《機(jī)械原理》課件第10章

第10章機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)10.1機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)10.2機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)10.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計(jì)10.4執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)思考題及習(xí)題10.1機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的分析、規(guī)劃、推理與決策的過(guò)程，蘊(yùn)含了人類(lèi)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)明和創(chuàng)新。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是：根據(jù)既定目標(biāo)，獲取機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)信息(包括文字說(shuō)明、設(shè)計(jì)方案、技術(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)圖紙和工藝方案)，經(jīng)過(guò)評(píng)估、改進(jìn)和制造，最終形成滿足設(shè)計(jì)要求的機(jī)械產(chǎn)品。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般要經(jīng)過(guò)產(chǎn)品規(guī)劃設(shè)計(jì)、總體方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。表10-1詳細(xì)介紹了這四個(gè)設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)內(nèi)容和階段成果。10.1.1機(jī)械產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展引起了學(xué)科的交叉和綜合，使得機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)已不再屬于工程技術(shù)范疇，而是自然科學(xué)、人文科學(xué)和社會(huì)科學(xué)相互交叉，科學(xué)理論與工程技術(shù)高度融合所形成的一門(mén)現(xiàn)代設(shè)計(jì)科學(xué)。系統(tǒng)論、控制論、信息論、智能理論等現(xiàn)代理論已經(jīng)進(jìn)入機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、價(jià)值工程、反求工程等促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)的深入，使機(jī)械設(shè)計(jì)擺脫了以經(jīng)驗(yàn)為主的傳統(tǒng)模式，進(jìn)入了現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)思想主要有以下幾方面。

1．設(shè)計(jì)的理論性傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)偏重經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)過(guò)程中大量采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是改型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方法主要是仿照和類(lèi)比，因而忽視了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要性，甚至忽略了方案設(shè)計(jì)階段。機(jī)械設(shè)計(jì)雖屬工程設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的工程性，但也具有很強(qiáng)的理論性。近年來(lái)，與機(jī)械設(shè)計(jì)有關(guān)的理論有了長(zhǎng)足的發(fā)展，機(jī)械學(xué)科與其它學(xué)科交叉形成了新的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論，例如，方案設(shè)計(jì)中采用形態(tài)學(xué)矩陣，大大擴(kuò)大了方案的數(shù)量；與運(yùn)籌學(xué)中優(yōu)化理論相結(jié)合形成了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法；與人工智能理論相結(jié)合形成了機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)。大量的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)成了龐大的知識(shí)庫(kù)，在推理機(jī)中不僅應(yīng)用精確的方法，還應(yīng)用模糊論，使得結(jié)論更可靠、更科學(xué)。由此可見(jiàn)，各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)系統(tǒng)都是以現(xiàn)代科學(xué)理論為基礎(chǔ)的，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的理論性是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的重要思想。

2．設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性人類(lèi)文明的源泉是創(chuàng)造，而設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是創(chuàng)造性的思維活動(dòng)。尤其在方案設(shè)計(jì)階段，更應(yīng)敢于創(chuàng)新，充分發(fā)揮創(chuàng)造力。由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中仿形設(shè)計(jì)、改形設(shè)計(jì)多，只需借鑒現(xiàn)成資料改變現(xiàn)有產(chǎn)品中的某些結(jié)構(gòu)或尺寸，或只需消化引進(jìn)產(chǎn)品，仿照生產(chǎn)，因此往往從一開(kāi)始就進(jìn)入了常規(guī)設(shè)計(jì)，躍過(guò)了創(chuàng)新構(gòu)思的方案設(shè)計(jì)階段。這就像生物遺傳中只有繼承，沒(méi)有變異。生物遺傳沒(méi)有突變，生物就不可能進(jìn)化。設(shè)計(jì)中只有仿照，沒(méi)有創(chuàng)新就出不了新型產(chǎn)品。滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的基本要求，不應(yīng)是設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)，為使產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力，現(xiàn)代設(shè)計(jì)提倡使用創(chuàng)造性思維方式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在擬定方案的過(guò)程中沖破定型的思維方式，不斷提出：是否可找到新的更好的設(shè)計(jì)方案？是否可使用其它的設(shè)計(jì)方法？是否可增加新的功能？是否可進(jìn)一步改善性能、延長(zhǎng)使用壽命？是否可進(jìn)一步減輕重量、降低成本？當(dāng)這些問(wèn)題一個(gè)個(gè)解決時(shí)，設(shè)計(jì)便取得成功，便可得到一個(gè)功能更全、質(zhì)量更高、成本更低的新的設(shè)計(jì)方案。

