第13章 机械系统运动方案的设计
第十三章实现特定轨迹的机构
为了提高凸轮机构的性能，可以采用多种优化方法。例如，通过改变凸轮的基圆半径、偏距等参数，可以优化凸 轮的轮廓曲线，降低机构的振动和噪音。同时，也可以采用先进的材料、制造工艺和润滑方式等措施，提高凸轮 机构的耐磨性、抗疲劳性和传动效率。
凸轮机构应用实例分析
汽车发动机气门机构
汽车发动机气门机构是凸轮机构的一个典型应用实例。在该机构中，凸轮驱动气门做往复直线运动， 控制发动机的进气和排气过程。通过合理设计凸轮的轮廓曲线和选择适当的材料、制造工艺等措施， 可以确保气门机构在高速、高温和恶劣环境下可靠工作。
工业机器人：工业机器人中的关节驱 动通常采用伺服电机驱动齿轮机构的 方式。通过高精度的齿轮传动，实现 机器人关节的精确转动和定位。同时 ，工业机器人还需要根据任务需求进 行轨迹规划和运动控制，这也离不开 对齿轮机构运动特性的深入理解和精 确建模。
航空航天领域：在航空航天领域，齿 轮机构被广泛应用于发动机、传动系 统、舵机等关键部件中。例如，飞机 发动机中的行星轮系就是一种典型的 齿轮机构，它通过多个行星轮的啮合 实现高速、大扭矩的动力传递和减速 功能。同时，航空航天器对于机构重 量、体积和可靠性等方面都有极高的 要求，这也对齿轮机构的设计、制造 和测试提出了严峻的挑战。
自动化生产线中的送料机构
在自动化生产线中，送料机构是实现物料自动输送的关键部件之一。凸轮机构在送料机构中得到了广 泛应用，通过合理设计凸轮的轮廓曲线和选择适当的从动件类型、驱动方式等措施，可以实现物料的 精确、快速和稳定输送。
齿轮机构实现特定
04
轨迹
齿轮机构基本原理及类型
齿轮机构基本原理
齿轮机构通过两个或多个齿轮的啮合，将主动齿轮的旋转运动传递给从动齿轮， 从而实现动力的传递和转速、转向的改变。
(全)机械原理课程设计题目
题目2：机械系统运动方案设计1、工作原理及工艺动作过程一机械系统的输入构件１在转动副Ａ中做等速回转，转速n1 =60 r/min 。
执行构件绕转动副Ｎ摆动，要求执行构件在15秒内自位置Ⅰ经位置Ⅱ摆至位置Ⅲ；停顿15秒；接着在10秒内由位置Ⅲ摆回至位置Ⅰ；然后停顿20秒。
已知执行构件摆角Ψ＝120°，且摆动时的运动规律不限。
根据实际工况条件，各固定铰链点（包括可选用的铰链点）之间的相对位置关系如附图1所示，执行构件上的生产阻力曲线如附图2 所示，试设计这一机械系统运动方案。
设计时要求该机械系统的运动链尽可能短，并且结构紧凑。
图1 各固定铰链点之间的相对位置，图2 执行构件上的生产阻力曲线2、课程设计任务及要求根据设计题目中的运动要求，进行该机械系统的总体运动方案设计。
即按照机械的用途、功能及工况条件等提出的要求和系统中构件的运动位置要求等进行机构的选型、尺度综合及主要参数优选等，从而绘出该机械系统的总体运动方案的机械运动简图，并对系统中某些机构进行分析与设计。
在设计中要求积极主动查找、收集和钻研有关参考资料，并灵活应用所学知识，积极构思、发挥聪明才智与创新精神，设计出至少两种以上机械系统传动方案，进行分析比较后，选择出较佳方案。
题目3：蜂窝煤成型机1、工作原理及工艺动作过程冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼，在圆柱形饼状煤中冲出若干通孔）生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。
为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成以下几个动作：1）煤粉加料；2）.3）冲头将蜂窝煤压制成型；4）清除冲头和出煤盘的积屑的扫屑运动；5）将在模筒内的冲压后的蜂窝煤脱模；6）将冲压成型的蜂窝煤输送装箱。
