机械执行系统方案设

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1、机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计第第1414章章 机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.1 14.1 执行系统方案设计的过程和内容执行系统方案设计的过程和内容机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.2 14.2 执行系统的功能原理设计执行系统的功能原理设计 根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作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。原理来实现这一功能要求。14.2.114.2.1功能原理的构思与选择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

2、现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者工艺要求，从中选择出析比较并根据使用要求或者工艺要求，从中选择出既能很好的满足功能要求，工艺动作又简单的工作既能很好的满足功能要求，工艺动作又简单的工作原理。原理。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计举例：举例：自动送料板装置的功能原理设计自动送料板装置的功能原理设计机械推拉原理机械推拉原理摩擦传动原理摩擦传动原理(摩擦摩擦板板)机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计摩擦传动原理摩擦传动原理(摩擦轮摩擦

3、轮)气吸原理气吸原理(底吸法底吸法)气吸原理气吸原理(顶吸法顶吸法)机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计总结总结实现某种预期的要求，可以采用多种不同实现某种预期的要求，可以采用多种不同的工作原理；的工作原理；不同的工作原理需要不同的工艺动作，这不同的工作原理需要不同的工艺动作，这样所设计出的机械在工作性能、工作品质样所设计出的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面都会有很大的差别。和适用场合等方面都会有很大的差别。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.2.2 14.2.2 功能原理的创造性功能原理的创造性 分析综合法分析综合法 将将机机械械预预期期

4、实实现现的的功功能能分分解解为为各各种种分分功功能能，分分析析其其本本质质，进进行行各各分分功功能能原原理理设设计计，最最后后把把分分功功能能原理组合起来，组成一个新的系统。原理组合起来，组成一个新的系统。美国阿波罗登月美国阿波罗登月 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 思维扩展法思维扩展法 在进行机械功能原理设计时，设计者一定要拓在进行机械功能原理设计时，设计者一定要拓宽自己的思路，广泛采用气、液、光、声。电、新宽自己的思路，广泛采用气、液、光、声。电、新材料等新技术，构思出新的功能原理。材料等新技术，构思出新的功能原理。 挖土机挖土机 机械原理机械原理机械执行系统方案

5、设计机械执行系统方案设计 还原创新法还原创新法 跳出已有的创造起点，重新返回到创造的原点，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要求另劈新径，构思紧紧围绕机械预期实现的功能要求另劈新径，构思新的功能原理。新的功能原理。 洗衣机揉搓原理 刷擦原理 捶打原理 设计模仿人手的机械手，难度大 易损坏衣物 很难把衣物各处都刷洗到 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计波轮洗衣机波轮洗衣机 滚筒洗衣机滚筒洗衣机机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 工工艺艺动动作作十十分分简简单单，针针杆杆做做往往复复移移动动，拉拉线线杆杆和和摆摆梭梭做做

6、往往复复摆摆动动，送送布布牙牙的的轨轨迹迹由由复复合合运运动动实实现现，这这几几个个动动作作的的协协调调配配合合，便便实现了缝联布料的功能要求。实现了缝联布料的功能要求。 家用缝纫机的发明家用缝纫机的发明 采用摆梭使底线绕过面线将布料加紧的原理 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.3 14.3 执行系统的运动规律设计执行系统的运动规律设计14.3.1 14.3.1 工艺动作分解和运动方案选择工艺动作分解和运动方案选择 工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作分解的方法不同，形成的运动方案也相同。分解的方法不同，形成的运动方案

7、也相同。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计内孔加工内孔加工车床 拉床 钻床 镗床 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计总结总结同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，工同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，工艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律和运艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律和运动方案也相同，它们很大程度上决定了机械的特动方案也相同，它们很大程度上决定了机械的特点、性能和复杂程度。点、性能和复杂程度。 在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综合在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综合考虑各方面的因素，根据实际情况对各种运动规考虑各方面

8、的因素，根据实际情况对各种运动规律和运动方案加以认真分析和比较，从中选出最律和运动方案加以认真分析和比较，从中选出最佳方案。佳方案。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.3.2 14.3.2 运动规律设计的创造性运动规律设计的创造性 运动规律的设计是一种创造性的工作。运动规律的设计是一种创造性的工作。 仿真法仿真法 模拟人或者动物的动作将工艺动作进行分解，模拟人或者动物的动作将工艺动作进行分解，构思出实现某一工作原理的运动规律。构思出实现某一工作原理的运动规律。吊车吊车 ：模仿人手拿东西的动作机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计搓元宵机搓元宵机 整

