1、机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计第第1414章章 机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.1 14.1 执行系统方案设计的过程和内容执行系统方案设计的过程和内容机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.2 14.2 执行系统的功能原理设计执行系统的功能原理设计 根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。原理来实现这一功能要求。14.2.114.2.1功能原理的构思与选择功能原理的构思与选择 功能原理设计的任务，就是根据机械预期实
2、现功能原理设计的任务，就是根据机械预期实现的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较并根据使用要求或者工艺要求，从中选择出析比较并根据使用要求或者工艺要求，从中选择出既能很好的满足功能要求，工艺动作又简单的工作既能很好的满足功能要求，工艺动作又简单的工作原理。原理。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计举例：举例：自动送料板装置的功能原理设计自动送料板装置的功能原理设计 机械推拉原理机械推拉原理 摩擦传动原理摩擦传动原理(摩擦板摩擦板)机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 摩擦传动原理摩擦传动原理(摩擦轮
3、摩擦轮)气吸原理气吸原理(底吸法底吸法)气吸原理气吸原理(顶吸法顶吸法)机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计总结总结 实现某种预期的要求，可以采用多种不同实现某种预期的要求，可以采用多种不同的工作原理；的工作原理；不同的工作原理需要不同的工艺动作，这不同的工作原理需要不同的工艺动作，这样所设计出的机械在工作性能、工作品质样所设计出的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面都会有很大的差别。和适用场合等方面都会有很大的差别。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.2.2 14.2.2 功能原理的创造性功能原理的创造性 分析综合法分析综合法 将机械预期实现
4、的功能分解为各种分功能，分将机械预期实现的功能分解为各种分功能，分析其本质，进行各分功能原理设计，最后把分功能析其本质，进行各分功能原理设计，最后把分功能原理组合起来，组成一个新的系统。原理组合起来，组成一个新的系统。美国阿波罗登月美国阿波罗登月 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 思维扩展法思维扩展法 在进行机械功能原理设计时，设计者一定要拓在进行机械功能原理设计时，设计者一定要拓宽自己的思路，广泛采用气、液、光、声。电、新宽自己的思路，广泛采用气、液、光、声。电、新材料等新技术，构思出新的功能原理。材料等新技术，构思出新的功能原理。挖土机挖土机 机械原理机械原理机械执
5、行系统方案设计机械执行系统方案设计 还原创新法还原创新法 跳出已有的创造起点，重新返回到创造的原点，跳出已有的创造起点，重新返回到创造的原点，紧紧围绕机械预期实现的功能要求另劈新径，构思紧紧围绕机械预期实现的功能要求另劈新径，构思新的功能原理。新的功能原理。洗衣机揉搓原理 刷擦原理 捶打原理 设计模仿人手的机械手，难度大 易损坏衣物 很难把衣物各处都刷洗到 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计波轮洗衣机波轮洗衣机 滚筒洗衣机滚筒洗衣机机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 工艺动作十分简单，针杆做往复移动，工艺动作十分简单，针杆做往复移动，拉线杆和摆梭做往
6、复摆动，送布牙的轨迹由拉线杆和摆梭做往复摆动，送布牙的轨迹由复合运动实现，这几个动作的协调配合，便复合运动实现，这几个动作的协调配合，便实现了缝联布料的功能要求。实现了缝联布料的功能要求。家用缝纫机的发明家用缝纫机的发明 采用摆梭使底线绕过面线将布料加紧的原理 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.3 14.3 执行系统的运动规律设计执行系统的运动规律设计14.3.1 14.3.1 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 工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作分解的方法不同，形成的运动方案也相同。作分解的方法不同
