《機(jī)械原理 第5版》 課件 劉會(huì)英 09-機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)、10-機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、11-總復(fù)習(xí)

第九章機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)械原理第一節(jié)機(jī)械的質(zhì)量平衡與功率平衡第二節(jié)基于質(zhì)量平衡的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)第三節(jié)基于功率平衡的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)本章內(nèi)容提要活動(dòng)構(gòu)件質(zhì)量分布不均、不對(duì)稱產(chǎn)生慣性力或慣性力偶矩生產(chǎn)阻力變化速度產(chǎn)生波動(dòng)振動(dòng)將慣性力或慣性力偶矩限定在允許范圍內(nèi)使構(gòu)件質(zhì)量參數(shù)合理分布改善機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使主軸穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的質(zhì)量平衡機(jī)械的功率平衡將速度波動(dòng)限定在允許范圍內(nèi)第一節(jié)機(jī)械的質(zhì)量平衡與功率平衡2.不平衡慣性力的利用

一、機(jī)械平衡的目的1.不平衡慣性力的危害增大運(yùn)動(dòng)副中的摩擦，降低效率；增大構(gòu)件中的內(nèi)應(yīng)力，降低壽命；引起振動(dòng)，甚至產(chǎn)生共振。

對(duì)于作往復(fù)移動(dòng)或平面往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力的合力和合力偶的平衡。二、機(jī)械平衡的內(nèi)容1.轉(zhuǎn)子的平衡轉(zhuǎn)子——繞固定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。剛性轉(zhuǎn)子的平衡剛性轉(zhuǎn)子——本身產(chǎn)生的彈性變形很小。轉(zhuǎn)子的靜平衡——要求轉(zhuǎn)子的慣性力達(dá)到平衡。轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡——要求轉(zhuǎn)子的慣性力及慣性力矩均達(dá)到平衡。撓性轉(zhuǎn)子的平衡撓性轉(zhuǎn)子——工作過程中會(huì)產(chǎn)生較大彎曲變形的轉(zhuǎn)子?！獧C(jī)械在機(jī)座上的平衡。2.機(jī)構(gòu)的平衡第二：研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)產(chǎn)生的原因及其調(diào)節(jié)方法。三、研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的目的

原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律作用于機(jī)械上的外力各構(gòu)件的尺寸、質(zhì)量各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量受影響研究?jī)蓚€(gè)問題：第一：研究單自由度機(jī)械系統(tǒng)在外力作用下的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。t

2T四、機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程的三個(gè)階段

機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)，但平均速度保持穩(wěn)定。系統(tǒng)的動(dòng)能保持穩(wěn)定。外力對(duì)系統(tǒng)做功在一個(gè)波動(dòng)周期內(nèi)為零(Wd-Wr=0)。1.起動(dòng)階段外力對(duì)系統(tǒng)做正功(Wd-Wr>0)，系統(tǒng)的動(dòng)能增加(E=Wd-Wr)，機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)速度上升。2.穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段3.停車階段

驅(qū)動(dòng)力為零(Wd=0)，系統(tǒng)由正常工作速度逐漸減速，直到停止(E=

-Wr)。例如三相異步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力是其轉(zhuǎn)動(dòng)速度的函數(shù)。

生產(chǎn)阻力與運(yùn)動(dòng)參數(shù)的關(guān)系決定于機(jī)械的不同工藝過程，如車床的生產(chǎn)阻力為常數(shù)，鼓風(fēng)機(jī)、離心機(jī)的生產(chǎn)阻力為速度的函數(shù)，曲柄壓力機(jī)的生產(chǎn)阻力是位移的函數(shù)等。五、作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力和生產(chǎn)阻力

驅(qū)動(dòng)力由原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生，它通常是機(jī)械運(yùn)動(dòng)參數(shù)（位移、速度或時(shí)間）的函數(shù)——原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。

n

0F1=m1

2r1

、F2=m2

2r2，F(xiàn)3=m3

2r3,可表達(dá)為Pi=mi

2ri

,i=1、2…。平衡范圍：軸向?qū)挾扰c直徑之比b/D<0.2的轉(zhuǎn)子。加一平衡質(zhì)量mb,，回轉(zhuǎn)半徑rb，產(chǎn)生的離心慣性力為Fb=mb

2rb。已知偏心質(zhì)量m1

、m2

、m3，其回轉(zhuǎn)半徑r1、

r2

、r3。當(dāng)角速度為

時(shí)，產(chǎn)生的離心慣性力為m1m2m3r3r1r2F1F2F3rbmb滿足平衡條件

:一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)第二節(jié)基于質(zhì)量平衡的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)(1)定比例尺

w

（kg·cm/mm）。(2)依次作矢量平衡計(jì)算方法：靜平衡又稱單面平衡。(4)選定rb

，求得mb

。m1r1m2r2m3r3mbrb并使其首尾相接。(3)使矢量圖封閉，量出。

平衡條件：

離心慣性力的矢量和為零。還可表達(dá)為即質(zhì)徑積矢量和為零。因F1、F2

、F3不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，故會(huì)形成一慣性力偶。須滿足平衡條件：平衡范圍：軸向?qū)挾扰c直徑之比b/D＞0.2的轉(zhuǎn)子。

離心慣性力矢量和為零,

離心慣性力所構(gòu)成的力偶矩矢量和也為零。平衡條件：已知偏心質(zhì)量m1、m2、m3，其回轉(zhuǎn)半徑r1、r2、r3，分布在不同回轉(zhuǎn)面內(nèi)。當(dāng)角速度為