9、个装置由旋转圆盘1、连杆2和3、转动构件4和机架5所组成的空间五杆机构。运动由圆盘1输入，通过装在圆盘外圈上的球形铰链带动连杆3、2和转动构件4运动，从而使工作箱做空间振摆运动，工作箱中的元宵馅在些许湿润的元宵粉末中多方向滚动，即可制成元宵。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 思维扩展法思维扩展法 从传统的定式思维方式转向发散思维，拓展思从传统的定式思维方式转向发散思维，拓展思路，尽可能采用简单易行的运动规律。路，尽可能采用简单易行的运动规律。钢球综合检测的装置钢球综合检测的装置利用滚珠在平面上跳动所走的路线来判定其是否合格。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执

10、行系统方案设计分选不同直径钢珠的装置分选不同直径钢珠的装置钢珠沿着两个斜放的不等距棒条滚动，实现钢珠尺寸分级的目的。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计典型例题典型例题绘图机绘图机机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.4 14.4 执行机构的型式设计执行机构的型式设计 14.4.1 14.4.1 执行机构型式设计的原则执行机构型式设计的原则1.1.满足执行构件的工艺动作和运动要求满足执行构件的工艺动作和运动要求 运动形式、运动规律和运动轨迹运动形式、运动规律和运动轨迹2. 2. 尽量简化和缩短运动链尽量简化和缩短运动链 机械原理机械原理机械执行系统

11、方案设计机械执行系统方案设计精确直线导向机构 近似直线导向机构 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计简化结构减轻重量冲压机：保证曲柄转速不变冲压机：保证曲柄转速不变 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计3. 3. 尽量减小机构的尺寸尽量减小机构的尺寸 n 保证滑块行程不变保证滑块行程不变利用杠杆行程放大原理 利用活动齿轮倍增行程原理 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计4. 4. 选择合适的运动副形式选择合适的运动副形式 运运动动副副在在机机械械传传递递运运动动和和动动力力的的过过程程中中起起着着重重要要作作用用，它它直直接接影影响响

12、到到机机械械的的结结构构形形式式、传传动动效效率率、寿命和灵敏度等。寿命和灵敏度等。 一一般般来来说说，转转动动副副易易于于制制造造，易易于于保保证证运运动动副副元元素素的的配配合合精精度度，且且效效率率较较高高；移移动动副副制制造造较较困困难难，不不易易保保证证配配合合精精度度，效效率率低低且且易易自自锁锁或或楔楔紧紧，故故一一般只宜用于作直线运动或将转动变为移动的场合。般只宜用于作直线运动或将转动变为移动的场合。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计转动副代替移动副实例转动副代替移动副实例近似直线导向机构近似直线导向机构机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方

13、案设计5. 5. 考虑动力源的形式考虑动力源的形式 选择合适的动力源，有利于简化机构结构和改善选择合适的动力源，有利于简化机构结构和改善机械性能。机械性能。 例：执行构件作等速往复直线运动例：执行构件作等速往复直线运动需要单独的电动机和传动机构驱动原动件，且采用连杆机构把转动变为执行机构的等速往复直线运动，结构复杂。不仅省去了传动机构，而且一个动力源可以驱动多个执行机构，机构简单紧凑，反向时运转平稳，易于调节移动速度。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计6. 6. 使执行系统具有良好的传力条件和动力特性使执行系统具有良好的传力条件和动力特性 设计时，应注意选用具有最大传动

14、角、最大增设计时，应注意选用具有最大传动角、最大增力系数和最高效率的机构，这样可以减小主动轴上力系数和最高效率的机构，这样可以减小主动轴上的力矩和原动机的功率及机构的尺寸和重量；应尽的力矩和原动机的功率及机构的尺寸和重量；应尽量避免采用虚约束；高速运转机构应考虑平衡设计量避免采用虚约束；高速运转机构应考虑平衡设计等。等。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计7 . 7 . 使机械具有调节某些运动参数的能力使机械具有调节某些运动参数的能力 具有调节滑块最大行程功能的机构具有调节滑块最大行程功能的机构 摆杆1可绕铰链转动，它所处的位置不同，滑块的最大行程也随之变化。摆杆1调到合