7、，形成的运动方案也相同。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 内孔加工内孔加工车床 拉床 钻床 镗床 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计总结总结 同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，工同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，工艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律和运艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律和运动方案也相同，它们很大程度上决定了机械的特动方案也相同，它们很大程度上决定了机械的特点、性能和复杂程度。点、性能和复杂程度。在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综合在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综合考虑各方面的因素，根据实际情况对各种
8、运动规考虑各方面的因素，根据实际情况对各种运动规律和运动方案加以认真分析和比较，从中选出最律和运动方案加以认真分析和比较，从中选出最佳方案。佳方案。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.3.2 14.3.2 运动规律设计的创造性运动规律设计的创造性 运动规律的设计是一种创造性的工作。运动规律的设计是一种创造性的工作。仿真法仿真法 模拟人或者动物的动作将工艺动作进行分解，模拟人或者动物的动作将工艺动作进行分解，构思出实现某一工作原理的运动规律。构思出实现某一工作原理的运动规律。吊车吊车：模仿人手拿东西的动作机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 搓元宵机
9、搓元宵机 整个装置由旋转圆盘1、连杆2和3、转动构件4和机架5所组成的空间五杆机构。运动由圆盘1输入，通过装在圆盘外圈上的球形铰链带动连杆3、2和转动构件4运动，从而使工作箱做空间振摆运动，工作箱中的元宵馅在些许湿润的元宵粉末中多方向滚动，即可制成元宵。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 思维扩展法思维扩展法 从传统的定式思维方式转向发散思维，拓展思从传统的定式思维方式转向发散思维，拓展思路，尽可能采用简单易行的运动规律。路，尽可能采用简单易行的运动规律。钢球综合检测的装置钢球综合检测的装置利用滚珠在平面上跳动所走的路线来判定其是否合格。机械原理机械原理机械执行系统方案设
10、计机械执行系统方案设计 分选不同直径钢珠的装置分选不同直径钢珠的装置钢珠沿着两个斜放的不等距棒条滚动，实现钢珠尺寸分级的目的。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计典型例题典型例题 绘图机绘图机机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.4 14.4 执行机构的型式设计执行机构的型式设计 14.4.1 14.4.1 执行机构型式设计的原则执行机构型式设计的原则1.1.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 运动形式、运动规律和运动轨迹运动形式、运动规律和运动轨迹2.2.尽量简化和缩短运动链尽量简化和缩短运动链 机械原理机械原理机械执
11、行系统方案设计机械执行系统方案设计精确直线导向机构 近似直线导向机构 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计简化结构减轻重量冲压机：保证曲柄转速不变冲压机：保证曲柄转速不变 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计3.3.尽量减小机构的尺寸尽量减小机构的尺寸 n 保证滑块行程不变保证滑块行程不变利用杠杆行程放大原理 利用活动齿轮倍增行程原理 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计4.4.选择合适的运动副形式选择合适的运动副形式 运动副在机械传递运动和动力的过程中起着重运动副在机械传递运动和动力的过程中起着重要作用，它直接影响到机械的结构形式、
12、传动效率、要作用，它直接影响到机械的结构形式、传动效率、寿命和灵敏度等。寿命和灵敏度等。一般来说，转动副易于制造，易于保证运动副一般来说，转动副易于制造，易于保证运动副元素的配合精度，且效率较高；移动副制造较困难，元素的配合精度，且效率较高；移动副制造较困难，不易保证配合精度，效率低且易自锁或楔紧，故一不易保证配合精度，效率低且易自锁或楔紧，故一般只宜用于作直线运动或将转动变为移动的场合。般只宜用于作直线运动或将转动变为移动的场合。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计转动副代替移动副实例转动副代替移动副实例 近似直线导向机构近似直线导向机构机械原理机械原理机械执行系统方案设
13、计机械执行系统方案设计5.5.考虑动力源的形式考虑动力源的形式 选择合适的动力源，有利于简化机构结构和改善选择合适的动力源，有利于简化机构结构和改善机械性能。机械性能。例：执行构件作等速往复直线运动例：执行构件作等速往复直线运动需要单独的电动机和传动机构驱动原动件，且采用连杆机构把转动变为执行机构的等速往复直线运动，结构复杂。不仅省去了传动机构，而且一个动力源可以驱动多个执行机构，机构简单紧凑，反向时运转平稳，易于调节移动速度。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计6.6.使执行系统具有良好的传力条件和动力特性使执行系统具有良好的传力条件和动力特性 设计时，应注意选用具有最大
