第15章 機械傳動系統(tǒng)方案設計

1、作者潘存云第第1515章章 機械系統(tǒng)方案的機械系統(tǒng)方案的設計151 機械系統(tǒng)方案設計的一般流程機械系統(tǒng)方案設計的一般流程 152 機械執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計機械執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計 153 常用機構的類型、特點及選用常用機構的類型、特點及選用154 機械執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設計機械執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設計 155 機構組合協(xié)調運動設計機構組合協(xié)調運動設計156 機械傳動系統(tǒng)方案設計和原動機選擇機械傳動系統(tǒng)方案設計和原動機選擇 作者潘存云機械傳動系統(tǒng)的組成：機械傳動系統(tǒng)的組成： 由若干種不同機構組合而成，能實現機械工藝過由若干種不同機構組合而成，能實現機械工藝過程所需運動的系統(tǒng)。程所需運動的系統(tǒng)。

2、作用：作用：1.實現預期運動實現預期運動 減速減速(或增速或增速)、變速、轉換運動形式和使執(zhí)行構件、變速、轉換運動形式和使執(zhí)行構件協(xié)調配合工作等運動要求。協(xié)調配合工作等運動要求。2.傳遞動力傳遞動力 把原動機輸出的功率或轉矩傳遞到執(zhí)行構件上去，把原動機輸出的功率或轉矩傳遞到執(zhí)行構件上去，以克服生產阻力。以克服生產阻力。3.運動操縱與控制運動操縱與控制 指現代機械 將光、機、電、液有機結合，借助于微機控制，自將光、機、電、液有機結合，借助于微機控制，自動實現機械所需的完整的工作過程。動實現機械所需的完整的工作過程。151 機械系統(tǒng)方案設計的一般流程機械系統(tǒng)方案設計的一般流程 作者潘存云提高機械的

3、性能與質量提高機械的性能與質量正確、合正確、合理的設計理的設計減少維護費用減少維護費用 故應予以高度重視降低制造成本降低制造成本機械傳動系統(tǒng)設計的特點機械傳動系統(tǒng)設計的特點 創(chuàng)造性的思維活動。創(chuàng)造性的思維活動。要求：要求：1)注重多學科知識的綜合應用；注重多學科知識的綜合應用；2)注重總結與實踐經驗的積累；注重總結與實踐經驗的積累；3)充分發(fā)揮創(chuàng)造思維和想象能力，靈活應用各種設充分發(fā)揮創(chuàng)造思維和想象能力，靈活應用各種設 計方法與技巧。計方法與技巧。以便設計出新穎、靈活、高效的機械傳動系統(tǒng)作者潘存云一、一、 機械產品設計的一般過程機械產品設計的一般過程 作者潘存云1)擬定機械的工作原理擬定機械的

4、工作原理2)確定傳動系統(tǒng)的傳動方案確定傳動系統(tǒng)的傳動方案3)確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案4)機構的選型，組合和變異機構的選型，組合和變異5)系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計6)方案分析和評審方案分析和評審1）擬定機械的工作原理）擬定機械的工作原理設計設計步驟步驟 光光 機機總功能要求總功能要求 電電 預期工藝動作預期工藝動作 磁磁 液液工作原理工作原理技術手段技術手段根據機械系統(tǒng)的總功能要求，運用物理學的、化學的、生物學等方面知識，光、機、電、磁、液相結合擬定出滿足功能要求的工作原理和技術手段，確定所要實現的工藝動作。作者潘存云2）確定傳動系統(tǒng)的傳動

5、方案）確定傳動系統(tǒng)的傳動方案1)擬定機械的工作原理擬定機械的工作原理2)確定傳動系統(tǒng)的傳動方案確定傳動系統(tǒng)的傳動方案3)確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案4)機構的選型，組合和變異機構的選型，組合和變異5)系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計6)方案分析和評審方案分析和評審設計設計步驟步驟確原動機的確原動機的類型和功率類型和功率實現功能實現功能工藝動作工藝動作構件數目構件數目運動形式運動形式運動參數運動參數運動協(xié)調運動協(xié)調配合關系配合關系生產阻力生產阻力根據功能和工藝動作，確定各執(zhí)行構件的數目、 運動形式、運動參數以及運動協(xié)調配合關系，生產阻力等，確原動機的類

6、型和功率。作者潘存云3）確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案）確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案 1)擬定機械的工作原理擬定機械的工作原理2)確定傳動系統(tǒng)的傳動方案確定傳動系統(tǒng)的傳動方案3)確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案4)機構的選型，組合和變異機構的選型，組合和變異5)系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計6)方案分析和評審方案分析和評審設計設計步驟步驟 執(zhí)行機構執(zhí)行機構執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行構件執(zhí)行構件狀態(tài)狀態(tài)形狀形狀位置位置檢測檢測度量度量對象性質對象性質 執(zhí)行系統(tǒng)包括執(zhí)行機構和執(zhí)行構件，這是利用機械來改變作業(yè)對象性質，狀態(tài)，形狀和位置，或對作業(yè)對象進行檢測、度量等，以進行生產

7、或達到其他預定的要求，執(zhí)行系統(tǒng)位于機械系統(tǒng)的未端，直接與作業(yè)對象接觸，是機械系統(tǒng)的輸出部分。作者潘存云4）機構的選型，組合和變異）機構的選型，組合和變異 1)擬定機械的工作原理擬定機械的工作原理2)確定傳動系統(tǒng)的傳動方案確定傳動系統(tǒng)的傳動方案3)確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案4)機構的選型，組合和變異機構的選型，組合和變異5)系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計6)方案分析和評審方案分析和評審設計設計步驟步驟動力、功能動力、功能選擇機構類型選擇機構類型進行機構變異進行機構變異擬定組合方案擬定組合方案繪制機械傳動繪制機械傳動系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)示意圖根據傳動系統(tǒng)，

