机械设计学第四章

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1、L/O/G/O机械设计学机械设计学长春工业大学机电学院机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能 传动机构和执行机构传动机构和执行机构按机械动作功能原理要求做机械运动系统的按机械动作功能原理要求做机械运动系统的方案设计方案设计发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 -机构的创新设计机构的创新设计4123机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图556第四章第四章 机械功能原理的实现机械功能原理的实现- -机械运动机械运动 系统方案设计系统方案设计机构的分类机构的分类一、一、按结构特征对机构进行分类按结构特征对机构进行分类二、二、按功能对机构进行分类按功能对机构进行分类引言

2、引言一、根据机构结构特征，以其主构件命名一、根据机构结构特征，以其主构件命名的，可分为：的，可分为：连杆机构、齿轮机构、棘轮机构、槽轮机连杆机构、齿轮机构、棘轮机构、槽轮机构、螺旋机构、组合机构等。构、螺旋机构、组合机构等。这种分类方法便于系统地研究这种分类方法便于系统地研究机构的设计原理和运动特性，机构的设计原理和运动特性，适用于机械原理课程，不适于适用于机械原理课程，不适于本课程。本课程。引言引言二、按功能对机构进行分类。以其运动形式命名，分二、按功能对机构进行分类。以其运动形式命名，分为：为：1 1、匀速转动机构；、匀速转动机构；2 2、非匀速转动机构；、非匀速转动机构；3 3、往复运动

3、机构；、往复运动机构；4 4、间歇运动机构；、间歇运动机构；5 5、差动机构；、差动机构；6 6、实现预期轨迹机构；、实现预期轨迹机构；7 7、增力及夹持机构；、增力及夹持机构；8 8、行程可调机构。、行程可调机构。引言引言 （1 1）摩擦轮机构）摩擦轮机构 （2 2）轮系）轮系 （3 3）平行四杆机构）平行四杆机构 （4 4）无级变速机构）无级变速机构（Continously Variable Transimission） 1 1、匀速转动机构、匀速转动机构（包括定传动比机构、变传动比机构）引言引言无级变速器（无级变速器（CVTCVT） 无级变速器是由两组变速轮盘和一条传动带无级变速器是由两

4、组变速轮盘和一条传动带组成的。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径组成的。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速。进行变速。 因此，其比传统自动变速器结构简单，体积更因此，其比传统自动变速器结构简单，体积更小。小。 另外，它可以自由改变传动比，从而实现全另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速（无级变速可以实现传动比的连续改变），程无级变速（无级变速可以实现传动比的连续改变），使汽车的车速变化平稳，没有传统变速器换挡时那种使汽车的车速变化平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿顿”的感觉。的感觉。 引言引言 手动变速（手动变速（MTMT） 手动变速器，也称手动挡，用手动手动变速器，

5、也称手动挡，用手动变速杆使不同齿轮啮合达到变速。变速杆使不同齿轮啮合达到变速。 自动变速（自动变速（ATAT） 自动变速器，利用行星齿轮机构进自动变速器，利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。进行变速。引言引言手动自动变速器手动自动变速器 手动自动变速器由德国保时捷车厂在手动自动变速器由德国保时捷车厂在911911车型上首先推出，称为车型上首先推出，称为TiptronicTiptronic，它可使高性能，它可使高性能跑车不必受限于传统的自动挡束缚，让驾驶者也能享跑车不必受限于传统的自动挡束缚，让驾驶者也能享受手动

6、换挡的乐趣。受手动换挡的乐趣。 在在D D挡时，可自由变换降挡（）或加挡挡时，可自由变换降挡（）或加挡（），如同手动挡一样。（），如同手动挡一样。 引言引言（1 1）非圆齿轮的节线是椭圆形或螺旋线形，而齿轮的节线是）非圆齿轮的节线是椭圆形或螺旋线形，而齿轮的节线是 一个圆周。一个圆周。（2 2）双曲柄四杆机构的原动曲柄连续转动，从动曲柄做连续变速转动。）双曲柄四杆机构的原动曲柄连续转动，从动曲柄做连续变速转动。（3 3）转动导杆机构也能实现变速机构。）转动导杆机构也能实现变速机构。（4 4）组合机构）组合机构 联动凸轮机构、凸轮联动凸轮机构、凸轮- -齿轮组合机构、凸轮连杆组合机构、齿轮组合机

7、构、凸轮连杆组合机构、齿轮齿轮- -连杆组合机构等几种典型的组合机构连杆组合机构等几种典型的组合机构 。（5 5）挠性件机构是具有绳、带、链条等挠性中间件的传动机构）挠性件机构是具有绳、带、链条等挠性中间件的传动机构2 2、非匀速转动机构、非匀速转动机构引言引言（1 1）曲柄摇杆往复运动机构）曲柄摇杆往复运动机构（2 2）双摇杆往复运动机构）双摇杆往复运动机构（3 3）滑块往复运动机构）滑块往复运动机构（4 4）凸轮式往复运动机构）凸轮式往复运动机构（5 5）齿轮式往复运动机构）齿轮式往复运动机构（6 6）组合机构）组合机构3 3、往复运动机构、往复运动机构（包括往复移动和往复摆动）（包括往复

