機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計課件

機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計1一、機械設計的基本概念1、設計的目的設計是人類改造自然的基本活動，是復雜的分析、規(guī)劃、推形成產品，造福人類。2、機械設計的分類開發(fā)性設計——工作原理和設計方案全新的設計適應性設計——在原理方案基本保持不變的前提下，對產品做局部的變更或設計某些新部件，使產品更適應使用要求。變型設計——在工作原理和功能結構都不變的情況下，變更現(xiàn)有產品的配置和尺寸，甚至增加一些型號，使之擴大工作范圍，滿足更多領域要求。理與決策過程，設蘊計涵著都創(chuàng)蘊新和含發(fā)明著?！霸O創(chuàng)計新的目”的。是創(chuàng)，根新?lián)A，定的

目標，經過一系列規(guī)劃與分析決策，獲得系統(tǒng)的設計信息（文字、數(shù)據(jù)、圖可形以等）使，設形成計設別計方具案及一其格實施，文耳件，目進一而通新過制。造，2二、機械設計過程1、機械設計過程設計過程是指從明確設計任務到編制技術文件所進行的整個設計工作流程。2、機械設計過程的四個階段產品規(guī)劃——明確機械設計任務，提出設計任務書。原理方案設計——確定功能原理和機械運動方案,畫出機械運動簡圖。技術方案設計。(4)評估，改進與決策。3一、機構及其系統(tǒng)運動方案設計的主要內容三、機構及其系統(tǒng)運動方案設計（3）水斗連續(xù)提升（增大水斗里的水的勢能）。1、 功能原理方案設計功能原理方案設計功能原理設計工藝動作過程設計例：從井中提水，可采用不同的功能原理：機械作功改變水的動能，迫使水向上運動，達到提升水的要求；改變容體容積，利用大氣壓力，達到提升水的要求（抽、吸、提升）；42、運動規(guī)律設計3、機構系統(tǒng)運動方案設計根據(jù)功能原理方案中提出的工藝動作過程及各工藝動作的運動規(guī)律要求，選擇相應的若干執(zhí)行機構的形式，按某種方式將其組合成一個機構系統(tǒng)，以確保上述工藝動作過程的實現(xiàn)。機構選型、組合、創(chuàng)新——機構系統(tǒng)簡圖4、機構系統(tǒng)運動簡圖設計機構系統(tǒng)簡圖——運動協(xié)調設計——機構運動循環(huán)圖——尺度綜合——機構系統(tǒng)運動簡圖二、機構系統(tǒng)運動簡圖設計流程5使用要求（工藝要求）功能原理設計工藝過程設計工藝動作設計工藝動作的運動規(guī)律及運動參數(shù)設計各分解運動規(guī)律及參數(shù)的設定執(zhí)行構件運動分解實現(xiàn)各分解運動的執(zhí)行機構型綜合組成機構系統(tǒng) 運動協(xié)調設計繪制機構系統(tǒng)運動簡圖機構運動參數(shù)確定運動循環(huán)圖制定運動分析傳力特性分析評價改變機構尺寸決策6機構及其系統(tǒng)運動方案設計7機構選型8一、執(zhí)行構件的運動形式1、旋轉運動：連續(xù)旋轉運動，間歇旋轉運動，往復擺動。2、直線運動：往復移動，間歇往復移動，單向間歇直線移動。3、曲線運動：執(zhí)行構件上某一點作特定的曲線（軌跡）運動。4、剛體導引運動：一般指非連架桿的執(zhí)行構件的剛體導引運動。5、特殊功能運動：如微動、補償、換向等。二、機構選型的基本要求91、滿足工藝動作及其運動規(guī)律的要求。高副機構、低副機構、注意約束在機構中的作用、適當設置調整環(huán)節(jié)。2、機構的運動鏈要短。3、機構的傳力性能要好。傳動角（壓力角）、防止自鎖、慣性力平衡。

