第十四章機械系統的方案設計第一節概述第二節機械工作原理的擬定第四節機構的選擇和變異第三節執行構件的運動設計和

原動機的選擇《機械原理》第五節機構的組合第六節機械系統方案的擬定第一節概述第十四章機械系統的方案設計機械傳動系統是指將原動機的運動和動力傳遞到執行構件的中間環節，它是機械的重要組成部分。

機械傳動系統的作用不僅是轉換運動形式，改變運動大小和保證各執行構件的協調配合工作等，而且還要將原動機的功率和轉矩傳遞給執行構件，以克服生產阻力。除此之外，現代完善的機械傳動系統，還具有運動操縱和控制功能，將光、機、電、液有機地組合，借助微機控制，自動實現機械所需要的完整工作過程。機械傳動系統的設計是機械設計中極其重要的一環，設計得正確和合理與否，對提高機械的性能和質量，降低制造成本與維護費用等影響很大，應認真對待。機械傳動系統方案設計是一項創造性活動，要求設計者善于運用已有知識和實踐經驗，認真總結過去的有關工作，廣泛收集、了解國內外的有關信息，充分發揮創造思維和想象能力，靈活應用各種設計方法和技巧，以便設計出新穎、靈巧、高效的傳動系統。第一節概述第十四章機械系統的方案設計第十四章機械系統的方案設計一、機械設計的一般過程:階段內容應完成的工作計劃1.提出設計任務2.進行可行性研究3.編制設計任務書1.提出可行性報告2.提出設計任務書3.簽訂技術經濟合同方案設計1.提出若干個可行方案2.確定最佳方案提出最佳方案的原理圖和機構運動簡圖技術設計1.繪制總裝圖和部件裝配圖2.繪制零件工作圖3.繪制電路系統圖、潤滑系統圖等4.編制各種技術文件1.提出整個設備的全套圖紙2.提出設計計算說明書、使用維護說明書、外購件明細表試制試驗通過試制、試驗發現問題，加以改進1.提出試制、試驗報告2.提出改進措施投產以后根據用戶意見、發現的問題及市場變化改進設計收集問題，發現問題，改進問題第十四章機械系統的方案設計二、機械系統的方案設計機械系統方案設計的一般步驟：1.擬定機械的工作原理。制定機械的總功能，擬定實現總功能的工作原理和技術手段，確定機械所要實現的工藝動作。2.執行構件和原動件的運動設計。確定執行構件的數目、運動形式、運動參數以及運動協調配合關系，并選定原動機的類型和運動參數。3.機構的選型、變異與組合。根據機械的運動以及動力的要求，選定機構的類型，在機構變異、組合的基礎上獲得機械系統方案，繪制系統的示意圖。第十四章機械系統的方案設計二、機械系統的方案設計4.機構的尺寸綜合。確定各構件的運動尺寸，繪制機械系統的機構運動簡圖。5.方案分析。對機械系統進行運動和動力分析，根據機械對運動和動力的功能的要求，進行適當的調整。以便為機械的工作能力和結構設計提供必要的依據。6.方案評審。通過對眾多方案的評比，選出最佳的機械系統方案。第十四章機械系統的方案設計第二節機械工作原理的擬定實現機械功能的工作原理，決定著機械產品的技術水平、工作質量、傳動方案、結構形式和成本等。所以需利用各種“創造技法”，并借鑒同類產品的經驗和最新科技成果，以便擬定出合理的工作原理。

實現同一功能要求，不同的工作原理和許多不同的運動方案。則其中必有好壞優劣之分。因此，在設計機械時，要其工作原理和運動方案進行綜合評價，從中選出最佳設計方案。車床

拉床

鉆床

鏜床

內螺紋孔加工第十四章機械系統的方案設計第十四章機械系統的方案設計洗衣機揉搓原理刷擦原理捶打原理設計模仿人手的機械手，難度大很難把衣物各處都刷洗到易損壞衣物洗衣機第十四章機械系統的方案設計(1)執行構件的數目

執行構件的數目取決于機械分功能或分動作的數目的多少，但兩者不一定相等，要針對機械的工藝過程及結構復雜性等進行具體分析。(2)執行構件的運動形式和運動參數

執行構件的運動形式取決于要實現的分功能的運動要求。常見的運動形式有回轉運動、直線運動、曲線運動及復合運動等四種。前兩種運動形式是最基本的。

1.執行構件的運動設計第十四章機機械系系統的方案案設計(2)執執行構件的的運動形式式和運動參參數間歇旋轉運運動往復擺動①旋轉運動連續旋轉運運動縫紉機軸自動機床工作臺的轉位步進滾輪的的步進運動動銑床主軸車床主軸電風扇的擺擺頭腭式碎石機的動腭板的打擊運動第十四章機機械系系統的方案案設計執行構件上上某點特定定的曲線軌軌跡運動間歇往復移移動單向間歇直直線移動②直線運動往復移動沖床沖頭的的沖壓運動動壓縮機活塞塞的往復運運動供料機構的的間歇供料料運動自動機床刀刀架的進退退刀運動縫紉機的送送布牙運動動刨床工作臺臺的進給運運動③曲線運動(2)執執行構件的的運動形式式和運動參參數電影放映機機抓片機構構中的抓片片爪運動第十四章機機械系系統的方案案設計(2)執執行構件的的運動形式式和運動參參數嚙合傳動機機構連桿機構①實現連續旋旋轉運動的的機構摩擦傳動機機構帶傳動齒輪傳動雙曲柄機構摩擦輪傳動動蝸桿傳動鏈傳動平行四邊形形機構棘輪機構