1、一、机械产品的设计过程一、机械产品的设计过程14-1机械运动方案的拟定在机器设计中的地位和作用机械运动方案的拟定在机器设计中的地位和作用机械产品设计机械产品设计:分析分析 综合综合 创新创新特定要求特定要求新产品新产品特定功能特定功能开发开发机械设计的重要性机械设计的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业效益。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。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。机械新产品的开发设计过程：机械新产品的开发设计过程：1）初期规划设计阶段）初期规划设计阶段2）总体方案设计阶段）总体方案设
2、计阶段3）结构技术设计阶段）结构技术设计阶段4）生产施工设计阶段）生产施工设计阶段一、机械产品的设计过程一、机械产品的设计过程一、机械产品的设计过程一、机械产品的设计过程初期规划设计初期规划设计总体方案设计总体方案设计结构技术设计结构技术设计生产施工设计生产施工设计选题选题调研和预测调研和预测可行性论证可行性论证确定设计任务确定设计任务阶段成果：阶段成果：调研报告调研报告产品开发可行性论证报告产品开发可行性论证报告设计任务书设计任务书一、机械产品的设计过程一、机械产品的设计过程初期规划设计初期规划设计总体方案设计总体方案设计结构技术设计结构技术设计生产施工设计生产施工设计阶段成果：阶段成果：目
3、标分析目标分析创新构思创新构思方案拟定方案拟定方案评价方案评价方案决策方案决策总体方案示意图总体方案示意图机械系统方案运动简图机械系统方案运动简图运动循环图运动循环图方案设计计算说明书方案设计计算说明书一、机械产品的设计过程一、机械产品的设计过程初期规划设计初期规划设计总体方案设计总体方案设计结构技术设计结构技术设计生产施工设计生产施工设计阶段成果：阶段成果：结构方案拟定结构方案拟定造型设计造型设计结构设计结构设计材料选择与尺材料选择与尺寸设计寸设计设计图绘制设计图绘制全套设计图纸全套设计图纸设计计算说明书设计计算说明书一、机械产品的设计过程一、机械产品的设计过程初期规划设计初期规划设计总体方
4、案设计总体方案设计结构技术设计结构技术设计生产施工设计生产施工设计阶段成果：阶段成果：工艺设计工艺设计工装设计工装设计施工设计施工设计工艺流程卡片工艺流程卡片工装设计图工装设计图基础安装图基础安装图技术文件技术文件使用说明书使用说明书备件明细表备件明细表二、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 产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决于总体方案设计的构思和方案产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，在很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。拟定时的设计思想。机械产品市场上的竞争力？机械产品市场上的竞争力？质量
5、好质量好价格低价格低有新意的产品有新意的产品仿照设计：仿照设计：往往忽略初期规划设计阶段的作用往往忽略初期规划设计阶段的作用往往忽略总体方案设计阶段的作用往往忽略总体方案设计阶段的作用初期规划设计初期规划设计调研调研可行性论证可行性论证生命力生命力竞争力竞争力开发什么产品？开发什么产品？产品开发产品开发：总体方案设计总体方案设计设计目标设计目标创新的关键创新的关键二、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
6、律设计系统功能原理设计系统功能原理设计原动机类型的选择和传动系统的原动机类型的选择和传动系统的方案设计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十四章第十四章 机械系统运动方案设计机械系统运动方案设计14-1 机械运动方案的拟定在机器设计机械运动方案的拟定在机器设计 中的地位和作用中的地位和作用14
7、-2 机械执行系统运动方案设计机械执行系统运动方案设计14-3 机器传动系统方案设计和原动件选择机器传动系统方案设计和原动件选择14-4 机械运动方案拟定示例机械运动方案拟定示例 重要性重要性执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械系统预期工作任务。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。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。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。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，其数量及运动形式、运动规律
8、和传动特性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结构方案。等要求，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据需要制定机械的总功能，拟定实现总功根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械所要实能的工作原理和技术手段，确定机械所要实现的工艺动作现的工艺动作运动规律设计运动规律设计通过对工作原理所提出的工艺动作进通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解，决定采用何种运动规律来实行分解，决定
