机械创新设计(第二章).pptx
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机械创新设计基础ppt课件
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第三节 影响创造能力的非智力因素
5.组织能力 组织能力是指对杂乱的局面或事物进行
妥善安排，合理调配的指挥运筹能力。
30
第四节 影响创造能力的智力因素
我们要培养自己的创造能力，就应该 注重上述这些非智力训练，除此之外，搞 创造发明还必需具有一定的知识，知识就 是力量，现代社会已经进入了知识经济的 时代，没有知识必将一事无成。
35
第一节 综合创新原理
图3-2为一种小型车、钻、铣三功能机 床。它是适应小型企业、修理服务行业加 工修配小型零件运用综合原理开发设计出 来的小型多功能 机床。安的设计特点是： 以车床为基础，综合钻床、铣床主要箱而 成的。
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37
第一节 综合创新原理
从大量的创新实践中可知， 综合就是创造。
38
13
第一节 人类的思维
抽象思维是以抽象的概念、判断和推 论为形式的思维方式，概念是客观事物本 质属性的反映，判断是两个概念的联系， 推论则是两个以上判断的联系。
14
第一节 人类的思维
2.发散思维与收敛思维 发散思维又叫分散思维、求异思维、
开放思维等。它是根据提供的信息，多方 位寻求问题的答案的思维方式。
6
第四节 机械创新设计
3.技术方案设计——进行总体设计和结构设 计，完成产品全部生产图纸，编制设计说 明书、工艺卡等 技术文件 总体设计要树立全局观念、首先要考 虑各子系统的分解。按照执行系统、传动 系统、操纵系统、支承形式的顺序找出实 现各功能的作用原理，再考虑实现系统总 功能的要求，将各分功能的作用原理进行 合理的组合，在众多的原理方案中选择几 个，然后进行综合评价，如对可靠性、成 本、寿命、适用性等比较选优。
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第四节 机械创新设计
第三节 影响创造能力的非智力因素
5.组织能力 组织能力是指对杂乱的局面或事物进行
妥善安排，合理调配的指挥运筹能力。
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第四节 影响创造能力的智力因素
我们要培养自己的创造能力，就应该 注重上述这些非智力训练，除此之外，搞 创造发明还必需具有一定的知识，知识就 是力量，现代社会已经进入了知识经济的 时代，没有知识必将一事无成。
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第一节 综合创新原理
图3-2为一种小型车、钻、铣三功能机 床。它是适应小型企业、修理服务行业加 工修配小型零件运用综合原理开发设计出 来的小型多功能 机床。安的设计特点是： 以车床为基础，综合钻床、铣床主要箱而 成的。
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第一节 综合创新原理
从大量的创新实践中可知， 综合就是创造。
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第一节 人类的思维
抽象思维是以抽象的概念、判断和推 论为形式的思维方式，概念是客观事物本 质属性的反映，判断是两个概念的联系， 推论则是两个以上判断的联系。
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第一节 人类的思维
2.发散思维与收敛思维 发散思维又叫分散思维、求异思维、
开放思维等。它是根据提供的信息，多方 位寻求问题的答案的思维方式。
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第四节 机械创新设计
3.技术方案设计——进行总体设计和结构设 计，完成产品全部生产图纸，编制设计说 明书、工艺卡等 技术文件 总体设计要树立全局观念、首先要考 虑各子系统的分解。按照执行系统、传动 系统、操纵系统、支承形式的顺序找出实 现各功能的作用原理，再考虑实现系统总 功能的要求，将各分功能的作用原理进行 合理的组合，在众多的原理方案中选择几 个，然后进行综合评价，如对可靠性、成 本、寿命、适用性等比较选优。