8、執(zhí)行系統(tǒng)運動和動力學功能要求，選擇能實現這些功能的機構類型，必要時應對已有機構進行變異，創(chuàng)造出新型機構，并對所選機構進行組合，形成滿足運動和功能要求的機械系統(tǒng)方案，繪制系統(tǒng)的示意圖。作者潘存云5）系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計）系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計1)擬定機械的工作原理擬定機械的工作原理2)確定傳動系統(tǒng)的傳動方案確定傳動系統(tǒng)的傳動方案3)確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案4)機構的選型，組合和變異機構的選型，組合和變異5)系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計6)方案分析和評審方案分析和評審設計設計步驟步驟執(zhí)行構件運動參數執(zhí)行構件運動參數原動機的運動參

9、數原動機的運動參數 構件尺寸構件尺寸各構件運動協(xié)調性各構件運動協(xié)調性繪制運動簡圖繪制運動簡圖作者潘存云1)擬定機械的工作原理擬定機械的工作原理2)確定傳動系統(tǒng)的傳動方案確定傳動系統(tǒng)的傳動方案3)確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案4)機構的選型，組合和變異機構的選型，組合和變異5)系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計6)方案分析和評審方案分析和評審設計設計步驟步驟同一功能要求，可用不同的工作原理同一功能要求，可用不同的工作原理同一工作原理，可選不同的運動規(guī)律同一工作原理，可選不同的運動規(guī)律同一運動規(guī)律，可選不同類型的機構同一運動規(guī)律，可選不同類型的機構機械設機械

10、設計特點計特點多種不多種不同方案同方案運動要求運動要求動力要求動力要求結構緊湊結構緊湊確定最佳方案確定最佳方案作者潘存云1)擬定機械的工作原理擬定機械的工作原理2)確定傳動系統(tǒng)的傳動方案確定傳動系統(tǒng)的傳動方案3)確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案確定執(zhí)行系統(tǒng)的工作方案4)機構的選型，組合和變異機構的選型，組合和變異5)系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計系統(tǒng)中機構和構件運動協(xié)調性設計6)方案分析和評審方案分析和評審設計設計步驟步驟實現同一種功能可以采用多種工作原理。實現同一種功能可以采用多種工作原理。套絲套絲 搓絲搓絲 如螺紋加工如螺紋加工車削車削 工作原理不同，運工作原理不同，運動方案也不同。動方案也不同。機

11、械設計特點：機械設計特點： 作者潘存云 應根據機械的功能要求，基于不同的工作原理應根據機械的功能要求，基于不同的工作原理擬定出多種運動方案，進行綜合評價，從中選擇一擬定出多種運動方案，進行綜合評價，從中選擇一個最佳方案。個最佳方案。插齒插齒 剃齒剃齒 如齒輪加工如齒輪加工滾齒滾齒 即使工作原理相同，也可以有不同的運動方案。即使工作原理相同，也可以有不同的運動方案。加工刀具不同，運加工刀具不同，運動方案也不同。動方案也不同。二、機械傳動方案的評價二、機械傳動方案的評價1）評價指標）評價指標機械功能的實現質量機械功能的實現質量 精確性、穩(wěn)定性、適應性、擴展性；精確性、穩(wěn)定性、適應性、擴展性； 機械

12、工作性能機械工作性能 運轉的平穩(wěn)性、傳力性能、承載能力等；運轉的平穩(wěn)性、傳力性能、承載能力等； 作者潘存云機械的動力性能機械的動力性能 沖擊、振動、噪聲、耐磨性能等；沖擊、振動、噪聲、耐磨性能等； 機械的經濟性機械的經濟性 設計工作量大小、制造成本、維修難易、能耗等設計工作量大小、制造成本、維修難易、能耗等 機械結構的合理性機械結構的合理性 復雜程度、尺寸及重量大小等。復雜程度、尺寸及重量大小等。 2）評價方法）評價方法記分法記分法建立評價質量指標體系建立評價質量指標體系 根據評價對象的特點，確定用哪些指標來衡量根據評價對象的特點，確定用哪些指標來衡量各方案的優(yōu)劣。如沖床的增力性能、急回性能、

13、傳各方案的優(yōu)劣。如沖床的增力性能、急回性能、傳力性能、承載能力、力性能、承載能力、等等；等等； 步驟：步驟： 作者潘存云為每個指標確定分值為每個指標確定分值 總分定為總分定為100分，其余各指標按重要程度分配；分，其余各指標按重要程度分配； 聘請專家評分聘請專家評分 采用五級制：采用五級制： 0 0.25 0.5 0.75 1 分別對應于：分別對應于：很差、差、一般、較好、很好很差、差、一般、較好、很好 統(tǒng)計得分統(tǒng)計得分 計算分項平均值和總分平均值；計算分項平均值和總分平均值； 按總得分進行排序，確定最佳方案。按總得分進行排序，確定最佳方案。 作者潘存云設計機械產品時，首先應根據使用要求、技術

14、條件及工作環(huán)境等情況，明確提出機械所要達到總功能，然后擬定實現這些功能工作原理及技術手段；最后設計出機械系統(tǒng)傳動方案。152 機械執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計機械執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計產品功能產品功能用途、性能使用價值等，它是根據人用途、性能使用價值等，它是根據人 們生產或生活需要提出來的。們生產或生活需要提出來的。確定功能指標確定功能指標先進性先進性可行性可行性經濟性經濟性 物理學物理學化學化學 新成就新成就 生物學生物學 新原理新原理 滿足總功能需要滿足總功能需要設計新機械產品設計新機械產品作者潘存云光光機機電電磁磁液液氣氣新產品新產品 水洗水洗干洗干洗 洗衣洗衣超聲振蕩超聲振蕩機械攪拌機械攪拌