3．設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)工程的方法處理機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)分析各部分的有機(jī)關(guān)系，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)，同時(shí)應(yīng)考慮技術(shù)系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，即人－機(jī)－環(huán)境的大系統(tǒng)關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)，必須從系統(tǒng)角度來(lái)全面考慮各方面的問(wèn)題，既要考慮產(chǎn)品本身，還要考慮對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境的影響；不僅要考慮技術(shù)領(lǐng)域，還要考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益；不但要考慮當(dāng)前問(wèn)題，還需考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。例如，汽車(chē)設(shè)計(jì)，不僅要考慮汽車(chē)本身的有關(guān)技術(shù)問(wèn)題，還要考慮使用者的安全、舒適、操作方便等；另外，還需考慮汽車(chē)的燃料供應(yīng)、車(chē)輛存放、環(huán)境污染、道路發(fā)展以及國(guó)家能源政策、資源條件、道路建設(shè)、城市規(guī)劃等政策及社會(huì)條件限制等問(wèn)題。

4．設(shè)計(jì)的最優(yōu)化因?yàn)闄C(jī)構(gòu)、原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型很多，組合的方式也很多，所以能滿足設(shè)計(jì)基本要求的可行性設(shè)計(jì)方案相當(dāng)多。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是按類(lèi)比方式，憑現(xiàn)成的資料、手冊(cè)、數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)確定一個(gè)方案，經(jīng)校核后能滿足要求，即認(rèn)為可行，予以確認(rèn)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)則認(rèn)為設(shè)計(jì)的方案不僅要可行，還必須最優(yōu)。設(shè)計(jì)過(guò)程中要避免主觀的直接決策，強(qiáng)調(diào)客觀的優(yōu)化決策。設(shè)計(jì)者在方案擬定階段，必須從方案群中探索出一組既滿足設(shè)計(jì)要求又各有特色的待選方案，然后以科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)各方案，評(píng)價(jià)值最高者為最佳方案。隨著信息高速公路的開(kāi)通，信息傳輸技術(shù)已達(dá)到了一個(gè)新階段，設(shè)計(jì)圖紙的異地甚至跨國(guó)傳輸、設(shè)計(jì)方案的實(shí)時(shí)異地討論、異地現(xiàn)場(chǎng)修改都已成為現(xiàn)實(shí)。每個(gè)跨世紀(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)人員，必須充分注重現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的思想，沖破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的框框，掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)的新理論、新技術(shù)、新方法，建立起現(xiàn)代設(shè)計(jì)的觀念。10.1.2總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容總體方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有如下幾個(gè)方面：（1）執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。它主要包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì)、執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和執(zhí)行系統(tǒng)的方案評(píng)價(jià)與決策。（2）原動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇和傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)主要包括傳動(dòng)類(lèi)型和傳動(dòng)路線的選擇，傳動(dòng)鏈中機(jī)構(gòu)的順序安排和傳動(dòng)比的分配。（3）控制系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它主要是指潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)。10.1.3總體方案設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)與決策總體方案設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)就是從多種方案中尋求一種既能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能要求，又具備性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的設(shè)計(jì)方案，這也是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是一個(gè)多解性問(wèn)題。面對(duì)多種設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)者必須分析比較各方案的性能優(yōu)劣、價(jià)值高低，經(jīng)過(guò)科學(xué)評(píng)價(jià)和決策才能獲得最滿意的方案。機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的過(guò)程，就是一個(gè)先通過(guò)分析、綜合，使待選方案數(shù)目由少變多，再通過(guò)評(píng)價(jià)、決策使待選方案數(shù)目由多變少，最后獲得滿意方案的過(guò)程。通過(guò)創(chuàng)造性構(gòu)思產(chǎn)生多個(gè)待選方案，再以科學(xué)的評(píng)價(jià)和決策優(yōu)選出最佳的設(shè)計(jì)方案，而不是主觀地確定一個(gè)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)校核來(lái)確定其可行性，這是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的重要區(qū)別之一。如何通過(guò)科學(xué)評(píng)價(jià)和決策來(lái)確定最滿意的方案，是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)階段的一個(gè)重要任務(wù)。

1.評(píng)價(jià)指標(biāo)體系評(píng)價(jià)一個(gè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，需要有一定的依據(jù)，這些依據(jù)稱(chēng)為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。它包含兩方面的內(nèi)容：一是設(shè)計(jì)目標(biāo)，二是設(shè)計(jì)指標(biāo)。設(shè)計(jì)目標(biāo)是指從哪些方面、以什么原則來(lái)評(píng)價(jià)方案，達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)為優(yōu)。這是一項(xiàng)定性的評(píng)價(jià)，如結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好、尺寸越小越好、效率越高越好、加工制造越方便越好、操作越容易越好、成本越低越好等。設(shè)計(jì)指標(biāo)是指具體的約束限制，如機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)等。由于在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì)完成后，已初步進(jìn)行了各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)，因此這一項(xiàng)通常是可以進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的。對(duì)于不符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的方案，需通過(guò)重新設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。若重新設(shè)計(jì)后仍達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)的，則必須放棄。評(píng)價(jià)就是在由約束條件限定的可行域范圍內(nèi)，按設(shè)計(jì)目標(biāo)尋找優(yōu)選方案。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，通常應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全可靠三方面予以評(píng)價(jià)。但是，由于在方案設(shè)計(jì)階段還不可能具體地涉及到機(jī)械的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)等細(xì)節(jié)，因此評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)主要考慮技術(shù)方面的因素，即功能和工作性能方面的指標(biāo)應(yīng)占有較大的比例。表10-2列出了機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)。需要指出的是，表10-2中所列的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，是根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要性能要求和機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家的咨詢意見(jiàn)設(shè)定的。對(duì)于具體的機(jī)械系統(tǒng)，這些評(píng)價(jià)指標(biāo)和具體內(nèi)容還需要依實(shí)際情況加以增減和完善，以形成一個(gè)比較合適的評(píng)價(jià)體系。