齒輪--連連桿機構②實現間歇旋旋轉運動的的機構槽輪機構不完全齒輪輪機構凸輪式間歇歇運動機構構——適用于于轉角固定定的轉位運運動——每次轉轉角小，或或轉角大小小可調的低低速場合——大轉角角而速度不不高的場合合——運動平平穩、分度度、定位準準確，但制制造困難、、高精度定定位、高速速場合——特殊要要求的輸送送機構第十四章機機械系系統的方案案設計(2)執執行構件的的運動形式式和運動參參數第十四章機機械系系統的方案案設計(2)執執行構件的的運動形式式和運動參參數凸輪機構組合機構③實現往復移移動往復擺擺動運動的的機構連桿機構螺旋機構齒輪齒條機機構液壓缸、氣氣缸正弦機構正切機構六連桿機構構曲柄滑塊機構第十四章機機械系系統的方案案設計(2)執執行構件的的運動形式式和運動參參數圖14-4聯動凸輪機構

圖14-3齒輪-連桿組合機構圖14-1攪拌機構ABCDE圖14-2凸輪-連桿組合機構曲線運動又又可分為如如下兩種：：即沿固定定不變的曲曲線運動，，沿可變的的曲線運動動。復復合運動動是由上述述幾種單一一運動組合合而成的，，復合運動動的參數根根據各單一一運動形式式及它們的的協調配合合關系而定定。1.執行構構件的運動動設計第十四章機機械系系統的方案案設計原動機的運運動形式主主要是回轉轉運動、往往復擺動和和往復直線線運動等。。當采用電電動機、液液壓馬達、、氣動馬達達和內燃機機等原動機機時，原動動件作連續續回轉運動動；液壓馬馬達和氣動動馬達也可可作往復擺擺動；當采采用油缸、、氣缸或直直線電動機機等原動機機時，原動動件作往復復直線運動動。有時也也用重錘、、發條、電電磁鐵等作作原動機。。2.原動機機的類型及及其運動參參數的選擇擇第十四章機機械系系統的方案案設計往復擺動電動機機活塞式氣缸缸原動件運動動形式連續運動往復移動原動件的類類型及其運運動參數：：液壓馬達氣動馬達內燃機液壓馬達氣動馬達直線電機液壓缸柴油機燃氣輪機汽油機步進電機使用最廣泛泛的是交流流異步電動動機，其運運動參數———同步轉轉速：3000、、1500、1000、750、600r/mim間歇運動直流電動機交流變頻變速電動機伺服電機力矩電機交流異步電動機第十四章機機械系系統的方案案設計第十四章機機械系系統的方案案設計(1).動動力電動機機主要優點為為：驅動效效率高、有有良好的調調速性能、、可遠距離離控制，啟啟動、制動動、反向調調速都易控控制，與傳傳動系統或或工作機械械聯接方便便，作為一一般傳動，，電動機的的功率范圍圍很廣。主要缺點為為必須有電電源，不適適于野外使使用。根據使用電電源的不同同，又分為為交流電動機機和直流電動機機兩大類。第十四章機機械系系統的方案案設計(2).控控制電動機機（伺服電電動機）伺服電動機機是指能精精密控制系系統位置和和角度的一一類電動機機。特點：它它體積小、重重量輕；具具有寬廣而而平滑的調調速范圍和和快速響應應能力，其理想的的機械特性性和調節特特性均為直直線。應用:伺伺服電機廣廣泛應用于于工業控制制、軍事、、航空航天天等領域，，如數控機機床、工業業機器人、、火炮隨動動系統中。。第十四章機機械系系統的方案案設計（3）.內內燃機按燃料種類類分：柴油油機、汽油油機和煤油油機按工作循環環中的沖程程數分:四四沖程和二二沖程內燃燃機按汽缸數目目分:單缸缸和多缸內內燃機按主要機構構的運動形形式分:往往復活塞式式和旋轉活活塞式特點及應用用優點：功率范圍寬寬、操作簡簡便、啟動動迅速；適適用于工作作環境無電電源的場合合，多用于工工程機械、、農業機械械、船舶、、車輛等。。缺點：對燃燃油的要求求高，排氣氣污染環境境、噪音大大、結構復復雜。第十四章機機械系系統的方案案設計液壓壓馬馬達達又又稱稱為為油油馬馬達達，，它它是是把把液液壓壓能能轉轉變變為為機機械械能能的的動動力力裝裝置置。。其其主主要要優優點點是是可獲獲得得很很大大的的動動力力或或轉轉矩矩，，可可通通過過改改變變油油量量來來調調節節執執行行機機構構速速度度，，易易進進行行無無級級調調速速，，能能快快速速響響應應，，操操作作控控制制簡簡單單，，易易實實現現復復雜雜工工藝藝過過程程的的動動作作要要求求。缺點點是要要求有有高壓壓油的的供給給系統統，液液壓系系統的的制造造裝配配要求求高，，否則則易影影響效效率和和運動動精度度。（4））.液液壓馬馬達第十四四章機機械系系統的的方案案設計計氣動馬馬達是是以壓壓縮空空氣為為動力力，將將氣壓壓能轉轉變為為機械械能的的動力力裝置置。常常用的的有葉葉片式式和活活塞式式。其其主要要優點點為：：工作介介質為為空氣氣，故故容易易獲取取且成成本低低廉；；易遠遠距離離輸送送，排排入大大氣也也無污污染；；能適適應惡惡劣環環境；；動作作迅速速、反反應快快。缺點點為：：工作作穩定定性差差、噪噪音大大，輸輸出轉轉矩不不大，，只適適用于于小型型輕載載的工工作機機械。。(5).氣氣動馬馬達第十四四章機機械系系統的的方案案設計計(1).