15、波輪式波輪式攪拌式攪拌式擺動式擺動式滾筒式滾筒式拍洗式拍洗式技術水平技術水平工作質量工作質量傳動方案傳動方案結構形式結構形式制造成本制造成本功能原理決功能原理決定了產品的定了產品的自動麻將機自動麻將機 功能原理的實現要體現一個功能原理的實現要體現一個“巧巧”字。字。 作者潘存云確定方案的原則：確定方案的原則：用最簡單的方法實現同一功能。用最簡單的方法實現同一功能。按摩椅中的按摩輪利用一個偏按摩椅中的按摩輪利用一個偏心空間凸輪同時實現三維方向心空間凸輪同時實現三維方向的按摩作用：的按摩作用：按摩輪按摩輪 橫向推拉橫向推拉 構思巧妙，結構非常簡單B縱向推拉縱向推拉 徑向振動擠壓徑向振動擠壓 ryx

16、z作者潘存云 當執(zhí)行構件的運動較復雜時，應將復雜運動分解當執(zhí)行構件的運動較復雜時，應將復雜運動分解成若干種簡單運動：成若干種簡單運動：插齒機加工齒輪插齒機加工齒輪讓刀運動讓刀運動切切削削運運動動0 0范成運動范成運動展成展成連續(xù)轉動連續(xù)轉動 切削切削往復移動往復移動 讓刀讓刀停歇移動停歇移動 插刀插刀運動運動 連續(xù)轉動連續(xù)轉動由齒輪機構實現由齒輪機構實現往復移動往復移動由連桿機構實現由連桿機構實現停歇移動停歇移動由凸輪機構實現由凸輪機構實現 作者潘存云掌握科學的創(chuàng)新思維方法至關重要：掌握科學的創(chuàng)新思維方法至關重要：在進行功能原理設計時，除了認真分析機械的功能目標，詳細地了解各種技術原理與操作方

17、法之外，還需要訓練科學的思維方法，要放開思路、大膽設想，盡可能多提出一些原理方案，然后再去粗取精(1)定向思維或邏輯思維定向思維或邏輯思維 特點：特點： 有規(guī)律可循。有規(guī)律可循。 功能目標功能目標 確定工作原理確定工作原理切削成形切削成形切削、沖壓、鉆磨等切削、沖壓、鉆磨等無切削成形無切削成形鑄造、擠壓、粉末冶金等鑄造、擠壓、粉末冶金等 改變物改變物 料形狀料形狀車車銑銑 刨刨磨磨切削切削 螺旋擠壓螺旋擠壓擠壓擠壓 合模擠壓合模擠壓 作者潘存云(2)多向思維或靈感思維多向思維或靈感思維 特點：特點：具有突發(fā)性、偶然性、獨創(chuàng)性、模糊性。具有突發(fā)性、偶然性、獨創(chuàng)性、模糊性。 螺旋機構螺旋機構 螺旋

18、壓力機螺旋壓力機 螺旋千斤頂螺旋千斤頂 剛性聯(lián)接剛性聯(lián)接 散料輸送機散料輸送機 螺桿泵螺桿泵 微動機構微動機構 快速連接快速連接 運動變換運動變換 利用螺旋機構的不同特性可獲得不同的應用：利用螺旋機構的不同特性可獲得不同的應用： 作者潘存云(3)聯(lián)想思維或形象思維聯(lián)想思維或形象思維 特點：特點：形象性、運動性、概括性、創(chuàng)造性形象性、運動性、概括性、創(chuàng)造性 。 類比類比聯(lián)想聯(lián)想綜合綜合改進改進現有產品啟發(fā)現有產品啟發(fā) 擬定新的工作原理擬定新的工作原理 自然現象啟發(fā)自然現象啟發(fā) 進而創(chuàng)新進而創(chuàng)新聯(lián)想聯(lián)想 血液流動機理血液流動機理 液體輸送引導機構液體輸送引導機構蒸汽頂開水壺蓋而聯(lián)想蒸汽頂開水壺蓋而

19、聯(lián)想 發(fā)明了蒸汽機發(fā)明了蒸汽機螺旋微動原理螺旋微動原理 千分尺千分尺作者潘存云15- -3 常用機構的類型、特點及選用常用機構的類型、特點及選用 一、機構的基本功能一、機構的基本功能 1、實現運動形式變換、實現運動形式變換轉動轉動 轉動轉動, 如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構作者潘存云15- -3 常用機構的類型、特點及選用常用機構的類型、特點及選用 一、機構的基本功能一、機構的基本功能 1、實現運動形式變換、實現運動形式變換轉動轉動 轉動轉動, 如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構轉動轉動 擺動擺動 如曲柄搖桿機構、擺動導桿機構，如曲柄搖桿

20、機構、擺動導桿機構， 擺動從動件凸輪機構。擺動從動件凸輪機構。作者：潘存云教授作者：潘存云教授12A1、實現運動形式變換、實現運動形式變換轉動轉動 轉動轉動, 如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構轉動轉動 擺動擺動 如曲柄搖桿機構、擺動導桿機構，如曲柄搖桿機構、擺動導桿機構， 擺動從動件凸輪機構。擺動從動件凸輪機構。作者潘存云1、實現運動形式變換、實現運動形式變換轉動轉動 轉動轉動, 如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構轉動轉動 擺動，如曲柄搖桿機構、擺動導桿機構，擺動，如曲柄搖桿機構、擺動導桿機構， 擺動從動件凸輪機構。擺動從動件凸輪機構。轉動

21、轉動 移動，如曲柄滑塊機構、齒輪齒條機構、移動，如曲柄滑塊機構、齒輪齒條機構、 螺旋機構、直動凸輪機構。螺旋機構、直動凸輪機構。作者潘存云1、實現運動形式變換、實現運動形式變換轉動轉動 轉動轉動, 如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構轉動轉動 擺動，如曲柄搖桿機構、擺動導桿機構，擺動，如曲柄搖桿機構、擺動導桿機構， 擺動從動件凸輪機構。擺動從動件凸輪機構。轉動轉動 移動，如曲柄滑塊機構、齒輪齒條機構、移動，如曲柄滑塊機構、齒輪齒條機構、 螺旋機構、移動從動件凸輪機構。螺旋機構、移動從動件凸輪機構。轉動轉動 單向間歇運動，如槽輪機構，不完全齒輪單向間歇運動，如槽輪機構，不

