机械系统运动方案创新设计和运动循环图专业知识讲座
第十三章 机械运动方案及创新设计
4 2 1 6 3
5 1 2 3
襟翼操纵机构 V型双缸发动机 型双缸发动机
3. 复合式机构组合 一个两（ 一个两（多）自由度作为基础机构A，一个（几个）单 自由度作为基础机构 ，一个（几个） 自由度基本机构B（这里指附加机构） 自由度基本机构 （这里指附加机构）的输出构件接入基础 机构所构成的并联组合形式称为复合式机构组合。 机构所构成的并联组合形式称为复合式机构组合。
ห้องสมุดไป่ตู้
ω1
Ⅱ Ⅲ
V2 V3
Ⅰ
ω1″
刨床传动系统机构组合情况的初步方案图 Ⅰ——减速传动机构（带传动+齿轮传动） 减速传动机构（带传动 齿轮传动） 减速传动机构 齿轮传动 Ⅱ——刨刀往复直线急回运动机构 ——刨刀往复直线急回运动机构 Ⅲ——工作台间歇直线步进机构 工作台间歇直线步进机构
◆ 在Ⅲ后部串联一个能将转动 (或间歇转动 变为移动 或间歇 或间歇转动)变为移动 或间歇转动 变为移动(或间歇 移动)的基本机构 的基本机构Ⅲ 移动 的基本机构Ⅲ″； ◆ 在Ⅲ前部串联能减少间歇运 动冲击又容易获得任意运动规 律的高副机构Ⅲ ； 律的高副机构Ⅲ′； ◆ ω′= ω ″。
14 13 12 11
10 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1-电机； 电机； 电机 2-V带传动； 带传动； 带传动 3-高速级齿轮传动； 高速级齿轮传动； 高速级齿轮传动 4-低速级齿轮传动； 低速级齿轮传动； 低速级齿轮传动 5-摆动到感机构； 摆动到感机构； 摆动到感机构 6-凸轮机构； 凸轮机构； 凸轮机构 7-双摇杆机构； 双摇杆机构； 双摇杆机构 8-升降机构； 升降机构； 升降机构 9-工作台； 工作台； 工作台 10-棘轮 丝杠进给机 棘轮—丝杠进给机 棘轮 构； 11-工件； 工件； 工件 12-让刀机构； 让刀机构； 让刀机构 13进刀机构； 进刀机构； 进刀机构 14-滑枕 滑枕
机械的运动方案及机构的创新设计PPT课件
点
上受力较大
边形效应
速运动
用于运动传递 较差, 效率不高
开式 0.92~0.96
开式 0.5~0.7
平皮带 0.92~0.98 开式 0.9~0.93
在运动过程中效 随运动位置和 滑动 0.3~0.6
效 闭式 0.96 ~0.99
闭式 0.7~0.9
三角带 0.92~0.94 闭式 0.95~0.97 率随时发生变化 压力角不同 , 滚动 0.85~0.98
（5）能满足生产过程自动系统各种不同的特殊运行要求。 （6）缺点是直流电动机结构复杂，制造成本高，维护工作
量大。
11
伺服电机
在精密的机械设备中，如数控机床、机 器人等均采用伺服电动机作为原动机， 伺服电动机的机械特性曲线如图所示。
其最大的优点为：在非连续工作区可 n
以给出大的扭矩。
伺服电动机的反馈环节是光电码盘 来实现的。主要控制方式有位置反馈 和速度反馈两种形式。
15几种常用传动机构的基本特性齿轮机构蜗杆蜗轮机构带传动链传动连杆机构凸轮机构螺旋机构传动比准确外廓尺寸小交率高寿命长功率及速度范围广适宜于短距离传动传动比大可实现反向自锁用于空间交错轴传动动平稳中心距变化范围可用于长距离传动起到缓冲及过载保护作用中心距变化范围可用于长距离传动平均传动比准确特殊链可用于传送物料适用于宽广的载菏范围可实现不同的运动轨迹大或缩小行程等能实现各种运动规律机构紧凑可改变运动形制造精度要求高效率较低有打滑现象上受力较大有振动冲击边形效应设计复杂不宜高速运动易磨损主要用于运动传递滑动螺旋刚度较差效率不高开式092096闭式096099开式050704045平皮带092098三角带092094同步齿形带096098开式09093095097在运动过程中效率随时发生变化随运动位置和压力角不同效率亦不同滑动0306