2、原始数据及设计要求1）蜂窝煤成型机的生产能力：30次/min；2）驱动电机：Y180L－8、功率N＝11 kW、转速n＝730 r/min；3）冲压成型时的生产阻力达到50000N；【4）为改善蜂窝煤成型机的质量，希望在冲压后有一短暂的保压时间；5）由于冲头要产生较大压力，希望冲压机构具有增力功能，以增大有效力作用，减小原动机的功率。
机械运动方案设计的主要内容
机械运动方案设计的主要内容机械运动方案设计的主要内容随着机械行业的不断发展，机械运动方案设计也成为了一个重要的领域。
机械运动方案设计是指根据客户的需求，设计出适合其机械设备运动的方案，以满足其生产需要。
机械运动方案设计的主要内容包括机构设计、动力系统设计、控制系统设计、传感器选择、运动分析和仿真等方面。
本文将从这六个方面详细介绍机械运动方案设计的主要内容。
一、机构设计机构设计是机械运动方案设计中最基础的部分。
机构设计是指通过机构的组合和布局，实现机器的各项运动功能。
机构设计包括机械结构设计和机械传动设计两个方面。
机械结构设计是指根据机器的功能要求，设计出机器的框架结构和各个零部件的布局。
机械传动设计是指根据机器的运动要求，设计出机器的传动部分，包括齿轮传动、链传动、带传动等传动方式。
二、动力系统设计动力系统设计是机械运动方案设计中重要的一部分。
动力系统设计是指为机器提供能量的系统设计。
动力系统的设计应考虑机器的功率、效率、噪音、可靠性等因素。
动力系统设计包括发动机、电机、液压系统、气动系统等。
三、控制系统设计控制系统设计是机械运动方案设计中重要的一部分。
控制系统设计是指根据机器的功能要求，设计出控制系统，实现对机器的控制。
控制系统设计应考虑机器的精度、速度、力矩、运动轨迹等因素。
控制系统设计包括机器人的运动控制、位置控制、速度控制等。
四、传感器选择传感器选择是机械运动方案设计中重要的一部分。
传感器选择是指选择适合机器的传感器，以实现对机器的精密监控。
传感器选择应根据机器的功能要求，选择适合的传感器，如温度传感器、压力传感器、位移传感器等。
五、运动分析运动分析是机械运动方案设计中重要的一部分。
运动分析是指根据机器的运动要求，对机器的运动进行分析。
运动分析应考虑机器的速度、加速度、力矩等因素，以实现机器的高效运动。
运动分析包括运动学分析、动力学分析等。
六、仿真仿真是机械运动方案设计中重要的一部分。
仿真是指通过计算机模拟技术，对机器的运动进行模拟，以实现对机器的效果预测。
(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。
1.2 课程设计的目的通过综合运用机械原理及相关课程所学内容，针对一个实际机械系统完成课程设计，达到以下目的：1. 巩固和加深对机械原理课程内容的理解；2. 初步掌握机械系统方案设计的方法并对机械设计的全过程有个初步了解；3. 培养学生分析问题和解决问题的能力，并对学生的创新意识和创新方法进行初步训练；4. 培养学生自学、查阅资料和独立工作的能力，同时培养学生的团队协作精神；5. 培养学生运用计算机技术解决实际工程的能力。
机械系统运动方案及结构分析
机械系统运动方案及结构分析概述机械系统是由一系列相互连接的部件组成的，通过运动实现某种功能的系统。
在机械系统设计过程中，需要考虑运动方案和结构分析，以确保系统的稳定性、效率和可靠性。
本文将探讨机械系统的运动方案和结构分析的重要性，并介绍常用的方法和工具。
机械系统运动方案机械系统的运动方案指的是实现所需运动的方法和方案。
在确定运动方案之前，需要对系统的功能和运动要求进行分析和定义。