4、動力源的選擇應有利于簡化機構和改善運動質量電機（交流電機、直流電機、伺服電機、步進電機、交流變頻電機）、內燃機、液壓馬達、氣動馬達。創(chuàng)新設計的原理與方法一、創(chuàng)新性基本原理101、發(fā)展原理：就是要打破舊結論，發(fā)展新事物（飛機發(fā)明、縫紉機）。2、發(fā)散原理：

就是要突破現(xiàn)有辦法，多角度思考問題，發(fā)展新思路。3、觸發(fā)原理：

將不相關的事物，通過觸發(fā)聯(lián)系，就可得到新的啟示。

（噴灑香水—汽化器）二、創(chuàng)新性思維活動方式1、發(fā)散思維：以某種思考對象為中心，充分發(fā)揮已有的知識和經驗，通過聯(lián)想、類比等思考方法使思維向各個方向擴散開來，從而產生大量構思求得多種方法和獲得多種不同結果。2、收斂思維：利用已有的知識、經驗進行分析比較優(yōu)化篩選，從足夠多的方案中選取最佳方案。3、側向思維：它是用其他領域里的觀念、知識、方法來解決本領域的問題。4、逆向思維：它是索源思維，即反向思考問題。5、理想思維：即將問題理想化，除去的繁雜的外”，抽取簡明的“內核”，進行思維處理，往往容易抓住事物的本質，得到創(chuàng)新性成果來。11三、創(chuàng)造法則121、還原抽象法則：由現(xiàn)有的事物，研究抽象出其創(chuàng)造起點，然后由創(chuàng)造起點出發(fā)，采用不同的技術、方法，得出新的創(chuàng)造性成果。2、模仿移植法則：模仿已有的事物，進行新的創(chuàng)造，并移植到其他領域，以取得新的成果。3、離散組合法則：將兩種或多種技術、產品的一部分或全部進行適應組合，可形成新技術、新產品；而將研究對象加以分離，同樣可獲得新技術、新產品。4、分析綜合法則：通過對事物得分析、比較研究獲得其本質內容，然后再按其內容本質，把相關的概念、事實、信息方法巧妙地結合，形成新的創(chuàng)造性成果。四、創(chuàng)造技法131、頭腦風暴法：創(chuàng)造性思維的自由奔放、打破常規(guī)和激烈涌現(xiàn)（1938 美.A.F.奧斯本）。小組討論: 人員不超過10人，會議目標明確，有所準備。鼓勵思考，標新立異。而不允許批評，不泛泛空談，及時歸納，不過早下結論，不實行少數(shù)服從多數(shù)。2、聯(lián)想移植法：通過聯(lián)想獲得不同研究對象的粗略對應及類似特征，然后進一步分析、類比，便可將某一領域的原理，技術、方法移植到另一領 域中去。3、列舉思考法4、功能思考法機構構型的創(chuàng)新設計方法一、機構構型的變異創(chuàng)新設計1、機構的倒置：機構內運動構件與機架的轉換。A14lR23B5O1

PSOAB12142、機構的擴展：以原有機構作為基礎，增加新的構件，構成一個擴大的機構。153、機構局部結構的改變（１）構件的運動結構改變34abOO112c120o4r3（２）機構的主動構件被另一自由度F=1的機構和構件組合所置換b25αa116４、機構的移植與模仿將一機構中的某種結構應用于另一種機構中的設計2方法，成為結構的移植。利用某一結構特點設計新的機構，稱為結構的模仿。1

2145213217354５、機構運動副類型的變換改變機構中某個和多個運動副的型式，可設計創(chuàng)新出不同運動性能的機構。

１）轉動副與移動副之間的變換；２）高副與低副之間的變換。ABCCBAOO18二、利用機構運動特點創(chuàng)新機構利用現(xiàn)有機構工作原理，充分考慮機構運２、利用兩構件相對運動關系設計新機構；３、用成型固定構件實現(xiàn)復雜動作過程。124C排油孔吸油孔ADB12347C