2.評(píng)價(jià)方法系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的常用評(píng)價(jià)方法有：價(jià)值工程評(píng)價(jià)法、系統(tǒng)工程評(píng)價(jià)法和模糊評(píng)價(jià)法。

1)價(jià)值工程評(píng)價(jià)法價(jià)值工程是以提高產(chǎn)品實(shí)用價(jià)值為目的，以功能分析為核心，以最低成本去實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的必要功能的方法。價(jià)值工程的評(píng)價(jià)指標(biāo)是價(jià)值，其定義為(10-1)式中：V為價(jià)值；

F為功能；C為壽命周期成本。機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)價(jià)可以按它的各項(xiàng)功能求出的綜合評(píng)價(jià)值為評(píng)價(jià)對(duì)象，以金額為評(píng)價(jià)尺度，找出某一功能的最低成本。這種方法要求有充分的實(shí)際數(shù)據(jù)作為依據(jù)，其可靠性強(qiáng)，可比性好。而目標(biāo)成本實(shí)際上是不斷變化的，需要不斷收集資料進(jìn)行分析，并適當(dāng)?shù)卣{(diào)整收集到的成本值。有了運(yùn)動(dòng)方案功能成本和功能評(píng)價(jià)值就可以對(duì)幾個(gè)運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。但是，由于方案設(shè)計(jì)階段不確定的因素較多，因此困難較大。所以對(duì)某一種機(jī)械產(chǎn)品一定要在大量資料積累之后才能夠有效地進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，該方法由于強(qiáng)調(diào)機(jī)械的功能和成本，因此可以對(duì)不同工作原理的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便從多種方案中選出最佳方案。

2）系統(tǒng)工程評(píng)價(jià)法系統(tǒng)工程評(píng)價(jià)法是將整個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案作為一個(gè)系統(tǒng)，從整體上評(píng)價(jià)方案適合總功能要求的情況，以便從多種方案中客觀、合理地選擇最佳方案。系統(tǒng)工程評(píng)價(jià)就是根據(jù)預(yù)定的系統(tǒng)目標(biāo)，在系統(tǒng)調(diào)查和可行性研究的基礎(chǔ)上，主要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面，就各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案所能滿足需要的程度,以及消耗和占用的各種資源等進(jìn)行評(píng)審和選擇，并選擇出技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、實(shí)施上可行的最優(yōu)或滿意的方案。系統(tǒng)的評(píng)價(jià)因素主要有：性能、成本、可靠性、實(shí)用性、兼容性、適應(yīng)性、能量消耗等。解決評(píng)價(jià)問(wèn)題時(shí)要確定一些主要指標(biāo)，同時(shí)對(duì)每一指標(biāo)給出評(píng)價(jià)系數(shù)而加以權(quán)衡，通過(guò)權(quán)衡求出系統(tǒng)的綜合評(píng)定價(jià)值，對(duì)各種不同方案進(jìn)行比較，確定出最優(yōu)方案。但是，系統(tǒng)分析與評(píng)價(jià)人員應(yīng)盡量避免自己成為決策者，也不應(yīng)代替決策者進(jìn)行決策。

3)模糊評(píng)價(jià)法模糊評(píng)價(jià)法的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是將定性評(píng)價(jià)中使用的模糊概念，如“不好”、“不太好”、“較好”、“好”、“很好”等用［0，1］區(qū)間內(nèi)的連續(xù)數(shù)值來(lái)表達(dá)評(píng)價(jià)值，使得評(píng)價(jià)值更趨精確、合理，評(píng)價(jià)結(jié)果更為準(zhǔn)確。此方法的使用日趨普遍。評(píng)價(jià)結(jié)果為設(shè)計(jì)者的決策提供了依據(jù)，但究競(jìng)選擇哪種方案，還取決于設(shè)計(jì)者的決策思想。在通常情況下，評(píng)價(jià)值最高的方案為整體最優(yōu)方案，但最終是否選擇這一方案，還需依設(shè)計(jì)問(wèn)題的具體情況由設(shè)計(jì)者作出決策。例如，在實(shí)際工作中，有時(shí)為了滿足某些特殊要求，并不一定選擇總價(jià)值最高的方案，而是選擇總價(jià)值稍低但某些評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)值較高的方案。10.2機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)包括功能原理設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計(jì)和方案的評(píng)價(jià)與決策等內(nèi)容。10.2.1執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)任何一部機(jī)械的設(shè)計(jì)都是為了實(shí)現(xiàn)某種預(yù)期的功能要求，包括工藝要求和使用要求。所謂功能原理設(shè)計(jì)，就是根據(jù)機(jī)械預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能，考慮選擇何種工作原理來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能要求。它是機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的第一步，也是十分重要的一步。