選選擇原原則原動機機的選選擇★考慮工工作機機械的的負載載特性性、工工作制制度、、啟動動和制制動的的頻繁繁程度度。★考慮原原動機機本身身的機機械特特性能能否與與工作作機械械的負負載特特性(包括括功率率、轉轉矩、、轉速速等)相匹匹配，，能否否與工工作機機械的的調速速范圍圍、工工作的的平穩穩性等等相適適應。。★考慮機機械系系統整整體結結構布布置的的需要要。★考慮經經濟性性，包包括原原動機機的原原始購購置費費用、、運行行費用用和維維修費費用等等。第十四四章機機械系系統的的方案案設計計原動機機類型型的選選擇★若工作作機械械要求求有較較高的的驅動動效率率和較較高的的運動動精度度，應應選用用電動動機。。電動動機的的類型型和型型號較較多，，并具具有各各種特特性，，可滿滿足不不同類類型工工作機機械的的要求求。★在相同同功率率下，，要求求外形形尺寸寸盡可可能小小、重重量盡盡可能能輕時時，宜宜選用用液壓壓馬達達。★要求易易控制制、響響應快快、靈靈敏度度高時時，宜宜采用用液壓壓馬達達或氣氣動馬馬達。。★要求在在易燃燃、易易爆、、多塵塵、振振動大大等惡惡劣環環境中中工作作時，，宜采采用氣氣動馬馬達。。★要求對對工作作環境境不造造成污污染，，宜選選用電電動機機或氣氣動馬馬達。。★要求啟啟動迅迅速、、便于于移動動或在在野外外作業業場地地工作作時，，宜選選用內內燃機機。★要求負負載轉轉矩大大，轉轉速低低的工工作機機械或或要求求簡化化傳動動系統統的減減速裝裝置，，需要要原動動機與與執行行機構構直接接聯接接時，，宜選選用低低速液液壓馬馬達。。第十四四章機機械系系統的的方案案設計計（3））.原原動機機轉速速的選選擇原動機機的額額定轉轉速一一般是是直接接根據據工作作機械械的要要求而而選擇擇的。。但需需考慮慮：★原動機機本身身的綜綜合因因素。。例如如，對對于電電動機機來說說，在在額定定功率率相同同的情情況下下，額額定轉轉速越越高的的電動動機尺尺寸越越小，，重量量和價價格也也低，，即高高速電電動機機反而而經濟濟。★傳動系系統的的結構構。若若原動動機的的轉速速選得得過高高，勢勢必增增加傳傳動系系統的的傳動動比，，從而而導致致傳動動系統統的結結構復復雜。。（4））.原原動機機容量量的選選擇原動機機的容容量主主要指指功率率。它它是由由負載載所需需的功率、轉矩及工作制制來決定定的。。負載載的工工作情情況大大致可可分為為連續續恒負負載；；連續續周期期性變變化負負載；；短時時工作作制負負載和和斷續續周期期性工工作制制負載載等。。各種種工作作制負負載情情況下下所需需的原原動機機容量量的計計算方方法，，可查查閱有有關手手冊。。冷霜自自動灌灌裝機機完整整的執執行系系統第十四四章機機械系系統的的方案案設計計3.各各執行行構件件間運運動的的協調調配合合和機機械的的工作作循環環圖定量泵泵活塞塞的往往復運運動頂桿的的往復復運動動輪盤的的間歇歇轉動動輸送帶帶的連連續運運動第十四四章機機械系系統的的方案案設計計第十四四章機機械系系統的的方案案設計計當根據據生產產工藝藝要求求確定定了機機械的的工作作原理理和各各執行行機構構的運運動規規律、、并確確定了了各執執行機機構的的型式式及驅驅動方方式后后，還還必須須將各各執行行機構構統一一于一一個整整體，，形成成一個個完整整的執執行系系統，，使這這些機機構以以一定定的次次序協協調工工作，，互相相配合合，以以完成成機械械預定定的功功能和和生產產過程程，這這就需需要進進行執行系系統的的協調調設計計。1)各各執行行構件件運動動的協協調配配合關關系：：對于各各個執執行構構件之之間的的運動動不需需要協協調配配合而而是彼彼此獨獨立的的機械械，可可分別別為每每一種種運動動設計計一個個獨立立的運運動鏈鏈，并并有單單獨的的原動動機驅驅動。。但是是對于于只有有依靠靠各執執行構構件的的協調調配合合才能能完成成工作作的機機械就就必須須使其其滿足足所需需要的的協調調關系系。3.各各執行行構件件間運運動的的協調調配合合和機機械的的工作作循環環圖第十四四章機機械系系統的的方案案設計計3.各各執行行構件件間運運動的的協調調配合合和機機械的的工作作循環環圖★滿足各各執行行機構構動作作先后后的順順序性性要求求；★滿足各各執行行機構構動作作在時時間上上的同同步性性要求求；★滿足各各執行行機構構在空空間布布置上上的協協調性性要求求；★滿足各各執行行機構構操作作上的的協同同性要要求；；★各執行行機構構的動動作安安排要要有利利于提提高勞勞動生生產率率；★各執行行機構構的布布置要要有利利于系系統的的能量量協調調和效效率的的提高高。協調設設計的的原則則：第十四四章機機械系系統的的方案案設計計3.各各執行行構件件間運運動的的協調調配合合和機機械的的工作作循環環圖協調設設計的的步驟驟：★確定機機械的的工作作循環環周期期；★確定機機械在在一個個運動動循環環中各各執行行構件件的各各個行行程段段及其其所需需時間間；★確定各各執行行構件件動作作間的的協調調配合合關系系。