22、完全齒輪 機構，凸輪間歇運動機構。機構，凸輪間歇運動機構。作者：潘存云教授作者潘存云1、實現運動形式變換、實現運動形式變換轉動轉動 轉動轉動, 如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構如齒輪機構、帶機構、雙曲柄機構轉動轉動 擺動，如曲柄搖桿機構、擺動導桿機構，擺動，如曲柄搖桿機構、擺動導桿機構，擺動從動件凸輪機構。擺動從動件凸輪機構。轉動轉動 移動，如曲柄滑塊機構、齒輪齒條機構、移動，如曲柄滑塊機構、齒輪齒條機構、螺旋機構、移動從動件凸輪機構。螺旋機構、移動從動件凸輪機構。轉動轉動 單向間歇運動，如槽輪機構，不完全齒輪單向間歇運動，如槽輪機構，不完全齒輪機構，凸輪間歇運動機構。機構，凸輪間歇運動機構。擺

23、動擺動 單向間歇運動單向間歇運動 如齒式棘輪機構、摩擦式如齒式棘輪機構、摩擦式棘輪機械。棘輪機械。作者潘存云2、實現運動速度的變換、實現運動速度的變換 如齒輪機構的增速和減速。如齒輪機構的增速和減速。3、實現運動方向的變換、實現運動方向的變換 如外齒輪機構兩齒輪反向轉動、蝸桿傳動、圓錐如外齒輪機構兩齒輪反向轉動、蝸桿傳動、圓錐齒輪傳動的軸線分別為交錯、相交，轉動方向不同。齒輪傳動的軸線分別為交錯、相交，轉動方向不同。作者潘存云4、進行運動合成和分解、進行運動合成和分解如差動輪系和各種二自由度機構，可實現運動的合如差動輪系和各種二自由度機構，可實現運動的合成和分解。成和分解。5、實現某些特殊功能

24、、實現某些特殊功能如增力、擴大行程、微動、急回特性、定位等某些如增力、擴大行程、微動、急回特性、定位等某些特殊功能。特殊功能。作者潘存云二、常用機構的類型、特點二、常用機構的類型、特點 常用機構的運動及動力特性常用機構的運動及動力特性 作者潘存云常用機構的運動及動力特性常用機構的運動及動力特性 作者潘存云 常用機構的運動及動力特性常用機構的運動及動力特性 作者潘存云 在進行機構選型時要注意下列問題：在進行機構選型時要注意下列問題： 1)所選機構應盡量滿足或接近功能目標所選機構應盡量滿足或接近功能目標滿足動作要求實現某種運動形式的機構類型很多，可多選幾個，再進行比較，保留性能好的，淘汰不理想的。

25、 2)機構選型時應力求其結構簡單機構選型時應力求其結構簡單運動鏈要短，布局要緊湊運動鏈要短，布局要緊湊運動累積誤差小，有運動累積誤差小，有利于提高機構的運動精度和機械的效率。利于提高機構的運動精度和機械的效率。構件和運動副數目要少構件和運動副數目要少 材料耗費少，成本低。材料耗費少，成本低。 3)運動副元素結構要簡單運動副元素結構要簡單 制造容易且保證較高制造容易且保證較高的配合精度的配合精度平面機構中，低副機構比高副機構容易制造；平面機構中，低副機構比高副機構容易制造；低副機構中，轉動副比移動副容易保證配合精度。低副機構中，轉動副比移動副容易保證配合精度。作者潘存云 4)優(yōu)先選用基本機構優(yōu)先

26、選用基本機構 理由：理由：基本機械結構簡單、設計方案技術成熟。基本機械結構簡單、設計方案技術成熟。 5)要保證機構高速運轉時具有良好的動力特性要保證機構高速運轉時具有良好的動力特性 動力特性良好主要體現在要保證機械運轉時的動動力特性良好主要體現在要保證機械運轉時的動 平衡，使機械系統(tǒng)的振動降低到最低水平。平衡，使機械系統(tǒng)的振動降低到最低水平。 因此就希望對高速運轉機構盡量不采用桿式機構，若功能要求必須采用，則應采用多套機構合理布置的平衡方法來達到平衡。 6)機構選型須注意機械效益和機械效率問題機構選型須注意機械效益和機械效率問題 宜采用最大傳動角的機構以減小輸入軸上的扭矩。宜采用最大傳動角的機

27、構以減小輸入軸上的扭矩。 機械效益是衡量機構省力程度的一個重要標志，機構的傳動角越大，壓力角越小，機械效益越高，選型時作者潘存云154 機械執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設計機械執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設計 一、運動方案設計的主要內容與過程一、運動方案設計的主要內容與過程 1）設計內容）設計內容 功能原理設計功能原理設計 運動規(guī)律設計（動作分解與運動方案選擇）運動規(guī)律設計（動作分解與運動方案選擇） 執(zhí)行機構型式設計（型綜合）執(zhí)行機構型式設計（型綜合） 執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調設計執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調設計 機構尺度設計（尺度綜合）機構尺度設計（尺度綜合） 機構特性分析（運動分析與動力分析）機構特性分析（運動分析與動力分析） 方案評價

28、方案評價作者潘存云2）設計過程）設計過程 作者潘存云直線運動直線運動 曲線運動曲線運動 復合運動復合運動 往復擺動往復擺動執(zhí)執(zhí)行行構構件件運運動動形形式式旋轉運動旋轉運動 每分鐘轉數每分鐘轉數 rpm由兩個以上單一運動合成由兩個以上單一運動合成 間歇旋轉間歇旋轉停歇往復直線停歇往復直線停歇單向直線停歇單向直線沿可變曲線運動沿可變曲線運動 連續(xù)旋轉連續(xù)旋轉沿固定曲線運動沿固定曲線運動 往復直線往復直線每分鐘轉位次數、轉角大小、每分鐘轉位次數、轉角大小、運動系數運動系數每分鐘擺動次數、轉角大小、每分鐘擺動次數、轉角大小、行程速比系數行程速比系數每分鐘行程數目、大小、每分鐘行程數目、大小、行程速比系