時(shí)，產(chǎn)生離心慣性力F1=m1r1

2，F(xiàn)2=m2r2

2，F(xiàn)3=m3r3

2,二、剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)(2)將各離心慣性力F1、F2、F3…分解到

、

面內(nèi)。平衡計(jì)算方法：動(dòng)平衡又稱雙面平衡。(3)對(duì)兩平衡基面分別進(jìn)行靜平衡。(1)選擇兩個(gè)平衡基面

、

。，求得mb'、rb'。同理在

面內(nèi)求得mb"、rb"。如將F1分解為F1'和F1"：

F1'

=l1F1/

L,

F1"

=(L-l1)F1/L

面滿足：或三、剛性轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn)

動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)：

靜平衡實(shí)驗(yàn)：許用不平衡量：——經(jīng)平衡實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)子，允許殘存的不平衡量。平衡等級(jí)及許用不平衡量見標(biāo)準(zhǔn)。表示方法：

[mr]——許用不平衡質(zhì)徑積。（相對(duì)量）

[e]——許用偏心距。（絕對(duì)量）

[e]=[mr]/m

四、轉(zhuǎn)子的許用不平衡量1.完全平衡

使機(jī)構(gòu)的總慣性力恒為零。完全平衡的特點(diǎn)：

理論上得到完全平衡，但機(jī)構(gòu)質(zhì)量增大，實(shí)際不常用。

五、平面機(jī)構(gòu)的平衡利用對(duì)稱機(jī)構(gòu)平衡利用平衡質(zhì)量平衡2.

部分平衡六桿機(jī)構(gòu)的部分平衡法利用平衡質(zhì)量平衡1.機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程

機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程即表達(dá)作用在機(jī)械上的力、構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與其運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。

例如原動(dòng)件1上驅(qū)動(dòng)力矩M1，從動(dòng)件3上工作阻力F3。曲柄1質(zhì)心C、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1、角速度ω1；連桿2質(zhì)量m2、質(zhì)心C2、C2點(diǎn)速度vc2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jc2、角速度ω2；滑塊3質(zhì)量m3、質(zhì)心在B、該點(diǎn)速度v3。由動(dòng)能定理：（動(dòng)能增量=外力功）

一、機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方程式第三節(jié)基于功率平衡的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)等效動(dòng)力學(xué)模型

——單自由度機(jī)械系統(tǒng)常用一個(gè)具有等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（等效質(zhì)量），其上作用有等效力矩（等效力）的等效構(gòu)件來代替。

等效質(zhì)量me，等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je；等效力Fe，等效力矩Me。2.機(jī)械系統(tǒng)的等效動(dòng)力學(xué)模型

等效構(gòu)件——具有與原機(jī)械系統(tǒng)等效質(zhì)量或等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其上作用有等效力矩和等效力的假想構(gòu)件。1.等效構(gòu)件所具有的動(dòng)能等于原機(jī)械系統(tǒng)的總動(dòng)能。2.等效構(gòu)件的瞬時(shí)功率等于原機(jī)械系統(tǒng)的總瞬時(shí)功率。等效條件：等效參數(shù)：？

例9-1

圖示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知構(gòu)件1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1，構(gòu)件2質(zhì)量m2，質(zhì)心c2，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jc2，構(gòu)件3質(zhì)量m3，構(gòu)件1上有驅(qū)動(dòng)力矩M1，構(gòu)件3有阻力F3，求等效構(gòu)件的等效參數(shù)。解：

(1)以構(gòu)件1為等效構(gòu)件時(shí)，等效構(gòu)件的角速度與構(gòu)件1的角速度同為ω1。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je

：等效力矩Me

:(2)

以滑塊3為等效構(gòu)件時(shí)，等效構(gòu)件的速度與構(gòu)件3的速度同為v3。等效質(zhì)量me:等效力Fe:(1)能量形式的運(yùn)動(dòng)方程式上式稱為力矩形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式。3.機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程的建立對(duì)上式積分可得到能量積分形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式：上式即為能量微分形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式。以回轉(zhuǎn)構(gòu)件為等效構(gòu)件時(shí)，由動(dòng)能定理得(2)力矩形式的運(yùn)動(dòng)方程式通過對(duì)能量微分形式的方程作等價(jià)變換后，得到下面的方程式：進(jìn)而得到(3)機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律

——機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程的解如等效力矩和等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為等效構(gòu)件位置函數(shù)時(shí)可以用能量方程式來求解，有(1)周期性速度波動(dòng)的原因機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，等效驅(qū)動(dòng)力矩和等效阻力矩的周期性變化，將引起機(jī)械速度的周期性波動(dòng)，如右圖所示。速度波動(dòng)程度可用速度不均勻系數(shù)δ來表示1.周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)(2)平均角速度和速度不均勻系數(shù)平均角速度ωm是指一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，角速度的平均值，即在工程上，我們常用下式計(jì)算φωωmaxωminφT

二、機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)

由此可得速度不均勻系數(shù)δ：飛輪在機(jī)械中的作用，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)能器。當(dāng)外力對(duì)系統(tǒng)作盈功時(shí)，它以動(dòng)能形式把多余的能量?jī)?chǔ)存起來，使機(jī)械速度上升的幅度減小；當(dāng)外力對(duì)系統(tǒng)作虧功時(shí)，它又釋放儲(chǔ)存的能量，使機(jī)械速度下降的幅度減小。(3)飛輪調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)的基本原理由于外力的周期性變化，外力對(duì)系統(tǒng)所做的功也是周期性變化的。由動(dòng)能定理可知，系統(tǒng)的動(dòng)能也隨之周期性變化。在一個(gè)周期內(nèi)，系統(tǒng)動(dòng)能的最大變化量，其大小應(yīng)等于同一周期內(nèi)外力對(duì)系統(tǒng)所做的最大盈虧功，即