8、移动和往复摆动）引言引言（1 1）棘轮机构一般用于单向间歇运动）棘轮机构一般用于单向间歇运动. .（2 2）槽轮机构能实现比较平稳的间歇转）槽轮机构能实现比较平稳的间歇转. .（3 3）凸轮式间歇转动机构与棘轮机构、槽轮）凸轮式间歇转动机构与棘轮机构、槽轮机构相比，可以通过选择适当的运动规律，机构相比，可以通过选择适当的运动规律，减小动负荷，避免刚性冲击，能适应高速运减小动负荷，避免刚性冲击，能适应高速运转的要求转的要求. .（4 4）不完全齿轮机构是由齿轮机构演变而得）不完全齿轮机构是由齿轮机构演变而得到的一种间歇运动机构（主动轮只做一个齿到的一种间歇运动机构（主动轮只做一个齿或几个齿，从动

9、轮类似正常齿轮）或几个齿，从动轮类似正常齿轮）4 4、间歇运动机构、间歇运动机构引言引言差动机构是将两个有差异的或独立的运动合成为一个运差动机构是将两个有差异的或独立的运动合成为一个运动。或者将一个运动分解为两个有差异的运动的机动。或者将一个运动分解为两个有差异的运动的机构。构。（1 1）差动螺旋机构又称为微动螺旋机构，常用于微调、）差动螺旋机构又称为微动螺旋机构，常用于微调、测微和分度机构中。测微和分度机构中。（2 2）差动棘轮机构用于微小的间歇进给。）差动棘轮机构用于微小的间歇进给。（3 3）差动齿轮机构如汽车差速器等）差动齿轮机构如汽车差速器等（4 4）差动连杆机构如数学运算机构等）差动

10、连杆机构如数学运算机构等5 5、差动机构、差动机构引言引言（1 1）直线机构（连杆机构、行星齿轮构）直线机构（连杆机构、行星齿轮构）（2 2）特殊曲线绘制机构）特殊曲线绘制机构 （3 3）工艺轨迹机构（连杆机构、凸轮机构）工艺轨迹机构（连杆机构、凸轮机构）6 6、实现预期轨迹机构、实现预期轨迹机构（1 1）斜面杠杆机构）斜面杠杆机构（2 2）铰链杠杆机构）铰链杠杆机构 （3 3）肘杆式机构）肘杆式机构7 7、增力及夹持机构、增力及夹持机构引言引言（1 1）棘轮调节机构）棘轮调节机构 （2 2）偏心轮调节机构）偏心轮调节机构（3 3）螺旋调节机构）螺旋调节机构 （4 4）摇杆调节机构）摇杆调节机

11、构 （5 5）可调式导杆机构）可调式导杆机构8 8、行程可调机构、行程可调机构 引言引言一、一、机构能实现哪些动作功能机构能实现哪些动作功能1 1利用机构实现运动形式或运动规律变换的动利用机构实现运动形式或运动规律变换的动作功能作功能例如： 1)匀速运动(平动、转动)与非匀速运动(平动、转动或摆动)的变换。 2)连续转动与间歇式的转动或摆动的变换。 3)实现预期的运动轨迹运动。机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能2 2利用机构实现开关、利用机构实现开关、联锁联锁和和检测检测等的动作功等的动作功能能控制联锁机构的作用控制联锁机构的作用是在机器工作过程中，发现控制和检测机构所不能排除的缺陷时，

12、停止或限制机器的工作。检测机构的作用检测机构的作用是自动校正与规定标准间的差异。机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能例如：例如：1）用来实现运动离合或开停。）用来实现运动离合或开停。2）用来换向、超越和反向止动。）用来换向、超越和反向止动。3）用来实现联锁、过载保护、安全制动）用来实现联锁、过载保护、安全制动4) 实现锁止、定位、夹压等。实现锁止、定位、夹压等。5) 实现测量、放大、比较、显示、记录、运实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等。算等。机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能3 3、利用机构实现程序控制或手动控制的功能、利用机构实现程序控制或手动控制的功能1)1)利用时间的序

13、列进行控制；利用时间的序列进行控制； 2)2)利用动作的序列进行控制；利用动作的序列进行控制；3)3)利用运动的变化等进行控制。利用运动的变化等进行控制。用机构来控制的方法有以下三种：用机构来控制的方法有以下三种：机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能1 1）利用时间的序列进行控制）利用时间的序列进行控制 凸轮程序控制装置凸轮程序控制装置机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能2 2）利用动作的序列进行控制）利用动作的序列进行控制 利用动作系列进行控制的液压系统利用动作系列进行控制的液压系统机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能3 3）利用运动的变化等进行控制）利用运动的变化等进行控制 利

14、用速度变化进行控制的汽车利用速度变化进行控制的汽车1 1主动盘主动盘 2 2、3 3齿轮齿轮 4 4拉杆拉杆 5 5供油量调节臂供油量调节臂 6 6调调节弹簧节弹簧 7 7定轴定轴 8 8杠杆杠杆 9 9平板平板 1010滑套滑套 1111调速器调速器轴轴机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能二、选择机构来实现功能原理的原则和范围二、选择机构来实现功能原理的原则和范围（1 1）要完成设计提出的功能目标）要完成设计提出的功能目标（2 2）考虑工作可靠，运行安全）考虑工作可靠，运行安全（3 3）操作方便）操作方便 （4 4）制造和运行的经济性）制造和运行的经济性有条件情况下，有条件情况下，尽可能