9、采用何种运动规律来实现工作原理现工作原理执行机构型式设计执行机构型式设计决定选择何种机决定选择何种机构实现给定的运构实现给定的运动规律动规律执行系统协调设计执行系统协调设计机构尺度设计机构尺度设计根据工艺过程对各动作的要根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如求，分析各执行机构应当如何协调配合，设计出机械运何协调配合，设计出机械运动循环图动循环图确定各执行机构的运确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图行机构的运动简图运动和动力分析运动和动力分析检验执行系统是检验执行系统是否满足运动要求否满足运动要求和动力性能方面和动力性能方面的要求的要求方案评价与决策方
10、案评价与决策对方案进行定性评价和对方案进行定性评价和定量评价并从中选出最定量评价并从中选出最佳设计方案佳设计方案二、执行系统的功能原理设计二、执行系统的功能原理设计根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。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。功能原理的选择与构思功能原理的选择与构思: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，加以分析比较并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原
11、理。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原理。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n机械推拉原理机械推拉原理n摩擦传动原理摩擦传动原理(摩擦板摩擦板)n摩擦传动原理摩擦传动原理(摩擦轮摩擦轮)n气吸原理气吸原理(底吸法底吸法)n气吸原理气吸原理(顶吸法顶吸法)工作原理不同，运动方案也不同工作原理不同，运动方案也不同切削加工切削加工范成原理范成原理仿形原理仿形原理齿轮加工齿轮加工无削加工无削加工粉末冶金成型粉末冶金成型精密铸造精密铸造滚压成型滚压成型剃剃齿齿齿轮切削加工齿轮切削加工插插齿齿滚滚齿齿工作原理相同运动方案不同
12、工作原理相同运动方案不同 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功能。用最简单的方法实现同一功能。注意光、机、电、流体等知识的综合运用。注意光、机、电、流体等知识的综合运用。设计一台彩色电视机阴极盘用的金属片的冲裁机器，圆片直径设计一台彩色电视机阴极盘用的金属片的冲裁机器，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轮按摩轮 图示按摩椅中的按摩轮利用一个偏心空间凸轮，同时实现图示按摩椅中的按摩轮利用一个偏心空间凸轮，同时实现三维方向的按摩作用三维方向的按摩作用径
13、向振动挤压、向下推拉和横向推拉，构径向振动挤压、向下推拉和横向推拉，构思巧妙，结构非常简单。思巧妙，结构非常简单。r光、机、电、流体等知识的综合运用举例光、机、电、流体等知识的综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，要求精度达到图示分析天平，要求精度达到0.01g，但靠，但靠目力读指针的微小偏角已不可能。目力读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镜，将读数放大。增加了一级光学放大镜，将读数放大。其它实例：其它实例：斜面的应用斜面的应用螺旋压力机、螺旋千斤顶、螺纹联接件、螺旋输送机、螺杆泵、螺旋微动机构
14、、千分尺等螺旋压力机、螺旋千斤顶、螺纹联接件、螺旋输送机、螺杆泵、螺旋微动机构、千分尺等 小结：n实现某种预期的要求，可以采用多种不同的工作原理n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、工作品质和适用场合等方面都会有很大的差别。三、执行系统的运动规律设计三、执行系统的运动规律设计1.1.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 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，所形成的运动方案也不同。不同，所形成的运动方
15、案也不同。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立式钻床工艺动作分解立式钻床工艺动作分解n内孔加工内孔加工车床 拉床 钻床 镗床 总结：总结：n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动方案也同一个工艺动作，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。相同，它们很大程度上决定了机械的特点、性能和复杂程度。n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运动规律和运动在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综
