机械原理第十章机械运动方案设计
《机械原理》课程教学大纲
《机械原理》课程教学大纲
课程编码：
课程名称：机械原理
课程英文名称：Machinery Theory
总学时：42讲课学时：42实验学时：0上机学时：（20）课外辅导学时：0
学分：3.0
开课单位：机电工程学院机械设计系
授课对象：机械设计制造及其自动化专业热能与动力工程专业其它有关专业本科生开课学期：2春
先修课程：工程图学理论力学计算机实用基础
主要教材及参考书：
《机械原理》（第2版）王知行刘廷荣主编高等教育出版社2006年5月
《机械原理》孙桓等主编高等教育出版社2010年4月
《机械原理》（第2版）申永胜主编清华大学出版社 2005 年
《机械原理电算程序设计》王知行李瑰贤主编哈尔滨工业大学出版社1992年
《间歇运动机构设计》《机构设计丛书》编审委员会上海科学技术出版社 1996年
《自动机构的凸轮机构设计》彭国勋肖正扬主编机械工业出版社1990年
《凸轮与凸轮机构》(《凸轮与凸轮机构基础》修订版)管荣法主编国防工业出版社1993年4月
Design Of Machinery Robert L.Norton McGRAW-HILL INTERNATIONAL EDITIONS, 1999
一、课程教学目的
机械原理课程是一门培养学生机械系统运动方案设计能力的技术基础课，本课程主要研究机构的结构分析、运动分析和动力分析，常用机构设计的基本理论和方法，机械系统运动方案的创新设计，其主要任务是培养学生：
1．理论联系实际的学风，设计实践能力和创新精神；
2．掌握机构分析、机构设计和机械系统运动方案设计的基本理论、基本知识和基本技能，具有一般机械系统运动方案设计的能力；
机械原理PPT课件
4、举例：
例1：设计牛头刨床运动循环图
总功能
执行构件
功能元（工艺动作）
牛头刨刨工件
刨头（带刨刀） 工作台（带工件）
轴向往复移动 （切削运动）
横向间歇移动 （进给运动）
执行机构
曲柄摆动导杆机构 （六杆机构）
曲柄摇杆+棘轮+螺 旋机构
直线型： 刨头
工作行程
空行程
工作台 0°
机构Ⅱ
Βιβλιοθήκη Baidu
机构Ⅲ
（执行机构） （摆动从动件）（直动从动件） （左右两个圆柱凸轮机构）
显然，3个工艺动作之间存在着时间上的协调。
Back
2、辅助凸轮轴方式 主要对机器中的一些空行程动作进行控制，相当于
分配凸轮轴方式的一种辅助控制方式。
3、曲柄轴方式：
4、机电结合： 机械协调+电路协调
5、电子控制方式：如PLC 特点：柔性好。
Back
1、杆组叠加法 : 机构组成原理
行程增大机构 Back
2、转动副扩大、高低副互代法：
曲柄滑块机构
偏心轮机构
二、 利用连杆或连架杆的运动特点构思新的机构
反平行 四 边形机
构
双摇杆机 构
平行四 边 形机构
单缸压气 机
三、利用两构件相对运动关系设计构思机构
第十章 执行机构的运动协调设计
(完整版)《机械原理》毕业课程设计指导书
第1章概述
1.1 机械设计的过程、内容及机械原理课程设计的意义
设计是创造性的建立满足功能要求的技术系统的活动过程。机械设计的步骤和内容一般可分为四个阶段，即：产品规划阶段、方案设计阶段、详细设计阶段和改进设计阶段。
1. 产品规划阶段
本阶段主要是通过市场调查了解市场需求，做出市场预测，对产品开发的可能性作综合研究并提出可行性报告，本阶段最终目的是确定任务并给出详细的设计任务书。
2. 方案设计阶段
通过规划阶段明确了设计任务，确定了系统的功能。当然能实现同一功能的系统可以有不同的工作原理，同一原理又可以有不同的运动方案。通过功能分析并确定了工作原理的基础上进行工艺动作构思，初步拟定出从原动机经传动机构到执行机构的运动方案，并画出各执行构件动作相互协调配合的运动循环图，设计各执行机构，画出机构运动简图并作机构的运动学分析和动力学分析计算，这是机械产品方案设计阶段的主要内容。
3. 详细设计阶段
该阶段是将机械运动简图具体化为机器及零部件的合理结构。完成机械产品的总体设计、部件和零件设计，完成全部生产图纸并编制设计说明书等技术文件。
4. 改进设计阶段
本阶段的主要任务是根据试验、使用、鉴定所暴露的问题，进一步做出相应的技
术完善工作，以确保产品的设计质量。
