机械原理第十章机械运动方案设计
机械运动方案设计
8-4 执行系统的运动规律设计 一、工艺动作分解和运动方案选择 根据机械预期实现的功能要求确定了工作原理后，接下 来就是进行运动规律设计。即根据功能原理提出的工艺动作， 进行运动分解，构思出恰当的运动规律。
工艺要求构思出能够实现该工艺要求的各种运动规律，然后 从中选择最为简单适用的运动规律，作为机械的运动方案。
还原创新法
原点，紧紧围绕机械预期实现的功能要求另劈新径，构思新的 功能原理。 衣机的发明就是一个利用还原创新极其成功的例子。
赃物从衣物上分离出来。
揉搓原理：要设计模仿人手的机械手，难度大 刷擦原理：很难把衣物各处都刷洗到 捶打原理：易损坏衣物
后来，人们跳出传统的洗衣方法，从洗衣预期实现的功 能要求出发，利用一个波轮在水中旋转，形成涡流来翻动衣 物，达到清洗的目的。这就是著名的漂洗原理。它不仅结构 简单，而且安全可靠。
思维扩展法仍是一个很重要的创新方法。 虑新的运动规律。 材料均度等进行综合检查的装置： 用仿真法，要考虑滚珠的送料运动、直径的测量运动、
根据思维扩展法，考虑 到被检测对象的运动，利用 滚珠在平面上跳动所走的路 线来判定其是否合格。
设计一个检验不同直径的钢珠 的装置，为了避免对钢珠直径 的反复测量的这一动作，运用 思维扩展法，让钢珠也参与到 运动规律的设计当中去。 择装置：
总体功能可以分解成若干分功能。这样的分解可用下式表达： U=(Ui) i=1,2,…,m
即总体功能U是由若干个分功能Ui组成的。而每一个分功能 又可以用不同的机构来实现，即 Tj=(ti1,ti2,…,tin) j=1,2,…,n
式中，Tj为能够完成该分功能的机构的集合；Tij为对应于一个能完成 分功能Ui的机构；n为能实现该分功能的机构数目。若用Ui定义行，Tj定 义列，tij为元素构成矩阵，则可得如下的功能-技术矩阵：
机械运动方案
主
分配轴上，或通过一
轴
些传动链与分配轴相
联，这样各执行机构
由一个电机驱动，运
动由分配轴分路传出。
1)机构1（链传动机构） 的主动件小链轮通过 圆锥-圆柱齿轮与分配 轴相联；
2)机构2（槽轮机构）的 主动件曲柄销通过圆 锥齿轮与分配轴相联；
3)机构3（凸轮-连杆组 合机构）的主动件盘 形凸轮直接联在分配 轴上；
2)齿轮机构 3)行星轮系 4)摩擦轮传动
1)连杆机构 铰链四杆机构 转动导杆机构 曲柄滑块机构
2)非圆齿轮机构 3)组合机构 1)连杆机构
曲柄滑块机构 移动导杆机构 2)齿轮齿条机构 3)凸轮机构
典型应用实例与原理
机车车轮联动机构、联轴器 联轴器 用于减速、增速和变速
用于减速、增速、运动的合成与分解 无级变速
典型应用实例与原理
破碎机 车门启闭机构 具有急回性质，牛头刨床 液压摆缸，用于自卸装置
机床进给、转位或分度、 单向离合器、超越离合器 车床刀架的转位、自动包 装机的转位、电影放映机、 分度装置、间歇回转工作 台
3. 执行机构形式设计
• 执行机构形式选择原则
- 满足执行机构的工艺动作和运动要求 - 尽量缩短传动链，使机构结构最简单 - 合理选择运动副形式 - 选择合理的动力源 - 设计必要的可调环节 - 执行机构要具有良好的动力特性 - 保证机械使用安全、操作方便
内容：
运动方案：执行构件数目和运动规律 选择或创新执行动作的机构形式
原则：
结构简单、运动链短 加工制造简单、易保证较高配合精度 良好的机械效益（省力）和机械效率（能量
有效利用）
机构选型：
执行机构运动方式及功能
机构类型
匀速运动 非匀速转动 往复移动机构
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。
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Biblioteka 使用计算机仿真软件进行方案验证和性 能评估，优化设计参数。
机械系统运动方案设计的重要考虑因素
1 负载要求
根据工作负载的性质和要 求，选择合适的传动方式 和运动控制方法。