29、數行程速比系數停歇次數、位置、時間、停歇次數、位置、時間、行程大小和工作速度行程大小和工作速度每次進給量的大小。每次進給量的大小。 二、執(zhí)行構件的運動形式和參數二、執(zhí)行構件的運動形式和參數 作者潘存云1）執(zhí)行構件運動形式舉例）執(zhí)行構件運動形式舉例 連續(xù)旋轉連續(xù)旋轉 間歇旋轉間歇旋轉 往復擺動往復擺動 旋轉運動旋轉運動車床主軸車床主軸 銑床主軸銑床主軸縫紉機軸縫紉機軸鱷式碎石機動腭板運動鱷式碎石機動腭板運動 壓縮機活塞的往復運動壓縮機活塞的往復運動自動機床工作臺的轉位自動機床工作臺的轉位 步進滾輪的步進運動步進滾輪的步進運動作者潘存云直線直線運動運動往復移動往復移動間歇往復移動間歇往復移動單向間

30、歇移動單向間歇移動 自動機床刀架的進退刀運動自動機床刀架的進退刀運動 供料機構的間歇供料運動供料機構的間歇供料運動 刨床工作臺的進給運動刨床工作臺的進給運動 壓縮機活塞的往復運動壓縮機活塞的往復運動沖床沖頭的沖壓運動沖床沖頭的沖壓運動 作者潘存云三、實現執(zhí)行構件各種運動形式的常用機構三、實現執(zhí)行構件各種運動形式的常用機構 連續(xù)旋轉連續(xù)旋轉運動機構運動機構摩擦傳動機構摩擦傳動機構嚙合傳動機構嚙合傳動機構連桿機構連桿機構 帶傳動帶傳動摩擦輪傳動摩擦輪傳動 齒輪傳動齒輪傳動蝸桿傳動蝸桿傳動鏈傳動鏈傳動雙曲柄機構雙曲柄機構平行四邊形機構平行四邊形機構 摩擦傳動機構的優(yōu)缺點：摩擦傳動機構的優(yōu)缺點：優(yōu)點：

31、優(yōu)點：結構簡單、傳動平穩(wěn)、易于實現無級變速、過載保護。結構簡單、傳動平穩(wěn)、易于實現無級變速、過載保護。缺點：缺點：傳動比不準確、傳遞功率小、效率低。傳動比不準確、傳遞功率小、效率低。1）實現連續(xù)旋轉運動的機構）實現連續(xù)旋轉運動的機構作者潘存云槽輪機構槽輪機構棘輪機構棘輪機構不完全齒輪機構不完全齒輪機構凸輪式間歇運動機構凸輪式間歇運動機構 齒輪齒輪-連桿機構連桿機構間歇旋轉間歇旋轉運動機構運動機構 適用于轉角固定適用于轉角固定 的轉位運動。的轉位運動。 每次轉角小，每次轉角小，或轉角大小可調的或轉角大小可調的低速場合。低速場合。大轉角而速度不高大轉角而速度不高 的場合。的場合。高速、高精度高速、

32、高精度 定位場合。定位場合。特殊要求輸送機構特殊要求輸送機構2）實現間歇運動的機構）實現間歇運動的機構作者潘存云3）實現往復移動往復擺動運動的機構）實現往復移動往復擺動運動的機構凸輪機構凸輪機構 組合機構組合機構 實現往復實現往復運動機構運動機構連桿機構連桿機構 螺旋機構螺旋機構 齒輪齒條機構齒輪齒條機構 液壓缸、氣缸液壓缸、氣缸 正弦機構正弦機構 正切機構正切機構 六連桿機構六連桿機構 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 連桿機構的特點：連桿機構的特點：制造容易、承載能力大，但難以實制造容易、承載能力大，但難以實現精確運動，適用于無嚴格運動規(guī)律的場合?，F精確運動，適用于無嚴格運動規(guī)律的場合。 凸輪機構

33、的特點：凸輪機構的特點：能實現任意復雜的運動和各構件之能實現任意復雜的運動和各構件之間的運動協(xié)調，承載能力不大。間的運動協(xié)調，承載能力不大。 作者潘存云3）實現往復移動往復擺動運動的機構）實現往復移動往復擺動運動的機構凸輪機構凸輪機構 組合機構組合機構 往復運動往復運動連桿機構連桿機構 螺旋機構螺旋機構 齒輪齒條機構齒輪齒條機構 液壓缸、氣缸液壓缸、氣缸 正弦機構正弦機構 正切機構正切機構 六連桿機構六連桿機構 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 螺旋機構的特點：螺旋機構的特點：可獲得大的減速比和較高的運動精可獲得大的減速比和較高的運動精度，常用作低速進給和精密微調機構。度，常用作低速進給和精密微調機構

34、。 齒輪齒條機構的特點：齒輪齒條機構的特點：適用于移動速度較高的場合，精適用于移動速度較高的場合，精密齒條制造困難，傳動精度及平穩(wěn)性不及螺旋機構。密齒條制造困難，傳動精度及平穩(wěn)性不及螺旋機構。 作者潘存云連桿機構連桿機構凸輪凸輪連桿組合機構連桿組合機構齒輪齒輪連桿組合機構連桿組合機構再現軌再現軌跡機構跡機構4）實現特定運動軌跡的機構）實現特定運動軌跡的機構攪拌機構攪拌機構作者：潘存云教授CBA DE齒輪齒輪桿組合機構桿組合機構凸輪凸輪連桿組合機構連桿組合機構作者潘存云再現軌再現軌跡機構跡機構連桿機構連桿機構凸輪凸輪連桿組合機構連桿組合機構齒輪齒輪連桿組合機構連桿組合機構聯(lián)動凸輪機構聯(lián)動凸輪機構

