機械運動方案設(shè)計、功能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成

1、機械運動方案設(shè)計、功能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成8.1 機械運動系統(tǒng)方案設(shè)計的內(nèi)容 8.2 機械運動系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的建立 8.3 確定機械運動系統(tǒng)的工作原理 8.4執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設(shè)計 8.5 機構(gòu)選型及其系統(tǒng)組成 執(zhí)行系統(tǒng)間運動的協(xié)調(diào)設(shè)計和運動循環(huán)圖 8.7方案評價與決策運動方案設(shè)計的必備知識充分了解并掌握各種常用機構(gòu)的基本知識必須了解和掌握各種動力源的性能和使用要求必須熟悉對設(shè)計方案的選擇有重要影響的周圍環(huán)境的信息充分重視其它學(xué)科的技術(shù)應(yīng)用 方案設(shè)計階段是決定產(chǎn)品性能、成本及競爭能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 8.1 機械運動系統(tǒng)方案設(shè)計的內(nèi)容機械系統(tǒng)是由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。 例：全自動洗

2、衣機機械運動方案設(shè)計是對機械進行設(shè)計的最為重要的環(huán)節(jié)。所謂運動方案的設(shè)計，即是設(shè)計者通過何種原動機及何種機構(gòu)組合為一部完成特定工作任務(wù)的機械系統(tǒng)的全面構(gòu)思，經(jīng)過參數(shù)計算與選擇用機構(gòu)運動簡圖表示出來。8.1.2 機械運動系統(tǒng)方案設(shè)計的流程 機械產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)一般要經(jīng)過產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計等幾個階段。機械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計是機械系統(tǒng)方案設(shè)計的核心。機械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計的過程主要包括七個步驟：1.功能原理設(shè)計；2.運動規(guī)律設(shè)計；3.執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計；4.執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計；5.機構(gòu)尺度設(shè)計；6.運動和動力分析；7.方案評價與決策。機械預(yù)期實現(xiàn)的功能要求（使用要求或者工藝要求)功能原理設(shè)

3、計運動規(guī)律設(shè)計（工藝動作分解和運動方案選擇）執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計（運動循環(huán)圖設(shè)計）機構(gòu)尺度設(shè)計（運動和動力設(shè)計）運動分析和動力分析方案評價繪制執(zhí)行系統(tǒng)運動簡圖構(gòu)思新功能原理構(gòu)思新運動規(guī)律改變機構(gòu)型式改變機構(gòu)參數(shù)改變設(shè)計策略不滿足要求功能原理設(shè)計 所謂功能原理設(shè)計即根據(jù)預(yù)期實現(xiàn)的功能考慮相應(yīng)的原理。 功能原理設(shè)計思路是：分析功能要求，根據(jù)功能要求提出可能實現(xiàn)它的功能原理。常用的功能原理有：摩擦傳動原理、流體傳動原理、電磁傳動原理、機械推拉原理、材料變形原理、光電原理、其它原理 例：取紙器預(yù)期實現(xiàn)的功能是：辦公室取便條用，每次取一張。要求：取用方便，美觀，成本低?？梢圆捎玫墓δ茉碛校?/p>

4、摩擦力、靜電吸力、切向力等原理實現(xiàn)分紙要求實現(xiàn)同一功能，可以選擇的原理很多。選擇的功能原理不同，所設(shè)計的機械在工作性能、工作品質(zhì)和適用場合等方面就會有很大的差異。返回 運動規(guī)律設(shè)計即決定實現(xiàn)工作原理選擇何種運動規(guī)律。運動規(guī)律設(shè)計思路是：通過對工作原理所提出的工藝動作進行分解，得到相應(yīng)的運動規(guī)律 例取紙器的運動規(guī)律設(shè)計：假設(shè)，我們選定的功能原理是摩擦力原理?？梢詫崿F(xiàn)該功能原理的運動規(guī)律有：平面摩擦、曲面摩擦實現(xiàn)。 可見相對同一原理，可以選擇的運動規(guī)律也很多返回執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計即決定實現(xiàn)上述運動規(guī)律選擇何種執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)。常見的機構(gòu)形式有：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、其它機構(gòu)、機構(gòu)組合、機構(gòu)變異例分紙器的執(zhí)