2 材料选择
考虑到机械系统的使用环 境和工作条件，选择合适 的材料以满足强度和耐久 性要求。
3 安全性与可维护性
设计安全可靠的机械系统， 方便维护和检修，确保使 用过程中的人身和设备安 全。
机器人手臂
运用运动学和动力学原理，设 计出精准灵活的机器人手臂， 用于工业自动化和协作操作。
结论和总结
机械系统运动方案设计是机械工程领域中至关重要的任务，它涉及多个学科 的知识和技术，旨在实现高效、可靠、经济的机械运动。
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。
机械运动方案设计
机械运动方案设计简介机械运动方案设计是在机械工程领域中，针对特定的需求和目标，设计出适合的机械运动方案。
机械运动方案设计涉及到运动学、动力学、材料力学等多个方面的知识，以及相关的工程设计原理和技术。
机械运动方案设计在实际工程项目中具有广泛的应用。
例如，在制造业中，机床的运动方案设计决定了机床的加工能力和精度；在机器人领域，机器人的运动方案设计决定了机器人的动作灵活性和工作效率。
因此，机械运动方案设计对于实现特定的运动需求和优化机械系统的性能具有重要意义。
设计过程机械运动方案设计通常包括以下几个步骤：1.确定运动需求：根据具体的应用需求，确定机械系统需要实现的运动方式和运动参数。
例如，确定机床的加工速度和精度要求，或者确定机器人的工作空间和运动速度要求。
2.运动分析：根据运动需求，进行运动学和动力学分析，确定机械系统的运动轨迹、速度和加速度等参数。
运动分析可以使用数学模型和计算机仿真等方法进行。
3.结构设计：根据运动分析的结果，设计机械系统的结构和零部件。
结构设计需要考虑到机械系统的刚度、稳定性和重量等因素。
4.动力传递设计：根据运动分析的结果和结构设计的要求，设计机械系统的动力传递装置，包括传动轴、联轴器和传动装置等。
动力传递设计需要考虑到传动效率、传动比和扭矩传递能力等因素。
5.控制系统设计：根据运动分析的结果和结构设计的要求，设计机械系统的控制系统，包括传感器、执行器和控制算法等。
控制系统设计需要考虑到系统的稳定性、响应速度和控制精度等因素。
6.性能评估和优化：通过实际测试和仿真分析，评估机械系统的性能，并根据评估结果进行优化设计。
性能评估和优化可以包括加工精度、工作效率、能耗和噪声等指标。
7.制造和调试：根据设计结果，制造机械系统，并进行调试和测试。
制造和调试过程需要考虑到材料和工艺等因素。
设计原则在机械运动方案设计过程中，有一些常用的设计原则和准则可以帮助工程师设计出满足要求的机械系统。
机械运动方案设计
机械运动方案设计机械系统通常由原动机、传动部分、执行机构与控制部分等组成。
机械运动方案设计得主要内容就是：根据给定机械得工作要求，确定机械得工作原理,拟定工艺动作与执行构件得运动形式，绘制工作循环图;选择原动机得类型与主要参数,并进行执行机构得选型与组合,随之形成机械系统得几种运动方案，对运动方案进行分析、比较、评价与选择；对选定运动方案中得各执行机构进行运动综合，确定其运动参数，并绘制机构运动简图,在此基础上，进行机械得运动性能与动力性能分析.一、机械运动方案设计得步骤机械运动方案设计得一般过程如下：构思机械工作原理,针对设计任务书中得规定得机械功能，构思实现该功能所采用得科学原理与技术手段，即机械得工作原理;由工作原理进一步确定机械所要实现得工艺动作，复杂得工艺动作可分解为几种简单运动得合成，选用适当得机构实现这些运动就就是机械运动方案设计得主要任务。
二、绘制机械工作循环图(又称运动循环图）针对机械要实现得工艺动作，确定执行构件得数目,为了实现机械得功能,各执行构件得工艺动作之间往往有一定得协调配合要求，为了清晰地表述各执行构件运动协调关系，应绘制机械得工作循环图。
机械工作循环图也就是进行机构得选型与拟定机构得组合方案得依据。
三、选择执行机构类型根据执行构件得运动形式与运动参数，选定实现执行构件工艺动作得执行机构,并将各执行机构有机得组合在一起,以实现机械得整体工艺动作.在进行执行机构选型时，应首先满足执行构件运动形式得要求,然后通过对所选机构进行综合、组合、变异与调整等，以满足执行构件得运动参数与运动特性等要求。
