1、,机 械 创 新 设 计,第九章 机械系统运动方案与创新设计,1.机械系统概述2.机械系统运动方案的基本知识3.机械系统运动方案设计的构思4.机械系统的运动协调设计5.机械系统运动方案设计的过程与评估,第一节 机械系统概述,单一的基本机构组成的机械系统；由有若干个独立的基本机构组成的机械系统；由若干个单一的基本机构经过串连、并连、叠加等组合方式连接在一起的机械系统,工程实际应用的机械分类：,第一节 机械系统概述,单一的基本机构组成的机械系统：,强力钳,轴承拉马,第一节 机械系统概述,单一的基本机构组成的机械系统：,螺旋开瓶器,齿轮升降机构,第一节 机械系统概述,单一的基本机构组成的机械系统：,
2、自锁拉力器,滑轮组,第一节 机械系统概述,若干个独立的基本机构组成的机械系统：,冲裁机构送料机构,二者的运动协调,第一节 机械系统概述,若干个独立的基本机构组成的机械系统：,第一节 机械系统概述,若干个单一的基本机构经过串连、并连、叠加等组合方式连接在一起的机械系统：,工件自动载送装置,自动载送装置,第一节 机械系统概述,第一节 机械系统概述,若干个单一的基本机构经过串连、并连、叠加等组合方式连接在一起的机械系统：,机械系统在工作时按照一定的动作次序和规律进行工作。,第一节 机械系统概述,第二节 机械系统运动方案的基本知识,13,机械组成的示意图,原动机,传动机构,执行机构,控制系统,注意:工
3、程中，有些机械没有传动机构，而是由原动机直接驱动执行机构。,第三节 机械系统运动方案设计的构思,14,原动机的选择,电动机：三相异步交流电动机、单相交流电动机、交流和直流伺服电机、步进电机。内燃机：柴油机、汽油机。一次能源原动机：水轮机、风力机、太阳能发电机等。,振动电机,第三节 机械系统运动方案设计的构思,一、传动机构系统的组成,1、齿轮机构传动系统,2、带传动与齿轮传动的组合系统,3、齿轮传动与螺旋传动的组合系统,4、齿轮机构与万向联节机构的组合,第三节 机械系统运动方案设计的构思,典型传动方式,二、典型传动装置的应用场合,1、带传动：中心距大、传动比的精度要求低2、链传动：中心距大、传动
4、比的精度要求低3、齿轮传动：传动效率高、体积小，传动比准确 上述传动已经标准化。齿轮传动还分：圆柱齿轮、锥齿轮、蜗杆传动4、其他传动：液压传动、螺旋传动等 传动装置的设计通常比较容易。,第三节 机械系统运动方案设计的构思,典型传动装置的设计准则（1）在满足传动要求的前提下，尽量使机构数目少，使传动链短。这样可提高机械效率，降低生产成本。（2）合理分配各级传动机构的传动比。传动比的分配原则是：带传动的传动比小于3，单级齿轮传动比小于5。,第三节 机械系统运动方案设计的构思,（3）合理安排传动机构的次序。当总传动比大于8时，要考虑多级传动。如有带传动时一般将带传动放置到高速级，如采用不同类型的齿轮
5、机构组合，圆锥齿轮传动或蜗杆传动一般在高速级。链传动一般不宜在高速级。,典型传动装置的设计准则,第三节 机械系统运动方案设计的构思,（4）在满足要求的前提下，尽量采用平面传动机构。使制造、组装与维修更加方便。（5）在对尺寸要求较小时，可采用行星轮系机构。,典型传动装置的设计准则,第三节 机械系统运动方案设计的构思,三、执行机构的设计原则,1、按功能要求选择机构类型或机构组合形式2、确定最佳方案3、整体运动方案评估。确定最佳方案,第三节 机械系统运动方案设计的构思,执行机构的组成,没有规律，是根据机器的功能要求而设计的。不同机器的功能不同，执行机构必然不同。,运动变换与对应机构,第三节 机械系统
6、运动方案设计的构思,执行机构是为了完成一定的工艺动作和功能,四、机械运动系统的总体设计原则,1、完成即定功能目标2、性能可靠3、制造成本低廉4、维修方便,第三节 机械系统运动方案设计的构思,第三节 机械系统运动方案设计的构思,常用传动机构的选择,结构要求非常紧凑时：可采用轮系机构作为减速系统。原动机距离工作执行系统较远时：可采用带传动（链条）与齿轮机构的组合。传动比较大时：采用涡轮蜗杆减速器、行星齿轮减速器，RV减速器等。要求自锁时：涡轮蜗杆减速器，螺纹传动。,第四节 机械系统运动协调设计,25,有些机械是由几个简单的基本机构组成的，他们之间没有进行任何连接，而是独立存在，但它们之间的运动却要
7、求互相配合、协调动作。称此类设计问题为机构系统的运动协调设计。,一、机构系统的运动协调,第四节 机械系统运动协调设计,26,机械系统的运动协调方法：,控制系统对电机的时序控制：简单、实用，可靠性差些。机械手段实现机构间的运动协调：简单、实用、可靠。,微机械陀螺仪,机械陀螺仪,第四节 机械系统运动协调设计,27,机械系统的运动循环图,（1）分析每个子工艺动作特点，从中确定一个主要动作，以此作为其它动作的位置基准；（2）设定主要动作的位置起点、终点和运动循环周期；（3）分析其它动作相对主要动作的衔接位置，并且注意两个动作衔接处要有一定时间间隔，以避免干涉。,制定机械系统的运动循环图的步骤：,第四节