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第四节 机械创新设计
机械创新设计-绪论PPT课件
点评：构成我们学习的最大障碍是已知的东西，而不是 未知的东西。
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（4）多向性
善于从多种不同角度考虑问题，是创新 设计的重要特征。
点评：有时换个方向考虑，会使前进的道路豁然开朗、 柳暗花明。
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43
（5）连动性
创造性思维也是一种连动思维，它引导人 们由已知探索未知，开阔思路。连动思维包括 纵向、横向、逆向思维。纵向思维针对某现象 和问题进行纵深思考，探寻其本质而得到新的 启示。横向思维通过某一现象联想到特点与它 相似和相关的事物，从而发现新应用。逆向思 维针对现象、问题和解法，分析其相反的方面， 从另一角度探寻新的途径。
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2．创新设计的特点
（1）独创性
独创性体现为敢于提出与前人、众人不同 的见解，敢于打破一般思维的常规惯例，寻找 更合理的新原理、新机构、新功能、新材料， 独创性能使设计方案标新立异，不断创新。
点评：发现问题、提出问题有时候比解决问题更重要！
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40
（2）实用性
实用性体现在对市场的适应性和可生产 性两方面，创新设计的最终目的在于应用。
第一章 绪 论
第一节 创新与社会进步
1. 创新是人类文明进步的原动力 机械发展的历史是一部创新的历史。
指南车
地动仪
水碾
我国古代在机械研制方面有许多杰出的发明创造。
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2
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3
哈格里沃斯发明的 “珍妮纺纱机”
法国陆军技术军官古诺发明了世 界上第一辆蒸汽动力车
1898年问世的“雷诺”牌汽车
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普通钳口工作面
适合平面刚性材料物体的夹持
机械创新设计第二章机械创新设计的思维基础
八、创造性思维 创造性思维是一种最高层次的思维活动 其特点是：综合性、跳跃性、新颖性、潜意识 中的自觉性和顿悟性
九、质疑思维 用怀疑和批判的眼光看待一切事物，既敢于 否定。提出疑问，是许多新事物新观念产生的 开端，质疑是人类思维的精髓，也是创新思维 的最基本方式之一。
十、互动思维
互动思维又称为头脑风暴法 ，是与集体 思维互动的思维方式。
力转换为涌动力。的事业心 所以，塑造良好的工作环境和培养强烈的事
业心是出现创新涌动力的最好保证。 潜创造力+创新涌动力+灵感 = 创新成果
第四节 思维方式与创新方法
一、 群体集智法 二、系统分析法 三、联想法 四、类比法 五、仿生法 六、组合创新法 七、反求设计法 八、功能设计法
三、发散思维
发散思维又称辐射思维、扩散思维、开放思 维等。它是以少求多的思维形式，其特点是从 给定的信息输入中产生出众多的信息输出。
四、收敛思维
收敛思维又称集中思维、求同思维等。是 一种寻求某种正确答案的思维形式。它以某种 研究对象为中心，将众多的思路和信息汇集于 这一中心的思维过程。
五、动态思维
二、创造性思维的培养与发展
1、潜创造思维的培养 潜创造思维的基础是知识，人的知识来源与
教育和社会实践。由于受教育的程度和社会实 践经验的不同，人的文化知识、实践经验知识 存在很大差异，即人的知识深度、广度不同， 但人人都有知识，只是知识结构不同。也就说， 人人都有潜创造力。
2、创新涌动力的培养 来源于社会因素或自我因素的影响，潜创造
三、思维的自觉性与创造性
思维的自觉性也称为灵感思维。其最大的特征 是爆发性与瞬间性，只有善于扑捉这一短暂的 灵感思维，才会发生量变到质变的创造成果。