例：冷冷霜自自動灌灌裝機機。根據設設計任任務書書中給給定的的理論論生產產率Q=30盒盒/min，計計算出出該機機械運運動的的循環環周期期T=60/30=2s確定機機械的的工作作循環環周期期確定機機械在在一個個運動動循環環中各各執行行構件件的各各個行行程段段及其其所需需時間間基本動動作各行程程區段段所需需時間間的計計算詳詳見機機械運運動循循環圖圖。第十四四章機機械系系統的的方案案設計計3.各各執行行構件件間運運動的的協調調配合合和機機械的的工作作循環環圖確定各各執行行構件件動作作間的的協調調配合合關系系第十四四章機機械系系統的的方案案設計計3.各各執行行構件件間運運動的的協調調配合合和機機械的的工作作循環環圖第十四四章機機械系系統的的方案案設計計2)機機械的的工作作循環環圖描述各各執行行構件件運動動間相相互協協調配配合的的圖—機械械運動動循環環圖由于機機械在在主軸軸或分分配軸軸轉動動一周周或若若干周周內完完成一一個運運動循循環，，故運運動循循環圖圖常以以主軸或分配軸軸的轉轉角為坐標標來編編制。。機械運運動循循環圖圖的功功能：：保證各各執行行構件件的動動作相相互協協調、、緊密密配合合，使使機械械順利利實現現預期期的工工藝動動作。。為進一一步設設計執執行機機構的的運動動尺寸寸提供供了重重要的的依據據。為機械械系統統的安安裝調調試提提供了了依據據。(2).機機械運運動循循環圖圖的種種類及及繪制制方法法：(1).機機械運運動循循環圖圖的定定義：：直線式式圓周式式直角坐坐標式式第十四四章機機械系系統的的方案案設計計形式繪制方法特點直線式將機械在一個運動循環中各個執行構件各行程區段的起止時間和先后順序，按比例繪制在直線坐標上。繪制方法簡單，能清楚表示一個運動循環中各執行構件運動的順序和時間關系；直觀性差，不能顯示各執行構件的運動規律。2)機機械的的工作作循環環圖第十四四章機機械系系統的的方案案設計計2)機機械的的工作作循環環圖形式繪制方法特點圓周式以極坐標系原點為圓心作若干個同心圓，每個圓環代表一個執行構件，由各相應圓環引徑向直線表示各執行構件不同運動狀態的起始和終止位置。能比較直觀地看出各執行機構主動件在主軸或分配軸上的相位；當執行機構多時，同心圓環太多不能一目了然，無法顯示各構件的運動規律。形式繪制方法特點直角坐標式用橫坐標表示機械主軸或者分配軸轉角，縱坐標表示各執行構件的角位移或者線位移，各區段之間用直線相連。不僅能清楚地表示各執行構件動作的先后順序，而且能表示各執行構件在各區段的運動規律。2)機機械的的工作作循環環圖運動循環圖形式形式繪制方法特點直線式將機械在一個運動循環中各個執行構件各行程區段的起止時間和先后順序，按比例繪制在直線坐標上繪制方法簡單，能清楚表示一個運動循環中各執行構件運動的順序和時間關系；直觀性差，不能顯示各執行構件的運動規律圓周式以極坐標系原點為圓心作若干個同心圓，每個圓環代表一個執行構件，由各相應圓環引徑向直線表示各執行構件不同運動狀態的起始和終止位置能比較直觀地看出各執行機構主動件在主軸或分配軸上的相位；當執行機構多時，同心圓環太多不能一目了然，無法顯示各構件的運動規律直角坐標式用橫坐標表示機械主軸或者分配軸轉角，縱坐標表示各執行構件的角位移或者線位移，各區段之間用直線相連不僅能清楚地表示各執行構件動作的先后順序，而且能表示各執行構件在各區段的運動規律2)機機械的的工作作循環環圖第十四四章機機械系系統的的方案案設計計第十四四章機機械系系統的的方案案設計計第四節節機機構的的選型型和變變異1.機機構的的選型型首先根根據已已知的的設計計要求求，按按執行行構件件的運運動形形式及及運動動功能能要求求，先先在基本機機構中進行行類比比選擇擇，當當基本本機構構不能能滿足足運動動或動動力要要求時時，才才考慮慮對基基本機機構進進行組組合、、變異異等方方法形形成新新的機機構，，或選選用組組合機機構。。有時時很難難找到到滿足足工作作要求求的現現有機機構，，這時時要求求改變變機械械的工工作原原理和和工藝藝動作作，或或創造造新型型機構構。選型分分為選選出與與選定定。第十四四章機機械系系統的的方案案設計計1.機機構的的選型型機構選選型時時應注注意原原則1）按按已擬擬定的的工作作原理理進行行機構構選型型時，，應盡盡量滿滿足或或接近近運動動形式式要求求；2）機機構選選型時時應力力求結結構簡簡單、、尺寸寸適度度、在在整體體布置置上占占的空空間小小，達達到布布局緊緊湊；；3）機機構選選型時時要注注意選選擇那那些加加工制制造簡簡單、、容易易保證證較高高的配配合精精度的的機構構；4）機機構選選型時時要保保證在在高速速運轉轉時有有良好好的動動力特特性；；5）機構構選型時時應考慮慮機械效效率等問問題；6）機構構選型時時還要考考慮動力力源的形形式。