機(jī)械的總體方案設(shè)計

第二十八章機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計2021/3/81§28.1機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計一、概述二、機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的基本原則與基本法規(guī)三、總體參數(shù)及其確定2021/3/82一、概述（一）現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的概念和功能（二）機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的重要性（三）機(jī)械總體方案設(shè)計的任務(wù)和內(nèi)容（四）機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的類型（五）機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的特點(diǎn)機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/83（一）現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的概念和功能

機(jī)械系統(tǒng)的概念

由計算機(jī)與信息網(wǎng)絡(luò)控制的、用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)的功能

現(xiàn)代機(jī)械的總功能是對輸入的物質(zhì)、能量和信息進(jìn)行預(yù)定的變換（加工、處理）、傳遞（移動、輸送）和保存（保存、存儲、記錄)。

機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/84機(jī)械系統(tǒng)的功能主動能動力功能控制功能結(jié)構(gòu)功能機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/85（二）機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的重要性機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計過程的四個階段初始規(guī)劃設(shè)計階段總體方案設(shè)計階段結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計階段生產(chǎn)施工設(shè)計階段機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/86（三）機(jī)械總體方案設(shè)計的任務(wù)和內(nèi)容任務(wù)機(jī)械總體方案設(shè)計需要完成整體方案示意圖、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動簡圖、運(yùn)動循環(huán)圖和方案設(shè)計計算說明書。其中，包括了總體布局、主要技術(shù)參數(shù)的確定和方案評價與決策。

內(nèi)容機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/87（四）機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的類型開發(fā)性設(shè)計變型設(shè)計適應(yīng)性設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/88（五）機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的特點(diǎn)1．協(xié)調(diào)性

2．相關(guān)性

3．內(nèi)外結(jié)合性

機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/89二、機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的基本原則和基本法規(guī)（一）基本原則（二）基本法規(guī)機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/810（一）基本原則1．需求原則

2．效益原則

3．信息原則

4．系統(tǒng)原則

5．創(chuàng)新原則

6．繼承原則

7．優(yōu)化的原則

8．簡化的原則

9．理論與實踐相結(jié)合的原則

10．工程的原則

11．廣義的原則

12．快速的原則

機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/811（二）基本法規(guī)1．標(biāo)準(zhǔn)化

2．政策與法令

機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/812三、總體參數(shù)及其確定1.生產(chǎn)率

2.精度3.速度參數(shù)

4．動力參數(shù)

5．尺寸和重量參數(shù)

6.效率和壽命

機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2021/3/813§28.2執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理和運(yùn)動規(guī)律設(shè)計

一、執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理方案設(shè)計二、執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律設(shè)計2021/3/814一、執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理方案設(shè)計（一）功能原理方案設(shè)計的任務(wù)（二）功能原理方案設(shè)計的特點(diǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理和運(yùn)動規(guī)律設(shè)計2021/3/8152021/3/8162021/3/817（一）功能原理方案設(shè)計任務(wù)針對某一確定的功能要求，去尋求某些物理效應(yīng)并借助一些作用原理來求得實現(xiàn)該功能目標(biāo)的解法原理。常用的功能原理如摩擦傳動原理、機(jī)械推拉原理、材料變形原理、電磁傳動原理、流體傳動原理、光電原理等。

執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理和運(yùn)動規(guī)律設(shè)計2021/3/818（二）功能原理方案設(shè)計的特點(diǎn)

1．在功能原理方案設(shè)計中常常會引入某種新技術(shù)、新工藝、新材料，它首先要求設(shè)計者要有新想法、新構(gòu)思。

2．功能原理方案設(shè)計是否合理將對產(chǎn)品的成敗起決定性的作用，它從質(zhì)的方面決定了機(jī)械的設(shè)計水平和綜合性能狀況。設(shè)計人員應(yīng)給予高度重視。

執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理和運(yùn)動規(guī)律設(shè)計2021/3/819二、執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律設(shè)計

（一）運(yùn)動規(guī)律設(shè)計的任務(wù)及重要性

（二）運(yùn)動規(guī)律設(shè)計的方法和注意事項

2021/3/820（二）運(yùn)動規(guī)律設(shè)計的方法和注意事項同一種功能要求可以采用不同的工作原理來實現(xiàn)，而同一種工作原理，又可以采用不同的運(yùn)動規(guī)律得到不同的運(yùn)動方案。

圖28-3三種不同的從地下取液體的運(yùn)動規(guī)律方案a）往復(fù)移動改變?nèi)莘eb）往復(fù)擺動改變?nèi)莘ec）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動改變?nèi)莘e2021/3/821（二）運(yùn)動規(guī)律設(shè)計的方法和注意事項圖28-4四種不同的加工內(nèi)孔的運(yùn)動規(guī)律方案a）車床方案b）鏜床方案c）鉆床方案d）拉床方案2021/3/822§28.3執(zhí)行系統(tǒng)的型式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)設(shè)計2021/3/823一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計（一）執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計的基本原則（二）執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計的方法執(zhí)行系統(tǒng)的型式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計2021/3/824（一）執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計的基本原則1．滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律的要求