15、适的位置后锁紧，则机构只有一个自由度。此时滑块2在1上上下滑动。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计8. 保证机械的安全运转保证机械的安全运转 必必须须考考虑虑防防止止出出现现机机械械意意外外损损坏坏或或生生产产、人人身身事事故故。例例如如可可以以采采取取具具有有过过载载保保护护功功能能的的带带传传动动、设设置置具具有有自自锁锁功功能能的的蜗蜗杆杆蜗蜗轮轮机机构等。构等。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.4.2 14.4.2 机构的选型机构的选型 利利用用发发散散思思维维的的方方法法，将将前前人人创创造造发发明明的的各各种种机机构构按按照照运

16、运动动特特性性或或动动作作功功能能进进行行分分类类，然然后后根根据据设设计计对对象象中中执执行行构构件件所所需需要要的的运运动动特特性性或或动动作作功功能能进进行行搜搜索索、选选择择、比比较较和和评评价价，选选出出执执行行机机构构的的合合适形式。适形式。 1 1按照执行构件所需的运动特性进行机构选型按照执行构件所需的运动特性进行机构选型 从从具具有有相相同同运运动动特特性性的的机机构构中中，按按照照执执行行构构件件所所需需的的运运动动特特性性进进行行搜搜寻寻。当当有有多多种种机机构构均均可可满满足足所所需需要要求求时时，则则可可根根据据上上节节所所述述原原则则，对对初初选选的的机机构形式进行分

17、析和比较，从中选择出较优的机构。构形式进行分析和比较，从中选择出较优的机构。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计2 2按照动作功能分解与组合原理及型机构选型按照动作功能分解与组合原理及型机构选型 任任何何一一个个复复杂杂的的执执行行机机构构都都可可以以认认为为是是由由一一些些基本机构组成的，这些基本机构具有如下基本功能：基本机构组成的，这些基本机构具有如下基本功能： 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计动作功能分解组合原理动作功能分解组合原理总体功能可以分解成若干分功能：总体功能可以分解成若干分功能： U U=(=(UiUi) i i= =1,2,m1

18、,2,m 每一个分功能又可以用不同的机构来实现：每一个分功能又可以用不同的机构来实现： Tj Tj=(=(ti1,ti2,tinti1,ti2,tin)jj= =1,2,n1,2,n功能功能- -技术矩阵：技术矩阵： 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计只要在矩阵的每一行任找一个元素，把各行中找只要在矩阵的每一行任找一个元素，把各行中找出的机构组合起来，就组成一个能实现总体功能出的机构组合起来，就组成一个能实现总体功能的方案。的方案。 在确定了各分功能顺序的前提下方案总数为：在确定了各分功能顺序的前提下方案总数为： N=nN=nm m得到各种方案后，先剔除一些明显不成立的、

19、不得到各种方案后，先剔除一些明显不成立的、不符合要求的方案，然后按照上节所述的原则，筛符合要求的方案，然后按照上节所述的原则，筛选出一些较合理的方案，以供进一步评价。这种选出一些较合理的方案，以供进一步评价。这种方法有利于利用计算机存储、分析和选择，具有方法有利于利用计算机存储、分析和选择，具有广阔前景。广阔前景。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计精锻机主机构选型举例精锻机主机构选型举例 总体功能总体功能 当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出较高精度的毛坯。根据空间条件，驱动轴必须水平较高精度的毛坯。根据空间条件，驱动轴必须水

20、平布置，加压执行构件沿铅垂方向移动。试构思该执布置，加压执行构件沿铅垂方向移动。试构思该执行机构的若干方案。行机构的若干方案。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计动作功能分解动作功能分解(1)(1)运运动动形形式式变变换换功功能能：将将驱驱动动轴轴的的转转动动变变换换为为冲冲头的移动；头的移动；(2)(2)运运动动轴轴线线变变向向功功能能 将将水水平平轴轴运运动动变变换换为为铅铅垂垂方方向运动；向运动；(3)(3)运运动动位位移移或或速速度度缩缩小小功功能能 减减小小位位移移量量（或或速速度度），以实现增力要求。，以实现增力要求。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执

21、行系统方案设计功能功能- -技术矩阵图技术矩阵图 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 将各分功能进行组合，得出可行方案将各分功能进行组合，得出可行方案 将三个分功能按不同的顺序排列，得到各种方将三个分功能按不同的顺序排列，得到各种方案的示例案的示例 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计几种典型方案示例几种典型方案示例方案方案 1 先由曲柄滑块机构将转动变换成移动并实现运动大小变换功能，再采用斜面机构将水平轴运动变换为铅垂方向运动并实现运动大小变换功能。特点：采用斜面机构增强了系统刚度，经过两次运动大小变换增加了锻压力。机械原理机械原理机械执行系统方案设