35動特點、各構件相對運動關系及特殊的構件形狀等，1可創(chuàng)新設計出新的機構。

１、利用連架桿和連桿運192動特點設折計邊新式機包構裹；包裝和模板三、基于組成原理的機構創(chuàng)新設計；根據(jù)機構組成原理，可將零自由度的桿組依次聯(lián)接到原動件和機架上去，或者在原有機構的基礎上，搭接不同級別的桿組，均可設計出新的機構。１、將桿組依次聯(lián)接到原動件和機架上去，設計新機構

２、將桿組聯(lián)接到機構上設計新機構；３、根據(jù)機構組成原理優(yōu)選出合適的機構構型。挑線刺布機構的組成閥門啟閉機構的組成牛頭刨床BCEFDω改變ABACDD機構慣車輪減20的組機性震構機構成特篩性車輪減震機構的六種方案21四、基于組合原理的機構創(chuàng)新設計（一）機構的串聯(lián)組合將兩個或兩個以上的單一機構按順序連接，每一個前置機構的輸出運動是其后續(xù)機構的輸出運動，這樣的組合方式稱之為機構的串聯(lián)組合。輸入輸出Φ0Φ1

Φ2Φ3ⅠⅡ22Ⅲ1、構件固接式串聯(lián)若將前一個機構的輸出構件和后一個機構的輸入構件固接，串聯(lián)組成一個新的復合機構，這稱之為構件固結式串聯(lián)。（1）將勻速運動機構作為前置機構與另一機構串聯(lián)，可以改變輸出運動的速度和周期。82

31ψ雙曲柄機構與六桿機構串聯(lián)65432S

=

g[f(φ)]δα

S=

g(ψ

)1串聯(lián)7S槽輪1機構4與導桿機6

構52345SBAD7M（２２、軌）跡將點一串個聯(lián)非勻速運動機構作為前置機構與工作機構串聯(lián)，假則若可前改一變個機基構本的機構速的度輸特出性為。平面運動構件上某一點Ｍ的軌23（跡３，φ）通由過若軌干跡個點子Ｍ機與構后串一聯(lián)個組機合構可相得連到，傳這力種性連能接較方好式的稱機為構“軌系跡統(tǒng)。點串聯(lián)“。（二）機構的并聯(lián)組合以一個多自由度機構作為基礎機構，將一個或幾個自由度為１的機構（可稱為附加機構）的輸出構件接入基礎機構，這種組合方式稱為并聯(lián)組合。并聯(lián)組合的幾種常見方式：24鐵板傳送機構3241BACED12DAⅠ34H

2ⅢBACHDⅡ故當時25誤差校正機構1232ⅡⅢ1262φ2S1φ13（三）機構的混接式組合綜合運用串聯(lián)—并聯(lián)組合方式可組成更為復雜的機構，此種組合方式稱之為機構的混接式組合。27平臺印刷機版臺傳動機構基礎機構Ⅲ：兩自由度的齒輪條機構。附加機構：雙曲柄機構Ⅰ、曲柄滑塊機構I’與凸輪機構Ⅱ。輸入運動：曲柄ＡＢ的勻速轉動。輸出運動：上齒條固結的版臺往復運動。ⅠⅡⅠ

’ⅢⅡⅠ

’ⅢⅠDABDEFⅢ28ABDCEFⅠ

’Ⅰ版臺傳動機構平臺印刷機C（四）基于組合原理的機構設計舉例29步驟：根據(jù)機械的工作原理確定執(zhí)行構件所要完成的運動；將執(zhí)行構件的運動分解成機構易于實現(xiàn)的基本運動或動作，分別擬訂能完成這些基本運動或構型的方案；將上述各機構構型方案按某種組合方式組成一個新的復合機構。包裝機的推包機構方案設計SL’THC1C2LB1r0oB2180oOω270oθ（２）方案設計301