2．結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動鏈短3．使執(zhí)行系統(tǒng)有盡可能好的動力性能

4．充分考慮動力源的形式5．使機(jī)械操作方便，調(diào)整容易，安全可靠2021/3/825圖28-5可生成直線軌跡的兩種機(jī)構(gòu)a）產(chǎn)生近似直線軌跡的簡單機(jī)構(gòu)b）產(chǎn)生精確直線軌跡的復(fù)雜機(jī)構(gòu)2021/3/826（二）執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計的方法1．機(jī)構(gòu)的選型

2．機(jī)構(gòu)的構(gòu)型

執(zhí)行系統(tǒng)的型式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計2021/3/827圖28-7通過機(jī)架變換由齒輪機(jī)構(gòu)得到行星輪系a）外嚙合齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為行星輪系b）內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為行星輪系2021/3/828圖28-8用三個轉(zhuǎn)動副代替一個球面副a）球面副Sb）用三個轉(zhuǎn)動副代替一個球面副c）代替后的的實例-單萬向聯(lián)軸節(jié)

2021/3/829圖28-9有停歇的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2021/3/830圖28-10應(yīng)用擴(kuò)展法增大急回特性和運(yùn)動行程2021/3/831二、執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計

（一）執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計的原則

（二）執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計的方法和步驟

（三）運(yùn)動循環(huán)圖

（四）舉例

執(zhí)行系統(tǒng)的型式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計2021/3/832（一）執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計的原則

1．滿足工藝過程動作先后順序的要求

2．滿足執(zhí)行系統(tǒng)循環(huán)工作的要求

3．滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作上的協(xié)調(diào)性要求

4．滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置上的協(xié)調(diào)性要求

5．滿足提高生產(chǎn)率的要求

6．滿足能量協(xié)調(diào)和提高效率的要求

2021/3/833（二）執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計的方法和步驟執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計的步驟一般為

1．確定機(jī)械工作循環(huán)的周期

2．確定各執(zhí)行構(gòu)件在一個運(yùn)動循環(huán)中的各個行程段及其所需的時間

3．確定各個執(zhí)行構(gòu)件動作間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系

執(zhí)行系統(tǒng)的型式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計2021/3/834（三）運(yùn)動循環(huán)圖1.運(yùn)動循環(huán)圖的概念

2．運(yùn)動循環(huán)圖的形式

執(zhí)行系統(tǒng)的型式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計2021/3/8351.運(yùn)動循環(huán)圖的概念用來描述各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動間相互協(xié)調(diào)配合的圖稱為機(jī)械的運(yùn)動循環(huán)圖。它是機(jī)械協(xié)調(diào)設(shè)計的重要技術(shù)文件。若有分配軸，運(yùn)動循環(huán)圖常以分配軸的轉(zhuǎn)角為坐標(biāo)來編制；若沒有分配軸，常選取執(zhí)行系統(tǒng)中某一主要的執(zhí)行構(gòu)件為參考件。取具有代表性的特征位置作為起始位置，如以生產(chǎn)工藝的起始點(diǎn)作為運(yùn)動循環(huán)的起點(diǎn)，由此來確定其它執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動相對于該主要執(zhí)行構(gòu)件的先后次序和配合關(guān)系。

執(zhí)行系統(tǒng)的型式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計2021/3/836圖28-11簡易平板印刷機(jī)的運(yùn)動循環(huán)圖a)直線式運(yùn)動循環(huán)圖b）圓周式運(yùn)動循環(huán)圖c）直角坐標(biāo)式運(yùn)動循環(huán)圖2021/3/8372．運(yùn)動循環(huán)圖的形式（1）直線式運(yùn)動循環(huán)圖

（2）圓周式運(yùn)動循環(huán)圖

（3）直角坐標(biāo)式運(yùn)動循環(huán)圖

（4）運(yùn)動循環(huán)圖三種形式間的關(guān)系

執(zhí)行系統(tǒng)的型式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計2021/3/838（四）舉例

1．各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式和行程

2．運(yùn)動循環(huán)圖的設(shè)計

執(zhí)行系統(tǒng)的型式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計2021/3/839圖28-12自動電阻壓帽機(jī)的機(jī)械運(yùn)動示意圖

2021/3/840圖28-13執(zhí)行系統(tǒng)的初步運(yùn)動循環(huán)圖

2021/3/841圖28-14執(zhí)行系統(tǒng)第一次修改后的運(yùn)動循環(huán)圖

2021/3/842圖28-15滿足要求的執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動循環(huán)圖