设计是一个创新的过程，而在设计的四个阶段中，方案设计的创新及其优劣尤为重要，它对机械系统功能的实现、性能的好坏、经济性及其市场竞争力具有决定性的作用，直接关系到机械设计全局的成败，因此机械系统的方案设计在整个机械设计中占有极其重要的地位。而《机械原理》课程的内容正是为方案设计提供了理论依据和基本方法，机械原理课程设计则是机械系统运动方案设计的一个综合训练。机械原理课程设计是本科阶段的第一个课程设计，它对初步掌握机械系统的方案设计和了解机械设计的内容和方法具有重要意义。
机械原理课程设计机械传动系统方案设计
1.功能分解组合法 例：制作金属片
节头
2.模仿改造法 例：育秧钵
槽轮机构
节头
一、机械的运动形式及参数 1.执行构件
1)回转运动 a)连续回转运动 ：转速、转角等 b)间歇运动 ：转位次数/分，转角/次等 c)往复摆动 ：摆动次数/分，摆角/次等
2)直线运动 a)往复直线运动：行程，行程数/分等 b)带停歇的往复直线运动 ：行程，停歇位置等
二、课程设计题目 三、主要内容 四、课程设计的要求
章头
II.概述
一、机械传动系统
由原动件到各执行构件的中间环节
例内燃机
二、传动系统的作用 1.改变运动形式 转动(摆动)移动
例内燃机 小型压力机 冲床
2.使原动机和工作机的速度、力矩匹配 3.实现多路传动 4.实现控制 例内燃机
三、传动系统的设计步骤
节头
使原动机和工作机的速度、力矩匹配
工作机 转速高 扭矩小
工作机
电动机
节头
三、传动系统的设计步骤 1.根据功能要求，拟定机械的工作原理 2.根据机械的工作原理，拟定工艺过程 3.各执行构件和工作机的运动设计 4.从原动机到各执行构件的传动原理方案设计 5.机构运动尺寸的设计 6.绘制机构运动简图 7.机构运动和动力分析 8.方案评审
1. 功能分解组合法 2. 模仿改造法
章头
二、课程设计题目
机械原理课程设计教案
机械原理课程设计教案
一、课程目标
1.理解和掌握机械原理的基本概念、原理和方法；
2.能够运用所学知识进行机械运动方案的设计和分析；
3.培养学生的创新思维和解决实际问题的能力。
二、课程内容和要求
1.机械运动方案设计
（1）机构选型与组合：根据给定机械的工作要求，合理地进行机构的选型与组合；
（2）运动方案拟定：拟定多个机械系统的运动方案，进行对比和选择，最后选定一个最佳方案；
（3）机构运动分析：对选定方案中的机构进行运动分析，包括速度、加速度、位移等；
（4）机构力分析：对选定方案中的机构进行力分析，包括静力分析和动力分析；
（5）机构优化设计：根据分析结果，对机构进行优化设计，提高机械的性能和效率。
2.机械原理课程设计说明书编写
（1）封面：包括课程名称、设计题目、班级、姓名、学号、日期等信息；（2）目录：列出设计说明书的主要内容及其页码；
（3）前言：简要介绍设计的目的、意义和主要内容；
（4）概述：包括课程设计任务书、原始数据及设计要求等内容；
（5）设计说明书正文：按照设计过程的顺序，依次介绍机构选型与组合、运动方案拟定、机构运动分析、机构力分析、机构优化设计等内容；
（6）结论：总结设计的主要成果和创新点，提出改进意见和展望；
（7）参考文献：列出设计中参考的文献资料。
三、教学方法和手段
1.理论教学：通过课堂讲解、案例分析等方式，让学生理解和掌握机械
原理的基本概念、原理和方法。
2.实践教学：通过机械原理课程设计，让学生在实践中运用所学知识进
行机械运动方案的设计和分析，培养学生的创新思维和解决实际问题的能力。
机械原理-机械系统运动方案设计
增强可靠性
确保机械系统的稳定性和可 靠性，减少故障率和维修时 间，提高设备的使用寿命。
机械系统运动方案设计的步骤
1
需求分析
了解使用需求和性能要求，确定设计目
方案设计
2
标和约束条件。
根据需求分析，设计机械系统的运动方
案，包括动力传输和运动控制。
3
仿真验证
使用计Βιβλιοθήκη Baidu机仿真软件进行方案验证和性 能评估，优化设计参数。
机械原理-机械系统运动 方案设计
机械原理是机械工程中的关键理论基础，研究机械运动的规律和性能。我们 将重点探讨机械系统运动方案设计的原理与方法。
机械系统运动方案设计的目的
提高效率
通过合理的方案设计，实现 机械系统的高效运行，最大 限度地提高生产效率。
降低成本