一般来说，满足执行构件工艺动作得执行机构往往不就是一种,而就是多种，故应该进行综合评价，择优选用。
四、绘制机械运动示意图依据机械工作性质与工作环境等，合理选取原动机类型；原动机得运动与动力经传动系统得传递与转化后,驱动执行机构得主动件,使执行机构实现预期得工艺动作.根据机械得工作原理、执行构件运动得协调配合要求,与所选定得各执行机构,拟定机构得组合方案,画出机械运动示意图,这种示意图就表示可机械运动配合情况与机构组成情况，代表机械运动系统得方案,对于运动情况比较复杂得机械,机械运动示意图还可以采用轴测投影得方法绘制出立体得机械运动示意图.五、执行机构得尺度综合根据各执行构件与主动件得运动参数,以及各执行构件运动间得协调配合要求,同时考虑执行机构得动力性能要求,确定各执行机构中构件得尺寸与几何形状(如凸轮廓线)等.六、绘制运动机械简图针对各机构尺度综合所得结果,进行机构得运动分析与动态静力分析,并从运动规律、动力条件、工作特性等多方面进行综合评价,确定机构其它相关尺寸。
机械原理课程教案—机械系统运动方案设计
机械原理课程教案—机械系统运动方案设计一、教学目标1. 让学生了解机械系统运动方案设计的基本概念和原则。
2. 使学生掌握机械系统运动方案设计的方法和步骤。
3. 培养学生运用机械原理解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 机械系统运动方案设计的基本概念2. 机械系统运动方案设计的原则3. 机械系统运动方案设计的方法4. 机械系统运动方案设计的步骤5. 机械系统运动方案设计的案例分析三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原则、方法和步骤。
2. 案例分析法：分析实际案例，引导学生运用机械原理解决问题。
3. 讨论法：分组讨论，分享设计经验和心得。
四、教学准备1. 教案、PPT及相关教学资料。
2. 案例素材及分析工具。
3. 投影仪、白板等教学设备。
五、教学过程1. 导入：简要介绍机械系统运动方案设计的意义和应用领域。
2. 新课：讲解机械系统运动方案设计的基本概念和原则。
3. 案例分析：分析典型机械系统运动方案设计案例，引导学生理解设计方法和步骤。
4. 实践环节：学生分组进行机械系统运动方案设计，教师巡回指导。
6. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂提问：通过提问了解学生对机械系统运动方案设计概念和方法的理解程度。
2. 练习题：布置课后练习题，评估学生对课堂所学知识的掌握情况。
3. 小组项目：评估学生在实践环节中机械系统运动方案设计的创意和实施能力。
4. 学生互评：鼓励学生之间相互评价，促进知识的交流和分享。
七、教学拓展1. 机械系统运动方案设计软件应用：介绍相关设计软件的使用方法，提高学生的设计效率。
2. 创新设计比赛：组织学生参加机械系统设计比赛，激发创新意识和实践能力。
3. 企业参观：安排学生参观机械企业，了解机械系统设计在实际工作中的应用。
八、教学反馈1. 学生反馈：收集学生对教学内容和教学方法的反馈，不断优化教学方案。
2. 同行评价：与其他教师交流教学经验，提高教学质量。
机械运动方案创新设计实验
机械运动方案创新设计实验一、实验目的1．加深对机构设计原理的认识，进一步了解并掌握机构的组成及其运动特性。
2. 熟悉ZBS-C机构运动创新实验台运动副的拼接方法。
3．要求学生灵活应用以下几种机构构型的创新设计方法，创造性的设计、拼接机构及机构系统。
4.培养学生创新意识及综合设计能力。
二、实验原理根据机构运动的可能性及确定性条件设计机构运动方案，运用转动副、移动副及连杆搭接各类机构及机构系统。
机构组成：平面连杆机构包括原动件、连杆和从动件，机构功能：是指机构实现运动变换和完成某种功用的能力，常用机构的执行机构的运动形式有回转运动、直线运动和曲线运动。