滚动085098级精度直齿v18ms级精度非直齿v36ms级精度直齿v200ms圆弧齿轮v100ms滑动速度1535ms三角带25kw同步齿形带50ms滚子链15ms齿形链30ms渐开线齿轮50000kw圆弧齿轮6000kw锥齿轮1000kw小于750kw常用为50kw三角带40kw同步齿形带200750kw最大可达3500kw通常为100kw10通常i开式i100常用i156060常用i1040平皮带10滚子链710齿形链主要用于传动主要用于传动常用于传动链的高速端常用于传动链中速度较低处既可做为传动机构又可做为执行机构主要用于执行机构主要用于转变运动形式为调整机构16基本机构的组合基本机构的组合大致可分为三种形式
机械系统运动方案设计及机械创新设计
机械系统运动方案设计及机械创新设计随着科技的进步和工业化的发展，机械系统的运动方案设计和机械创新设计显得越来越重要。
机械系统的运动方案设计是指确定机械系统中各个零件的运动方式和相互之间的协调关系，以及确定控制系统的工作方式和方法。
机械创新设计是指在现有的机械系统基础上，通过创新设计实现更高效、更节能、更安全、更可靠的机械装置。
机械系统的运动方案设计首先需要明确机械系统的功能需求和工作环境。
根据需求和环境的不同，可以选择不同的运动方式，如直线运动、旋转运动等。
同时，还需要考虑机械系统各个零件之间的协调关系，确保机械系统能够正常运行。
在确定运动方式和协调关系后，需要对机械系统进行动力学分析和动力学仿真，以验证设计方案的合理性和可行性。
在机械创新设计中，需要进行创新思维和创新方法的应用。
创新思维是指通过对问题的重新思考，寻找不同的解决方案。
创新方法包括TRIZ理论、设计结构矩阵等，可以帮助设计者发现问题的本质，并提供创新的设计思路。
在进行创新设计时，需要对现有的机械系统进行全面的技术分析和市场研究，找出其不足之处，并提出相应的改进方案。
通过创新设计，可以提高机械系统的性能和可靠性，降低能源消耗，提高生产效率。
在机械系统运动方案设计和机械创新设计过程中，需要注重以下几点。
首先，需要保证设计方案的合理性和可行性。
设计方案必须满足机械系统的功能需求，并且能够在实际应用中实现。
其次，需要进行全面的技术分析和市场研究。
通过对现有技术和市场需求的了解和分析，可以为设计提供有价值的参考。
最后，需要进行充分的沟通和协作。
机械系统运动方案设计和机械创新设计往往涉及多个领域的专业知识，需要不同领域的专家和设计者之间的有效沟通和协作，才能获得最终的设计方案。
总之，机械系统运动方案设计和机械创新设计对于提高机械装置的性能和可靠性具有重要意义。
通过合理的运动方案设计和创新的设计思路，可以更好地满足市场需求，并促进机械装置的发展。
机械系统运动方案创新设计课题讲解
机械系统运动方案创新设计课题机械系统运动方案创新设计课题，就是要培养学生对机械系统运动方案创新构思和设计的能力，培养对机械系统中各机构分析和设计的能力，培养工程设计能力和多学科知识交叉融合的设计能力。
设计题目均来自于生产实际和日常生活，它们的工艺动作，一般包括3~2个动作。
其实，新的机械设备的创新是层出不穷的，为了实现某种功能就可以创造出一种新的机械，因此没设计题目还可以根据生产和生活的需要自己来设定。
一、食品机械（1）剥豆机1.工作原理及工艺动作过程将干的蚕豆浸泡后放在漏斗中，通过振动下料后将蚕豆平放，并排列成首尾相接，然后将豆送到切皮位置，将豆压住并切开头部的皮，最后用挤压方法将豆挤出。
剥豆机的主要工艺动作是送料、压豆切皮、挤压脱皮。
2.原始数据及设计要求（1）蚕豆长度：mm20；25~（2）蚕豆宽度：mm2015；~（3）蚕豆厚度：mm6；8~（4）生产率：每分钟剥80粒；（5）要求面积小、重量轻、压紧力可调、工作可靠、外形美观。
