第11章 機械運動系統(tǒng)方案設計

第11章

機械運動系統(tǒng)的方案設計§

11-1機械運動系統(tǒng)方案設計的內容

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11-2機械運動系統(tǒng)功能結構的建立

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11-3確定機械運動系統(tǒng)的工作原理

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11-4機械運動系統(tǒng)工藝動作過程的構思與分解§

11-5機構選型及其系統(tǒng)組成

§

11-6執(zhí)行系統(tǒng)間運動的協(xié)調設計和運動循環(huán)圖

§

11-7機械運動系統(tǒng)方案的構思與擬定§

11-8機械運動系統(tǒng)方案的評價§

11-9設計沖壓式蜂窩煤成形機的運動方案§

11-1機械運動系統(tǒng)方案設計的內容在工程上，一臺完整的“機械”通常是由四部分所組成:

一、機械運動系統(tǒng)的定義我們就將傳動系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)二者的組合，稱為“機械運動系統(tǒng)”。1)動力系統(tǒng)；2)傳動系統(tǒng)；3)執(zhí)行系統(tǒng)；4)輔助系統(tǒng)(含控制系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等)。自行車如:機械運動系統(tǒng)的方案設計:是指設計工作者根據(jù)設計任務書和機器的用途等，來確定該機械運動系統(tǒng)的總功能，明確其工作原理和工藝動作，合理選擇機構的類型以及進行方案評價等十個方面的全過程，又簡稱為“方案設計”。在傳統(tǒng)的機械產品設計過程中，其設計階段有四個:產品規(guī)劃方案設計技術設計施工設計

方案設計是關鍵和核心，因為它直接決定產品性能的好壞、成本的高低及競爭能力的強弱。

3)技術設計，2)方案設計，4)施工設計。1)產品規(guī)劃，二、機械運動系統(tǒng)方案設計的定義其流程可用圖來表示。三、方案設計的內容和流程一般來說，方案設計包括如下十個方面的內容：1.首先根據(jù)設計任務書和機器的用途等，明確該機械運動系統(tǒng)的總功能?？偣δ?是指該機器的用途或具有特定工作能力的總稱。例如：

“自動鉆床”的總功能:自動鉆孔又如：

“蜂窩煤成型機”的總功能:將粉煤沖壓成蜂窩煤。

2.為了實現(xiàn)總功能，常常將總功能分解為若干分功能（或子功能），并建立其功能結構；

如“自動鉆床”的總功能:自動鉆孔自動鉆孔3.根據(jù)各個分功能來確定其工作原理（或稱功能原理）；例如：在“送料”的功能要求中，滿足它的工作原理有：推力原理、重力原理、摩擦力原理……等。

6.根據(jù)各個工藝動作的時間先后順序，進行各執(zhí)行動作的協(xié)調設計，并繪制出其運動循環(huán)圖；7.對所選的各機構進行尺度設計，確定其主要尺寸；8.對所選的各機構，進行簡單的運動分析和動力分析；9.對各種機械運動系統(tǒng)的方案，進行評價與決策，確定最優(yōu)方案；10.繪制最優(yōu)方案的機械運動系統(tǒng)簡圖。5.根據(jù)各個工藝動作的要求，選擇合適的機構類型或組合機構類型；

4.根據(jù)工作原理，進行工藝動作的構思與分解

；上述設計內容可用流程圖來表示?？偣δ芊纸?建立功能結構工作原理的設計工藝動作的構思和分解機構選型執(zhí)行動作間協(xié)調設計（繪制運動循環(huán)圖）機構尺度設計運動分析和動力分析方案評價與決策繪制機械運動系統(tǒng)簡圖重新設計工作原理重新構思工藝動作重新選用機構類型重新確定機構參數(shù)重新設計不滿足要求確定總功能§11-2機械運動系統(tǒng)功能結構的建立

在實際工作中，要設計的機械產品往往比較復雜，很難一步、直接地求得滿足總功能的原理方案，因此必須將總功能進行分解。通常，功能結構可用下述方框圖來表示。一、功能結構的概念及建立分解：將總功能分解為若干個分功能（或子功能）的過程。

將總功能分解后，再分別對這些較簡單的分功能（或子功能）求解，最后利用組合原理對各分功能的解進行合成，就可以得到滿足總功能的多種解決方案，這就是建立功能結構的目的。自動鉆孔1)例如：

