1、第二十八章第二十八章 机械执行系统的方案机械执行系统的方案设计设计28.1 机械系统的总体方案设计机械系统的总体方案设计 一、概述 二、机械系统总体方案设计的基本原则与基本法规 三、总体参数及其确定一、概述（一）现代机械系统的概念和功能（二）机械系统总体方案设计的重要性（三）机械总体方案设计的任务和内容（四）机械系统总体方案设计的类型（五）机械系统总体方案设计的特点机械系统的总体方案设计（一）现代机械系统的概念和功能 机械系统的概念 由计算机与信息网络控制的、用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统。机械系统的功能 现代机械的总功能是对输入的物质、能量和
2、信息进行预定的变换（加工、处理）、传递（移动、输送）和保存（保存、存储、记录)。机械系统的总体方案设计机械系统的功能 主动能 动力功能 控制功能 结构功能机械系统的总体方案设计（二）机械系统总体方案设计的重要性机械系统设计过程的四个阶段初始规划设计阶段总体方案设计阶段结构技术设计阶段生产施工设计阶段机械系统的总体方案设计（三）机械总体方案设计的任务和内容 任务机械总体方案设计需要完成整体方案示意图、机械系统运动简图、运动循环图和方案设计计算说明书。其中，包括了总体布局、主要技术参数的确定和方案评价与决策。内容机械系统的总体方案设计（四）机械系统总体方案设计的类型 开发性设计 变型设计 适应性设
3、计机械系统的总体方案设计（五）机械系统总体方案设计的特点 1协调性 2相关性 3内外结合性 机械系统的总体方案设计二、机械系统总体方案设计的基本原则和基本法规（一）基本原则（二）基本法规机械系统的总体方案设计（一）基本原则 1需求原则 2效益原则 3信息原则 4系统原则 5创新原则 6继承原则 7优化的原则 8简化的原则 9理论与实践相结合的原则 10工程的原则 11广义的原则 12快速的原则 机械系统的总体方案设计（二）基本法规 1标准化 2政策与法令 机械系统的总体方案设计三、总体参数及其确定 1.生产率 2.精度 3.速度参数 4动力参数 5尺寸和重量参数 6.效率和寿命 机械系统的总体
4、方案设计28.2执行系统的功能原理和运动规执行系统的功能原理和运动规律设计律设计 一、执行系统的功能原理方案设计 二、执行系统的运动规律设计一、执行系统的功能原理方案设计（一）功能原理方案设计的任务（二）功能原理方案设计的特点执行系统的功能原理和运动规律设计执行系统的功能原理和运动规律设计（一）功能原理方案设计任务针对某一确定的功能要求，去寻求某些物理效应并借助一些作用原理来求得实现该功能目标的解法原理。常用的功能原理如摩擦传动原理、机械推拉原理、材料变形原理、电磁传动原理、流体传动原理、光电原理等。执行系统的功能原理和运动规律设计执行系统的功能原理和运动规律设计（二）功能原理方案设计的特点
5、1在功能原理方案设计中常常会引入某种新技术、新工艺、新材料，它首先要求设计者要有新想法、新构思。2功能原理方案设计是否合理将对产品的成败起决定性的作用，它从质的方面决定了机械的设计水平和综合性能状况。设计人员应给予高度重视。执行系统的功能原理和运动规律设计执行系统的功能原理和运动规律设计二、执行系统的运动规律设计 （一）运动规律设计的任务及重要性 （二）运动规律设计的方法和注意事项（二）运动规律设计的方法和注意事项同一种功能要求可以采用不同的工作原理来实现，而同一种工作原理，又可以采用不同的运动规律得到不同的运动方案。图28-3 三种不同的从地下取液体的运动规律方案a）往复移动改变容积 b）往
6、复摆动改变容积 c）旋转运动改变容积（二）运动规律设计的方法和注意事项图28-4 四种不同的加工内孔的运动规律方案 a）车床方案 b）镗床方案 c）钻床方案 d）拉床方案28.3执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计 一、执行机构的型式设计 二、执行机构的协调设计一、执行机构的型式设计（一）执行机构型式设计的基本原则（二）执行机构型式设计的方法执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计（一）执行机构型式设计的基本原则 1满足执行机构运动规律的要求 2结构简单，运动链短 3使执行系统有尽可能好的动力性能 4充分考虑动力源的形式 5使机械操作方便，调整容易，安全可靠
7、 图28-5 可生成直线轨迹的两种机构 a）产生近似直线轨迹的简单机构 b）产生精确直线轨迹的复杂机构（二）执行机构型式设计的方法 1机构的选型 2机构的构型 执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计图28-7 通过机架变换由齿轮机构得到行星轮系a）外啮合齿轮机构转化为行星轮系 b）内啮合齿轮机构转化为行星轮系图28-8 用三个转动副代替一个球面副a）球面副S b）用三个转动副代替一个球面副 c）代替后的的实例-单万向联轴节 图28-9 有停歇的摆动导杆机构图28-10 应用扩展法增大急回特性和运动行程二、执行系统的协调设计 （一）执行系统协调设计的原则 （二）执行系统协调设计
8、的方法和步骤 （三）运动循环图 （四）举例 执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计（一）执行系统协调设计的原则 1满足工艺过程动作先后顺序的要求 2满足执行系统循环工作的要求 3满足各执行机构操作上的协调性要求 4满足各执行机构位置上的协调性要求 5满足提高生产率的要求 6满足能量协调和提高效率的要求（二）执行系统协调设计的方法和步骤执行系统协调设计的步骤一般为 1确定机械工作循环的周期 2确定各执行构件在一个运动循环中的各个行程段及其所需的时间 3确定各个执行构件动作间的协调配合关系 执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计（三）运动循环图 1.运动循环图的