在平面连杆机构中，当原动件以相同的方式运动时，如果改变构件的相对长度，便可使从动件得到不同的运动规律。
三、实验内容1.多功能移动式残病人浴缸翻转机构⑴上身部缸体翻转机构要求上身部缸体从水平位置向上翻转至70度，即翻转角为0-70度.可采用的机构：①摆动导杆机构，导杆与上身部缸体固装在－起，带动缸体翻转。
由直线电机带动主动杆摆动。
②双摇杆机构，上身部缸体作为从动摇杆，在主动摇杆驱动下作0-70度摆动. 主动杆由直线电机带动摆动。
③其它机构⑵腿部缸体翻转机构要求腿部缸体从垂直位置向上翻转至水平位置，利用死点保持腿部缸体在水平位置,借助凸轮机构破坏死点，使腿部缸体在重力作用下复位。
可采用机构：①双摇杆机构，腿部缸体作为主动摇杆；②其它机构2. 牛头创床机构要求刨刀（安装在滑枕上）作直线往复运动。
可采用的机构：①转动导杆机构和曲柄滑块机构组合,由电机驱动主动件转动。
(P31)②摆动导杆机构和滑块机构组合,由电机驱动主动件转动。
③其它机构3.翻转机要求翻转模板装在连杆上，模板翻转180度。
①四杆机构，电机驱动。
②其它机构4.飞机起落架要求起落架上轮子从水平位置向下翻转至垂直位置，利用死点使起落架轮子保持在垂直位置。
可采用的机构：①四杆机构，电机驱动。
②其它机构5.插床机构要求插刀作垂直上下往复直线运动，向下时（工作行程）较慢，向上运动（空程）时速度较快。
机械类-机械运动方案
二、执行机构的运动协调与运动循环图
•多数机器不只有一个执行构件,往往是许多 执行构件协调工作以完成同一任务。 •运动循环图即可表示出各执行机构间的时序 协调关系。 •另一种情况是,某些机械的多个执行构件在 完成同一任务时,需有准确而协调的运动时间 和运动顺序的安排,以防止出现某一执行构件 工作不到位或两个以上执行构件在同一空间 发生干涉。
31
传动方案－原动机
根据运动参数,参考力的参数,考虑粗略的、大
致的传动方案(注意对传动精度的要求),比较
其繁简,并依据现有条件,综合选择原动机的类 型。
一般地说,应首选电动机,但也并非尽然。在满
足工作性能要求、现场允许的条件下,有时也用 液压或气压驱动源。
原动机的不同选择对机械传动系统的设计 、组成的繁简以及性能的优劣都有着重要 的影响。
2)飞机起落架机构 起落架可以使轮子占据收 起和放下两个位置
29
机械的运动方案设计包括: 从原动机─传动机构─执行机构的整个 系统的设计,
其结果是给出一份满足运动性能要求的 机构运动简图
一、工艺参数的给定及原动机的选择
工艺参数的变化范围受诸多因素的影响 在概述中对牛头刨床的运动方案设计已给出了主要的工艺参
构件的运动及其相互配合。
最终完成由原动机－传动机构－执行机构组成 的机械运动简图设计。
第四,施工图设计、在这一步骤中完成机械
中各零部件的强度、刚度计算及零部件结构设 计。
此外,对一些自动化机械,还需要对其电力系统 和电子控制系统进行设计。
当然,做为一部大的机械设备,经施工设计,并 加工好样机后,还必须实地应用检验,达到全部 性能指标要求,方可定型生产。
49
2、新机构的创造
如利用纤维连杆将可逆旋转或摆动变换 成直线往复运动的执行元件已用于假手 的研制中。
机械原理课程设计 机械系统运动方案设计
2 机械系统运动 方案设计
设计要求 功能分解 机构选用
3执行机构选择
• 切刀机构
√
4 输送机构
√
5 传动系统
910 22.75 • 传动比 i12 40
带传动 — — 二级齿轮传动
i 2 .5
i 3.4 3.58
3
4
5
2 6
1
1 电机
2
2 带传动
3 齿轮传动 6输送带
4 棘轮机构 5 切刀机构
机械系统运动简图
执行机构的建模
构件 运动副
约束运动？
是
机构
动力源 控制
机器与机构组成关系
输出有效功？
是
机器
问题提出
机 构 设 计
机构型综合 机构尺度综合 机构运动分析 机 器 设 计
设计之间的关系
刚度与强度设计
设计过程
动力分析
1.3 机械设计的类型