5、行機構(gòu)型式設(shè)計。可以實現(xiàn)其運動規(guī)律的機構(gòu)有：凸輪摩擦機構(gòu)，搖桿滑塊摩擦機構(gòu)。返回8.2 機械運動系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的建立 一臺機器所能完成的功能，則稱為機器的總功能。在實際工作中，要設(shè)計的機械產(chǎn)品往往比較復(fù)雜，難以直接求得滿足總功能的功能原理方案，因此必須采用系統(tǒng)分解的原理進行功能分解，將總功能分解為多個功能元，再分別對這些較簡單的功能元求解，然后利用組合的方法，形成多個對總功能求解的功能原理方案。8.2.1 建立機械運動系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的步驟1. 確定總功能 在此階段，設(shè)計者從設(shè)計任務(wù)出發(fā)，通過對機械運動系統(tǒng)進行合理的抽象來確定設(shè)計任務(wù)的核心，最終提煉出實現(xiàn)本質(zhì)功能的解。2. 功能分解 功能分解是指將

6、總功能分解為分功能，再將分功能繼續(xù)分解至不可再分的基本功能。3. 功能合成 功能合成是指將分功能與基本功能合成簡單、明確的功能結(jié)構(gòu)。一、功能原理的構(gòu)思與選擇 功能原理設(shè)計的任務(wù)，就是根據(jù)機械預(yù)期實現(xiàn)的功能要求，構(gòu)思出所有可能的功能原理，加以分析比較并根據(jù)使用要求或者工藝要求，從中選擇出既能很好的滿足功能要求，工藝動作又簡單的工作原理。功能原理設(shè)計是機械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計的第一步。實現(xiàn)同一功能要求可以選擇許多不同的工作原理，相應(yīng)的，執(zhí)行系統(tǒng)的方案就必然不同。 例：自動運送料板的裝置的功能原理構(gòu)思。實現(xiàn)自動送料可以有摩擦傳動原理、機械推拉原理、氣吸原理、磁吸原理等五、六種原理之多。 8.3 確定機械

7、運動系統(tǒng)的工作原理 用頂吸法吸走頂部一張料板分析：要求吸頭做L形運動，還要有附加的氣源用底部氣吸法吸出料板的邊緣，然后夾走分析：要求吸頭做L形運動，還要有附加的氣源將料板從底部推出，然后用夾板抽走。分析：運動規(guī)律簡單，但要求料板必須有一定的厚度。用摩擦板從頂部推出一張料板，然后夾走。 需要實現(xiàn)摩擦板的接近料板運動、送料運動和回退運動等，規(guī)律復(fù)雜 用摩擦輪將料板從底部滾出，然后夾走 需要實現(xiàn)摩擦輪的接近料板運動、送料運動和回退運動等，規(guī)律復(fù)雜 在進行機械的功能原理設(shè)計時一定要根據(jù)具體的使用要求，對各種可能的功能原理進行分析比較，確定既能很好的滿足機械預(yù)期的功能要求，工藝動作又可簡便實現(xiàn)的最佳工作

8、原理。二、功能原理的創(chuàng)造性 由于實現(xiàn)同一功能要求可以采用多種不同的工作原理，因此功能原理設(shè)計的過程是一個創(chuàng)造性的過程。分析綜合法 所謂分析綜合法是：將機械預(yù)期實現(xiàn)的功能分解為各種分功能，分析其本質(zhì)，進行各分功能原理設(shè)計，最后把分功能原理組合起來，組成一個新的系統(tǒng)。 將機械預(yù)期實現(xiàn)的功能分解為各種分功能，分析其本質(zhì)，進行各分功能原理設(shè)計，最后把分功能原理組合起來，組成一個新的系統(tǒng)。 阿波羅宇宙飛船技術(shù)中沒有一項是新的突破，都是現(xiàn)代技術(shù)，問題是怎樣將它們精確無誤的組織好，實行系統(tǒng)管理。 優(yōu)秀的組合也是一種創(chuàng)新的體現(xiàn)，這就是分析綜合法的精髓。思維擴展法功能原理設(shè)計是一個創(chuàng)造性過程，沒有發(fā)散思維就很難

