第28章机械的总体方案设计
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• 1．满足工艺过程动作先后顺序的要求
• 2．满足执行系统循环工作的要求 • 3．满足各执行机构操作上的协调性要求 • 4．满足各执行机构位置上的协调性要求 • 5．满足提高生产率的要求 • 6．满足能量协调和提高效率的要求
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的型式设计和协调设计
（二）执行系统协调设计的方法和步骤
•基于功能分析的执行系统的方案设计
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第28章机械的总体方案设计
•基于功能分析的执行系统的方案设计
（四）功能元求解
为了便于应用，常将某些功能元的解用“解法目录” 的形式列出来，它是功能元的已知解或经过考验的解 的汇编。解法目录中的解称为解谱。 • 可快速地根据设计任务的要求来检索目录中汇编的解； • 汇编入的解谱要尽量充分、完备，至少是可以补全的； • 尽可能完全独立于部门或工厂，以使其广泛可用； • 既可用于传统的设计过程，也可以用于采用计算机的 设计。
•图28-3 三种不同的从地下取液体的运动规律方案 •a）往复移动改变容积 b）往复摆动改变容积 c）旋转运动改变容积
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第28章机械的总体方案设计
（二）运动规律设计的方法和注意事项
•图28-4 四种不同的加工内孔的运动规律方案 • a）车床方案 b）镗床方案 c）钻床方案 d）拉床方案
系统解
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第28章机械的总体方案设计
一、功能分析
•基于功能分析的执行系统的方案设计
• （一）总功能 • （二）功能分解与功能结构 • （三）功能元 • （四）功能元求解
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第28章机械的总体方案设计
•基于功能分析的执行系统的方案设计
（一）总功能
• 总功能是机械执行系统要完成的总任务。 • 对总功能的描述要语言简洁、合理抽象、抓住
•机械系统的总体方案设 计
（四）机械系统总体方案设计的类型
• 开发性设计 • 变型设计 • 适应性设计
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第28章机械的总体方案设计
•机械系统的总体方案设 计
（五）机械系统总体方案设计的特点
• 1．协调性 • 2．相关性 • 3．内外结合性
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第28章机械的总体方案设计
•机械系统的总体方案设 计
二、机械系统总体方案设计的基本原则和 基本法规
• （一）基本原则 • （二）基本法规
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第28章机械的总体方案设计
（一）基本原则
• 1．需求原则 • 2．效益原则 • 3．信息原则 • 4．系统原则 • 5．创新原则 • 6．继承原则 • 7．优化的原则 • 8．简化的原则 • 9．理论与实践相结合的原则 • 10．工程的原则 • 11．广义的原则 • 12．快速的原则
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第28章机械的总体方案设计
•图28-8 用三个转动副代替一个球面副 •a）球面副S b）用三个转动副代替一个球面副 c）代替后的的实例-单万向联轴节
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第28章机械的总体方案设计
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•图28-9 有停歇的摆动导杆机构
第28章机械的总体方案设计
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的功能原理和运动规律设 计
（二）功能原理方案设计的特点
• 1．在功能原理方案设计中常常会引入某种新技术、新 工艺、新材料，它首先要求设计者要有新想法、新构 思。
• 2．功能原理方案设计是否合理将对产品的成败起决定 性的作用，它从质的方面决定了机械的设计水平和综 合性能状况。设计人员应给予高度重视。
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第28章机械的总体方案设计
•方案评价与决策
一、方案评价的必要性
• 机械系统方案设计的最终目标，是要寻求一种既能实 现预期功能要求、又性能优良、价格低廉的最佳方案；
a）产生近似直线轨迹的简单机构
b）产生精确直线轨迹的复杂机构
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的型式设计和协调设计
（二）执行机构型式设计的方法
• 1．机构的选型 • 2．机构的构型
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第28章机械的总体方案设计
• 图28-7 通过机架变换由齿轮机构得到行星轮系 • a）外啮合齿轮机构转化为行星轮系 b）内啮合齿轮机构转化为行星轮系
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第28章机械的总体方案设计
§28.3执行系统的型式设计和协调设计
• 一、执行机构的型式设计 • 二、执行机构的协调设计
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的型式设计和协调设计
一、执行机构的型式设计
• （一）执行机构型式设计的基本原则 • （二）执行机构型式设计的方法
•机械系统的总体方案设 计
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第28章机械的总体方案设计
Leabharlann Baidu