设计经济有效的运动方案， 减少材料和能源的消耗，从 而降低制造成本。
机械系统运动方案设计中的优化方法
参数优化
通过调整设计参数，寻找最佳的运动方案，以实现 最优性能。
仿真优化
利用计算机仿真技术，优化机械系统的设计和运动 控制算法，提高性能。
机械系统运动方案设计的实例
摩托车变速器
应用传动学原理，设计出稳定 可靠的变速系统，以提供不同 速度下的动力输出。
自动输送线
通过合理的运动方案设计，实 现自动化物料输送，提高生产 效率和降低劳动强度。
机械原理课程设计方案
机械原理课程设计方案
方案1 糕点切片机传动方案设计
1.工作原理及工艺动作过程
糕点先成型（如长方形、圆柱体等）经切片后再烘干。糕点切片机要求实现两个执行动作：糕点的直线间歇移动和切刀的往复运动。通过两者的动作配合进行切片。改变直线间歇移动速度或每次间隔的输送距离，以满足糕点不同切片厚度的需要。
2．原始数据及设计要求
(1) 糕点厚度：10－20mm；
(2) 糕点切片长度（即切片的高）范围：5－80mm；
(3) 切刀切片时最大作用距离（即切片的宽度方向）：300mm；
(4) 切刀工作节拍：40次/min；
(5) 生产阻力很小：要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠；
(6) 电动机可选用0.55kW（或0.75kW）、1390r/min。
3.设计任务
(1) 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
(2) 进行间歇运动机构和切口机构的选型，实现上述动作要求；
(3) 机械运动方案分析和选择；
(4) 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；
(5) 画出机械运动方案简图（机械运动示意图）；
(6) 对机械传动系统和执行机构进行尺度设计;
(7) 分析比较同组方案，确定本组最佳方案，画出机构运动简图。
方案2 自动打印机传动方案设计
1. 工作原理及工艺动作过程
对于包装好的纸盒上，为了商品某种需要而打印一种记号。它的动作主要有三个：送料到达打印工位；然后打印记号；最后将产品输出。
2.原始数据及设计要求
(1) 纸盒尺寸：长100－150mm、宽70－100mm、高30－50mm；
(2) 产品重量：约5－10N；
机械原理课程设计
二、课程设计内容和任务
课程设计一般选择拟定实现一定工艺动作过程机器运 动方案的设计。
设计的主要内容为：
1、机械功能的分解； 2 、机械的选型与组合； 3、机械运动方案的拟定、机构的组合方式； 4、机构运动循环图； 5 、机械运动简图。
设计的主要任务为：
1、机械运动简图1张； 2、设计计算说明书1份； 3 、准备答辩。
五、机械原理课程设计题目（4）
4 冷镦机
机器功能和设计要求 该机器的功能是把成 卷的线材冷镦成铆钉。须完成的动作为：校 直与进料、断料与送料到冷镦工位、冲压成 型，把成型的铆钉脱模。 基本数据：生产能力：20个/min。材料直 径5mm,铆钉最大长度10mm。
五、机械原理课程设计题目（5）
机械的功能与设计要求 该机构的功能是使汽车车门玻璃等速上 升或下降。
五、机械原理课程设计题目（17）
17 纸板压痕机
机械的功能与设计要求 该机器的功能是将裁切好的纸板，在折 叠纸箱的折缝压出痕迹。须完成的动作：从 料箱中送料、冲压输出产品。
五、机械原理课程设计题目（18）
18 自行车闸式制动器
机械的功能与设计要求 该机构的功能是操纵制动手柄，使闸块 抱住自行车钢圈，达到减速的目的。
五、机械原理课程设计题目（13）
13 机械式离心调速器
机器的功能与设计要求： 该机构的功能是调整发动机的转速，当外 界功能平衡关系破坏后，发动机转速提高，该 机构减少燃油供量、发动机转速下降、该机构 增大燃油供量，从而使发动机的转速稳定在一 定范围内。
机械原理课程设计
机械原理课程设计说明书
设计题目：
班 学 姓
级 号 名
指 导 教师
年
月
日
- 为了保证较高生产率，应缩短机械工作周期，这就要求 各执行构件的动作在时间上有一部分重合； - 顶杆与活塞杆的操作对象是同一个空盒，它们的运动时 间应协调，顶杆未将空盒顶到预定位置时，活塞杆不能 将冷霜压出； - 在注意时间上的协调性之外还要注意空间位置上的协调 性，如转盘未停止时顶杆不能上升到顶起位置，否则运 动干涉，机件损坏。
