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第3章 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì),閻紹澤 清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系,,機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的重要性,企業(yè)的生命線,市場(chǎng)銷(xiāo)售,開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì),制造,,1.從系統(tǒng)的整體目標(biāo)出發(fā)，將總體功能分解成若干功能單元。 2.尋找出能完成各個(gè)功能的技術(shù)方案。 3.把能完成各個(gè)功能的技術(shù)方案組成方案組，進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和優(yōu)選。 4.實(shí)現(xiàn)給定條件下的整體優(yōu)化。,機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)方法,機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的階段成果,目標(biāo)分析,,總體方案示意圖； 機(jī)械系統(tǒng)方案運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖； 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖； 方案設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。,1.基本要求 針對(duì)某種簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)，進(jìn)行： 機(jī)械工作原理設(shè)計(jì) 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 原動(dòng)機(jī)的選擇 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)尺度設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力分析 評(píng)價(jià)與決策,3.1 基本要求及設(shè)計(jì)步驟,2.總體參數(shù)的確定,總體技術(shù)參數(shù)主要包括：與機(jī)械系統(tǒng)的使用范圍、生產(chǎn)能力等有關(guān)的參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。 例如： 對(duì)于機(jī)床而言，總體參數(shù)包括規(guī)格參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)； 對(duì)于儀器類(lèi)機(jī)械系統(tǒng)，總體參數(shù)包括測(cè)量范圍、示值范圍、放大倍數(shù)、靈敏度等。,（1）生產(chǎn)能力,生產(chǎn)能力是指機(jī)械系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量，根據(jù)選用的計(jì)量和計(jì)時(shí)單位的不同而不同。例如： （A）對(duì)于干粉壓片機(jī)，其生產(chǎn)率為每分鐘加工的片數(shù)； （B）對(duì)于書(shū)本打包機(jī)，其生產(chǎn)率為每小時(shí)能夠包裝書(shū)的本數(shù)。 理想生產(chǎn)能力：機(jī)械系統(tǒng)在理想狀態(tài)下單位時(shí)間內(nèi)加工出的產(chǎn)品數(shù)量。 實(shí)際生產(chǎn)能力：機(jī)械系統(tǒng)在正常運(yùn)行期間單位時(shí)間內(nèi)平均生產(chǎn)合格產(chǎn)品的實(shí)際數(shù)量。 實(shí)際生產(chǎn)能力一般小于理論生產(chǎn)能力。,（2）尺寸參數(shù),尺寸參數(shù)是指影響機(jī)械性能的一些重要的結(jié)構(gòu)尺寸，如： 總體極限尺寸（長(zhǎng)、寬、高及可移動(dòng)的極限位置和尺寸） 特征尺寸（加工范圍、中心高度） 運(yùn)動(dòng)零部件的工作行程 主要部件之間位置關(guān)系及安裝尺寸。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中原始參數(shù)、方案設(shè)計(jì)時(shí)的總體布置草圖、同類(lèi)機(jī)械系統(tǒng)的類(lèi)比或通過(guò)理論分析獲得上述尺寸參數(shù)。,（3）工藝參數(shù),工藝參數(shù)包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。 運(yùn)動(dòng)參數(shù)：執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)速、移動(dòng)速度及調(diào)速范圍等。 如： 機(jī)床等機(jī)械設(shè)備的主軸最高和最低轉(zhuǎn)速 工作臺(tái)或刀架的移動(dòng)速度 移動(dòng)機(jī)械的行駛速度范圍 連續(xù)作業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)拍節(jié)等。 運(yùn)動(dòng)參數(shù)是由機(jī)械的工藝要求決定的，應(yīng)包括： 運(yùn)動(dòng)形式（直線運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)） 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（連續(xù)式、間歇式、往復(fù)式） 運(yùn)動(dòng)范圍（極限尺寸、轉(zhuǎn)角及位移） 運(yùn)動(dòng)速度（等速、不等速）,動(dòng)力參數(shù)：機(jī)械系統(tǒng)中使用的動(dòng)力源參數(shù)，如電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)、內(nèi)燃機(jī)的功率，液壓缸的牽引力、伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩等。,3. 設(shè)計(jì)步驟,機(jī)械工作原理設(shè)計(jì) 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 原動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案初步擬定 機(jī)構(gòu)尺度設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力分析 方案評(píng)價(jià)與決策 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)步驟常常是不可分的，例如方案選擇、尺度設(shè)計(jì)和性能分析等設(shè)計(jì)工作在某種程度上是并行和交叉的。