“自動鉆床”的功能結構。二、舉例說明總功能:自動鉆孔為了實現(xiàn)總功能，可將它分解為下述四個分功能(或子功能)。2)又如：

“沖壓式蜂窩煤成型機”的功能結構。為了實現(xiàn)上述總功能，可將它分解為下述五個分功能：①將粉煤加入到空模具中，即加料；總功能加料壓制成型清除積屑脫模輸送總功能：將粉煤沖壓成蜂窩煤。其功能結構如下圖所示。②利用沖頭將粉煤壓制成型；③清除沖頭和轉盤上的積屑；④將沖壓好的蜂窩煤準確地從模具中脫出，即脫模；⑤將脫模的蜂窩煤運走，即輸送。在工程上，滿足同一功能要求的工作原理(即功能原理)有許許多多。§11-3機械運動系統(tǒng)功能原理的確定一、功能原理的確定思路例如：在“自動取料”的功能中，實現(xiàn)自動取料的工作原理有：氣吸原理、機械推拉原理、摩擦傳動原理、磁吸原理、流體傳動原理、材料變形原理、光電原理等多種形式。1)采用氣吸原理：在箱體的頂部用氣吸法吸住頂部一張料板，然后將其夾走。下面以“從箱體中自動取料”為例，來說明各種工作原理的應用

。2)采用機械推拉原理：從箱體的底部將料板推出，然后將其夾走。3)采用摩擦傳動原理：用摩擦輪將料板從箱體底部滾出，然后將其夾走。由此可見，實現(xiàn)同一功能要求(即自動取料)的工作原理有許多。在這些工作原理中，有些是合理的，有些是不合理的。……因此，需要對各種可能的工作原理進行分析與比較，最后選定既能滿足機械的功能要求，又能使工藝動作最為簡單的最佳工作原理。－－－這就是確定機械運動系統(tǒng)功能原理的基本思路。二、功能原理的確定方法目前，工程上較常用的方法有六種：查找有關文獻資料，如專業(yè)書刊、專利產品說明書等，來確定其功能原理的一種方法。此方法簡單、實用。4.仿生法：1.文獻檢索法:從人類或自然界的生物、動物的各種動作和現(xiàn)象中，引出功能原理的一種方法。此方法具有很強的新穎性和創(chuàng)造性。2.類比法:將欲設計的產品與同類已設計的產品進行對比，采用相似原理，來確定功能原理的一種方法。此方法簡單、實用，但存在局限性。3.實驗法:通過科學的實驗手段，如模型實驗、樣機實驗等，來探索和找出功能原理的一種方法。此方法雖然較復雜、但實用。如：“洗衣機”的工作原理。1）揉搓原理：利用機械手，模仿人手的揉搓動作，將贓物從衣物上分離。此原理的缺點是：動作難度大，機構復雜。

4）漂洗原理：利用一個波輪在水中旋轉，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”。此原理的優(yōu)點是：不僅動作簡單，而且安全可靠。目前在“洗衣機”的工作原理中得到了廣泛應用。2）刷擦原理：利用刷子，模仿人手的刷擦動作，將贓物從衣物上分離。此原理的缺點是：很難把衣物各處都刷洗到。3）捶打原理：利用木棒，模仿人手的捶打動作，將贓物從衣物上分離。此原理的缺點是：易損壞衣物。功能：要實現(xiàn)“贓物從衣物上分離出來”，其工作原理有：5.直覺法利用設計工作者的個人直觀感覺以及偶爾聯(lián)想等方法，來確定功能原理的一種方法，此方法具有很大的隨機性。6.邏輯分析法將實現(xiàn)某一功能元的所有可能的解用“表格形式”列出，形成解法目錄，以供比較和確定工作原理的一種方法。此方法考慮全面，具有很強的推廣性和應用性。例如，表11-1為“運送物料”的解法目錄。功能元解機械力氣液力電磁力推力重力摩擦力氣吸力流體力磁吸力簡圖特點用途廣簡單可靠性較差耗能較大多條件限制較小物體表11-1運送物料的解法目錄§

11-4機械運動系統(tǒng)工藝動作的構思與分解

一、“工藝動作”與“功能”之間的關系機器的“功能”通常是通過機構的“工藝動作”來完成的。例如:“蜂窩煤成型機”的五個分功能:①加料→②壓制成型→③清除積屑→④脫?！葺斔停鼈兎謩e是通過如下五個“工藝動作”來實現(xiàn)。1)加料:利用物料重力所產生的垂直下落2)壓制成型:利用沖頭上下往復直線運動3)清除積屑:利用掃屑刷左右往直線復運動4)脫模:利用脫模盤上下往復直線運動5)輸送:將脫模的蜂窩煤落在輸送帶上送出又如：