16、合考虑各方面的因素，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，从中选出最佳方案。方案加以认真分析和比较，从中选出最佳方案。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 行执 行构 件构 件运 动运 动形式形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
17、、行程速度变化系数每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变化系数每分钟行程数、大小、行程速度变化系每分钟行程数、大小、行程速度变化系数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、行程大每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度小和工作速度四、执行机构的型式设计四、执行机构的型式设计四、执行机构的型式设计四、执行机构的型式设计1.1.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
18、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传递连续转动机构传递连续转动机构啮合传动机构啮合传动机构 蜗杆传动蜗杆传动 链传动链传动 齿轮传动（含轮系）齿轮传动（含轮系）连杆机构连杆机构 平行四边形机构平行四边形机构 双曲柄机构双曲柄机构 摩擦传动机构摩擦传动机构 摩擦轮传动摩擦轮传动 带传动带传动 12摩擦轮传动摩擦轮
19、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转角小，
20、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，但制造困难、运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、高精度定位、高速场合高精度定位、高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。连杆机构
21、特点制造容易、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。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，承载能力不大。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。螺旋机构特点可获得大的减速比和较高的运动精度，常用作低速进给和精密微调机构。螺旋机构特点可获得大的减速比和较高的运动精度，常用作低速进给和精密微调机构。齿轮齿条机构特点适用于移动速度较高的场合，精密齿条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。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
22、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 再现轨迹机构再现轨迹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，其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。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。齿轮齿轮连杆组合机构连杆组合机构
23、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 此抓片机构采用了联动凸轮机构，通过两凸轮此抓片机构采用了联动凸轮机构，通过两凸轮的联动作用，使抓片爪按矩形轨迹运动，从而达到的联动作用，使抓片爪按矩形轨迹运动，从而达到间歇抓片的目的。间歇抓片的目的。此装配线采用了联动凸轮机构，使笔芯托架沿此装配线采用了联动凸轮机构，使笔芯托架沿着矩形轨迹运动，从而达到使圆珠笔芯步进式地向着矩形轨迹运动，从而达到使圆珠笔芯步进式地向前送进的目的。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，或虽能实现功能要求但存在着或结构较复杂、或运动
24、精度不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机构，在此基础上重新构筑机构的型式。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件，依次串联的组合方式。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。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前一级子机构的一个后一级子机构的主动件为前一级子机构的