,機(jī)械方案設(shè)計(jì)需要考慮的問(wèn)題：,1）創(chuàng)造人工制造物,2）受到諸多因素的影響和制約,技術(shù)環(huán)境： 1）產(chǎn)品趨向 2）設(shè)計(jì)制造 3）生產(chǎn)趨向,自然環(huán)境： 1）自然資源 2）環(huán)境保護(hù),經(jīng)濟(jì)環(huán)境： 1）市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 2）經(jīng)濟(jì)規(guī)律,社會(huì)環(huán)境： 1）政策法規(guī) 2）道德文化,3.2 機(jī)械工作原理設(shè)計(jì),機(jī)械工作原理設(shè)計(jì)包括 功能分析、功能原理設(shè)計(jì)和工藝動(dòng)作設(shè)計(jì)。 1.功能分析 功能：機(jī)械系統(tǒng)所具有的傳遞和變換能量、物質(zhì)和信息的特性。 機(jī)械系統(tǒng)的功能歸結(jié)為兩大類(lèi)：動(dòng)作功能和工藝功能。 工藝功能與動(dòng)作功能的區(qū)別在于是否其執(zhí)行構(gòu)件對(duì)物體具有加工作用。,（1）動(dòng)作功能,動(dòng)作功能是以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作為目的，不對(duì)物體進(jìn)行加工。 簡(jiǎn)單動(dòng)作一般是一次性動(dòng)作，如由鏈齒和拉頭組成的拉鏈，只實(shí)現(xiàn)閉合和開(kāi)啟的簡(jiǎn)單動(dòng)作。 復(fù)雜動(dòng)作功能不僅要實(shí)現(xiàn)連續(xù)的傳動(dòng)，而且還要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及運(yùn)動(dòng)型式變換。實(shí)現(xiàn)這類(lèi)功能的機(jī)構(gòu)一般比較復(fù)雜，常采用機(jī)構(gòu)的組合方式實(shí)現(xiàn)。如機(jī)械手的抓取與送料復(fù)合運(yùn)動(dòng)功能。,（2）工藝功能,工藝功能是以加工對(duì)象為目的，是對(duì)物體實(shí)施某種加工工藝，如刮削器的刮削功能、機(jī)床的切削功能、挖掘機(jī)的挖掘功能、犁的翻地功能。 這些功能由執(zhí)行構(gòu)件實(shí)現(xiàn)，如機(jī)床的刀具、挖掘機(jī)的挖斗、犁的犁頭等。,功能要求考慮不周，導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)失敗的案例,,,圖3-2硬幣清點(diǎn)機(jī)構(gòu),2.功能原理設(shè)計(jì),綜合分析法：將機(jī)械系統(tǒng)的總功能分解成若干子功能元，然后求解子功能元，再將其組合，得到滿足總功能要求的多種解決方案，以供評(píng)價(jià)與選擇。,,,圖3-3 某包裝機(jī)的組成,某自動(dòng)包裝機(jī)的功能是將物料裝入袋中包裝。 可分解為如下分功能：自動(dòng)完成計(jì)量、填料、制袋、封合、打印生產(chǎn)批號(hào)、切斷、輸送等。,功能原理實(shí)現(xiàn)的多樣性,自動(dòng)給料裝置是包裝機(jī)的一個(gè)子功能元，可以采用重力給料原理、 振動(dòng)輸送給料原理、帶式輸送給料原理、螺旋輸送給料原理等實(shí)現(xiàn)。,,圖3-4 重力給料裝置原理圖,,圖3-5 振動(dòng)給料裝置原理圖,,圖3—6 帶式輸送機(jī)原理圖,,圖3-7 螺旋輸送機(jī)原理圖,3.工藝動(dòng)作設(shè)計(jì),同一工作原理可以采用不同的工藝動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。 例如：刨削加工 （1）將工藝動(dòng)作分解為刀具往復(fù)移動(dòng)，工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即為牛頭刨床； （2）工件往復(fù)移動(dòng)，刀具進(jìn)給?，即為龍門(mén)刨床。,（a）牛頭刨床 （b）龍門(mén)刨床,工藝動(dòng)作設(shè)計(jì)原則,(1)工序集中原則,,圖3—9自動(dòng)切書(shū)機(jī)工藝過(guò)程示意圖,(2)工序分散原則,,圖3-10 書(shū)本打包機(jī)的包、封工藝過(guò)程,(3)各工序的工藝時(shí)間相等原則 (4)多件同時(shí)加工原則 (5)減少機(jī)器工作行程時(shí)間和空程時(shí)間 某些原則是相互矛盾或制約的，在工藝動(dòng)作設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)抓主要矛盾。,運(yùn)動(dòng)規(guī)律的擬定應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單,工程中往往需要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通常采用的措施是將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分解成轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)或移動(dòng)等比較簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,,圖3-11 大型繪圖機(jī)運(yùn)動(dòng)方案 1一主動(dòng)輪；2一從動(dòng)輪；3一鋼絲；4一繪圖紙；5—繪圖筆,3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計(jì)及協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),3.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分類(lèi) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用：傳遞、變換運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力。 主要功能：施力、夾持、搬運(yùn)、檢測(cè)、分度與轉(zhuǎn)位等。 1.按執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的不同要求分為：動(dòng)作型、動(dòng)力型及動(dòng)作-動(dòng)力型。 動(dòng)作型要求實(shí)現(xiàn)預(yù)期精度的動(dòng)作，而對(duì)各構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度無(wú)特殊要求，如縫紉機(jī)、印刷機(jī)等。 動(dòng)力型要求各構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度和剛度，施加一定的力做功，而對(duì)運(yùn)動(dòng)精度無(wú)特殊要求，如曲柄壓力機(jī)、碎石機(jī)等。 動(dòng)作-動(dòng)力型要求既能實(shí)現(xiàn)預(yù)期精度的動(dòng)作，又施加一定的力做功，如滾齒機(jī)、插齒機(jī)等。,3.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分類(lèi),2. 