1.功能原理的構(gòu)思與選擇實(shí)現(xiàn)同一功能要求，可以有許多不同的工作原理。選擇的工作原理不同，執(zhí)行系統(tǒng)的方案也必然不同。功能原理設(shè)計(jì)的任務(wù)就是根據(jù)機(jī)械預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能要求，構(gòu)思出所有可能的功能原理加以分析比較，從中選出既能很好地滿足功能要求，工藝動(dòng)作又簡(jiǎn)單的工作原理。例如，要求設(shè)計(jì)一個(gè)齒輪加工設(shè)備，其預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能是在輪坯上加工出輪齒，為了實(shí)現(xiàn)這一功能要求，既可以選擇仿形原理，也可以選擇范成原理。若選擇仿形原理，則工藝動(dòng)作除了切削運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，還需要準(zhǔn)確的分度運(yùn)動(dòng)；若采用范成原理，則工藝動(dòng)作除了切削運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，還需要刀具與輪坯之間的范成運(yùn)動(dòng)等。又如，為了加工螺栓上的螺紋，可以采用車(chē)削加工原理、套絲工作原理和滾壓工作原理。這幾種不同的螺紋加工原理適用于不同的場(chǎng)合，可滿足不同的加工需要和加工精度要求，其執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案也不相同。

2.功能分析法功能分析法是將系統(tǒng)的總功能分解成若干簡(jiǎn)單的功能元，通過(guò)對(duì)功能元的求解，然后進(jìn)行組合，可以得到機(jī)械產(chǎn)品方案的多種解。功能的分解和原理方案的組合過(guò)程也是一個(gè)創(chuàng)新的過(guò)程。原理方案的組合可采用形態(tài)綜合法，即以系統(tǒng)的功能元為縱坐標(biāo)，各功能元的解為橫坐標(biāo)，構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣，如表10-3所示。從每項(xiàng)功能元中取出一種解進(jìn)行組合，即可得到系統(tǒng)的解，最多可以組合的原理方案?jìng)€(gè)數(shù)為(10-2)式中：m為功能元數(shù)；ni為第i種功能元解的個(gè)數(shù)。根據(jù)機(jī)構(gòu)形態(tài)學(xué)矩陣，先組成能完成系統(tǒng)總功能的不同機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案，然后根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)選出符合要求的最佳方案。功能分析法的設(shè)計(jì)步驟如圖10-1所示。圖10-1功能分析法設(shè)計(jì)步驟10.2.2執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)同一工作原理，可以采用不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。選擇的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同，執(zhí)行系統(tǒng)的方案也不同。所謂運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)，就是根據(jù)工作原理所提出的工藝要求，構(gòu)思出能夠?qū)崿F(xiàn)該工藝要求的各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后從中選取最為簡(jiǎn)單適用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作為機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案。實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的功能是靠工藝動(dòng)作來(lái)完成的，即一系列工藝動(dòng)作的目的是完成所需實(shí)現(xiàn)的功能。工藝動(dòng)作的分解往往對(duì)應(yīng)于功能的分解。例如，縫紉機(jī)的縫紉功能可分解為刺布、挑線、鉤線和送布料四大功能，它們所對(duì)應(yīng)的動(dòng)作為機(jī)針上下運(yùn)動(dòng)、挑線桿供線和收線、梭子鉤線和推送布料四大動(dòng)作。又如，啤酒灌裝機(jī)的灌裝功能可分解為送瓶、灌裝、壓蓋、出瓶四大功能，可用對(duì)應(yīng)的四個(gè)動(dòng)作來(lái)完成。同一功能可以由不同的工藝動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而工藝動(dòng)作的構(gòu)思也是相當(dāng)重要的。根據(jù)功能原理方案構(gòu)思可設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)這種原理的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(即執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律)，并擬定這些運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。運(yùn)動(dòng)規(guī)律與運(yùn)動(dòng)參數(shù)定得是否合適，很大程度上取決于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和學(xué)識(shí)，需對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)價(jià)與修改。10.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)是根據(jù)功能原理方案中提出的工藝動(dòng)作過(guò)程及各工藝動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求，選擇相應(yīng)的若干執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式，按某種方式將其組合成一個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)同一種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以采用不同型式的機(jī)構(gòu)，從而得到不同的方案。所謂執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)，就是根據(jù)各基本動(dòng)作或動(dòng)作的要求，構(gòu)思出所有能實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作或功能的機(jī)構(gòu)，從中選出最佳方案。選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)并不僅僅是簡(jiǎn)單的挑選，而是包含著創(chuàng)新。因?yàn)橐玫揭粋€(gè)好的運(yùn)動(dòng)方案，必須構(gòu)思出新穎、靈巧的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)不一定是現(xiàn)存的，為此，應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)組成與演變?cè)?，?chuàng)造出新的機(jī)構(gòu)；或者在充分掌握各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，進(jìn)行巧妙的組合，往往也能獲得新穎、靈巧而又簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)是一種機(jī)構(gòu)系統(tǒng)型綜合設(shè)計(jì)方法。而平面機(jī)構(gòu)的型綜合是研究一定數(shù)量的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副可以組成多少種機(jī)構(gòu)型式的綜合過(guò)程。通過(guò)機(jī)構(gòu)的型綜合，可提供用相同數(shù)目的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副組合而成的各種機(jī)構(gòu)型式，為設(shè)計(jì)新機(jī)械提供擇優(yōu)選擇的條件。根據(jù)型綜合得到的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案畫(huà)出的表示機(jī)構(gòu)及其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式、連接和組合方式的示意圖,稱(chēng)為機(jī)構(gòu)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，它是進(jìn)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。10.3.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)的原則執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意遵循以下基本原則：