漂洗：水流和衣物相对运动，洗衣机。
举例
第二步:运动规律设计
工作原理 运动规律 执行机构 运动方案
工艺动作：
将手工操作转换为机构容易实现的动作轨迹； 确定运动方式时，要顾及工作对象的特性。
动作分解：
复杂的运动规律先进行分解再合成； 同一运动规律，可以分解成各种不同的简单运动，从而
1)满足工艺动作及其运动规律的要求；
2)机构的运动链要短；
3)机构的传力性能要好 ：
增大机构传动角
(或减小压力角) ：防止机构 的自锁，增大机器的传力效益，减小功耗。 衡和减小动载荷。
对称性：机构质量分布合理，以求惯性力平
工作原理
运动规律
执行机构
运动方案
机构选型的基本原则：
1)满足工艺动作及其运动规律的要求；
机械原理第十章
≤ j
19
⑵.外力作用在接触面之外：
F 力作用在接触面之外，接触面产生反作用力N 和Ff 位于c、b 附近，其大小和位臵与材料和外力的性质、构 件的尺寸等因素有关。当材料较硬时，可近似认为反力 集中作用在b、c两点处。
2013-8-20 20
⒉楔形面移动副中的摩擦力
如图所示，楔形滑块A和楔形槽B组成的移动副中： Q — 作用在滑块上的外载荷； N — 作用在斜面上的正压力； Ff — 接触面上的摩擦力； F — 水平驱动力； θ — 半楔角。
2013-8-20
28
⑵. h =ρ， Q’的作用线切 于摩擦圆，则Q’·h =M =Mf=RBA·ρ,轴颈作等速 转动（ωAB=c.),或静止不 动。 ⑶. h＜ρ， Q’的作用线切割摩擦圆， Q’·h =M ＜ Mf =RBA·ρ，轴颈减速转动，直至静止（或静止 不动）。 径向轴颈的自锁条件： h≤ρ 。
由图得：
2013-8-20
Fx Fy tg
17
RBA— 平面B对滑块A的总反力 Ff — 摩擦力 N — 正压力 j — 摩擦角
由图得：
N
Ff tgj
N Fy
Fx 而 Fy tg
tgj F f Fx tg
2013-8-20 18
tgj 分析式 F f Fx tg
2013-8-20 6
机械原理第十章 机械系统动力学
机械的运动方程式——为研究机械系统的真实运动而建立的 外力于运动参数间的寒暑表达式。
转化的原则：使系统转化前后的动力学效果保持不变。
作为等效动力学模型的条件：
• 等效构件的质量或转动惯量所具有的动能，应等于整个系
统的总动能。
• 等效构件上的等效力、等效力矩所作的功或所产生的
力矩是速度的函数且具有下降的趋
Mr
Mr
势时，机械具有自动调节非周期性
Md
速度波动的能力。
S
如右图所示，当机械处于稳定运转时，
Md=Mr，此时机械的稳定运转速度为 o ωs ，S点称为稳定工作点。当由于某
种随机因素使Mr增大时，由于Md<Mr ， 等效构件的角速度会下降，但是随着
角速度的下降， Md将增大，所以可使
通过10.4.1图可以看出,等效构件角速度由于机械动能的增加而上 升,如果在等效力矩和等效转动惯量变化的公共周期内,驱动力矩和 阻力矩所作功相等,则机械动能的增量等于零。于是，经过等效力 矩与等效转动惯量变化的一个公共周期，机械的动能又恢复到原
来的值，因而等效构件的角速度也将恢复到原来的数值。可见， 等效构件在稳定运转过程中其角速度将呈现周期性的波动。
W 0 (M d M r )d E
积分求出各交点的△W，进而求出
[W ] Wmax Wmin
机械原理-机械系统运动方案设计
02 机械原理基础
机械运动的基本形式
线性运动
物体沿直线移动，包括平移和滑动。
圆周运动
复合运动
由两种或多种基本运动形式组合而成 的运动。
物体绕固定点进行圆周或旋转运动。
机械传动的类型与特点
01
02
03
齿轮传动
通过齿轮之间的啮合传递 动力，具有传动比大、效 率高、寿命长等优点。
带传动
通过皮带与带轮之间的摩 擦力传递动力，具有结构 简单、成本低、缓冲吸震 等优点。
连杆机构运动方案分析
连杆机构组成
由一系列刚性杆件通过铰链连接 而成，通过各杆件之间的相对运
动实现预定运动。
连杆机构分类
按照连杆的数目可分为四杆、五杆 和多杆机构等；按照连杆之间的相 对运动关系可分为平面和空间连杆 机构。