3.设计任务（1）根据工艺动作顺序和协调要求拟定动作循环图；（2）构思能够实现上述动作要求的送料机构、压紧与切皮机构、挤压脱皮机构；（3）机械运动方案的评定与选择；（4）根据选定的电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；（6）对传动机构和执行机构进行运动学尺寸计算。
4.设计方案提示为了使蚕豆呈横卧头尾排列，可以采用振动料斗上料，送料机构一般采用间歇运动机构。
压紧、切皮机构最好用联动组合机构，以保证压力不过大，可在压头处加一个刚度合适的弹簧。
利用两轧辊加压进行挤压脱皮，两轧辊之间的间隙一般比蚕豆的最小厚度略小。
（二）糕点切片机1.工作原理及工艺动作过程糕点先成形（如长方体、圆柱体），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歇运动的距离，以满足糕点不同切片厚度的需要。
机械系统运动方案与创新设计 54页PPT文档
第三节 机械系统运动方案设计的构思 一、传动机构系统的组成
1、齿轮机构传动系统 2、带传动与齿轮传动的组合系统 3、齿轮传动与螺旋传动的组合系统 4、齿轮机构与万向联节机构的组合
第三节 机械系统运动方案设计的构思
典型传动方式
第三节 机械系统运动方案设计的构思
二、典型传动装置的应用场合
微机械 陀螺仪
机械陀螺仪 26
第四节 机械系统运动协调设计 机械系统的运动循环图
制定机械系统的运动循环图的步骤：
（1）分析每个子工艺动作特点，从中确定一个主要动作，以
此作为其它动作的位置基准；
（2）设定主要动作的位置起点、终点和运动循环周期；
（3）分析其它动作相对主要动作的衔接位置，并且注意两个
档块
滑杆
蜗杆传动
连杆机构
带传动 凸轮机构 电动机
自动载送装置
第一节 机械系统概述
若干个单一的基本机构经过串连、并连、叠 加等组合方式连接在一起的机械系统：
第一节 机械系统概述
机械系统在工 作时按照一定 的动作次序和 规律进行工作。
第二节 机械系统运动方案的基本知识
机械组成的示意图
原动机
传动机构
1、带传动：中心距大、传动比的精度要求低 2、链传动：中心距大、传动比的精度要求低 3、齿轮传动：传动效率高、体积小，传动比准确 上述传动已经标准化。齿轮传动还分：圆柱齿轮、 锥齿轮、蜗杆传动 4、其他传动：液压传动、螺旋传动等 传动装置的设计通常比较容易。
第三节 机械系统运动方案设计的构思
齿轮齿条机构；曲柄滑块机构；正弦机构；凸轮机构；螺 旋传动机构等
平面连杆机构；行星轮系机构
齿轮齿条机构（齿条主动）；曲柄滑块机构(滑块主动)；反 凸轮机构
机械系统运动方案与创新设计(第四章).pptx
运动变换与对应机构
运动形态
机构类型
1、转动转换为连续转动
2、转动转换为往复摆动 3、转动转换为间歇转动 4、转动转换为往复移动
5、转动转换为平面运动 6、移动转换为连续转动
齿轮机构；带传动机构；链传动机构；平行四边形机构； 转动导杆机构；双转块机构等
曲柄摇杆机构；摆动导杆机构；摆动凸轮机构等
棘轮机构；槽轮机构；不完全齿轮机构；分度凸轮机构等
齿轮齿条机构；曲柄滑块机构；正弦机构；凸轮机构；螺 旋传动机构等
平面连杆机构；行星轮系机构
齿轮齿条机构（齿条主动）；曲柄滑块机构(滑块主动)；反 凸轮机构
7、移动转换为往复摆动 反凸轮机构；滑块机构（滑块主动）
8、移动转换为移动
反凸轮机构；双滑块机构
第三节 机械系统运动方案设计的构思
四、机械运动系统的总体设计原则 1、完成即定功能目标 2、性能可靠 3、制造成本低廉 4、维修方便
第四节 机械系统运动协调设计 若干个独立的基本机构组成的机械系统：
第四节 机械系统运动协调设计
各执行机构的运动协调设计
三个 机构 使用 同一 个原 动机
第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估