《机械创新设计》PPT (2)
1.2.5任务实施
按2011年全国职业院校技能大赛高 职组“机械部件创新设计与制造”竞赛项 目规程要求：推料顶杆作直线往复运 动，行程范围30mm～50mm。某参赛 队选择平面连杆机构作为执行机构来 完成推料动作，如图所示。试按竞赛 规程要求设计该机构。
1.2.2 任务描述
3
选择零件类型、结构 计算零件上的载荷
铰链四杆机构>>铰链四杆机构的基本形式
（3）双摇杆机构
1.2.4 相关知识
港口用起重机吊臂 ABCD构成双摇杆机构，AD为机架，在主动 摇杆AB的驱动下，随着机构的运动，连杆BC的 外伸端点E获得近似直线的水平运动，使吊重W 作水平移动，大大节省了移动吊重所需要的功率。
电风扇摇头机构 电动机外壳作为其中的一根摇杆AB，蜗轮 作为连杆BC，构成双摇杆机构ABCD。蜗杆随 扇叶同轴转动，带动连杆BC绕C点摆动，使摇 杆AB带电动机及扇叶一起摆动，实现一台电 动机同时驱动扇叶和摇头机构。
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缺点
设计计算困难、复杂，一般只能近似满足要求；
构件增多时，累积误差较大，同时使效率降低，自锁的可能 性增大；
构件作平面复杂运动，惯性力不容易平衡；
第二章机械创新设计的基础知识
•构件——机构中运动的单元体。可以是单一整体， 也可以是由几个零件组成的刚性体。
•构件是运动单元，零件是制造单元
•构件分三类：
•固定构件（机架）
•主动件（原动件） •从动件
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第二章机械创新设计的基础知识
两构件之间的直接接触而又能产生一定相
对运动的活动联接称为——运动副。
•运动副分类：
•低副——两构件通过面接触组成的运动副
•高副——通过点、线接触组成的运动副
•空间运动副
•球面副 •螺旋副
•转动副 •移机构运动简图
•——为便于分析和研究机构的运动，只需根据机 构运动尺寸，用一定的比例尺定出各运动副的相对 位置，以简单的线条和符号表示构件和运动副，而 保持机构的运动特征不变，这种表示运动特征的简 化图形称机构运动简图。
三、机构系统的结构设计
•由连杆机构组成的机构系统的结构设计难 度较大，也是创新设计成果最多的领域。
• 如图所示双曲柄机构：
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第二章机械创新设计的基础知识
•在进行连杆机构的结构设计时应注意的问题：
•1、各构件的运动不能发生干涉
•当DC AD时：
•一般情况下， •尽量避免各 •构件安装在 •同一平面内
• 4、机构具有确定运动的条件
•
• F＝3×3－2×4－0＝1
•
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F＝3×4－2×5－0＝2
第二章机械创新设计的基础知识
• F＝3×4－2×6－0＝0
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F＝3×3－2×5－0＝－1
第二章机械创新设计的基础知识
•综上所述可知：
•1）F≤0时，机构蜕变为刚性桁架，构件之间没有相对 运动。
全性与可靠性指标。
•构件是运动单元，零件是制造单元
•构件分三类：
•固定构件（机架）
•主动件（原动件） •从动件
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第二章机械创新设计的基础知识
两构件之间的直接接触而又能产生一定相
对运动的活动联接称为——运动副。
•运动副分类：
•低副——两构件通过面接触组成的运动副
•高副——通过点、线接触组成的运动副
•空间运动副
•球面副 •螺旋副
•转动副 •移机构运动简图
•——为便于分析和研究机构的运动，只需根据机 构运动尺寸，用一定的比例尺定出各运动副的相对 位置，以简单的线条和符号表示构件和运动副，而 保持机构的运动特征不变，这种表示运动特征的简 化图形称机构运动简图。
三、机构系统的结构设计
•由连杆机构组成的机构系统的结构设计难 度较大，也是创新设计成果最多的领域。
• 如图所示双曲柄机构：
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第二章机械创新设计的基础知识