機(jī)械中安裝一個(gè)具有等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF的飛輪后，速度不均勻系數(shù)δ變?yōu)?4)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量用下式計(jì)算：

(5)飛輪尺寸的確定

2.非周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)

對(duì)于非周期性速度波動(dòng)的機(jī)械，不能采用飛輪調(diào)速，而需專門的調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)，如上圖所示。進(jìn)入下一章學(xué)習(xí)回本章首頁該下課了！第十章

機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案及機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械原理本章內(nèi)容提要第三節(jié)機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二節(jié)機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)第一節(jié)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)概論第四節(jié)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五節(jié)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

從幾個(gè)名詞概念開始認(rèn)識(shí)機(jī)械

機(jī)械原理課程的研究對(duì)象與內(nèi)容回顧1.機(jī)械的概念（回顧）一、機(jī)械、機(jī)械系統(tǒng)、系統(tǒng)機(jī)器機(jī)構(gòu)構(gòu)件零件機(jī)械第一節(jié)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)概論(1)機(jī)器

是一種可用來傳遞或變換能量、物料與信息的機(jī)構(gòu)或機(jī)構(gòu)的組合。它有三個(gè)特征。(2)機(jī)構(gòu)是用來傳遞與變換運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的可動(dòng)裝置。它有兩個(gè)特征。機(jī)構(gòu)組成機(jī)器回顧機(jī)構(gòu)的特征1）它是人為的實(shí)體組合；2）各實(shí)體之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；機(jī)器的特征3）它用來完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息。從結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)的角度分析，二者無異，統(tǒng)稱為機(jī)械。機(jī)構(gòu)機(jī)器回顧2.系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)

系統(tǒng)——指具有特定功能的、相互間具有一定聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個(gè)整體。系統(tǒng)本身可分成若干個(gè)子系統(tǒng)。子系統(tǒng)里有時(shí)還可以分出更小的小子系統(tǒng)。系統(tǒng)本身還可以作為更大系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。

任何機(jī)械產(chǎn)品都是由若干個(gè)零部件及裝置組成的一個(gè)特定系統(tǒng)。即：由確定的質(zhì)量、剛度及阻尼的若干個(gè)物質(zhì)所組成，彼此間有機(jī)聯(lián)系，并能完成特定的功能，故亦稱之為機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)械設(shè)計(jì)課程中所講授的各種機(jī)械零件則是組成機(jī)械系統(tǒng)的基本要素，它們?yōu)榻M成各種不同功能的機(jī)械系統(tǒng)而有機(jī)地聯(lián)系著。動(dòng)力系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)支承系統(tǒng)安全系統(tǒng)-潤(rùn)滑系統(tǒng)-冷卻系統(tǒng)-密封系統(tǒng)等二、機(jī)械系統(tǒng)的組成1.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)和類型設(shè)計(jì)類型開發(fā)性創(chuàng)新設(shè)計(jì)組合創(chuàng)新設(shè)計(jì)改良性創(chuàng)新設(shè)計(jì)

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是開發(fā)新產(chǎn)品和改造老產(chǎn)品，最終目的是為市場(chǎng)提供優(yōu)質(zhì)高效、價(jià)廉物美的機(jī)械產(chǎn)品，以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。三、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程初期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段選題調(diào)研預(yù)測(cè)可行性論證確定設(shè)計(jì)任務(wù)選擇設(shè)計(jì)對(duì)象，提出設(shè)計(jì)題目市場(chǎng)調(diào)查：預(yù)測(cè)銷售量及市場(chǎng)占有率技術(shù)調(diào)查：預(yù)測(cè)技術(shù)可行性及產(chǎn)品成本同行調(diào)查：預(yù)測(cè)領(lǐng)先的可能性論證產(chǎn)品開發(fā)的必要性和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷售上各項(xiàng)措施實(shí)施的可能性明確設(shè)計(jì)目標(biāo)及需達(dá)到的功能和性能指標(biāo)調(diào)研報(bào)告論證報(bào)告設(shè)計(jì)任務(wù)書總體方案設(shè)計(jì)階段目標(biāo)分析根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，進(jìn)行功能分析、工藝動(dòng)作分解，明確各工藝動(dòng)作的工作原理創(chuàng)新構(gòu)思構(gòu)思執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)方案擬定擬定總體方案，進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、原動(dòng)機(jī)的選擇和基本參數(shù)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)對(duì)方案進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，做模擬試驗(yàn)，進(jìn)行功能、性能評(píng)價(jià)和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方案決策選最優(yōu)，確認(rèn)總體設(shè)計(jì)方案，繪制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，編寫總體方案設(shè)計(jì)計(jì)算說明書總體方案示意圖、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖、方案設(shè)計(jì)計(jì)算說明書機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程（續(xù)）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì)圖紙繪制工藝設(shè)計(jì)工裝設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)階段生產(chǎn)施工設(shè)計(jì)階段從加工工藝、裝配工藝性等因素出發(fā)，設(shè)計(jì)零部件的結(jié)構(gòu)形式及連接方法選擇零件材料、熱處理方法和要求，確定零部件各部分的尺寸、公差、精度及制造安裝的技術(shù)條件繪制總裝配圖、各類系統(tǒng)圖、部件裝配圖和零件圖。編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書進(jìn)行加工工藝、裝配工藝設(shè)計(jì)。制定工藝流程及零部件檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工、裝配時(shí)必要的工具、卡具、夾具和模具的設(shè)計(jì)，包括必要的專用加工設(shè)備及裝置的設(shè)計(jì)制定裝配調(diào)試、試運(yùn)行及性能測(cè)試的步驟及各階段的技術(shù)指標(biāo)全套設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書工藝流程卡、工裝設(shè)計(jì)圖、基礎(chǔ)安裝圖、使用說明書等機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)生過程的另一種表達(dá)方式連接3.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及要求（1）設(shè)計(jì)的基本原則