15、满足尽可能满足 1.1.选择机构实现功能原理的原则：选择机构实现功能原理的原则：必须满足必须满足机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能2.2.选择机构来实现功能原理的范围：选择机构来实现功能原理的范围：(1)(1)实现功率性的机械运动形式或规律的变换功能实现功率性的机械运动形式或规律的变换功能; ;(2)(2)实现固定轨迹或简单可调的轨迹功能实现固定轨迹或简单可调的轨迹功能; ;(3)(3)在特定条件下能优质地实现开关、联锁和检测等功能在特定条件下能优质地实现开关、联锁和检测等功能; ;(4)(4)实现简单的固定程序或可变程序的控制功能实现简单的固定程序或可变程序的控制功能。机构能实现的动作

16、功能机构能实现的动作功能(1)(1)实现功率性的机械运动形式或规律的变换功实现功率性的机械运动形式或规律的变换功能能目前大多数的机械都采用鼠笼式的异步电目前大多数的机械都采用鼠笼式的异步电机。这种电机的运动特性好，变换效率高。机。这种电机的运动特性好，变换效率高。电机的运动是旋转运动，这就需要采用机电机的运动是旋转运动，这就需要采用机构来实现运动形式和运动规律的变换。例构来实现运动形式和运动规律的变换。例如：变速机构、曲柄滑块机构、正弦机构如：变速机构、曲柄滑块机构、正弦机构等实现运动形式的变换。等实现运动形式的变换。机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能(2)(2)实现固定轨迹或简单可调的

17、轨迹功能实现固定轨迹或简单可调的轨迹功能例如：自动机的上、下料工序的运动轨迹，例如：自动机的上、下料工序的运动轨迹，加工、检测工序上需要的运动轨迹，可以加工、检测工序上需要的运动轨迹，可以全部用机构来完成。对于复杂轨迹，采用全部用机构来完成。对于复杂轨迹，采用电子或电气来控制，但其轨迹动作部分还电子或电气来控制，但其轨迹动作部分还必须使用机构，如机器人的手臂、手腕、必须使用机构，如机器人的手臂、手腕、手爪、计算机绘图仪的绘图笔的动作等。手爪、计算机绘图仪的绘图笔的动作等。机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能这些功能一般用机械或电都能实现，那么究竟采用这些功能一般用机械或电都能实现，那么究竟

18、采用哪一种，设计者应该具体问题具体分析。哪一种，设计者应该具体问题具体分析。例如：例如： 机械式的（多数）机械式的（多数）-经济性好经济性好电灯开关电灯开关 触摸式的触摸式的 操作方便操作方便 光电式的光电式的(3)(3)在特定条件下优质地实现开关、联锁和检测等功能。在特定条件下优质地实现开关、联锁和检测等功能。机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能(4)(4)实现简单的固定程序或可变程序的控制功能实现简单的固定程序或可变程序的控制功能以上我们介绍的几个方面，都适合采用机构来实以上我们介绍的几个方面，都适合采用机构来实现，但也不是绝对的。随着科技的发展，会产生现，但也不是绝对的。随着科技的发

19、展，会产生变化。变化。以电视机为例：以电视机为例：但是也应看到电子技术的发展虽然能控制许多复但是也应看到电子技术的发展虽然能控制许多复杂的自动化机器和设备，但其本身的结构也日趋杂的自动化机器和设备，但其本身的结构也日趋复杂，因而引起可靠性、安全性的下降。复杂，因而引起可靠性、安全性的下降。例如：飞机上的自动导航仪例如：飞机上的自动导航仪机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能 任何机器都包括四个部分：动力源、传动机构、执行机构和控制部分。一、一、传动机构传动机构二、二、执行机构执行机构三、三、工作头工作头传动机构和执行机构传动机构和执行机构传动机构（系统）是将原动机的运动和动力传动机构（系统）

20、是将原动机的运动和动力传给执行机构的中间装置。传给执行机构的中间装置。原动机与执行机构间组成传动联系的一系列原动机与执行机构间组成传动联系的一系列传动件称为传动链。传动件称为传动链。所有传动链以及它们之间的相互联系组成传所有传动链以及它们之间的相互联系组成传动机构（系统）。动机构（系统）。作用：是将原动机的运动和动力传递给工作作用：是将原动机的运动和动力传递给工作机，以完成预期的功能。机，以完成预期的功能。一、传动机构一、传动机构传动机构和执行机构传动机构和执行机构 常用的传动机构有：常用的传动机构有：齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、楔块机构、棘轮机

21、构、槽轮机构、摩擦轮构、楔块机构、棘轮机构、槽轮机构、摩擦轮机构、挠性件机构、弹性件机构、液气动机构、机构、挠性件机构、弹性件机构、液气动机构、电气机构以及利用以上一些常用机构进行组合电气机构以及利用以上一些常用机构进行组合而产生的组合机构。而产生的组合机构。传动机构的类型：传动机构的类型：变速装置，启动、停止和换向装置，制动变速装置，启动、停止和换向装置，制动装置及安全保护装置等。装置及安全保护装置等。传动机构和执行机构传动机构和执行机构1 1、实现速度和力的变化；、实现速度和力的变化；2 2、实现特定运动规律的要求。、实现特定运动规律的要求。 使用传动机构的主要目的：使用传动机构的主要目的

