機械系統(tǒng)運動方案設計

第一節(jié)

機械總體方案設計概述第二節(jié)現(xiàn)代設計觀念與創(chuàng)新設計簡介第三節(jié)機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設計第四節(jié)執(zhí)行機構的選型、組合與變異第五節(jié)執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調設計第六節(jié)機械傳動系統(tǒng)方案設計第七節(jié)原動機選擇

第八節(jié)機械系統(tǒng)方案評價與決策第九節(jié)機械系統(tǒng)運動方案設計舉例機械系統(tǒng)方案設計一、機械產品的設計過程◆初期規(guī)劃設計階段◆總體方案設計階段◆結構技術設計階段◆生產施工銷售階段機械產品設計是一個通過分析、綜合與創(chuàng)新獲得滿足某些特定要求和功能的機械系統(tǒng)的過程。第一節(jié)

機械總體方案設計概述機械新產品的開發(fā)設計過程一般可以分為四個階段：階段步驟方法主要指導理論初期規(guī)劃設計階段設計方法預測技術設計方法學技術預測理論市場學信息學機械產品設計一般進程信息集約可行性報告、設計要求項目表產品設計任務預測調研可行性分析明確任務要求階段步驟方法主要指導理論總體方案設計階段系統(tǒng)化設計法創(chuàng)造技法評價決策方法系統(tǒng)工程學形態(tài)學創(chuàng)造學思維心理學決策論模糊數(shù)學總功能分析原理參數(shù)表、方案原理圖功能分解功能載體組合功能原理方案(多個)功能元求解原理試驗評價決策最優(yōu)原理方案階段步驟方法主要指導理論結構技術設計階段價值設計優(yōu)化設計可靠性設計宜人性設計產品造型設計系列化設計機械性能設計工藝性設計自動化設計價值工程學最優(yōu)化方法、工程遺傳算法可靠性理論與實驗人機工程學工業(yè)美學模塊化設計、相似理論有限元法、動態(tài)設計、摩擦學設計、高等機構學機械設計的工藝基礎控制理論、智能工程、人工神經元計算方法、專家系統(tǒng)結構方案(多個)結構價值分析試驗模型試驗總體設計結構設計造型設計造型價值分析外觀方案(多個)評價決策評價決策最優(yōu)結構方案最優(yōu)造型方案最優(yōu)技術設計方案總體布置圖、裝配草圖、技術文件總體效果圖、外觀效果模型階段步驟方法主要指導理論生產施工銷售階段各種制造、裝配、造型、裝飾、檢驗等方法各種工藝學計算機輔助制造反饋控制法零件工作圖外觀件加工工藝、面飾工藝規(guī)程部件裝配圖效果圖、檢驗標準技術文件造型工藝文件試制修改批量生產技術服務用戶訪問二、機械總體方案設計的目的總體方案設計階段的工作是實現(xiàn)機械產品初期規(guī)劃階段所提出的設計目標的關鍵。產品設計的好壞，包括產品的功能是否齊全、性能是否優(yōu)良、經濟效益是否顯著，在很大程度上取決于總體方案設計階段的工作，取決于方案的構思和方案擬定時的設計思想。

機械系統(tǒng)主要是由原動機、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成。三、機械系統(tǒng)的組成四、機械總體方案設計的內容★執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計、運動規(guī)律設計、執(zhí)行機構的型式設計、執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調設計和執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價與決策?！镌瓌訖C類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設計。其中傳動系統(tǒng)的方案設計主要包括傳動類型和傳動路線的選擇，傳動鏈中機構順序的安排和各級傳動比的分配?！锟刂葡到y(tǒng)的方案設計.★其它輔助系統(tǒng)的設計。主要包括潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、故障監(jiān)測系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等的設計。

機械總體方案設計的內容

執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計執(zhí)行系統(tǒng)方案評價執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調設計執(zhí)行機構型式設計運動規(guī)律設計系統(tǒng)功能原理設計機構尺度設計運動和動力分析原動機類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設計各級傳動比的分配傳動鏈中機構順序的安排傳動路線選擇傳動類型選擇五、機械系統(tǒng)方案設計的過程

一、現(xiàn)代設計觀念

(一)

機械設計的歷史

人類設計經歷的階段直覺設計階段憑直觀感覺來設計制作工具和機械，往往帶有一定的盲目性經驗設計階段依靠個人的才能和經驗，運用一些基本設計計算理論，借助類比、模擬和試湊等方法進行設計半理論半經驗設計階段充分利用數(shù)據(jù)、圖表和手冊等進行設計，減少了設計的盲目性，增加了合理性第二節(jié)現(xiàn)代設計觀念與創(chuàng)新設計簡介

(二)現(xiàn)代設計方法的主要分支設計方法學(Designmethodology)

優(yōu)化設計(Optimaldesign)

價值工程(Valueengineering)

計算機輔助設計(CAD)

可靠性設計(Reliabilitydesign)

造型設計(Visualdesign)

模塊化設計(Modulardesign)

反求工程(Inverseengineering)

有限元法(Finiteelementmethod)

機械動態(tài)設計(Dynamicdesign)

相似性設計(Similaritydesign)

系統(tǒng)化設計(Systematizationdesign)

創(chuàng)新設計(Innovativedesign)

