1、机械系统运动方案设计,内 容 概述 机构的选型 机构的组合与变异 机械传动系统方案的拟定,重 点机构的选型及机械运动方案 的拟定。,机器的主要部分,一般是由 多种多个机构所组成的系统, 所以又称为机构的组合系统.,机械系统,机器的主要部分,实际是一个 把动力机的运动传递并转换成执 行构件所需运动的系统,故又称 机械传动系统.或又称机械运 动系统.,运动学,结构学,操纵控制及辅助装置,执行机构,传动机构,原动机,产生机械能的装置.在机械行业, 一般常用电动机.,完成机器所要求实现的各种功能动作(运动)的构件.如牛头刨床中,使刨刀产生往复切削运动的导杆机构.,将动力机的运动和动力, 传送给执行机构
2、的装置.如减速箱、变速箱, 主要用于变换运动或动力参数.,如离合器、制动器、操纵控制机构、冷却润滑装置、照明、安全保护装置等等。,机械系统的组成,总体方案设计,初期规划设计,结构技术设计,生产施工设计,机械产品设计过程,机械系统运动方案设计或机械系统机构组合方案设计。其中包含：目标分析、创新构思、方案拟定、方案评价以及方案决策。,操纵控制及辅助装置,执行机构,传动机构,原动机,系统方案拟定,运动参数的确定,原动机的类型及其运动参数,执行构件的运动参数,总传动比的确定,系 统 方 案 拟 定,满足工艺动作和运动要求；结构简单，传动链简短；合理选择动力源形式（有利于简化结构和改善运动质量）；具有良
3、好的传力性能和动力条件；操纵方便、调整容易、安全耐用；有较高的生产效率和机械效率；加工制造方便，成本低。,传动系统方案拟定原则,系统方案拟定,功能要求,功能原理设计,运动规律设计,执行机构型式设计,执行构件协调设计,机构尺度设计,运动分析和动力分析,方案评价,是否满足要求,绘制执行构件运动简图,改变机构参数,执行机构方案设计,重新构思功能原理,构思新的运动规律,改变机构型式,改变设计策略,是,否,否,功能 原理,系统方案拟定,运动 规律,摩擦传动,液体传动,电磁传动,机械推拉,材料变形,光电 原理,其它原理,工艺动作分解1,工艺动作分解2,工艺动作分解3,工艺动作分解n,机构 型式,连杆机构,
4、凸轮机构,齿轮机构,其它机构,组合机构,变异机构, ,构思方案的思考方法,功能原理设计,提出实现机器功能的原理性的设想，也即根据机械预期实现的功能，选择何种工作原理来实现这一功能以及相应要求。例如齿轮轮齿加工的实现，从去不去掉金属的角度考虑，可用切削法、热轧法、铸造法等原理；从齿廓的形成原理来说，有仿型法（切削、进给、分度）和范成法（切削、进给、范成运动）。,系统方案拟定,运动规律设计,系统方案拟定,运动规律设计，是指决定选择何种运动规律来实现上述提出的工作原理。实现同一工作原理，可采用不同的运动规律。大多数情况, 同一功能可由几种不同的工艺动作来实现.例如, 用改变容积的方法(压力法)来提升
5、水,可用往复移动, 摆动,也可以用转动。,运动规律设计,系统方案拟定,工艺动作应尽可能简单.对于一些复杂的运动,通常由几个简单基本运动的合成来实现（工艺动作分解）。工艺动作分解的方法不同，所形成的运动方案也不同。,运动规律设计 （例）,1）工件纵向往复运动，刨刀不动（只作间歇进给运动）。,系统方案拟定,设计一加工平面的机床，选择刀具与工件相对往复移动的工作原理，,龙门刨床的运动方案,工艺过程分解方案,2）刨刀往复运动，工件不动（只作间歇进给运动。,牛头刨床的运动方案,运动规律设计,系统方案拟定,范成法加工轮齿，工艺动作可有不同的分解方法：1）齿条刀与轮坯的范成运动、齿条刀沿轮坯轴线上下往复的切
6、削运动、齿条刀的进给运动。 插齿机2）滚刀与轮坯的连续转动（切削运动和范成运动合为一体）、滚刀沿轮坯轴线的移动。滚齿机,运动规律设计,系统方案拟定,运动规律不同，设计出来的机械则有差异，方案设计得合适、优越与否,对整个机械系统总体方案的确定,对整个机器的结构性能、设计水平、先进程度等等,从质的方面起着决定性的影响。如下图所示采用挤压法原理加工螺丝的搓丝机三种运动方案中,往复式,对滚式,行星式,以采用行星传动原理的行星式运动方案，结构和传动都最为简单,而且生产率又最高.,执行机构型式设计,机构型式设计，是指究竟决定选择何种机构来实现上述提出的运动规律。例如为实现齿条刀沿轮坯轴线上下往复运动，可采