22、：传动机构和执行机构传动机构和执行机构1 1、运动速度或力的大小变换、运动速度或力的大小变换根据功率、速度、输出力三者之间的关系根据功率、速度、输出力三者之间的关系P= FP= FV V 在输出功率一定的情况下：速度与输出力的变化有关系在输出功率一定的情况下：速度与输出力的变化有关系传动机构和执行机构传动机构和执行机构1)1)通过啮合方式进行传动通过啮合方式进行传动( (例如：齿轮传动、蜗轮例如：齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、链传动、同步齿形带传动等蜗杆传动、链传动、同步齿形带传动等) )。2)2)通过摩擦方式进行传动通过摩擦方式进行传动( (例如：摩擦轮传例如：摩擦轮传动、摩擦式无级变速器、带传动

23、、滑轮传动、摩擦式无级变速器、带传动、滑轮传动等动等) )。 3)3)利用楔块原理进行传动利用楔块原理进行传动( (例如：螺旋传动、偏心轮传动等例如：螺旋传动、偏心轮传动等) )。4)4)利用流体作用原理进行传动利用流体作用原理进行传动( (例如：液压、气动传动等例如：液压、气动传动等) )。 常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构主要有常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构主要有以下几种：以下几种：传动机构和执行机构传动机构和执行机构常见的用于运动形式的变换机构主要有：常见的用于运动形式的变换机构主要有：凸轮机构、螺旋机构、连杆机构、齿轮机构、挠性体机凸轮机构、螺旋机构、连杆机构、齿

24、轮机构、挠性体机构、摩擦轮机构、流体机构等。构、摩擦轮机构、流体机构等。2 2、运动形式或传力方式的变换、运动形式或传力方式的变换传动机构常见的运动形式主要有三种：传动机构常见的运动形式主要有三种：转动、平动、摆动。转动、平动、摆动。它们能将转动变换成移动，它们能将转动变换成移动，或将移动变换成转动。或将移动变换成转动。传动机构和执行机构传动机构和执行机构执行机构是带动工作头进行工作并使之获得工作力或力执行机构是带动工作头进行工作并使之获得工作力或力矩的机构。矩的机构。如：起重机的起重臂，飞机的起落架等。如：起重机的起重臂，飞机的起落架等。执行机构的主要作用：给工作头产生工作力，同时带动执行机

25、构的主要作用：给工作头产生工作力，同时带动工作头实现给定的运动规律或特定的运动轨迹。工作头实现给定的运动规律或特定的运动轨迹。二、执行机构二、执行机构传动机构和执行机构传动机构和执行机构特定运动规律指输出中有速度的规律变化要求。特定运动规律指输出中有速度的规律变化要求。如：等速输出、有急回特性等。如：等速输出、有急回特性等。 举例说明执行机构的作用举例说明执行机构的作用1 1、实现特定运动规律、实现特定运动规律一般机器中常常由多个执行机构组成，以完成各种预定的机械工作要求。例如图中的牛头刨床传动机构和执行机构传动机构和执行机构在生产实际中，往往需要由机构完成某种特定在生产实际中，往往需要由机构

26、完成某种特定的运动轨迹。当运动轨迹要求比较复杂时，一的运动轨迹。当运动轨迹要求比较复杂时，一般是通过般是通过连杆机构连杆机构或通过或通过组合机构组合机构来完成。来完成。2 2、实现特定的运动轨迹、实现特定的运动轨迹传动机构和执行机构传动机构和执行机构 联动凸轮机构联动凸轮机构凸轮凸轮连杆机构连杆机构利用机构不仅能完成机械运动和动力的传递，利用机构不仅能完成机械运动和动力的传递，还能完成检测、计数、定时、显示或控制等还能完成检测、计数、定时、显示或控制等功能。功能。例如：杠杆千分尺、家用水表、电表等使用的机械式计数器，家用洗衣机、电风扇等使用机械式定时器。还可以用机构来实现速度、加速度等的测量和

27、数还可以用机构来实现速度、加速度等的测量和数据记忆等功能据记忆等功能。 3 3、实现某种特殊的信息传递、实现某种特殊的信息传递传动机构和执行机构传动机构和执行机构 杠杆千分尺原理图杠杆千分尺原理图 1 1测量杆测量杆 2 2杠杆杠杆 3 3指针指针图4-8 蜗轮蜗杆计数器 1指示盘 2蜗杆 3蜗轮 4指示盘1 1什么是工作头什么是工作头 工作头工作头-是直接接触并携带工作对象完成是直接接触并携带工作对象完成一定的工作，或是在其上完成一定的工艺动作的一定的工作，或是在其上完成一定的工艺动作的零件或组件。零件或组件。三、工作头三、工作头传动机构和执行机构传动机构和执行机构夹持工作是加工、搬运及安全

28、系统中最常见夹持工作是加工、搬运及安全系统中最常见的动作。的动作。工作头要对工件进行操作，要对工工作头要对工件进行操作，要对工件施加作用力，首先需要将工件夹持住。件施加作用力，首先需要将工件夹持住。如：机床加工零件，必须先将零件夹紧，然后才能加工。挖掘机要实现铲土的功能，必须先将铲斗深入土中。2 2、工作头的作用、工作头的作用（1 1）夹持）夹持传动机构和执行机构传动机构和执行机构机为了完成一定的功能，实现一定的运动和动作，机为了完成一定的功能，实现一定的运动和动作，那么工作头有时要对工作对象施加力或力矩。如：那么工作头有时要对工作对象施加力或力矩。如：压力加工就需要施加力压力加工就需要施加力