比較內容傳統(tǒng)設計現(xiàn)代設計設計性質側重技術面向功能，將技術、經濟和社會環(huán)境因素結合在一起統(tǒng)籌考慮設計進程在戰(zhàn)略進程和戰(zhàn)術步驟上有隨意性強調設計進程及其步序的模式化設計手段計算器、圖板加手冊的個體手工作業(yè)充分利用電子計算機進行計算、自動繪圖和數(shù)據(jù)庫管理，集團分工協(xié)作設計方式以經驗總結、規(guī)范依據(jù)為主強調預測與信號分析及創(chuàng)造性的相互配合設計部署只限于從方案到工作圖這個階段貫穿開發(fā)的全過程，考慮全壽命周期的質量信息反饋設計思維朝向結構方案的“收斂性思維”面向總體功能目標的“發(fā)散性”思維二、傳統(tǒng)設計與現(xiàn)代設計的比較比較內容傳統(tǒng)設計現(xiàn)代設計設計方法采用少數(shù)的驗證性分析以滿足限定的約束條件多元性方法學直接綜合使其在各種條件下實現(xiàn)方案與全域優(yōu)化目標設計目標局限在微觀和結構注重全局構成及協(xié)調，包括造型設計、宜人設計設計考慮的工況按確定工況與靜態(tài)考慮研究動態(tài)的隨機工況、模糊性及隨機性設計評估采用單項與人為準則采用科學的模糊綜合評判傳統(tǒng)設計與現(xiàn)代設計的比較三、部分創(chuàng)造技法方法名稱方法的主要特點方法的主要目的特性列舉法將事物按名詞、形容詞、動詞分解為三方面特性，將每類特性加以改變或延拓化整為零，逐個研究改進希望點列舉法根據(jù)社會需求或個人愿望，通過列舉希望來形成創(chuàng)新目標將思維收斂于某“目標”，側重自由聯(lián)想，思路更寬缺點列舉法挑事物的毛病，提出改進設想追求完滿，追求卓越智爆法集合3~5人，根據(jù)議題自由暢談，不準批評，尋求創(chuàng)意以量求質設問探求法根據(jù)多項創(chuàng)造性的提問，進行分項檢核，尋求創(chuàng)意幫助人們廣思，思考方向和目標明確聯(lián)想類比法通過比較，借助原有知識，在異中求同，在同中求異分析兩事物的相同或相似點，由此及彼方法名稱方法的主要特點方法的主要目的組合法按一定技術原理，將兩個或多個功能元素合并，形成新產品、新工藝、新材料產生新功能功能分析法緊緊圍繞功能分析、求解、組合尋找方案滿足產品的功能要求是設計的核心綜攝法把初次接觸的事物或發(fā)現(xiàn)，聯(lián)系到熟悉的事物中，用新眼光變熟悉為陌生，以新觀點、新方式思考問題將毫無關聯(lián)、完全不同的知識要素結合起來形成新方案轉向法在求解問題中變換求解因素，采用其他原理、改變思索方向完善計劃、修改方案、修正觀點仿生法模仿人或生物的生理原理、結構、外形、感覺機理向人或生物索取啟迪函詢集智法借助反復函求多名專家的書面意見形成創(chuàng)意具有匿名性，便于充分發(fā)表看法方法名稱方法的主要特點方法的主要目的635法6人參加，每次每人寫3個設想，5分鐘后交換，看過別人的設想后，再修正和補充3個設想…以筆代口，相互激勵，短時間內可產生較多的設想方案設計目錄法通過完備的設計信息庫進行系統(tǒng)搜索有利于計算機輔助自動化設計評價法通過評價尋找弱點加以改進完善尋求最優(yōu)解決方案價值分析法從經濟效益出發(fā)分析和改進方案追求高價值的產品物場分析法任何主體總是通過“場”作用于客體，根據(jù)客體尋找合理的“場”和主體使物場三要素相互作用更有效，功能更完善、可靠分解法把事物分解或離散，使問題暴露出來，改進后重組便于抓住主要矛盾，尋求特色創(chuàng)意形態(tài)綜合法對創(chuàng)造對象進行因素分解，列出每個因素的全部形態(tài)(手段)，按組合原理形成眾多方案尋找盡可能多的解，從中選優(yōu)方法名稱方法的主要特點方法的主要目的專利利用法利用專利文獻尋求改進、完善設想防止盲目，避免重復勞動移植法把一個對象的原理、方法運用于另一個對象中使已有技術在新領域中延續(xù)和拓展黑箱法根據(jù)輸入、輸出內容，探求黑箱內部的原理和結構用因果邏輯關系尋求輸入與輸出的最佳聯(lián)系方式假擬設計通過計算機模擬或虛擬現(xiàn)實完善設計高效、快速、低成本、高質量優(yōu)化設計建立研究對象的優(yōu)化數(shù)學模型及目標函數(shù)，用計算機對計算結果進行分析、判斷、尋優(yōu)高效、降低成本、提高質量、適于各種復雜設計反求設計利用現(xiàn)有科技成果引進先進技術，消化吸收后創(chuàng)新吃透原設計，創(chuàng)造更優(yōu)的設計第三節(jié)機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設計

重要性執(zhí)行系統(tǒng)是機械系統(tǒng)中的重要組成部分，直接完成機械系統(tǒng)預期工作任務。機械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計是機械系統(tǒng)總體方案設計的核心，是整個機械設計工作的基礎。機械執(zhí)行系統(tǒng)的組成

由一個或多個執(zhí)行機構組成。執(zhí)行構件是執(zhí)行機構的輸出構件，其數(shù)量及運動形式、運動規(guī)律和傳動特性等要求，決定了整個執(zhí)行系統(tǒng)的結構方案。

一、機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設計的主要內容和過程

功能原理設計根據(jù)需要制定機械的總功能，擬定實現(xiàn)總功能的工作原理和技術手段，確定機械所要實現(xiàn)的工藝動作運動規(guī)律設計通過對工作原理所提出的工藝動作進行分解，決定采用何種運動規(guī)律來實現(xiàn)工作原理執(zhí)行機構型式設計決定選擇何種機構實現(xiàn)給定的運動規(guī)律執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調設計執(zhí)行機構型式設計根據(jù)工藝過程對各動作的要求，分析各執(zhí)行機構應當如何協(xié)調配合，設計出機械運動循環(huán)圖確定各執(zhí)行機構的運動尺寸，繪制出各執(zhí)行機構的運動簡圖運動和動力分析檢驗執(zhí)行系統(tǒng)是否滿足運動要求和動力性能方面的要求方案評價與決策對方案進行定性評價和定量評價并從中選出最佳設計方案

二、執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計

1.功能原理的選擇與構思產品的功能產品的用途、性能、使用價值等，根據(jù)人們生產或生活需要提出。確定功能指標的考慮因素先進性、可行性、經濟性功能原理設計的重要性決定產品的技術水平、工作質量、傳動方案、結構型式、制造成本等。工作原理就是機械實現(xiàn)其功能的技術載體，它既可以是物理原理，也可以是化學原理，甚至也可以是生物原理等，但在常規(guī)機械設計中，以采用物理中的機械運動原理為多。構思機械工作原理是一個創(chuàng)新思維過程，需要了解相關機械的工作原理，掌握現(xiàn)代科技水平，綜合運用已學知識等，才可能較好地構思出先進的工作原理。由于機械為了完成同一功能要求可以采用不同的工作原理，而不同工作原理的機械，其機械運動方案也是不同的。即使相同的工作原理，也可擬定出不同的運動方案。例如，為了加工螺釘?shù)穆菁y，可以采用車削加工原理、套絲工作原理和滾壓工作原理。這三種不同的螺紋加工原理適合不同的場合，滿足不同的加工需要，它們的機械運動方案也就各不相同。

功能原理設計的多方案性

工作原理不同，運動方案也不同齒輪加工剃齒范成原理仿形原理

工作原理相同，運動方案不同齒輪加工插齒滾齒

其它實例斜面的應用

螺旋壓力機、螺旋千斤頂、螺紋聯(lián)接件、螺旋輸送機、螺桿泵、螺旋微動機構、千分尺等

齒輪加工方法

無屑加工(精密鑄造、粉末冶金成型、滾壓成型)、切削加工(成型法、展成法)、成型法加工的盤狀齒輪銑刀和指狀齒輪銑刀、展成法的滾齒和插齒

確定方案時應注意兩點⑴用最簡單的方法實現(xiàn)同一功能。⑵注意光、機、電、流體等知識的綜合運用。

設計一臺彩色電視機陰極盤用的金屬片的沖裁機器，圓片直徑10mm，厚度0.8mm。100.8功能分解送料沖制退回

糖果包裝機功能原理選擇要求設計包裝糖果的糖果包裝機，如圖所示。

圖（a）所示為扭結式包裝原理，圖（b）所示的折疊式包裝原理，圖（c）所示的接縫式包裝原理。三種方法的工作原理不同，工藝動作顯然不同，所設計的機械的運動方案也完全不同B用最簡單的方法實現(xiàn)功能舉例按摩輪

圖示按摩椅中的按摩輪利用一個偏心空間凸輪，同時實現(xiàn)三維方向的按摩作用—徑向振動擠壓、向下推拉和橫向推拉，構思巧妙，結構非常簡單。r光、機、電、流體等知識的綜合運用舉例指針瑪瑙支撐K向刀口活動游標

圖示分析天平，要求精度達到0.01g，但靠目力讀指針的微小偏角已不可能。活動游標光源透鏡讀數(shù)窗

增加了一級光學放大鏡，將讀數(shù)放大?？偣δ芄δ茉夤δ茉矸桨缸罴压δ茉矸桨该鞔_任務黑箱法功能樹創(chuàng)造技法形態(tài)學矩陣評價法功能元

2.