“自動鉆床”的四個分功能是通過如下四個“工藝動作”來實現(xiàn)。---利用送料塊左右往復直線運動來實現(xiàn)送料---利用定位塊前后往復直線運動來實現(xiàn)定位---利用夾緊塊前后往復直線運動來實現(xiàn)夾緊---利用鉆孔刀具上下往復直線運動來實現(xiàn)進刀二者關系：

“工藝動作”取決于其欲實現(xiàn)的“功能”，不同的“功能”就會有不同的“工藝動作”來完成。一般來說，機器的工藝動作是比較復雜的，很難用一個簡單的機構來實現(xiàn)。因此，在方案設計時，需要把復雜的工藝動作分解成“按一定時間、次序來排列的”若干個簡單的工藝動作。我們就把這些簡單的工藝動作稱為執(zhí)行動作。二、“工藝動作的構思與分解”等若干概念完成執(zhí)行動作的構件，稱為執(zhí)行構件。實現(xiàn)執(zhí)行動作的機構，稱為執(zhí)行機構。

工藝動作的構思與分解：是指設計工作者根據(jù)機器欲實現(xiàn)的功能來構思出其工藝動作，并將復雜的工藝動作分解成按一定時間、次序來排列的若干個簡單工藝動作的過程。1.工藝動作集中與分散原則所謂“集中原則”，是指在同一機構中可以采用多個執(zhí)行構件同時完成幾個執(zhí)行動作。所謂“分散原則”，是指將復雜的工藝動作分解為若干簡單的工藝動作，并分別由不同的執(zhí)行機構來完成。由上可知，工藝動作的集中原則和分散原則是一對矛盾。在設計時，其選用原則是：工藝動作能集中就盡量集中，若集中有困難就采取分散。三、工藝動作構思與分解的基本原則例如：在“自動切書機”中，采用了多刀、多面，同時完成切紙過程，大大地提高了生產率。3.多件同時處理原則是指采用幾套相同的執(zhí)行機構和執(zhí)行構件同時來處理的方法。2.各工藝動作的時間相等原則若有一道工藝動作的時間很長時，就可以采用如下辦法：例如：在

“電腦多頭繡花機”中，采用了12套相同的執(zhí)行機構和執(zhí)行構件(即相同的機頭)同時繡花，可使工作效率提高12倍。是指設計工作者在工藝動作的構思時，盡可能使各工藝動作的時間相等。1)提高這一道工藝動作的速度；2)把這一道工藝動作再分解的辦法，來保證各道工藝動作的時間盡可能相等。4.提高生產率原則為了提高機器生產率，應盡可能減少機器工件行程和回程的時間，其方法有:1)

在不妨礙各執(zhí)行動作正常工作的前提下，盡可能使各執(zhí)行動作的工作行程時間相互重迭；2)同上，盡可能使各執(zhí)行動作的回程時間相互重迭；3)同上,盡可能使各執(zhí)行動作的工作行程時間與回程時間相互重迭。例如:在“蜂窩煤成型機”的“壓制成型與清除積屑”二個“執(zhí)行動作”中。壓制成型:利用沖頭上下往復直線運動清除積屑:利用掃屑刷左右往直線復運動出現(xiàn)了：工作行程時間與回程時間相互重迭?！?/p>

11-5機構選型及其系統(tǒng)組成

一、機構選型的定義機構選型：是指設計工作者根據(jù)各個執(zhí)行動作（即從動件的動作）的基本要求來選用合理的機構類型的過程。須注意：在工程上，滿足同一執(zhí)行動作要求的機構有許多，這需要對多種機構進行對比和分析，最后尋求最優(yōu)解。