35、4）實現特定運動軌跡的機構）實現特定運動軌跡的機構聯(lián)動凸輪機構聯(lián)動凸輪機構1 作者潘存云155 機構組合協(xié)調運動設計機構組合協(xié)調運動設計 一、執(zhí)行機構的運動協(xié)調設計一、執(zhí)行機構的運動協(xié)調設計 為了使各執(zhí)行機構的執(zhí)行動作按工藝動作過程要求進行有序的、相互協(xié)調配合的動作，執(zhí)行機構的運動協(xié)調設計應滿足以下要求運動協(xié)調設計要求：運動協(xié)調設計要求：執(zhí)行機構的動作必須滿足工藝要求。執(zhí)行機構的動作必須滿足工藝要求。執(zhí)行機構的動作保證空間同步。執(zhí)行機構的動作保證空間同步。各執(zhí)行機構的動作周期盡量重合各執(zhí)行機構的動作周期盡量重合提高生產效率提高生產效率一個動作結束到另一個動作開始之間應有適當間隔一個動作結束到另

36、一個動作開始之間應有適當間隔 以免發(fā)生干涉。以免發(fā)生干涉。作者潘存云1）各執(zhí)行機構的動作在時間上協(xié)調配合）各執(zhí)行機構的動作在時間上協(xié)調配合 粉料壓片機需要實現粉料壓片機需要實現5個動作：個動作：移動料斗準備裝粉；移動料斗準備裝粉；料斗振動，將料斗內粉料料斗振動，將料斗內粉料 篩入型腔；篩入型腔；下沖頭下沉至一定深度；下沖頭下沉至一定深度；兩沖頭對沖，將粉料壓成藥片。兩沖頭對沖，將粉料壓成藥片。上沖頭快速退出，下沖頭將藥片上沖頭快速退出，下沖頭將藥片 推出型腔，完成壓片工藝過程。推出型腔，完成壓片工藝過程。作者潘存云2）各執(zhí)行機構的動作在空間上協(xié)調配合）各執(zhí)行機構的動作在空間上協(xié)調配合 不出現干

37、涉 3）運動速度的協(xié)調配合，如范成法刀具與工件。）運動速度的協(xié)調配合，如范成法刀具與工件。 4）多個執(zhí)行機構運動協(xié)調配合）多個執(zhí)行機構運動協(xié)調配合 曲柄搖桿機構中搖桿（打擊曲柄搖桿機構中搖桿（打擊鈑）的上下擺動，帶動沖頭也鈑）的上下擺動，帶動沖頭也做上下擺動。做上下擺動。 電磁鐵驅動裝有銜鐵的曲電磁鐵驅動裝有銜鐵的曲柄作往復擺動，帶動沖頭沿打柄作往復擺動，帶動沖頭沿打擊鈑上的導路作往復移動。擊鈑上的導路作往復移動。顯然這兩個機構的運動必須精確協(xié)調配合。紙板沖孔機采用兩組機構來實現沖孔工藝的動作：紙板沖孔機采用兩組機構來實現沖孔工藝的動作：作者潘存云二、機械運動循環(huán)圖設計二、機械運動循環(huán)圖設計定

38、義：定義：設計機械時，用以表示機械在一個工作循環(huán)過設計機械時，用以表示機械在一個工作循環(huán)過 程中，各執(zhí)行構件之間運動配合關系的圖形。程中，各執(zhí)行構件之間運動配合關系的圖形。定標件：定標件：用其運動位置（轉角或位移）作為確定其它用其運動位置（轉角或位移）作為確定其它 執(zhí)行構件運動先后次序的基準。執(zhí)行構件運動先后次序的基準。1）機械運動循環(huán)圖的類型）機械運動循環(huán)圖的類型直線式工作循環(huán)圖直線式工作循環(huán)圖 退回退回停停 止止沖沖 制制 進給進給沖頭沖頭送料器送料器曲柄轉角曲柄轉角 0 90 180 270 360此例中主軸作為定標件此例中主軸作為定標件 作者潘存云圓周式工作循環(huán)圖圓周式工作循環(huán)圖 圖示

39、為單缸四沖程內燃機的工作循環(huán)圖。曲軸圖示為單缸四沖程內燃機的工作循環(huán)圖。曲軸為定標件，轉為定標件，轉2圈為一個工作循環(huán)。圈為一個工作循環(huán)。 啟啟排排氣氣門門開開啟啟進進氣氣門門開開進進氣氣排排氣氣壓壓縮縮膨膨脹脹閉閉進進氣氣門門關關火火點點曲軸曲軸0 540 360 180 排排門門閉閉關關氣氣作者潘存云餅干餅干1342右折邊構件右折邊構件4餅干餅干23包裝紙包裝紙左折邊構件左折邊構件1餅干餅干1342餅干餅干1342餅干餅干1342左折邊構件左折邊構件右折邊構件右折邊構件餅干餅干1342包裝紙包裝紙兩個構件不能同時位于區(qū)域M把MAB中，以免干涉。MB A進進退退 靜止靜止 靜止靜止 靜止靜止

40、 進進退退 左執(zhí)行機構左執(zhí)行機構1 左執(zhí)行機構左執(zhí)行機構2 分配軸轉角分配軸轉角 0 90 180 270 360 直角坐標式工作循環(huán)圖直角坐標式工作循環(huán)圖 餅干包裝機工作循環(huán)圖中，餅干包裝機工作循環(huán)圖中，橫軸表示定標件的轉角，縱橫軸表示定標件的轉角，縱軸表示軸表示 執(zhí)行構件的轉角。執(zhí)行構件的轉角。作者潘存云2）機械運動循環(huán)圖的設計要點）機械運動循環(huán)圖的設計要點 循序漸進，依次作圖循序漸進，依次作圖 以工藝過程開始點作為機器工作循環(huán)的起始點，以工藝過程開始點作為機器工作循環(huán)的起始點，并確定起始執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖，其他執(zhí)行機構并確定起始執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖，其他執(zhí)行機構則按工藝動作順序先后列出