第十四章章機機械系統統的方案案設計各種運動動與實現現對應運運動要求求的機構構類型運動形態機構類型1.轉動轉換為連續轉動齒輪機構；帶傳動機構；鏈傳動機構；平行四邊形機構；轉動導桿機構；雙轉塊機構等2.轉動轉換為往復擺動曲柄搖桿機構；擺動導桿機構；擺動凸輪機構等3.轉動轉換為間歇轉動棘輪機構；槽輪機構；不完全齒輪機構；分度凸輪機構等4.轉動轉換為往復移動齒輪齒條機構；曲柄滑塊機構；正弦機構；凸輪機構；螺旋傳動機構等5.轉動轉換為平面運動平面連桿機構；行星輪系機構6.移動轉換為連續轉動齒輪齒條機構（齒條主動）；曲柄滑塊機構(滑塊主動)；反凸輪機構7.移動轉換為往復擺動反凸輪機構；滑塊機構（滑塊主動）8.移動轉換為移動反凸輪機構；雙滑塊機構第十四章章機機械系統統的方案案設計各種功能能要求與與對應該該要求的的機構類類型功能要求機構類型1.軌跡要求平面連桿機構；行星輪系機構2.自鎖要求蝸桿蝸輪機構；螺旋機構3.微位移要求差動螺旋機構4.運動放大要求平面連桿機構5.力的放大要求平面連桿機構6.運動合成或分解差動輪系與而自由度的其他機構第十四章章機機械系統統的方案案設計1.機構構的選型型摩擦傳動動機構的的優缺點點：優點：結結構簡單單、傳動動平穩、、易于實實現無級級變速、、過載保保護。缺點：傳傳動比不不準確、、傳遞功功率小、、效率低低。連桿機構構的特點點：制造造容易、、承載能能力大，，但難以以實現精精確運動動，適用用于無嚴格運運動規律律的場合合。連桿機構構可以獲獲得較大大行程，，但不能能太大，，否則機機構尺寸寸會過于于龐大。。凸輪機構構的特點點：能實實現任意意復雜的的運動和和各構件件之間的的運動協協調，承承載能力不大大。凸輪機構構的推桿桿行程一一般較小小，否則則會使壓壓力角過過大或尺尺寸過大大。齒輪齒條條機構或或螺旋機機構可滿滿足大行行程的要要求。一般而言言，除了了凸輪機機構能實實現精確確的曲線線軌跡之之外，其其他機構構都只能能近似實實現預定定的曲線線軌跡。。第十四章章機機械系統統的方案案設計當所選機機構不能能全面滿滿足對機機械提出出的運動動和動力力要求時時，或為為了改善善所選機機構的性性能或結結構時，，可以通通過改變變機構中中某些構構件的結結構形狀狀、運動動尺寸、、更換機機架或原原動件、、增加輔輔助構件件等方法法以獲得得新的機機構或特特性，此此稱為機構的變變異。2.機構構的變異異構件結構構形狀運動尺寸寸更換機架架或原動動件增加輔助助構件機構的變變異第十四章章機機械系統統的方案案設計1）改變變構件結結構形狀狀若將擺動動導桿機機構中的的直線導導槽改為為圓弧導導槽（如如圖14-5所示示），運動到到左側時時，可獲獲得較長長時間的的停歇。。圖14-5單側停歇導桿機構2.機構構的變異異2）改變變構件運運動尺寸寸槽輪直徑徑變為無無窮大，，槽數無無窮多時時,槽條機構構，如圖14-6所示。。圖14-6槽條機構構第十四章章機機械系統統的方案案設計2.機構構的變異異3）選不不同的構構件作為為機架——機構構的倒置置，如如圖14-7所示示。擺動凸輪機構123123連桿-凸輪機構A1BCO234罐頭封口機構要求C點沿接合縫運動。圖14-7第十四章章機機械系統統的方案案設計2.機構構的變異異4）選不不同的構構件作為為原動件件雙搖桿機機構中，，選連桿桿作為原原動件，，可把風風扇轉子子的旋轉轉轉化為為連架桿桿的搖動動，如圖14-8所示。作者：潘潘存云教教授ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿圖14-8風風扇5）增加加輔助構構件作為為原動件件圖示手動動插秧機機分秧、、插秧機機構中增增加了一一個輔助助構件——活舌3，從從而使M點實現預預定軌跡跡，如圖14-9所示示。123B654M3圖14-9手動插秧秧機分秧秧、插秧秧機構第十四章章機機械系統統的方案案設計2.機構構的變異異6)利用最小小阻力原原理實現現機構的的變異最小阻力力定律———在自自由狀態態下，剛剛體總是是沿阻力力最小的的方向運運動。當原動件件數目小小于機構構自由度度數目時時，機構構遵循最最小阻力力定律，，用此可可以簡化化機構。。231453′a′a″送料機構工作原理理：送料料機構的的自由度度為2，，推程時時因轉動動摩擦力力比滑動動摩擦力力小而構構件3先先逆時針針轉動，，碰到下下擋銷時時止。這這一過程程使推爪爪向下運運動，并并插入工工件的凹凹槽中。。此后推推桿、工工件、滑滑塊三者者為一體體，向左左推送工工件。回回程時，，推桿先先順時針針轉動，，推桿與與工件脫脫離，碰碰到上擋擋銷時，，推桿與與滑塊一一起返回回。理論上機機構運動動不確定定自由度：：F=2第十四章章機機械系統統的方案案設計第五節機機構的的組合為了實現現執行機機構的運運動形式式、運動動參數以以及運動動協調關關系，或或者為了了改善機機械的動動力特性性，需要要將選定定的各種種機構組組合在一一起。