22、计机械执行系统方案设计方案方案 2 先由曲柄滑块机构将转动变换成移动并实现运动大小变换功能，再采用液压机构将水平轴运动变换为铅垂方向运动并实现运动大小变换功能。特点：经过两次运动大小变换，可见有较大的锻压力。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计方案方案 3 先由曲柄滑块机构实现运动大小变换功能，再采用摆杆滑块机构将水平轴运动变换为铅垂方向的移动并实现运动大小变换功能。特点：经过两次运动大小变换，具有较大的力。缺点：系统刚度较差。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计方案方案 4 先由摩擦轮机构将水平轴转动变换为铅垂轴转动，再采用螺旋机构将转动变换为往复移动

23、并实现运动大小变换功能。特点：螺旋机构具有很好的运动大小变换功能，可产生很大的锻压力。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.4.3 14.4.3 机构的构型机构的构型 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计1.1.选择选择 对现有的数千种机构进行分析、研究，通过类对现有的数千种机构进行分析、研究，通过类比选择出基本机构的雏形。比选择出基本机构的雏形。 2.2.突破突破 以选择的雏形作为创新构型的生长点，通过扩以选择的雏形作为创新构型的生长点，通过扩展、组合和变异等方法去尝试突破，以获得新构思。展、组合和变异等方法去尝试突破，以获得新构思。3.3.重新构

24、型重新构型 在突破的基础上，重新构筑能完成预期功能且在突破的基础上，重新构筑能完成预期功能且性能优良的新机构。性能优良的新机构。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计(1) 扩展法扩展法 用用类类比比法法选选择择的的基基本本机机构构雏雏形形在在满满足足运运动动特特性性或或功功能能上上有有欠欠缺缺时时，可可以以以以此此机机构构为为生生长长点点，在在其其上上联联接接若若干干基基本本杆杆组组构构筑筑出出新新的机构形式。的机构形式。 优优点点：是是在在不不改改变变机机构构自自由由度度的的情情况况下下，能能增加或改善机构的功能。增加或改善机构的功能。 机械原理机械原理机械执行系统方案设

25、计机械执行系统方案设计例：设计一个急回特性比较显著、运动行程比较大例：设计一个急回特性比较显著、运动行程比较大的执行机构的执行机构 以摆动导杆机构ABC为基本机构，在其导杆CB的延长线上D点处连接一个双杆组，形成六杆机构，满足急回、扩大行程等工作要求。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计(2) (2) 组合法组合法 将几种基本机构用适当的方式组合起来，实现将几种基本机构用适当的方式组合起来，实现基本机构不易实现的运动或功能。基本机构不易实现的运动或功能。 常用组合方式常用组合方式机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计组合法实例组合法实例 要使做往复摆动的执

26、行构件具有显著急回特性和较大摆动行程，当不能完全满足要求时，可将摆动导杆机构与齿轮机构串联组合，这样，固结在小齿轮上的执行构件不仅具有显著急回特性，且可获得较大的摆动行程。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计(3) (3) 变异法变异法 通通过过运运动动副副形形状状、尺尺寸寸和和位位置置安安排排上上的的变变化化生生成成新新的的机机构构型型式式。常常用用的的方方法法有有运运动动倒倒置置和和运运动动副副变换等。变换等。 运动倒置运动倒置 运运动动倒倒置置就就是是机机架架变变换换。利利用用机机架架变变换换发发现现现现有有机机构构的的内内在在联系是机构发生变异。联系是机构发生变异

27、。例例：人人类类正正常常步步行行时时，脚脚跟跟相相对于腰部的轨迹对于腰部的轨迹 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 以以六六杆杆机机构构来来模模拟拟人人脚脚的的运运动动，以以不不同同构构件件为为机架可得到不同的方案。机架可得到不同的方案。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 运动副变换运动副变换 运运动动副副是是机机构构运运动动变变换换的的主主要要元元素素，通通过过运运动动副副变变换换生生成成新新的的机机构构型型式式是是机机构构创创新新构构型型的的途途径径之之一。一。 常用的变换方式常用的变换方式机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设