1（運１動）協(xié)執(zhí)調行：構為件使的水運平動移要動求和：上執(zhí)、行下構運件動：協(xié)平調進，－對平凸退輪－機下構降進行演?－變運低，動位使分平其解退既：－作水上水平升平方的方向運向的動移左軌動右跡，移。又動平作＋進擺上Ｌ動升；。、平下退降Ｓ運；動上升、下?機降機構Ｈ構組。選合型：：以演變后的凸輪機構（具有兩個自由度）作為水基平礎機方構向，移采動用：并曲聯(lián)柄組滑合塊方機式構，O將B兩C套C曲來柄完滑成快；機構（其原動上件、相下位運不動同：）擺和動暴從動動從件動移件動凸凸輪輪機機構構組來成完推成包。機構。執(zhí)行機構運動規(guī)律及運動協(xié)調設計31執(zhí)行機構運動規(guī)律設計32一、功能原理與工藝動作設計之間的關系1、實現(xiàn)同一使用要求或工藝要求，可能采用不同的功能原理。例：井中取水，可采用三種不同的功能原理。2、采用不同的功能原理，必然導致采用不同的工藝動作。a）采用改變水的動能的功能原理——葉片高速旋轉

b）采用改變容體容積——往復移動（往復泵）；往復擺動（擺動泵）；旋轉運動（旋轉泵）；3、采用相同的功能原理，也可能采用不同的工藝動作。4、對于比較復雜的使用要求和工藝要求，往往需要多個功能原理組合成一個總的功能原理來滿足。（如自動機：工藝要求復雜）二、工藝動作設計與運動方案設計的關系1、工藝動作設計得不相同，設計出的機構運動方案也就不相同；2、不同的機構可能實現(xiàn)同一工藝動作，滿足同樣的使用要求；3、為獲得好的運動方案，就應當擬定評價體系，并據(jù)此體系進行綜合評價才能作出決策。例：從井中提水1、采用往復移動的工藝動作改變容積；2、采用往復擺動的工藝動作改變容積；3、采用旋轉工藝動作改變容積；33三、工藝過程設計根據(jù)已擬定的功能原理及工藝動作進行工藝過程設計。工藝過程設計的總要求：工序集中原則；工序分散原則：工序能集中就盡量集中，集中有困難，就分散。各工序的工藝時間相等原則；多工件同時加工原則；縮短工作周期原則：各執(zhí)行構件工作時間重疊；工作時間與空行程時間互相重疊；空行程與空行程時間互相重疊。34四、運動規(guī)律設計1、根據(jù)使用要求和功能原理，制定合理的運動規(guī)律。應充分考慮使用要求和功能原理。在滿足使用要求的前提下，應盡可能設計出簡單且易于實現(xiàn)的運動規(guī)律。必要時，應重新構思新的功能原理。為使工藝過程自動化，原封不動的按傳統(tǒng)工藝動作去設計自動化機構系統(tǒng)，其效果往往是不好的。2、把復雜的運動規(guī)律（工藝動作）進行分解。1）機構所能實現(xiàn)的基本運動行式：往復擺動 往復移動 間歇運動單向轉動

單向移動軌跡運動

35（2）不同特性比較復雜的運動。（3）相同特性運輸出位移量的效果。（4）復雜的曲的簡單移動或一個簡單移動和轉動的非勻速運動合成往往可以實現(xiàn)動合成往往可以得到增加或減小線運動往往可以分解成不同方向。ω1156a4bc1別用比較簡單的機構予以實現(xiàn)，然后5合成之。2）常見的運s