按執(zhí)行系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)量及其相互間的聯(lián)系情況分為： 單一型：攪拌機(jī)、碎石機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 相互獨(dú)立型：外圓磨床的砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給 相互聯(lián)系型：印刷機(jī)、包裝機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),3.3.2 執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式,執(zhí)行構(gòu)件：在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中接觸工件或執(zhí)行終端運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。 1. 主要有五種運(yùn)動(dòng)形式： 直線運(yùn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 任意軌跡運(yùn)動(dòng)（曲線運(yùn)動(dòng)） 點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 位到位的運(yùn)動(dòng)（剛體導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)） 2. 每種運(yùn)動(dòng)形式又可以細(xì)分，例如： 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又可分為連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（如縫紉機(jī)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）、間歇旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（如自動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位）、往復(fù)擺動(dòng)（如顎式破碎機(jī)的動(dòng)顎板的打擊運(yùn)動(dòng)，電風(fēng)扇的搖頭運(yùn)動(dòng)）等； 直線運(yùn)動(dòng)又可分為往復(fù)移動(dòng)（如壓縮機(jī)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)）、間歇往復(fù)移動(dòng)（如輕工自動(dòng)機(jī)中供料機(jī)構(gòu)的間歇供料運(yùn)動(dòng)）、單向間歇直線移動(dòng)（如刨床工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）等。,3.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì),執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)是決定擬定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律采用何種執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)方法有機(jī)構(gòu)的選型和機(jī)構(gòu)的構(gòu)型。 1. 應(yīng)遵循以下原則： 滿足工藝動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求； 結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，傳動(dòng)鏈最短； 動(dòng)力源的選擇有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和改善運(yùn)動(dòng)質(zhì)量； 執(zhí)行機(jī)構(gòu)有盡可能好的傳力和動(dòng)力特性； 機(jī)器操縱方便、調(diào)整容易、安全耐用； 加工制造方便，經(jīng)濟(jì)成本低； 具有較高的生產(chǎn)效率與機(jī)械效率。,綜合考慮，統(tǒng)籌兼顧，抓主要矛盾，有所側(cè)重,3.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì),2.機(jī)構(gòu)的選型 按照動(dòng)作功能分解與組合原理進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型的步驟： ⑴ 根據(jù)機(jī)構(gòu)的基本功能，歸納整理為功能元。 ⑵ 列出功能元解的目錄，可采用功能-技術(shù)矩陣。 ⑶ 功能求解。,,圖3-12 功能-技術(shù)矩陣示例,3.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì),3.機(jī)構(gòu)的構(gòu)型,3.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì),4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題 (1)避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象,,圖3-13 平行四邊形機(jī)構(gòu)中位置不確定問(wèn)題及其解決方法,（2）避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)的“頂死”現(xiàn)象,,圖3-14 曲柄搖桿機(jī)構(gòu),4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題,（3）減少導(dǎo)路的側(cè)推力 (4）避免傳動(dòng)角過(guò)小,,圖3-15 連桿機(jī)構(gòu),,圖3-16 連桿機(jī)構(gòu),4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題,（5）正確選擇從動(dòng)件的偏置方向 （6） 注意工作原理的設(shè)計(jì)缺陷,,,,圖3-17 偏置從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),,圖3-18 手動(dòng)輪椅工作原理示意圖,3.3.4 執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),,,1.協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則 滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作先后的順序性要求（動(dòng)作先后）； 滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作在時(shí)間上的同步性要求(時(shí)間協(xié)調(diào)：周期性）； 滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求（空間協(xié)調(diào)：避免干涉）； 滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作上的協(xié)同性要求（針對(duì)同一對(duì)象施行同一動(dòng)作）； 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（縮短循環(huán)周期）； 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。 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)。