7、用齿轮齿条机构、螺旋机构；也可以采用曲柄滑块机构、凸轮机构；还可以通过机构的组合及变异创造发明新的机构等。应根据机械的特点，从动力特性、机械效率、制造成本、外形尺寸等方面综合考虑分析比较，从各种机构中选择出合适的机构。（使用效果、繁简程度、可靠性）,系统方案拟定,执行构件协调设计,系统方案拟定,大多数机械，通常有多个执行机构，各执行构件必须协调动作，相互配合，以完成预期的工作要求。例如牛头刨床,工作台的移动,必须在刨刀刨削后，滑枕的空回行程时进行等等。执行构件协调设计，是根据工艺过程对各动作的要求，设计出协调配合图，称工作循环图（运动循环图）。工作循环图具有指导各执行机构的设计、安装和调试的作
8、用。,执行构件协调设计,系统方案拟定,机械的工作循环图,系统方案拟定,编制时,选取一个代表性的构件,一般是在实现主要功能运动的机构上,选 取一个构件作为定标构件(不一定就是执行构件),它的一个运动循环，对应着 机器的一个运动循环，通常是选取起主导作用的轴。如牛头刨床的工作循环图 ，是以其主体机构 曲柄摆动导杆机构中的曲柄轴为定标构件，以其转角来 标定，按牛头刨床工作过程中，各个执行构件（刨头、工作台）的运动要求和 运动协调关系来绘制的。,(直线式),机械的工作循环图,系统方案拟定,机构尺度设计,系统方案拟定,对所选择的执行机构进行运动和动力设计，确定运动尺寸绘制出各执行机构的运动简图。,运动分
9、析和动力分析,系统方案拟定,对整个执行系统进行运动分析和动力分析，检验其是否满足运动要求和动力性能方面的要求。,单向间歇直线移动,间歇往复移动,往复移动,往复摆动,1.旋转运动,机构及其选型,3.曲线运动,间歇旋转运动,连续旋转运动,2.直线运动,4.刚体引导运动,执行构件的运动形式,机构及其选型,实现各运动特性的机构,机构及其选型,实现各运动特性的机构,机构及其选型,机构的性能和评价,方案优选与评价,方案评价： 1）定性评价从功能、性能、结构繁简、加工的难易程度等方面进行分析比较，在众多的方案中选定几个较佳方案。 2）定量评价通过对几个较佳方案进行运动和动力分析，根据其分析的结果与预期设计要
10、求比较，对设计方案作出评价， 。从而优选出最佳方案。,机构及其选型,机构及其选型,要求驱动轴水平布置，加压执行构件沿铅垂 方向移动。故执行机构应具有以下三个基本功能：1）运动形式变换功能 将转动变换为移动；2）运动轴线变换功能 将水平轴运动变换为铅 垂方向运动；3）运动位移或速度缩小功能 减少位移量（或 速度）以实现增力。省力、有自锁性。,例：手动加压装置,方案的定性分析与筛选,机构及其选型,例：卧式冷镦机运动方案设计,结束,传动系统设计举例,机构及其选型,功能 技术矩阵,机构及其选型,方案分析比较,机构的组合与变异,K,机构创新,上述常用基本机构,在技术上比较成熟,一般情况下,应优先选用.当
11、这些机构不能满足要求时,就要创新设计新的机构.对初学者,可参考下述方法: 1.演绎变异法 通过改变基本机构的构件长度、或通过运动副的变换、或通过增加辅助构件等等方法得到的新的机构,称为原机构的演绎变异机构.如右图所示机构,在基本的齿轮齿条机构 2-3-5 的基础上,增加一个齿条 4 以及一个摩擦装置 K ,变成一个新的机构当主动件 1 驱动齿轮 2 运动时,可使齿条3 和4先后顺序往复运动.基本机构的演绎变异机构,能实现更多的不同特性的运动规律.,机构的组合与变异,机构创新,2.组合法若干个(一般为两个)基本机构,通过一定的方式组合,形成一个具有新的运动特性的机构,称为组合机构. 组合机构几乎可以实现任意特性的运动规律或轨迹组合机构的组合方式有多种,这里简单介绍其中常用的两种: 串接式前一个机构的输入作为下一个机构的输出.如右图所示机构,由凸轮机构和四连杆机构串联而成. 以凸轮机构从动摆杆的输出,作为连杆机构主动件的输入,以实现所要求的运动规律.,机构的组合与变异,机构创新,并接式组合的两机构有两构件相联.常用一个单自由度的基本机构的输入和输出构件,接入一个两个自由度的机构中,以期得到所需要的复杂运动规律.下图中,由齿轮机构 a(F=1)和七杆机构 b(F=2)并联而成的组合机构 c ,就是一个例子.,+,a,b,c,