28、计低副变异为高副低副变异为高副机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 典型例题典型例题 干干粉粉压压片片机机的的功功能能是是将将不不加加粘粘结结剂剂的的干干粉粉料料压压成成圆圆型型片片坯坯。根根据据生生产产条条件件和和粉粉料料的的特特性性，决决定定选选用用电电动动机机作作为为动动力力源源，选选择择刚刚体体推推压压传传动动原原理理。其工作过程如下：其工作过程如下：加加入入粉粉料料下下冲冲头头下下沉沉上上下下冲冲头头加加压压上上冲冲头头退回，下冲头上顶退回，下冲头上顶推走片坯。推走片坯。试试对对上上冲冲头头主主加加压压机机构构进进行行机构型式设计。机构型式设计。机械原理机械原理机

29、械执行系统方案设计机械执行系统方案设计根据动作功能分解与组合原理进行机构选型根据动作功能分解与组合原理进行机构选型基本功能基本功能l运动形式变换功能（将驱动轴的转动变为冲头的运动形式变换功能（将驱动轴的转动变为冲头的移动）移动）l运动方向交替变换功能（冲头往复运动）、运动运动方向交替变换功能（冲头往复运动）、运动缩小功能（减小速度，以获得较大压力）缩小功能（减小速度，以获得较大压力）l运动停歇功能（冲头加压）。运动停歇功能（冲头加压）。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计功能技术矩阵功能技术矩阵机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计初选方案初选方案方案方

30、案1 1方案方案2 2方案方案3 3方案方案5 5方案方案4 4机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 由由于于上上冲冲头头在在下下移移行行程程的的末末端端还还有有停停歇歇的的附附加加要要求求，而而初初选选方方案案均均不不具具备备这这种种功功能能，故故需需进进行机构创新构型，以达到设计要求。行机构创新构型，以达到设计要求。 选择选择 方案方案4 4 作为原型进行机构创新构型作为原型进行机构创新构型 (1)(1)扩展法扩展法 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 在在四四杆杆机机构构连连杆杆BCBC的的延延长长线线上上找找一一点点H H，该该点点的的运运动动

31、轨轨迹迹中中有有一一段段直直线线或或近近似似直直线线。在在该该点点加加一一个个RPRRPR双双杆杆组组，且且使使GHGH与与此此直直线线轨轨迹迹段段平平行行，则则当当H H点点运运动动在在直直线线段段上上时时，导导杆杆GHGH将将处处于于停停歇歇状状态态，即即使使冲头冲头F F有了停歇功能。有了停歇功能。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计(2) (2) 组合法组合法 采用四杆机构与曲柄滑块机构的串联组合，将两机构于极限位置时串联，则该位置时滑块F的速度为零，即滑块实现了近似的停歇。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计(3) 变异法变异法 将铰链四杆机

32、构变为摆杆机构，得到摆动导杆机构与摆杆滑块机构的串联组合方案。 再将导杆槽改为曲线槽，则可使冲头F获得准确的停歇功能。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.5 14.5 执行系统的协调设计执行系统的协调设计 14.5.1 14.5.1 执行系统协调设计的原则执行系统协调设计的原则 当当根根据据生生产产工工艺艺要要求求确确定定了了机机械械的的工工作作原原理理和和各各执执行行机机构构的的运运动动规规律律、并并确确定定了了各各执执行行机机构构的的型型式式及及驱驱动动方方式式后后，还还必必须须将将各各执执行行机机构构统统一一于于一一个个整整体体，形形成成一一个个完完整整的的执执

33、行行系系统统，使使这这些些机机构构以以一一定定的的次次序序协协调调工工作作，互互相相配配合合，以以完完成成机机械械预预定定的的功能和生产过程功能和生产过程执行系统的协调设计执行系统的协调设计。 满足各执行机构动作先后的顺序性要求；满足各执行机构动作先后的顺序性要求；机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计满足各执行机构动作在时间上的同步性要求；满足各执行机构动作在时间上的同步性要求； 满足各执行机构在空间布置上的协调性要求；满足各执行机构在空间布置上的协调性要求；满足各执行机构操作上的协同性要求；满足各执行机构操作上的协同性要求；各各执执行行机机构构的的动动作作安安排排要要有有