例如：若執(zhí)行構件要實現(xiàn)“連續(xù)旋轉運動”，其機構有:雙曲柄機構、轉動導桿機構、齒輪機構、輪系、帶傳動機構、鏈傳動機構、雙萬向鉸鏈機構、某些組合機構等。又如：若執(zhí)行構件要實現(xiàn)“間歇旋轉運動”，其機構有:棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構、凸輪式間歇運動機構等。若執(zhí)行構件要實現(xiàn)其它工藝動作，其執(zhí)行機構見表11-2所示。又如：若執(zhí)行構件要實現(xiàn)“往復擺動”，其機構有:曲柄搖桿機構、搖塊機構、雙搖桿機構、擺動導桿機構、擺動從動件凸輪機構、某些組合機構等。又如：若執(zhí)行構件要實現(xiàn)“往復直線移動”，其機構有:曲柄滑塊機構、移動從動件凸輪機構、齒輪齒條機構、螺旋機構、某些組合機構等。執(zhí)行構件運動形式實現(xiàn)運動形式的常用執(zhí)行機構實際應用舉例旋轉運動連續(xù)旋轉運動雙曲柄機構、轉動導桿機構、齒輪機構、輪系、帶傳動機構、鏈傳動機構、雙萬向鉸鏈機構、某些組合機構等車床、銑床的主軸以及縫紉機的轉動等間歇旋轉運動棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構、凸輪式間歇運動機構等自動機床工作臺的轉位、步進滾輪的步進運動等往復擺動曲柄搖桿機構、搖塊機構、雙搖桿機構、擺動導桿機構、擺動從動件凸輪機構、某些組合機構等顎式碎石機的動顎板的打擊運動、電風扇的擺頭運動等直線移動往復直線移動曲柄滑塊機構、移動從動件凸輪機構、齒輪齒條機構、螺旋機構、某些組合機構等壓縮機活塞的往復運動、沖床沖頭的沖壓運動、插齒的切削運動等間歇往復移動棘齒條機構、摩擦傳動機構、從動件作間歇往復運動的凸輪機構、利用連桿曲線的圓弧段實現(xiàn)間歇運動的連桿機構等齒輪插齒機的讓刀運動、輕工自動機中供料機構的間歇供料運動等單向間歇移動棘齒條機構、液壓機構等刨床工作臺的進給運動等曲線運動利用連桿曲線實現(xiàn)預定軌跡的多桿機構、凸輪——連桿組合機構、齒輪——連桿組合機構、行星輪系與連桿組合機構等捏面機的捏面爪的運動、電影放映機抓片機構中的抓片爪的運動等表11-2實現(xiàn)常見工藝動作的執(zhí)行機構

二、機構選型的基本原則1.選型時，應使機構的結構最簡單、運動鏈最短1)選型時，應使原動件到執(zhí)行構件之間的構件數(shù)量和運動副數(shù)量盡可能地少。2)選型時，有時往往選用結構簡單的近似機構，而不選用理論上沒有誤差但其結構復雜的機構。例如：右圖中的兩種機構都能實現(xiàn)E點直線運動。其中圖a是利用鉸鏈四桿機構，來實現(xiàn)E點的近似直線運動。而圖b是利用平面八桿機構，來實現(xiàn)E點的精確直線運動。

通常方法有：只有這樣，不但可以減輕機構的重量，降低機構的成本，而且可以減少機構的累積運動誤差，有利于提高工作可靠性。2.選型時，應選擇合適的運動副形式

轉動副：不但制造容易，而且易于保證運動副元素的配合精度，且效率較高，故選型時應優(yōu)先選用；結論：在機構選型時，應優(yōu)先選用含有轉動副的機構，避免采用含有移動副的機構。若機構中存在移動副時，盡可能用轉動副或高副來代替。移動副：不但制造較困難，而且一旦磨損不易保證配合精度，效率低，且易自鎖，故選型時應避免采用。高副：高副機構不但能容易地實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律，而且能容易地實現(xiàn)自動化控制。缺點是：高副元素的曲面加工比較麻煩，而且高副元素因磨損過大易造成運動失真，故選型時介于上述二種運動副之間。

例如：在圖a中，采用轉動副D代替移動副D′的近似直線運動機構；又如：在圖b中，采用高副C’代替移動副C的導桿機構。3.選型時，應考慮“原動機”的選用，使之有利于簡化機構的結構和改善運動質量目前，工程上常用的原動機有:電動機、液壓缸、氣缸。結論：若有液壓源、氣壓源設施時，應盡量采用液壓缸或氣缸作為原動機，盡可能少用電動機作為原動機。因為這樣，不但有利于簡化機構的結構和改善運動質量，而且具有減振、操作方便等一系列優(yōu)點。電動機液壓缸

如對于高速機械，機構選型要盡量考慮其對稱性，以求得慣性力的平衡和減小動載荷。6.選型時，應考慮該機構的經(jīng)濟性能和使用性能例如：選型時，應使所選用的機構易于加工制造、成本低；此外還應使操縱方便、安全可靠、機械效率高等。5.選型時，應考慮該機構是否具有良好的傳力條件和動力特性