9、有新的發(fā)現(xiàn)。 在功能原理設(shè)計中，有些功能用機械裝置是難以完成的，因此要盡量選擇先進、簡單、廉價的技術(shù)。比如在設(shè)計挖土機時，遇到這樣的一個問題：推土機挖掘濕的泥土，泥土?xí)吃谕诙分?，不易倒出，通常的解決思路是設(shè)計一套清掃裝置，但這會增加了裝置的復(fù)雜程度。 有人采用發(fā)散思維，提出可采用一種和泥土的摩擦系數(shù)小的材料做挖斗的表面材料，從而把問題轉(zhuǎn)到對新材料的探尋上。還原創(chuàng)新法所謂還原創(chuàng)新法，是已有的創(chuàng)造起點，重新返回到創(chuàng)造的原點，緊緊圍繞機械預(yù)期實現(xiàn)的功能要求另劈新徑，構(gòu)思新的功能原理。衣機的發(fā)明就是一個利用還原創(chuàng)新極其成功的例子。洗衣機的創(chuàng)造的起點是：在不損傷衣物的前提下，將贓物從衣物上分離出來。揉

10、搓原理：要設(shè)計模仿人手的機械手，難度大刷擦原理：很難把衣物各處都刷洗到捶打原理：易損壞衣物 后來，人們跳出傳統(tǒng)的洗衣方法，從洗衣預(yù)期實現(xiàn)的功能要求出發(fā)，利用一個波輪在水中旋轉(zhuǎn)，形成渦流來翻動衣物，達到清洗的目的。這就是著名的漂洗原理。它不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且安全可靠。8-4 執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設(shè)計 一、工藝動作分解和運動方案選擇 根據(jù)機械預(yù)期實現(xiàn)的功能要求確定了工作原理后，接下來就是進行運動規(guī)律設(shè)計。即根據(jù)功能原理提出的工藝動作，進行運動分解，構(gòu)思出恰當(dāng)?shù)倪\動規(guī)律。運動規(guī)律設(shè)計的根本目的，就是根據(jù)工作原理所提出的工藝要求構(gòu)思出能夠?qū)崿F(xiàn)該工藝要求的各種運動規(guī)律，然后從中選擇最為簡單適用的運動規(guī)律，作

11、為機械的運動方案。實現(xiàn)一個復(fù)雜的工藝過程，往往需要多種動作，而任何復(fù)雜的動作都是由一些最基本的運動合成的。所謂運動規(guī)律設(shè)計就是對工藝方法和工藝動作進行分析，把其分解成若干個基本動作。例：設(shè)計一臺加工內(nèi)孔的機床。加工內(nèi)孔機床的運動規(guī)律設(shè)計 從上面的的例子，我們可以看到，實現(xiàn)同一個工藝動作，可以分解成各種簡單運動，工藝動作分解的方法不同，所得到的運動規(guī)律和運動方案也大不相同，它們很大程度上決定了機械的特點、性能和復(fù)雜程度。此外運動規(guī)律的設(shè)計中，還要注意其變化規(guī)律的特點，即運動過程中速度和加速度變化的要求。運動規(guī)律設(shè)計的創(chuàng)造性 如前所介紹的，實現(xiàn)同一工作原理可以采用不同的工藝動作分解方法，設(shè)計出不同

12、的運動規(guī)律。因此，運動規(guī)律的設(shè)計也是一種創(chuàng)造性的工作。如果在設(shè)計中缺乏創(chuàng)新性，就難以設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、性能良好。具有競爭力的新產(chǎn)品。同功能原理設(shè)計一樣，運動規(guī)律設(shè)計的創(chuàng)新方法也有多種。常用的有：仿真法所謂仿真法就是模擬人或者動物的動作將工藝動作進行分解，構(gòu)思出實現(xiàn)某一工作原理的運動規(guī)律。 挖土機，其運動規(guī)律就是完全模仿人手挖土的工藝動作，它由上臂、肘、挖斗等組成，是一個很成功的設(shè)計。 思維擴展法并不是在任何情況下，仿真法都可以成功的，思維擴展法仍是一個很重要的創(chuàng)新方法。這里的思維擴展法是跳出原有的運動規(guī)律的設(shè)計模式，考慮新的運動規(guī)律。某滾珠軸承廠要設(shè)計一臺對滾珠的真圓度、表面粗糙度、材料均度等進