34、利利于于提提高高劳劳动动生生产产率；率；各各执执行行机机构构的的布布置置要要有有利利于于系系统统的的能能量量协协调调和和效率的提高。效率的提高。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.5.2 14.5.2 执行系统协调设计的方法执行系统协调设计的方法 工工程程实实际际中中的的大大多多数数机机械械的的工工作作都都是是周周期期性性的的，即即经经过过一一定定的的时时间间间间隔隔后后，各各执执行行构构件件的的位位移移、速速度和加速度等运动参数就周期性的重复。度和加速度等运动参数就周期性的重复。 1.1.协调设计协调设计的步骤的步骤 确定机械的工作循环周期；确定机械的工作循环周期；

35、 确确定定机机械械在在一一个个运运动动循循环环中中各各执执行行构构件件的的各各个个行行程段及其所需时间；程段及其所需时间； 确定各执行构件动作间的协调配合关系。确定各执行构件动作间的协调配合关系。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计例：冷霜自动灌装机例：冷霜自动灌装机 确定机械的工作循环周期确定机械的工作循环周期 根根据据设设计计任任务务书书中中给给定定的的理理论论生生产产率率Q Q=30 =30 盒盒/min/min，计算出该机械运动的循环周期计算出该机械运动的循环周期T T=60/30=2s=60/30=2s 确确定定机机械械在在一一个个运运动动循循环环中中各各执执行

36、行构构件件的的各各个个行行程段及其所需时间程段及其所需时间 基本动作基本动作机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计1 1输送带的连续运动输送带的连续运动 2 2轮盘的间歇转动轮盘的间歇转动 3 3顶杆的往复运动顶杆的往复运动 4 4定量泵活塞的往复运动定量泵活塞的往复运动 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 各各行行程程区区段段所所需需时时间间的的计计算算详详见见14.5.314.5.3机机械械运运动循环图。动循环图。 确定各执行构件动作间的协调配合关系确定各执行构件动作间的协调配合关系 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计冷霜自动灌

37、装机各执行机构协调配合的完冷霜自动灌装机各执行机构协调配合的完整的执行系统整的执行系统 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.5.3 14.5.3 机械运动循环图机械运动循环图 描描述述各各执执行行构构件件运运动动间间相相互互协协调调配配合合的的图图机机械运动循环图械运动循环图 由由于于机机械械在在主主轴轴或或分分配配轴轴转转动动一一周周或或若若干干周周内内完完成成一一个个运运动动循循环环，故故运运动动循循环环图图常常以以主主轴轴或或分分配配轴的转角为坐标来编制。轴的转角为坐标来编制。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计例：冷霜自动灌装机的运动循环

38、图例：冷霜自动灌装机的运动循环图 直线式直线式机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计圆周式圆周式直角坐标式直角坐标式机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计14.6 14.6 方案评价与决策方案评价与决策1. 1. 方案评价的意义方案评价的意义 寻寻求求一一种种既既能能实实现现预预期期功功能能要要求求，又又性性能能优优良良、价格低廉的设计方案。价格低廉的设计方案。由由于于工工作作原原理理、工工艺艺动动作作分分解解方方法法及及机机构构型型式式的的不不同同，会会形形成成多多种种设设计计方方案案。方方案案评评价价的的目目的的在在于通过科学的评价、决策来优选出最佳的方

39、案。于通过科学的评价、决策来优选出最佳的方案。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计2. 2. 评价准则、评价指标和评价体系评价准则、评价指标和评价体系评价准则评价准则 设计目标设计目标 从哪些方面、以什么原则、达到什么标从哪些方面、以什么原则、达到什么标准为优；准为优； 设计指标设计指标 具体的约束限制。具体的约束限制。 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计评价指标评价指标系系统统功功能能：实实现现运运动动规规律律或或运运动动轨轨迹迹、实实现现工工艺艺动作的准确性、特定功能等；动作的准确性、特定功能等；运动性能运动性能：运转速度、行程可调性、运动精度等

40、；运转速度、行程可调性、运动精度等；动动力力性性能能：承承载载能能力力、增增力力特特性性、传传力力特特性性、振振动噪音等；动噪音等；工工作作性性能能：效效率率高高低低、寿寿命命长长短短、可可操操作作性性、安安全性、可靠性、适用范围等；全性、可靠性、适用范围等；经济性经济性：加工难易、能耗大小、制造成本等；加工难易、能耗大小、制造成本等；结构紧凑性结构紧凑性：尺寸、重量、结构复杂性等。尺寸、重量、结构复杂性等。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计评价体系评价体系 通通过过一一定定范范围围内内的的专专家家咨咨询询，确确定定评评价价指指标标及及其其评评定定方方法法。建建立立评评价