14、传动角、最大增设计时，应注意选用具有最大传动角、最大增力系数和最高效率的机构，这样可以减小主动轴上力系数和最高效率的机构，这样可以减小主动轴上的力矩和原动机的功率及机构的尺寸和重量；应尽的力矩和原动机的功率及机构的尺寸和重量；应尽量避免采用虚约束；高速运转机构应考虑平衡设计量避免采用虚约束；高速运转机构应考虑平衡设计等。等。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计7.7.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 具有调节滑块最大行程功能的机构具有调节滑块最大行程功能的机构 摆杆1可绕铰链转动，它所处的位置不同，滑块的最大行程也随之变化。摆杆1调到合适的位
15、置后锁紧，则机构只有一个自由度。此时滑块2在1上上下滑动。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计8.保证机械的安全运转保证机械的安全运转 必须考虑防止出现机械意外损坏或生产、必须考虑防止出现机械意外损坏或生产、人身事故。例如可以采取具有过载保护功能人身事故。例如可以采取具有过载保护功能的带传动、设置具有自锁功能的蜗杆蜗轮机的带传动、设置具有自锁功能的蜗杆蜗轮机构等。构等。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.4.2 14.4.2 机构的选型机构的选型 利用发散思维的方法，将前人创造发明的各种利用发散思维的方法，将前人创造发明的各种机构按照运动特性或动作
16、功能进行分类，然后根据机构按照运动特性或动作功能进行分类，然后根据设计对象中执行构件所需要的运动特性或动作功能设计对象中执行构件所需要的运动特性或动作功能进行搜索、选择、比较和评价，选出执行机构的合进行搜索、选择、比较和评价，选出执行机构的合适形式。适形式。1 1按照执行构件所需的运动特性进行机构选型按照执行构件所需的运动特性进行机构选型 从具有相同运动特性的机构中，按照执行构件从具有相同运动特性的机构中，按照执行构件所需的运动特性进行搜寻。当有多种机构均可满足所需的运动特性进行搜寻。当有多种机构均可满足所需要求时，则可根据上节所述原则，对初选的机所需要求时，则可根据上节所述原则，对初选的机构
17、形式进行分析和比较，从中选择出较优的机构。构形式进行分析和比较，从中选择出较优的机构。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计2 2按照动作功能分解与组合原理及型机构选型按照动作功能分解与组合原理及型机构选型 任何一个复杂的执行机构都可以认为是由一些任何一个复杂的执行机构都可以认为是由一些基本机构组成的，这些基本机构具有如下基本功能：基本机构组成的，这些基本机构具有如下基本功能：机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 动作功能分解组合原理动作功能分解组合原理总体功能可以分解成若干分功能：总体功能可以分解成
18、若干分功能：U U=(=(UiUi)i i=1,2,m1,2,m 每一个分功能又可以用不同的机构来实现：每一个分功能又可以用不同的机构来实现：TjTj=(=(ti1,ti2,tinti1,ti2,tin)j j=1,2,n1,2,n功能功能-技术矩阵：技术矩阵：机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 只要在矩阵的每一行任找一个元素，把各行中找只要在矩阵的每一行任找一个元素，把各行中找出的机构组合起来，就组成一个能实现总体功能出的机构组合起来，就组成一个能实现总体功能的方案。的方案。在确定了各分功能顺序的前提下方案总数为：在确定了各分功能顺序的前提下方案总数为：N=nN=nm
19、m 得到各种方案后，先剔除一些明显不成立的、不得到各种方案后，先剔除一些明显不成立的、不符合要求的方案，然后按照上节所述的原则，筛符合要求的方案，然后按照上节所述的原则，筛选出一些较合理的方案，以供进一步评价。这种选出一些较合理的方案，以供进一步评价。这种方法有利于利用计算机存储、分析和选择，具有方法有利于利用计算机存储、分析和选择，具有广阔前景。广阔前景。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计精锻机主机构选型举例精锻机主机构选型举例 总体功能总体功能 当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出较高精度的毛坯。根据空间条件，驱动轴必须水平
20、较高精度的毛坯。根据空间条件，驱动轴必须水平布置，加压执行构件沿铅垂方向移动。试构思该执布置，加压执行构件沿铅垂方向移动。试构思该执行机构的若干方案。行机构的若干方案。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计动作功能分解动作功能分解(1)(1)运动形式变换功能：将驱动轴的转动变换为冲运动形式变换功能：将驱动轴的转动变换为冲头的移动；头的移动；(2)(2)运动轴线变向功能运动轴线变向功能 将水平轴运动变换为铅垂方将水平轴运动变换为铅垂方向运动；向运动；(3)(3)运动位移或速度缩小功能运动位移或速度缩小功能 减小位移量（或速减小位移量（或速度），以实现增力要求。度），以实现增力要