功能分析與功能求解

功能分析法(Functionanalysis)，將機械產品的總功能(Totalfunction)分解成若干功能元(Functionelement)，求解功能元，將其組合，得到滿足總功能要求的多種解決方案供評價選擇。三、執(zhí)行系統(tǒng)的工藝動作分解工作原理確定之后，機械的功能便通過執(zhí)行構件的工藝動作來實現(xiàn)。依據(jù)構思的工作原理和機械的功能要求，確定出執(zhí)行構件的數(shù)目和各執(zhí)行構件的工藝動作，是一個嚴謹、巧妙的構思過程，也是進行機械創(chuàng)新設計的重要環(huán)節(jié)之一。所以，工藝動作的確定除了要認真分析機械的功能目標，詳細了解各種技術原理與操作方法之外，還需在思維方法上進行各種努力，放開思路、大膽設想。實現(xiàn)機械功能的工藝動作，一般可分解為多個簡單運動。為了便于機構選型和機構綜合，常將復雜的工藝動作分解成機械最容易實現(xiàn)的運動形式，如轉動和直線移動，然后再進行合成。將工藝動作分解成多個簡單運動后，通過對各個運動實現(xiàn)的可行性、簡便性和兼容性（即能否與其他運動的合并）等進行分析，確定出執(zhí)行構件的數(shù)目和各執(zhí)行構件的運動形式以及運動要求等。例如，插齒機工作時，為了實現(xiàn)插制輪齒齒廓的功能，插刀的工藝動作有切削、展成、讓刀等，可以看出插刀的工藝動作是比較復雜的。若一味強行思索，很難構思出一個單一機構完成這樣一個復雜的工藝動作，但若將復雜的動作進行分解，切削由移動來實現(xiàn)；展成由轉動來實現(xiàn)；讓刀由間歇運動來實現(xiàn)。然后再將各動作進行協(xié)調配合，如：轉動和移動的同時實現(xiàn)可以利用插刀軸的導向滑鍵，即插刀軸可以沿軸孔相對移動，同時又因鍵的聯(lián)結隨蝸輪一起轉動；關于讓刀的間歇運動，可以設計成刀與刀架一起動作的結構。但必須注意切削與讓刀的動作在時間上的協(xié)調，否則會產生干涉。四、執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設計1.工藝動作分解和運動方案選擇刀具作復合運動刀具與工作臺分別運動

運動規(guī)律設計通常是對工藝方法和工藝動作進行分析，把其分解成若干個基本動作。工藝動作分解的方法不同，所形成的運動方案也不同。立式鉆床工藝動作分解直線運動曲線運動復合運動往復擺動執(zhí)行構件運動形式回轉運動每分鐘轉數(shù)rpm由兩個以上單一運動合成間歇轉動停歇往復直線運動停歇單向直線運動沿可變曲線運動連續(xù)轉動沿固定曲線運動往復直線運動每分鐘轉位次數(shù)、轉角大小、運動系數(shù)每分鐘擺動次數(shù)、轉角大小、行程速度變化系數(shù)每分鐘行程數(shù)、大小、行程速度變化系數(shù)每次進給量的大小每循環(huán)停歇次數(shù)、位置、時間、行程大小和工作速度

五、執(zhí)行機構的型式設計

1.

設計原則●滿足執(zhí)行構件的工藝動作和運動要求●盡量簡化和縮短運動鏈●盡量減小機構尺寸●選擇合適的運動副形式

●考慮動力源的形式●使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力和動力特性●使機械具有調節(jié)某些運動參數(shù)的能力●保證機械的安全運轉第四節(jié)執(zhí)行機構的選型、組合與變異1、實現(xiàn)執(zhí)行構件各種運動形式的常用機構實現(xiàn)執(zhí)行機構某一運動形式的機構通常有好幾種，設計者必須根據(jù)工藝動作要求，受力大小，使用維修方便與否，制造成本高低，加工難易程度等各種因素進行分析比較，然后擇優(yōu)而取。實現(xiàn)執(zhí)行構件各種運動形式的常用機構有：

1.

機構的選型

目的選擇或創(chuàng)造出滿足執(zhí)行構件運動和動力要求的機構。執(zhí)行構件的運動形式有三種基本形態(tài)：即轉動、移動和擺動。這三種基本運動形式又可分為不同的基本動作類型，如下圖所示。

轉動

移動

擺動

基本動作

連續(xù)

間歇

等速

變速

單向

雙向

連續(xù)

間歇

直線

曲線

單向

雙向

等速

變速

有停歇

連

續(xù)

有停歇

連

續(xù)

急

回

增速

減速

單

向

往

復

螺

旋

按軌跡

等速

變速

有規(guī)律

急

回

為了便于進行機構選型，下表列出了常用機構的運動及動力特性。第七章中給出了實現(xiàn)常見運動功能的機構選例。機構類型運動及動力特性連桿機構可以輸出轉動、移動、擺動，可以實現(xiàn)一定軌跡、定位要求；經機構串接還可以實現(xiàn)停歇、逆轉和變速功能；利用死點可用于夾緊、自鎖裝置；由于運動副為面接觸，故承載能力大；但平衡困難，不宜用于高速.凸輪機構可以輸出任意運動規(guī)律的移動、擺動，但動程不大；若凸輪固定，從動件復合運動，則從動件可以實現(xiàn)任意運動軌跡；由于運動副為高副（滾滑副），又靠力或形封閉運動副，故不適用于重載齒輪機構圓形齒輪實現(xiàn)定傳動比傳動，非圓形齒輪實現(xiàn)變傳動比傳動；功率和轉速范圍都很大；傳動比準確可靠螺旋機構輸出移動或轉動，還可以實現(xiàn)微動、增力、定位等功能；工作平穩(wěn)，精度高，但效率低，易磨損棘輪機構輸出間歇運動，并且動程可調；但工作時沖擊、噪聲較大，只使用于低速輕載槽輪機構輸出間歇運動，轉位平穩(wěn)；有柔性沖擊，不適用于高速撓性件機構常見的撓性件有：帶、鏈、繩；通常撓性件機構傳遞勻速轉動；當輪為非圓形時，可實現(xiàn)非勻速運動；利用撓性件可以實現(xiàn)遠距離往復移動，撓性件如帶：具有吸振特點，無噪聲，傳動平穩(wěn)。過載打滑，但傳動不可靠電器機構用于傳動和控制。用電、磁元件于機構中，作為中間媒介，可使機構快速起動和停止；實現(xiàn)驅動、傳動、測量、控制、記錄等功能液、氣動機構常用于驅動機構、壓力機構、阻尼機構、閥等；利用流體流量的變化可改變速度，利用流體可壓縮性可吸振、緩沖、阻尼，利用承壓面的大小可改變力1）實現(xiàn)連續(xù)旋轉運動的機構：雙曲柄機構（包括平行四邊形機構、雙滑塊機構），轉動導桿機構，定軸齒輪傳動機構（包括圓柱、圓錐、交錯軸斜齒輪傳動機構等），蝸桿傳動機構，周轉輪系機構（包括少齒差、擺線針輪、諧波齒輪傳動機構等），各種摩擦輪傳動機構，各種柔型傳動機構（如帶傳動，鏈傳動等），非圓齒輪傳動，齒輪—連桿機構，鏈輪—連桿機構，單、雙萬向聯(lián)軸節(jié)等都能實現(xiàn)連續(xù)旋轉運動。嚙合傳動機構