動分解合成情況αω2β4β3γα31222

35baS136γ

2

φ般可分解為一個勻速運動與一個附加46

的往復運動，并且4

分5（1）某些周期性x運動（包括間歇運動機構與非勻速運動一y233

5x(a)(b)3、要使分解后的運動規(guī)律協(xié)調配合37簡單情況可采用機構合成法將多個分解運動輸入到具有多個自由度的機構中，合成為一個復雜的運動?？刹捎梅峙漭S的方法使各分解運動協(xié)調配合可采用電氣控制或計算機數(shù)字控制的方法使各分解運動協(xié)調配合。執(zhí)行機構運動協(xié)調設計一、執(zhí)行機構的布局1、執(zhí)行構件的布置特別要考慮到控制此執(zhí)行構件運動的執(zhí)行機構的安裝是否方便2、執(zhí)行機構的布置與執(zhí)行構件的聯(lián)接是否方便；執(zhí)行機構原動件布置的位置是否恰當；盡可能接近執(zhí)行構件；使各執(zhí)行機構原動件盡可能集中布置在一根 軸或少數(shù)幾根軸上；各原動件應保持等速或定速比。38二、執(zhí)行機構運動協(xié)調設計應滿足的要求

保證各執(zhí)行機構動作的順序性；

各執(zhí)行構件的動作在時間上同步；

保證空間的同步性；

保證系統(tǒng)各執(zhí)行構件對操作對象的操作具有單一性或協(xié)同性；

二執(zhí)行構件的動作之間應保持時間上的間隔，以避免動作銜接處發(fā)生干涉；39例：粉料壓片機（2）執(zhí)行構件：3、9、5。（3）執(zhí)行機構圖凸輪連桿機構Ⅰ、凸輪機構Ⅱ、凸輪多桿機構Ⅲ、凸輪機構Ⅳ（4）協(xié)調安排圖115（1）執(zhí)行構件完成的動作：?

移動料斗3至模具11的型腔上方，并準備將粉料裝入型腔；?

料斗振動，將粉料裝入型腔；?

下沖頭5下沉，以防止上沖頭9下壓時將型腔內粉料抖出；?

上沖頭下壓，下沖頭上壓，將粉料加壓并保壓一定時間，使藥片成型較好；?

上沖頭快速退出，下沖頭隨之將壓好的藥片推出型腔，完成壓片工藝過程。

310

9113103895746102Ⅰ1ⅢⅣ6

Ⅱ1110分配5軸φφ1φ2

φ3φ4ⅣⅠ

9ⅡⅢS1S2S3S440三、執(zhí)行機構運動協(xié)調設計的分析計算411、各執(zhí)行機構運動循環(huán)時間同步化計算確定最大工作循環(huán)周期Tmax；確定機械最小工作循環(huán)周期Tmin；確定合理的機構系統(tǒng)的工作循環(huán)周期T；確定各機構分配軸的轉速和工作行程的起始角。2、各執(zhí)行機構運動循環(huán)空間同步化計算合理確定各執(zhí)行機構的運動錯位角，避免空間上的干涉。機械運動循環(huán)圖設計1、動作的協(xié)2、4)

設計機械運動循環(huán)圖.二、1、機械運動循環(huán)圖表達機械各執(zhí)行機構（構件）在一個運動環(huán)中各調配合關系的簡單明確圖，稱機械運動循環(huán)圖。機械運動循環(huán)圖的類型1）直線式循環(huán)圖（矩形循環(huán)圖）2）圓形循環(huán)圖（極坐標式）3）直角坐標式循環(huán)圖機械運動循環(huán)圖的設計設計要點成系統(tǒng)的協(xié)調設計;

2)

確定參照機構（構件）;計單一執(zhí)行機械運動循環(huán)圖;印頭工作行程（印 刷）印頭空回行程擺動機構油輥空回行程（勻 油）油輥工作行程油盤靜止油輥工室（

給字上油）印1回95°行程轉動油盤6油0°盤靜止（刷作程?。^給鉛字上油）印）油輥空回油盤

行轉動行油盤間歇程（油輥勻往復）ω主軸轉角主軸轉角印頭往復

擺印動頭