13、行綜合檢查的裝置： 用仿真法，要考慮滾珠的送料運動、直徑的測量運動、粗糙度的檢驗動作等。運動規(guī)律必定異常復(fù)雜 根據(jù)思維擴展法，考慮到被檢測對象的運動，利用滾珠在平面上跳動所走的路線來判定其是否合格。設(shè)計一個檢驗不同直徑的鋼珠的裝置，為了避免對鋼珠直徑的反復(fù)測量的這一動作，運用思維擴展法，讓鋼珠也參與到運動規(guī)律的設(shè)計當(dāng)中去。設(shè)計出如下所示的鋼珠選擇裝置： 設(shè)計計算機的繪圖機，根據(jù)計算機的命令，繪制任意形狀的平面曲線。繪圖筆和繪圖紙之間的相對運動，可以分解為兩個方向，縱向和橫向的，兩個方向的合成可以繪出任意形狀的平面圖形。工藝動作分解的不同，所形成的運動方案也不同。8.5 機構(gòu)選型及其系統(tǒng)組成 一

14、、執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計的原則1.滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動作和運動要求。滿足執(zhí)行構(gòu)件所需的運動要求，包括運動形式、運動規(guī)律或運動軌跡方面的要求，是執(zhí)行機構(gòu)形式設(shè)計時首先要考慮的最基本因素 2.設(shè)計機械時，在滿足工作要求的前提下，總希望機械結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕。所以我們應(yīng)該盡量減小機構(gòu)的尺寸。對于曲柄滑塊機構(gòu)來說，曲柄為回轉(zhuǎn)件，占有較大空間，故我們希望減小曲柄的長度。利用杠桿行程放大原理 利用活動齒輪倍增行程原理3.機械具有調(diào)節(jié)某些運動參數(shù)的能力：在某些機械的運轉(zhuǎn)過程中，有些運動參數(shù)需要經(jīng)常調(diào)節(jié)；而另一些機械中，雖然不需要在運轉(zhuǎn)過程中調(diào)節(jié)運動參數(shù)，但為了安裝調(diào)試方便，也需要機構(gòu)中有調(diào)整環(huán)節(jié)。 如下圖，

15、我們得到具有調(diào)節(jié)滑塊最大行程功能的機構(gòu)。 擺桿1可繞鉸鏈轉(zhuǎn)動，它所處的位置不同，滑塊的最大行程也隨之變化。擺桿1調(diào)到合適的位置后鎖緊，則機構(gòu)只有一個自由度。此時滑塊2在1上上下滑動。4.盡量簡化和縮短運動鏈，選擇較簡單的機構(gòu)。 實現(xiàn)同樣的運動要求，應(yīng)盡量采用構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)最少的機構(gòu)。這樣可以降低成本，減輕重量；減少摩擦損耗，提高效率；減少運動鏈累積誤差，提高傳動精度和可靠性；提高系統(tǒng)剛性。 5.選擇合適的動力源，有利于簡化機構(gòu)結(jié)構(gòu)和改善機械性能。 當(dāng)有氣、液源時，常采用氣動和液壓機構(gòu)，這樣既可以簡化機構(gòu)結(jié)構(gòu)，省去許多電動機、傳動機構(gòu)或轉(zhuǎn)換運動的機構(gòu)，又有利于操作、調(diào)速和減振。 6.選擇合適的

