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第三章 机械功能原理的实现——机械运动系统的方案设计 第三章 机械功能原理的实现——机械运动系统的方案设计 6 学时 理论课 1、初步掌握机构能实现的动作功能； 2、进一步掌握传动机构和执行机构的作用； 3、掌握常用的机械传动方法； 4、认识机构的创新设计的含义 重点： 1、结构能实现的动作功能 2、传动机构和执行机构 3、常用的机械传动方法功能原理设计的工作特点 难点： 1、机构的创新设计； 2、结构能实现的动作 处理方法：突出基本概念、联系实际、结合多媒体教学 一、机构能实现的动作功能 1．利用机构实现运动形式或运动规律变换的动作功能 在绝大多数的机械中原动机的运动形式为转动，而机构的输出运动是多种多样的利用机构 可以进行构件运动形式的变换，例如： 1)匀速运动(平动、转动)与非匀速运动(平动、转动或摆动)的变换 2)连续转动与间歇式的转动或摆动的变换 3)实现预期的运动轨迹运动 2．利用机构实现开关、联锁和检测等的动作功能 开关、联锁和检测是自动机中的重要内容检测机构可以检查最后的成品也可以检测中 间工序．以自动校正与规定标准间的差异控制联锁机构的用途则是在机器工作过程中发现 控制和检测机构所不能排除的缺陷时停止或限制机器的工作。

例如： 1）用来实现运动离合或开停 2）用来换向、超越和反向止动 3）用来实现联锁、过载保护、安全制动 4)实现锁止、定位、夹压等 5) 实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等 3 利用机构实现程序控制或手动控制的功能 程序控制或自动控制是自动机械中不可缺少的一部分，控制的方法很多，用机构来控制 的方法就有； 1)利用时间的序列进行控制 2)利用动作的序列进行控制 第 1 页 第三章 机械功能原理的实现——机械运动系统的方案设计 3)利用运动的变化等进行控制 二、选择机构来实现功能原理的原则和范围 机构所能实现的动作功能完全可以用电气或电子的原则来实现但是在什么情况下选用 机构来完成这些功能呢?当然首先是要完成设计时提出的功能目标还要考虑到工作可靠， 运行安全，操作方便，制造和运行的经济性等等其中前两条是必须满足的，后两条则在有 条件下，尽可能的满足 根据目前科学技术的条件，下列几方面的动作功能一般宜用机构来实现： 1． 实现功率性的机械运动形式或现律的变换功能 2． 实现固定轨迹或简单可调的轨迹功能 3． 在特定条件下能优质地实现开关、联锁和检测等功能 4．实现简单的固定程序或可变程序的控制功能 机器包含四个部分：动力源、传动机构、执行机构和控制部分。

一、传动机构 传动机构的作用是将原动机的运动和动力传递给工作机，以完成预期的功能常用的传 动机构有齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、楔块机构、棘轮机构、槽轮机构、摩 擦轮机构、挠性件机构、弹性件机构、液气动机构、电气机构以及利用以上一些常用机构进 行组合而产生的组合机构传动机构在使用中最主要的目的是为了实现速度或力的变换，或 实现持定运动规律的要求 1．运动速度或力的大小变换 根据功率、速度、输出力三者之间的关系：P=Fv 常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构主要有以下几种: 1)通过啮合方式进行传动(例如；齿轮、蜗轮蜗杆、链传动、同步齿形带等) 2)通过摩擦方式进行传动(例如：摩擦轮传动、摩擦式无级变速器、带传动、滑轮传动 等) 3)利用楔块原理进行传动(例如：螺旋传动等)螺旋传动主要由螺杆、螺母成 4)利用流体作用原理进行传动(例如：液压、气动传动等) 2 运动形式或传力方式的变换 原动机的输出较为常见的运动形式是匀速转动，而工作机的输出要求是多种多样的因 此进行运动形式的变换是传动机构的一个很重要的任务机械传动机构中常见的运动形式主 要有：转动、平动、摆动等。

常见的用运动形式的变换机构主要有：凸轮机构、螺旋机构、 连扦机构、齿轮机构、挠性体机构、摩擦轮机构、流体机构等它们能将转动变换成移动．或 反之由于运动形式的变化，机构的传力方式也就随之改变 二、执行机构 带动工作头进行工作并使之获得工作力或力矩的机构称为执行机构，如挖掘机中推动铲 斗运动的多杆机构，使起重机吊钩运动的起重臂，使飞机轮子起落的起落架，机器人的手臂 等执行机构的主要作用是给工作头产生工作力同时带动工作头实现给定的运动规律或特定 的运动轨迹等 1．满足持定运动规律 特定运动规律是指那些输出中有速度的规律变化要求 2．满足持定的运动轨迹 3．满足某种特殊的信息传递 利刚机构不仅能完成机械运动和动力的传递，还能完成如检测、计数、定时、显示或控 制等功能 第 2 页 第三章 机械功能原理的实现——机械运动系统的方案设计 三、工作头 1．什么是工作头 2：工作头的作用 工作头的形式根据机构执行的工艺功能不同而多种多样常见的工艺功能主要包含以下 几个方面： (1)夹持 (2)搬运、 (3)施力 四、选择机构类型和拟定机构简图中的几个问题 通常机械产品要实现某一功能．可以选用不同形式的机构来完成。