1)需求原則2)信息原則

3)系統(tǒng)原則4)優(yōu)化、效益原則（2）設(shè)計(jì)的基本要求

1)功能要求2)適應(yīng)性要求

3)可靠性要求4)生產(chǎn)能力要求

5)使用經(jīng)濟(jì)性要求6)成本要求四、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)在機(jī)械工程學(xué)科中的地位及作用

機(jī)械系統(tǒng)從構(gòu)思到實(shí)現(xiàn)要經(jīng)歷設(shè)計(jì)和制造兩大不同性質(zhì)的階段。按照經(jīng)歷階段的不同，機(jī)械工程學(xué)科可分成機(jī)械學(xué)和機(jī)械制造兩大分學(xué)科。

機(jī)械學(xué)是對(duì)機(jī)械進(jìn)行功能綜合并定量描述及控制其性能的基礎(chǔ)技術(shù)科學(xué)。它的主要任務(wù)是把各種知識(shí)、信息注入到設(shè)計(jì)中，加工成機(jī)械制造系統(tǒng)能接受的信息并輸入到機(jī)械制造系統(tǒng)。

機(jī)械制造是接受設(shè)計(jì)輸出的指令和信息，并加工出合乎設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品的過程。因此，機(jī)械制造學(xué)科是研究機(jī)械制造系統(tǒng)、機(jī)械制造過程手段的科學(xué)。

設(shè)計(jì)和制造是兩個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，其中設(shè)計(jì)是核心，制造是基礎(chǔ)。若忽視了這一點(diǎn)就有可能出現(xiàn)：用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)出“質(zhì)量很差的先進(jìn)產(chǎn)品”，或用先進(jìn)的制造技術(shù)生產(chǎn)出“落后的高質(zhì)量產(chǎn)品”的現(xiàn)象。因此，兩者決不能偏廢。機(jī)械工程學(xué)科的組成第二節(jié)機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

總體方案設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

◆功能原理設(shè)計(jì)

◆運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)

◆選型構(gòu)型設(shè)計(jì)

◆運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原動(dòng)機(jī)選擇機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)步驟

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的好壞，包括產(chǎn)品的功能是否齊全、性能是否優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)效益是否顯著，在很大程度上取決于總體方案設(shè)計(jì)階段的工作，取決于方案的構(gòu)思和方案擬定時(shí)的設(shè)計(jì)思想。機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容：

從原動(dòng)機(jī)─傳動(dòng)機(jī)構(gòu)─執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、其它輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（主要有潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等）。設(shè)計(jì)結(jié)果：給出滿足運(yùn)動(dòng)性能要求的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行了大量相關(guān)資料查閱之后，應(yīng)設(shè)計(jì)出幾種不同的功能原理方案，以便從中選出較理想的一個(gè)為下一步總體設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。針對(duì)產(chǎn)品主要功能而進(jìn)行的功能原理設(shè)計(jì)這一步，在整個(gè)設(shè)計(jì)中是非常重要的一環(huán)。一個(gè)好的功能原理設(shè)計(jì)應(yīng)既有創(chuàng)新構(gòu)思，同時(shí)又能滿足用戶的需求。因此，在培養(yǎng)設(shè)計(jì)人員時(shí)，不僅要注重機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的培養(yǎng)和訓(xùn)練，而且更應(yīng)注重功能原理設(shè)計(jì)的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

“顧客購買的不是產(chǎn)品本身，而是產(chǎn)品所具有的功能”?！肮δ堋笔钱a(chǎn)品的核心和本質(zhì)。設(shè)計(jì)的最主要工作并不只是選用某種機(jī)械或設(shè)計(jì)某種結(jié)構(gòu)，更重要的是要進(jìn)行功能原理的構(gòu)思。功能是系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，或者說是系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)化能量、運(yùn)動(dòng)或其他物理量的特性。每個(gè)系統(tǒng)都有自己的功能，如運(yùn)輸工具的功能是運(yùn)貨或運(yùn)客；電動(dòng)機(jī)的功能是能量轉(zhuǎn)換等。用戶對(duì)產(chǎn)品功能的需求則是有條件的，即功能的使用地點(diǎn)及環(huán)境條件、功能的定量與定性參數(shù)、實(shí)現(xiàn)功能的具體結(jié)構(gòu)與手段、功能的經(jīng)濟(jì)性等。

在以上各功能中，基本功能必須保證，且在設(shè)計(jì)中不能改變；附加功能可隨技術(shù)條件或結(jié)構(gòu)方式的改變而取舍或改變；而非必要功能可能是設(shè)計(jì)者主觀加上去的，因此可有可無。由于系統(tǒng)的功能總是以成本作為代價(jià)的，所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)需具有哪些必要功能，去掉哪些非必要功能做出明確的決定。所謂“功能原理設(shè)計(jì)”就是針對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思，亦即針對(duì)產(chǎn)品的主要功能進(jìn)行原理性設(shè)計(jì)。功能的分類：功能必要功能非必要功能基本功能附加功能機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)