16、運動副形式 運動副在機械傳遞運動和動力的過程中起著重要作用，它直接影響到機械的結(jié)構(gòu)形式、傳動效率、壽命和靈敏度等。 一般來說，轉(zhuǎn)動副易于制造，易于保證運動副元素的配合精度，且效率較高；移動副制造較困難，不易保證配合精度，效率低且易自鎖或楔緊，故一般只宜用于作直線運動或?qū)⑥D(zhuǎn)動變?yōu)橐苿拥膱龊稀?7.使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力條件和動力特性 設(shè)計時，應(yīng)注意選用具有最大傳動角、最大增力系數(shù)和最高效率的機構(gòu)，這樣可以減小主動軸上的力矩和原動機的功率及機構(gòu)的尺寸和重量；應(yīng)盡量避免采用虛約束；高速運轉(zhuǎn)機構(gòu)應(yīng)考慮平衡設(shè)計等。 8.保證機械的安全運轉(zhuǎn) 必須考慮防止出現(xiàn)機械意外損壞或生產(chǎn)、人身事故。例如可以采取具有

17、過載保護功能的帶傳動、設(shè)置具有自鎖功能的蝸桿蝸輪機構(gòu)等。 二、機構(gòu)的選型 所謂機構(gòu)的選型，是利用發(fā)散思維的方法，將前人創(chuàng)造發(fā)明的各種機構(gòu)按照運動特性或動作功能進行分類，然后根據(jù)設(shè)計對象中執(zhí)行構(gòu)件所需要的運動特性或動作功能進行搜索、選擇、比較和評價，選出執(zhí)行機構(gòu)的合適形式。機構(gòu)選型的方法：1按照執(zhí)行構(gòu)件所需的運動特性進行機構(gòu)選型例：往復(fù)移動 曲柄滑塊機構(gòu)、移動導(dǎo)桿機構(gòu)、正弦機構(gòu)、移動從動件凸輪機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)、楔塊機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、氣動、液壓機構(gòu)等 2按照動作功能分解與組合原理及型機構(gòu)選型 任何一個復(fù)雜的執(zhí)行機構(gòu)都可以認(rèn)為是由一些基本機構(gòu)組成的這些基本機構(gòu)具有下圖所示的進行運動變換和傳遞動力的基

18、本功能。 總體功能可以分解成若干分功能。這樣的分解可用下式表達： U=(Ui) i=1,2,m 即總體功能U是由若干個分功能Ui組成的。而每一個分功能又可以用不同的機構(gòu)來實現(xiàn)，即Tj=(ti1,ti2,tin) j=1,2,n 式中，Tj為能夠完成該分功能的機構(gòu)的集合；Tij為對應(yīng)于一個能完成分功能Ui的機構(gòu)；n為能實現(xiàn)該分功能的機構(gòu)數(shù)目。若用Ui定義行，Tj定義列，tij為元素構(gòu)成矩陣，則可得如下的功能-技術(shù)矩陣： 由于總體功能是由若干個分功能組成的，因此，只要在矩陣的每一行任找一個元素，把各行中找出的機構(gòu)組合起來，就組成一個能實現(xiàn)總體功能的方案。故在確定了各分功能順序的前提下方案總數(shù)為 N

19、=nm例題】 精鍛機主機構(gòu)的總體功能：當(dāng)加壓執(zhí)行構(gòu)件（沖頭）上下運動時，能鍛出較高精度的毛坯。根據(jù)空間條件，驅(qū)動軸必須水平布置，加壓執(zhí)行構(gòu)件沿鉛垂方向移動。試構(gòu)思該執(zhí)行機構(gòu)的若干方案。解：第一步，首先進行動作功能分解。根據(jù)題目要求，該執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)具有以下功能：（1）運動形式變換功能 將驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動變換為沖頭的移動（2）運動軸線變向功能 將水平軸運動變換為鉛垂方向運動（3）運動位移或速度縮小功能 減小位移量（或速度），以實現(xiàn)增力要求傳動原理推拉傳動原理嚙合傳動原理 摩擦傳動原理 流體傳動原理 機構(gòu)功能連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)螺旋、斜面機構(gòu)齒輪機構(gòu)摩擦輪機構(gòu)流體機構(gòu)第二步，構(gòu)思出完成加壓執(zhí)行機構(gòu)總體功能的功