在以下幾幾個方面面常常需需機構組組合：3）由于于不具備備某種動動力源，，或受其其它條件件的限制制，只有有進行機機構組合合才能實實現所要要求的工工藝動作作。機構組合合是指機機構選型型的基礎礎上，根根據使用用要求或或工藝動動作要求求，將幾幾個基本本機構按按一定的的原則或或規律組組合成一一個復雜雜的、新新的機構構系統。。1）機構構的工藝藝動作較較復雜若采用簡簡單的、、單一的的基本機機構無法法實現復復雜的工工藝動作作，這種種情況下下減小機機構組合合常采用用并聯式式、復合合式或疊疊加式的的組合方方式，組組合時應應注意各各個子工工藝動作作協調配配合問題題。2）所所選擇的的機構其其運動和和動力特特性不好好，但又又無更好好的機構構可選這種情況況下常用用串聯組組合方式式來改善善機構的的性能，，如增程程、增力力，實現現各種特特殊運動動要求等等。機構的組組合方式式可劃分分為以下下四種：：第十四章章機機械系統統的方案案設計第五節機機構的的組合1.機構構的串聯聯組合前后幾種種機構依依次聯接接的組合合方式稱稱為機構構的串聯組合合。一般串聯聯組合：：后一級級機構的的主動件件固連在在前一級級機構的的一個連連架桿上上。51234ω1IIIω1s3s4III一般串聯聯組合123A54DCBFEM特殊串聯聯組合特殊串聯聯組合：：后一級級機構的的主動件件串接在在前一級級機構的的一個連連桿上。。第十四章章機機械系統統的方案案設計2.機構構的并聯聯組合一個機構構產生若若干個分分支后續續機構，，或若干干個分支支機構匯匯合后于于一個后后續機構構的組合合方式。。①一般并聯聯組合：：各分支支機構間間無任何何嚴格的的運動協協調配合合關系。。各分支支部分可可獨立設設計。如如圖14-11所示示某航空發發動機附附件傳動動系統。。(b)表示框圖(a)某某航空發發動機附附件傳動動系統主動軸VIⅡⅥⅢⅣ圖14-11第十四章章機機械系統統的方案案設計②特殊并聯聯組合：：各分支支機構間間有嚴格格的運動動協調配配合關系系。各分支部部分常共共用一臺臺原動機機（或集集中數控控），各各部分嚴嚴格按速速比設計計。有軌跡配配合要求求：如圖14-12所示示聯動凸輪輪機構中中，兩個個分支凸凸輪共同同驅動一一個從動動件，實實現矩形形軌跡完完成送料料。圖14-12圓珠筆芯自動送料機構154326ω11有速比要要求：2.機構構的并聯聯組合第十四章章機機械系統統的方案案設計有時序要要求：各分支機機構在動動作的先先后次序序上有嚴嚴格的要要求。如圖14-13所所示自動車床床上三個個并聯凸凸輪的工工作順序序有先后后要求。。凸輪I凸輪II凸輪III凸輪轉角090?180?270?360?放松(送料)車外圓道角擋料切斷夾緊工件（鉚釘）外圓車刀棒料切斷刀倒角刀凸輪軸擋板IIIIII主軸圖14-132.機構構的并聯聯組合第十四章章機機械系統統的方案案設計有運動形形式配合合要求：：如圖14-14所所示示攪拌拌機機除除了了E點按按曲曲線線運運動動外外，，還還要要求求攪攪拌拌釜釜作作自自旋旋運運動動，，但但兩兩者者無無速速比比要要求求。。砂輪工件砂輪架如圖14-15所所示示磨床床中中的的主主軸軸回回轉轉、、砂砂輪輪回回轉轉、、工工件件進進給給也也屬屬于于運運動動形形式式上上的的配配合合。。圖14-15磨磨床床圖14-14攪攪拌拌機機構構ABCDE2.機機構構的的并并聯聯組組合合③匯集集式式并并聯聯組組合合：：若若干干分分支支機機構構匯匯集集一一道道共共同同驅驅動動一一后后續續機機構構。。常常用用于于重重型型機機械械傳傳動動。。直線電機禁翼直線電機圖14-15大大型型船船舶舶主主傳傳動動機機構構圖14-16某某型型飛飛機機的的禁禁翼翼操操縱縱機機構構一個個直直線線電電機機失失靈靈后后，，另另外外一一個個仍仍能能工工作作圖14-17匯匯集集式式并并聯聯組組合合的的符符號號框框圖圖第十十四四章章機機械械系系統統的的方方案案設設計計第十十四四章章機機械械系系統統的的方方案案設設計計將一一個個多多自自由由度度(通通常常為為二二自自由由度度)的的機機構構(稱稱為為基基礎礎機機構構)中中的的某某兩兩個個構構件件的的運運動動用用另另一一機機構構(稱稱為為約約束束機機構構)將將其其聯聯系系起起來來，，使使整整個個機機構構成成為為一一個個單單自自由由度度機機構構的的組組合合方方式式稱稱為為封閉式組組合。根據被封封閉構件件的不同同，又可可分為如如下兩種種。（1）一一般封閉閉式組合合將基礎機機構的兩兩個主動動件或兩兩個從動動件用約約束機構構封閉起起來的組組合方式式稱為機機構的一一般封閉閉式組合合。（2）反反饋封閉閉式組合合通過約束束機構使使從動件件的運動動反饋回回基礎機機構的組組合方式式，稱為為反饋封封閉式組組合。3.機構構的封閉閉式組合合第十四章章機機械系統統的方案案設計將一機構構裝載在在另一機機構的某某一活動動構件上上的組合合方式稱稱為機構構的裝載式組組合。