8、 机械系统运动协调设计,28,机械系统的运动循环图,坐标式工作循环图,第四节 机械系统运动协调设计,机械系统的运动循环图种类,圆周式工作循环图,表格式工作循环图,第四节 机械系统运动协调设计,机械系统的运动循环图种类,第四节 机械系统运动协调设计,运动循环图实例-粉料成型压片机的设计,a为料筒，b为料斗，c为模具型腔，d为上冲头，e为片状制品，f为下冲头,第四节 机械系统运动协调设计,压片过程的执行机构,第四节 机械系统运动协调设计,压片过程的执行机构,什么样的运动？,什么样的运动？,什么样的运动？,第四节 机械系统运动协调设计,各执行机构的运动协调,粉料成型压片机的运动循环图,若干个独立的基
9、本机构组成的机械系统：,第四节 机械系统运动协调设计,第四节 机械系统运动协调设计,各执行机构的运动协调设计,三个机构使用同一个原动机,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,1、市场调查；2、提出产品的功能目标，明确设计任务；3、选择机器的工作原理，确定工艺动作过程；4、按机器的动作要求确定所选择的机构数目与机构类型；,一、机械设计的一般步骤,5、确定机器的工作执行机构与传动机构，进行机械运动方案的总体设计；6、进行运动协调设计；7、进行机构的尺度综合和传动机构的设计 ；8、进行机械结构设计，编写设计说明书；9、制造样机并进行测试；10、批量生产。,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估
10、,二、机械系统运动方案设计的内容1、根据机器的功能目标确定机器的工作原理2、按机器的工作原理确定机器的基本动作选 执行机构3、确定传动机构类型与原动机类型4、按机器的基本动作选择实现对应动作的执 行机构,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,5、进行运动协调设计，完成机械运动方案的总体设计6、对机械运动方案进行评估，选择最优方案7、进行尺度综合，设计机构系统的机构运动简图,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,三、 机械系统运动方案的评价指标功能指标：指实现预期设计目标的优劣程度。技术指标：主要指产品的位移、速度、加速度、运动精度、力学特性、强度、刚度、可靠性、寿命等指标。经济指标：主
11、要指材料、制作与维修、能耗大小等指标。绿色指标：主要指产品的在制造、使用、维护等过程污染以及报废产品的可回收性等指标。在方案的评价过程中，上述指标还要细化。,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,四、机械系统运动方案的评价方法1、机械系统运动方案评价的指标（1）完成实现功能目标情况：（2）工作原理的先进程度：（3）工作效率的高低：（4）运转精度的高低：（5）方案的复杂程度：,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,（6）方案的实用性：（7）方案的可靠性：（8）方案的新颖性：指方案的创造性。（9）方案的经济性：（10）方案的绿色性：,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,四、机械系统运
12、动方案的评价方法1、机械系统运动方案评价的指标,2、机械系统运动方案的评价方法目前流行的评价方法有：关联矩阵法、模糊评价法和评分法，其中评分法最为简单而实用。评分法又分为加法评分法、连乘评分法和加乘评分法。这里介绍最简单的加法评分法。,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,表9-3 机械运动方案的评估,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,机械系统运动方案设计实例,1.设计题目：电动大门,2.电动大门的功能目标：实现大门的闭启,3.电动大门的设计参数：长、宽、高以及启闭时间。,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,机械系统运动方案设计实例,4.设计方案的构思,运用发散思维方式,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,机械系统运动方案设计实例,4.设计方案的构思,机械系统运动方案设计实例-双扇平开门,机械系统运动方案设计实例-四扇平开门,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,评价结果,方案a（二扇平开门）,方案b（四扇平开门）,方案d （二扇平开门）,方案e （伸缩门）,方案c （单扇平开门）,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,从评分情况看，单扇推拉门和伸缩门得分较高，实际情况也是这两种门应用最广泛。但从美观情况看，近期不锈钢制作的伸缩门应用的最广泛。,自由设计,只有创新才能发展,