連桿機構傳遞連續(xù)轉動機構摩擦傳動機構

摩擦輪傳動

蝸桿傳動

鏈傳動

齒輪傳動

平行四邊形機構

雙曲柄機構

帶傳動

12摩擦輪傳動

摩擦傳動機構的優(yōu)缺點結構簡單、傳動平穩(wěn)、易于實現(xiàn)無級變速、過載保護。傳動比不準確、傳遞功率小、效率低。123平面盤式無級變速器

123圓錐式無級變速器

2)實現(xiàn)單向間歇轉動的機構棘輪機構

齒輪--連桿機構

單向間歇轉動機構槽輪機構

不完全齒輪機構

凸輪式間歇運動機構

適用于轉角固定的轉位運動

每次轉角小，或轉角大小可調的低速場合大轉角而速度不高的場合運動平穩(wěn)、分度、定位準確，但制造困難、高精度定位、高速場合特殊要求的輸送機構棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構、凸輪式間歇運動機構等都能實現(xiàn)間歇旋轉運動。凸輪機構

組合機構

往復運動機構連桿機構

螺旋機構

齒輪齒條機構

液壓缸、氣缸

正弦機構

正切機構多桿機構

曲柄滑塊機構

連桿機構特點制造容易、承載能力大，但難以實現(xiàn)精確運動，適用于無嚴格運動規(guī)律的場合。凸輪機構特點能實現(xiàn)任意復雜的運動和各構件之間的運動協(xié)調，承載能力不大。3）實現(xiàn)往復擺動的機構：曲柄搖桿機構、搖塊機構、擺動導桿機構、擺動從動件凸輪機構、雙搖桿機構、由液壓缸或汽缸驅動的齒條齒輪機構及輸出運動為擺動的組合機構等都能夠實現(xiàn)往復擺動。螺旋機構特點可獲得大的減速比和較高的運動精度，常用作低速進給和精密微調機構。

齒輪齒條機構特點適用于移動速度較高的場合，精密齒條制造困難，傳動精度及平穩(wěn)性不及螺旋機構。

凸輪機構

連桿機構

3)

實現(xiàn)往復移動往復擺動運動的機構組合機構

往復運動機構螺旋機構

齒輪齒條機構

液壓缸、氣缸

正弦機構

正切機構多桿機構

曲柄滑塊機構

4）實現(xiàn)間歇往復擺動的機構：帶有休止段輪廓的擺動從動件凸輪機構、輸出運動為間歇往復擺動的組合機構等都能夠實現(xiàn)間歇往復擺動。此外，一些間歇運動機構通過與實現(xiàn)往復運動的機構的組合，或者通過控制驅動液壓缸（或汽缸），也能實現(xiàn)間歇往復擺動。7）實現(xiàn)剛體導引引動的機構：鉸鏈四桿機構、曲柄滑塊機構、凸輪連桿機構、齒輪—連桿機構等的連桿機構都能實現(xiàn)剛體導引運動。5）實現(xiàn)往復移動的機構：曲柄滑塊機構，正弦機構、移動導桿機構、齒輪齒條機構、螺旋機構、各種移動從動件凸輪機構等都能夠實現(xiàn)往復移動。此外，通過曲柄搖桿機構與搖桿滑塊機構的組合或凸輪機構與搖桿滑塊機構的組合也能實現(xiàn)往復移動。6）實現(xiàn)間歇往復移動的機構：利用連桿曲線的圓弧段來實現(xiàn)間歇運動的平面連桿機構、凸輪輪廓有休止段的移動從動件凸輪機構、中間有停歇的斜面拔銷機構、不完全齒輪—移動導桿機構組合等都能夠實現(xiàn)間歇往復移動。此外，棘輪棘齒條機構還能實現(xiàn)單向間歇直線移動運動。齒輪—連桿組合機構聯(lián)動凸輪機構

再現(xiàn)軌跡機構連桿機構

凸輪—連桿組合機構

一般而言，除了凸輪機構能實現(xiàn)精確的曲線軌跡之外，其它機構都只能近似實現(xiàn)預定的曲線軌跡。

8）實現(xiàn)給定曲線（軌跡）運動的機構：利用連桿曲線來實現(xiàn)給定運動軌跡的各種連桿機構，實現(xiàn)給定軌跡的各種組合機構，如凸輪—連桿機構、齒輪—連桿機構等。齒輪—連桿組合機構攪拌機構CBADE聯(lián)動凸輪機構凸輪—連桿組合機構

此抓片機構采用了聯(lián)動凸輪機構，通過兩凸輪的聯(lián)動作用，使抓片爪按矩形軌跡運動，從而達到間歇抓片的目的。

此裝配線采用了聯(lián)動凸輪機構，使筆芯托架沿著矩形軌跡運動，從而達到使圓珠筆芯步進式地向前送進的目的。3機構選型的基本原則在進行機構選型和組合時，設計者必須熟悉各種基本機構和常用機構的功能、結構和特點，并且還應該遵循下列的基本原則：1）滿足工藝動作和運動要求。選擇機構首先應滿足執(zhí)行構件的工藝動作和運動要求。通常高副機構比較容易實現(xiàn)所要求的運動規(guī)律和軌跡，但是高副的曲面加工制造比較麻煩，而且高副元素容易因磨損而造成運動失真。低副機構雖然往往只能近似實現(xiàn)所要求的運動規(guī)律或軌跡，尤其當構件數(shù)目較多時，累計誤差較大，設計也比較困難，但低副元素（圓柱面或平面）易于加工且容易達到加工精度要求。因此從全面考慮，優(yōu)先采用低副機構。2）結構最簡單，傳動鏈最短在滿足使用要求的前提下，機構的結構應盡可能簡單，構件的數(shù)目要少，運動副數(shù)目也要少。這樣不僅可以減少制造和裝配的困難，減輕重量，降低成本，而且還可以減少機構的累計運動誤差，提高機器的效率和工作可靠性。例：為了實現(xiàn)將回轉運動變換為一種按一定運動規(guī)律進行的往復直線運動，而且從動件的行程不要太大，可采用如圖（a）或（b）所示的結構。為實現(xiàn)直線運動，也可采用如圖（c）或（d）所示的結構。（a）

