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1、机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,1,第14章 机械执行系统的 方 案 评 价,机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核心，也是整个机械设计工作的基础。 14.1 机械执行系统方案设计的过程,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,2,机械预期实现的功能要求 （使用要求或工艺要求）,功 能 原 理 设 计,运 动 规 律 设 计（工艺 动作分解与运动方案选择）,执 行 机 构 型 式 设 计 （机 构 的 型 综 合）,执 行 系 统 协 调 设 计 （运 动 循 环 图 设 计）,机 构 尺 度 设 计 （运 动 和 动 力 设 计）,运 动 分 析 和 动 力 分
2、 析,方 案 评 价,绘 制 执 行 系 统 运 动 简 图,是否满足要求,是,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,否,改 变 机 构 参 数,否,机械执行系统 方案设计 过程,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,3,1、功能原理设计 所谓功能原理设计是根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。,14.1 机械执行系统方案设计的过程 和内容,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,4,14.1 机械执行系统方案设计的过程 和内容,2、运动规律设计 所谓运动规律设计指究竟选择何种运动
3、规律来实现上述的工作原理。 工艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律也各不相同。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,5,14.1 机械执行系统方案设计的过程 和内容,3、执行机构型式设计 所谓机构型式设计，是指究竟选择何种机构来实现上述运动规律。 机构型式设计又称为机构的型综合。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,6,14.1 机械执行系统方案设计的过程 和内容,4、执行系统的协调设计 所谓执行系统的协调设计，就是根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调和配合，设计出协调配合图，即通常所称的机械运动循环图。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,7
4、,14.1 机械执行系统方案设计的过程 和内容,5、机构尺度设计 所谓机构的尺度设计，是指对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,8,14.1 机械执行系统方案设计的过程 和内容,6、运动和动力分析 对整个执行系统进行运动分析和动力分析，以检验其是否满足运动要求和动力性能方面的要求。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,9,14.1 机械执行系统方案设计的过程 和内容,7、方案评价与选优 机械执行系统方案设计所要研究的问题，就是如何合理地利用设计者的专业知识和分析能力。创造性地构思
5、出各种可能的方案并从中选出最佳方案，这种构思方案的思考方法，可用图11.1来表示。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,10,机械预期实现的功能,功能原理,摩 擦 传 动 原 理,电 磁 传 动 原 理,机 械 推 拉 原 理,流 体 传 动 原 理,光 电 原 理,材 料 变 型 原 理,其 它 原 理,运动规律,工艺 动作 分解 方法 1,工艺 动作 分解 方法 2,工艺 动作 分解 方法 3,工艺 动作 分解 方法 n,机构型式,连 杆 机 构,凸 轮 机 构,其 它 机 构,机 构 综 合,结 构 变 异,图 11.1,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,11,14
6、.2 功能原理设计,14.2.1 功能原理的构思与选择 功能原理设计的任务就是根据机械预 期实现的功能要求，构思出所有可能的功 能原理，加以分析比较，并根据使用要求 或工艺要求，从中选择出既能很好地满足 机械预期的功能要求、工艺动作，又简单 的工作原理。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,12,14.2 功能原理设计,14.2.2 功能原理设计的创造性 1、分析综合法 分析综合法是指把机械预期实现的功能要求，分解为各种分功能，然后分别加以研究，分析其本质，进行各分功能原理设计，最后把这些分功能原理综合起来，组成一个新的系统,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,13,14.