常见的机械系统运动方案包括以下几种：1.传动机构：通过齿轮、皮带、链条等传动元件实现运动传递。
传动机构能够将输入运动转换为输出运动，并实现不同速度的运动比例。
2.摆动机构：通过摆杆、连杆等实现周期性的直线运动或旋转运动。
摆动机构常见的应用包括钟摆、连杆机构等。
3.并联机构：由多个并联连接的元件组成，能够实现多自由度运动。
并联机构常用于机器人、航天器等领域。
4.连杆机构：由多个连杆和铰链连接而成的机构，可以实现复杂的直线或旋转运动。
连杆机构广泛应用于工业机械、汽车发动机等领域。
选择合适的运动方案需要考虑多个因素，包括运动要求、空间限制、工作环境等。
在设计过程中，可以使用动力学仿真软件进行运动仿真，以评估和优化不同方案的性能。
机械系统结构分析机械系统的结构分析是指对系统的结构进行分析和评估，以确定其稳定性和刚度。
结构分析通常包括以下几个方面：1. 强度分析强度分析是对机械系统中各个部件的强度进行评估。
在设计机械系统时，需要考虑各个部件所能承受的力和扭矩，并根据这些要求选择合适的材料和尺寸。
强度分析可以使用有限元分析软件进行，以模拟系统在不同载荷下的受力情况。
2. 刚度分析刚度分析是对机械系统的刚度进行评估，以确定系统在运动中的稳定性和精度。
刚度分析需要考虑部件的刚度特性和装配精度，并通过模态分析、应变测试等方法来评估系统的刚性。
刚度分析的结果可以用来指导系统的结构优化和改进。
3. 动力学分析动力学分析是对机械系统的动态响应进行评估。
机械系统运动方案及结构分析
机械系统运动方案及结构分析机械系统运动方案及结构分析机械系统运动方案及结构分析是工程力学领域中的一个重要分支，它主要关注机械系统中的运动规律、力学原理以及结构设计，以期能够实现机械系统的高效运行和优化设计。
本文将从运动方案和结构分析两方面来详细介绍机械系统运动方案及结构分析的相关内容。
一、机械系统运动方案机械系统是指由多个零部件组成的、用于执行某种特定任务的机器设备。
如何让机械系统按照预定的轨迹进行运动，成为了进行运动方案设计的核心问题。
在进行机械系统运动方案设计时，需要考虑的因素包括运动稳定性、运动周期、运动轨迹、动力传递等问题。
1、运动稳定性运动稳定性是指机械系统在运动过程中能够保持平稳、无抖动的状态。
在机械系统设计过程中，运动稳定性是一个至关重要的因素，因为机械系统的不稳定运动不仅会影响其工作效率，还会对外部环境造成不良影响。
机械系统的运动稳定性可以通过对系统的动态响应进行分析来评估，动态响应的分析需要考虑系统中涉及的所有零部件的动态特性，如刚度和阻尼等。
2、运动周期机械系统的运动周期是指机械系统从开始到结束的一个完整运动过程所需的时间。
运动周期通常与机械系统的工作时间、生产效率密切相关，因此在运动方案设计过程中需要充分考虑。
运动周期的设计需要对机械系统的动力学性能进行分析，包括对机械系统的加速度、速度和位移等参数的计算。
3、运动轨迹机械系统的运动轨迹是指机械系统在运动过程中机械零部件运动的具体路径和方式。
不同的机械任务需要不同的运动轨迹来完成。
例如，对于数控机床来说，需要确保自动换刀的稳定运行，需要设计合适的自动刀具换向轨迹。
运动轨迹的设计需要考虑机械系统的运动范围、机构的工作方式以及机械零部件之间的相互作用等问题。
4、动力传递机械系统的动力传递是指机械系统中的动力信号传递过程，例如电机的驱动力信号传递到齿轮等机械零部件上。
在机械系统的运动方案设计过程中，动力传递是不可忽略的一个因素。
机械系统运动稳定性、运动周期、运动轨迹等因素都离不开动力传递的支撑。
机械系统的运动方案及机构的设计探讨
机械系统的运动方案及机构的设计探讨[摘要]机械系统的运动方案设计是机械系统设计的重要组成部分，是决定机械系统的功效与功能的关键环节。