§28.2执行系统的功能原理和运动规 律设计
• 一、执行系统的功能原理方案设计 • 二、执行系统的运动规律设计
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的功能原理和运动规律设 计
一、执行系统的功能原理方案设计
• （一）功能原理方案设计的任务 • （二）功能原理方案设计的特点
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• 图28-11 简易平板印刷机的运动循环图 • a)直线式运动循环图 b）圆周式运动循环图 c）直角坐标式运动循环图
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的型式设计和协调设计
2．运动循环图的形式
• （1）直线式运动循环图 • （2）圆周式运动循环图 • （3）直角坐标式运动循环图 • （4）运动循环图三种形式间的关系
第28章机械的总体方案设计
•图28-14 执行系统第一次修改后的运动循环图
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第28章机械的总体方案设计
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•图28-15 满足要求的执行系统的运动循环图
第28章机械的总体方案设计
§28.4基于功能分析的执行系统的方 案设计
• 一、功能分析 • 二、基于功能分析的执行系统运动方案的
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（四）举例
•执行系统的型式设计和协调设计
• 1．各执行机构的型式和行程 • 2．运动循环图的设计
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•图28-12 自动电阻压帽机的机械运动示意图
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•图28-13 执行系统的初步运动循环图
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二、执行系统的运动规律设计
• （一）运动规律设计的任务及重要性 • （二）运动规律设计的方法和注意事项
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（二）运动规律设计的方法和注意事项
•同一种功能要求可以采用不同的工作原理来实现，而同一种工作 原理，又可以采用不同的运动规律得到不同的运动方案。
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第28章机械的总体方案设计
（一）执行机构型式设计的基本原则
• 1．满足执行机构运动规律的要求 • 2．结构简单，运动链短 • 3．使执行系统有尽可能好的动力性能 • 4．充分考虑动力源的形式 • 5．使机械操作方便，调整容易，安全可靠
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• 图28-5 可生成直线轨迹的两种机构
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的型式设计和协调设计
1.运动循环图的概念
用来描述各执行构件运动间相互协调配合的图称 为机械的运动循环图。
• 它是机械协调设计的重要技术文件。
• 若有分配轴，运动循环图常以分配轴的转角为 坐标来编制；若没有分配轴，常选取执行系统 中某一主要的执行构件为参考件。取具有代表 性的特征位置作为起始位置，如以生产工艺的 起始点作为运动循环的起点，由此来确定其它 执行构件的运动相对于该主要执行构件的先后 次序和配合关系。
第28章机械的总体方案 设计
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2020/11/25
第28章机械的总体方案设计
§28.1 机械系统的总体方案设计
• 一、概述 • 二、机械系统总体方案设计的基本原则
与基本法规 • 三、总体参数及其确定
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第28章机械的总体方案设计
一、概述
•机械系统的总体方案设 计
• （一）现代机械系统的概念和功能 • （二）机械系统总体方案设计的重要性 • （三）机械总体方案设计的任务和内容 • （四）机械系统总体方案设计的类型 • （五）机械系统总体方案设计的特点
• 4．求运动方案的系统解的数目
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•图28-21自动电阻压帽机的功能分解
第28章机械的总体方案设计
§28.5方案评价与决策
• 一、方案评价的必要性 • 二、机械系统运动方案设计的评价指标
和评价体系 • 三．机械系统运动方案评价方法简介 • 四、评价结果的处理
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第28章机械的总体方案设计
机械系统的功能
• 主动能 • 动力功能 • 控制功能 • 结构功能
•机械系统的总体方案设 计
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第28章机械的总体方案设计
•机械系统的总体方案设 计
（二）机械系统总体方案设计的重要性
机械系统设计过程的四个阶段 初始规划设计阶段 总体方案设计阶段 结构技术设计阶段 生产施工设计阶段
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第28章机械的总体方案设计
•基于功能分析的执行系统的方案设计
二、基于功能分析的执行系统运动方案的 系统解
• （一）功能元解组合成系统解的注意事项 • （二）功能元解矩阵
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第28章机械的总体方案设计
三、举例
•基于功能分析的执行系统的方案设计
• 1．总功能 • 2．功能分解 • 3．执行系统的功能元求解