•在进行连杆机构的结构设计时应注意的问题：
•1、各构件的运动不能发生干涉
•当DC AD时：
•一般情况下， •尽量避免各 •构件安装在 •同一平面内
• 4、机构具有确定运动的条件
•
• F＝3×3－2×4－0＝1
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F＝3×4－2×5－0＝2
第二章机械创新设计的基础知识
• F＝3×4－2×6－0＝0
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F＝3×3－2×5－0＝－1
第二章机械创新设计的基础知识
•综上所述可知：
•1）F≤0时，机构蜕变为刚性桁架，构件之间没有相对 运动。
全性与可靠性指标。
机械创新设计(第二章)
连杆机构的杆状变化尚没有找出一定的规律，目前主要凭 坚实的基础知识、丰富的实践经验。 如机构简图为图示的双曲柄机构，既可设计成泵；也可设 计成轴系结构。 连杆机构设计时要注意的问题 1）各构件的运动不能发生干涉 图2-32 2）在机械平衡的基础上，把安装配重与结构设计一并考虑。 3）机构系统的运动精度。 尺寸误差 运动副的间隙误差 构件的弹性变形
表2-1 机械系统的基本组成形式
类 型 编 线性 非线性 号 原动机 原动性 原动机 传动机构 线性 机构 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 非线性 机构 执行机构 线性 机构 √ √ 非线性 机构 机械系统 的输出运动 简单 运动 √ 复杂 运动
1 2 3 4
尖底 ③按从动件型式 滚子 平底 滚子的结构型式 图2-25 滚动轴承、锥面、弧面、球面 共轭凸轮的摆动滚子从动件：可调滚子位置摆杆 图2-26b 可调摆杆臂式从动件 图2-26c （3）杆类构件的结构设计 曲柄：圆盘销轴状、曲轴状、杆件状
图2-27
图2-22 形封闭凸轮结构示意图
图2-23 双滚子结构示意图
见图2-6、2-7
2．机构的组合：把一些基本机构通过适当的方式连接起来， 从而组成一个机构系统，称之为机构的组合。 在机构的组合系统中，各基本机构都保持原来的结构和 运动特性，都有自己的独立性。
故机构的分析和设计方法仍然适合机构组合系统中的各机构。 串联机构 并联机构 3．组合机构 组合机构与机构的组合有本质不同。组合机构是指若干基本 机构，通过特殊的组合而形成的一种具有新属性的机构。组合 机构中的各基本机构已不能保持各自的独立性，也不能用原基 本机构的分析和设计方法进行组合机构的设计。
1．要考虑创新产品是否有社会效益或经济效益 离开社会效益的创造活动毫无意义，只会浪费宝贵的时间和精力。 某发明家花费大精力研究了椭圆仪，因无经济效益而搁浅；在知 识经济时代，不能转换为经济效益的发明将不被采用。 2．要考查国内外是否存在你要创新设计的产品或专利 进行文献检索与市场调研对创新设计是有帮助的。 3．正确理解创新的含义，提倡在所熟悉的领域内进行发明创造 在工程中经常出现，机械专业人员查阅大量资料设计出来 一种电子线路，自认为是一种发明，而电子工程人员却认为是 很普通的电路，同样，电子技术人员好不容易“创新”设计出 一个机械装置，机械工程人员却认为毫无创新，工程中，出现 自己认为是发明，别人不认为是发明，实际上也不是发明的现 象大都是跨行业的缘故。
创新设计课件
图1
图2
图1：齿轮机构与五杆机构组合
图2：凸轮机构与五杆机构组合
形成复杂运动输出（F C）
三 机械控制系统（简讲）
:机械控制、电气控制、液压与气动控制、综合 控制。 1机械控制 换向、运动分解、增减速等
2电气控制
继电器、PLC、微机、智能控制等。 3 液压控制 换向、顺序控制、运动分解、增减速等 4 123的复合应用
（1）全转动副四杆机构的基本型
全转动副四杆机构的基本型为：曲柄摇杆机构，可演 化为双曲柄机构、双摇杆机构。 曲柄摇杆机构的机构简图如图所示。
图1
（2）含有一个移动副四杆机构的基本型
含有一个移动副四杆机构的基夺型为曲柄滑 块机构，可演化为转动导杆机构、移动导杆机构、 曲柄播块机构、摆动导杆机构。
（3）含有二个移动副四杆机构的基本型
基本型图2。 基本型图3a、b。
图1
图2
图3
2 机构的组合
