机械系统的方案设计
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❖ 14.2.1 原动机的类型及应用( Type and Application of Priming Mover)
❖ 原动机的动力源主要有电、热、液及气四种。
❖ 电动机是最常用的原动机，交流异步电动机、直 流电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机、 步进电动机及直线电机等均有广泛的应用。
❖ 热机是指内燃机、汽轮机、蒸汽机、燃气轮机等
四杆机构的连杆上的每一点均可以实现一定的封闭运动轨迹
❖ 2) 开式链机构(Open Chain Mechanism)
w 任何开式链机构上的端点都可以实现一定的运动轨 迹，工业机器人操作机大多是由开链机构组成的。
❖ 4、点到点的运动机构(Mechanism to Realize
第14章 机械系统的方案设计
❖ 14.1 概述 ❖ 机械系统的方案设计就是要完成从原
动机、传动机构到执行机构的设计。其 中传递动力和实现预期运动是机械系统 的两个基本任务。机械系统设计是否合 理直接影响到机械的功能实现，性能质 量的好坏、成本（制造成本和使用成本） 的高低等。
w 设计的四个阶段：
w 1.产品规划阶段，2.方案设计阶段，3.详细设计阶段， w 4.改进设计阶段
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。
❖ 方案设计的必备知识 ❖ 1、充分了解并掌握各种常用机构的基本知识； ❖ 2、必须了解和掌握各种动力源的性能和使用要求； ❖ 3、熟悉对设计方案的选择有重要影响的周围环境的
❖ 14.2.3 执行机构的运动类型及典型机构
(Motion Type of Executive Mechanism and Its Typical Mechanisms)
❖ 机器中最接近被作业工件一端的机构称为执行机构。 执行机构中接触工件或执行终端运动的构件称为执行 构件。机器通过执行构件完成作业任务。
❖ 液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。
❖ 气马ห้องสมุดไป่ตู้及气缸则是主要的气压原动机。
14.2.2 传动机构的类型及功用(Type and
Application of Transmission Mechanism ) 常用的传动机构有：
1、齿轮机构 齿轮机构应用在中心距较小，传动精度
较高，各种不同传递动力范围的场合。 2、螺旋机构
w 一曲柄回转可带动另一曲 w 柄做等速或不等速回转运动
w3) 链传动及带传动(Train and Belt Transmissions)
w可以实现较长距离的回转运动
w3、实现运动轨迹的机构(Mechanism to realize any
motion path)
w1) 四杆机构（连杆曲线）(Four-bar Linkage)
❖ 执行机构的运动分为直线运动、回转运动、任意轨迹 运动、点到点的运动及位到位的运动等主要五种运动 形式。实现不同运动形式的典型机构主要有：
1、实现直线运动的机构(Mechanism to Gain Straight Line Path)
w 1) 齿轮-齿条机构(Pinion-Rack) w 齿轮的正、反向回转可以使齿条做
信息； ❖ 4、充分重视其他学科的技术应用； ❖ 5、应有创新意识并掌握常用的创新设计方法。
方案设计的主要步骤：
1、目标分析：根据任务书给定的总功能作功能分 解，直至分解到可以直接求解的功能元 ；
2、创新构思：求各功能元的解，同一功能元的解 可以运用不同的原理，同一原理又可以有若干不 同方案，将方案评价选优； 3、方案拟定：拟定总体方案，动力源的选择、传 动系统及执行机构的确定，并将各执行机构作协 调设计即设计绘制运动循环图；
w 带有翼片的链传动，可以拖动被作业件在两链轮间的 直线段做直线运动。
2、实现回转运动的机构
(Mechanism to Realize Rotary Motion)
❖ 1) 齿轮传动机构(Gear
Transmmision Mechanism
w2) 双曲柄机构（含平行四边形机构） (Double Crank Mechanism)
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，作出市场预测，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。
在许多机械设备中大量应用着螺旋机构
（又称丝杠传动），它主要用于将回转运动 转变为直线运动，具有增力效果。
❖ 3、带传动与链传动
❖ 带传动及链传动多用于中心距较大的传动。
❖ 4、连杆机构
❖ 连杆机构在机械设备及日常生活中有大量应用。
❖ 5、凸轮机构。
❖ 由于凸轮机构是高副接触，决定了这种机构主要 用于传递运动。
往复直线运动
❖ 2) 螺旋机构(Screw Mechanism)
❖ 丝杠的回转可以使螺母实 现往复直线运动
w 3) 曲柄滑块机构(CrankSlider)
w 当曲柄连续回转时，滑块 可做往复直线运动
4)双摇杆机构 起重机的变幅机构
w 5) 链传动（直线段部分的运动）(Chain Drive Mechanism)
❖ 4、机构设计：设计各执行机构，初步确定机构尺 寸，画机构运动简图；
❖ 5、参数计算：对各初选方案进行运动学分析、动 力学分析及有关计算；