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•机械系统的总体方案设 计
（一）现代机械系统的概念和功能
• 机械系统的概念
由计算机与信息网络控制的、用于完成包括机械力、 运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件
相互联系的系统 。 • 机械系统的功能
现代机械的总功能是对输入的物质、能量和信息进行 预定的变换（加工、处理）、传递（移动、输送）和 保存（保存、存储、记录)。
•图28-10 应用扩展法增大急回特性和运动行程
第28章机械的总体方案设计
•执行系统的型式设计和协调设计
二、执行系统的协调设计
• （一）执行系统协调设计的原则 • （二）执行系统协调设计的方法和步骤 • （三）运动循环图 • （四）举例
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第28章机械的总体方案设计
（一）执行系统协调设计的原则
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•机械系统的总体方案设 计
第28章机械的总体方案设计
（二）基本法规
• 1．标准化 • 2．政策与法令
•机械系统的总体方案设 计
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三、总体参数及其确定
• 1.生产率 • 2.精度 • 3.速度参数 • 4．动力参数 • 5．尺寸和重量参数 • 6. 效率和寿命
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第28章机械的总体方案设计
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的功能原理和运动规律设 计
（一）功能原理方案设计任务
针对某一确定的功能要求，去寻求某些物理效应并借助 一些作用原理来求得实现该功能目标的解法原理。常 用的功能原理如摩擦传动原理、机械推拉原理、材料 变形原理、电磁传动原理、流体传动原理、光电原理 等。
执行系统协调设计的步骤一般为 1．确定机械工作循环的周期 2．确定各执行构件在一个运动循环中的各个行
程段及其所需的时间 3．确定各个执行构件动作间的协调配合关系
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（三）运动循环图
• 1.运动循环图的概念 • 2．运动循环图的形式
•执行系统的型式设计和协调设计
本质。
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•基于功能分析的执行系统的方案设计
（二）功能分解与功能结构
• 功能元 • 功能结构 • 功能树
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•图28-16 树形功能结构
第28章机械的总体方案设计
（三）功能元
• 物理功能元 • 逻辑功能元 • 数学功能元
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第28章机械的总体方案设计
•机械系统的总体方案设 计
（三）机械总体方案设计的任务和内容
• 任务
机械总体方案设计需要完成整体方案示意图、机械系统 运动简图、运动循环图和方案设计计算说明书。其中， 包括了总体布局、主要技术参数的确定和方案评价与 决策。
• 内容
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• 2．满足执行系统循环工作的要求 • 3．满足各执行机构操作上的协调性要求 • 4．满足各执行机构位置上的协调性要求 • 5．满足提高生产率的要求 • 6．满足能量协调和提高效率的要求
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的型式设计和协调设计
（二）执行系统协调设计的方法和步骤
•基于功能分析的执行系统的方案设计
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第28章机械的总体方案设计
•基于功能分析的执行系统的方案设计
（四）功能元求解
为了便于应用，常将某些功能元的解用“解法目录” 的形式列出来，它是功能元的已知解或经过考验的解 的汇编。解法目录中的解称为解谱。 • 可快速地根据设计任务的要求来检索目录中汇编的解； • 汇编入的解谱要尽量充分、完备，至少是可以补全的； • 尽可能完全独立于部门或工厂，以使其广泛可用； • 既可用于传统的设计过程，也可以用于采用计算机的 设计。
•图28-3 三种不同的从地下取液体的运动规律方案 •a）往复移动改变容积 b）往复摆动改变容积 c）旋转运动改变容积
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第28章机械的总体方案设计
（二）运动规律设计的方法和注意事项
•图28-4 四种不同的加工内孔的运动规律方案 • a）车床方案 b）镗床方案 c）钻床方案 d）拉床方案
系统解
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一、功能分析
•基于功能分析的执行系统的方案设计
• （一）总功能 • （二）功能分解与功能结构 • （三）功能元 • （四）功能元求解
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第28章机械的总体方案设计
•基于功能分析的执行系统的方案设计
（一）总功能
• 总功能是机械执行系统要完成的总任务。 • 对总功能的描述要语言简洁、合理抽象、抓住
•机械系统的总体方案设 计
（四）机械系统总体方案设计的类型
• 开发性设计 • 变型设计 • 适应性设计
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第28章机械的总体方案设计
•机械系统的总体方案设 计
（五）机械系统总体方案设计的特点
• 1．协调性 • 2．相关性 • 3．内外结合性
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•机械系统的总体方案设 计
二、机械系统总体方案设计的基本原则和 基本法规