（1）定义 为满足不同的工作需要，把基本机构通过 适当的方式连接起来组成一个机械系统，成为 机构组合。并联、串联、混联、叠加等。 （2）特点 组合系统中的每一个基本机构都独立于组 合系统中，保持原来的结构和运动特性不变。 （3）举例 见图
机构组合举例
第二章 机械设计基础知识
第一节
•
机械设计基础知识
机械及其组成
•
•
机械运动系统
机械控制系统
一、 机械（机器）的组成
1 机械概念 定义：由原动机和若干机构组成的机械系统。 2 机械特点 执行机械运动完成有用的功，并进行信息或物 料的变换域传递完成能量装换。没有能量转换 的为机构。 3 按特点分类 •原动机：电动机、发动机 •工作机：进行信息或物料的变换域传递 •信息机：通过复杂的信息控制机械。打印机、 绘图机、复印机等。
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直流电动机因其可以调速，易于实行自动控制，在机电一 体化设备中广泛应用；
在要求分度或步进运动的场合，可用步进电动机。 在远离电源或要求 远距离移动的地方，内燃机得到广泛应 用；柴油机能提供的功率大于汽油机能提供的功率。
工作机：指利用原动机提供的动力实现物料或信息的传递， 克服外载而作有用机械功的机械。
线性机构：机构的输出运动与输入运动为线性关系。 非线性机构：机构的输出运动与输入运动为非线性关系。
类型1，2为最基本、最常见的机械系统 类型5在数控机床、机器人等自动机械中得到广泛的应用
二、机械系统的发展与演变
1．刚性机械系统：系统的运动不具可控性，机械装置与电 气装置独立组合的机械系统。
2．柔性机械系统：运动具有可控性，可借助传感器，控制 电路、计算机实施智能化控制。数控机床和机器人属于柔性 机械系统。
信息机：也是一种工作机。只是通过各种复杂的信息来 控制机械运动。
在环保时代，利用自然能源的原动机正在逐步普及。
水轮发电机
二坐标机床的工作台
二、机械运动系统 指机械中的传动机构和工作执行机构，可以是机构的基
本型，也可以是机构组合，或组合机构。 1．机构的基本型：指最基本的、最常用的机构型式 主要有以下几种：
见图2-6、2-7
带传动
（4）挠性元件传动 链传动
图2-8
（5）液、气传动基本型
图2-9
（6）螺旋传动机构
图
2-10(a)
（7）电磁传动机构的基本型
图2-10(b)
（8）间歇运动机构的基本型：外棘轮机构、外槽轮机构
图2-11a
2．机构的组合：把一些基本机构通过适当的方式连接起来， 从而组成一个机构系统，称之为机构的组合。
（1）四杆机构
①全转动副四杆机构的基本型 ②含有一个移动副四杆机构的基本型 ③含有二个移动副四杆机构的基本型
见图2-4
（2）齿轮机构
圆柱齿轮传动机构 圆锥齿轮传动机构 蜗杆传动机构 行星齿轮传动机构
见图2-5
（3）凸轮机构
直动从动件平面凸轮机构 摆动从动件平面凸轮机构 直动从动件圆柱凸轮机构 摆动从动件圆柱凸轮机构
第二章 机械创新设计的基础适应
第一节 机械的基础知识
一、机械及其组成 1．机械的概念 1）机械首先必须是执行机械运动的装置 2）机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成 有用的机械功 3）机械中要完成能量的转换 机械的分类：原动机，工作机和信息机 2．机械的组成 原动机，工作机（包括传动装置），控制装置，见 图 2—1、2—2、2—3
1．机构系统的运动简图设计：根据产品的功能目标和动作 要求，设计出机械系统的运动方案，并确定传动机构、执行机 构以及各种控制的参数和尺寸。
2．运动简图 机械的结构设计 机械的结构图（装配图）
一、构件的结构设计 1．构件的结构设计原则 1）选材料；2）选择毛坯；3）确定形状与尺寸；4）
强度、刚度、安全性、可靠性的校核；5）与其它构件的关系； 6）运动空间及运动干涉；6）经济性；8）维修、安装方便。
3．机械统的发展
机械技术与电子技术控制技术的结合，机械系统由刚性机
械向柔性机械系统演化，使机电一体化的机械系统发展很快
刚性机械系统
图2-18a
改进的刚性机械系统 图2-18b
柔性机械系统
图2-18c
直接驱动式的机械系统 图2-18d
图2-18 机械系统的演变过程框图
第三节 机械运动简图及其结构设计
将检测到的输出结果与输入指令的误差随时进行修正， 此种控制方式为闭环控制。
将输出结果返回输入端与输入指令比较的过程，称为反馈控制
伺服电动机