（b）

（c）

（d）

3）原動機的選擇有利于簡化結構和改善運動質量目前機器的原動機多采用電動機，也有采用液壓缸或氣缸。在有液、氣壓動力源時盡量采用液壓缸或氣缸，這樣有利于簡化傳動鏈和改善運動質量，而且具有減振、易于減速、操作方便等優(yōu)點，特別對于具有多執(zhí)行構件的工程機械、自動機，其優(yōu)越性就更突出。例如兩種擺桿機構的方案，顯然，如圖（a）所示的擺動氣缸方案，其結構十分簡單，但擺動氣缸在傳動時速度較難控制。若采用擺動電動機直接驅動擺桿，結構更簡單，速度比較容易控制；而如圖（b）所示的方案，因為電動機一般轉速較高，它必須通過減速機才能使擺桿的擺動速度滿足要求，故其結構比圖（a）復雜得多。4）機構有盡可能好的動力性能這一原則對于高速機械或者載荷變化很大的機構尤應注意。對于高速機械，機構選型要盡量考慮其對稱性，對機構或回轉構件進行平衡使其質量合理分布，以求慣性力的平衡和減小動載荷。對于傳力大的機構要盡量增大機構的傳動角或減小壓力角，以防止機構自鎖，增大機器的傳力效益，減小原動機的功率及其損耗。5）加工制造方便，經濟成本低降低生產成本，提高經濟效益是使產品有足夠的市場競爭里的有里保證。在具體實施時，應盡可能選用低副機構，并且最好選用以轉動副為主構成的低副機構，因為轉動副元素比移動副元素更容易加工，也跟容易達到精度要求。此外，在保證使用條件的前提下，盡可能選用結構簡單的機構；盡可能選用標準化、系列化、通用化的元器件，以達到最大限度低降低生產成本，提高經濟效益的目的。6）機器操縱方便、調整容易、安全耐用在擬定機械運動方案時，應適當選一些開、停、離合、正反轉、剎車、手動等裝置，可使操作方便，調整容易。為了預防機器因載荷突變造成損壞，可選用過載保護裝置。7）具有較高的生產效率和機械效率選用機構必須考慮到其生產效率和機械效率，這也是節(jié)能源提高機關年紀效益的只要手段之一。在選用機構時，應盡量減少中間環(huán)節(jié)，即傳動鏈要短，并且盡量少采用移動副，因為這類運動副容易發(fā)生楔緊或自鎖現(xiàn)象。

此外，執(zhí)行機構的選擇要考慮到與原動機的運動方式、功率、轉矩及其載荷特性能夠相互匹配協(xié)調。另外，所選機構的傳力特性要好，機械效率較高。例如低效率的蝸桿機構應該少用；行星輪傳動中優(yōu)先采用負號機構，因為通常負號機構比正號機構效率高；增速機構一般效率較低，也應該盡量避免采用。二．機構組合機構組合是指在機構選型的基礎上，根據(jù)使用要求或工藝動作要求，將幾個基本機構按一定的原則或規(guī)律組合成一個復雜的、新的機構系統(tǒng)。進行機構的組合是實現(xiàn)機械創(chuàng)新的重要途徑。在以下幾個方面常常需進行機構組合：1）機構的工藝動作較復雜。若采用簡單的、單一的基本機構無法實現(xiàn)復雜的工藝動作，這種情況下進行機構組合常采用并聯(lián)式、復合式或疊加式的組合方式，組合時應注意各個子工藝動作協(xié)調配合問題。2）所選擇的機構其運動和動力特性不好，但又無更好的機構可選。這種情況下常用串聯(lián)式組合方式來改善機構的性能，如增程、增力，實現(xiàn)各種特殊運動要求等。3）由于不具備某種動力源，或受其它條件的限制，只有進行機構組合才能實現(xiàn)所要求的工藝動作。機構的組合方式可劃分為以下四種：串聯(lián)式機構組合，并聯(lián)式機構組合，復合式機構組合，疊加式機構組合。⑴組合法

串聯(lián)組合前一級子機構的輸出構件，作為后一級子機構的輸入構件，依次串聯(lián)的組合方式。輸入輸出子機構II子機構I

后一級子機構的主動件為前一級子機構的一個連架桿。

后一級子機構的主動件為前一級子機構的連桿。III512341123A54DCBFEM

并聯(lián)組合幾個子機構共用同一個輸入構件，而它們的輸出運動又同時輸入給一個多自由度的子機構，從而形成一個自由度為1的機構系統(tǒng)的組合方式。子機構n1子機構III子機構I子機構II子機構n輸入輸出直線電機襟翼直線電機某型飛機的襟翼操縱機構大型船舶主傳動機構

反饋式組合在機構組合系統(tǒng)中，其多自由度子機構的一個輸入運動，是通過單自由度子機構從該多自由度子機構的輸出構件回授的組合方式。校正原理蝸桿主動，因制造誤差使蝸輪運動精度達不到要求，由誤差設計一凸輪機構，經齒輪齒條、差動機構K使蝸桿得到一附加運動，以校正誤差。輸入輸出4凸輪機構2自由度蝸桿蝸輪機構機床校正機構輸入414213K2

復合式組合由一個或幾個串聯(lián)的基本機構去封閉一個具有兩個或多個自由度的基本機構的組合方式5桿機構輸入輸出凸輪機構三．機構變異當所選機構不能全面滿足工藝動作所要求的運動和動力特性時，或為了改善所選機構的性能等時，可以通過對原始機構進行變異，以獲得運動特性以及動力特性得以改善的新機構.機構變異的方法很多，對不同的設計要求和不同的機構要進行具體分析。下面介紹幾種常用的變異方法。1．改變運動副的尺寸改變運動副的尺寸主要是指增大轉動和移動副的尺寸。如增大組成轉動副的銷軸孔直徑，但各構件之間的相對運動關系并不發(fā)生改變。這種演化與變異的特點是隨著轉動副的擴大，構件形狀也發(fā)生變異，分別由桿狀變換成圓盤狀和圓環(huán)狀。如圖2—6所示。若將轉動副尺寸連續(xù)擴大后將其展直，則轉動副變成了移動副。如圖2—7所示。這種變異機構常用于泵和壓縮機等機械裝置中。與轉動副的擴大相同，移動副的擴大主要是指組成移動副的滑塊與導路尺寸的增大，直到把機構中其它運動副包含在其中，但構件間的相對運動關系并不改變。如圖2—8所示。這種變異機構常用于沖壓機構中。圖2—7轉動副展直成移動副圖2—6轉動副擴大實例

圖2—8移動副擴大實例

2．改變運動副元素的接觸性質改變運動副元素的接觸性質主要是用運動中的滾動接觸代替滑動接觸，常用的方法是：將組成移動副元素之一的結構形狀改變成滾子形，使原機構中導路與滑塊的結構形式演化成導路與滾子的結構形式，如圖2—9所示。對轉動副來講，可在組成轉動副的銷軸孔之間增添若干個滾動體，從而構成滾動軸承；對凸輪副來說，可將從動件設計成滾子形等，這樣都可以減輕摩擦磨損。圖2—9移動副變異為滾滑副

更換原動件

雙搖桿機構中，選連桿作為原動件，可把風扇轉子的旋轉轉化為連架桿的搖動。ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿機構的機架變換是指機構內的運動構件與機架的互相轉換，或稱機構的倒置。按照相對運動原理，機架變換后，機構內各構件的相對運動關系不變，而絕對運動卻發(fā)生了改變。用這種方法可以創(chuàng)新設計機構。

對于曲柄滑塊機構，通過改變不同構件作機架，可以得到轉動導桿機構、搖塊機構或移動導桿機構。運動倒置擺動凸輪機構123123連桿—凸輪機構罐頭封口機構A1BCO234