4.選型時，應盡量避免選用“帶虛約束”的機構原因：在機構加工和安裝時，若尺寸不準確，則原來的虛約束變成實際約束，從而造成機構卡死或引起機構的破壞。因此，在選型時應盡量避免選用“帶有虛約束”的機構。又如對于傳力大的機構要盡量增大機構的傳動角或減小壓力角，以防止機構發(fā)生自鎖。三、舉例說明以“自動鉆床”為例，各執(zhí)行動作和執(zhí)行機構如下圖所示。目錄（黑體，三號，居中）1.設計任務書（黑體，四號）…………….……12.工作原理和工藝動作分解….………………33.執(zhí)行機構選型……..………...54.工藝動作協(xié)調設計，并擬定運動循環(huán)圖…….……………75.機械運動方案的選擇和評定……….………86.機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構…….……97.機構運動簡圖………………..……………….……………108.主要機構的尺度設計…….…..…………...129.主要機構速度與加速度分析（分析一個位置）………..1310.參考資料………………….1411.設計總結……………….……………….＞15課程設計目錄幾點說明:1)正文（宋體，小四號），頁數(shù)＞15頁，其格式見模板示例；任務書和封面，其格式見模板；課程設計任務書.doc課程設計（封面）.doc剝豆機構設計(示例).doc2)所有資料(含打印稿和電子稿)于第16(或17)周星期五下午2:00前交到機械樓214房間；3)指導時間和地點:打印稿：用資料袋裝好，并貼好封面。電子稿：由各班學習委員匯總為一文件夾，將文件夾壓縮后發(fā)到電子郵箱1078138311@。機械113～114班:第16周星期一、二上午8～10點，機械樓214。機械1113～1114班:第17周星期一、二上午8～10點，機械樓214。機械091機械原理課程設計第二講§

11-7機械運動系統(tǒng)方案的構思與擬定§11-8機械運動系統(tǒng)方案的評價§

11-9設計沖壓式蜂窩煤成型機的運動方案§

11-6執(zhí)行動作間的協(xié)調設計和運動循環(huán)圖

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11-6執(zhí)行動作間的協(xié)調設計和運動循環(huán)圖一、協(xié)調設計的定義對于大多數(shù)工程機械，其執(zhí)行動作往往較多。這就要求這些執(zhí)行動作必須在時間上、在次序上應相互協(xié)調、相互配合，不能出現(xiàn)干涉，以保證該機械能完成預定的功能和生產過程。這方面的設計工作稱為執(zhí)行動作間的協(xié)調設計。自動鉆床1)送料塊左右往復直線運動；2)定位塊前后往復直線運動；3)夾緊塊前后往復直線運動；4)鉆孔刀具上下往復直線運動。例如：

在“自動鉆床”中，其執(zhí)行動作有:為了完成“自動鉆孔”的總功能，上述四個執(zhí)行動作必滿足先后時間順序的協(xié)調要求

。

1.各執(zhí)行動作必滿足動作先后的順序性要求

二、協(xié)調設計的原則1）為了保證各執(zhí)行動作運動循環(huán)的時間同步，通常以某一主要執(zhí)行動作開始點作為運動循環(huán)的起點，其它各執(zhí)行動作按此起點有序地進行；2）為了避免兩個執(zhí)行動作在時間上發(fā)生干涉，應使前一個執(zhí)行動作結束點到后一個執(zhí)行動作起始點之間有適當?shù)臅r間間隔。如在“自動鉆床”中，各執(zhí)行動作的先后順序性依次為：送料塊左右往復直線運動定位塊前后往復直線運動夾緊塊前后往復直線運動鉆孔刀具上下往復直線運動，其順序不能顛倒。此外，還需注意二點:2.各執(zhí)行動作的時間安排要有利于提高生產率為了提高生產率，通常有兩種辦法：1)盡量縮短各執(zhí)行構件工作行程和空回行程的時間；2)在執(zhí)行動作不發(fā)生干涉的前提下，應使前一個執(zhí)行構件回程結束之前，后一個執(zhí)行構件已開始工作行程。

如：在“自動鉆床”中，定位塊在回程結束之前，夾緊塊已開始進入工作行程。

三、機械運動循環(huán)圖及其繪制1.機械的運動循環(huán)周期T2）無周期性循環(huán)的機械：1）周期性循環(huán)的機械：在工程上，大部分的機器都屬于周期性循環(huán)的機械。在工程上，機械可分為兩大類：工作時，各執(zhí)行動作每經(jīng)過一段時間后，便周期性重復出現(xiàn)的機械。如包裝機械、各種自動機械等。工作時，各執(zhí)行動作經(jīng)過一段時間后，不再周期性重復出現(xiàn)的機械，如起重運輸機、建筑機械等。