29、（2 2）搬运、输送及转换工位）搬运、输送及转换工位工作头对工件进行操作时，有时需要不断地转工作头对工件进行操作时，有时需要不断地转换位置，那么工作头需要进行搬运、输送及转换位置，那么工作头需要进行搬运、输送及转换工位，使工件从一个位置移到另一个位置。换工位，使工件从一个位置移到另一个位置。（3 3）施力）施力传动机构和执行机构传动机构和执行机构机械运动系统方案设计也可以说是机构系统方机构系统方案设计案设计。因为机械运动系统是由若干个执行机构组成的。一、一、机械运动系统方案设计的步骤机械运动系统方案设计的步骤二、二、机械运动系统方案设计流程机械运动系统方案设计流程三、三、机构类型选择的原则机构

30、类型选择的原则机械运动系统的方案设计机械运动系统的方案设计2 2、工艺动作的分解和求解、工艺动作的分解和求解工艺动作分解是指将工艺动作过程分解为若干工艺动作分解是指将工艺动作过程分解为若干个执行动作。个执行动作。工艺动作求解是寻求实现分解得到的若干执行工艺动作求解是寻求实现分解得到的若干执行动作的可行的机构类型。动作的可行的机构类型。1 1、工艺动作过程的构思和设计、工艺动作过程的构思和设计一、机械运动系统方案设计的步骤一、机械运动系统方案设计的步骤这一步是机械系统设计的关键步骤机械运动系统的方案设计机械运动系统的方案设计4 4、执行机构系统各机构的尺寸参数设计、执行机构系统各机构的尺寸参数设

31、计3 3、寻求执行机构系统可行方案和进行最优方案的选择、寻求执行机构系统可行方案和进行最优方案的选择由于实现某一执行动作的机构不是唯一的，所以执行机构系统可行方案比较多，还要从众多的可行方案中选择最优方案。机械运动系统的方案设计机械运动系统的方案设计二、机械运动系统方案设计流程二、机械运动系统方案设计流程机械运动系统的方案设计机械运动系统的方案设计三、机构类型选择的原则三、机构类型选择的原则序序号号机构类型选择的原机构类型选择的原则则实施办法实施办法1 1依照生产工艺要求依照生产工艺要求选择恰当的机构类选择恰当的机构类型与运动规律型与运动规律(1)(1)按执行构件运动形式选用相应的机构类型按执

32、行构件运动形式选用相应的机构类型（2 2）所选机构的运动误差不超过允许限度，可以）所选机构的运动误差不超过允许限度，可以采用能近似实现运动规律的机构采用能近似实现运动规律的机构（3 3）机构的执行构件在工作循环中的速度、加速）机构的执行构件在工作循环中的速度、加速度的变化应符合要求，以保证产品质量度的变化应符合要求，以保证产品质量2 2结构简单、尺寸适结构简单、尺寸适度，在整体布置上度，在整体布置上占的空间小，达到占的空间小，达到布局紧凑布局紧凑（1 1）机构的结构在满足要求时力求简单、可靠）机构的结构在满足要求时力求简单、可靠（2 2）由主动件（输入件）到从动件（执行构件）由主动件（输入件）

33、到从动件（执行构件）间的运动链要短，它包括构件和运动副数尽量减小间的运动链要短，它包括构件和运动副数尽量减小3 3制造加工容易制造加工容易（1 1）在采用低副的机构中，转动副制造简单，容）在采用低副的机构中，转动副制造简单，容易保证运动副的配合精度，移动副制造较困难，不易保证运动副的配合精度，移动副制造较困难，不易保证运动副的配合精度易保证运动副的配合精度（2 2）采用带高副的机构，可以减少运动副和构件）采用带高副的机构，可以减少运动副和构件数，但高副一般较为复杂，制造较困难数，但高副一般较为复杂，制造较困难序序号号机构类型选机构类型选择的原则择的原则实施办法实施办法4 4考虑动力源考虑动力源

34、的形式的形式（1 1）有气、液源时常利用气动机构、液压机构，以）有气、液源时常利用气动机构、液压机构，以简化机构的结构、便于调节速度简化机构的结构、便于调节速度（2 2）原动件为连续转动，可采用电动机，但需减速）原动件为连续转动，可采用电动机，但需减速装置装置5 5动力特性要动力特性要好好（1 1）考虑机构的平衡，使动载荷最小）考虑机构的平衡，使动载荷最小（2 2）执行构件的速度、加速度变化应符合要求）执行构件的速度、加速度变化应符合要求（3 3）采用最大传动角和最小增力系数的机构以减小）采用最大传动角和最小增力系数的机构以减小原动轴上的力矩原动轴上的力矩6 6具有较高的具有较高的生产效率与生

35、产效率与机械效率机械效率（1 1）机构的传动链尽量短）机构的传动链尽量短（2 2）尽量少采用移动副（这类副易发生楔紧或自锁）尽量少采用移动副（这类副易发生楔紧或自锁现象）现象）（3 3）合适的机构类型，可提高生产率）合适的机构类型，可提高生产率（4 4）机构的动力特性好）机构的动力特性好（5 5）执行机构的选择要考虑到动力机的运动形式、）执行机构的选择要考虑到动力机的运动形式、功率、转矩及其载荷特性能够相互匹配协调功率、转矩及其载荷特性能够相互匹配协调（6 6）机构的传力特性好，有利于机械效率的提高）机构的传力特性好，有利于机械效率的提高发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 机构的创新