连杆机构运动特性
可以实现多种复杂的平面和空间运 动轨迹，适用于实现多种运动规律 和运动模式。
总结词
自动化、灵活性、高效性
详细描述
包装机械系统广泛应用于食品、药品等行业 的包装生产线上，其运动方案设计要求自动 化、灵活性和高效性。通过合理的机构布局 和运动控制，实现自动化包装流程，提高生 产效率，同时满足不同产品包装的需求，增 强系统的灵活性。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
链传动
通过链条与链轮之间的啮 合传递动力，具有承载能 力大、传动效率高、可靠 性好等优点。
机械原理课程设计最终方案
机械原理课程设计最终
方案
GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-
奶茶封盖机运动方案设计
目录
一.课程设计任务及工作要求...................................1页
二.拟定工艺原理图和运动循环图..................................2 页
三.设计总图.................................... ...............3 页
四.压盖、插管、移送的执行机构选型..............................4页
1.封盖和插管的执行机构........................................4页
2.间隙运动执行机构选型........................................6页
3.移送的执行构选型............................................8页
五.机构参数设计及运动分析......................................10页
1.摆动导杆机构................................................10 页
2.槽轮机构设计及运动分析......................................11页
3.凸轮摇杆组合机构的设计......................................11页
机械原理课程设计方案
机械原理课程设计方案
机械原理课程设计方案
一、课程设计的目的和意义：
机械原理是机械专业的基础课程，主要研究机械运动和力学关系，是机械设计和制造的基础。通过课程设计，能够使学生巩固和加深对机械原理的理解和掌握，培养学生分析和解决实际机械问题的能力，提高机械设计和制造的实践能力。
二、课程设计的内容和方法：
本次课程设计主要包括以下内容：
1. 齿轮传动设计：包括齿轮的选择和计算、齿轮传动的布置以及齿轮传动的强度计算等。
2. 曲柄连杆机构设计：包括曲柄连杆机构的运动分析、曲柄连杆机构各个零件的设计和计算等。
针对以上内容，采用以下方法进行课程设计：
1. 理论学习和分析：学生首先需要通过课本学习相关理论，理解齿轮传动和曲柄连杆机构的基本原理和计算方法。
2. 实践操作和计算：学生根据所学理论，运用相关计算公式和方法，通过软件模拟或手工计算齿轮传动和曲柄连杆机构的参数，并进行相应的设计。
3. 课程设计报告：学生需要根据设计结果，撰写课程设计报告，包括设计的目标、方法、步骤和结果等，并对设计结果进行分析和讨论。
三、课程设计的要求和评价：
1. 设计目标明确：学生需要根据所学知识和要求，明确设计目标，包括所设计机构的功能需求、工作条件和要求等。
2. 设计方法熟练：学生需要能够熟练运用所学理论和计算方法，进行齿轮传动和曲柄连杆机构的设计计算，并能进行参数的优化和调整。
3. 设计结果合理：学生的设计结果需要符合设计目标和要求，能够满足机械运动和力学关系的基本要求，并具有一定的安全性和可靠性。
4. 设计报告规范：学生需要按照要求撰写设计报告，包括设计目标、方法、步骤、结果和分析等，报告内容清晰、条理性强。
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规格严格
功夫到家
17
1.常用原动机运动功能单元表达符号
(1) 连续转动表达符号
