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1、第九章第九章 机械系统运动方案与创新设计机械系统运动方案与创新设计 第一节第一节 机械系统概述机械系统概述第二节第二节 机械系统运动方案的基本知识机械系统运动方案的基本知识第三节第三节 机械系统运动方案设计的构思机械系统运动方案设计的构思第四节第四节 机械系统的运动协调设计机械系统的运动协调设计第五节第五节 机械系统运动方案设计的过程与机械系统运动方案设计的过程与 评估评估第一节第一节 机械系统概述机械系统概述机械系统可分为三大类机械系统可分为三大类一、简单机械一、简单机械仅由单一的基本机构组成的机械系统，这是最仅由单一的基本机构组成的机械系统，这是最简单的机械系统。这些基本机构可能是齿轮机简
2、单的机械系统。这些基本机构可能是齿轮机构、凸轮机构、连杆机构或其他常用机构，其构、凸轮机构、连杆机构或其他常用机构，其设计方法在机械原理和机械设计课程中已经学设计方法在机械原理和机械设计课程中已经学过。过。 简单机械示例简单机械示例二、互不连接的简单机械组成的机械系统二、互不连接的简单机械组成的机械系统 第二类是由若干个独立的基本机构组成的第二类是由若干个独立的基本机构组成的机械系统，但各独立工作的机构运动必须满足机械系统，但各独立工作的机构运动必须满足运动协调的条件。运动协调的条件。 液压缸液压缸1 1液压缸液压缸1 1物料物料输送带输送带1 1输送带输送带2 2三、由基本机构连接组成的机械
3、系统三、由基本机构连接组成的机械系统 第三类是由若干个单一的基本机构经过串第三类是由若干个单一的基本机构经过串联、并联、叠加等组合方式连接到一起的机械联、并联、叠加等组合方式连接到一起的机械系统。系统。第二节第二节 机械系统运动方案的基本知识机械系统运动方案的基本知识原动机原动机+ +机械运动系统机械运动系统+ +控制系统控制系统 = = 机器机器机械运动系统运动方案的设计指机器中的运动机械运动系统运动方案的设计指机器中的运动系统，是机械设计的重点内容。系统，是机械设计的重点内容。 第三节第三节 机械系统运动方案设计的构思机械系统运动方案设计的构思一、传动机构系统的组成一、传动机构系统的组成1
4、 1、齿轮机构传动系统、齿轮机构传动系统 2 2、带传动与齿轮传动的组合系统、带传动与齿轮传动的组合系统 3 3、齿轮传动与螺旋传动的组合系统、齿轮传动与螺旋传动的组合系统 4 4、齿轮机构与万向联节机构的组合、齿轮机构与万向联节机构的组合典型的传动方式典型的传动方式二、典型传动装置的应用场合二、典型传动装置的应用场合1 1、带传动：中心距大、传动比的精度要求低、带传动：中心距大、传动比的精度要求低2 2、链传动：中心距大、传动比的精度要求低、链传动：中心距大、传动比的精度要求低3 3、齿轮传动：传动效率高、体积小，传动比准确、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
5、传动还分：圆上述传动已经标准化。齿轮传动还分：圆 柱齿轮、锥齿轮、蜗杆传动柱齿轮、锥齿轮、蜗杆传动4 4、其他传动：液压传动、螺旋传动等、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。传动装置的设计通常比较容易。典型传动装置的设计准则典型传动装置的设计准则（1 1）在满足传动要求的前提下，尽量使机构）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，数目少，使传动链短。这样可提高机械效率，降低生产成本。降低生产成本。（2 2）合理分配各级传动机构的传动比。传动）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比的分配原则是：带传动的传动
6、比小于3 3，单单级齿轮传动比小于级齿轮传动比小于5 5。（3 3）合理安排传动机构的次序。当总传动比）合理安排传动机构的次序。当总传动比大于大于8 8时，要考虑多级传动。如有带传动时一时，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，如采用不同类型的般将带传动放置到高速级，如采用不同类型的齿轮机构组合，圆锥齿轮传动或蜗杆传动一般齿轮机构组合，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。在高速级。链传动一般不宜在高速级。（4 4）在满足要求的前提下，尽量采用平面传）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。动机构。使制造、组装与维修更加方便。