一、机械设计的一般步骤 1、市场调查； 2、提出产品的功能目标，明确设计任务； 3、选择机器的工作原理，确定工艺动作过程； 4、按机器的动作要求确定所选择的机构数目 与机构类型；
➢ 在方案的评价过程中，上述指标还要细化。
第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估
四、机械系统运动方案的评价方法
1、机械系统运动方案评价的指标 （1）完成实现功能目标情况： （2）工作原理的先进程度： （3）工作效率的高低： （4）运转精度的高低： （5）方案的复杂程度：
机械系统运动方案设计
机械系统运动方案设计机械系统运动方案设计是机械工程领域中非常重要的一个方面，所谓机械系统就是包括了车、船、飞机、纺织机械、食品加工机械等各种各样的机械装置。
机械系统的运动方案设计是指在遵循一定的物理规律、能够满足特定运动要求、并适用于设定的工况下，对机械系统各个部件的运动控制进行表达和计算的过程。
实现机械运动的可控性，使机械系统在运动时稳定可靠，保障机械系统的正常工作和安全运行。
机械系统的运动方案设计的主要步骤包括：设计目标确定、机械系统运动状态分析、运动机构的设计、运动控制系统的设计等。
设计目标确定是机械系统运动方案设计的首要步骤。
在机械系统设计的过程中，往往是通过客户对项目的目标和要求来确定机械系统的设计目标。
设计目标确定包括应用条件和指标要求。
应用条件是指机械系统运动环境和使用条件，如环境温度、温度波动、起伏幅度等情况的设计要求。
指标要求包括速度、精度、负载能力等方面的要求。
机械系统运动状态分析是机械系统运动方案设计的重要环节。
其中，机械系统的运动状态是指机械系统的各部件运动的速度、加速度、角速度、角加速度、位移、力和力矩等参数的状态，其需要通过分析机械系统的运动状态，来确定机械系统的运动方案。
同时，该分析还有助于选择合适的动力元件、传动装置和控制系统。
在运动状态分析过程中，需要采用各种方法和技术，例如仿真分析、运动学分析等，以预测和评估机械系统运动状态下的性能。
运动机构的设计是机械系统运动方案设计的核心。
运动机构是机械系统中用于传递、转换力和运动的动力机构。
运动机构的设计需要考虑众多因素，如使用要求、载荷、运动状态等，同时，还应选择合适的材料、制造工艺以及进行装配和调试。
运动机构留有足够的余量，以满足各种突发状况下的运动控制。
运动控制系统的设计是机械系统运动方案设计的另一个重要环节。
为了控制机械系统的稳定运动，需要设计控制系统，控制机械系统的各个参数和性能。
运动控制系统包括位置控制、速度控制、力控制、加速度控制等。
机械系统运动方案与创新设计
160
250
直线式运动循环图
4）绘制机械运动（工作）循环图
执行系统协调设计
转
盘
转
转
盘
停
0°
90°
180°
270°
圆周式运动循环图
4）绘制机械运动（工作）循环图
第二节 机械系统运动方案的基本知识
原动机+机械运动系统+控制系统 = 机器
一、原动机
原动机
电动机
二次能源型
内燃机
一次能源型
水轮机
风力机
循环图功能：保证各执行构件协调配合并为机械系统的安装调试提供依据（如确定凸轮分配轴上各凸轮的相位）。
4）绘制机械运动（工作）循环图
执行系统协调设计
执行系统协调设计
输送带
转盘
顶杆
活塞杆
分配轴转角φ°
0 90 180 270 360
第一节 机械系统概述
简单机械示例
互不连接的简单机械组成的机械系统 第二类是由若干个独立的基本机构组成的机械系统，但各独立工作的机构运动必须满足运动协调的条件。
液压缸1
液压缸2
物料
输送带1
输送带2
机械运动循环图 （运动协调设计）
位置1
位置2
位置3
液压缸1把工件送到位置2后，触动启动液压缸2的开关，即刻返回原位
40
160
250
10mm
8mm
2mm
直角坐标式运动循环图
4）绘制机械运动（工作）循环图
绘制冷霜自动灌装机的运动循环图。取分配轴为定标构件，取顶杆工艺动作的起始点作为运动循环图的起始点。