20、能-技術(shù)矩陣圖第三步，將各分功能進行組合，得出可行方案。 在每種確定的順序下，可得到63=216種方案，剔除不合理的方案。按上節(jié)所述原則并結(jié)合精鍛機的具體情況，選擇合適的方案，做進一步評價。 例如，若要機構(gòu)盡可能簡單，則可選擇矩陣的第一列（連桿機構(gòu)）和第二列（凸輪機構(gòu)），由于它們都同時兼有這三種基本功能，故只需選擇一個機構(gòu)，就能完成設(shè)計要求的三種功能，這是最簡單的方案。但是，由于凸輪機構(gòu)是高副接觸，接觸點壓力過大，故不宜采用；曲柄滑塊機構(gòu)的剛度較差，也不宜用在高精度的精鍛機上。因此還要選擇其它方案。 三、機構(gòu)的構(gòu)型 在根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動特性或功能要求采用類比法進行機構(gòu)選型時，若所選擇的機構(gòu)型式

21、不能完全實現(xiàn)預(yù)期要求，或雖能實現(xiàn)功能要求但存在著或結(jié)構(gòu)復(fù)雜、或運動精度不當(dāng)和動力性能欠佳、或占據(jù)空間較大等缺點，在這種情況下，設(shè)計者需要采用另一途徑來完成執(zhí)行機構(gòu)的型式設(shè)計，即先從常用機構(gòu)中選擇一種功能和原理與工作要求相近的機構(gòu)，然后在此基礎(chǔ)上重新構(gòu)筑機構(gòu)的型式，這一工作稱為機構(gòu)的構(gòu)型。它是一項比機構(gòu)選型更具創(chuàng)造力的工作。機構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型的過程：機構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型的常用方法：（一）擴展法 擴展法是根據(jù)機構(gòu)組成原理創(chuàng)新機構(gòu)的一種方法。當(dāng)用類比法選擇的基本機構(gòu)雛形在滿足運動特性或功能上有欠缺時，可以以此機構(gòu)為生長點，在其上聯(lián)接若干基本桿組構(gòu)筑出新的機構(gòu)形式。這種方法的優(yōu)點是在不改變機構(gòu)自由度的情況下，能增加

22、或改善機構(gòu)的功能。 例如，設(shè)計一個急回特性比較顯著、運動行程比較大的執(zhí)行機構(gòu)，通過類比法，可以得到擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，但其運動行程不夠大，需要以它為雛形進行擴展。 以擺動導(dǎo)桿機構(gòu)ABC為基本機構(gòu)，在其導(dǎo)桿CB的延長線上D點處連接一個雙桿組，形成如圖所示的六桿機構(gòu)，滿足急回、擴大行程等工作要求。 (二）組合法 機構(gòu)的組合是發(fā)明創(chuàng)造新機構(gòu)的重要途徑之一。常用的組合方式有串聯(lián)、并聯(lián)、反饋和復(fù)式組合等。 例如要使做往復(fù)擺動的執(zhí)行構(gòu)件具有顯著急回特性和較大擺動行程，當(dāng)不能完全滿足要求時，可將擺動導(dǎo)桿機構(gòu)與齒輪機構(gòu)串聯(lián)組合，這樣，固結(jié)在小齒輪上的執(zhí)行構(gòu)件不僅具有顯著急回特性，且可獲得較大的擺動行程。 （1）變異

23、法 機構(gòu)的運動主要取決于運動副的形狀、尺寸和位置。所謂機構(gòu)的變異就是通過運動副形狀、尺寸和位置安排上的變化生成新的機構(gòu)型式。常用的方法有運動倒置和運動副變換等。 運動倒置 所謂運動倒置就是機架變換。四桿機構(gòu)經(jīng)運動倒置后能生成不同功能的機構(gòu)、定軸輪系經(jīng)運動倒置后生成行星輪系，這些都是典型實例。例如，人類正常步行時，腳跟相對于腰部的軌跡如下圖?，F(xiàn)以六桿機構(gòu)來模擬人腳的運動，以不同構(gòu)件為機架可得到不同的方案。 運動副變換 運動副是機構(gòu)運動變換的主要元素，通過運動副變換生成新的機構(gòu)型式是機構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型的途徑之一。常見的有轉(zhuǎn)動副變?yōu)橐苿痈?、高副變?yōu)榈透薄⒌透弊優(yōu)楦吒钡?。這里介紹低副變?yōu)楦吒薄?gòu)件2為代換件