21、求。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 功能功能-技术矩阵图技术矩阵图 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 将各分功能进行组合，得出可行方案将各分功能进行组合，得出可行方案 将三个分功能按不同的顺序排列，得到各种方将三个分功能按不同的顺序排列，得到各种方案的示例案的示例 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计几种典型方案示例几种典型方案示例 方案方案 1 先由曲柄滑块机构将转动变换成移动并实现运动大小变换功能，再采用斜面机构将水平轴运动变换为铅垂方向运动并实现运动大小变换功能。特点：采用斜面机构增强了系统刚度，经过两次运动大小变换增
22、加了锻压力。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 方案方案 2 先由曲柄滑块机构将转动变换成移动并实现运动大小变换功能，再采用液压机构将水平轴运动变换为铅垂方向运动并实现运动大小变换功能。特点：经过两次运动大小变换，可见有较大的锻压力。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 方案方案 3 先由曲柄滑块机构实现运动大小变换功能，再采用摆杆滑块机构将水平轴运动变换为铅垂方向的移动并实现运动大小变换功能。特点：经过两次运动大小变换，具有较大的力。缺点：系统刚度较差。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 方案方案 4 先由摩擦轮机构将水平轴转动
23、变换为铅垂轴转动，再采用螺旋机构将转动变换为往复移动并实现运动大小变换功能。特点：螺旋机构具有很好的运动大小变换功能，可产生很大的锻压力。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.4.3 14.4.3 机构的构型机构的构型 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计1.1.选择选择 对现有的数千种机构进行分析、研究，通过类对现有的数千种机构进行分析、研究，通过类比选择出基本机构的雏形。比选择出基本机构的雏形。2.2.突破突破 以选择的雏形作为创新构型的生长点，通过扩以选择的雏形作为创新构型的生长点，通过扩展、组合和变异等方法去尝试突破，以获得新构思。展、组合和
24、变异等方法去尝试突破，以获得新构思。3.3.重新构型重新构型 在突破的基础上，重新构筑能完成预期功能且在突破的基础上，重新构筑能完成预期功能且性能优良的新机构。性能优良的新机构。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计(1)扩展法扩展法 用类比法选择的基本机构雏形在满足运用类比法选择的基本机构雏形在满足运动特性或功能上有欠缺时，可以以此机构为动特性或功能上有欠缺时，可以以此机构为生长点，在其上联接若干基本杆组构筑出新生长点，在其上联接若干基本杆组构筑出新的机构形式。的机构形式。优点：优点：是在不改变机构自由度的情况下，能是在不改变机构自由度的情况下，能增加或改善机构的功能。增加
25、或改善机构的功能。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计例：设计一个急回特性比较显著、运动行程比较大例：设计一个急回特性比较显著、运动行程比较大的执行机构的执行机构 以摆动导杆机构ABC为基本机构，在其导杆CB的延长线上D点处连接一个双杆组，形成六杆机构，满足急回、扩大行程等工作要求。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计(2)(2)组合法组合法 将几种基本机构用适当的方式组合起来，实现将几种基本机构用适当的方式组合起来，实现基本机构不易实现的运动或功能。基本机构不易实现的运动或功能。常用组合方式常用组合方式 复复合合式式组组合合反反馈馈式式组组合合并并联联
26、式式组组合合串串联联式式组组合合机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 组合法实例组合法实例 要使做往复摆动的执行构件具有显著急回特性和较大摆动行程，当不能完全满足要求时，可将摆动导杆机构与齿轮机构串联组合，这样，固结在小齿轮上的执行构件不仅具有显著急回特性，且可获得较大的摆动行程。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计(3)(3)变异法变异法 通过运动副形状、尺寸和位置安排上的变化生通过运动副形状、尺寸和位置安排上的变化生成新的机构型式。常用的方法有运动倒置和运动副成新的机构型式。常用的方法有运动倒置和运动副变换等。变换等。运动倒置运动倒置 运动倒置就是机
27、架变换。利用运动倒置就是机架变换。利用机架变换发现现有机构的内在机架变换发现现有机构的内在联系是机构发生变异。联系是机构发生变异。例：例：人类正常步行时，脚跟相人类正常步行时，脚跟相对于腰部的轨迹对于腰部的轨迹 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 以六杆机构来模拟人脚的运动，以不同构件为以六杆机构来模拟人脚的运动，以不同构件为机架可得到不同的方案。机架可得到不同的方案。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 运动副变换运动副变换 运动副是机构运动变换的主要元素，通过运动运动副是机构运动变换的主要元素，通过运动副变换生成新的机构型式是机构创新构型的途径之副