功能原理設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是根據(jù)機(jī)械預(yù)期的工藝要求或使用要求，構(gòu)思出所有可能實(shí)現(xiàn)給定要求的功能原理，加以分析比較，從中選擇出既能很好地滿足預(yù)期要求、工藝動(dòng)作又簡(jiǎn)單的功能原理。例10-1要求設(shè)計(jì)一自動(dòng)送料板的裝置。例10-2設(shè)計(jì)一糖果包裝機(jī)?？梢姡汗δ茉聿煌?，工藝動(dòng)作（運(yùn)動(dòng)規(guī)律）也不同，執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式自然不一樣。例10-3設(shè)計(jì)一臺(tái)加工內(nèi)孔的機(jī)床。車床鏜床鉆床拉床例10-4設(shè)計(jì)草地剪草機(jī)。分析：對(duì)雜草進(jìn)行剪修通常的辦法有：拉——可以拉斷雜草，但無法控制被拉斷草的高度，即無法使草地整齊。割斷——像割麥一樣，需要握住雜草的上部才能割斷。剪斷——利用剪刀刃的合攏可以剪斷雜草。顯然，選擇剪斷是較合理的方案，并且將剪刀做成像理發(fā)推子那樣，這就是傳統(tǒng)的剪草機(jī)的解法原理。

后來設(shè)計(jì)人員受到雜技演員用鞭子把紙抽斷這一現(xiàn)象的啟發(fā)，可以用具有足夠高速度的軟物體代替刀、剪去切斷某些物體。于是一種新型的割草機(jī)誕生了：用一根直徑約2mm的高速旋轉(zhuǎn)的尼龍繩，去抽打被修剪的草，其結(jié)果是又快又好地將草坪修剪出來，如下圖所示。例10-5平板玻璃制造。

傳統(tǒng)制造平板玻璃都是采用“垂直引上法”，見圖a。此法是把半流體的玻璃從熔池中不斷向上引，開始時(shí)通過軋輥控制厚度，然后邊向上引邊凝固。這樣加工出來的玻璃表面總是有波紋，且厚度不勻。近年來，出現(xiàn)了用“浮法”制造平面玻璃的新工藝，用此方法生產(chǎn)出來的玻璃克服了厚薄不均且有波紋的缺點(diǎn)。圖b是“浮法”加工的示意圖：讓液態(tài)玻璃飄浮在低熔點(diǎn)金屬的液面上，邊向前流動(dòng)邊凝固。

通過上述例子可知，功能原理設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)：

①功能原理方案設(shè)計(jì)就是針對(duì)某一確定的功能要求，構(gòu)思并求得能實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)的新的解法原理。

②功能原理設(shè)計(jì)中往往要引入某種新技術(shù)、新材料、新工藝……，但首先要求設(shè)計(jì)人員要有一種新想法、新構(gòu)思。

③功能原理設(shè)計(jì)使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化。

因此，功能原理設(shè)計(jì)的好與壞將對(duì)產(chǎn)品的成敗起決定性作用，設(shè)計(jì)人員必須給予高度重視。功能原理方案設(shè)計(jì)步驟功能原理設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法——“黑箱法”

一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)往往有許多差異很大的方案。許多設(shè)計(jì)人員一般習(xí)慣于先畫出幾個(gè)總結(jié)構(gòu)圖或方案圖，然后從中選擇一個(gè)，再進(jìn)行更詳細(xì)的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法的弊端是帶有很大的盲目性，同時(shí)，由于設(shè)計(jì)人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)有一定的局限性，很容易使其在原理方案構(gòu)思之前就形成了某種框框，因而妨礙了思維，束縛了創(chuàng)造力。隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的發(fā)展及應(yīng)用越來越廣泛，人們?cè)趯?duì)系統(tǒng)功能原理設(shè)計(jì)時(shí)，常采用一種“抽象化”的方法——“黑箱法”。此方法是暫時(shí)摒棄那些附加功能和非必要功能，突出必要功能和基本功能，并將這些功能用較為抽象的形式(如輸入量和輸出量)加以表達(dá)。這樣，通過抽象化可清晰地掌握所設(shè)計(jì)系統(tǒng)(產(chǎn)品)的基本功能和主要約束條件，從而突出設(shè)計(jì)中的主要矛盾，抓住問題的本質(zhì)。例如自行車的功能原理設(shè)計(jì)。自行車（黑箱）輸入輸出蹬力或推力車的行走自行車功能原理系統(tǒng)圖又如機(jī)床設(shè)計(jì)。“黑箱法”示意圖“黑箱法”的特點(diǎn)是通過“黑箱”與輸入、輸出量及周圍環(huán)境的信息聯(lián)系，了解系統(tǒng)(產(chǎn)品)的功能、特性，進(jìn)一步探索出系統(tǒng)的機(jī)理和結(jié)構(gòu)，逐步使“黑箱”透亮，直至方案擬定。它擺脫了具體設(shè)計(jì)對(duì)象，而按系統(tǒng)(產(chǎn)品)的功能和對(duì)三大流進(jìn)行定性描述來進(jìn)行思考，使問題簡(jiǎn)化，以利于啟發(fā)設(shè)計(jì)人員構(gòu)思出更新、更好的功能原理方案。黑箱

由于一個(gè)系統(tǒng)可以分解成一些子系統(tǒng)，所以，一個(gè)系統(tǒng)的總功能也以分解為一些分功能。如果有些分功能還太復(fù)雜，則還可以進(jìn)一步分解到更低層次的分功能，直到分解到最后不能再分解的基本功能單位為止，這個(gè)基本功能單位就叫功能元。