(1)滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求。滿足執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)要求，包括運(yùn)動(dòng)型式、運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡方面的要求，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的基本因素。

(2)盡量簡(jiǎn)化和縮短運(yùn)動(dòng)鏈，選擇較簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)同樣的運(yùn)動(dòng)要求，應(yīng)盡量采用構(gòu)件數(shù)目和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目最少的機(jī)構(gòu)，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)鏈愈短，構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目就愈少，制造費(fèi)用愈低，機(jī)械的重量愈輕；可以減少運(yùn)動(dòng)副摩擦帶來(lái)的功率損耗，提高機(jī)械效率；可以減少運(yùn)動(dòng)鏈的累積誤差，提高傳動(dòng)精度和工作可靠性，也可以提高機(jī)械系統(tǒng)的剛性。因此，在進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)寧可采用具有較小設(shè)計(jì)誤差但結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)。

3)盡量減小機(jī)構(gòu)的尺寸。設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，在滿足工作要求的前提下，總希望機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕。而機(jī)械的尺寸和重量，隨機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)的不同有較大的差別。例如，在相同的參數(shù)下，行星輪系的尺寸和重量較定軸輪系顯著減小；在從動(dòng)件移動(dòng)行程較大的情況下，采用圓柱凸輪要比盤(pán)形凸輪尺寸更為緊湊等。(4)具有良好的傳力性能和動(dòng)力特性。在進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意選用具有最大傳動(dòng)角、最大增力系數(shù)和效率較高的機(jī)構(gòu)，這樣可以減小主動(dòng)軸上的力矩和原動(dòng)機(jī)的功率及機(jī)構(gòu)的尺寸和重量。機(jī)構(gòu)中若有虛約束，則要求提高加工和裝配精度，否則將會(huì)產(chǎn)生很大的附加內(nèi)應(yīng)力，甚至?xí)a(chǎn)生楔緊現(xiàn)象而使運(yùn)動(dòng)發(fā)生困難。因此，在進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免采用虛約束。若為了改善受力狀況、增加機(jī)構(gòu)剛度或減輕機(jī)構(gòu)重量而必須引入虛約束時(shí)，則必須注意結(jié)構(gòu)、尺寸等方面設(shè)計(jì)的合理性，必要時(shí)還需增加均載等輔助裝置。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，如果作往復(fù)運(yùn)動(dòng)或平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件慣性質(zhì)量較大，或轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件上有較大的偏心質(zhì)量，則在機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮進(jìn)行平衡設(shè)計(jì)，以減小機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的動(dòng)載荷，使構(gòu)件和機(jī)構(gòu)達(dá)到最佳平衡狀態(tài)；否則會(huì)引起很大振動(dòng)，甚至破壞機(jī)械的正常工作條件。

(5)保證機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。在進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題，以防止發(fā)生機(jī)械損壞或出現(xiàn)生產(chǎn)和人身事故的可能性。例如，為了防止機(jī)械因過(guò)載而損壞，可采用具有過(guò)載保護(hù)性的帶傳動(dòng)或摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；為了防止起重機(jī)械的起吊部分在重物作用下自行倒轉(zhuǎn)，可在運(yùn)動(dòng)鏈中設(shè)置具有自鎖功能的機(jī)構(gòu)，如蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)的方法有兩大類(lèi)：機(jī)構(gòu)的選型和構(gòu)型，下面分別加以介紹。10.3.2機(jī)構(gòu)的選型