24、取構(gòu)件1為代換件 例題：干粉壓片機的功能是將不加粘結(jié)劑的干粉料壓成圓型片坯。根據(jù)生產(chǎn)條件和粉料的特性，決定選用電動機作為動力源，選擇剛體推壓傳動原理。其工作過程如下： 加入粉料下沖頭下沉上下沖頭加壓上沖頭退回，下沖頭上頂推走片坯 ，試對上沖頭主加壓機構(gòu)進行機構(gòu)型式設(shè)計。解：首先根據(jù)動作功能分解與組合原理進型機構(gòu)選型。上沖頭主加壓機構(gòu)應(yīng)具有以下基本功能： 運動形式變換功能（將驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動變?yōu)闆_頭的移動）、運動方向交替變換功能（沖頭往復(fù)運動）、運動縮小功能（減小速度，以獲得較大壓力）、運動停歇功能（沖頭加壓）。 取前三種必備功能構(gòu)思方案，每種基本功能僅列出一種基本機構(gòu)，可得到功能-技術(shù)矩陣： 機構(gòu)

25、功能連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)根據(jù)功能-技術(shù)矩陣圖，通過功能組合可得到多種方案，從中選出5個方案作為初選方案： 由于上沖頭在下移行程的末端還有停歇的附加要求，而初選方案均不具備這種功能，故需進行機構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型，以達到設(shè)計要求。 (1）擴展法 在四桿機構(gòu)連桿BC的延長線上找一點H，該點的運動軌跡中有一段直線或近似直線。在該點加一個RPR雙桿組，且使GH與此直線軌跡段平行，則當(dāng)H點運動在直線段上時，導(dǎo)桿GH將處于停歇狀態(tài)，即使沖頭F有了停歇功能。（2）組合法 方案采用四桿機構(gòu)與曲柄滑塊機構(gòu)的串聯(lián)組合，將兩機構(gòu)于極限位置時串聯(lián)，則該位置時滑塊F的速度為零，即滑塊實現(xiàn)了近似的停歇。（3）變異法 將鉸鏈四桿

26、機構(gòu)變?yōu)閿[桿機構(gòu)，得到擺動導(dǎo)桿機構(gòu)與擺桿滑塊機構(gòu)的串聯(lián)組合方案。 再將導(dǎo)桿槽改為曲線槽，則可使沖頭F獲得準(zhǔn)確的停歇功能。8.6 執(zhí)行系統(tǒng)間運動的協(xié)調(diào)設(shè)計和運動循環(huán)圖 當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定了機械的工作原理和各執(zhí)行機構(gòu)的運動規(guī)律、并確定了各執(zhí)行機構(gòu)的型式及驅(qū)動方式后，還必須將各執(zhí)行機構(gòu)統(tǒng)一于一個整體，形成一個完整的執(zhí)行系統(tǒng)，使這些機構(gòu)以一定的次序協(xié)調(diào)工作，互相配合，以完成機械預(yù)定的功能和生產(chǎn)過程。這方面的工作稱為執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計。一、執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計的原則 1. 滿足各執(zhí)行機構(gòu)動作先后的順序性要求 執(zhí)行系統(tǒng)中各執(zhí)行機構(gòu)的動作過程和先后順序，必須符合工藝過程所提出的要求，以確保系統(tǒng)中各執(zhí)行機構(gòu)最