改變構件結構形狀

將擺動導桿機構中的直線導槽改為圓弧導槽，可獲得較長時間的停歇。改變構件運動尺寸

槽輪直徑變?yōu)闊o窮大，槽數(shù)無窮多時，演變?yōu)椴蹢l機構4．增加輔助結構

在機構運動時，往往會產生一些機構的各個組成元素本身無法解決的問題，如運動軌跡可變、運動規(guī)律可調等問題，這是可在原機構的基礎上，通過增加輔助結構來解決。如下圖所示的轉動導桿機構，可以傳遞非勻速轉動。如通過改變機架4的長度，將導桿3的擺動中心C置于活動鉸鏈B的軌跡圓上，如圖b)所示，則導桿將以曲柄1速度的一半等速轉動，但當B點運動到與C點重合時，機構的運動將會不確定。為了消除圖b)所示機構的運動不確定性，采取加入第二個滑塊的方法，并將導桿3作成帶十字槽的圓盤，如圖c)所示。這樣不僅克服了機構運動不確定性，而且曲柄轉矩通過兩個滑塊傳遞給輸出盤3，故可傳遞較大載荷。

1)

執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調設計原則●滿足各執(zhí)行機構動作先后的順序性要求●滿足各執(zhí)行機構動作在時間上的同步性要求●滿足各執(zhí)行機構在空間布置上的協(xié)調性要求●滿足各執(zhí)行機構在操作上的協(xié)同性要求●各執(zhí)行機構的動作安排要有利于提高勞動生產率●各執(zhí)行機構的的布置要有利于系統(tǒng)的能量協(xié)調和效率的提高第五節(jié)執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調設計某航空發(fā)動機附件傳動系統(tǒng)主動軸IVIIIVVIIII

各子機構間無嚴格的運動協(xié)調配合關系

各子機構在動作的先后次序上有嚴格的要求

自動車床上三個并聯(lián)凸輪的工作順序有先后要求。工件(鉚釘)外圓車刀棒料切斷刀倒角刀凸輪軸擋板IIIIII主軸凸輪I凸輪II凸輪III凸輪轉角0

90?180?270?360?

放松(送料)切斷夾緊車外圓倒角擋料

各子機構有運動形式配合要求

磨床中的主軸運動、砂輪運動和、工件運動在運動形式上有配合要求。砂輪砂輪架工件執(zhí)行構件動作的協(xié)調配合●送料機構將原料送入?？咨戏胶?，沖頭進入?？走M行沖壓●沖頭上移一段距離后，進行下次送料動作折疊包裝機構的兩個執(zhí)行構件

兩個構件不能同時位于區(qū)域MAB中，以免干涉。餅干1342餅干21左折邊構件餅干32包裝紙4右折邊構件餅干1342餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構件右折邊構件MBA讓刀運動執(zhí)行構件運動速度的協(xié)調配合0范成運動切削運動i0齒輪插刀加工0讓刀運動范成法加工時，刀具與齒坯之間必須保持精確的傳動比。

⑵執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調設計方法●確定機械的工作循環(huán)周期●確定機械在一個運動循環(huán)中各執(zhí)行構件的各個行程段及其所需時間●確定各執(zhí)行構件動作間的配合關系

⑶機械運動循環(huán)圖用于描述機械在一個運動循環(huán)中各執(zhí)行構件運動間相互協(xié)調配合的圖。

機械的工作循環(huán)圖是將各執(zhí)行構件的工作循環(huán)按同一時間（或轉角）比例尺在同一幅圖上繪出，并且以某一個主要執(zhí)行機構的工作起始點為基準來表示各執(zhí)行機構相對于此主要執(zhí)行機構動作的先后次序。機械工作循環(huán)圖通常有三種表示形式，即直線式、圓周式和直角坐標式。

運動循環(huán)圖形式

直線式圓周式直角坐標式

退回停止沖制

進給沖頭送料器曲柄轉角

0o90o180o270o360o

直線式工作循環(huán)圖

主軸作為參考構件

圓周式工作循環(huán)圖

圖示單缸四沖程內燃機的工作循環(huán)圖。曲軸為參考構件，轉動2轉為一個工作循環(huán)。

啟排氣門開啟進氣門開進氣排氣壓縮膨脹閉進氣門關火點曲軸0o

540o

360o

180o

排門閉關氣直角坐標式工作循環(huán)圖

餅干包裝機工作循環(huán)圖中，橫坐標表示參考構件的轉角，縱坐標表示執(zhí)行構件的轉角。進退

靜止

靜止

靜止

進退

MM餅干1342餅干21左折邊構件餅干32包裝紙4右折邊構件餅干1342餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構件右折邊構件MBA左執(zhí)行機構1

左執(zhí)行機構2

分配軸轉角

0o90o180o270o360o

一、機械傳動系統(tǒng)方案設計

1.設計過程⑴確定傳動系統(tǒng)總傳動比⑵選擇傳動類型⑶擬定傳動鏈布置方案⑷分配傳動比⑸確定各級傳動機構的基本參數(shù)和主要幾何尺寸，計算傳動系統(tǒng)的各項運動學和動力學參數(shù)⑹繪制傳動系統(tǒng)運動簡圖第六節(jié)機械傳動系統(tǒng)方案設計2.傳動類型選擇類型與特點撓性(件)傳動

摩擦輪傳動

繩傳動

圓形齒輪傳動

撓性嚙合傳動

帶傳動

嚙合傳動

機械傳動摩擦傳動單級齒輪傳動

齒輪系傳動

同步齒形帶傳動

螺旋齒輪傳動

蝸桿蝸輪傳動

圓錐齒輪傳動

圓柱齒輪傳動

定軸輪系傳動

周轉輪系傳動

鏈傳動

非圓齒輪傳動

行星輪系傳動

差動輪系傳動

液壓、液力傳動利用液壓泵、閥、執(zhí)行器等元件實現(xiàn)的傳動。氣壓傳動以壓縮空氣為工作介質的傳動電氣傳動利用電動機和電氣裝置實現(xiàn)的傳動按速度變化情況劃分的傳動類型傳動類型原動機輸出速度傳動類型舉例定傳動比傳動恒定齒輪傳動，帶、鏈傳動，螺旋傳動，不調速的電力，液壓及氣壓傳動變傳動比傳動有級變速恒定帶塔輪的皮帶傳動，滑移齒輪變速箱可調電力、液壓傳動中的有級調速傳動無級變速恒定機械無級變速器，液力耦合器及變矩器，電磁滑塊離合器，磁粉離合器，流體粘性傳動可調內燃機調速傳動，電力、液壓及氣壓無級調速傳動周期性變速恒定非圓齒輪傳動，凸輪機構，連桿機構及組合機構可調數(shù)控的電力傳動

選擇原則

●執(zhí)行系統(tǒng)的工況和工作要求與原動機的機械特性相匹配●考慮工作要求傳遞的功率和運轉速度●有利于提高傳遞效率●盡可能結構簡單的單級傳動裝置

●考慮結構布置

●考慮經濟性●考慮機械安全運轉條件

傳動比的合理分配傳動機構種類平帶V帶摩擦輪齒輪蝸桿鏈圓周速度ms52553015251512015351540減速比58157104880610最大功率kW2007501200150250500005503750常用原動機的類型及主要特點