9、概念 2运动循环图的形式 执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计1.运动循环图的概念用来描述各执行构件运动间相互协调配合的图称为机械的运动循环图。它是机械协调设计的重要技术文件。若有分配轴，运动循环图常以分配轴的转角为坐标来编制；若没有分配轴，常选取执行系统中某一主要的执行构件为参考件。取具有代表性的特征位置作为起始位置，如以生产工艺的起始点作为运动循环的起点，由此来确定其它执行构件的运动相对于该主要执行构件的先后次序和配合关系。执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计图28-11 简易平板印刷机的运动循环图a)直线式运动循环图 b）圆周式运动循环图 c）直角
10、坐标式运动循环图2运动循环图的形式（1）直线式运动循环图 （2）圆周式运动循环图 （3）直角坐标式运动循环图 （4）运动循环图三种形式间的关系 执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计（四）举例 1各执行机构的型式和行程 2运动循环图的设计 执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计图28-12 自动电阻压帽机的机械运动示意图 图28-13 执行系统的初步运动循环图 图28-14 执行系统第一次修改后的运动循环图 图28-15 满足要求的执行系统的运动循环图 28.4基于功能分析的执行系统的方基于功能分析的执行系统的方案设计案设计 一、功能分析功能分析 二、基于功
11、能分析的执行系统运动方案的基于功能分析的执行系统运动方案的系统解系统解 一、功能分析功能分析（一）总功能 （二）功能分解与功能结构 （三）功能元 （四）功能元求解 基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计（一）总功能 总功能是机械执行系统要完成的总任务。对总功能的描述要语言简洁、合理抽象、抓住本质。基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计（二）功能分解与功能结构 功能元 功能结构 功能树 基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计图28-16 树形功能结构（三）功能元 物理功能元 逻辑功能元 数学功能元 基于功能分析的执行系
12、统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计（四）功能元求解 为了便于应用，常将某些功能元的解用“解法目录”的形式列出来，它是功能元的已知解或经过考验的解的汇编。解法目录中的解称为解谱。可快速地根据设计任务的要求来检索目录中汇编的解；汇编入的解谱要尽量充分、完备，至少是可以补全的；尽可能完全独立于部门或工厂，以使其广泛可用；既可用于传统的设计过程，也可以用于采用计算机的设计。基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计二、基于功能分析的执行系统运动方案的基于功能分析的执行系统运动方案的系统解系统解（一）功能元解组合成系统解的注意事项 （二）功能元解矩阵 基于功能分析的执行系
13、统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计三、举例三、举例 1总功能 2功能分解 3执行系统的功能元求解 4求运动方案的系统解的数目 基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计图28-21自动电阻压帽机的功能分解 28.5方案评价与决策方案评价与决策 一、方案评价的必要性一、方案评价的必要性 二、机械系统运动方案设计的评价指标二、机械系统运动方案设计的评价指标和评价体系和评价体系 三机械系统运动方案评价方法简介三机械系统运动方案评价方法简介 四、评价结果的处理四、评价结果的处理 一、方案评价的必要性一、方案评价的必要性 机械系统方案设计的最终目标，是要寻求一种既能实现预
14、期功能要求、又性能优良、价格低廉的最佳方案；进行执行系统的运动方案设计时，无论是用基于功能原理的方法，还是用基于功能分析的方法，都可以得到许多种设计方案，即机械系统的运动方案设计是一个多解问题。机械系统方案设计的过程，就是一个先通过分析、综合，使待选方案的数目由少变多，再经过评价、决策，使待选方案的数目由多变少，最后获得最佳方案的过程。方案评价与决策方案评价与决策二、机械系统运动方案设计的评价指标和二、机械系统运动方案设计的评价指标和评价体系评价体系（一）评价指标 （二）评价体系 方案评价与决策方案评价与决策（一）评价指标 1功能性 2经济性 3安全性 4可操作性 5舒适性 方案评价与决策方案
15、评价与决策（二）评价体系性能指标及代号具体内容及代号分数备注机构的功能U1u1运动规律的实现u2传动精度的高低55以实现运动为主时，可乘加权系数2机构工作性能U2u3应用范围u4可调性u5运转速度u6承载能力5555受力较大时，u5和u6可乘加权系数1.5机构动力性能U3u7加速度的峰值u8噪音u9耐磨性u10最小传动角的大小5555加速度较大时，可乘加权系数1.5经济性U4u11制造难易u12材料的价格与消耗u13调整方便性u14能耗的大小5555 结构的紧凑性U5u15尺寸大小u16重量大小u17结构复杂性555 系统协调性U6u18空间同步性u19时间同步性u20操作协同性和可靠性555
16、 方案评价与决策方案评价与决策图28-22 系统工程评价法的评价步骤 三机械系统运动方案评价方法简介三机械系统运动方案评价方法简介 （一）计算性的数学分析评价法 1价值工程法 2系统工程评价法 3模糊综合评价法 4评分法（二）实际性的试验评价法 方案评价与决策方案评价与决策四、评价结果的处理四、评价结果的处理 入选方案数设计阶段评价准则结果的处理1 最后阶段合理已得到最佳方案，设计结束可改进重新决定评价准则，再作评价中间阶段合理评价结束，转入下一设计阶段可改进重新决定评价准则，再作评价多于1最后阶段合理增加评价项目或提高评价要求再作评价中间阶段 需改进若入选数目太多，按上述方法改进评价准则，再作评价合理将入选方案排序，转入下一设计阶段0任何阶段合理待评的设计方案质量不高，需重新再设计可改进放宽评价要求，再作评价方案评价与决策方案评价与决策