28、变换生成新的机构型式是机构创新构型的途径之一。一。常用的变换方式常用的变换方式 低低副副变变高高副副高高副副变变低低副副转转动动副副变变移移动动副副机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计低副变异为高副低副变异为高副 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 典型例题典型例题 干粉压片机的功能是将不加粘结剂的干粉料压干粉压片机的功能是将不加粘结剂的干粉料压成圆型片坯。根据生产条件和粉料的特性，决定成圆型片坯。根据生产条件和粉料的特性，决定选用电动机作为动力源，选择刚体推压传动原理。选用电动机作为动力源，选择刚体推压传动原理。其工作过程如下：其工作过程如下：加入粉
29、料加入粉料下冲头下沉下冲头下沉上下冲头加压上下冲头加压上冲头上冲头退回，下冲头上顶退回，下冲头上顶推走片坯。推走片坯。试对上冲头主加压机构进行试对上冲头主加压机构进行机构型式设计。机构型式设计。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 根据动作功能分解与组合原理进行机构选型根据动作功能分解与组合原理进行机构选型基本功能基本功能l 运动形式变换功能（将驱动轴的转动变为冲头的运动形式变换功能（将驱动轴的转动变为冲头的移动）移动）l 运动方向交替变换功能（冲头往复运动）、运动运动方向交替变换功能（冲头往复运动）、运动缩小功能（减小速度，以获得较大压力）缩小功能（减小速度，以获得较大压
30、力）l 运动停歇功能（冲头加压）。运动停歇功能（冲头加压）。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 功能技术矩阵功能技术矩阵机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 初选方案初选方案方案方案1 1方案方案2 2方案方案3 3方案方案5 5方案方案4 4机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 由于上冲头在下移行程的末端还有停歇的附由于上冲头在下移行程的末端还有停歇的附加要求，而初选方案均不具备这种功能，故需进加要求，而初选方案均不具备这种功能，故需进行机构创新构型，以达到设计要求。行机构创新构型，以达到设计要求。选择选择 方案方案4 4 作为原
31、型进行机构创新构型作为原型进行机构创新构型 (1)(1)扩展法扩展法 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 在四杆机构连杆在四杆机构连杆BCBC的延长线上找一点的延长线上找一点H H，该点，该点的运动轨迹中有一段直线或近似直线。在该点加一的运动轨迹中有一段直线或近似直线。在该点加一个个RPRRPR双杆组，且使双杆组，且使GHGH与此直线轨迹段平行，则当与此直线轨迹段平行，则当H H点运动在直线段上时，导杆点运动在直线段上时，导杆GHGH将处于停歇状态，即将处于停歇状态，即使冲头使冲头F F有了停歇功能。有了停歇功能。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计(
32、2)(2)组合法组合法 采用四杆机构与曲柄滑块机构的串联组合，将两机构于极限位置时串联，则该位置时滑块F的速度为零，即滑块实现了近似的停歇。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计(3)变异法变异法 将铰链四杆机构变为摆杆机构，得到摆动导杆机构与摆杆滑块机构的串联组合方案。再将导杆槽改为曲线槽，则可使冲头F获得准确的停歇功能。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.5 14.5 执行系统的协调设计执行系统的协调设计 14.5.1 14.5.1 执行系统协调设计的原则执行系统协调设计的原则 当根据生产工艺要求确定了机械的工作原理和当根据生产工艺要求确定了机械
33、的工作原理和各执行机构的运动规律、并确定了各执行机构的型各执行机构的运动规律、并确定了各执行机构的型式及驱动方式后，还必须将各执行机构统一于一个式及驱动方式后，还必须将各执行机构统一于一个整体，形成一个完整的执行系统，使这些机构以一整体，形成一个完整的执行系统，使这些机构以一定的次序协调工作，互相配合，以完成机械预定的定的次序协调工作，互相配合，以完成机械预定的功能和生产过程功能和生产过程执行系统的协调设计执行系统的协调设计。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；机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 满足各执行机构动作在时间上的同步性要求；