7、2 功能原理设计,2、思维扩展法 即从传统的定式思维方式转向发散思维。 3、还原创新法 还原创新法是指跳出已有的创造起点，重新返回到创造的原点，紧紧围绕机械预期实现的功能预期，另辟途径，构思新的功能原理。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,14,14.3 运动规律设计,14.3.1 工艺动作分解和运动方案选择 14.3.2 运动规律设计的创造性,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,15,14.4 执行机构的型式设计,14.4.1 执行机构型式设计原则 1、满足执行构件的工艺动作和运动要求。 2、尽量简化和缩短运动链，尽量选择较简 单的机构。 3、尽量减小机构的尺寸。 4、
8、选择合适的运动副形式。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,16,14.4 执行机构的型式设计,执行机构型式设计原则 5、选择合适的动力源。 6、使机械具有有利的传力条件和良好的 动力特性。 7、使机械具有调节某些运动参数的能力。 8、保证机械的安全运转。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,17,14.4 执行机构的型式设计,14.4.2 机构的选型 机构的选型是指利用分散思维的方法，将前人已创造发明的数以千计的各种机构按照运动特性或动作功能分解与组合原理进行分析，然后根据设计对象中执行构件所需要的运动特性或动作功能进行搜索，选择出执行机构的合适型式。 1、按照执行构件所
9、需的运动特性进行机构选型。 2、按照动作功能分解与组合原理进行机构选型。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,18,14.4 执行机构的型式设计,14.4.3 机构的构型 机构创新构型的过程可分为以下三个 阶段: 1、选择 2、突破 3、重新构型,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,19,14.4.3 机构的构型,机构创新构型的方法主要有以下几种： 1、扩展法 2、组合法 3、变异法 （1）运动倒置 （2）运动副变换,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,20,14.5 执行系统的协调设计,14.5.1 执行系统协调设计的原则 1、满足各执行机构动作先后的顺序性要
10、求。 2、满足各执行机构动作在时间上的同步 性要求。 3、满足各执行机构在空间布置上的协调 性要求。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,21,14.5.1 执行系统协调设计的原则,4、满足各执行机构操作上的协同性要求。 5、各执行机构的时序安排要有利于提高劳 动生产率。 6、各执行机构的布置要有利于系统的能量 协调和效率的提高。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,22,14.5 执行系统的协调设计,14.5.2 执行系统协调设计的方法 执行系统协调设计的步骤如下: 1、确定机械的工作循环周期。 2、确定在机械一个运动循环中个执行构 件的各个行程段及其所需时间。 3、确定
11、各执行构件动作时间的协调配合 关系。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,23,14.5 执行系统的协调设计,14.5.3 机械运动循环图 用来描述各执行构件运动间相互协调配合的图称为机械的运动循环图。 1、运动循环图的形式： A、直线式 B、圆周式 C、直角坐标式,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,24,14.5.3 机械运动循环图,2、运动循环图的功用 1）保证各执行构件的动作相互协作，紧密 配合，使机械顺利实现预期的工艺动作。 2）运动循环图为进一步设计各执行机构的运 动尺寸提供了重要依据。 3）为机械系统的安装、调试提供了依据。,机械设计之系统方案设计机械执行系统
12、的方案设计,25,14.6 方案评价与决策,14.6.1 方案评价的意义 机械系统方案设计的最终目标，是寻求一种既能实现预期功能要求，又性能优良、价格低廉的设计方案。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,26,14.6 方案评价与决策,14.6.2 评价准则、评价指标和评价体系 1、评价准则 评价一个设计方案的优劣，需要一定的依据，这些依据称为评价准则。它包含两方面内容： A、设计目标 B、设计指标,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,27,14.6 方案评价与决策,2、评价指标,评 价 指 标,系 统 功 能,运 动 性 能,动 力 性 能,工 作 性 能,济 济 性,结
13、构紧凑性,实现运动规律或轨迹的型式，实现 工艺动作的准确性、特定功能等,运转速度、行程可调性、运动精度等,承载能力、增力特性、传力特性、 振动噪音、可靠性等,效率高低、寿命长短、可操作性、 安全性、适用范围等,加工难易、能耗大小、制造成本等,尺寸、重量、结构复杂性等,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,28,14.6 方案评价与决策,3、 评价体系 所谓评价体系，就是通过一定范围内的专家咨询，对评价指标中的各具体项目赋予评定分数值。这些分数值是按各项目的重要程度来确定的。,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,29,14.6 方案评价与决策,14.6.3 评价方法 1、经验性
14、的概略评价法 2、计算性的教学分析评价法 A、评分法 B、技术-经济评价法 C、模糊评价法 3、实践性的实验评价法,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,30,14.6 方案评价与决策,14.6.4 评价结果的处理 再设计 若以理想的评价值为1 相对评价值小于 0.6 的方案，应予以剔除。 相对评价值大于 0.8 的方案，只要其各项评价指标都较为均衡，则认为可以采用。 相对评价值在 0.60.8 之间的方案则需具体分析.,机械设计之系统方案设计机械执行系统的方案设计,31,本章基本要求,了解机械执行系统方案设计的过程和具体的设计内容； 掌握给出要实现的功能，构思出多种设计方案，能进行方案初步评价与决策； 掌握机构的形式设计、协调设计方法。,