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)主動(dòng)件在主軸上的安裝方位，均是根據(jù)執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的結(jié)果來(lái)決定的。,2. 協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)步驟 確定機(jī)械的工作循環(huán)周期； 確定機(jī)械在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件的各個(gè)行程段及其所需時(shí)間； 繪制機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，確定各執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。,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。,,圖3-19 牛頭刨床原理圖,,（a）直線式,,（b）圓周式 （c）直角坐標(biāo)式,牛頭刨床的機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖,3.4 原動(dòng)機(jī)的選擇與傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),3.4.1原動(dòng)機(jī)的選擇 1.原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型,一般地說(shuō)，應(yīng)首選電動(dòng)機(jī)，但也并非盡然。在滿足工作性能要求、現(xiàn)場(chǎng)允許的條件下，有時(shí)也用液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)源。,2.電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)是已經(jīng)系列化的產(chǎn)品，要根據(jù)工作載荷大小及性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、起動(dòng)特性、過(guò)載情況、工作環(huán)境、安裝要求及空間尺寸限制和經(jīng)濟(jì)性等要求，從產(chǎn)品目錄中選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)列式、容量(功率)和轉(zhuǎn)速，最后確定具體型號(hào)。 (1) 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)型式 如無(wú)特殊要求，一般選用Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。 常用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)和外形尺寸見(jiàn)相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。,3.4.1原動(dòng)機(jī)的選擇,2.電動(dòng)機(jī)的選擇,(2)電動(dòng)機(jī)容量的確定 選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped等于或稍大于電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率Pd，即,,,電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率為,,,傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率,,2.電動(dòng)機(jī)的選擇,(3)確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 額定功率相同的同類(lèi)型電動(dòng)機(jī)，有幾種轉(zhuǎn)速可供選用，如三相異步電動(dòng)機(jī)就有四種常用的同步轉(zhuǎn)速，即3000r／min、1500r／min，1000r/min及750r／min。 設(shè)計(jì)中如無(wú)待殊要求，一般選用同步轉(zhuǎn)速為1500r／min或1000r／min的電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、輸出功率Pd和轉(zhuǎn)速確定后，可由標(biāo)準(zhǔn)中查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)、額定功率、滿載轉(zhuǎn)速、外形尺寸、電動(dòng)機(jī)中心高、軸伸長(zhǎng)度、鍵連接長(zhǎng)度等，將這些參數(shù)列表備用。,傳動(dòng)系統(tǒng)通常有機(jī)械式、液壓式、電氣式等幾種形式。,3.4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),按傳動(dòng)比和輸出速度的變化選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu),,傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟：,金屬卷帶間歇供送裝置的傳動(dòng)示意圖 1一偏心輪 2一連桿(下端為球面副) 3、4—擺桿套環(huán) 5一星輪 6、7—牽引棍 8一制動(dòng)器 9,ll一帶輪 10一同步齒形帶 12一蝸形凸輪 13一滾子輪 ? 采用傳動(dòng)方案(b)，定位精度高，并且運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲輕微，生產(chǎn)率高。其主要原因，在于兩者所選的傳動(dòng)類(lèi)型不同,以致運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性和實(shí)際工作效果也有所區(qū)別。,傳動(dòng)類(lèi)型的選擇,傳動(dòng)鏈中機(jī)構(gòu)的順序安排,傳動(dòng)鏈中機(jī)構(gòu)順序安排應(yīng)考慮相關(guān)原則，見(jiàn)教材。 機(jī)構(gòu)的順序安排失誤案例分析：輸送機(jī)傳動(dòng)方案錯(cuò)誤,,,,3.5 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案初步擬定,3.5.1機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案圖 按比例尺繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，以反映各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸和幾何形狀。 對(duì)于運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案圖可以采用斜軸測(cè)投影圖表示，使其比較清晰、直觀。,,圖3-28 某電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的傳統(tǒng)系統(tǒng),3.5.2 總體布置,總體布置應(yīng)有全局觀念：考慮機(jī)械系統(tǒng)的內(nèi)部因素，以及人機(jī)關(guān)系、環(huán)境條件等外部因素。 應(yīng)按照簡(jiǎn)單、合理、經(jīng)濟(jì)的原則，確定機(jī)械中各零部件之間的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)關(guān)系。 