25、一个连架杆。连架杆。后一级机构的子主动件为在前一级子机构的连后一级机构的子主动件为在前一级子机构的连杆。杆。III51234 1123A54DCBFEM并联组合并联组合:几个子机构共用同一个输入构件，而它们的输出运动又同时输入给一个多自由度的子机构，从而形成几个子机构共用同一个输入构件，而它们的输出运动又同时输入给一个多自由度的子机构，从而形成一个自由度为一个自由度为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
26、船舶主传动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各子机构间无严格的运动协调配合关系各子机构间无严格的运动协调配合关系 各子机构在动作的先后次序上各子机构在动作的先后次序上有严格的要求有严格的要求 自动车床上三个并联凸轮自动车床上三个并联凸轮的工作顺序有先后要求。的工作顺序有先后要求。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
27、角挡料挡料 各子机构有运动形式配合要求各子机构有运动形式配合要求 磨床中的主轴运动、砂轮运动和、工件运动在运动形式上有配合要求。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机构组合系统中，其多自由度子机构的一个输入运动，是通过单自由度子机构从该多自由度子机构的输在机构组合系统中，其多自由度子机构的一个输入运动，是通过单自由度子机构从该多自由度子机构的输出构件回授的组合方式。出构件回授的组合方式。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，由误差设计一凸轮机构，经齿轮齿条、差动机校正原理蜗杆主动，因制造误差使蜗轮运动
28、精度达不到要求，由误差设计一凸轮机构，经齿轮齿条、差动机构构K使蜗杆得到一附加运动，以校正误差。使蜗杆得到一附加运动，以校正误差。输入输入输出输出 4凸轮机构凸轮机构2自由度蜗杆蜗轮自由度蜗杆蜗轮机构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一个或几个串联的基本机构去封闭一个具有两个或多个自由度的基本机构的组合方式由一个或几个串联的基本机构去封闭一个具有两个或多个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 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，可把风扇转子的旋转双摇杆机构中，选连杆作为原动件，可把
29、风扇转子的旋转转化为连架杆的摇动。转化为连架杆的摇动。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改为圆弧导槽，可获得较长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歇。时间的停歇。改变构件运动尺寸改变构件运动尺寸 槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时，槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时，演变为槽条机构演变为槽条机构 五、执
30、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高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执行构件动作的协调配合执行构件动
31、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
32、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。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需时间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 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协调配合的图。用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动
33、间相互协调配合的图。通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定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参考构件的先后次序和配合关系。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。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
34、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 饼干包装机工作循环图中，横坐标表示参考构件的转饼干包装机工作循环图中，横坐标表示参考构件的转角，纵坐标表示执行构件的转角。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左折边构件左折边构件饼干
35、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 系统功能实现运动规律或运动轨迹、实现工艺动作的准确性系统功能实现运动规律或运动轨迹、实现工艺动作的准确性 运动性能运转速度、行程可调性、运动精度等运动性能运转速度、行程可调性、运动精度等 动力性能承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音等动力性能承载能力、增力特性、传力特性、振动