• （一）基本原则 • （二）基本法规
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第28章机械的总体方案设计
（一）基本原则
• 1．需求原则 • 2．效益原则 • 3．信息原则 • 4．系统原则 • 5．创新原则 • 6．继承原则 • 7．优化的原则 • 8．简化的原则 • 9．理论与实践相结合的原则 • 10．工程的原则 • 11．广义的原则 • 12．快速的原则
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•图28-8 用三个转动副代替一个球面副 •a）球面副S b）用三个转动副代替一个球面副 c）代替后的的实例-单万向联轴节
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•图28-9 有停歇的摆动导杆机构
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的功能原理和运动规律设 计
（二）功能原理方案设计的特点
• 1．在功能原理方案设计中常常会引入某种新技术、新 工艺、新材料，它首先要求设计者要有新想法、新构 思。
• 2．功能原理方案设计是否合理将对产品的成败起决定 性的作用，它从质的方面决定了机械的设计水平和综 合性能状况。设计人员应给予高度重视。
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第28章机械的总体方案设计
•方案评价与决策
一、方案评价的必要性
• 机械系统方案设计的最终目标，是要寻求一种既能实 现预期功能要求、又性能优良、价格低廉的最佳方案；
a）产生近似直线轨迹的简单机构
b）产生精确直线轨迹的复杂机构
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第28章机械的总体方案设计
•执行系统的型式设计和协调设计
（二）执行机构型式设计的方法
• 1．机构的选型 • 2．机构的构型
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• 图28-7 通过机架变换由齿轮机构得到行星轮系 • a）外啮合齿轮机构转化为行星轮系 b）内啮合齿轮机构转化为行星轮系
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§28.3执行系统的型式设计和协调设计
• 一、执行机构的型式设计 • 二、执行机构的协调设计
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•执行系统的型式设计和协调设计
一、执行机构的型式设计
• （一）执行机构型式设计的基本原则 • （二）执行机构型式设计的方法
•机械系统的总体方案设 计
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§28.2执行系统的功能原理和运动规 律设计
• 一、执行系统的功能原理方案设计 • 二、执行系统的运动规律设计
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•执行系统的功能原理和运动规律设 计
一、执行系统的功能原理方案设计
• （一）功能原理方案设计的任务 • （二）功能原理方案设计的特点
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• 图28-11 简易平板印刷机的运动循环图 • a)直线式运动循环图 b）圆周式运动循环图 c）直角坐标式运动循环图
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•执行系统的型式设计和协调设计
2．运动循环图的形式
• （1）直线式运动循环图 • （2）圆周式运动循环图 • （3）直角坐标式运动循环图 • （4）运动循环图三种形式间的关系
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•图28-14 执行系统第一次修改后的运动循环图
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•图28-15 满足要求的执行系统的运动循环图
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§28.4基于功能分析的执行系统的方 案设计
• 一、功能分析 • 二、基于功能分析的执行系统运动方案的
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（四）举例
•执行系统的型式设计和协调设计
• 1．各执行机构的型式和行程 • 2．运动循环图的设计
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•图28-12 自动电阻压帽机的机械运动示意图
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•图28-13 执行系统的初步运动循环图
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二、执行系统的运动规律设计
• （一）运动规律设计的任务及重要性 • （二）运动规律设计的方法和注意事项
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（二）运动规律设计的方法和注意事项
•同一种功能要求可以采用不同的工作原理来实现，而同一种工作 原理，又可以采用不同的运动规律得到不同的运动方案。
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第28章机械的总体方案设计
（一）执行机构型式设计的基本原则
• 1．满足执行机构运动规律的要求 • 2．结构简单，运动链短 • 3．使执行系统有尽可能好的动力性能 • 4．充分考虑动力源的形式 • 5．使机械操作方便，调整容易，安全可靠
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• 图28-5 可生成直线轨迹的两种机构