總體布置時(shí)一般先布置執(zhí)行系統(tǒng)，然后再布置傳動(dòng)系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及支撐系統(tǒng)等。,3.5.2 總體布置,1.總體布置的原則 （1）保證工藝過(guò)程的連續(xù)性 （2）保證平衡穩(wěn)定的工作 （3）保證機(jī)械系統(tǒng)的精度指標(biāo) （4）保證機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、層次分明 （5）保證操作、調(diào)整、維修方便 （6）力求造型美觀、裝飾宜人 （7）充分考慮機(jī)械產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化和未來(lái)發(fā)展的要求,2.執(zhí)行系統(tǒng)的布置,根據(jù)擬定的工藝要求，將執(zhí)行構(gòu)件布置在預(yù)定的工作位置后，再布置原動(dòng)件及中間連接件。 執(zhí)行系統(tǒng)布置時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題： （1）盡量減少構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目，縮小構(gòu)件尺寸，盡量減少磨損和變形，構(gòu)件受力以拉、壓為主。 （2）使原動(dòng)件盡量靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)。盡量將各原動(dòng)件集中在一根軸或少數(shù)幾根軸上，對(duì)外部的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)將原動(dòng)件隱蔽布置，以提高操作時(shí)的安全性。 （3）在布置執(zhí)行構(gòu)件和中間連接件時(shí)，應(yīng)考慮作業(yè)對(duì)象裝夾和傳送時(shí)的方便與安全。,3.傳動(dòng)系統(tǒng)布置,在布置傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)要考慮以下原則： （1）簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈 （2）合理布置傳動(dòng)鏈,,圖示滾齒機(jī)工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中為了精確分度，將蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)布置在傳動(dòng)系統(tǒng)中的最后一級(jí)。,,布置方案的選擇：多方案比較選優(yōu),,1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、2）布置對(duì)稱(chēng)、3）結(jié)構(gòu)緊湊,3.6 尺度設(shè)計(jì),根據(jù)各執(zhí)行構(gòu)件、原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以及各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)配合要求，同時(shí)考慮動(dòng)力性能要求，確定各機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的幾何尺寸（機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸）或幾何形狀（如凸輪的輪廓曲線）等。 根據(jù)對(duì)各機(jī)構(gòu)尺度綜合所得的結(jié)果，要從運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)力條件和工作性能等多方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，修正、確定合適的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸，然后繪制出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，表達(dá)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸和幾何形狀。 對(duì)連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計(jì)參見(jiàn)機(jī)械原理教材,3.7 運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力分析,機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力分析包括機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析、周期性速度波動(dòng)調(diào)節(jié)、機(jī)械的平衡等： 檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案是否滿足運(yùn)動(dòng)要求和動(dòng)力性能要求、是否發(fā)生干涉？ 確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)所需的空間大小，為機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)。,3.7.1 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析,機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析是計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中從動(dòng)件的位移（包括軌跡）、速度和加速度等隨原動(dòng)件位置參數(shù)的變化情況。 通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的位移和軌跡分析，考察某構(gòu)件或構(gòu)件上某點(diǎn)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的位置和軌跡要求，確定從動(dòng)件行程所需的運(yùn)動(dòng)空間，判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是否可能發(fā)生干涉，或?yàn)榇_定機(jī)械的外殼尺寸提供依據(jù)。 通過(guò)速度分析可以了解從動(dòng)件的速度變化能否滿足工作要求，是否具有要求的急回特性。 為了確定慣性力，并在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械的慣性力進(jìn)行平衡，必須對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行加速度分析。,3.7.1 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析,機(jī)械設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程要求： 應(yīng)用解析法推導(dǎo)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)參數(shù)的解析式，編程計(jì)算在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中從動(dòng)件的位移、速度、加速度以及機(jī)構(gòu)的壓力角等參數(shù)，打印計(jì)算結(jié)果，并繪制輸出構(gòu)件的位移、速度、加速度變化曲線。 