原動機類型主要特點三相異步電動機

結構簡單、價格便宜、體積小、運行可靠、維護方便、堅固耐用；能保持恒速運行及經受較頻繁的啟動、反轉及制動；但啟動轉矩小，調速困難。一般機械系統(tǒng)中應用最多。

同步電動機

能在功率因子cos1的狀態(tài)下運行，不從電網吸收無功功率，運行可靠，保持恒速運行；但結構較異步電動機復雜，造價較高，轉速不能調節(jié)。適用于大功率離心式水泵和通風機等。

直流電動機

能在恒功率下進行調速，調速性能好，調速范圍寬，啟動轉矩大；但結構較復雜、維護工作量較大、價格較高；機械特性較軟、需直流電源。

第七節(jié)原動機選擇

常用原動機的類型及主要特點

原動機類型主要特點控制電動機能精密控制系統(tǒng)位置和角度、體積小、重量輕；具有寬廣而平滑的調速范圍和快速響應能力，其理想的機械特性和調速特性均為直線。廣泛用于工業(yè)控制、軍事、航空航天等領域。

內燃機

功率范圍寬、操作簡便、啟動迅速；但對燃油要求高、排氣污染環(huán)境、噪聲大、結構復雜。多用于工程機械、農業(yè)機械、船舶、車輛等。

液壓馬達

可獲得很大的動力和轉矩，運動速度和輸出動力、轉矩調整控制方便，易實現(xiàn)復雜工藝過程的動作要求；但需要有高壓油的供給系統(tǒng)，油溫變化較大時，影響工作穩(wěn)定性；密封不良時，污染工作環(huán)境；液壓系統(tǒng)制造裝配要求高。氣動馬達

工作介質為空氣，易遠距離輸送、無污染，能適應惡劣環(huán)境、動作速度快；但工作穩(wěn)定性較差，噪聲大；輸出轉矩不大，傳動時速度較難控制。適用于小型輕載的工作機械。一、原動機的類型與選擇原則根據(jù)動力源的不同，常用原動機可分為四大類型，即電動機、內燃機、液壓馬達（缸）和氣壓馬達（缸）等。

在選擇原動機的類型時，主要應從以下三個方面進行考慮：1.執(zhí)行構件的載荷特性、運動特性，機械的結構布局、工作環(huán)境、環(huán)保要求等；2.原動機的機械特性、適應的工作環(huán)境、輸出參數(shù)可控制性、能源供應情況等；3.機械的經濟性、效率、重量、尺寸等。由于電力供應的普遍性，且電動機具有結構簡單、價格便宜、效率高、控制使用方便等優(yōu)點，目前，大部分固定機械均優(yōu)先選用電動機作為原動機。下面簡單介紹電動機的類型、參數(shù)的選擇。二、電動機的種類和結構形式

電動機是一種標準系列產品，使用時只需合理選擇其類型和參數(shù)即可。最常用的結構形式為封閉型臥式電動機。

電動機

交流電動機:直流電動機：步進電動機：伺服電動機造價高，多用于一些有特殊需求的場合

用于數(shù)控設備中

結構簡單、成本低、工作穩(wěn)定可靠、容易維護，且交流電源易于獲得，故是機械設備最常用的原動機。交流電動機Y系列：全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機YZ系列：籠型轉子三相異步電動機YZR系列：籠型轉子和繞線轉子三相異步電動機三、電動機容量的選擇電動機容量用額定功率表示，對于標準電動機，要求其額定功率等于或大于工作機（所有執(zhí)行機構）所需的電動機功率（當裝有飛輪時，電動機額定功率可以小于工作機所需的最大功率）。工作機所需的電動機功率為式中——工作機所需的電動機功率，；——電動機至工作機之間的傳動系統(tǒng)的總效率；對于串聯(lián)機組，其值如下計算：式中為電動機至工作機之間的各級傳動機構（包括軸承損失在內）和聯(lián)軸器的效率。各類機械傳動及聯(lián)軸器的效率見第九章的表9-1.13?！ぷ鳈C所需輸入功率，。當給定工作機輸出端（執(zhí)行構件）動力參數(shù)時，其值如下計算式中：——執(zhí)行機構的總效率；為執(zhí)行構件i的阻抗功率，其值如下計算：

或式中、——執(zhí)行構件i的阻力、阻力矩(N或N*m)；、——執(zhí)行構件i的線速度、轉速(m/s或r/min)。當通過對執(zhí)行機構進行動態(tài)靜力分析，已獲得工作機輸入端動力參數(shù)時，則工作機所需輸入功率為