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•执行系统的型式设计和协调设计
1.运动循环图的概念
用来描述各执行构件运动间相互协调配合的图称 为机械的运动循环图。
• 它是机械协调设计的重要技术文件。
• 若有分配轴，运动循环图常以分配轴的转角为 坐标来编制；若没有分配轴，常选取执行系统 中某一主要的执行构件为参考件。取具有代表 性的特征位置作为起始位置，如以生产工艺的 起始点作为运动循环的起点，由此来确定其它 执行构件的运动相对于该主要执行构件的先后 次序和配合关系。
第28章机械的总体方案 设计
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第28章机械的总体方案设计
§28.1 机械系统的总体方案设计
• 一、概述 • 二、机械系统总体方案设计的基本原则
与基本法规 • 三、总体参数及其确定
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第28章机械的总体方案设计
一、概述
•机械系统的总体方案设 计
• （一）现代机械系统的概念和功能 • （二）机械系统总体方案设计的重要性 • （三）机械总体方案设计的任务和内容 • （四）机械系统总体方案设计的类型 • （五）机械系统总体方案设计的特点
• 4．求运动方案的系统解的数目
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•图28-21自动电阻压帽机的功能分解
第28章机械的总体方案设计
§28.5方案评价与决策
• 一、方案评价的必要性 • 二、机械系统运动方案设计的评价指标
和评价体系 • 三．机械系统运动方案评价方法简介 • 四、评价结果的处理
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机械系统的功能
• 主动能 • 动力功能 • 控制功能 • 结构功能
•机械系统的总体方案设 计
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•机械系统的总体方案设 计
（二）机械系统总体方案设计的重要性
机械系统设计过程的四个阶段 初始规划设计阶段 总体方案设计阶段 结构技术设计阶段 生产施工设计阶段
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•基于功能分析的执行系统的方案设计
二、基于功能分析的执行系统运动方案的 系统解
• （一）功能元解组合成系统解的注意事项 • （二）功能元解矩阵
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三、举例
•基于功能分析的执行系统的方案设计
• 1．总功能 • 2．功能分解 • 3．执行系统的功能元求解
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•机械系统的总体方案设 计
（一）现代机械系统的概念和功能
• 机械系统的概念
由计算机与信息网络控制的、用于完成包括机械力、 运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件
相互联系的系统 。 • 机械系统的功能
现代机械的总功能是对输入的物质、能量和信息进行 预定的变换（加工、处理）、传递（移动、输送）和 保存（保存、存储、记录)。
•图28-10 应用扩展法增大急回特性和运动行程
第28章机械的总体方案设计
•执行系统的型式设计和协调设计
二、执行系统的协调设计
• （一）执行系统协调设计的原则 • （二）执行系统协调设计的方法和步骤 • （三）运动循环图 • （四）举例
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（一）执行系统协调设计的原则
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（二）基本法规
• 1．标准化 • 2．政策与法令
•机械系统的总体方案设 计
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三、总体参数及其确定
• 1.生产率 • 2.精度 • 3.速度参数 • 4．动力参数 • 5．尺寸和重量参数 • 6. 效率和寿命
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•执行系统的功能原理和运动规律设 计
（一）功能原理方案设计任务
针对某一确定的功能要求，去寻求某些物理效应并借助 一些作用原理来求得实现该功能目标的解法原理。常 用的功能原理如摩擦传动原理、机械推拉原理、材料 变形原理、电磁传动原理、流体传动原理、光电原理 等。
执行系统协调设计的步骤一般为 1．确定机械工作循环的周期 2．确定各执行构件在一个运动循环中的各个行
程段及其所需的时间 3．确定各个执行构件动作间的协调配合关系
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（三）运动循环图
• 1.运动循环图的概念 • 2．运动循环图的形式
•执行系统的型式设计和协调设计
本质。
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（二）功能分解与功能结构
• 功能元 • 功能结构 • 功能树
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•图28-16 树形功能结构
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（三）功能元
• 物理功能元 • 逻辑功能元 • 数学功能元
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•机械系统的总体方案设 计
（三）机械总体方案设计的任务和内容
• 任务
机械总体方案设计需要完成整体方案示意图、机械系统 运动简图、运动循环图和方案设计计算说明书。其中， 包括了总体布局、主要技术参数的确定和方案评价与 决策。
• 内容
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