所謂機(jī)構(gòu)的選型，是指利用發(fā)散思維的方法，將前人創(chuàng)造發(fā)明出的各種機(jī)構(gòu)按照運(yùn)動(dòng)形式或?qū)崿F(xiàn)的特定功能進(jìn)行分類(lèi)。然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求盡可能地將所有可能的機(jī)構(gòu)形式搜索到，通過(guò)比較和評(píng)價(jià)，確定出合適的機(jī)構(gòu)形式。執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式及功用和實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件各種運(yùn)動(dòng)形式的常用機(jī)構(gòu)列于表10-4中，可供機(jī)構(gòu)選型時(shí)參考。10.3.3機(jī)構(gòu)的構(gòu)型當(dāng)應(yīng)用選型的方法初選出的機(jī)構(gòu)形式不能完全實(shí)現(xiàn)預(yù)期的要求，或雖能實(shí)現(xiàn)功能要求但存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)精度不當(dāng)和動(dòng)力性能欠佳等缺點(diǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)者可以采用創(chuàng)新構(gòu)型的方法重新構(gòu)筑機(jī)構(gòu)的形式，這是比機(jī)構(gòu)選型更具有創(chuàng)造性的工作。機(jī)構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型的基本思路是：以初選的機(jī)構(gòu)方案為雛型，通過(guò)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型的方法進(jìn)行突破，獲得新的機(jī)構(gòu)。常用機(jī)構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型的方法有以下幾種。

1.機(jī)構(gòu)的變異

為了實(shí)現(xiàn)某一功能要求，或?yàn)榱耸箼C(jī)構(gòu)具有某些特殊的性能，改變現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，演變發(fā)展出新機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)變異構(gòu)型。機(jī)構(gòu)變異構(gòu)型的方法主要有以下幾種：

1）機(jī)構(gòu)的倒置將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件與機(jī)架轉(zhuǎn)換稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的倒置。按照運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理，機(jī)構(gòu)倒置后各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變，但可以得到不同特性的機(jī)構(gòu)。在連桿機(jī)構(gòu)一章，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)及帶移動(dòng)副的連桿機(jī)構(gòu)之間都可以看做是在滿足曲柄存在條件時(shí)利用機(jī)構(gòu)倒置法得到的。又如將定軸圓柱內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)的內(nèi)齒輪作為機(jī)架，則得到圖10-2所示的行星齒輪機(jī)構(gòu)。圖10-2行星齒輪機(jī)構(gòu)

2）機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展以原有機(jī)構(gòu)作為基礎(chǔ)，增加新的構(gòu)件，構(gòu)成一個(gè)新機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展。機(jī)構(gòu)擴(kuò)展后，原有各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變，但所構(gòu)成新機(jī)構(gòu)的某些性能與原機(jī)構(gòu)有很大差別。如圖10-3所示的三自由度挖掘機(jī)就是在擺動(dòng)液壓缸機(jī)構(gòu)1-2-3-12上順序增加桿組4-5-6、7-8-9和10-11，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件11的挖掘工作的。

圖10-3三自由度挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)

3）機(jī)構(gòu)局部結(jié)構(gòu)的改變改變機(jī)構(gòu)局部結(jié)構(gòu)，可以獲得有特殊運(yùn)動(dòng)特性的機(jī)構(gòu)。圖10-4為左邊極限位置附近有間歇的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)之所以有間歇的運(yùn)動(dòng)性能，是因?yàn)閷?dǎo)桿槽的中線某一部分做成了圓弧形，且圓弧半徑等于曲柄的長(zhǎng)度。圖10-5所示的機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件2可視為槽輪展直而成。圖10-4實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖10-5移動(dòng)槽輪機(jī)構(gòu)

4）運(yùn)動(dòng)副的變換改變機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副的形式，可構(gòu)型出不同運(yùn)動(dòng)性能的機(jī)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)副的變換方式有很多種，常用的有高副與低副之間的變換、運(yùn)動(dòng)副尺寸的變換和運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型的變換。高副與低副之間的變換方法，即為第2章介紹的高副低代方法。圖10-6(a)所示為手套自動(dòng)加工機(jī)的傳動(dòng)裝置。機(jī)構(gòu)由原動(dòng)件1、桿組2-3、4-5和機(jī)架6組成，為Ⅱ級(jí)機(jī)構(gòu)。當(dāng)原動(dòng)件曲柄1連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，可使輸出件5實(shí)現(xiàn)大行程的往復(fù)移動(dòng)。圖10-6手套自動(dòng)加工機(jī)的傳動(dòng)裝置但由于構(gòu)件3和4組成的移動(dòng)副在上方，不僅潤(rùn)滑困難，且易污染產(chǎn)品，因此，為了改善這一條件，將有關(guān)運(yùn)動(dòng)副變換，所得機(jī)構(gòu)如圖10-6(b)所示。該機(jī)構(gòu)由原動(dòng)件1、桿組2-3-4-5及機(jī)架6組成，為Ⅲ級(jí)機(jī)構(gòu)。