模拟伺服控制 数字伺服控制 软件伺服控制
第二节 机械系统及其发展
一、机械系统的基本组成形式
根据原动机、传动机构、执行机构的不同组合以及机械 系统运动输出特性的不同，机械系统的基本组成形式见表2-1所 示。
例：图2-14
三、机械的控制系统：
机械的控制从手工操作向自动化、智能化发展的。 控制方法：机械、
电气、 液压、 电气控制应用最广泛。 气动 综合控制 1．电气控制系统的基本要求： 1）满足机械的动作要求或工艺条件； 2）电气、电子元件合理，工作安全可靠； 3）停机时，控制系统的电子元器件不应长期带电； 4）有较强的抗干扰能力，避免误操作； 5）便于维护与管理、经济指标好； 6）使用寿命长； 7）应设置紧急手动装置。
2．控制对象 1）对原动机进行控制：可实现、开、关、停、
正转、反转及调速、限位 2）对电磁铁的控制：实现控制机械中执行机构
的各种不同动作。
3．机械控制系统的发展趋势： 应用计算机技术和自动控制技术，控制对象不断增加，控
制系统更加复杂、准确。 两类控制对象： （1）位移、速度、加速度、温度、压力……数量的大小 （2）以物体的有、无、动、停……逻辑量 控制方法：开环、闭环 （单变量）反馈控制→现代控制理论（多变量）
表2-1 机械系统的基本组成形式
原动机 类 型 编 线性 非线性 号 原动机 原动性
1√
2√
3√
4√
5
√
6
√
7
√
8
√
传动机构
线性 非线性 机构 机构
√ √
√ √ √ √ √ √
执行机构
线性 非线性 机构 机构
√ √
√ √
√ √
√ √
机械系统 的输出运动
简单 复杂 运动 运动
√
√ √ √
√ √ √ √
原动机：三相交流异步电动机、单相交流异步电动机、直流 电动机、步进电动机、（电能→机械能）
柴油机、汽油机、蒸汽机、燃气轮机、原子能发动机 （热能→ 机械能）
水轮机、风力机、潮汐发动机、地热发动机、太阳能 发动机（自然能→ 机械能）
原动机的选择：有电力供应处，优先考虑使用各类电动机 三相交流异步电机常作工、矿、企业等单位设备的原动机 单相交流异步电动机在家用电器上广泛应用；
在机构的组合系统中，各基本机构都保持原来的结构和 运动特性，都有自己的独立性。
故机构的分析和设计方法仍然适合机构组合系统中的各机构。
串联机构 并联机构 3．组合机构
组合机构与机构的组合有本质不同。组合机构是指若干基本 机构，通过特殊的组合而形成的一种具有新属性的机构。组合 机构中的各基本机构已不能保持各自的独立性，也不能用原基 本机构的分析和设计方法进行组合机构的设计。
2．常用构件的结构设计 常用构件：齿轮、凸轮、杆状构件、块状构件、具有复杂形 状的构件
在要求分度或步进运动的场合，可用步进电动机。 在远离电源或要求 远距离移动的地方，内燃机得到广泛应 用；柴油机能提供的功率大于汽油机能提供的功率。
工作机：指利用原动机提供的动力实现物料或信息的传递， 克服外载而作有用机械功的机械。
线性机构：机构的输出运动与输入运动为线性关系。 非线性机构：机构的输出运动与输入运动为非线性关系。
类型1，2为最基本、最常见的机械系统 类型5在数控机床、机器人等自动机械中得到广泛的应用
二、机械系统的发展与演变
1．刚性机械系统：系统的运动不具可控性，机械装置与电 气装置独立组合的机械系统。
2．柔性机械系统：运动具有可控性，可借助传感器，控制 电路、计算机实施智能化控制。数控机床和机器人属于柔性 机械系统。
信息机：也是一种工作机。只是通过各种复杂的信息来 控制机械运动。
在环保时代，利用自然能源的原动机正在逐步普及。
水轮发电机
二坐标机床的工作台
二、机械运动系统 指机械中的传动机构和工作执行机构，可以是机构的基
本型，也可以是机构组合，或组合机构。 1．机构的基本型：指最基本的、最常用的机构型式 主要有以下几种：
见图2-6、2-7
带传动
（4）挠性元件传动 链传动
图2-8
（5）液、气传动基本型
图2-9
（6）螺旋传动机构
图
2-10(a)
（7）电磁传动机构的基本型
图2-10(b)
（8）间歇运动机构的基本型：外棘轮机构、外槽轮机构
图2-11a
2．机构的组合：把一些基本机构通过适当的方式连接起来， 从而组成一个机构系统，称之为机构的组合。
（1）四杆机构
①全转动副四杆机构的基本型 ②含有一个移动副四杆机构的基本型 ③含有二个移动副四杆机构的基本型
见图2-4
（2）齿轮机构