27、終完成的動作及物質(zhì)、能量、信息傳遞的總體效果能滿足設(shè)計要求。 2.滿足各執(zhí)行機構(gòu)動作在時間上的同步性要求 為了保證各執(zhí)行機構(gòu)的動作不僅能夠以一定的先后順序進行，而且整個系統(tǒng)能夠周而復(fù)始地循環(huán)協(xié)調(diào)工作，必須使各執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)時間間隔相同，或按工藝要求成一定的倍數(shù)關(guān)系。 3滿足各執(zhí)行機構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求 各執(zhí)行機構(gòu)的空間位置應(yīng)協(xié)調(diào)一致，對于有位置制約的執(zhí)行系統(tǒng)，必須進行各執(zhí)行機構(gòu)在空間位置上的協(xié)調(diào)設(shè)計，以保證在運動過程中各執(zhí)行機構(gòu)間及機構(gòu)與環(huán)境間不發(fā)生干涉。 4. 滿足各執(zhí)行機構(gòu)操作上的協(xié)同性要求 當(dāng)兩個或兩個以上的執(zhí)行機構(gòu)同時作用于同一對象完成同一執(zhí)行動作時，各執(zhí)行機構(gòu)之間的運動必須

28、協(xié)調(diào)一致。 5.各執(zhí)行機構(gòu)的動作安排要有利于提高勞動生產(chǎn)率 為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡量縮短執(zhí)行系統(tǒng)的工作循環(huán)周期。通常有兩種辦法，一是盡量縮短各執(zhí)行機構(gòu)工作行程和空回行程的時間；二是在前一個執(zhí)行機構(gòu)回程結(jié)束之前，后一個即開始工作行程，即在不產(chǎn)生干涉的前提下，充分利用兩個執(zhí)行機構(gòu)的空間裕量。 6.各執(zhí)行機構(gòu)的布置要有利于系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)和效率的提高 當(dāng)系統(tǒng)中包含多個低速大功率執(zhí)行機構(gòu)時，以采用多個運動鏈并行的聯(lián)接方式；當(dāng)系統(tǒng)中有幾個功率不大，效率均很高的執(zhí)行機構(gòu)時，采用串聯(lián)方式比較適宜。二、執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計的方法冷霜自動灌裝機1.確定機械的工作循環(huán)周期。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中給定的理論生產(chǎn)率Q=30盒/mi

29、n，計算出該機械運動的循環(huán)周期T=60/30=2s2.確定機械在一個運動循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件的各個行程段及其所需時間。機械要完成的基本動作主要有以下四個： 1輸送帶的連續(xù)運動 2輪盤的間歇轉(zhuǎn)動 3頂桿的往復(fù)運動 4定量泵活塞的往復(fù)運動 輸送帶有一個行程區(qū)段連續(xù)運動；輪盤有兩個行程區(qū)段轉(zhuǎn)位和停歇，其動停比k=(z-2)/(z+2)=(6-2)/(6+2)=1/2，即在一個循環(huán)中，1/3的時間轉(zhuǎn)動，2/3的時間停歇；頂桿有六個行程區(qū)段上頂、停歇、下降、停歇、下降、停歇；定量泵活塞桿有兩個行程區(qū)段上升和下降3.確定各執(zhí)行構(gòu)件動作間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系 由于轉(zhuǎn)盤的運動軌跡和頂桿的運動軌跡是相交的，故還應(yīng)注意其空

30、間位置的協(xié)調(diào)性（滿足各執(zhí)行機構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求）。 由于頂桿與定量泵活塞桿的操作對象是同一空盒，在安排這兩個構(gòu)件的運動時應(yīng)注意使其協(xié)同一致（滿足各執(zhí)行機構(gòu)操作上的協(xié)同性要求）。 在保證不發(fā)生干涉的前提下，應(yīng)盡量使各機構(gòu)的動作有部分重合，以縮短機械的工作循環(huán)周期（執(zhí)行機構(gòu)的動作安排要有利于提高勞動生產(chǎn)率）。例如，在頂桿向上頂起空盒時，活塞桿就可以開始下移裝料，當(dāng)空盒被頂至預(yù)定位置時，灌裝正好開始。 自動灌裝機各執(zhí)行機構(gòu)協(xié)調(diào)配合的完整的執(zhí)行系統(tǒng)： 機械運動循環(huán)圖 用來描述各執(zhí)行構(gòu)件運動間相互協(xié)調(diào)配合的圖稱為機械的運動循環(huán)圖。 由于機械在主軸或分配軸轉(zhuǎn)動一周或若干周內(nèi)完成一個運動循環(huán)，故運動循環(huán)圖常以主軸或分配軸的轉(zhuǎn)角