功能元是能直接從技術(shù)效應(yīng)(如物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等)及邏輯關(guān)系中找到可以滿足功能要求的最小單位。機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的基本功能元有物理功能元、數(shù)學(xué)功能元和邏輯功能元。功能分解與功能元常用的五種物理功能元包括各種類型能量之間的轉(zhuǎn)變、運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)變、材料性質(zhì)的轉(zhuǎn)變、物態(tài)的轉(zhuǎn)變及信號(hào)種類的轉(zhuǎn)換等指各種物理量(如位移、速度、力)的放大或縮小等包括能量流、物料流、信息流的結(jié)合或分離（如運(yùn)動(dòng)的合成或分解）體現(xiàn)三大流在一定時(shí)間范圍內(nèi)保存的功能，如彈簧、電池、錄音帶、光盤等的儲(chǔ)存反映能量流、物料流、信息流的位置變化。如離合器、開關(guān)、閥門等功能元（分功能）的求解

一個(gè)功能元（分功能）都要找出相應(yīng)的技術(shù)、物理效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，有時(shí)一個(gè)功能元（分功能）可以相應(yīng)地提出幾個(gè)技術(shù)、物理效應(yīng)。功能元的求解方法主要有：

①參考有關(guān)資料、?？虍a(chǎn)品求解法；

②利用各種創(chuàng)造性方法以開闊思想去探討求解法；

③利用設(shè)計(jì)目錄求解法。設(shè)計(jì)目錄是把能實(shí)現(xiàn)某種功能元的各種原理和結(jié)構(gòu)綜合在一起的一種表格或分類資料。部分功能元解法目錄連桿機(jī)械一次增力功能元解法目錄四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換解法目錄第六步：訂書打孔機(jī)的四種原理方案解見圖。設(shè)計(jì)舉例：設(shè)計(jì)手動(dòng)訂書打孔機(jī)。設(shè)計(jì)要求：①操作手柄旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；②打孔針作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

③桿件數(shù)目為4個(gè)；④省力。解題步驟：第一步：確定總功能(打孔)。第二步：總功能分解(輸入的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檩敵龅闹本€運(yùn)動(dòng)；力增大)。第三步：由于是一個(gè)由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橐苿?dòng)的四桿機(jī)構(gòu)，故可查四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換解法目錄，以尋求解法。第四步：選取2、4、7、9四個(gè)方案。第五步：增力機(jī)構(gòu)選取杠桿機(jī)構(gòu)。訂書打孔機(jī)原理方案解

牛頭刨床由多種機(jī)構(gòu)組成，連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)，棘輪機(jī)構(gòu)及絲杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的水平進(jìn)給。工作臺(tái)、刀架與滑枕是執(zhí)行構(gòu)件。牛頭刨床第三節(jié)機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的給定運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括：

運(yùn)動(dòng)形式（直線運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)）

運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（連續(xù)式、間歇式、往復(fù)式）

運(yùn)動(dòng)范圍（極限尺寸、轉(zhuǎn)角及位移）

運(yùn)動(dòng)速度（等速、不等速）

運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)

把復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(工藝動(dòng)作)進(jìn)行分解。任何復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程總是由一些最基本的運(yùn)動(dòng)合成的，因而總可以將執(zhí)行構(gòu)件所要完成的運(yùn)動(dòng)分解為機(jī)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)的基本運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的基本運(yùn)動(dòng)形式有：?jiǎn)蜗蜣D(zhuǎn)動(dòng)，單向移動(dòng)，往復(fù)擺動(dòng)，往復(fù)移動(dòng)及間歇運(yùn)動(dòng)等。繪圖機(jī)實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)選型與構(gòu)型設(shè)計(jì)直線運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)任意軌跡運(yùn)動(dòng)點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)位到位的運(yùn)動(dòng)（見機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)類型及典型機(jī)構(gòu)1.實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)齒輪齒條機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)2.實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)3.實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的機(jī)構(gòu)4.點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)5.位到位的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)夾緊機(jī)構(gòu)功能技術(shù)矩陣圖執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)與運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖多個(gè)執(zhí)行構(gòu)件協(xié)調(diào)工作以完成同一任務(wù)→需有準(zhǔn)確而協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)順序→防止出現(xiàn)某一執(zhí)行構(gòu)件工作不到位或兩個(gè)以上執(zhí)行構(gòu)件在同一空間發(fā)生干涉運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖有三種表達(dá)方式：直線式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖圓周式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖直角坐標(biāo)式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖右圖是牛頭刨床的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有：齒輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)第四節(jié)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)包括：

對(duì)原有機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用新機(jī)構(gòu)的構(gòu)思

機(jī)械的發(fā)展需要機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新。機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新是機(jī)構(gòu)學(xué)發(fā)展的源泉。機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單地在現(xiàn)有機(jī)構(gòu)中選擇合適的機(jī)構(gòu)類型，而應(yīng)當(dāng)在創(chuàng)造性基本原理和法則的指導(dǎo)下，運(yùn)用機(jī)構(gòu)學(xué)原理及其他學(xué)科知識(shí)，進(jìn)行創(chuàng)造性思維，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)新穎、功能獨(dú)特、性能優(yōu)良、簡(jiǎn)單靈巧的新機(jī)構(gòu)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，需要基礎(chǔ)扎實(shí)、思路開闊、知識(shí)廣博、創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、掌握科學(xué)的方法。第五節(jié)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法1．機(jī)構(gòu)的變異創(chuàng)新設(shè)計(jì)為了滿足一定的工藝動(dòng)作要求，或?yàn)榱耸箼C(jī)構(gòu)具有某些性能與特點(diǎn)，改變已知機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，在原有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，演變發(fā)展出新的機(jī)構(gòu)。稱此種演變?yōu)樽儺?，變異得到的新機(jī)構(gòu)稱之為變異機(jī)構(gòu)。