41、。則按工藝動作順序先后列出。非定標件，轉角換算非定標件，轉角換算 不在分配軸上的控制構件（一般是凸輪），應將不在分配軸上的控制構件（一般是凸輪），應將其動作所對應的中心角，換算成分配軸相應的轉角其動作所對應的中心角，換算成分配軸相應的轉角動作重疊，節(jié)省時間動作重疊，節(jié)省時間 盡量使各執(zhí)行機構的動作重合，以便縮短機器盡量使各執(zhí)行機構的動作重合，以便縮短機器工作循環(huán)的周期，提高生產率。工作循環(huán)的周期，提高生產率。作者潘存云2）機械運動循環(huán)圖的設計要點）機械運動循環(huán)圖的設計要點 預留間隔，避免干涉預留間隔，避免干涉 按順序先后進行工作的執(zhí)行構件，要求它們前按順序先后進行工作的執(zhí)行構件，要求它們前一執(zhí)

42、行構件的工作行程結束之時，與后一執(zhí)行構件一執(zhí)行構件的工作行程結束之時，與后一執(zhí)行構件的工作行程開始之時，應有一定的時間間隔和空間的工作行程開始之時，應有一定的時間間隔和空間裕量，以防止兩機構在動作銜接處發(fā)生干涉。裕量，以防止兩機構在動作銜接處發(fā)生干涉。避免突變，減小沖擊避免突變，減小沖擊 在不影響工藝動作要求和生產率的條件下，應在不影響工藝動作要求和生產率的條件下，應盡可能使各執(zhí)行機構工作行程所對應的中心角增大盡可能使各執(zhí)行機構工作行程所對應的中心角增大些，以便減小速度和沖擊等。些，以便減小速度和沖擊等。作者潘存云3）機器運動循環(huán)圖的設計步驟與方法）機器運動循環(huán)圖的設計步驟與方法 確定執(zhí)行機構

43、的運動循環(huán)時間確定執(zhí)行機構的運動循環(huán)時間Tp。 確定組成執(zhí)行構件運動循環(huán)的各個區(qū)段。確定組成執(zhí)行構件運動循環(huán)的各個區(qū)段。 初步繪制執(zhí)行機構中執(zhí)行構件的運動循環(huán)圖。初步繪制執(zhí)行機構中執(zhí)行構件的運動循環(huán)圖。 在完成執(zhí)行機構的設計后，對初步繪制的運動循在完成執(zhí)行機構的設計后，對初步繪制的運動循環(huán)圖進行修改。環(huán)圖進行修改。 進行各執(zhí)行機構的協(xié)調設計。進行各執(zhí)行機構的協(xié)調設計。作者潘存云15- -6 機械傳動系統(tǒng)方案設計和原動機選擇機械傳動系統(tǒng)方案設計和原動機選擇 一、傳動系統(tǒng)的作用及其設計過程一、傳動系統(tǒng)的作用及其設計過程 即根據設計任務書中即根據設計任務書中所規(guī)定的功能要求，所規(guī)定的功能要求，執(zhí)行系

44、統(tǒng)對動力、傳執(zhí)行系統(tǒng)對動力、傳動比或速度變化的要動比或速度變化的要求以及原動機工作特求以及原動機工作特性，選擇合適的傳動性，選擇合適的傳動裝置類型。裝置類型。確定傳動系統(tǒng)的總傳動比 選擇傳動類型 擬定傳動鏈的布置方案 分配傳動比 確定傳動機構的相關參數 繪制傳動系統(tǒng)運動簡圖 作者潘存云確定傳動系統(tǒng)的總傳動比 選擇傳動類型 擬定傳動鏈的布置方案 分配傳動比 確定傳動機構的相關參數 繪制傳動系統(tǒng)運動簡圖 15- -6 機械傳動系統(tǒng)方案設計和原動機選擇機械傳動系統(tǒng)方案設計和原動機選擇 即根據空間位置、運動和動力傳遞路線及所選傳動裝置的傳動特點和適用條件，合理擬定傳動路線，安排各傳動機構的先后順序，以

45、完成從原動機到各執(zhí)行機構之間的傳動系統(tǒng)的總體布置方案。一、傳動系統(tǒng)的作用及其設計過程一、傳動系統(tǒng)的作用及其設計過程 作者潘存云確定傳動系統(tǒng)的總傳動比 選擇傳動類型 擬定傳動鏈的布置方案 分配傳動比 確定傳動機構的相關參數 繪制傳動系統(tǒng)運動簡圖 15- -6 機械傳動系統(tǒng)方案設計和原動機選擇機械傳動系統(tǒng)方案設計和原動機選擇 根據傳動系統(tǒng)的組成方案，將總傳動比合理分配至各級傳動機構。一、傳動系統(tǒng)的作用及其設計過程一、傳動系統(tǒng)的作用及其設計過程 作者潘存云確定傳動系統(tǒng)的總傳動比 選擇傳動類型 擬定傳動鏈的布置方案 分配傳動比 確定傳動機構的相關參數 繪制傳動系統(tǒng)運動簡圖 15- -6 機械傳動系統(tǒng)方

46、案設計和原動機選擇機械傳動系統(tǒng)方案設計和原動機選擇 確定各級傳動機構的基本參數和主要幾何尺寸，計算傳動系統(tǒng)的各項運動學和動力學參數，為傳動機構的結構設計、強度計算和傳動系統(tǒng)方案評價提供依據和指標。一、傳動系統(tǒng)的作用及其設計過程一、傳動系統(tǒng)的作用及其設計過程 作者潘存云二、傳動類型的選擇二、傳動類型的選擇 （1） 機械傳動機械傳動定義：定義：利用機構所實現的傳動稱為機械傳動。利用機構所實現的傳動稱為機械傳動。優(yōu)點：優(yōu)點：工作穩(wěn)定、可靠，對環(huán)境的干擾不敏感。工作穩(wěn)定、可靠，對環(huán)境的干擾不敏感。缺點：缺點：響應速度較慢、控制欠靈活。響應速度較慢、控制欠靈活。（2）液壓、液力傳動）液壓、液力傳動液壓傳