2021/3/843§28.4基于功能分析的執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計

一、功能分析

二、基于功能分析的執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動方案的系統(tǒng)解

2021/3/844一、功能分析（一）總功能

（二）功能分解與功能結(jié)構(gòu)

（三）功能元

（四）功能元求解

基于功能分析的執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計2021/3/845（一）總功能總功能是機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)要完成的總?cè)蝿?wù)。對總功能的描述要語言簡潔、合理抽象、抓住本質(zhì)。

基于功能分析的執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計2021/3/846

（二）功能分解與功能結(jié)構(gòu)

功能元

功能結(jié)構(gòu)

功能樹

基于功能分析的執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計2021/3/847圖28-16樹形功能結(jié)構(gòu)

2021/3/848（三）功能元物理功能元邏輯功能元數(shù)學(xué)功能元

基于功能分析的執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計2021/3/849（四）功能元求解為了便于應(yīng)用，常將某些功能元的解用“解法目錄”的形式列出來，它是功能元的已知解或經(jīng)過考驗的解的匯編。解法目錄中的解稱為解譜。

可快速地根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求來檢索目錄中匯編的解；

匯編入的解譜要盡量充分、完備，至少是可以補(bǔ)全的；

盡可能完全獨(dú)立于部門或工廠，以使其廣泛可用；

既可用于傳統(tǒng)的設(shè)計過程，也可以用于采用計算機(jī)的設(shè)計。

基于功能分析的執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計2021/3/850二、基于功能分析的執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動方案的系統(tǒng)解（一）功能元解組合成系統(tǒng)解的注意事項

（二）功能元解矩陣

基于功能分析的執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計2021/3/851三、舉例

1．總功能

2．功能分解

3．執(zhí)行系統(tǒng)的功能元求解

4．求運(yùn)動方案的系統(tǒng)解的數(shù)目

基于功能分析的執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計2021/3/852圖28-21自動電阻壓帽機(jī)的功能分解

2021/3/853§28.5方案評價與決策一、方案評價的必要性

二、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計的評價指標(biāo)和評價體系

三．機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案評價方法簡介

四、評價結(jié)果的處理

2021/3/854一、方案評價的必要性機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計的最終目標(biāo)，是要尋求一種既能實現(xiàn)預(yù)期功能要求、又性能優(yōu)良、價格低廉的最佳方案；進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動方案設(shè)計時，無論是用基于功能原理的方法，還是用基于功能分析的方法，都可以得到許多種設(shè)計方案，即機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方案設(shè)計是一個多解問題。機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計的過程，就是一個先通過分析、綜合，使待選方案的數(shù)目由少變多，再經(jīng)過評價、決策，使待選方案的數(shù)目由多變少，最后獲得最佳方案的過程。方案評價與決策2021/3/855二、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計的評價指標(biāo)和評價體系（一）評價指標(biāo)

（二）評價體系

方案評價與決策2021/3/856（一）評價指標(biāo)1．功能性

2．經(jīng)濟(jì)性

3．安全性

4．可操作性

5．舒適性

方案評價與決策2021/3/857（二）評價體系性能指標(biāo)及代號具體內(nèi)容及代號分?jǐn)?shù)備注機(jī)構(gòu)的功能U1u1運(yùn)動規(guī)律的實現(xiàn)u2傳動精度的高低55以實現(xiàn)運(yùn)動為主時，可乘加權(quán)系數(shù)2

機(jī)構(gòu)工作性能U2u3應(yīng)用范圍u4可調(diào)性u5運(yùn)轉(zhuǎn)速度u6承載能力5555受力較大時，u5和u6可乘加權(quán)系數(shù)1.5

機(jī)構(gòu)動力性能U3u7加速度的峰值u8噪音u9耐磨性u10最小傳動角的大小5555加速度較大時，可乘加權(quán)系數(shù)1.5

經(jīng)濟(jì)性U4u11制造難易u(yù)12材料的價格與消耗u13調(diào)整方便性u14能耗的大小5555

結(jié)構(gòu)的緊湊性U5u15尺寸大小u16重量大小u17結(jié)構(gòu)復(fù)雜性5 55

系統(tǒng)協(xié)調(diào)性U6u18空間同步性u19時間同步性u20操作協(xié)同性和可靠性555

方案評價與決策2021/3/858圖28-22系統(tǒng)工程評價法的評價步驟

2021/3/859三．機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案評價方法簡介

（一）計算性的數(shù)學(xué)分析評價法

1．價值工程法

2．系統(tǒng)工程評價法

3．模糊綜合評價法

4．評分法（二）實際性的試驗評價法

方案評價與決策2021/3/860四、評價結(jié)果的處理

入選方案數(shù)設(shè)計階段評價準(zhǔn)則