2.機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)的組合方式和組合機(jī)構(gòu)的類(lèi)型有很多，關(guān)于這方面的內(nèi)容詳見(jiàn)本書(shū)7.3節(jié)，這里不再贅述。

3.采用其它物理效應(yīng)隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械已不再是純機(jī)械系統(tǒng),而是集機(jī)、電、液為一體,充分利用力、聲、光、磁等工作原理驅(qū)動(dòng)或控制的機(jī)械。利用上述工作原理驅(qū)動(dòng)或控制的機(jī)構(gòu),由于巧妙地利用了一些其他工作介質(zhì)和工作原理,將比傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)更為方便地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的轉(zhuǎn)換,并能實(shí)現(xiàn)某些傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)難以完成的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。如圖10-7所示為工作臺(tái)送進(jìn)機(jī)構(gòu)，液壓缸（或氣缸）1驅(qū)動(dòng)兩凸輪2和3，當(dāng)活塞往復(fù)移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)兩凸輪繞各自的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺(tái)4上、下往復(fù)移動(dòng)。圖10-8為增力機(jī)構(gòu)，液壓缸（或氣缸）1驅(qū)動(dòng)移動(dòng)凸輪2，控制壓緊擺桿3壓緊工件4，并保持自鎖。圖10-7工作臺(tái)送進(jìn)機(jī)構(gòu)圖10-8增力機(jī)構(gòu)

例10-1設(shè)計(jì)便攜式手動(dòng)剃須刀的原理方案，要求體積小，使用方便，價(jià)格低廉。

解(1）功能分析。剃須刀的總功能是須膚分離。

(2）工作原理分析。機(jī)械式去須的原理有：拔須、剪須、剃須等。剃須可采用移動(dòng)刀剃削或回轉(zhuǎn)刀剃削。刀具運(yùn)動(dòng)要均勻，以提高去須效果并保護(hù)皮膚。現(xiàn)選取往復(fù)手動(dòng)回轉(zhuǎn)刀剃削的工作原理進(jìn)行分析。

(3）功能分解。回轉(zhuǎn)刀剃削的功能樹(shù)如圖10-9所示。圖10-9回轉(zhuǎn)刀剃削的功能樹(shù)

(4）功能求解。各功能元解的形態(tài)學(xué)矩陣見(jiàn)表10-5。由表10-5可組成往復(fù)移動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)各48種方案供選擇。（5）原理方案確定。通過(guò)評(píng)價(jià)決策，選擇一種較好的原理方案如圖10-10所示，即采用往復(fù)式移動(dòng)-齒條齒輪-定軸輪系-飛輪-盒式儲(chǔ)須組合。圖10-10手動(dòng)剃須刀原理方案圖10.4執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)當(dāng)根據(jù)功能原理的設(shè)計(jì)要求，確定了實(shí)現(xiàn)各功能元的機(jī)構(gòu)形式后，需要將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)形成一個(gè)整體，使這些機(jī)構(gòu)以一定的次序協(xié)調(diào)動(dòng)作，互相配合，完成機(jī)械預(yù)定的總功能，同時(shí)在空間布置上也應(yīng)滿足協(xié)調(diào)性和操作上協(xié)同性的要求，這一過(guò)程稱(chēng)為執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。10.4.1執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的原則當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定了機(jī)械的工作原理和各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并確定了各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式及驅(qū)動(dòng)方式后，還必須將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)統(tǒng)一于一個(gè)整體，形成一個(gè)完整的執(zhí)行系統(tǒng)，使這些機(jī)構(gòu)以一定的次序協(xié)調(diào)工作，互相配合，以完成機(jī)械預(yù)定的功能和生產(chǎn)過(guò)程。這方面的工作稱(chēng)為執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的主要原則如下：

(1)滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作先后的順序性要求。執(zhí)行系統(tǒng)中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程和先后順序，必須符合工藝過(guò)程所提出的要求，以確保系統(tǒng)中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)最終完成的動(dòng)作及物質(zhì)、能量、信息傳遞的總體效果能滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作在時(shí)間上的同步性要求。為了保證各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作不僅能夠以一定的先后順序進(jìn)行，而且整個(gè)系統(tǒng)能夠周而復(fù)始地循環(huán)協(xié)調(diào)工作，必須使各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間間隔相同，或按工藝要求成一定的倍數(shù)關(guān)系。

(3)滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間位置應(yīng)協(xié)調(diào)一致，對(duì)于有位置制約的執(zhí)行系統(tǒng)，必須進(jìn)行各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在空間位置上的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，以保證在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)間及機(jī)構(gòu)與環(huán)境間不發(fā)生干涉。(4)滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作上的協(xié)同性要求。當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時(shí)作用于同一對(duì)象完成同一執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)必須協(xié)調(diào)一致。

(5)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作安排要有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡量縮短執(zhí)行系統(tǒng)的工作循環(huán)周期。通常有兩種辦法，一是盡量縮短各執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作行程和空回行程的時(shí)間；二是在前一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)回程結(jié)束之前，后一個(gè)即開(kāi)始工作行程，即在不產(chǎn)生干涉的前提下，充分利用兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間裕量。