（l）機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)內(nèi)活動(dòng)構(gòu)件與機(jī)架的轉(zhuǎn)換，稱為機(jī)構(gòu)的倒置。

（2）機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展以原有機(jī)構(gòu)作為基礎(chǔ)，增加新的構(gòu)件，構(gòu)成一個(gè)擴(kuò)大的新機(jī)構(gòu)，稱為機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展。

雙滑塊+曲柄滑快曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周，滑塊兩次往復(fù)行程（3）機(jī)構(gòu)局部結(jié)構(gòu)的改變改變機(jī)構(gòu)局部結(jié)構(gòu)(包括構(gòu)件運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)組成結(jié)構(gòu))，可以獲得具有特殊運(yùn)動(dòng)性能的機(jī)構(gòu)。（4）機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的移植將一機(jī)構(gòu)中的某種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于另一種機(jī)構(gòu)中的設(shè)計(jì)方法，稱為機(jī)構(gòu)的移植。（5）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副類型的變換改變機(jī)構(gòu)中的某個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)副的型式，可創(chuàng)新設(shè)計(jì)出不同運(yùn)動(dòng)性能的機(jī)構(gòu)。通常的變換方式有三種：一種是轉(zhuǎn)動(dòng)副與移動(dòng)副之間的變換（略）;

一種是高副與低副之間的變換（略）;

一種是同性移動(dòng)副的變換，如下圖：2.利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)

利用現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的工作原理，充分考慮機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、各構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系及特殊的構(gòu)件形狀等，可創(chuàng)新設(shè)計(jì)出新的機(jī)構(gòu)。（1）利用連架桿或連桿運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)6倍率肘桿式虎鉗鋼錠供料機(jī)構(gòu)（1）利用連架桿或連桿運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)（續(xù)）（2）利用兩構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)巧妙利用兩構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系來完成獨(dú)特的動(dòng)作過程，可使設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。（3）用成型固定構(gòu)件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作過程3．基于組成原理的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)構(gòu)組成原理，可將零自由度的桿組依次連接到原動(dòng)件和機(jī)架上，或者在原有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，搭接不同級(jí)別的桿組，均可設(shè)計(jì)出新的機(jī)構(gòu)。

（l）將桿組依次連接到原動(dòng)件和機(jī)架上去設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)（2）將桿組連接到機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)為改變現(xiàn)有機(jī)構(gòu)，可將桿組搭接到此機(jī)構(gòu)上，設(shè)計(jì)出新機(jī)構(gòu)。（3）根據(jù)機(jī)構(gòu)組成原理優(yōu)選出合適的機(jī)構(gòu)構(gòu)型。4．基于組合原理的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

在實(shí)際工程中，對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及動(dòng)力性能等的要求各不相同，其中有些要求用基本機(jī)構(gòu)及其變異機(jī)構(gòu)難以滿足，而要把一些基本機(jī)構(gòu)按照某種方式組合起來，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一種與原機(jī)構(gòu)特點(diǎn)不同的新的復(fù)合機(jī)構(gòu)。實(shí)踐表明，采用機(jī)構(gòu)組合原理可以設(shè)計(jì)出功能新穎的機(jī)構(gòu)，不失為一種簡(jiǎn)便易行的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。機(jī)構(gòu)組合的方式較多，常見的有：串聯(lián)組合、并聯(lián)組合、混接式組合等。1)構(gòu)件固接式串聯(lián)(1)機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合2)軌跡點(diǎn)串聯(lián)(2)機(jī)構(gòu)的并聯(lián)組合

以一個(gè)多自由度機(jī)構(gòu)作為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，將一個(gè)或幾個(gè)自由度為1的機(jī)構(gòu)(可稱為附加機(jī)構(gòu))的輸出構(gòu)件接入基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，這種組合方式稱為并聯(lián)組合。(3)機(jī)構(gòu)的混接式組合平臺(tái)印刷機(jī)版臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5.基于運(yùn)動(dòng)鏈類型綜合的創(chuàng)新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)例：縫紉機(jī)送料七桿機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)原始機(jī)構(gòu)一般化運(yùn)動(dòng)鏈設(shè)計(jì)約束

(1)連桿總數(shù)和運(yùn)動(dòng)副總數(shù)保持不變；

(2)必須有一桿件作為固定桿即機(jī)架：

(3)送料搖桿和抬牙搖桿均應(yīng)與固定桿相鄰接；

(4)送料牙桿件不能作固定桿，也不能與固定桿連接；

(5)送料牙桿件不能直接與送料曲柄或抬牙曲柄相連接；

(6)送料搖桿與抬牙搖桿必須能各具一個(gè)自由度。一般化運(yùn)動(dòng)鏈的多種形式：共8種n=7-1P=8F=2一般化運(yùn)動(dòng)鏈的特殊化——倒置——各種新機(jī)構(gòu)G:機(jī)架B:送料牙桿L:抬牙搖桿F:送料搖桿一般化運(yùn)動(dòng)鏈的特殊化——倒置——各種新機(jī)構(gòu)(續(xù)）一般化運(yùn)動(dòng)鏈的特殊化——倒置——各種新機(jī)構(gòu)(續(xù)）共計(jì)48種新機(jī)構(gòu)我發(fā)明了一項(xiàng)新專利！6.基于多種驅(qū)動(dòng)元件的創(chuàng)新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)彈性元件驅(qū)動(dòng)步進(jìn)間歇移動(dòng)機(jī)構(gòu)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程7.基于機(jī)構(gòu)替代方法的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