执行系统协调设计
分配轴转角φ°
输送带
第十章机械系统运动方案及运动循环图精讲
挤尖、切断：在第四次送料后，由切断刀4同时完成挤尖、切 断工序，最后完成一枚鞋钉的制作。
3).对于高速运转的机构，如果作往复运动或平面一般运动构 件的惯性质量较大，或转动构件有较大的偏心质量（如凸轮 构件），则在设计机构系统时，应考虑平衡惯性质量措施， 以减少运转过程中的动负荷和振动。
四、机构系统运动方案设计举例
工作原理
如图所示为印刷机蘸油机构系统。构件1 为整个机构系统的原动件，通过待设计 的机构系统带动构件4上的蘸油辊5绕O3 轴作往复摆动。
8.4 机构系统运动循环图
当按机械的运动要求或工艺要求初步设计出机构系统运动 方案示意图后，还不能充分反映出机构系统中各个执行构件间 的相互协调配合的运动关系。
用来描述机构系统在一个工作循环中各执行构件运动间 相互协调配合的示意图称为机构系统运动循环图，简称运动 循环图。
由于机械在主轴或分配轴转动一周或若干周内完成一个工 作循环，故运动循环图常以主轴或分配轴的转角为位置变量， 以某主要执行构件有代表性的特征位置为起始位置，在主轴或 分配轴转过一个周期时，表示出其他执行构件相对该主要执行 构件的位置先后顺序关系。按其表示的形式不同，通常有直线 式运动循环图（或称矩形运动循环图）、圆周式运动循环图和 直角坐标式运动循环图。
构（滑块为原动件）、摆动从动件凸轮机构等。
往复摆动（有复杂运动规律要 求）
摆动从动件凸轮机构、凸轮─齿轮组合机构等。
间歇旋转运动
棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮机构、凸轮─齿轮组合 机构等。
机械系统运动方案与创新设计PPT共55页
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
机械系统运动方案与创新设计 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
55
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执行构件的基本运动形式有：
连续转动 往复摆动 往复移动 单向间歇转动 间歇往复移动 间歇往复摆动 平面一般运动
点的轨迹运动
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第一．确定其所要完成的工 作任务。
第二，根据机器的工作要求， 对需要采取的工艺方法或工 作原理进行分析。
第三，运动方案设计。
第四，施工图设计。
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运动要求及其相应机构举例
对执行构件的运动要求
可供选择的机构类型
等速连续转动
平行四边形机构、双万向联轴节机构、各种齿轮机构、轮系等。
非等速连续转动
双曲柄机构、转动导杆机构、单万向联轴节机构等。
往复摆动（只有行程角或若干 曲柄摇杆机构、双摇杆机构、摇块机构、摆动导杆机构、摇杆滑块机
位置要求）
构（滑块为原动件）、摆动从动件凸轮机构等。
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(2). 合理选择机构类型，拟定机械运动方案。
由上确定了执行构件后，也就确定了所需执行机构数， 根据对机械产品的总体要求，合理地选择执行机构的类型。 再根据所选原动机（如电动机、液压泵等）的类型，确定传 动类型和传动机构，通过各种联接方式，将所有机构组合成 若干条机构系统， 并画出示意图，即为机械运动方案。 (3). 拟定机构系统的运动循环图。
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典型机构 1、实现直线运动的机构