36、设计机构的创新设计从机械运动系统方案设计中可知，功能原理的从机械运动系统方案设计中可知，功能原理的分解和按分解后的分功能选择设计机构是一个很分解和按分解后的分功能选择设计机构是一个很重要的工作，分解得不合理，选择机构不当，都重要的工作，分解得不合理，选择机构不当，都会影响分功能的完成。按功能原理来选择或设计会影响分功能的完成。按功能原理来选择或设计机构是一个创造性的工作，能否设计出机构是一个创造性的工作，能否设计出个优秀个优秀的新机构是方案设计中的一项重要的新机构是方案设计中的一项重要 工作。工作。一、简单机构运动特点的利用一、简单机构运动特点的利用 1 1平行四边形移动式抓取机构平行四边形移

37、动式抓取机构2 2铸件供料机构铸件供料机构二、链传动的变异与创新二、链传动的变异与创新三、无死点机构三、无死点机构四、连杆机构四、连杆机构1. 1. 曲柄滑块与齿轮齿条机构曲柄滑块与齿轮齿条机构2 2凸轮凸轮连杆机构连杆机构3 3齿轮齿轮连杆机构连杆机构发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 机构的创新设计机构的创新设计五、改变机构的某些尺寸参数，使机构出现一种五、改变机构的某些尺寸参数，使机构出现一种新的功能；新的功能；六、运用机构的串联组合，改变机构的运动特性；六、运用机构的串联组合，改变机构的运动特性；七、运用机构的并联组合，得到某种特殊的运动七、运用机构的并联组合，得到某种特殊的

38、运动规律或轨迹；规律或轨迹；八、利用机构组成原理发现新的机构；八、利用机构组成原理发现新的机构；九、引进当前的最新技术，使旧的机械功能得到九、引进当前的最新技术，使旧的机械功能得到新的生命。新的生命。发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 机构的创新设计机构的创新设计1 1平行四边形移动式抓取机构平行四边形移动式抓取机构发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 机构的创新设计机构的创新设计2 2铸件供料机构铸件供料机构发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 机构的创新设计机构的创新设计二、链传动的变异与创新二、链传动的变异与创新发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 机构

39、的创新设计机构的创新设计在曲柄滑块机构中，当滑块为主动件时，机构有死点出现。在曲柄滑块机构中，当滑块为主动件时，机构有死点出现。如何构思一个无死点机构如何构思一个无死点机构? ?三、无死点机构三、无死点机构发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 机构的创新设计机构的创新设计四、连杆机构四、连杆机构1 1、曲柄滑块与齿轮齿条机构、曲柄滑块与齿轮齿条机构发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 机构的创新设计机构的创新设计2 2凸轮凸轮连杆机构连杆机构发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 机构的创新设计机构的创新设计3 3齿轮齿轮连杆机构连杆机构发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有

40、潜力的方法 机构的创新设计机构的创新设计机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图一、一、机械运动协调设计机械运动协调设计二、二、工作循环图工作循环图机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图1 1、集中驱动，分散控制集中驱动，分散控制2 2、集中控制，分散驱动集中控制，分散驱动一、机械运动协调设计一、机械运动协调设计在控制方法上，一般有两种：在控制方法上，一般有两种：机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图1 1、集中驱动，分散控制、集中驱动，分散控制 在比较小型的机器上，一般均采用本方法。在比较小型的机器上，一般均采用本方法。 它由一

41、个总驱动源它由一个总驱动源( (一般是电动机一般是电动机) )，经过变速，经过变速后达到合适的工作转速，作为机器的总传动轴，后达到合适的工作转速，作为机器的总传动轴，即称为分配轴。即称为分配轴。 执行机构均分散在其应完成分功能的位置上。执行机构均分散在其应完成分功能的位置上。其主动构件的运动经分配轴引入，因此各执行机其主动构件的运动经分配轴引入，因此各执行机构应何时动作，就由分配轴控制。构应何时动作，就由分配轴控制。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图 适合于较大的机器。各分功能均有自己的驱适合于较大的机器。各分功能均有自己的驱动系统，各执行机构的动作是根据集中控制动系

42、统，各执行机构的动作是根据集中控制处发出的指令进行的。处发出的指令进行的。在比较大的机器中，用分配轴传送到各处不在比较大的机器中，用分配轴传送到各处不方便时采用。方便时采用。 驱动源一般是电动机或液驱动源一般是电动机或液(气气)压缸各分功压缸各分功能均有自己单独的驱动系统。动作是根据集能均有自己单独的驱动系统。动作是根据集中控制处发出的指令进行。中控制处发出的指令进行。 集中控制的方法，简单的在控制台上有许多按钮或阀门、复集中控制的方法，简单的在控制台上有许多按钮或阀门、复杂的则可由计算机根据编程进行控制。杂的则可由计算机根据编程进行控制。2 2、集中控制，分散驱动、集中控制，分散驱动机械运动

43、的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图1 1、执行机构的运动循环图、执行机构的运动循环图2 2、机器的工作循环图、机器的工作循环图3 3、拟定机器工作循环图的步骤、拟定机器工作循环图的步骤4 4、机器工作循环图的设计要点、机器工作循环图的设计要点5 5、工作循环图的作用、工作循环图的作用二、工作循环图二、工作循环图机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图 工作循环图工作循环图是表示各个机构动作次序及时间的图形。1 1、执行机构的运动循环图、执行机构的运动循环图执行机构的运动循环图执行机构的运动循环图-表示执行构件的一表示执行构件的一个动作过程（包括工作行程、空