1）开发性设计
无参考样机，一种从无到有的全新设计。
2）适应性设计
在总的方案远离基本不变情况下，对原有产品进 行局部变动和改进。
2 功能分解
• 工作原理：
原理一：切刀不动，已成型的面间歇输 送，同时在垂直于切刀方向往复运动 原理二：切刀在铅垂面内往复运动，已 成型的面水平间歇输送 选择第二个工作原理。
2 功能分解
• 动作分解
电 机 转 动 传 动 系 统 变 速 切刀往复运动——转动变直线运动 输送间歇运动——转动变间歇运动
机械运动方案创新设计(PPT51页)
19
❖ 若选用轴颈长度L=35mm的盘杆转动轴19#，则可组成双联齿 轮，并与连杆形成转动副，参见图所示；若选用L=45mm的盘 杆转动轴19#，同样可以组成双联齿轮，与前者不同的是要在 盘杆转动轴19#上加装一个运动构件层面限位套17#。
25
主动滑块与直线电机齿条的拼接
❖ 当滑块为原动件且接受的输入运动为直线 运动时，其与直线电机的安装如图所示。 首先将主动滑块座10#套在直线电机的齿条 上再将主动滑块插件9#上只有一个平面的 轴颈端插入主动滑块座10#的内孔中，有两 平面的轴颈端插入起支撑作用的连杆11#的 长槽中，然后，将主动滑块座调整至水平 状态，直至主动滑块插件9#相对连杆11#的 长槽能作灵活的往复直线运动为止，此时 用螺栓26#将主动滑块座固定。起支撑作用 的连杆11#固定在机架29#上的拼接方法， 最后，根据外接构件的运动层面需要调节 主动滑插件9#的外伸长度（必要的情况下， 沿主动滑块插件9#的轴线方向调整直线电 机的位置），以满足与主动滑块插件（9#） 形成运动副的构件的运动层面的需要，用 内六角紧定螺钉27#将主动滑块插件9#固定 在主动滑块座10#上。
16
滑块与连杆组成转动副和移动副的拼接
❖ 如图所示的拼接效果是滑块13#的扁平轴颈处与连杆11#形成移动副； 在20#、21#的帮助下，滑块13#的圆轴颈处与另一连杆在连杆长槽的 某一位置形成转动副。首先用螺栓、螺母21#将固定转轴块20#锁定 在连杆11#上，再将转动副轴13#的圆轴端穿插20#的圆孔及连杆11# 的长槽中，用带垫片的螺栓15#旋入13#的圆轴颈端面的螺孔中，这 样13#与11#形成转动副。将13#扁头轴颈插入另一连杆的长槽中，将 15#旋入13#的扁平轴端面螺孔中，这样13#与另一连杆11#形成移动 副。
机械原理-机械系统运动方案设计
机械系统的发展趋势
总结词：机械系统的发展趋势
详细描述：随着科技的不断进步和应用需求的不断提高 ，机械系统也在不断发展。目前，机械系统的发展趋势 主要包括智能化、模块化、集成化和绿色化等。智能化 是指通过引入人工智能和传感器技术，实现机械系统的 自主控制和智能决策；模块化是指将机械系统中的各个 部件标准化和模块化，便于生产和维修；集成化是指将 多个机械系统集成在一起，实现更高效和更精确的运动 控制；绿色化是指注重环保和节能，采用更环保的材料 和设计，降低能耗和排放。
机械原理-机械系统运动方案设计
目录
• 机械系统概述 • 机械原理基础 • 机械系统运动方案设计 • 典型机械系统运动方案分析 • 现代设计方法在机械系统运动方案设计中
的应用 • 机械系统运动方案设计案例分析
01 机械系统概述
机械系统的定义与组成
总结词
机械系统的定义与组成
详细描述
机械系统是由多个相互关联和相互作用的机械部件组成的整体。这些部件包括 原动机、传动机构、执行机构和控制机构等，它们通过各种方式相互连接和配 合，以实现特定的运动和功能。
齿轮机构运动方案分析
齿轮机构组成
由两个或多个齿轮组成，通过齿 轮之间的啮合实现运动和动力的
传递。
齿轮机构分类
按照齿轮类型可分为直齿、斜齿、 锥齿和蜗轮蜗杆等；按照齿轮轴 线关系可分为平行轴、相交轴和
交错轴齿轮机构。
齿轮机构运动特性
具有传动效率高、传动比稳定、 寿命长等优点，适用于大功率、
高精度和长期使用的场合。
机械பைடு நூலகம்统的分类与特点
总结词
机械系统的分类与特点
详细描述