究竞选用哪种形式的 机构．就存在着机构选型的问题选型时除应满足工艺功能的动作和运动的基本要求外，还 应注意以下几个问题： 1 在满足工艺功能动作和运动要求的情况下应使机构最简单，传动链最短 2．使机构有有利的传力条件 3．使机构有尽可能好的动力性能 4．使机器操纵方便，调整容易，安全耐用 一、功能原理解与机械运动系统的方案设计 机械产品的功能原理设计完成后，得到一个“功能结构图”，图中列出了完成这个机械 产品总功能的各个分功能和它们之间的相互关系按本章第一节的原理就可以分析这些分功 能中哪些适合用机械功能来完成；按第二节的原理分析这些功能是属于传动类型还是属于执 行类型，再根据选择机构的原则从已有的机构中选出能完成这些分功能的最佳机构但在这 些工作中将会产生以下两个问题： 1)功能结构图中，有的分功能比较复杂不可能用一个已知的机构来完成这里就需要 根据分功能的待点，挑选几个机构组成一个机械运动系统，由这些机构共同完成这个分功能 的机械动作这就是所谓“机械运动系统的方案设计”，或称为“机构的创新设计” 2)当功能结构图中的各机械分功能均已根据分功能的要求选择好相应的机构后，怎样使 这些分散的机构组成一个协调运动的整体，这也称为“机械运动系统的方案设计”．只是这 个系统比较大，其综合后完成的机械功能，就是整个机械产品的总功能中的全部机械功能。

这种机械运动系统方案设计也称为“机械运动系统的协调设计”本节的重点是前者，后面 的问题将在第五节中详细讨论 二、功能原理的分解和机构的选择 三、机械运动系统方案设计举例——家用缝纫机的送布机构设计 1．家用缝纫机送布机构的功能原理要求 2．送布机构的功能分解 3．实现子功能的机构选择 4．机械运动系统的力案设计 从上节机械运动系统方案设计中可知，功能原理的分解和按分解后的分功能选择设计机 构是一个很重要的工作，分解得不合理，选择机构不当，都会影响分功能的完成按功能原 理来选择或设汁机构是—个创造性的工作，能否设计出—个优秀的新机构是方案设计中的— 项重要工作 一、改变机构的某些尺寸参数，使机构出现一种新的功能 二、运用机构的串联组合，改变机构的运动特性 第 3 页 第三章 机械功能原理的实现——机械运动系统的方案设计 三、运用机构的并联组合，得到某种特殊的运动规律或轨迹 四、利用机构组成原理发现新的机构 五、引进当前的最新技术，使旧的机械功能得到新的生命 一、机械运动协调设计 当功能结构图中各分功能均设计完毕后，怎样将这些分功能协调动作，共同完成总功能? 这就需进行总体范围内的运动系统方案设计一一机械运动协调设计。

由于完成各分功能的机构(执行机构)均是相对独立的，其运动动作的先后是根据总功能 的要求，在一个周期中按时间序列安排的但怎样使各执行机构严格按规定的时间运动．这 就是机械运动协调设计的关键——控制方法设计在控制的方法上，一般有如下两种 1、集中驱动、分散控制 2、集中控制、分散驱动 二、运动循环图 运动循环固常用两种形式表示：1）极坐标式，2）直角坐标式 在给制运动循环图时，应注意下列几点： 1)以工艺过程开始点作为运动循环图的起始点，并定出最先开始工作的那个机构在循环 图上的位置，其它机构则按工艺程序的先后依次列出 2)不在分配轴上的凸轮，应将其动作所对中心角，换算成分配轴相应的转角 3)尽可能使各机构的动作重合，以便缩短运动周期，提高生产率 4)几个执行机构的动作作用在同一构件上时，当某个机构作用在该构件上动作结束到另 —机构开始作用在该构件上之间应间隔 2~3?，以补偿凸轮制造及装配误差，避免两机构在 动作衔接处发生干涉 5)在不影响工艺要求和生产率的情况下应尽可能使动作所对应的中心角增大些以便减 小压角 实验 1：打印机，缝纫机 第 4 页 。