34、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；满足各执行机构操作上的协同性要求；满足各执行机构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各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率；率；各执行机构的布置要有利于系统的能量协调和各执行机构的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高。效率的提高。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.5.2 14.5.2 执行系统协调设计的方法执行系统协调设计的方法 工程实际中的大多数机械的工作都是周期性的，工程实际中的大多数机械的工作都是周期性的，即经过
35、一定的时间间隔后，各执行构件的位移、速即经过一定的时间间隔后，各执行构件的位移、速度和加速度等运动参数就周期性的重复。度和加速度等运动参数就周期性的重复。1.1.协调设计的步骤协调设计的步骤 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；程段及其所需时间；确定各执行构件动作间的协调配合关系。确定各执行构件动作间的协调配合关系。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计例：冷霜自动灌装机例：冷霜自动灌装机 确定机械的工作循环周期确定机械的工作循环周期 根据设计任务书中给定的理论生
36、产率根据设计任务书中给定的理论生产率Q Q=30=30 盒盒/min/min，计算出该机械运动的循环周期计算出该机械运动的循环周期T T=60/30=2s=60/30=2s 确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行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程段及其所需时间 基本动作基本动作机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计1 1输送带的连续运动输送带的连续运动 2 2轮盘的间歇转动轮盘的间歇转动 3 3顶杆的往复运动顶杆的往复运动 4 4定量泵活塞的往复运动定量泵活塞的往复运动 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 各行程区段所需时间
37、的计算详见各行程区段所需时间的计算详见14.5.314.5.3机械运机械运动循环图。动循环图。确定各执行构件动作间的协调配合关系确定各执行构件动作间的协调配合关系 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 冷霜自动灌装机各执行机构协调配合的完冷霜自动灌装机各执行机构协调配合的完整的执行系统整的执行系统 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.5.3 14.5.3 机械运动循环图机械运动循环图 描述各执行构件运动间相互协调配合的图描述各执行构件运动间相互协调配合的图机机械运动循环图械运动循环图 由于机械在主轴或分配轴转动一周或若干周内由于机械在主轴或分配轴转
38、动一周或若干周内完成一个运动循环，故运动循环图常以主轴或分配完成一个运动循环，故运动循环图常以主轴或分配轴的转角为坐标来编制。轴的转角为坐标来编制。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计例：冷霜自动灌装机的运动循环图例：冷霜自动灌装机的运动循环图 直线式直线式机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 圆周式圆周式 直角坐标式直角坐标式机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.6 14.6 方案评价与决策方案评价与决策1.1.方案评价的意义方案评价的意义 寻求一种既能实现预期功能要求，又
39、性能优良、寻求一种既能实现预期功能要求，又性能优良、价格低廉的设计方案。价格低廉的设计方案。由于工作原理、工艺动作分解方法及机构型式的由于工作原理、工艺动作分解方法及机构型式的不同，会形成多种设计方案。方案评价的目的在不同，会形成多种设计方案。方案评价的目的在于通过科学的评价、决策来优选出最佳的方案。于通过科学的评价、决策来优选出最佳的方案。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计2.2.评价准则、评价指标和评价体系评价准则、评价指标和评价体系评价准则评价准则 设计目标设计目标 从哪些方面、以什么原则、达到什么标从哪些方面、以什么原则、达到什么标准为优；准为优；设计指标设计指标
40、 具体的约束限制。具体的约束限制。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计评价指标评价指标 系统功能系统功能：实现运动规律或运动轨迹、实现工艺实现运动规律或运动轨迹、实现工艺动作的准确性、特定功能等；动作的准确性、特定功能等；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；动力性能动力性能：承载能力、增力特性、传力特性、振承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音等；动噪音等；工作性能工作性能：效率高低、寿命长短、可操作性、安效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、可靠性、适用范围等；全性、可靠性、适用范围等；经济性经济性：加工难易、能耗大小、制