47、動：液壓傳動：利用液體壓力來獲取機械能的傳動方式；利用液體壓力來獲取機械能的傳動方式；液力傳動：液力傳動：利用液體動能來獲取機械能的傳動方式；利用液體動能來獲取機械能的傳動方式；1）傳動類型及特點）傳動類型及特點 作者潘存云優(yōu)點：優(yōu)點：速度、扭矩和功率均可連續(xù)調節(jié)；速度、扭矩和功率均可連續(xù)調節(jié)；調速范圍大，能迅速換向和變速；調速范圍大，能迅速換向和變速；傳遞功率大；傳遞功率大；結構簡單，易實現系列化、標準化，使用壽命長；結構簡單，易實現系列化、標準化，使用壽命長；易實現遠距離控制、動作快速；易實現遠距離控制、動作快速；具有過載保護能力。具有過載保護能力。缺點：缺點：主要是傳動效率低，不如機械傳

48、動精確；主要是傳動效率低，不如機械傳動精確；制造、安裝精度要求高；制造、安裝精度要求高；對油液質量和密封性要求高。對油液質量和密封性要求高。作者潘存云（3）氣壓傳動）氣壓傳動 以壓縮空氣為工作介質的傳動以壓縮空氣為工作介質的傳動優(yōu)點：優(yōu)點：可快速實現往復移動、擺動和高速轉動，調速方便可快速實現往復移動、擺動和高速轉動，調速方便;氣壓元件結構簡單、適合標準化、系列化，易制造、氣壓元件結構簡單、適合標準化、系列化，易制造、易操縱、可直接用氣壓信號實現系統(tǒng)控制；易操縱、可直接用氣壓信號實現系統(tǒng)控制；管路壓力損失小，適于遠距離輸送；管路壓力損失小，適于遠距離輸送；與液壓傳動相比，經濟且不易污染環(huán)境，安

49、全、能與液壓傳動相比，經濟且不易污染環(huán)境，安全、能適應惡劣的工作環(huán)境。適應惡劣的工作環(huán)境。缺點缺點:傳動效率低；傳動效率低；因壓力不能太高，故不能傳遞大功率；因壓力不能太高，故不能傳遞大功率；因空氣的可壓縮性，故載荷變化時，傳遞運動不太因空氣的可壓縮性，故載荷變化時，傳遞運動不太平穩(wěn)，排氣噪音大。平穩(wěn)，排氣噪音大。 作者潘存云傳動比的變化及適用范圍：傳動比的變化及適用范圍：1）定傳動比傳動。）定傳動比傳動。輸入與輸出轉速對應，適用于執(zhí)行輸入與輸出轉速對應，適用于執(zhí)行機構工況固定、或其工況與原動機對應變化的場合。機構工況固定、或其工況與原動機對應變化的場合。2)有級變速傳動。有級變速傳動。一個輸

50、入轉速可對應于若干個輸出一個輸入轉速可對應于若干個輸出轉速，適用于原動機工況固定，而執(zhí)行機構有若干種轉速，適用于原動機工況固定，而執(zhí)行機構有若干種工況的場合，或用于擴大原動機的調速范圍。工況的場合，或用于擴大原動機的調速范圍。 3) 無級變速傳動。無級變速傳動。一個輸入轉速對應于某一范圍內無一個輸入轉速對應于某一范圍內無限多個輸出轉速，適用于執(zhí)行機構工況很多或最佳工限多個輸出轉速，適用于執(zhí)行機構工況很多或最佳工況不明確的情況。況不明確的情況。4)周期性變速傳動。周期性變速傳動。輸出角速度是輸入角速度的周期輸出角速度是輸入角速度的周期性函數，以實現函數傳動或改善動力特性。性函數，以實現函數傳動或

51、改善動力特性。 作者潘存云三、原動機的類型和特點三、原動機的類型和特點1）動力電動機）動力電動機2）伺服控制電動機）伺服控制電動機3）內燃機）內燃機4）液壓馬達）液壓馬達 5）氣動馬達）氣動馬達 優(yōu)點：優(yōu)點：驅動效率高；驅動效率高；有良好的調速性能；有良好的調速性能；可遠距離控制；可遠距離控制；啟動、制動、反向調速都易啟動、制動、反向調速都易控制，聯(lián)接方便；控制，聯(lián)接方便；功率范圍廣。功率范圍廣。缺點：缺點：不適于野外機動場合。不適于野外機動場合。作者潘存云三、原動機的類型和特點三、原動機的類型和特點1）動力電動機）動力電動機2）伺服控制電動機）伺服控制電動機3）內燃機）內燃機4）液壓馬達）液

52、壓馬達 5）氣動馬達）氣動馬達 能精密控制系統(tǒng)位置和角能精密控制系統(tǒng)位置和角度的一類電動機。度的一類電動機。特點：特點：它體積小、重量輕；它體積小、重量輕；具有寬廣而平滑的調速范圍具有寬廣而平滑的調速范圍和快速響應能力；和快速響應能力；機械特性和調節(jié)特性均為直機械特性和調節(jié)特性均為直線。線。 應用實例：應用實例：數控機床、工業(yè)機數控機床、工業(yè)機器人、火炮隨動系統(tǒng)等。器人、火炮隨動系統(tǒng)等。作者潘存云三、原動機的類型和特點三、原動機的類型和特點1）動力電動機）動力電動機2）伺服控制電動機）伺服控制電動機3）內燃機）內燃機4）液壓馬達）液壓馬達 5）氣動馬達）氣動馬達 分類：分類：柴油機、汽油機、氣體機。柴油機、汽油機、氣體機。優(yōu)點：優(yōu)點：功率范圍