36、噪音等 工作性能效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、可靠性适用范围等工作性能效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、可靠性适用范围等 经济性加工难易、能耗大小、制造成本等经济性加工难易、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 评分法评分法针对评价目标中各个项目，选择一定针对评价目标中各个项目，选择一定的评分标准和总分计分法对方案的优劣进的评分标准和总分计分法对方案的优劣进行评价。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，计算总分选择总
37、分计分法，计算总分选取高分者为优选方案选取高分者为优选方案 总分计分法总分计分法 方法方法公式公式特点特点分值相加法分值相加法 将将n个评价目标评分值简单个评价目标评分值简单相加，计算简单、直观相加，计算简单、直观分值连乘法分值连乘法 将将n个评价目标评分值相乘，个评价目标评分值相乘，使各方案总分差拉开，便于比较使各方案总分差拉开，便于比较 均值法均值法 将相加所得结果除以评价目将相加所得结果除以评价目标系数，结果直观标系数，结果直观 相对值法相对值法 将均值法所得结果除以理想将均值法所得结果除以理想值，使值，使Qi 1，可看出与理想值的，可看出与理想值的差距差距 加权计分法加权计分法(有效值
38、法有效值法)将各项评分值乘以加权系数将各项评分值乘以加权系数后相加，考虑了各评价目标的重后相加，考虑了各评价目标的重要程度要程度 njijiPQ1 njijiPQ1 njijiPnQ11 njijinQPQ10)(njjijigPQ1评价结果的处理评价结果的处理入选入选方案数方案数设计阶段设计阶段 评价准则评价准则结果处理结果处理1最后阶段最后阶段合理合理已得到最佳方案，设计结束已得到最佳方案，设计结束可改进可改进重新决定评价准则，再作评价重新决定评价准则，再作评价中间阶段中间阶段合理合理评价结束，转入下一阶段评价结束，转入下一阶段多于多于1最后阶段最后阶段合理合理增加评价项目或提高评价要求再
39、作评价增加评价项目或提高评价要求再作评价中间阶段中间阶段需改进需改进若入选数太多，按上述方案改进准则再作评价若入选数太多，按上述方案改进准则再作评价合理合理将入选方案排序，转入下一设计阶段将入选方案排序，转入下一设计阶段0任何阶段任何阶段可改进可改进放宽评价要求，再作评价放宽评价要求，再作评价合理合理待评设计方案质量不高需再设计待评设计方案质量不高需再设计第八章第八章 机械系统运动方案设计机械系统运动方案设计8-1 机械运动方案的拟定在机器设计机械运动方案的拟定在机器设计 中的地位和作用中的地位和作用8-2 机械执行系统运动方案设计机械执行系统运动方案设计8-3 机器传动系统方案设计和原动件选
40、择机器传动系统方案设计和原动件选择8-4 机械运动方案拟定示例机械运动方案拟定示例一、机械传动系统方案设计一、机械传动系统方案设计1.设计过程设计过程 确定传动系统总传动比确定传动系统总传动比 选择传动类型选择传动类型 拟定传动链布置方案拟定传动链布置方案 分配传动比分配传动比 确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数 绘制传动系统运动简图绘制传动系统运动简图2.传动类型选择传动类型选择类型与特点类型与特点挠性挠性(件件)传动传动 摩擦轮传动摩擦轮传动 绳传动绳传动 圆形齿轮传动
41、圆形齿轮传动 挠性啮合传动挠性啮合传动 带传动带传动 啮合传动啮合传动 机械机械传动传动摩擦传动摩擦传动单级齿轮传动单级齿轮传动 齿轮系传动齿轮系传动 同步齿形带传动同步齿形带传动 螺旋齿轮传动螺旋齿轮传动 蜗杆蜗轮传动蜗杆蜗轮传动 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动 圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动 定轴轮系传动定轴轮系传动 周转轮系传动周转轮系传动 链传动链传动 非圆齿轮传动非圆齿轮传动 行星轮系传动行星轮系传动 差动轮系传动差动轮系传动 液压、液力传动液压、液力传动 利用液压泵、阀、执行器等元件实现的传动。利用液压泵、阀、执行器等元件实现的传动。气压传动气压传动 以压缩空气为工作介质的传动以压缩空气为工作
42、介质的传动 电气传动电气传动 利用电动机和电气装置实现的传动利用电动机和电气装置实现的传动按速度变化情况划分的传动类型按速度变化情况划分的传动类型传动类型传动类型原动机原动机输出速度输出速度传动类型举例传动类型举例定传动比传动定传动比传动恒定恒定齿轮传动，带、链传动，螺旋传动，不调速的电力，液压及气压传齿轮传动，带、链传动，螺旋传动，不调速的电力，液压及气压传动动变传动变传动比传动比传动有级变速有级变速恒定恒定带塔轮的皮带传动，滑移齿轮变速箱带塔轮的皮带传动，滑移齿轮变速箱可调可调电力、液压传动中的有级调速传动电力、液压传动中的有级调速传动无级变速无级变速恒定恒定机械无级变速器，液力耦合器及变