根据不同的分类标准，可以将机械系统分为多种类型。例如，根据能量传递方式的不同，可以分为传动系统和控 制系统；根据功能的不同，可以分为原动机、传动装置、执行器和控制器等。不同类型的机械系统具有不同的特 点和应用范围，需要根据具体需求进行选择和设计。
机械原理第十章 机械系统动力学
矩所产生的功率P之和为 n
m
P Fivi cosi M j j
i 1
j 1
若等等效效构构件件的为角绕速定度轴为转，动则的根构据件等，效其构上件作上用作有用假的想等的效等力效矩力所矩产Me生,,
的功率应该等于整个机械系统中所有外力、外力矩所产生的功率之
和，可得
M e P
于是
Me
n i1
Fi
vi
cosi
m
Mj
j 1
j
同理，当等效构件为移动件时，可以类似得到作用于其上的等效
力为
Fe
n i1
Fi
vi
cosi
v
m
Mj
j 1
j
v
2.等效转动惯量和等效质量
若等效构件为绕定轴转动的构件，角速度为ω ，其对转动轴的假
想的等效转动惯量为Je，则根据等效构件所具有的动能等于机械 系统中各构件所具有的动能之和，可得
联立上述两式，可求出角速度随时间的变化规律，进而通过下式 计算等效构件的角加速度
d d d d dt d dt d
§10－4 机械的速度波动及其调节方法
10.4.1
周期性速度波动及其调节
Md Mr
Md
Mr
1. 周期性速度波动产生的原因
(a) a 等效力矩和等效转动惯量是等效构 △W
b
c
d
毂和轮缘的转动惯量较小，可忽略不计。其转动惯量为：
轮幅
轮缘
轮毂 JA
B
H
A
D2 D D1
JF
m ( D12 2
D22 ) 4
m 8
( D12
D22 )
若设飞轮宽度为B（m），轮缘厚度为H（m），平均直径
机械原理第十章机械运动动力学方程
2 m
3、周期性速度波动调节方法
飞轮－转动惯量较大的回转件。 目的：调速，使速度波动减小。
飞轮的作用：
安装飞轮的实质就是增加机械系统的转动惯量。 飞轮在系统中的作用相当于一个容量很大的储能器。当 系统出现盈功，它将多余的能量以动能形式“储存”起 来，并使系统运转速度的升高幅度减小；反之，当系统 出现亏功时，它可将“储存”的动能释放出来以弥补能 量的不足，并使系统运转速度下降的幅度减小。从而减 小了系统运转速度波动的程度，获得了调速的效果。
根据ωm和许可的δ确定 JF 。
设计要求： []
[W]
m 2(JJF)
[]
则：JF
[W]
m2[]
J
J 为系统中除飞轮以外其它运动构件的等效转动惯量。
若 J<<JF ，则
JF
[W ]
m2
[W] 90[W 0]
JF m 22n2
（1)当 [W] 与 n 一定时，若加大飞轮转动惯量 JF ，
则机械的速度波动系数将下降，起到减小机械速度波 动的作用，达到调速的目的。但是，如果 [δ] 值取
第一节 作用在机械上的力及 机械的运转过程
一、作用在机械上的力 ♦机械特性：力(力矩）与运动参数之间 的关系称为机械特性。
工作阻力：工作负荷。 （有害阻力） 驱动力：驱动原动件运动的力。
二、机械运转的三个阶段
1) 启动阶段 Wd-(Wr+Wf)=Wd-Wc ＝E2－E1 >0
Wd驱动力所做的功，输入功；P238 Wr克服工作阻力所做的功，Wf克服有害阻力所做的功，耗功.
二、非周期性速度波动及其调节方法
• 非周期性速度波动：如果机械在运转过程中， 等效力矩 (M=Md-Mr) 的变化是非周期性的， 则机械出现的速度波动称为非周期性速度波动。
机械运动方案设计
机械运动方案设计一、教学目的和教学要求1、教学目的：理解机械运动方案设计的内涵。
2、教学要求：1)掌握机构选型的基本知识。
2)能拟订简单的机械运动方案 二、本章重点教学内容及教学难点 重点：机械运动方案拟订难点：处理学生知识面窄，而讲述内容综合性强§11－1 机构选型一、执行构件的运动形式1． 旋转运动（1） 连续旋转运动：如缝纫机主轴的转动。
（2） 间歇旋转运动：如自动机床工作台的转位。
（3） 往复摆动：如颚式破碎机的动颚板的打击运动，电风扇的摇头运动等。