44、回行程和间歇个动作过程（包括工作行程、空回行程和间歇停顿阶段）。停顿阶段）。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图图图6-206-20为自动压痕机，其压痕冲头的上下运动是通过凸为自动压痕机，其压痕冲头的上下运动是通过凸轮来实现的，冲头的运动循环是由三部分组成的：轮来实现的，冲头的运动循环是由三部分组成的： （1 1）冲压行程所需时间）冲压行程所需时间t tk k （2 2）压痕冲头的保压停留时间）压痕冲头的保压停留时间t t0 0 （3 3）回程所需时间）回程所需时间t td d因此，压痕冲头一个循环所需时间因此，压痕冲头一个循环所需时间T Tp p为：为：T Tp p=

45、 =t tk k+ t+ t0 0+ t+ td d压痕机举例：压痕机举例：图图6-21为机构工作循环图为机构工作循环图机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图图图6-20 6-20 自动压痕机的最简结构型式自动压痕机的最简结构型式1-1-凸轮；凸轮；2-2-压痕冲头；压痕冲头；3-3-压印机；压印机；4-4-下压痕模下压痕模机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图执行构件的运动循环图执行构件的运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图（1 1）直线式运动循环图）直线

46、式运动循环图以一定比例的直线段表示运动循环各运动区段的时间以一定比例的直线段表示运动循环各运动区段的时间（图（图a a）这种方法最简单，但直观性很差（例如压痕冲头在每这种方法最简单，但直观性很差（例如压痕冲头在每一瞬时的位置无法从图上看出），而且也不能清楚地一瞬时的位置无法从图上看出），而且也不能清楚地表示出与其它机构动作间的相互关系。表示出与其它机构动作间的相互关系。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图（2 2）圆形运动循环图）圆形运动循环图是将运动循环的各运动区段的时间及顺序按比是将运动循环的各运动区段的时间及顺序按比例绘于圆形坐标上例绘于圆形坐标上（图（图b b）

47、这种方法直观性强，尤其对于分配轴每转一周这种方法直观性强，尤其对于分配轴每转一周为一个工作循环的情况更加方便。但当执行机为一个工作循环的情况更加方便。但当执行机构太多时，需要将所有执行机构的运动循环图构太多时，需要将所有执行机构的运动循环图分别以不同直径的同心圆来表示。所以执行机分别以不同直径的同心圆来表示。所以执行机构太多时看起来不很方便。构太多时看起来不很方便。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图（3 3）直角坐标循环图）直角坐标循环图是以直角坐标表示各执行构件的各个运动区段的运动是以直角坐标表示各执行构件的各个运动区段的运动顺序及时间比例，同时还表示出执行构件的运

48、动状态顺序及时间比例，同时还表示出执行构件的运动状态（图（图c c）这种方法直观性最强，比上述两种运动循环图更能反这种方法直观性最强，比上述两种运动循环图更能反映执行机构运动循环的运动特征。映执行机构运动循环的运动特征。所以在设计机器的工作循环图时，最好采用直角坐标所以在设计机器的工作循环图时，最好采用直角坐标运动循环图。运动循环图。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图2 2、机器的工作循环图、机器的工作循环图 机器的工作循环图是表示机器中各执行机器的工作循环图是表示机器中各执行机构的运动循环图按同一时间（即按某一转轴机构的运动循环图按同一时间（即按某一转轴的转角）、比

49、例绘制并组合起来的总图。的转角）、比例绘制并组合起来的总图。 该图应以某一主要执行机构的起点为基该图应以某一主要执行机构的起点为基准，表示其余各执行机构的运动循环相对于该准，表示其余各执行机构的运动循环相对于该主要执行机构的动作顺序。主要执行机构的动作顺序。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图仍以仍以图图6-206-20自动压痕机为例，自动压痕机最简单的结构型式是自动压痕机为例，自动压痕机最简单的结构型式是由压痕机构和送料机构做组成。如果要考虑成品自动落料，还由压痕机构和送料机构做组成。如果要考虑成品自动落料，还应该有一个落料机构。在这个图中，送料机构没有表示出来。应该

50、有一个落料机构。在这个图中，送料机构没有表示出来。送料机构的运动循环周期送料机构的运动循环周期T Tp p为为（图（图6-226-22）： T Tp p= = t tk k+ t+ t0 0+ t+ td d式中：式中：t tk k-送料机构的上料所需时间送料机构的上料所需时间 t t0 0-送料到位后执行机构的停歇时间送料到位后执行机构的停歇时间 t td d-送料机构的回程所需时间送料机构的回程所需时间机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图 很显然，送料机构的运动循环周期很显然，送料机构的运动循环周期T Tp p应与压痕机构应与压痕机构的运动循环周期的运动循环周期T

51、Tp p相等。相等。 再看再看图图6-206-20来绘制压痕机的工作循环图，可以将压痕来绘制压痕机的工作循环图，可以将压痕冲头的最高点作为起点，并以它作为基准画出这两个执行机冲头的最高点作为起点，并以它作为基准画出这两个执行机构（即压痕机构和送料机构）的运动循环图。构（即压痕机构和送料机构）的运动循环图。看看图图6-226-22，它是按直角坐标法画出的运动循环图。，它是按直角坐标法画出的运动循环图。 工作行程（工作行程（tktk段段tktk段）由起点开始向上表段）由起点开始向上表示；空回行程（示；空回行程（tdtd段段tdtd段）由最远点回到起始点表段）由最远点回到起始点表示。这与实际执行构件