在周期性循環(huán)的機械中，每完成一個工作循環(huán)所需的時間稱為該機械的運動循環(huán)周期，常以字母T表示?！謩e為執(zhí)行構件的工作行程時間、回程時間和停歇時間。例如：在“自動壓痕機”中，執(zhí)行構件為沖頭2。Tp=tk+t0+td自動壓痕機簡圖通常，機械的運動循環(huán)周期與各執(zhí)行構件的運動循環(huán)周期是一致的，而執(zhí)行構件的運動循環(huán)周期中至少包括一個工作行程和一個空回行程（即回程），有可能還有若干個停歇段。因此執(zhí)行構件的運動循環(huán)周期可以表示為：

沖頭2的運動循環(huán)時間由三部分組成：①沖頭自上而下為工作行程

，所花時間為tk；②沖頭壓痕時的保壓停留時間為t0；③沖頭自下而上為回程

，所花時間為td。因此沖頭一個運動循環(huán)中所需時間Tp可表示為：2.機械運動循環(huán)圖為了準確地描述各執(zhí)行動作之間有序的、相互協(xié)調、相互配合的運動關系，常需借助于機械運動循環(huán)圖來表達。機械運動循環(huán)圖：一種用來描述各執(zhí)行構件動作間的相互協(xié)調、相互配合的圖形，或簡稱運動循環(huán)圖。通常有三種表達形式。例如：

在“自動壓痕機”中，執(zhí)行構件為沖頭2。下面分別來分析三種運動循環(huán)圖的繪制方法、特點和選用原則。矩形式圓環(huán)式直角坐標式設沖頭2位于最高位置時為運動循環(huán)起始點，設沖頭的工作行程時間為tk；停歇時間為t0；回程時間為td。三種運動循環(huán)圖如下:1)矩形式運動循環(huán)圖繪制方法:以時間(或轉角)為橫坐標，在一個運動循環(huán)中，將各執(zhí)行構件各行程區(qū)段（工作行程、停歇段、回程等）的起止時間和先后次序，按比例地繪制在直線坐標軸上。特點:①繪制簡單，能清楚地表示各執(zhí)行構件及其動作的先后順序和時間（或轉角）關系；②不能顯示各執(zhí)行構件的運動規(guī)律，即直觀性差。沖頭停歇時間為t0。設沖頭的工作行程時間為tk；沖頭的回程時間為td；以“自動壓痕機”為例，執(zhí)行構件為沖頭2。設沖頭2位于最高位置時為循環(huán)起始點。2)圓環(huán)式運動循環(huán)圖繪制方法:特點:以極坐標原點O為圓心作若干個同心圓環(huán)，每個圓環(huán)代表一個執(zhí)行構件，在各圓環(huán)上分別用徑向直線表示各執(zhí)行構件在各行程區(qū)段的起始位置和終止位置。①能清楚地表示各執(zhí)行構件及其動作的先后順序和時間（或轉角）關系，直觀性較強，便于各機構的設計、安裝與調試。②當執(zhí)行構件較多時，因同心圓環(huán)太多，而不易看清楚各執(zhí)行構件的時間（或轉角）關系，也不能表達各構件的運動規(guī)律。O以“自動壓痕機”為例，執(zhí)行構件為沖頭2。

設沖頭2位于最高位置時為循環(huán)起始點。沖頭的工作行程時間為tk；停歇時間為t0；回程時間為td。繪制方法:特點:3)直角坐標式運動循環(huán)圖以橫坐標表示各執(zhí)行構件的工作時間或主軸的轉角，以縱坐標表示各執(zhí)行構件的位移或角位移。為簡便作圖，各執(zhí)行構件在各區(qū)段之間的運動規(guī)律均用直線連接。①能清楚地表示出各執(zhí)行構件及其動作的先后順序；②能清楚地表示出各執(zhí)行構件在各區(qū)段的運動規(guī)律，直觀性最強。在課程設計時，優(yōu)先采用直角坐標式運動循環(huán)圖。以“自動壓痕機”為例，執(zhí)行構件為沖頭2。