在设计的过程中，设计师需要根据各种运动方案的特点，进行进一步的细化，设计出具有实用性和可行性的机械系统。
[关键词]机械系统；运动方案；设计方法事实上，机械系统是一个较为广泛的概念，具体来说，其就是由各个机械基本要素组成的，用以完成所需的动作过程，实现机械能的转化，代替人类劳动的系统。
这也就决定了机械系统设计的复杂性，可以说机械系统设计是一个复杂的分析、规划、推理与决策的过程。
而我们之所以要进行机械系统设计，主要是为了根据既定目标，获取包括文字说明、技术数据、设计图纸、设计方案和工艺方案的机械系统的设计信息，然后经过评估、改进和制造，最终形成满足设计要求的机械产品。
机械系统的运动方案包括工功能分析与功能原理设计、工艺动作与运动规律分析、机构系统运动协调的设计等这几个主要方面。
一、功能分析与功能原理设计（一）功能原理的构思与选择机械设计的前提和依据是机构系统运动方案设计。
方案的优劣对机械有着多方面的影响，比如说其会直接影响到机械结构形式的繁简、制造成本的高低及操作使用的难易、技术性能的好坏等都有着决定性的影响。
如果设计人员在设计中不能避免运动方案设计存在的明显缺陷，就很难设计出好的机械产品，而且也很难找到补救的措施。
工艺要求或使用要求是运动方案设计的主要依据。
在明确了这一要求后，设计人员首先要考虑的是采用何种功能原理来实现给定要求。
因为只有合理的选定了功能原理之后，才可以根据功能的原理设计出工艺动作和这些动作的执行机构的运动规律。
功能原理设计的主要任务，就是要按照机械预期的工艺要求或者使用要求，探索出一切能够实现给定要求的功能原理，同时进行比较分析，并且从中选择出既能很好地满足预期要求、工艺动作又简单的功能原理。
比如说要求设计一自动输送料板的装置。
那设计人员在设计的过程中，必须要考虑到这些方面，一可以考虑选择机械推拉原理，把料板从底层推出，然后再用夹料板将其抽走，；二可以考虑选用摩擦传动原理，首先利用摩擦板从顶层推出一张料板，然后再用夹料板把它抽走；三用底层吸取法，先把料板的边缘吸住，然后再用夹料板将其抽走；四可以考虑使用气吸原理，运用用顶层吸取法，就能够直接吸走顶层一张料板；五可以用摩擦轮把料板从底层滚出，接着再用夹料板将其抽走。
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。
机械系统的总体方案设计
图13-2 压片机上冲头加压动作示意图
（1）分析上冲头加压工艺过程对主加 压机构的要求。经分析，上冲头加压工艺 过程加压机构的功能要求可概括为：
1）运动形式变换功能 2）运动方向交替变换功能 3）运动缩小功能 4）运动停歇功能 （2）提出并初选机构方案
二、执行系统的协调设计
为了完成机械系统的预定功能和生产过程，各 执行机构不仅要完成各自的执行动作，而且相互之 间必须协调一致。
n
Qi Pij
j 1
Qi
（1）机械传动类型选择的依据 1）执行系统的性能参数和工况要求。 2）原动机的机械特性和调速性能。 3）对机械传动系统的性能、尺寸、重量和安装布
置的要求。
4）工作环境（例如高温、低温、潮湿、粉尘、腐 蚀、易燃、防爆等）的要求。
5）制造工艺性和经济性（例如制造和维修费用、 使用寿命、传动效率等）的要求。
机械系统的总体方案设计
§1 机械总体方案设计
一、机械总体方案设计的目的
机械总体方案设计的目的，就是通过调查研究进行 机械产品规划、确定设计任务、明确设计要求和条件， 在此基础上寻求问题的解法及原理方案构思，进行功能 原理设计，拟定机械功能原理方案，选择机构类型，得 出一组可行的机械系统运动方案，为下一步进行详细的 结构设计作好原理方案方面的准备，也为最终进行评价、 选优、决策提供可行性、先行性等相关技术原理方面详 尽的科学依据。