或F、T——工作機輸入端的阻力、阻力矩(N或N*m)；v、n——工作機輸入端的線速度、轉速(m/s或r/min);——執(zhí)行構件之所受阻力Fi與受力點速度vi的夾角。因此電動機的額定功率應滿足如下條件四、電動機轉速的確定同一型式、同一功率的三相異步交流電動機，有幾種不同的同步轉速（即磁場轉速），一般常用電動機同步轉速有3000r/min，1500r/min，1000r/min，750r/min等幾種。同步轉速低的電動機，磁極多，其外廓尺寸及重量大，價格高；而同步轉速高的電動機，磁極數(shù)少，尺寸和重量小，價格低。因此，確定電動機轉速時，應從電動機和傳動裝置的總費用、機械傳動系統(tǒng)的復雜程度及其機械效率等各個方面綜合考慮。當執(zhí)行構件的轉速較高時，選用高轉速電動機能縮短運動鏈，簡化傳動環(huán)節(jié)，提高傳動效率。但如果執(zhí)行機構構件的速度很低，則選用高轉速電動機時，會使減速裝置增大，機械傳動部分的成本會大幅度增加，且機器的機械效率也會降低很多。因此，電動機的轉速選擇，必須從整機的設計要求出發(fā)，綜合考慮，為能較好地保證方案的合理性，應試選2～3種電動機，經初步計算后進行取舍。由前述的機械運動方案設計可知，對于同一種運動規(guī)律，可用不同的機構型式來實現(xiàn)；對于同一種功能，可選用不同的工作原理和不同的機構來滿足要求，而同一種工作原理，還可選用、創(chuàng)造不同的機構及其組合來實現(xiàn)。因此，對于要求滿足某種功能的機械，可能的運動方案就有很多種，故有必要對機械運動方案進行比較和優(yōu)選。作為課程設計，目的在于完成評選方案的初步訓練，所以，偏重于機構結構、運動和動力特性方面的比較，主要包括以下幾方面的內容：1．機構功能的質量2．機構結構的合理性3．機構的經濟性4．機構的實用性第八節(jié)機械系統(tǒng)方案評價與決策1．機構功能的質量機構的功能就是轉換運動和傳遞力。在作機構運動設計時，首先就是分析所設計機構的功能，并根據(jù)功能來設計、選擇機構，組成方案。所以一般來說，所有方案都能基本滿足機構的功能要求，然而，各種方案在實現(xiàn)功能的質量上還是有差別的，所以對實現(xiàn)功能的質量需首先進行比較分析。如：工作行程是否達到設計要求，與預期運動規(guī)律符合程度，運動參數(shù)，傳力性能（壓力角、傳動角），生產效率，所須原動機功率，振動、沖擊、噪聲的大小，傳動精度與持久性，恢復精度的方便程度等。2．機構結構的合理性機構中構件與運動副的數(shù)量及種類，機構組成是否最為簡潔，運動鏈可否再作簡化，動力源種類與原動機參數(shù)選擇是否合理，各級傳動機構的傳動比分配是否合理。通常，機械制造的難易程度與使用構件多少的平方成比例，這是因為零件的制造技術和零件間的接合（裝配）技術兩方面的問題同時存在的緣故，因此，減少構件數(shù)和運動副數(shù)可降低制造的困難程度。同時還減少誤差環(huán)節(jié)和摩擦損耗，提高機構的剛度，并且也降低機構產生故障的可能性，提高其工作的可靠性。因此，有時寧用有設計誤差但結構簡單的近似機構，而不采用理論上沒有誤差但結構復雜的精確機構。動力源的合理選擇，也有利于機構的簡化和改善運動質量。例如，從動件作直線運動，若能從現(xiàn)場的現(xiàn)成氣、電、液壓源中選擇一個合適的直線運動動力裝置（如氣缸、直線電機、液壓缸等），就可省去運動變換機構，簡化機械系統(tǒng)。若現(xiàn)場不具備某些動力源，那么，為簡化機構而特別設置一個新的動力源，也許是不合適的。3．機構的經濟性機械應具有良好的經濟性，即加工制造成本低，使用維修費用低。在材料確定后，加工制造成本主要與機構組成及運動副形式有關。因此，設計中要考慮是否有更簡捷廉價的方法完成預期任務，對機器的加工、安裝與配合精度要求可否降低，需特殊加工零件（凸輪、靠模）的加工難度，各種消耗（能源、工具、輔料）可否降低，原材料利用率能否提高等。在設計與制造的關系方面，我們應從制造是否簡便的觀點出發(fā)來衡量。如果這個方案的機構設計雖然比較繁難，但是制造容易，則還是應該優(yōu)先選用，因為這有利于提高機構的經濟性4．機構的實用性理論上可行的機構，到能夠將其付諸實用，還是有一段距離的。所以，設計者要為“用戶”著想，除了滿足功能要求，經濟實惠以外，還應考慮機器的安全可靠問題，如操作強度，操作人員的體力、腦力消耗，使用、維修、保養(yǎng)、裝拆、運輸?shù)姆奖愠潭龋欠駮斐晌廴净蚬?，對工作環(huán)境有無特殊要求（防塵、防爆、防電磁干擾，恒溫、恒濕等）。除了上述評價內容，在進行機械運動方案比較與優(yōu)選時，還應考慮非機械傳動方式的應用情況，機器中高新技術含量與自動化、智能化程度，設計成果的新穎性，他人知識產權、專利技術的移植與運用情況等。對于不同設計對象和設計要求，應按不同需要對上述內容加以合理取舍。

評價指標●系統(tǒng)功能

實現(xiàn)運動規(guī)律或運動軌跡、實現(xiàn)工藝動作的準確性●運動性能

運轉速度、行程可調性、運動精度等●動力性能

承載能力、增力特性、傳力特性、振動噪音等●工作性能

效率高低、壽命長短、可操作性、安全性、可靠性適用范圍等●經濟性

加工難易、能耗大小、制造成本等●結構緊湊性

尺寸、重量、結構復雜性等

評價方法

⑴評分法針對評價目標中各個項目，選擇一定的評分標準和總分計分法對方案的優(yōu)劣進行評價。建立評價體系選擇評分方法選擇評分標準對各個項目進行評分選擇總分計分法，計算總分選取高分者為優(yōu)選方案

總分計分法

方法公式特點分值相加法

將n個評價目標評分值簡單相加，計算簡單、直觀分值連乘法將n個評價目標評分值相乘，使各方案總分差拉開，便于比較

均值法

將相加所得結果除以評價目標系數(shù)，結果直觀

相對值法

將均值法所得結果除以理想值，使Qi1，可看出與理想值的差距

加權計分法(有效值法)

將各項評分值乘以加權系數(shù)后相加，考慮了各評價目標的重要程度

評價結果的處理入選方案數(shù)設計階段評價準則結果處理1最后階段合理已得到最佳方案，設計結束可改進重新決定評價準則，再作評價中間階段合理評價結束，轉入下一階段多于1最后階段合理增加評價項目或提高評價要求再作評價中間階段需改進若入選數(shù)太多，按上述方案改進準則再作評價合理將入選方案排序，轉入下一設計階段0任何階段可改進放寬評價要求，再作評價合理待評設計方案質量不高需再設計第九節(jié)機械系統(tǒng)運動方案設計舉例1.C1325自動車床刀架系統(tǒng)的分析功能要求自動換刀軸向進給進刀凸輪機構刀具主軸轉塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構11613功能分解

●讓刀—轉位前刀架先右退，以免刀具與工件干涉●轉位—轉塔刀架每次轉過60o●定位—轉位之前拔出保證加工精度的定位銷●進、退刀—不轉時，精確實現(xiàn)預定的進退刀運動。進刀凸輪機構刀具主軸轉塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構11613刀架系統(tǒng)的工作過程退刀壓簧12→推桿13回程→齒輪6→齒條7→活動支架8向右完成退刀讓刀退刀的同時，齒輪1的離合器結合并開始轉動→寬齒輪2→圓錐齒輪3→圓柱凸輪機構4→拔出銷10；同時，曲柄5轉動→支架8快速向右讓刀進刀凸輪機構刀具主軸轉塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構11613轉位讓刀快結束時，槽輪開始轉位→曲柄5的后半圈→支架8向左移動完成復位定位轉位結束時，凸輪機構4的從動件推桿擺動→插入定位銷10，齒輪1離合器脫開并停止運轉刀架系統(tǒng)的工作過程進刀凸輪機構刀具主軸轉塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構11613進給從動件13推程→齒輪6→齒條7→活動支架8向左運動完成進給進刀凸輪機構刀具主軸轉塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構11613刀架系統(tǒng)的工作過程刀架系統(tǒng)的工作循環(huán)圖定位銷轉塔活動支架定位拔出靜止轉位后退復位圓柱凸輪轉角090o180o270o360o刀架系統(tǒng)各機構的組合方式及特點

組合方式分析組合方式主要以串聯(lián)方式為主，但在I、II處采用了特殊的并聯(lián)方式。進刀凸輪機構齒輪齒條機構曲柄滑塊機構圓柱凸輪機構槽輪機構連桿機構圓柱齒輪機構圓錐齒輪機構活動支架進退轉塔刀架轉位定位銷進退III

機構功能分析●進刀凸輪機構控制整個工件的加工過程，不同的工件需要更換不同的凸輪●后續(xù)串聯(lián)的齒輪齒條機構用于轉換運動形式并將運動放大●后續(xù)再串聯(lián)一曲柄滑塊機構，以增大讓刀距離●并聯(lián)槽輪機構用于實現(xiàn)轉位●并聯(lián)曲柄滑塊機構用于實現(xiàn)讓位●并聯(lián)圓柱凸輪機構再串聯(lián)連桿機構用于實現(xiàn)定位，且容易滿足時序要求●圓柱齒輪后串接圓錐齒輪機構用于改變