設沖頭2位于最高位置時為循環(huán)起始點。沖頭的工作行程時間為tk；停歇時間為t0；回程時間為td。向左、向前或向下移動:；向右、向后或向上移動:靜止不動:3.舉例說明1)以“牛頭刨床加工平面”的工藝過程為例，來說明運動循環(huán)圖的繪制。③設刨頭位于最右位置時為起始點。解：①執(zhí)行構件有:刨頭、工作臺。②加工平面的工藝過程為：工作臺停止→刨頭自右到左為工作行程→刨頭自左到右為空回行程→工作臺向前橫向進給→工作臺停止。2)下面以“自動車床加工階梯形小軸”的工藝過程為例，來說明機械運動循環(huán)圖的繪制。解:①執(zhí)行構件有:送料夾頭1、彈簧夾頭6、定位擋塊5和割刀14、車刀12和13。②車削的工藝過程為：送料至定長→夾緊→車外圓及倒角→切斷。自動加工過程是由送料機構I、夾緊機械II、橫向進給機構III和縱向進給機構IV協(xié)調配合完的，它們的四個主動凸輪均安裝在主軸O2O2上。

③一個工作循環(huán)是指主軸O2O2回轉一周，即360o。設機構Ⅰ中的送料夾筒1位于最右位置時為起始點，以橫坐標代表主軸O2O2的轉角，就可畫出矩形運動循環(huán)圖（圖a）。矩形式運動循環(huán)圖直角坐標式運動循環(huán)圖圓周式循環(huán)圖§11－

7、8機械運動系統(tǒng)方案的評價和決策在方案設計時，由于同一功能可以選擇不同的執(zhí)行動作、同一執(zhí)行動作可以選擇不同的機構類型等，因此可能的設計方案有多種形式。一、方案的評價指標方案的好壞有許多評價指標,下面僅介紹常用的評價指標如下：

1）系統(tǒng)性能：是指機構實現(xiàn)工藝動作的準確性和特定功能等。2）運動性能：是指機構的運動精度、行程可調性等。3）動力性能：是指機構的承載能力、傳力特性、振動噪音等。方案評價:是指通過科學的評價方法，來尋求一種既能實現(xiàn)預期功能要求，又能是性能優(yōu)良、價格低廉的最佳設計方案。下面僅介紹“方案評價”中的二個問題。4）工作性能：是指機構的效率高低、壽命長短、可靠性、適用范圍等。二、方案評價的方法1.建立綜合評價的指標體系

綜合評價指標體系:是指上述評價指標的組合，如工作性能、動力性能、經(jīng)濟性能、結構緊湊性能等的組合(1個＜評價指標項目＜6個)。方案的評價方法很多，下面僅介紹一種使用較為簡便的專家計分評價法。其步驟如下:5）經(jīng)濟性能：是指機構的加工難易、能耗大小、制造成本等。6）結構緊湊性能：是指機構的尺寸、重量、結構復雜性等?！浯?，在選用評價指標項目（即選1項、2項、3項等）時，應盡可能廣泛地聽取權威專家的建議和意見。2.選擇評分方法

評分方法:通常有直接評分法和加權系數(shù)法。3.選擇評分標準

評分標準:是將評價項目按優(yōu)劣程度分成若干區(qū)段，一般均采用5區(qū)段評分法。其分值分別為:0分（不能用）1分（達目標）2分（比較好）3分（良好）4分（理想）1)直接評分法:是根據(jù)評分標準直接對各評價項目進行打分；2)加權系數(shù)法：是根據(jù)各評價項目的重要程度確定其權重系數(shù)，每項直接打分后均應乘以相應的加權系數(shù)。但各項目的加權系數(shù)之和為1。1分（不能用）2分（達目標）3分（比較好）4分（良好）5分（理想）或4.對各執(zhí)行機構進行評分由于每一執(zhí)行動作，均可能有若干個不同的機構型式，則需要對各種執(zhí)行機構進行各評價項目的評分。5.選擇總分計算方法,并計算總分二種常用的總分計算方法:1)分值相加法:是將該執(zhí)行機構的各評價項目分值簡單相加。此方法計算簡單、直觀。Q——該方案的總分——第i個評價項目的分值2)加權計分法:是將該執(zhí)行機構的各評價項目分值乘以加權系數(shù)后,再相加。此方法中，考慮了各評價項目的重要程度,具有更大的靈活性、廣泛性、實用性。應用最廣?！趇個評價項目的加權系數(shù)6.確定最優(yōu)方案但須注意的是:在確定最優(yōu)方案時，還應考慮制造工廠的加工設備、技術力量、生產類似產品的情況等等。有時總評分最高的方案不一定被最后選定，主要是由于這些因素的影響所造成的。一般地說,總分最高者為最優(yōu)方案。其中:§