三相交流电动机、步进电机、交流伺服电机、直流伺 服电机、内燃机、液压马达、气动马达等。
(2) 间歇转动表达符号
步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机、液压马达等。
(3) 往复摆动表达符号
步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机、液压马达等。
带传动
规格严格
功夫到家
31
二、机械系统功能系统图
刀 具
工作台
刀具水平作往复直线 运动切削安装在工作台上 的工件，刀具每切削一次， 工作台沿着刀具运动的水 平垂直方向进给0.5mm。 刀具行程300mm，每分钟 往复60次。
直线式运动循环图
刀具 工作台 工作行程 停止 空回行程 进给
32
规格严格
功夫到家
规格严格
功夫到家
22
(4)连续转动转换为间歇摆动
摆动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件圆柱凸轮机构、连杆曲线间 歇摆动机构、曲线槽导杆机构、六杆机构两极限位置停歇摆动机构、 四杆扇形齿轮双侧停歇摆动机构、组合机构等。
(5)连续转动转换为预定轨迹
连杆机构、连杆凸轮机构、行星轮直线机构、联动凸轮机构、起重 机近似直线机构、铰链六杆椭圆轨迹机构、曲柄凸轮式直线机构、 行星轮摆线正多边形轨迹机构、组合机构等。
工作台
刀具水平作往复直线运动切削安装在工作台上 的工件，刨刀每切削一次，工作台沿着刨刀运动的 水平垂直方向进给0.5mm。刨刀行程300mm。
规格严格 功夫到家
10
直线式运动循环图
刀具
工作台
工作行程
停止
空回行程
进给
直线式运动循环图:
动作时序清晰明了。
直角坐标式运动循环图
刀具 工作台 工作行程 停止 空回行程 进给
（1）主传动链功能设计
原动机
1430rpm
主传动链
i 23 .83
刀具
60 rpm
60 / min
刀具
1430rpm
i3
i 7.94
60 rpm
60 / min
刀具
规格严格
功夫到家
34
（2）辅传动链功能设计
1430rpm
i3 i 7.94
60 rpm
60 / min
刀具
60 / min
(12)连续直线移动的运动缩小
规格严格
功夫到家
26
(13)连续直线移动的运动放大
(14)运动合成
1
2
差动螺旋机构、差动轮系、差动连杆机构等。
规格严格
功夫到家
27
(15)运动分解
1
2
差动轮系、2自由度机构等。
(16)有级变速
塔轮变速机构、配换挂轮变速机构等。
规格严格
功夫到家
28
(17)无级变速
带式无级变速器、钢球无级变速器、摩擦盘无级变速器等。
辅传动链
60 rpm
工作台
60 / min
工作台
60 / min
60 rpm
工作台
60 / min
60 rpm
工作台
规格严格
功夫到家
35
机械系统“功能系统图”
1430rpm
i3 i 7.94
60 rpm
60 / min
刀具
1 2
3
4
5
60 rpm
60 / min
工作台
6 7
8
规格严格
功夫到家
工艺动作协调的种类
1.时序协调 2.空间协调 3.速度协调 4.加速度协调 5.力、力矩协调 为了表示多个工艺动作之间的运动协调关系， 可以应用简洁方便的机械运动循环图。 规格严格 功夫到家
9
机械运动循环图的绘制方法
以机械中的原动件或某个运动特征明显的 构件作为参考构件。 例如，工艺方法1。
刀 具
规格严格
功夫到家
12
以原动件为参考构件 直线式运动循环图
360
1
2
原动件 刀具 工作台 工作行程 停止 空回行程 进给
01
02
03
规格严格
功夫到家
13
注意
1.机械运动循环图描述了在一个机器周期内各个执行 构件及其他关键构件之间的时序协调关系。 2. 所谓“一个机器周期”是指运动周期最长的执行 构件的周期。 3. 参考构件的确定 （1）执行主要工艺动作的构件
输入运动 相对关系 输出运动
输入运动的运动形式
位置关系 大小关系
输出运动的运动形式
规格严格
功夫到家
20
(1)连续转动转换为连续转动
圆柱齿轮机构、非圆齿轮机构、圆锥齿轮机构、蜗杆机构、交错轴斜齿 轮机构、皮带传动、链传动、双曲柄铰链四杆机构、转动导杆机构等。
规格严格
功夫到家
21
(2)连续转动转换为间歇转动