圆柱齿轮传动机构 圆锥齿轮传动机构 蜗杆传动机构 行星齿轮传动机构
见图2-5
（3）凸轮机构
直动从动件平面凸轮机构 摆动从动件平面凸轮机构 直动从动件圆柱凸轮机构 摆动从动件圆柱凸轮机构
第二章 机械创新设计的基础适应
第一节 机械的基础知识
一、机械及其组成 1．机械的概念 1）机械首先必须是执行机械运动的装置 2）机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成 有用的机械功 3）机械中要完成能量的转换 机械的分类：原动机，工作机和信息机 2．机械的组成 原动机，工作机（包括传动装置），控制装置，见 图 2—1、2—2、2—3
1．机构系统的运动简图设计：根据产品的功能目标和动作 要求，设计出机械系统的运动方案，并确定传动机构、执行机 构以及各种控制的参数和尺寸。
2．运动简图 机械的结构设计 机械的结构图（装配图）
一、构件的结构设计 1．构件的结构设计原则 1）选材料；2）选择毛坯；3）确定形状与尺寸；4）
强度、刚度、安全性、可靠性的校核；5）与其它构件的关系； 6）运动空间及运动干涉；6）经济性；8）维修、安装方便。
3．机械统的发展
机械技术与电子技术控制技术的结合，机械系统由刚性机
械向柔性机械系统演化，使机电一体化的机械系统发展很快
刚性机械系统
图2-18a
改进的刚性机械系统 图2-18b
柔性机械系统
图2-18c
直接驱动式的机械系统 图2-18d
图2-18 机械系统的演变过程框图
第三节 机械运动简图及其结构设计
将检测到的输出结果与输入指令的误差随时进行修正， 此种控制方式为闭环控制。
将输出结果返回输入端与输入指令比较的过程，称为反馈控制
伺服电动机
模拟伺服控制 数字伺服控制 软件伺服控制
第二节 机械系统及其发展
一、机械系统的基本组成形式
根据原动机、传动机构、执行机构的不同组合以及机械 系统运动输出特性的不同，机械系统的基本组成形式见表2-1所 示。
例：图2-14
三、机械的控制系统：
机械的控制从手工操作向自动化、智能化发展的。 控制方法：机械、
电气、 液压、 电气控制应用最广泛。 气动 综合控制 1．电气控制系统的基本要求： 1）满足机械的动作要求或工艺条件； 2）电气、电子元件合理，工作安全可靠； 3）停机时，控制系统的电子元器件不应长期带电； 4）有较强的抗干扰能力，避免误操作； 5）便于维护与管理、经济指标好； 6）使用寿命长； 7）应设置紧急手动装置。
2．控制对象 1）对原动机进行控制：可实现、开、关、停、
正转、反转及调速、限位 2）对电磁铁的控制：实现控制机械中执行机构
的各种不同动作。
3．机械控制系统的发展趋势： 应用计算机技术和自动控制技术，控制对象不断增加，控
制系统更加复杂、准确。 两类控制对象： （1）位移、速度、加速度、温度、压力……数量的大小 （2）以物体的有、无、动、停……逻辑量 控制方法：开环、闭环 （单变量）反馈控制→现代控制理论（多变量）
表2-1 机械系统的基本组成形式
原动机 类 型 编 线性 非线性 号 原动机 原动性
1√
2√
3√
4√
5
√
6
√
7
√
8
√
传动机构
线性 非线性 机构 机构
√ √
√ √ √ √ √ √
执行机构
线性 非线性 机构 机构
√ √
√ √
√ √
√ √
机械系统 的输出运动
简单 复杂 运动 运动
√
√ √ √
√ √ √ √
原动机：三相交流异步电动机、单相交流异步电动机、直流 电动机、步进电动机、（电能→机械能）
柴油机、汽油机、蒸汽机、燃气轮机、原子能发动机 （热能→ 机械能）
水轮机、风力机、潮汐发动机、地热发动机、太阳能 发动机（自然能→ 机械能）
原动机的选择：有电力供应处，优先考虑使用各类电动机 三相交流异步电机常作工、矿、企业等单位设备的原动机 单相交流异步电动机在家用电器上广泛应用；
在机构的组合系统中，各基本机构都保持原来的结构和 运动特性，都有自己的独立性。
故机构的分析和设计方法仍然适合机构组合系统中的各机构。
串联机构 并联机构 3．组合机构
组合机构与机构的组合有本质不同。组合机构是指若干基本 机构，通过特殊的组合而形成的一种具有新属性的机构。组合 机构中的各基本机构已不能保持各自的独立性，也不能用原基 本机构的分析和设计方法进行组合机构的设计。
2．常用构件的结构设计 常用构件：齿轮、凸轮、杆状构件、块状构件、具有复杂形 状的构件