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1、一、本章主要内容,1、了解机械系统设计的整个过程（执行系统方案设计、传动方案设计等）2、明确设计的目的，掌握各设计项目的设计内容和要求。,二、本章重点和难点,机械总体方案设计阶段的设计内容和设计思想,第十三章 机构设计的创新方法,一、概 述1、机器设计制造的一般过程机器的使用功能要求-用户市场需求决定机器的使用功能原理设计功能原理实现与分解-机构选型与运动协调机构设计-性能分析与尺寸优选零件设计-强度计算与结构设计工艺设计-加工过程与工装设计制造与装配-加工,装配,调试,机器的使用功能原理设计不同原理实现方式-得到不同原理的机器-原理创新-革命如何实现?实现功能的要求-物理化学原理-专业与行业
2、特点-学科交叉切削机床-去除金属的物理化学原理裁剪机-切割布料的物理化学原理相应的整台机器的机械功能(动作与外观)动作-运动与力,外观-造型,3 功能原理实现与分解实现整台机器物理化学原理的机械功能如何实现相应的机械功能机械功能-工艺动作-复合机械动作复合动作-运动,力和外观复合运动的分解-分解为简单 动作(运动与力),简单运动:回转运动,移动简单运动的实现:机构选型简单运动的合成-运动协调 外观-造型,4 运动方案设计实现机械功能-工艺动作-复合机械动作运动设计:机构选型设计,性能分析与尺寸优选机构选型设计:实现简单运动:回转运动、移动性能分析:使用、运动、动力、制造、维护尺寸优选:以提高运
3、动,动力性能为目标运动协调:多个机构实现复合工艺动作的协调关系,二 设计步骤,对使用功能进行功能与工艺动作分解专业知识 运动与力 的要求-执行构件的生产阻力,运动参数2.工艺动作的运动设计-机构选型与参数设计原动机-传动路线(机构)-执行机构(1)原动机的运动参数 回转运动 电机、液压马达、气动马达等 往复直线运动往复式油缸或气缸(2)回转运动 连续转动 转/分 间歇转动 次/分，动/停 往复摆动 次/分，摆角大小，行程速比系数,(4)机械传动系统方案的拟定机构的原始运动参数 1）执行构件的运动参数,(3)直线运动 往复直动 行程数/分，行程大小，行程速比系数 带停歇往复直动 次/分 停歇位置
4、,时间 行程 速度 带停歇单向直动 进给量/分,曲线运动 x,y 或 x=x(t),y=y(t),回转运动 连续转动 转/分 间歇转动 次/分，动/停 往复摆动 次/分，摆角大小，行程速比系数,直线运动 往复直动(行程数/分，行程大小，行程速比系数)带停歇往复直动(次/分 停歇位置 时间 行程 速度)带停歇单向直动(进给量/分),2）原动机的运动参数 回转运动 电机，液压马达，气动马达等往复直线运动往复式油缸或汽缸,各执行构件间的协调配合（）总传动比原动机的转速执行构件转速（）各执行构件间互相有关，须严格配合包括 a)运动速度的配合 b)动作的配合动作次序,机械的工作循环图-机械的运动循环图表
5、明机械一个工作循环中各执行构件的运动配合关系图 该图是将各执行机构的运动循环按同一时间（或转角）比例尺画出的循环图，并且以其某一主要执行构件的工作起点为基准来表示各执行机构的运动循环相对于该主要执行机构而动作的先后次序，既可以达到互相协调的目的，又最大限度地缩短运动循环周期，提高生产效率。常见的机械的运动循环图有：（）直线式工作循环图（）圆周式工作循环图（）直角坐标式工作循环图,特点：绘制方法简单，能清楚地表示出一个运动循环内各执行构件间运动的先后顺序和位置关系。但由于不能显示各执行构件的运动变化情况，只有简单的文字表述，使运动循环图的直观性较差。,绘制方法：将机械在一个工作循环中各执行构件各
6、运动区段的起止时间（或转角）和先后顺序，按比例绘制在直线轴上，形成长条矩形图，如图所示,（）直线式工作循环图,绘制方法：以原点O为圆心，作若干个同心圆环，每一个圆环代表一个执行构件。由各相应圆环分别引径向直线表示个执行构件不同运动区段的起始和终止位置，如图所示。特点：因为机械的运动循环通常是在主轴或分配轴转一周的过程中完成的，因此，能直观地看出各执行机构中原动件在主轴或分配轴上所处的相位，便于各执行机构的设计、安装和调试。但当执行构件较多时，因同心圆环太多而不够清晰，同样也不能显示执行构件的运动变化情况。,（）圆周式工作循环图,绘制方法：以横坐标轴代表机械的主轴或分配轴的转角，以纵坐标轴代表各