❖ 6、方案评价与决策：对各方案作技术、经济及社 会评价，必要时作反馈修改，最后从中选择最优 方案，绘制系统运动简图、编写总体方案设计计 算说明书。
❖ 14.2 机械系统的方案拟定
❖ 原动机的动力源主要有电、热、液及气四种。
❖ 电动机是最常用的原动机，交流异步电动机、直 流电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机、 步进电动机及直线电机等均有广泛的应用。
❖ 热机是指内燃机、汽轮机、蒸汽机、燃气轮机等
四杆机构的连杆上的每一点均可以实现一定的封闭运动轨迹
❖ 2) 开式链机构(Open Chain Mechanism)
w 任何开式链机构上的端点都可以实现一定的运动轨 迹，工业机器人操作机大多是由开链机构组成的。
❖ 4、点到点的运动机构(Mechanism to Realize
第14章 机械系统的方案设计
❖ 14.1 概述 ❖ 机械系统的方案设计就是要完成从原
动机、传动机构到执行机构的设计。其 中传递动力和实现预期运动是机械系统 的两个基本任务。机械系统设计是否合 理直接影响到机械的功能实现，性能质 量的好坏、成本（制造成本和使用成本） 的高低等。
w 设计的四个阶段：
w 1.产品规划阶段，2.方案设计阶段，3.详细设计阶段， w 4.改进设计阶段
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。
❖ 方案设计的必备知识 ❖ 1、充分了解并掌握各种常用机构的基本知识； ❖ 2、必须了解和掌握各种动力源的性能和使用要求； ❖ 3、熟悉对设计方案的选择有重要影响的周围环境的
❖ 14.2.3 执行机构的运动类型及典型机构
(Motion Type of Executive Mechanism and Its Typical Mechanisms)
❖ 机器中最接近被作业工件一端的机构称为执行机构。 执行机构中接触工件或执行终端运动的构件称为执行 构件。机器通过执行构件完成作业任务。
❖ 液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。
❖ 气马ห้องสมุดไป่ตู้及气缸则是主要的气压原动机。
14.2.2 传动机构的类型及功用(Type and
Application of Transmission Mechanism ) 常用的传动机构有：
1、齿轮机构 齿轮机构应用在中心距较小，传动精度
较高，各种不同传递动力范围的场合。 2、螺旋机构
w 一曲柄回转可带动另一曲 w 柄做等速或不等速回转运动
w3) 链传动及带传动(Train and Belt Transmissions)
w可以实现较长距离的回转运动
w3、实现运动轨迹的机构(Mechanism to realize any
motion path)
w1) 四杆机构（连杆曲线）(Four-bar Linkage)
❖ 执行机构的运动分为直线运动、回转运动、任意轨迹 运动、点到点的运动及位到位的运动等主要五种运动 形式。实现不同运动形式的典型机构主要有：
1、实现直线运动的机构(Mechanism to Gain Straight Line Path)
w 1) 齿轮-齿条机构(Pinion-Rack) w 齿轮的正、反向回转可以使齿条做
信息； ❖ 4、充分重视其他学科的技术应用； ❖ 5、应有创新意识并掌握常用的创新设计方法。
方案设计的主要步骤：
1、目标分析：根据任务书给定的总功能作功能分 解，直至分解到可以直接求解的功能元 ；
2、创新构思：求各功能元的解，同一功能元的解 可以运用不同的原理，同一原理又可以有若干不 同方案，将方案评价选优； 3、方案拟定：拟定总体方案，动力源的选择、传 动系统及执行机构的确定，并将各执行机构作协 调设计即设计绘制运动循环图；
w 带有翼片的链传动，可以拖动被作业件在两链轮间的 直线段做直线运动。
2、实现回转运动的机构
(Mechanism to Realize Rotary Motion)
❖ 1) 齿轮传动机构(Gear
Transmmision Mechanism
w2) 双曲柄机构（含平行四边形机构） (Double Crank Mechanism)
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，作出市场预测，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。
在许多机械设备中大量应用着螺旋机构
（又称丝杠传动），它主要用于将回转运动 转变为直线运动，具有增力效果。
❖ 3、带传动与链传动
❖ 带传动及链传动多用于中心距较大的传动。
❖ 4、连杆机构
❖ 连杆机构在机械设备及日常生活中有大量应用。
❖ 5、凸轮机构。
❖ 由于凸轮机构是高副接触，决定了这种机构主要 用于传递运动。
往复直线运动
❖ 2) 螺旋机构(Screw Mechanism)
❖ 丝杠的回转可以使螺母实 现往复直线运动
w 3) 曲柄滑块机构(CrankSlider)
w 当曲柄连续回转时，滑块 可做往复直线运动
4)双摇杆机构 起重机的变幅机构
w 5) 链传动（直线段部分的运动）(Chain Drive Mechanism)
❖ 4、机构设计：设计各执行机构，初步确定机构尺 寸，画机构运动简图；
❖ 5、参数计算：对各初选方案进行运动学分析、动 力学分析及有关计算；
❖ 6、方案评价与决策：对各方案作技术、经济及社 会评价，必要时作反馈修改，最后从中选择最优 方案，绘制系统运动简图、编写总体方案设计计 算说明书。
❖ 14.2 机械系统的方案拟定