無曲軸式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)

二沖程單缸無曲軸式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)：它用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)取代原曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為動(dòng)力傳輸裝置。一般圓柱凸輪機(jī)構(gòu)是將凸輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)閺膭?dòng)桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而此處利用反動(dòng)作，即活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過連桿端部的滑塊在凸輪槽中滑動(dòng)而推動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)輸出軸輸出轉(zhuǎn)矩?；钊鶑?fù)兩次，凸輪旋轉(zhuǎn)360°。（1）發(fā)展原理（2）發(fā)散原理（3）觸發(fā)原理2．創(chuàng)造性思維活動(dòng)方式3．創(chuàng)造法則創(chuàng)新設(shè)計(jì)的原理與方法1．創(chuàng)造性基本原理(2)模仿移植法則(3)離散組合法則(4)分析綜合法則(1)還原抽象法則(2)收斂思維(3)側(cè)向思維(4)逆向思維(5)理想思維(1)發(fā)散思維1）試設(shè)計(jì)一定量、間歇供水機(jī)構(gòu)……2）試設(shè)計(jì)一滾珠綜合檢測(cè)（圓度、粗糙度、材料均勻度）裝置……3）試設(shè)計(jì)一分選不同直徑鋼珠的裝置……其他創(chuàng)新設(shè)計(jì)例子：4）請(qǐng)幫趙本山把“拐”進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。5）試（參照蠕蟲爬樹）仿生設(shè)計(jì)一爬竿機(jī)器人。6）試設(shè)計(jì)一取紙器。只有創(chuàng)新才能發(fā)展我思故我在祝賀您學(xué)完了全部課程！回本章首頁該下課了！CAI機(jī)械原理出?？诳倧?fù)習(xí)機(jī)械原理教學(xué)內(nèi)容體系機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析力分析運(yùn)動(dòng)分析連桿機(jī)構(gòu)輪系齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)其他常用機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)1機(jī)械結(jié)構(gòu)分析繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖計(jì)算自由度結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)綜合→→結(jié)構(gòu)？NY構(gòu)件+運(yùn)動(dòng)副→→運(yùn)動(dòng)鏈→→F>0?→→機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)的條件(1)分析運(yùn)動(dòng)，數(shù)清構(gòu)件(2)判定運(yùn)動(dòng)副性質(zhì)并表達(dá)之(3)表達(dá)構(gòu)件F=3n-2PL-PH注意：(1)復(fù)合鉸鏈

(2)局部自由度

(3)虛約束F=原動(dòng)件數(shù)機(jī)構(gòu)=基本機(jī)構(gòu)+桿組桿組：3n=2PL二級(jí)桿組：n=2，PL=3三級(jí)桿組：n=4，PL=6零件機(jī)器機(jī)械高副低副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副代機(jī)架主動(dòng)件從動(dòng)件

那么，什么樣的機(jī)構(gòu)能夠滿足預(yù)定的位移、速度、力的要求呢？2？機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析運(yùn)動(dòng)傳遞：1→2→3→4→5知求1→B1(B2)→B3→D→E(5)CF求解順序：桿組2-3影像法桿組4-5桿組2-3桿組4-5同一構(gòu)件上兩點(diǎn)間速度、加速度關(guān)系兩個(gè)構(gòu)件重合點(diǎn)間速度、加速度關(guān)系列方程、畫速度、加速度多邊形示意圖3C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)=隨B點(diǎn)平動(dòng)+繞B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)ABC1

1234DB2點(diǎn)運(yùn)動(dòng)=

B3點(diǎn)牽連運(yùn)動(dòng)+B2與B3的相對(duì)運(yùn)動(dòng)4A1B2C3構(gòu)件可長(zhǎng)，用于遠(yuǎn)距離的操作。如挖掘機(jī)、車閘。杠桿特性，用于增力。運(yùn)動(dòng)形式多樣，可用于運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。連架桿位置對(duì)應(yīng)，用于控制。連桿位置多變，用于特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律。連桿曲線豐富，用于特定軌跡。平面連桿機(jī)構(gòu)4連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)的基本類型及演化曲柄急回運(yùn)動(dòng)特性（極位夾角）壓力角和傳動(dòng)角（傳力特性）死點(diǎn)（極位）運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性要點(diǎn)四：連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)件可長(zhǎng)，用于遠(yuǎn)距離的操作杠桿特性，用于增力運(yùn)動(dòng)形式多樣，可用于運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換連架桿位置對(duì)應(yīng)，用于控制連桿位置多變，用于特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律連桿曲線豐富，用于特定軌跡要點(diǎn)一要點(diǎn)二要點(diǎn)三設(shè)計(jì)問題一設(shè)計(jì)問題二設(shè)計(jì)問題三設(shè)計(jì)問題四連桿機(jī)構(gòu)特性和設(shè)計(jì)曲柄存在的條件（桿長(zhǎng)條件）凸輪機(jī)構(gòu)的組成、特點(diǎn)與應(yīng)用a.推桿可實(shí)現(xiàn)較任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律b.凸輪與推桿高副接觸，傳力小用于傳力不大的控制和調(diào)節(jié)裝置凸輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)應(yīng)用組成凸輪+推桿+機(jī)架（+鎖合裝置）1234凸輪機(jī)構(gòu)5凸輪機(jī)構(gòu)的分類與命名用一例說明，對(duì)圖示