2． 直线运动(1) 往复移动：如压缩机活塞的往复运动等。
(2) 间歇往复移动：如轻工自动机中供料机构的间歇供料运动。
(3) 单向间歇直线移动：如刨床工作台的进给运动。
3． 曲线运动 4． 刚体导引运动二、实现执行构件各种运动形式的常用机构（1） 实现连续旋转运动的机构双曲柄机构、转动导杆机构、定轴齿轮传动机构、蜗杆传动机构、周转轮系机构、各种摩擦轮传动机构等。
（2） 实现间歇旋转运动的机构棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构等（3） 实现往复摆动的机构曲柄摇杆机构、摇块机构、摆动导杆机构、摆动从动件凸轮机构等。
（4） 实现间歇往复摆动的机构带有修止段轮廓的摆动从动件凸轮机构、输出运动为间歇往复摆动的组合机构等。
（5） 实现往复移动的机构曲柄滑快机构、正弦机构、正切机构等。
（6） 实现间歇往复移动的机构凸轮轮廓有休止段的移动从动件凸轮机构、中间有停歇的斜面拨销机构等。
（7） 实现刚体导引运动的机构铰链四杆机构、凸轮－连杆机构、齿轮－连杆机构等。
（8） 实现给定轨迹（曲线）运动的机构利用连杆曲线来实现给定运动轨迹的各种连杆机构，实现给定轨迹的各种组合机构，如凸轮－连杆机构、齿轮－连杆机构等。
K US T三、机构选型的基本原则1． 满足工艺动作和运动要求 2． 结构最简单，传动链最短3． 原动机的选择有利于简化结构和改善运动质量 4． 机构有尽可能好的动力性能5． 机器操纵方便、调整容易、安全耐用 6． 加工制造方便，经济成本低7． 具有较高的生产效率与机械效率四、机构选型评价的主要内容1． 机构功能的质量不同执行机构所能实现功能的质量的差别表现在：对运动规律的满足程度、运动误差大小、机构的传力性能、效率高低、动力性能好坏、机构所占空间大小、对给定工况的适用程度等。
机械系统运动方案设计
机械系统运动方案设计机械系统是指由多个机械部件组成的系统，可以完成某种特定的运动或工作任务。
机械系统运动方案设计是指对机械系统中运动的方案进行设计，以实现特定的工作任务。
本文将从机械系统运动方案设计的原理、步骤、方法和注意事项等方面进行阐述。
一、机械系统运动方案设计的原理任何一台机械设备或系统，在设计之初就要确定其运动方案，运动方案的设计必须考虑到整个系统的工作要求和性能，保证系统的可靠性和稳定性。
机械系统的运动方案设计的原理是使系统的运动状态达到特定的要求，同时满足以下几点原则：1、稳定性机械系统的运动状态必须是稳定的，不会因外部环境的变化而使系统发生过度振荡或者失去控制。
因此在运动方案设计中必须考虑惯性、摩擦、弹性、耗能等因素，控制系统的稳定性。
2、能效性机械系统的运动方案必须达到最佳的能效性，即在运动过程中实现最大程度的能量转换和利用。
这要求设计人员对机械系统的工作原理和运动方式有深入的了解和熟练的技能，优化运动方案，降低能量损失。
3、可靠性机械系统的运动方案设计需要考虑到系统的可靠性。
要确保机械系统的实际运动方案能够持续、稳定、可靠地运行，达到预期的工作要求。
4、安全性机械系统运动方案的设计要求考虑到系统的安全性。
机械系统运动过程中要注意遵循安全生产相关规定，保证工作环境安全，预防机械设备事故和故障的发生。
二、机械系统运动方案设计的步骤机械系统运动方案设计是一个复杂的过程，在设计时应该全面考虑各个方面的因素。
下面介绍机械系统运动方案设计的步骤：1、分析运动特性和工作要求设计人员需要了解机械系统的运动特性和工作要求，包括机械系统的材料属性、运动速度、功率大小、工作环境等因素，以此来确定机械系统的运动方案。
2、确定运动方式和工作原理确定机械系统的运动方式，并根据系统的工作原理制定运动方案。
机械系统运动方式有直线运动、旋转运动，以及复杂的多轴运动等，根据具体的工作条件选择合适的方式。
3、选择机械部件和材料根据机械系统的工作要求和运动方式，选择合适的机械部件和材料。
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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
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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。
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。
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
1
i3
功能2 由带传动实现
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
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
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19
2.常见运动转换的运动功能单元表达符号
（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
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
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。
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
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。
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
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。
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
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(2)连续转动转换为间歇转动
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。
1430rpm
i3
i 7.94
60 rpm
60 / min
刀具
1 2
3
4
5
60 rpm
6
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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
规格严格
功夫到家
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(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。
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。
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
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2.传动链功能设计 设计方法：从传动链两端开始
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 法
系统 功能
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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
规格严格
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