11-9沖壓式蜂窩煤成型機運動方案的設計一、設計要求和參數(shù)

由設計任務書可知,其設計要求和參數(shù)有下述六個方面：1)蜂窩煤成型機的生產能力：30次／min；2)三相異步電動機驅動：型號為:Y180L－8，額定功率：1lkW，滿載轉速為：730r／min；3)機械運動方案設計時，力求簡單；4)為了改善蜂窩煤沖壓成型的質量，希望沖壓機構在沖壓后有一保壓時間。以此作為主要評價指標5)右圖表示沖頭、脫模盤、掃屑刷、模筒轉盤的相互位置情況。實際上沖頭與脫模盤都與上下移動的滑梁連成一體，當滑梁下沖時沖頭將粉煤沖壓成蜂窩煤、脫模盤將已壓成的蜂窩煤脫模。在滑梁上升過程中掃屑刷將沖頭和脫模盤刷除粘著粉煤。模筒轉盤上均布了許多模筒，轉盤的間歇運動使其上的模筒依次進入空模筒加料位置、沖壓成型位置、脫模位置。………6)由于沖頭壓力較大，希望沖壓機構具有增力功能和減小原動機的功率。二、確定機器的總功能，并建立功能結構根據(jù)設計要求，沖壓式蜂窩煤成型機的總功能：是將粉煤沖壓成蜂窩煤。為了實現(xiàn)上述功能，它必須分解為下述五個分功能：1)粉煤加料；2)轉盤轉過一定角度,沖頭將模筒內的蜂窩煤壓制成型；3)沖頭上移時,清除沖頭和轉盤上的積屑；4)轉盤轉過一定角度,將沖壓后的蜂窩煤脫模，并在另一個模筒內再次加料；5)將沖壓成型的蜂窩煤輸送。三、工作原理和工藝動作分解根據(jù)上述五個分功能，沖壓式蜂窩煤成型機必有以下六個工藝動作及原理：1)加料：利用粉煤重力自動加料；2)沖壓成型：利用沖頭壓力沖壓成型，要求沖頭上下往復運動；3)脫模：在脫模盤的壓力作用下完成脫模工作，可以將它與沖頭一起固結在上下往復運動的滑梁上，但要求脫模盤上下往復運動；4)掃屑：要求在沖頭、脫模盤向上移動過程中完成；5)模筒轉盤間歇轉動：要求依次完成加料、沖壓、脫模的轉換；6)輸送：將脫模后的蜂窩煤落在輸送帶上送出成品。在上述六個動作中，加料和輸送比較簡單可以不予考慮，其中沖壓和脫?？捎靡粋€機構來完成。因此，沖壓式蜂窩煤成型機重點考慮三個機構的設計：沖壓和脫模機構，掃屑機構及模筒轉盤的間歇運動機構。四、根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖下面僅對沖頭和脫模盤、掃屑刷、模筒轉盤三個執(zhí)行構件的先后順序進行協(xié)調設計。在協(xié)調設計中，由于該機械中的沖壓和脫模機構為主要機構，故設沖頭在最高位置時為一個運動循環(huán)的初始位置，此時沖壓和脫模機構中的主動件轉角為零，并以此作為橫坐標的起點，一個運動循環(huán)的周期為360°，縱坐標表示各執(zhí)行構件的位移大小。由此，可作出三個執(zhí)行構件的運動循環(huán)圖如圖所示。沖壓式蜂窩煤成型機運動循環(huán)圖沖頭和脫模盤:具有工作行程和回程兩部分組成。模筒轉盤:其間歇轉動在沖頭的回程后半段和工作行程的前半段完成,其余時間處于靜止。掃屑刷:要求掃屑刷在沖頭回程后半段至工作行程前半段完成掃屑工作行程，其余時間處于掃屑的回程中。

五、機構選型根據(jù)三個執(zhí)行構件的動作要求，即要求沖頭和脫模盤作上下往復直線運動、要求模筒轉盤作間歇轉動、要求掃屑刷作左右往復直線運動，可以選擇機構如下表所示，這一表格又可稱為機構的形態(tài)學矩陣。沖頭和脫模盤機構對心曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構移動從動件盤形凸輪機構掃屑刷機構移動從動件固定凸輪機構附加滑塊搖桿機構模筒轉盤間歇運動機構槽輪機構不完全齒輪機構凸輪式間歇運動機構下圖a表示附加滑塊搖桿機構，它是利用滑梁1的上下移動,使