52、的上下、左右运动无关。示。这与实际执行构件的上下、左右运动无关。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图 另外，送料机构的运动循环的动另外，送料机构的运动循环的动作必须与压痕冲头的运动循环的动作相作必须与压痕冲头的运动循环的动作相协调，即在压痕冲头做向下冲压运动和协调，即在压痕冲头做向下冲压运动和停歇时（即停歇时（即t tk k、t t0 0段），送料机构应停段），送料机构应停歇不动（歇不动（t t0 0段）。当压痕冲头做回退段）。当压痕冲头做回退运动（运动（t td d段），送料机构可做上料动作段），送料机构可做上料动作（t tk k段）。段）。 在具体制定它们的运动循环

53、图时，在具体制定它们的运动循环图时，只要动作协调，互不干涉，可以进行小只要动作协调，互不干涉，可以进行小范围的调整。范围的调整。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图3 3、拟定机器工作循环图的步骤、拟定机器工作循环图的步骤（1 1）分析加工工艺对执行构件的运动要求（如行程或转）分析加工工艺对执行构件的运动要求（如行程或转角的大小，对运动过程的速度、加速度变化的要求等）角的大小，对运动过程的速度、加速度变化的要求等）以及执行构件相互之间的动作配合要求。以及执行构件相互之间的动作配合要求。（2 2）确定执行构件的运动规律。这主要是指执行构件的）确定执行构件的运动规律。这主要

54、是指执行构件的工作行程、回程、停歇等与时间或主轴转角的对应关系，工作行程、回程、停歇等与时间或主轴转角的对应关系，同时还应根据加工工艺要求确定各执行构件工作行程和同时还应根据加工工艺要求确定各执行构件工作行程和空回行程的运动规律。空回行程的运动规律。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图（3 3）按上述条件绘制机器工作循环图）按上述条件绘制机器工作循环图（4 4）在完成执行机构造型和机构尺度综合后，）在完成执行机构造型和机构尺度综合后，再修改机器的工作循环图。具体来说就是修再修改机器的工作循环图。具体来说就是修改各执行机构的工作行程，空回行程和停歇改各执行机构的工作行程，

55、空回行程和停歇时间的大小、起始位置以及相应的运动规律。时间的大小、起始位置以及相应的运动规律。（5 5）拟定自动控制系统，控制元件的信号发出）拟定自动控制系统，控制元件的信号发出时间及工作状态，并将它们在机器工作循环时间及工作状态，并将它们在机器工作循环图上表示出来，得到完整的机器工作循环图。图上表示出来，得到完整的机器工作循环图。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图 （1 1）以工艺过程开始点作为运动循环图的起始点，并定出最先开）以工艺过程开始点作为运动循环图的起始点，并定出最先开始工作的那个机构在循环图上的位置，其它机构则按工艺程序的始工作的那个机构在循环图上的位置

56、，其它机构则按工艺程序的先后依次列出。先后依次列出。 （2 2）不在分配轴上的凸轮，应将其动作所对中心角，换算成分）不在分配轴上的凸轮，应将其动作所对中心角，换算成分配轴相应的转角。配轴相应的转角。 （3 3）尽可能使各机构的动作重合，以便缩短运动周期，提高生）尽可能使各机构的动作重合，以便缩短运动周期，提高生产率。产率。4 4、机器工作循环图的设计要点（即绘制运动循环图时应注意的要点）、机器工作循环图的设计要点（即绘制运动循环图时应注意的要点）机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图（4 4）几个执行机构的动作作用在同一构件上时，当某个）几个执行机构的动作作用在同一构件上

57、时，当某个机构作用在该构件上动作结束到另一机构开始作用在机构作用在该构件上动作结束到另一机构开始作用在该构件上之间，应间隔该构件上之间，应间隔2 23 3，以补偿凸轮制造及，以补偿凸轮制造及装配误差，避免两机构在动作衔接处发生干涉。装配误差，避免两机构在动作衔接处发生干涉。 （5 5）在不影响工艺要求和生产率的情况下，尽可能使）在不影响工艺要求和生产率的情况下，尽可能使动作所对应的中心角增大些，以便减小压力角。动作所对应的中心角增大些，以便减小压力角。机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图5 5、工作循环图的作用、工作循环图的作用 （1 1）表明了各机构的配合关系）表明了

58、各机构的配合关系 （2 2）可以由它得出某些机构设计的原始参数）可以由它得出某些机构设计的原始参数 （3 3）是设计控制系统和调试设备的依据）是设计控制系统和调试设备的依据机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图第四章第四章 思考题思考题1 1、机构能实现哪些动作功能、机构能实现哪些动作功能2 2、选择机构来实现功能原理的原则及方法、选择机构来实现功能原理的原则及方法3 3、传动机构的作用、传动机构的作用4 4、什么是执行机构，执行机构的主要作用、什么是执行机构，执行机构的主要作用5 5、什么是工作头，工作头的作用、什么是工作头，工作头的作用6 6、机械运动系统方案设计的主要步骤、机械运动系统方案设计的主要步骤7 7、什么是工作循环图，工作循环图的作用有哪些、什么是工作循环图，工作循环图的作用有哪些8 8、叙述机械运动的协调设计中两种控制方法、叙述机械运动的协调设计中两种控制方法9 9、按照功能进行分类，可以把机构分为哪几类、按照功能进行分类，可以把机构分为哪几类1010、机构类型选择的原则、机构类型选择的原则L/O/G/OThank You!