41、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。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计评价体系评价体系 通过一定范围内的专家咨询，确定评价指标及通过一定范围内的专家咨询，确定评价指标及其评定方法。建立评价体系，要注意其针对性和科其评定方法。建立评价体系，要注意其针对性和科学性。学性。3.3.评价方法评价方法(1)(1)经验性的概略评价法经验性的概略评价法 请多名有经验的专家根据经验采用排队法或排请多名有经验的专家根据经验采用排队法或排除法直接评价。除法直接评价。(2)(2)计算性的数学分析评价法计算性的数学分
42、析评价法 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 评分法评分法 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各个项目进行评分对各个项目进行评分选择总分计分法，计算总选择总分计分法，计算总分分选取高分者为优选方案。选取高分者为优选方案。评分方法有直接评分法和加权系数法。后者按评分方法有直接评分法和加权系数法。后者按各评价项目的重要程度确定其权重，每项打分都乘各评价项目的重要程度确定其权重，每项打分都乘以相应的加权系数。以相应的加权系数。评分标准评分标准 分值分值0 01 12 23 3 4 4优劣程度优劣程度不能用不能用达标达标比较好比较好良好良好
43、理想理想机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计总分计算总分计算 方法方法计算公式计算公式相加法相加法Q=Q=q qi i连乘法连乘法Q=Q=q qi i均值法均值法Q=Q=q qi i/n/n i=i=1,2,1,2,n n 相对值法相对值法Q=Q=q qi i/nQ/nQ0 0 i=i=1,2,1,2,n n Q Q0 0为理想值为理想值有效值法有效值法N=N=w wi iq qi i w wi i为加权系数为加权系数机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 技术技术-经济评价法经济评价法 综合考虑了技术类指标和经济类指标，评价值综合考虑了技术类指标和经济类
44、指标，评价值一般为相对于理想状态的相对值。一般为相对于理想状态的相对值。模糊评价法模糊评价法 用用00，11区间内的连续数值代替评分法中的离区间内的连续数值代替评分法中的离散数值来表达评价值，使评价结果更为准确。散数值来表达评价值，使评价结果更为准确。(3)(3)实践性的试验评价法实践性的试验评价法 对重要的方案设计问题，可通过模型试验或计对重要的方案设计问题，可通过模型试验或计算机模拟实验来进行评价。算机模拟实验来进行评价。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计4.4.评价结果的处理评价结果的处理-再设计再设计 设计的过程是一个设计设计的过程是一个设计-评价评价-再设计再设
45、计-再评价的再评价的过程，直到达到最优方案。过程，直到达到最优方案。典型例题典型例题 推纸机构的功能是将推纸机构的功能是将纸库中的纸一张一张推出，纸库中的纸一张一张推出，主运动为往复直线运动。主运动为往复直线运动。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计现有三个方案：现有三个方案：凸轮摆杆机构凸轮摆杆机构曲柄摆杆机构曲柄摆杆机构施蒂芬森机构施蒂芬森机构试用评分法进行评价。试用评分法进行评价。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计P P1 1系统功能；系统功能；p p2 2 运动性能；运动性能；p p3 3动力性能；动力性能；p p4 4 工作性能；工作性能；p
46、 p5 5结构紧凑性结构紧凑性解：选用直接评分法、相加法，则有解：选用直接评分法、相加法，则有 凸轮摆杆机构：凸轮摆杆机构：Q Q=1+0.75+0.75+0.75+0.75=4=1+0.75+0.75+0.75+0.75=4 曲柄摆杆机构：曲柄摆杆机构：Q Q=0.75+0.75+0.75+0.75+0.6=3.6=0.75+0.75+0.75+0.75+0.6=3.6 施蒂芬森机构：施蒂芬森机构：Q Q=0.75+0.75+0.75+0.6+0.6=3.45=0.75+0.75+0.75+0.6+0.6=3.45故凸轮摆杆机构较优故凸轮摆杆机构较优机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计参考文献参考文献1.1.曾惟庆，徐增荫主编曾惟庆，徐增荫主编.机构设计机构设计.北京：机械工北京：机械工业出版社，业出版社，199319932.2.孟宪源主编孟宪源主编.现代机构手册现代机构手册.北京：机械工业出北京：机械工业出版社，版社，199419943.3.邹惠军编著邹惠军编著.机械系统设计机械系统设计.上海：上海科学技上海：上海科学技术出版社，术出版社，19961996