2、实现回转运动的机构
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3、实现运动轨迹的机构
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一、运动方案设计的主要步骤
一部机器主要由四大部分组成：原动机、传动机构、执行 机构和控制系统。组成机器的四大部分都必须选择和设计得 当．才能保证整部机器的性能优良。
原动机部分
传动部分
执行部分
控制系统
1、工艺参数的给定及运动参数的 确定；
2、执行构件间运动关系的确定及 运动循环图的绘制；
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第８章 机械的运动方案及 机构的创新设计
8.1 概述 8.2 机构的类型和选择
8.3 机构运动方案设计 8.4 机构系统运动循环图
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4、点到点的运动机构
给，另一丝杠传动用以实现工作台及刀架的垂直进给。工作台、
刀架与滑枕是执行构件。
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一部机器的设计，一般应 遵循以下步骤：
平面一般运动（或称刚体导引 铰链四杆机构、曲柄滑块机构、摇块机构等。（连杆作平面一般运动） 运动）
近似实现点的轨迹运动
各种连杆机构等。
精确实现点的轨迹运动
连杆─凸轮组合机构、双凸轮机构等。
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3、动力源的选择及传动机构的确 定；
4、方案的比较与决策。
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机械运动方案设计的结果是绘出机械运动简图。其主要
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8.2 机构的类型和选择
一、执行机构的选择
由上述机械系统运动方案设计步骤可知，在了解并确定 了机械所要求实现的若干个基本运动形式（或基本动作）和 运动特性后，如何选择能实现各个执行构件所需运动的机构， 就称为机构选型问题。
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机械是机器和机构的总称，机器是由单一机构、多个同 一机构或多种机构所组成的。
牛头刨床就是一部典型的机器。在牛头刨床中，连杆机构用以
实现切削运动，棘轮机构及丝杠传动用以实现工作台的水平进
往复摆动（有复杂运动规律要 求）
摆动从动件凸轮机构、凸轮─齿轮组合机构等。
间歇旋转运动 等速直线移动
棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮机构、凸轮─齿轮组合 机构等。
齿轮齿条机构、移动从动件凸轮机构、螺旋机构等。
往复移动（只有行程或若干位 置要求）
往复移动、摇杆滑块机构、正弦机构、正切机构等。 移动从动件凸轮机构、连杆─凸轮组合机构等。
步骤如下：
(1). 分析机械产品的生产工
艺过程或其功能要求，区分
出主操作部分和辅助操作部
分，然后确定所需的执行构
件数及其基本运动形式和运
动特性。
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运动循环图反映了机械在一个工作循环中，各执行构件 的运动先后顺序关系的一种图示。它直观而清晰地表示了各 执行构件的运动在机械整体运动中的作用、地位，也是对每 个机构进行运动设计和整个机构系统安装、调试的依据之一。
(4). 对所选的机构进行运动设计，确定各机构具体的几何尺寸， 最后按比例绘制出机构系统的运动简图。