它又可可根據自自由度的的多少而而分為如如下兩種種：（1）單單自由度度的裝載載式組合合（2）雙雙自由度度的裝載載式組合合4.機構構的裝載載式組合合第六節機機械傳傳動系統統方案的的擬定第十四章章機機械系統統的方案案設計在確定了了機械的的工作原原理，并并完成了了執行機機構構件件和原動動機的運運動設計計之后，，通過進進行機構構的選型型、變異異及組合合，即可可形成機機械傳動動系統方方案。最最后通過過分析與與評價，，從眾多多的方案案中選出出最佳方方案。一、擬定定機械傳傳動方案案的一般般原則1、采用用盡可能能短的運運動鏈理由：降降低重量量和制造造成本、、提高效效率、減減少累計計誤差方法：在在無嚴格格速比要要求時，，各分支支選用獨獨立原動動機。2、優先先選用基基本機構構理由：基基本機構構結構簡簡單、設設計方便便、技術術成熟。。在不滿滿足要求求時，才才考慮變變異或組組合。3、應使使機械有有較高的的機械效效率4、合理理安排不不同類型型傳動機機構的順順序1)轉變變運動形形式的機機構（如如凸輪機機構、連連桿機構構、螺旋旋機構等等）通常常安排運運動鏈的的末端，，與執行行機構靠靠近.2)帶傳傳動和摩摩擦傳動動一般應應安排轉轉速較高高的運動動鏈的起起始端，，以減小小傳動的的扭矩，，并減小小外形尺尺寸。第十四章章機機械系統統的方案案設計一、擬定定機械傳傳動方案案的一般般原則:第十四章章機機械系統統的方案案設計一、擬定定機械傳傳動方案案的一般般原則:5、合理理分配傳傳動比（1）每每一級傳傳動比應應在合理理范圍內內選取；；（2）減減速傳動動時，按按前小后后大的原原則分配配，有利利于減小小尺寸；；傳動機構種類平帶V帶摩擦輪齒輪蝸桿鏈圓周速度m/s5～255～3015～2515～12015～3515～40減速比≤5≤8～15≤7～10≤4～8≤80≤6～10最大功率kw2000750～1200150～250500005503750常用傳動動機構的的合理取取值范圍圍6、保證證機械的的安全運運轉為防止倒倒轉可采采用自鎖鎖裝置或或制動器器，防止止過載損損壞可采采用摩擦擦傳動或或安全聯聯軸器。。擬定機械械傳動系系統的方方法較多多，下面面介紹兩兩種較常常用的方方法。（（1）功功能分解解組合法法功功能分分解組合合的基本本思路是是：首先先對設計計任務進進行深入入分析，，將機械械要實現現的總功功能分解解為若干干個分功功能，再再將各分分功能細細分為若若干個元元功能，，然后為為每一元元功能選選擇一種種合適的的功能載載體(機機構)來來完成該該功能，，最后將將各元功功能的功功能載體體加以適適當地組組合和變變異，就就可構成成機械傳傳動系統統的一個個運動方方案。由由于一個個元功能能往往存存在多個個可用的的功能載載體，所所以用這這個方法法經過適適當排列列組合可可獲得很很多的傳傳動系統統方案。。第十四章章機機械系統統的方案案設計2.擬定定機械傳傳動系統統方案的的方法（2）模模仿改造造法第十四章章機機械系統統的方案案設計2.擬定定機械傳傳動系統統方案的的方法▲先找出完完成設計計任務的的關鍵技技術；▲然后尋找找具有類類似技術術的設備備裝置；；▲分析利用用原裝置置完成現現設計任任務的有有利條件件、不利利條件、、還缺少少哪些條條件；▲保留有利利條件，，去掉不不利條件件，增設設缺少的的條件，，對原原裝置進進行改進進，使之之能滿足足現設計計的需要要。注意：為了更好好地完成成設計，，一般應應多選幾幾種原型型機。（1）評評價指標標機機械傳傳動方案案評價的的指標應應由所設設計機械械的具體體要求加加以確定定。一般般說來，，評價指指標應包包括下列列五個方方面。第十四章章機機械系統統的方案案設計3.機械械傳動系系統方案案的評價價1)機械功能能的實現現質量——精確確性、穩穩定性、、適應性性、擴展展性；2)機械工作作性能——運轉轉的平穩穩性、傳傳力性能能、承載載能力等等；3)機械的動動力性能能——沖擊擊、振動動、噪聲聲、耐磨磨性能等等；4)機械的經經濟性——設計計工作量量大小、、制造成成本、維維修難易易、能耗耗等5)機械結構構的合理理性——復雜雜程度、、尺寸及及重量大大小等。。（2）評評價方法法下下面僅僅介紹其其中一種種使用較較為簡便便的專家家記分評評價法。。在在進行行記分評評價時，，首先應應建立評評價質量量指標體體系，即即應根據據被評價價對象的的特點，，確定用用哪些指指標來衡衡量各方方案的優優劣。其其次，為為每個指指標確定定評分的的分值，，各分值值是根據據所設計計機械的的具體要要求和各各指標的的重要程程度來確確定的，，各指標標分值的的和應為為100。第十四章章機機械系統統的方案案設計3.機械械傳動系系統方案案的評價價第三：專專家評分分，一般般采用五五級相對對評分制制，即用用0、0．25、0．．5、0．75、1分分別表示示方案在在某指標標方面為為很差、、差、一一般、較較好、很很好。