第二类是以物体的有、无、动、停等逻辑状 态为控制对象，成为逻辑控制。逻辑控制可用 “0”、“1”两个逻辑控制信号来表示。
§5 机械系统方案评价与决策
一、方案评价与决策的意义
机械系统方案设计的最终目标，是寻求一种 既能实现预期功能要求，又性能优良、价格低廉 的设计方案。
机械原理的复习要点,试卷及答案
本word文档包含了机械原理的复习要点，试卷及答案，多方收集，仅供学习之用。
目录机械原理口诀1-5机机械原理复习知识点6-10试卷及答案（3套试卷及答案）10-35口诀诗在《机械原理》中应用１、自由度计算活杆三乘有自由，两低一高减中求；认准局复虚约束，简式易记考无忧。
公式:F = 3M - 2P l– P h ２、运动和力分析图解法图解分析列方程，等号两端双进军。
多边形里量尺寸，比例乘来信息灵。
３、科氏加速度分析辨认科氏莫马哈，两种速度相乘加；顺转维阿九十度，箭头直指老哥家.４、回转副支反总力分析轴颈转动阻耗生，摩擦圆上守平衡；支反总力画何处，回旋方向最知情。
５、平面连杆机构基本知识曲柄摇杆铰连成,演化实用无穷尽;若逢三点共一线,快慢轻重看主从.６、盘形凸轮机构机成自动靠凸轮，尖底推回有规循；画取廓形压力角，原理都在反转中。
８、轮系传动比计算行星周转臂杆撑，中心两轮分主从；基本系里论传动，复合速比联方程。
公式:J=900ΔW max/(π2n2[δ])12、机构组合基本机构串并联，综合创新史无前;轨迹位移随君想，飞天入海胜先贤。
械原理复习知识点第1章机构的组成和结构机构运动简图的绘制方法；运动链成为机构的条件（方案简图能否实现预期功能、原因、方案修改、构思新方案的表达），自由度的计算（注意复合铰链，虚约束和局部自由度）；机构组成原理和结构分析，注意拆杆组的方法。
第2章连杆机构本章重点是平面连杆机构，着重掌握铰链四杆机构、曲柄滑块机构和摆动导杆机构。
1、熟练掌握连杆机构的运动特性：1). 格拉霍夫定理；2). 急回特性；3). 压力角和传动角；4). 死点位置。
2、熟练掌握连杆机构运动设计的方法：1).刚体导引机构的设计；2).函数生成机构的设计：重点是图解法，掌握刚化反转法（运动倒置原理）的灵活运用；3).急回机构的设计：曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、摆动导杆机构；4).轨迹生成机构的设计：重点掌握其基本思路。
机械设计基础 第13章 轴
图13-3 转动心轴
图13-4 固定心轴
13.1.1 轴的分类
（2）传动轴 主要承受扭矩的轴 称为传动轴。上图所示为汽车上从 变速箱到后桥的传动轴。下图为挖 树坑机上的传动轴。
图13-5 传动轴
挖树坑机上的传动轴
13.1.1 轴的分类
（3）转轴 图示为单级圆柱齿轮减速器中的转轴，该轴上两个轴承之间的轴 段承受弯矩，联轴器与齿轮之间的轴段承受扭矩，这种既承受弯矩又承受转矩 的轴称为转轴。
球墨铸铁有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。
13.1.2 轴的材料与毛坯
2 轴的毛坯
轴的毛坯可用轧制圆钢材、锻造、焊接、铸造等方法获得。 对要求不高的轴或较长的轴，毛坯直径小于150mm 时，可用 轧制圆钢材;对受力大、生产批量大的重要轴的毛坯，可由锻 造提供;对直径特大而件数很少的轴，可用焊件毛坯;对生产 批量大、外形复杂、尺寸较大的轴，可用铸造毛坯。轴的常 用材料及其主要力学性能见表13-1。
机械设计基础
目录 CONTENTS
01 概述 02 轴的结构设计 03 轴的强度计算 04 轴的设计方法