1430rpm
i3
i 7.94
60 rpm
60 / min
刀具
1 2
3
4
5
60 rpm
6
规格严格
功夫到家
41
功能7的实现
7
6
7
6
7
7
6
7
7
规格严格
功夫到家
42
6 7
7
1430rpm
i3
i 7.94
60 rpm
60 / min
刀具
1 2
3
4
60 rpm
7
6
7
规格严格
功夫到家
43
功能8的实现
8
6
7
7
8
6 7
7
8
8
8
6
7
7
6
7
7
8
8
规格严格
功夫到家
44
7 6
8
8
7
1430rpm
i3
i 7.94
60 rpm
60 / min
刀具
1 2
3
4
5
60 rpm
7
6
7
60 / min
8
工作台
8
规格严格
功夫到家
45
1430rpm
i3
i 7.94
60 rpm
540 540
270
720 720
凸轮
火花塞 进气门 排气门
360
点火 开 开启 启 关 闭 开启 启
关
闭
开
10 ~ 45 40 ~ 80 40 ~ 80 10 ~ 45
12 ~ 15
16
规格严格
功夫到家
§10-5 机械系统方案拟定
刀具
1 2
3
4
5
60 rpm
60 / min
工作台
6 7
8
最终运动功能系统图
1430rpm
i3 i 7.94
60 rpm
刀具
1 2
规格严格
功夫到家
18
(4) 间歇摆动表达符号
步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机、液压马达等。
(5) 直线移动表达符号
直线电机、液压油缸、气缸等。
(6) 往复移动表达符号
直线电机、液压油缸、气缸等。
(7) 间歇往复移动表达符号
直线电机、液压油缸、气缸等。
规格严格
功夫到家
19
2.常见运动转换的运动功能单元表达符号
(10)连续转动的运动缩小
齿轮传动机构、谐波传动机构、带传动机构、链传动机构、行星传 动机构、摆线针轮传动机构、摩擦轮传动机构、蜗杆机构、螺旋传 动机构、连杆机构等。
规格严格
功夫到家
25
(11)连续转动的运动放大
齿轮传动机构、谐波传动机构、带传动机构、链传动机构、行 星传动机构、摆线针轮传动机构、摩擦轮传动机构、蜗杆机构、 螺旋传动机构、连杆机构等。
1
i3
功能2 由Biblioteka Baidu传动实现
2
1430rpm
2
1
i3
2
1
规格严格
功夫到家
38
i 7.94
功能3 由圆柱齿轮传动实现
3
2
3
1
1430rpm
i3
i 7.94
1
2
3
6
规格严格
7
功夫到家
8
39
功能4的实现
4
60 rpm
功能5的实现
5
60 rpm
6
功能6的实现
规格严格
功夫到家
40
5 3
2
6
1
规格严格
功夫到家
4
机械产品的功能是以满足现实的或潜在的客观需求 为目的的。
例如
有一块钢板，其厚度为50mm，长度为300mm，宽 度为250mm。设计一台可以加工平面的机器，把钢板 的两面切削平整，使其厚度达到40mm，且两面平行。 实际上这就是对一台机器的功能描述。
规格严格
功夫到家
5
§10-3 工艺方法（功能原理）设计
所谓“工艺方法”是指实现机械功能的方法，又称
为“功能原理”。
“工艺方法”或“功能原理” 是产品中最具有知识
性的部分，最能体现设计者聪明才智的部分。新产品往往 都是伴随着新的“功能原理”或“工艺方法”出现的。重 要的发明和创造都是在这一部分。
规格严格
功夫到家
6
平面切削工艺方法1
刀 具
工作台
刀具水平作往复直线运动切削安装在工作台上 的工件，刀具每切削一次，工作台沿着刀具运动的 水平垂直方向进给0.5mm。刨刀行程300mm。
1.运动传递路径规划
原动机 主传动链 刀具 工作台
辅传动链
其它执行构件 原则： （1）传动链数目与工艺动作数目相同； （2）选传递功率大的路径作为主传动链； （3）辅传动链可以是多条，其运动可由主传动链分支，也可由 其它辅传动链分支。
规格严格
功夫到家
33
2.传动链功能设计 设计方法：从传动链两端开始
规格严格
功夫到家
24
(9)连续转动转换为往复间歇直线移动