7、执行构件的角位移或线位移，如图所示，实际上就是各执行构件的位移线图。为简明起见，通常忽略实际的运动规律，将各运动区段用直线连接，只反映出各个执行构件间运动的协调配合关系即可。特点：形象、直观，不仅能清楚地表示出各执行构件的运动先后顺序，还能表示出执行构件的运动状态及运动变化情况。并能作为下一步机构几何尺寸设计的依据，因此得到广泛的应用。,（）直角坐标式工作循环图,机构系统运动循环图的作用有：,1）保证机器能按工艺动作要求协调工作；2）反映机器的生产节奏，可作核算机器生产率 的依据；3）指导机器各执行机构的设计、安装和调试。,选机构组合安排机构运动简图（）运动链短结构简单，效率高，精度高（）效率
8、高使主传动链具有较高效率（）机构的排列顺序要合理复杂运动形式的机构放在末端，靠近执行构件（连杆、凸轮、间歇机构）摩擦传动放在高速端，锥齿轮放在高速端（）合理分配传动比齿轮传动两级，两级以上减速器中带传动很少有两级以上（）运转安全,拟定运动方案的基本要求,三、常用机构的分析比较和机构的选型传递回转运动的机构摩擦传动简单、平稳、过载安全、传动比不准，效率低啮合传动（齿轮、齿条）传动比准、功率大、转矩大连杆机构（双曲柄）用于特殊传动实现单向间歇运动的机构槽轮机构动停换点有软冲。用于速度不大的场合棘轮机构冲击大，用低速场合不完全齿轮机构用轻载、低速场合凸轮式间歇机构用于高速场合,实现往复移动和往复摆动
9、的机构凸轮机构高副、受力不能太大，实现任意的运动规律，便于与其它机构协调配合连杆机构低副、运动规律难以实现，行程大螺旋机构传动比大、行程大、平稳、噪音小齿轮齿条功率大、适合高速、行程大的场合四、选择机构类型，拟定机械运动方案举例,要求执行构件4（蘸油辊5）和供油辊2满足的运动规律y4=y4(j1)和y2=y2(j1)如图所示，即原动件1在转一周的周期内，由下极限位置以等加速等减速运动规律顺时针转过27.4至上极限位置，然后停歇不动，最后又以等加速等减速运动规律返回至下极限位置。供油辊2在蘸油辊5同其接触中转过60，以何种运动规律转过60无特殊要求。,印刷机构件1的转速为30r/min 供油辊2
10、和蘸油辊5的直径D均为60mm。各固定铰链的相对位置及有关尺寸列于表中。,设计思考 1).执行构件4有往复运动规律要求，因此应选择一个摆动从动件凸轮机构。2).供油辊2有单向间歇转动的要求，且有较长时间的停歇，因此应选择一个间歇运动机构。3).因为给定原动件固定铰链O1的位置距执行构件有相当大的距离，因此，每条机构系统需要选择一个以上的机构。4).由于是印刷机械，带动执行构件运动不需要机构去克服大的载荷，故机构类型的选择和设计以满足运动要求为主。基于以上几点思考，拟定出以下三种可行的机构系统运动方案供分析、比较。,方案分析：a.机构最简单，运动链较短。b.两条机构系统中均采用了平行双摇杆机构，
11、使凸轮机构的摆动从动件EA和曲柄摇杆机构的摇杆GH均为两执行构件所要求的运动规律。这样方便了下一步的机构尺寸设计。c.平行四杆机构由于B、D两点相距较远，故连杆BD较长，由此引起平行四杆机构刚度较差，连杆BD受到意外碰撞力易产生弯曲变形。,系统运动方案一,系统运动方案二,方案分析：a.机构最简单，运动链较短。b.在较大空间内，有一长链条连续转动，使机器操作者安全感较差，链条外侧需加防护罩防护。c.因供油辊每次转动60，而无运动规律要求，故采用凸轮机构的必要性值得商榷。又因为要求摆动从动件FH的最大摆角为60，较大，因此在设计凸轮尺寸时，为使凸轮机构压力角在许用值范围内，凸轮基圆半径可能较大，故
12、凸轮尺寸也较大,系统运动方案三,方案分析：a.运动链较短，连杆机构部分刚性有改善。b.在较大距离内的链条传动，使机器操作者者安全感较差，链条外侧需加防护罩防护。c.不完全齿轮机构制造成本比棘轮机构要高，安装调试及使用中可调性较差。,(1).分析机械产品的生产工艺过程或其功能要求，确定若干个基本机构，从而也即确定所需的执行构件数及其基本运动形式和运动特性。,(2).合理选择机构类型，拟定机械运动方案。,(3).拟定机构系统的运动循环图。,(4).对所选的机构进行运动设计，确定各机构具体的几何尺寸，最后按比例绘制出机构系统的运动简图。,设计步骤,课程设计一周日程安排：第一天：布置任务，搞清要求，查资料，机构选型第二天：确定方案，第三天：机械系统草图（从原动机到执行构件）机构设计，解析法和图解法并行，上机第四天：运动分析，画图，上机第五天：力分析，画图，上机第六天：完成机械系统简图（从原动机到执行构件）运动循环图，写说明书，上机打印原程序 和计算结果,交：（1）1张2号图纸（2）说明书（按指导书要求写，另外要求写体会）（3）源程序及计算结果成绩：评价标准 1 按交的材料 2 按平时成绩 3 按答辩情况,