01 概述
13.1.1 轴的分类
我们日常生活和工业生产实践的设备中用到很多轴，可以说有转动的部位就有 轴。日常生活中的自行车就有前轮轴、后轮轴、中轴和脚蹬子轴等。图13-1所 示为单级斜齿圆柱齿轮减速器的外形图，减速器就主要是靠工作轴（阶梯轴） 来传递运动和转矩。
图13-6 转轴
13.1.1 轴的分类
2.按轴线的几何形状分类
按轴线的几何形状，可分为直轴、曲轴和挠性轴三类。 下图为曲轴，常用于往复式机械（如曲柄压力机、内燃机）中， 以实现运动的转换和动力的传递。
图13-7 曲轴
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。
机械运动方案及机构的创新设计
机械运动方案及机构的创新设计一、引言机械运动是现代工程中的一项基础性任务，广泛应用于各个领域，如制造业、航空航天、汽车工程、医疗设备等。
而机械运动方案的创新设计，对于提高工程的效率、降低成本、增强产品的竞争力具有重要意义。
本文将从创新思路、机构设计和实例应用三个方面，探讨机械运动方案及机构的创新设计。
二、创新思路1.多学科交叉融合：机械运动方案的创新设计需要多学科的综合应用，如机械工程、电子工程、材料科学等，通过不同学科的结合，可以获得更为丰富的创新思路。
2.充分利用信息技术：信息技术的快速发展为机械运动方案的创新提供了新的思路和手段，如基于计算机模拟的仿真设计、智能控制系统等，能够提高设计效率和准确性。
3.绿色环保意识：在机械运动方案设计中，应充分考虑绿色环保的要求，如减小能耗、降低噪音、减少污染等，这也是当前社会发展的趋势和目标。
三、机构设计1.驱动系统设计：驱动系统是机械运动的核心，其设计应兼顾效率和可靠性。
可采用新型的传动方式，如减速器、液压传动、电动传动等，以提高效率和减小体积。
2.结构设备创新：结构设备的创新是机械运动方案设计的重要组成部分。
通过改变结构和材料的组合方式，可以实现轻量化和强度提升的目标。
同时，也可以考虑采用可拆卸的结构，方便维护和更换。
3.运动控制系统设计：运动控制系统是实现机械运动方案的关键，其设计应考虑运动轨迹控制、力与位置的控制等问题。
可以采用精确的位置传感器、智能控制算法等技术，以实现更加精确和高效的运动控制。
四、实例应用1.机械手臂创新设计：机械手臂广泛应用于装配线、物流仓储等领域，其创新设计可以改善操作效率和安全性。
可以采用新型的执行器和控制算法，实现更为精准和灵活的运动控制。
2.机械传动系统创新设计：机械传动系统是许多机械运动的核心，其创新设计可以提高效率和可靠性。
可以利用新型的材料和结构设计，实现更高的变速比和传动效率。
3.智能运动控制系统创新设计：智能运动控制系统可以根据实际需求，自动调整运动轨迹和力度，提高运动的效率和质量。
机械系统的总体方案设计
机械系统的总体方案设计一、方案设计的基本原则1.安全性原则：要确保设计的机械系统在使用过程中不会对人员和设备造成伤害。
2.可靠性原则：要确保设计的机械系统能够稳定运行，具有良好的使用寿命和维修维护性能。
3.经济性原则：要充分考虑制造成本、购买成本、运行成本以及后期维护和升级等因素。
二、方案设计的步骤1.了解用户需求：通过与用户沟通，了解用户对机械系统的功能、性能、外观和使用要求等方面的需求。
可以通过需求调研和用户访谈等方式收集信息。
2.系统分析：在了解用户需求的基础上，对机械系统进行综合分析，包括系统的工作原理、基本构成部分和各个部分之间的关系等。
可以使用形式化分析方法如功能分解与组合、失效模式与影响分析等。
3.确定设计目标：根据用户需求和系统分析结果，制定出机械系统总体设计的目标和约束条件。