连杆单侧停歇曲线槽导杆机构、移动凸轮间歇移动机构、行星轮内 摆线间歇移动机构、不完全齿轮齿条往复间歇移动机构、不完全齿 轮导杆往复间歇移动机构(用于印刷机)、移动从动件凸轮机构、八 连杆滑块上下端停歇机构(用于喷气织机开口机构)、组合机构等。
平面槽轮机构、空间槽轮机构、不完全齿轮机构、针轮间歇转动 机构、圆柱凸轮分度机构、蜗杆凸轮分度机构、偏心轮分度定位 机构、内啮合行星轮间歇机构、组合机构等。
(3)连续转动转换为连续摆动
平面曲柄摇杆机构、空间曲柄摇杆机构、摆动从动件盘形凸轮机构、 摆动从动件圆柱凸轮机构、曲柄摇块机构、电风扇摇头机构、摆动 导杆机构、曲柄六连杆机构、组合机构等。
36
三、运动方案拟定
1430rpm
i3 i 7.94
60 rpm
60 / min
刀具
1 2
3
4
5
60 rpm
60 / min
工作台
6 7
8
用相关的机构替代功能系统图中的运动功 能单元。每个替代机构的运动输出构件与下一 个替代机构的运动输入构件固联。
规格严格
功夫到家
37
1430rpm
功能1 由电动机实现
规格严格
功夫到家
29
3.特殊运动功能单元表达符号
(1)运动分支
(2)运动联接
弹性联轴节、十字滑块联轴节、齿式联轴器、套筒联轴节、凸 缘联轴节、万向联轴节等。
规格严格
功夫到家
30
(3)运动离合
摩擦离合器、电磁离合器、牙嵌离合器、自动离合 器、超越离合器等。
(4)过载保护
带传动、摩擦轮传动、安全联轴节、安全离合器等。
直角坐标式运动循环图 : 用直角坐标的位移线 图表示其运动时序，将其工作行程、空行程及停歇 区段分别以上升、下降及水平线表示。 规格严格 功夫到家
11
圆周式运动循环图
刀 刀 工 具 工 作 空 台 进 回 给 止 行 程 具 作 工 台 停 程 行 作
圆周式运动循环图: 各执行构件的运动以机 械原动件的相位关系清楚。
规格严格
功夫到家
23
(6)连续摆动转换为间歇转动
棘轮机构、组合机构等。
(7)连续转动转换为单向连续直线移动
齿轮齿条机构、螺旋机构、带传动机构、链传动机构、组合机构等。
(8)连续转动转换为往复连续直线移动
曲柄滑块机构、六连凸轮杆滑块机构、移动从动件凸轮机构、不完全齿 轮齿条机构、连杆组合机构、正弦机构、正切机构、组合机构等。
一、机械系统运动功能单元表达符号
任何一个复杂的机械系统都可以看作是由一系列简
单的具有一定运动变换功能的基本单元组成。这些基本 单元称为机械系统的“运动功能单元”。 为了简洁、方便、清晰地表达一个“运动功能单元” 功能，我们不用具体的机构运动简图表达，而是用一些 符号来表达，我们把这些符号称为机械系统的“运动功 能单元”表达符号。
根据系统的功能设计机械系统的逻辑关系 系统 功能 工艺 方法 工艺 动作 机械 系统
规格严格
功夫到家
3
§10-2 机械系统的功能
产品有三大要素
产品功能——产品的目的，即产品具有的特定用途或作用。
产品技术——产品功能实现的基础。
产品造型——产品功能显现的手段，是具备特定功能的产品 实体形态。
功能是产品的核心。 技术是产品的基础。
（2）动作周期性明显的构件
（3）做回转运动的构件 （4）做连续运动的构件 规格严格 功夫到家
14
举例
四冲程摩托车发动机配气机构
规格严格
功夫到家
15
举例
活塞
进气
配气机构实际运动循环图
上止点
行程 压缩 行程 排气
行程
作功
行程
下止点 曲轴
0 0
180 180 360
90
360 180
规格严格
功夫到家
7
平面切削工艺方法2
刀 具
工作台
刀具绕自身轴线回转切削安装在工作台上的工 件， 刀具水平作往复直线运动，工作台沿着刀具 运动的水平垂直方向进给，刀具便可切削出平面。
规格严格
功夫到家
8
§10-4 工艺动作分析
工艺方法是由执行构件的动作实现的，执行构件的 这些动作称为工艺动作。根据工艺方法的不同，执行构 件的数目以及执行构件的动作也不同。当工艺动作需要 多个执行构件的动作实现时，往往需要各个工艺动作之 间的运动协调。
机械原理
第十章 机械运动方案设计
陈明 哈尔滨工业大学 2014年3月
规格严格 功夫到家
1
§10-1机械系统运动方案设计的逻辑过程
提出功能 运动尺寸确定
工艺方法分析
工艺动作分析
运动、动力分析
方案评价
运动方案拟定
规格严格
功夫到家
2
机械系统实现系统功能的逻辑关系
机械 系统
工艺 动作
工艺 方法
系统 功能