最后：計計算各方方案得分分，將各各專家對對某方案案某指標標的評分分進行平平均，再再乘以該該指標的的分值，，即為該該方案在在該指標標上的得得分，將將各指標標的得分分相加，，即得該該方案的的總分。。根據各各方案總總分的高高低，即即可排出出各方案案的優劣劣次序，，從中選選出最佳佳方案。。第十四章章機機械系統統的方案案設計3.機械械傳動系系統方案案的評價價第七節機機械傳傳動系統統設計舉舉例第十四章章機機械系統統的方案案設計1試試設設計育秧秧缽制作作機傳動動系統設計要求求:育秧秧缽如圖圖14-18所所示，每每分鐘生生產50個。工藝過程程：填肥肥土、壓壓實、脫脫模。核心技術術：沖制制、脫模模如圖14-19所示示。模仿改造造的原型型機：蜂蜂窩煤制制作機。。圖14-18育秧缽1）分析:φ60φ202560圖14-19沖制、脫脫模第十四章章機機械系統統的方案案設計2）圖14-20所示示蜂窩煤煤制作機傳動系系統中，，包括：：電機帶傳動圓柱齒輪輪、錐齒輪槽輪實現工作作臺間歇歇轉動。。沖頭凸輪機構構實現清掃掃電機帶傳動圓柱齒輪輪、曲柄滑塊塊機構實現沖壓壓與脫模模。1287654311109141312圖14-20蜂窩煤制作機傳動系統

①因為模模盤靠槽槽輪實現現間歇回回轉，周周期較長長，生產產效率低低，機構構也較復復雜，成成本較高高,可以以考慮改改成連續續旋轉;②土壤間間粘結性性好，改改造方案案中可以以考慮去去掉；③缺混合合攪拌裝裝置，新新方案擬擬增加。。注意:1試試設設計育秧秧缽制作作機傳動動系統第十四章章機機械系統統的方案案設計125643圖14-21育秧缽制作機傳動系統

97(8)IIIIII101116151413121413917KK向3）改造成育育秧缽制制作機：：①電機帶傳動圓柱齒輪輪、錐齒輪圓柱齒輪輪實現工作作臺連續續轉動。。③軸III直接驅驅動攪拌拌器。。②電機帶傳動圓柱齒輪輪、曲柄滑塊塊機構實現沖壓壓與脫模模。1試試設設計育秧秧缽制作作機傳動動系統第十四章機機械系系統的方案案設計2.多頭專專用鉆床的的機械傳動動系統設計計設計任務：：設計一臺自自動鉆床，，用來同時時加工圖14-21所示零零件上的三三個孔，能能自動送料料。并設計計運動循環環圖。1）確定工作原原理鉆削工藝：：鉆頭一邊旋旋轉，同時時相對于工工件作移動動。三種運動方方案如圖14-22所示：圖a：鉆頭旋轉，，同時軸向向進給，工工作臺靜止止；圖b：鉆頭旋轉，，工作臺帶帶動工件進進給；圖c：工作臺旋轉轉，鉆頭作作軸向進給給；30203-φ82020502010圖14-21圖14-22(a)(b)(c)第十四章機機械系系統的方案案設計2.多頭專專用鉆床的的機械傳動動系統設計計送料機構可可以采用從從料倉推送送工件的方方式，如圖14-23所示。工作臺送料桿料倉三個執行構構件：鉆頭、工作作臺、送料料桿2）執行構件的的運動設計計工藝過程：：▲送料桿往右右推出零件件，并頂出加工工好的零件件▲夾具將工件件定位，并并夾緊；▲送料桿返回回，工作臺臺帶動工件件快速上移移接近鉆頭頭；▲工作臺慢速速進給；▲鉆孔結束后后，工作臺臺快速退回回，完成一一個循環。。圖14-23第十四章機機械系系統的方案案設計2.多頭專專用鉆床的的機械傳動動系統設計計鉆頭的轉速速：nc=1000v/(πd)其中：d——鉆頭直徑，d=8mmv——切削速速度，查手手冊45鋼鋼，可選v=12.5m/min代入得：nc≈500r/min工作臺為往往復運動。。鉆孔工藝藝要求：▲工作臺帶動動工件快速速上移接近近鉆頭；▲工作臺改用用工作進給給速度先鉆鉆凸臺上的的孔，待鉆鉆到一定定深度時，，三個鉆頭頭才同時鉆鉆進，因工工作阻力增增加，故進進給速度應應減小；▲鉆孔結束后后，工作臺臺快速退回回，完成一一個循環。。設工作臺完完成一個工工作循環所所需的時間間為T1，則有：T1=t1+t2+t3+t4+t5第十四章機機械系系統的方案案設計2.多頭專專用鉆床的的機械傳動動系統設計計其中：t1——單孔鉆削時間。。設單孔鉆削每轉進進給量為s1=0.2mm/r,單孔鉆削深度為為10mm，并考慮慮3mm的的提前工作作量。求得得：t2——三孔同同時鉆削時間，，設進給量量為s1=0.16mm/r，單單孔鉆削深度為為10mm，并考慮慮3mm的的越程量。。求得t2=(10+3)/(s2nc)=0.163min=9.8st3——快速接接近時間，，取t3=1.5st4——快速退退回時間，，取t4=2.5st5——工作臺臺停歇等待待更換工件件時間，取取t5=3s；工作臺一個個工作循環環總時間：：T1=t1+t2+t3+t4+t5=24.6s工作臺每分分鐘工作循循環數：n1=60/T1=2.44t1=(10+3)/(s1nc)=0.13min=7.8s送料桿的運運動為往復復直動。循循環時間與與工作臺相相同：Ts=24.6s工作臺的行行程：Hf=h0+h1+h2h0——工