.1 执行系统的运动协调设计执行系统的运动协调设计 u16
44、.4.2 机械的工作循环图机械的工作循环图 http:/16.4 执行系统的协调设计执行系统的协调设计 http:/16.4.1 执行系统的运动协调设计执行系统的运动协调设计 n一部复杂的机械，通常由多个执行机构组合而成。各执行机构不仅要完成各自的执行动作，一部复杂的机械，通常由多个执行机构组合而成。各执行机构不仅要完成各自的执行动作，还必须以一定的次序协调动作，相互配合，以完成机器预期的功能要求。否则将破坏机械还必须以一定的次序协调动作，相互配合，以完成机器预期的功能要求。否则将破坏机械的整个工作过程，不仅无法实现预期工作要求，甚至会损坏机件和产品，造成生产和人身的整个工作过程，不仅无法实现
45、预期工作要求，甚至会损坏机件和产品，造成生产和人身事故。因此，应进行执行机构系统运动协调设计。事故。因此，应进行执行机构系统运动协调设计。n机构系统运动协调设计主要应满足以下要求。机构系统运动协调设计主要应满足以下要求。n(1)各执行机构的执行动作在时间上要协调配合。使各执行机构在时间上能保证确定的各执行机构的执行动作在时间上要协调配合。使各执行机构在时间上能保证确定的顺序，而且能够周而复始地循环协调工作。顺序，而且能够周而复始地循环协调工作。n(2)执行机构系统中各执行机构必须保证其在运动过程中的空间协调性和同步性，即在执行机构系统中各执行机构必须保证其在运动过程中的空间协调性和同步性，即在
46、运动过程中不能发生运动轨迹相互干涉。运动过程中不能发生运动轨迹相互干涉。n(3)各执行机构对操作对象的操作必须满足协同性要求。当两个或两个以上的执行机构各执行机构对操作对象的操作必须满足协同性要求。当两个或两个以上的执行机构同时对同一对象实施操作完成同一执行动作时，各执行机构之间的运动必须协同一致。同时对同一对象实施操作完成同一执行动作时，各执行机构之间的运动必须协同一致。n(4)对于有些机械，除了要求各执行机构的动作满足时间、空间上的同步性和协同性之对于有些机械，除了要求各执行机构的动作满足时间、空间上的同步性和协同性之外，还必须满足运动速度的协调性。如用范成法加工齿轮时，滚齿机或插齿机中的
47、刀具和外，还必须满足运动速度的协调性。如用范成法加工齿轮时，滚齿机或插齿机中的刀具和轮坯的范成运动必须保证预定的传动比。轮坯的范成运动必须保证预定的传动比。n(5)在安排各执行机构的动作顺序时应尽量缩短执行系统的工作循环周期，有利于提高在安排各执行机构的动作顺序时应尽量缩短执行系统的工作循环周期，有利于提高劳动生产率。劳动生产率。http:/16.4.1 执行系统的运动协调设计执行系统的运动协调设计 n(6)在确保各执行机构动作按先后顺序执行和时间上的同步性的前提下，为避免因制造、在确保各执行机构动作按先后顺序执行和时间上的同步性的前提下，为避免因制造、安装等误差造成在动作衔接处发生干涉，在一
48、个机构动作结束到另一个机构动作起始之间安装等误差造成在动作衔接处发生干涉，在一个机构动作结束到另一个机构动作起始之间应保持适当的时间间隔。应保持适当的时间间隔。n现以粉料压片机为例说明执行机构系统的协调设计现以粉料压片机为例说明执行机构系统的协调设计(见本章案例导入见本章案例导入)。n如图如图16-10(c)所示，粉料压片机执行机构系统由四个执行机构组成。凸轮连杆机构所示，粉料压片机执行机构系统由四个执行机构组成。凸轮连杆机构完成完成工艺动作工艺动作、；凸轮机构；凸轮机构完成工艺动作完成工艺动作；串联六杆机构；串联六杆机构及凸轮机构及凸轮机构配合完成工配合完成工艺动作艺动作、。根据协调设计要求
49、，对各执行机构的运动应作如下协调安排。根据协调设计要求，对各执行机构的运动应作如下协调安排。n(1)各执行机构的动作过程必须按以各执行机构的动作过程必须按以、的顺序进行。显然，在料的顺序进行。显然，在料筛送料期间，上冲头不能下移，以兔压到料筛，只有在料筛不在上下冲头之间时，冲头才筛送料期间，上冲头不能下移，以兔压到料筛，只有在料筛不在上下冲头之间时，冲头才能加压。能加压。n(2)为了保证各执行机构在运动时间上的同步性，可将各执行机构的原动件为了保证各执行机构在运动时间上的同步性，可将各执行机构的原动件1、4、6、7安装在同一根分配轴上或通过一些传动装置把它们与分配轴相联，整个机构系统可由一个安
50、装在同一根分配轴上或通过一些传动装置把它们与分配轴相联，整个机构系统可由一个电动机带动，从而使各执行机构的运动循环时间间隔相同，并按确定的顺序周而复始地循电动机带动，从而使各执行机构的运动循环时间间隔相同，并按确定的顺序周而复始地循环协调工作。如图环协调工作。如图16-10(b)所示，所示，表示电动机转角，通过分配轴和传动机构表示电动机转角，通过分配轴和传动机构(图中末画图中末画出出)将运动并列分支传给凸轮将运动并列分支传给凸轮(1)、凸轮、凸轮(6)、曲柄、曲柄7(7)和凸轮和凸轮(4)。而它们。而它们又分别通过机构又分别通过机构、输出料筛输出料筛3的位移的位移s3、下冲头、下冲头5的位移的