7、（5 5）在对尺寸要求较小时，可采用行星轮系）在对尺寸要求较小时，可采用行星轮系机构。机构。三、执行机构的设计原则三、执行机构的设计原则1 1、按功能要求选择机构类型或机构组合形式、按功能要求选择机构类型或机构组合形式2 2、确定最佳方案、确定最佳方案3 3、整体运动方案评估。确定最佳方案、整体运动方案评估。确定最佳方案运动变换与对应机构运动变换与对应机构运运 动 形形 态机机 构构 类 型型1、转动转换为连续转动齿轮机构；机构；带传动机构；机构；链传动机构；平行四机构；平行四边形机构；形机构；转动导杆机构；双杆机构；双转块机构等机构等2、转动转换为往复往复摆动曲柄曲柄摇杆机构；杆机构；摆动导
8、杆机构；杆机构；摆动凸凸轮机构等机构等3、转动转换为间歇歇转动棘棘轮机构；槽机构；槽轮机构；不完全机构；不完全齿轮机构；分度凸机构；分度凸轮机构等机构等4、转动转换为往复移往复移动齿轮齿条机构；曲柄滑条机构；曲柄滑块机构；正弦机构；凸机构；正弦机构；凸轮机构；螺机构；螺旋旋传动机构等机构等5、转动转换为平面运平面运动平面平面连杆机构；行星杆机构；行星轮系机构系机构6、移、移动转换为连续转动齿轮齿条机构（条机构（齿条主条主动）；曲柄滑）；曲柄滑块机构机构(滑滑块主主动)；反凸反凸轮机构机构7、移、移动转换为往复往复摆动反凸反凸轮机构；滑机构；滑块机构（滑机构（滑块主主动）8、移、移动转换为移移动
9、反凸反凸轮机构；双滑机构；双滑块机构机构四、机械运动系统的总体设计原则四、机械运动系统的总体设计原则1 1、完成即定功能目标、完成即定功能目标2 2、性能可靠、性能可靠3 3、制造成本低廉、制造成本低廉4 4、维修方便、维修方便第四节第四节 机构系统的运动协调设计机构系统的运动协调设计一、机构系统的运动协调一、机构系统的运动协调 有些机械是由几个简单的基本机构组成的，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，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求互相配合、协调动作。但它们之间的运动却要求互相配合、协调动作。称此类设计问题为机构系统的运
10、动协调设计。称此类设计问题为机构系统的运动协调设计。 上冲头加压机构上冲头加压机构送料机构送料机构下冲头加压机构下冲头加压机构以压片机为例以压片机为例上冲头上冲头片状制品片状制品料桶料桶料斗料斗模具型腔模具型腔下冲头下冲头压片过程的工艺流程压片过程的工艺流程 二、运动协调设计二、运动协调设计 2020804010060160200120180240220360260140280320 340300上上冲冲头头机机构构2020804010060160200120180240220360260140280320 340300下下冲冲头头机机构构202080401006016020012018024
11、0220360260140280320 340300送送料料机机构构压片机工作过程动画演示压片机工作过程动画演示 第五节第五节 机械系统运动方案设计的过程机械系统运动方案设计的过程 与评估与评估一、机械设计的一般步骤一、机械设计的一般步骤1 1、市场调查、市场调查2 2、提出产品的功能目标，明确设计任务。、提出产品的功能目标，明确设计任务。3 3、选择机器的工作原理，确定工艺动作过程。、选择机器的工作原理，确定工艺动作过程。4 4、按机器的动作要求确定所选择的机构数目、按机器的动作要求确定所选择的机构数目与与 机构类型。机构类型。5 5、确定机器的工作执行机构与传动机构，进行、确定机器的工作执
12、行机构与传动机构，进行 机械运动方案的总体设计机械运动方案的总体设计6 6、进行运动协调设计、进行运动协调设计7 7、进行机构的尺度综合和传动机构的设计、进行机构的尺度综合和传动机构的设计 8 8、进行机械结构设计，编写设计说明书。、进行机械结构设计，编写设计说明书。9 9、制造样机并进行测试、制造样机并进行测试1010、批量生产、批量生产二、机械系统运动方案设计的内容二、机械系统运动方案设计的内容1 1、根据机器的功能目标确定机器的工作原理、根据机器的功能目标确定机器的工作原理2 2、按机器的工作原理确定机器的基本动作选、按机器的工作原理确定机器的基本动作选 执行机构执行机构3 3、确定传动
13、机构类型与原动机类型、确定传动机构类型与原动机类型4 4、按机器的基本动作选择实现对应动作的执、按机器的基本动作选择实现对应动作的执 行机构行机构5 5、进行运动协调设计，完成机械运动方案的总、进行运动协调设计，完成机械运动方案的总 体设计体设计6 6、对机械运动方案进行评估，选择最优方案、对机械运动方案进行评估，选择最优方案7 7、进行尺度综合，设计机构系统的机构运动简、进行尺度综合，设计机构系统的机构运动简 图图三、三、 机械系统运动方案的评价指标机械系统运动方案的评价指标功能指标：功能指标：指实现预期设计目标的优劣程度指实现预期设计目标的优劣程度技术指标：技术指标：主要指产品的位移、速度