43、矩器，电磁滑块离合器，磁粉离机械无级变速器，液力耦合器及变矩器，电磁滑块离合器，磁粉离合器，流体粘性传动合器，流体粘性传动可调可调内燃机调速传动，电力、液压及气压无级调速传动内燃机调速传动，电力、液压及气压无级调速传动周期性周期性变速变速恒定恒定非圆齿轮传动，凸轮机构，连杆机构及组合机构非圆齿轮传动，凸轮机构，连杆机构及组合机构可调可调数控的电力传动数控的电力传动 选择原则选择原则 执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配 考虑工作要求传递的功率和运转速度考虑工作要求传递的功率和运转速度 有利于提高传递效率有利于提高传递效率 尽可能结构简
44、单的单级传动装置尽可能结构简单的单级传动装置 考虑结构布置考虑结构布置 考虑经济性考虑经济性 考虑机械安全运转条件考虑机械安全运转条件 传动比的合理分配传动比的合理分配传动机构种类传动机构种类平带平带V带带摩擦轮摩擦轮 齿轮齿轮蜗杆蜗杆链链圆周速度圆周速度 m s5 255 3015 2515 12015 3515 40减速比减速比 5 8 157 10 4 8 80 6 10最大功率最大功率 kW200750 1200150 250500005503750常用原动机的类型及主要特点常用原动机的类型及主要特点 原动机类型原动机类型主要特点主要特点三相异步电动机三相异步电动机 结构简单、价格便宜
45、、体积小、运行可靠、维护方便、坚固耐用；能保持恒速运结构简单、价格便宜、体积小、运行可靠、维护方便、坚固耐用；能保持恒速运行及经受较频繁的启动、反转及制动；但启动转矩小，调速困难。一般机械系统行及经受较频繁的启动、反转及制动；但启动转矩小，调速困难。一般机械系统中应用最多。中应用最多。同步电动机同步电动机 能在功率因子能在功率因子cos 1的状态下运行，不从电网吸收无功功率，运行可靠，保持的状态下运行，不从电网吸收无功功率，运行可靠，保持恒速运行；但结构较异步电动机复杂，造价较高，转速不能调节。适用于大功率恒速运行；但结构较异步电动机复杂，造价较高，转速不能调节。适用于大功率离心式水泵和通风机
46、等。离心式水泵和通风机等。直流电动机直流电动机 能在恒功率下进行调速，调速性能好，调速范围宽，启动转矩大；但结构较复杂、能在恒功率下进行调速，调速性能好，调速范围宽，启动转矩大；但结构较复杂、维护工作量较大、价格较高；机械特性较软、需直流电源。维护工作量较大、价格较高；机械特性较软、需直流电源。二、原动机的选择二、原动机的选择常用原动机的类型及主要特点常用原动机的类型及主要特点 原动机类型原动机类型主要特点主要特点控制电动机控制电动机 能精密控制系统位置和角度、体积小、重量轻；具有宽广而平滑的调速范围和快速响应能力，能精密控制系统位置和角度、体积小、重量轻；具有宽广而平滑的调速范围和快速响应能
47、力，其理想的机械特性和调速特性均为直线。广泛用于工业控制、军事、航空航天等领域。其理想的机械特性和调速特性均为直线。广泛用于工业控制、军事、航空航天等领域。内燃机内燃机 功率范围宽、操作简便、启动迅速；但对燃油要求高、排气污染环境、噪声大、结构复杂。功率范围宽、操作简便、启动迅速；但对燃油要求高、排气污染环境、噪声大、结构复杂。多用于工程机械、农业机械、船舶、车辆等。多用于工程机械、农业机械、船舶、车辆等。液压马达液压马达 可获得很大的动力和转矩，运动速度和输出动力、转矩调整控制方便，易实现复杂工艺过程可获得很大的动力和转矩，运动速度和输出动力、转矩调整控制方便，易实现复杂工艺过程的动作要求；
48、但需要有高压油的供给系统，油温变化较大时，影响工作稳定性；密封不良时，的动作要求；但需要有高压油的供给系统，油温变化较大时，影响工作稳定性；密封不良时，污染工作环境；液压系统制造装配要求高。污染工作环境；液压系统制造装配要求高。气动马达气动马达 工作介质为空气，易远距离输送、无污染，能适应恶劣环境、动作速度快；但工作稳定性较工作介质为空气，易远距离输送、无污染，能适应恶劣环境、动作速度快；但工作稳定性较差，噪声大；输出转矩不大，传动时速度较难控制。适用于小型轻载的工作机械。差，噪声大；输出转矩不大，传动时速度较难控制。适用于小型轻载的工作机械。第十四章第十四章 机械系统运动方案设计机械系统运动
49、方案设计14-1 机械运动方案的拟定在机器设计机械运动方案的拟定在机器设计 中的地位和作用中的地位和作用14-2 机械执行系统运动方案设计机械执行系统运动方案设计14-3 机器传动系统方案设计和原动件选择机器传动系统方案设计和原动件选择14-4 机械运动方案拟定示例机械运动方案拟定示例一般的钻床多采用第一种方案，但本例是三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。1.多头专用钻多头专用钻床床机械传动系统设计机械传动系统设计 设计任务设计任务设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动
50、送料。3020382020502010 运动方案选择运动方案选择 工艺动作钻头一边旋转，同时相对于工件作移动工艺动作钻头一边旋转，同时相对于工件作移动三种运动方案三种运动方案 钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止 钻头旋转，工作台带动工件进给钻头旋转，工作台带动工件进给 工作台旋转，钻头作轴向进给工作台旋转，钻头作轴向进给送料机构采取从料仓推送工件的方式送料机构采取从料仓推送工件的方式 执行系统运动规律设计执行系统运动规律设计工作台工作台送料杆送料杆料仓料仓三个执行构件三个执行构件钻头、工作台、送料杆钻头、工作台、送料杆 工艺过程工艺过程 送料杆往右推出零件，并