41、价体体系系，要要注注意意其其针针对对性性和和科科学性。学性。3.3.评价方法评价方法(1)(1)经验性的概略评价法经验性的概略评价法 请请多多名名有有经经验验的的专专家家根根据据经经验验采采用用排排队队法法或或排排除法直接评价。除法直接评价。(2)(2)计算性的数学分析评价法计算性的数学分析评价法 机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 评分法评分法 建建立立评评价价体体系系选选择择评评分分方方法法选选择择评评分分标标准准对对各各个个项项目目进进行行评评分分选选择择总总分分计计分分法法，计计算算总总分分选取高分者为优选方案。选取高分者为优选方案。 评评分分方方法法有有直直接接

42、评评分分法法和和加加权权系系数数法法。后后者者按按各各评评价价项项目目的的重重要要程程度度确确定定其其权权重重，每每项项打打分分都都乘乘以相应的加权系数。以相应的加权系数。评分标准评分标准 分值分值0 01 12 23 3 4 4优劣程度优劣程度不能用不能用达标达标比较好比较好良好良好理想理想机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计总分计算总分计算 方法方法计算公式计算公式相加法相加法Q=Q=q qi i连乘法连乘法Q=Q=q qi i均值法均值法Q=Q=q qi i/n/n i= i=1,2,1,2,n n 相对值法相对值法Q=Q=q qi i/nQ/nQ0 0 i= i=1

43、,2,1,2,n n Q Q0 0为理想值为理想值有效值法有效值法N=N=w wi iq qi i w wi i为加权系数为加权系数机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计 技术技术- -经济评价法经济评价法 综综合合考考虑虑了了技技术术类类指指标标和和经经济济类类指指标标，评评价价值值一般为相对于理想状态的相对值。一般为相对于理想状态的相对值。 模糊评价法模糊评价法 用用00，11区区间间内内的的连连续续数数值值代代替替评评分分法法中中的的离离散数值来表达评价值，使评价结果更为准确。散数值来表达评价值，使评价结果更为准确。(3)(3)实践性的试验评价法实践性的试验评价法 对对

44、重重要要的的方方案案设设计计问问题题，可可通通过过模模型型试试验验或或计计算机模拟实验来进行评价。算机模拟实验来进行评价。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计4. 4. 评价结果的处理评价结果的处理- -再设计再设计 设设计计的的过过程程是是一一个个设设计计- -评评价价- -再再设设计计- -再再评评价价的的过程，直到达到最优方案。过程，直到达到最优方案。典型例题典型例题 推推纸纸机机构构的的功功能能是是将将纸纸库库中中的的纸纸一一张张一一张张推推出出，主运动为往复直线运动。主运动为往复直线运动。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计现有三个方案：现有三

45、个方案：凸轮摆杆机构凸轮摆杆机构曲柄摆杆机构曲柄摆杆机构施蒂芬森机构施蒂芬森机构试用评分法进行评价。试用评分法进行评价。机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计P P1 1系统功能；系统功能；p p2 2 运动性能；运动性能；p p3 3动力性能；动力性能；p p4 4 工作性能；工作性能；p p5 5结构紧凑性结构紧凑性解：选用直接评分法、相加法，则有解：选用直接评分法、相加法，则有凸轮摆杆机构：凸轮摆杆机构：Q Q=1+0.75+0.75+0.75+0.75=4=1+0.75+0.75+0.75+0.75=4曲柄摆杆机构：曲柄摆杆机构：Q Q=0.75+0.75+0.75+

46、0.75+0.6=3.6=0.75+0.75+0.75+0.75+0.6=3.6施蒂芬森机构：施蒂芬森机构：Q Q=0.75+0.75+0.75+0.6+0.6=3.45=0.75+0.75+0.75+0.6+0.6=3.45故凸轮摆杆机构较优故凸轮摆杆机构较优机械原理机械原理机械执行系统方案设计机械执行系统方案设计参考文献参考文献1.1.曾曾惟惟庆庆，徐徐增增荫荫主主编编. . 机机构构设设计计. . 北北京京：机机械械工工业出版社，业出版社，199319932.2.孟孟宪宪源源主主编编. . 现现代代机机构构手手册册. .北北京京：机机械械工工业业出出版社，版社，199419943.3.邹邹惠惠军军编编著著. . 机机械械系系统统设设计计. . 上上海海：上上海海科科学学技技术出版社，术出版社，19961996