14、、加速度、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、寿运动精度、力学特性、强度、刚度、可靠性、寿命等指标。命等指标。经济指标经济指标：主要指材料、制作与维修、能耗大：主要指材料、制作与维修、能耗大小等指标。小等指标。绿色指标：绿色指标：主要指产品的在制造、使用、维护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。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。在方案的评价过程中，上述指标还要细化。四、机械系统运动方案的评价方法四、机械系统运动方案的评价方法1 1、机械系统运动方案评价的指标、机械系统运动方案评价的
15、指标（1 1）完成实现功能目标情况：）完成实现功能目标情况：（2 2）工作原理的先进程度：）工作原理的先进程度：（3 3）工作效率的高低：）工作效率的高低：（4 4）运转精度的高低：）运转精度的高低：（5 5）方案的复杂程度：）方案的复杂程度：（6 6）方案的实用性：）方案的实用性：（7 7）方案的可靠性：）方案的可靠性：（8 8）方案的新颖性：指方案的创造性。）方案的新颖性：指方案的创造性。（9 9）方案的经济性：）方案的经济性：（1010）方案的绿色性：）方案的绿色性：2 2、机械系统运动方案的评价方法、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、模目前流行的评价方法有：
16、关联矩阵法、模糊评价法和评分，其中评分法最为简单。糊评价法和评分，其中评分法最为简单。 评分法又分为加法评分法、连乘评分法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。和加乘评分法。这里介绍最简单的加法评分法。表9-3 机械运动方案的评估序号序号评 价价 项 目目评 价价 等等 级评价分数价分数1完成完成实现功能目功能目标情况情况优10良8中4差32工作原理的先工作原理的先进程度程度优10良8中4差03工作效率的高低工作效率的高低优10良8中4差04运运转精度的高低精度的高低优10良8中4差05方案的复方案的复杂程度程度简单10较复杂5复杂06方案的方案的实用性用
17、性实用10一般5不实用07方案的可靠性方案的可靠性优10良8中4差08方案的新方案的新颖性性优10良8中4差09方案的方案的经济性：性：优10良8中4差0 10方案的方案的绿色性色性优10良5中0 累累计评价分数价分数 五、机械系统运动方案设计实例分析五、机械系统运动方案设计实例分析设计题目：电动大门的设计设计题目：电动大门的设计1 1、电动大门的功能目标：实现大门的自动启、电动大门的功能目标：实现大门的自动启闭闭2 2、设计要求：门宽为、设计要求：门宽为4 4 6 6米，门高为米，门高为1.51.5 2 2米米 启闭时间为启闭时间为1010秒左右。秒左右。3 3、设计方案的构思：、设计方案的
18、构思：运用发散思维方式，电动大门可分为平开门、推运用发散思维方式，电动大门可分为平开门、推拉门和升降门。平开门可分为双扇平开门和四扇拉门和升降门。平开门可分为双扇平开门和四扇平开门；腿拉门可分为整体推拉门和伸缩推拉门平开门；腿拉门可分为整体推拉门和伸缩推拉门；升降门可分为整体升降门和卷闸门。；升降门可分为整体升降门和卷闸门。 电电动动大大门门平开门平开门四扇平开门四扇平开门双扇平开门双扇平开门双扇推拉门双扇推拉门单扇推拉门单扇推拉门双扇推拉门双扇推拉门单扇伸缩门单扇伸缩门推拉门推拉门伸缩推拉门伸缩推拉门整体推拉门整体推拉门升降门升降门卷闸升降门卷闸升降门整体升降门整体升降门二扇平开门二扇平开门
19、四扇平开门四扇平开门单扇推拉门单扇推拉门双扇推拉门双扇推拉门abcd电机电机电机电机电机电机下导轮下导轮上导轮上导轮上导轮上导轮上导轮上导轮伸缩门伸缩门e累累计评价分数价分数8166837683方案方案abcde评价结果评价结果方案方案a a（二扇平开门）（二扇平开门）方案方案b b（四扇平开门）（四扇平开门）方案方案d d （二扇平开门）（二扇平开门）方案方案e e （伸缩门）（伸缩门）方案方案c c （单扇平开门）（单扇平开门） 从平分情况看，单扇推拉门从平分情况看，单扇推拉门 和伸缩门得分较和伸缩门得分较高，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观情况看，近期不锈钢制作的伸缩门应用的最广泛。泛。 本章完本章完