目标可以关注系统的性能指标、功能实现等方面。
4.建立系统模型：根据设计目标，利用计算机辅助设计软件或建立物理模型等方法，对机械系统进行模拟和仿真分析。
包括结构分析、运动学分析、动力学分析等。
5.方案设计：通过在系统模型基础上的分析、优化和创新，制定出一个能够满足设计目标和约束条件的总体设计方案。
包括机械结构的设计、驱动系统的设计、控制系统的设计等。
6.方案评估：对设计方案进行评估，主要包括机械系统的性能、成本、安全性等方面。
可以通过实验验证、数值模拟和仿真等方法进行评估。
7.优化改进：根据评估结果，对设计方案进行优化改进。
可以采用机器学习、遗传算法等方法进行优化和改进。
三、方案设计的关键问题1.结构设计：机械系统的结构设计是指确定系统各个部件的类型、数量和布局。
需要综合考虑系统的强度、刚度、重量和成本等因素，避免出现单点故障和过度设计的问题。
2.驱动系统设计：机械系统的驱动系统设计是指选择合适的驱动装置，以满足系统的运动和力学要求。
需要考虑到驱动能力、精度和反应速度等因素。
3.控制系统设计：机械系统的控制系统设计是指选择合适的控制方法和控制器，以实现系统的自动化控制。
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控制系统
机械设备中的控制系统所应用的控制方法 主要有机械控制、电气控制和自动控制。控制 系统在机械中的作用越来越突出，传统的手工 操作正在被自动化的控制手段所代替，而且向 智能化方向发展。
2.机构系统的运动协调性设计
很多机械系统是由几个简单的基本机构组成的，
它们之间没有进行任何连接，而是独立存在，但它们 之间的运动却要求互相配合、协调动作。称此类设计
冲压机构 构
减速机构
分度机构
扫屑机
3 .运动循环图 蜂窝煤成型机中 各机构的动作具有严格 的顺序， 其运动循环图 如图所示 。循环图中， 以冲压机构为主机构 。 横坐标为曲柄轴的位置， 纵坐标表示各执行机构 的位置。
4. 机械系统运动方案的构思
把减速传动机构、冲压机构、分度机构和扫屑机 构的运动协调起来，可按机构组合原理进行。各分支 机构的连接框图如图所示。
经具体动作时间分配绘制出机械运动循环图如图所示。
其中，循环到15°时插刀开始接触毛坯，抬刀动作已在 120°时完成，因此两个动作衔接保留有3°的间隙，以 保证不会发生运动干涉。返回行程的循环区间分配与其 相同。
第十三章 机械系统运动方案的设计
一、基本要求 二、基本概念和基础知识 三、学习重点及难点 四、例题精选 五、试题自测及答案
一、基本要求
1 . 了解机械系统的组成部分。 2 .了解机械系统运动循环图的制定。 3 .了解机械系统运动方案的设计过程与评价方法。
二、基本概念和基础知识
1. 机械系统的组成 2. 机械系统的运动协调性设计 3. 机械系统运动方案的设计与评价
（4）按机器的基本动作选择实现对应动作的执行机构；
（5）进行运动协调设计，完成机械运动方案的总体设计； （6）对机械运动方案进行评估，选择最优方案； （7）进行尺度综合，设计机构系统的机构运动简图。
机械系统运动方案评价的常用指标： （1）完成实现功能目标情况：指完成机械功能 的好坏。
（2）工作原理的先进程度：指体现在机械的运 动学与动力学性能、机械效率、精度、创造性等指标， 先进的机械工作原理能给机械带来许多优点。 （3）工作效率的高低：指生产率、运转时间等 影响工作效率的因素。
（2）设定主要动作的位置起点、终点和运动 循环周期；
（3）分析其他动作相对主要动作的衔接位置， 并且注意两个动作衔接处要有一定时间间隔，避 免发生运动干涉。
3.机械系统运动方案的设计与评价