(6)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布置要有利于系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)和效率的提高。當(dāng)系統(tǒng)中包含多個(gè)低速大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，宜采用多個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈并行的聯(lián)接方式；當(dāng)系統(tǒng)中有幾個(gè)功率不大，效率均很高的執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，采用串聯(lián)方式比較適宜。10.4.2執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的方法根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，機(jī)械的運(yùn)動(dòng)循環(huán)可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是機(jī)械中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是非周期性的，它取決于工作條件的不同而隨時(shí)改變，具有相當(dāng)大的隨機(jī)性，例如起重機(jī)、建筑機(jī)械和某些工程機(jī)械；另一類(lèi)是機(jī)械中各執(zhí)行機(jī)械的運(yùn)動(dòng)是周期性的，即經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間間隔后，各執(zhí)行構(gòu)件的位移、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)就周期性地重復(fù)，生產(chǎn)中大多數(shù)機(jī)械都屬于這種固定運(yùn)動(dòng)循環(huán)的機(jī)械。本節(jié)介紹這類(lèi)有固定周期性運(yùn)動(dòng)循環(huán)的機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的方法。對(duì)于固定運(yùn)動(dòng)循環(huán)的機(jī)械，當(dāng)采用機(jī)械方式集中控制時(shí)，通常用分配軸或主軸與各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件聯(lián)接起來(lái)，或者用分配軸上的凸輪控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)主動(dòng)件在主軸上的安裝方位，或者控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的凸輪在分配軸上的安裝方位，均是根據(jù)系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的結(jié)果來(lái)決定的。執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的步驟如下：

(1)確定機(jī)械的工作循環(huán)周期。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中所定的機(jī)械理論生產(chǎn)率，確定機(jī)械的工作循環(huán)周期。機(jī)械的運(yùn)動(dòng)循環(huán)是指一個(gè)產(chǎn)品在加工過(guò)程中的整個(gè)工藝動(dòng)作過(guò)程（包括工作行程、空回行程和停歇階段）所需要的總時(shí)間，它通常以T表示。在機(jī)械的工作循環(huán)內(nèi)，其各執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)符合工件（產(chǎn)品）的工藝動(dòng)作要求和確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有一定順序地協(xié)調(diào)動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成某道工序的工作行程、空回行程（回程）和停歇所需時(shí)間的總和，稱(chēng)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)周期。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)與機(jī)器的工作循環(huán)，一般來(lái)說(shuō)在時(shí)間上應(yīng)是相等的。但是，也有不少機(jī)器，從實(shí)現(xiàn)某一工藝動(dòng)作過(guò)程要求出發(fā)，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)周期與機(jī)器的工作循環(huán)周期并不相等。此時(shí)，在機(jī)器的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)有些執(zhí)行機(jī)構(gòu)可完成若干個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。

(2)確定各執(zhí)行構(gòu)件的各個(gè)行程段及其所需時(shí)間。根據(jù)機(jī)器生產(chǎn)工藝過(guò)程，分別確定各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作行程段、空回行程段和可能具有的若干個(gè)停歇段，并確定各執(zhí)行構(gòu)件在每個(gè)行程段所需花費(fèi)的時(shí)間及對(duì)應(yīng)于原動(dòng)件（主軸或分配軸）的轉(zhuǎn)角。

(3)確定各執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。根據(jù)機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程對(duì)工藝動(dòng)作先后順序和配合關(guān)系的要求，協(xié)調(diào)各執(zhí)行構(gòu)件各行程段的配合關(guān)系。此時(shí)，不僅要考慮動(dòng)作的先后順序，還應(yīng)考慮各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在時(shí)間和空間上的協(xié)調(diào)性，即不僅要保證各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在時(shí)間上按一定順序協(xié)調(diào)配合，而且要保證在一定過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生空間位置上的相互干涉。10.4.3機(jī)械的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖用來(lái)描述各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)間相互協(xié)調(diào)配合的圖稱(chēng)為機(jī)械的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。由于機(jī)械在主軸或分配軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周或若干周內(nèi)完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，因此運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖常以主軸或分配軸的轉(zhuǎn)角為坐標(biāo)來(lái)編制。通常選取機(jī)械中某一主要的執(zhí)行構(gòu)件為參考件，取其有代表性的特征位置作為起始位置（通常以生產(chǎn)工藝的起始點(diǎn)作為運(yùn)動(dòng)循環(huán)的起始位置），由此來(lái)確定其他執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)相對(duì)于該主要執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的先后次序和配合關(guān)系。為了清楚地了解執(zhí)行系統(tǒng)中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在完成總功能中的作用和次序，必須先繪出整個(gè)機(jī)器中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖不但表明了各機(jī)構(gòu)的配合關(guān)系，給出了各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，同時(shí)也是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和調(diào)試設(shè)備的重要依據(jù)