對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，從運(yùn)動(dòng)性能方面對(duì)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)修正機(jī)構(gòu)的尺度，并對(duì)修正后的運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行下一輪的運(yùn)動(dòng)分析。,3.7.2機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力分析,機(jī)械設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課程要求： 對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行動(dòng)力分析，計(jì)算在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中系統(tǒng)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和等效阻力矩，繪制等效驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩變化曲線，確定系統(tǒng)所需的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，從動(dòng)力性能方面對(duì)所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)。 若所設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)具有周期性速度波動(dòng)，應(yīng)考察速度波動(dòng)系數(shù)是否在許可的范圍內(nèi)。如需安裝飛輪抑制速度波動(dòng)，先計(jì)算最大盈虧功，求出系統(tǒng)所需的飛輪最小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。,3.8 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)價(jià)與決策,3.8.1評(píng)價(jià)指標(biāo) 系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡、實(shí)現(xiàn)工藝動(dòng)作的準(zhǔn)確性、特定功能等； 運(yùn)動(dòng)性能：運(yùn)轉(zhuǎn)速度、行程可調(diào)性、運(yùn)動(dòng)精度等； 動(dòng)力性能：承載能力、增力特性、傳力特性、振動(dòng)噪音等； 工作性能：效率高低、壽命長(zhǎng)短、可操作性、安全性、可靠性、適用范圍等； 經(jīng)濟(jì)性：加工難易、能耗大小、制造成本等； 結(jié)構(gòu)緊湊性：尺寸、重量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性等。,,表3.9 四種典型機(jī)構(gòu)的性能和評(píng)價(jià),3.8.2 評(píng)價(jià)體系,根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)所列的具體項(xiàng)目，通過(guò)一定范圍的專(zhuān)家咨詢，確定評(píng)價(jià)方法并逐項(xiàng)分配評(píng)定的分?jǐn)?shù)值。,表3.10 機(jī)構(gòu)選型的評(píng)價(jià)體系,3.8.3評(píng)價(jià)方法,(1)經(jīng)驗(yàn)性的概略評(píng)價(jià)法 (2)計(jì)算性的數(shù)學(xué)分析評(píng)價(jià)法 評(píng)分法 技術(shù)-經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法 模糊評(píng)價(jià)法 (3)實(shí)踐性的試驗(yàn)評(píng)價(jià)法 其中評(píng)分法最為簡(jiǎn)單。 評(píng)分法又分為加法評(píng)分法、連乘評(píng)分法和加乘評(píng)分法。 本課程要求采用簡(jiǎn)單的加法評(píng)分法對(duì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。,表3.11 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)價(jià),,,3.8.4 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的決策,設(shè)計(jì)-評(píng)價(jià)-再設(shè)計(jì)-再評(píng)價(jià)，直到達(dá)到最優(yōu)方案。,申永勝.機(jī)械原理教程. 北京：清華大學(xué)出版社，1999 曾惟慶，徐增蔭主編. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993 孟憲源主編. 現(xiàn)代機(jī)構(gòu)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994 鄒惠軍編著. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì). 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1996 張永安,徐錦康, 王超英. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京：高等教育出版社,1995 強(qiáng)建國(guó). 機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì). 武漢：華中科技大學(xué)出版社社, 2008 陸鳳儀. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002 師忠秀. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009 鄒慧君. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京: 高等教育出版社, 1998 牛鳴岐, 王保民, 王振甫. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè). 重慶: 重慶大學(xué)出版社, 2001 裘建新. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū). 北京: 高等教育出版社, 2005,參考文獻(xiàn),張曉玲. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2008 龔溎義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)(第二版).北京高等教育出版社，1990 張春林 曲繼方 張美麟. 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 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