机械系统运动方案的设计内容主要有以下几个方面： （1）根据机器的功能目标确定机器的工作原理； （2）按机器的工作原理确定机器的基本动作选择执行机构； （3）确定传动机构类型与原动机类型；
（3）扫屑机构完成清扫冲头及出煤盘； （4）脱模机构完成把蜂窝煤从莫具中脱出的动作； （5）减速传动机构调整适当的冲压速度。
根据蜂窝煤成型机要求性能良好、结构简单、 操作容易、经久耐用、维修方便、成本低廉的特点， 其机械系统由曲柄滑块机构（冲压机构）、槽轮机构 （分度机构）、移动凸轮机构（扫屑机构）以及带传 动+齿轮机构（减速机构）组成。机构图如图所示。 为增加冲头的刚度，采用对称的两套冲压机构。
1.机械系统的组成
原动机
机械系统
机械运动系统 控制系统
原动机
原动机是把其它形式的能量转化为机械能的机 器，为机器的运转提供动力。 按原动机转换能量的方式可将其分为三大类： 电动机、内燃机和一次能源型原动机。
机械运动系统
机器中的传动系统和工作执行系统统称机
械的运动系统。常用的传动系统有齿轮传动、 带传动、链条传动等。 由机械传动系统和工作执行系统组成的机 械系统运动方案的设计是机械设计的核心内容。
各分支机构的连接框图
电动机驱动带轮机构，带轮机构驱动齿轮机构；齿轮 机构分别驱动冲压曲柄滑块机构和分度槽轮机构；冲压机 构的冲头驱动扫屑凸轮机构。运动简图如图所示。
五、试题自测及答案
以插齿机的插刀运动机构为例，分析其机械运动循环图的拟定 过程。
解
插刀运动机构主要工艺动作有切削、让刀和范成，经分析 确定切削动作为主要动作。它所要实现的是由上至下，再由下 至上的移动，因此设定最高位置为起点，也是一个运动循环的 终点。若输入运动为转动，循环周期定为360°。最后，再分 析其他工艺动作，分析范成运动，发现它是一个独立运动，只 要满足与切削速度相适应的转速即可，没有与主运动的动作协 调配合问题。分析让刀运动，确定它与主要动作的关系是，当 插刀由上向下切削时要求插刀杆处于抬刀位置，以便插刀切削 齿轮毛坯；当插刀由下向上返回时，插刀杆处于让刀位置，避 免擦伤齿面。让刀和抬刀动作区间只允许在插刀脱离毛坯一段 很短的时间间隔内完成。
（4）运转精度的高低：指传动机构和工作执行 机构的精度指标。 （5）方案的复杂程度：指机构简单、容易制造， 机构数量少，传动链短等因素。
3.机械系统运动方案的设计与评价
机械系统运动方案评价的常用指标：
（6）方案的实用性：指制造、维修容易，设计 方案容易转换为产品，并能产生经济效益。
（7）方案的可靠性：指构件和机构系统的失效 率低，整机的可靠性高。 （8）方案的新颖性：指方案的创造性。 （9）方案的经济性：指设计成本、制造成本、 运行成本及其维修保养等因素。 （10）方案的绿色性：指涉及到资源与环境保 护方面的因素。
三、学习重点及难点
学习重点
掌握机械系统的各组成部分，并熟 悉、理解各组成部分内部的组成结 构及其类型
设计机械系统运动方案、绘制运动 循环图 学习难点
在机械系统运动方案的设计过程中，如何在多 个方案中确定出符合要求的最佳设计方案。
四、例题精选
例 某蜂窝煤成型机机械系统运动方案的设计分析。
解
1. 蜂窝煤成型机的功能设计 蜂窝煤成型机必须完成以下功能：
（1）煤粉的输送及往模型腔中加料；
（2）冲压成型； （3）清除冲头及出煤盘上的煤屑； （4）把成型的蜂窝煤从煤具中脱出； （5）输送蜂窝煤。
2 .技术原理
为满足蜂窝煤成型机的设计要求，把蜂窝煤成 型机的工艺动分解如下：
（1）冲压机构完成冲压蜂窝煤的动作并可短暂保压；
（2）间歇性运动机构完成带有周向圆孔的出煤盘的 间歇性转动；
问题为机构系统的运动协调设计。
设计有周期性运动循环的机械时，为了使各执 行机构能按照工艺动作有序地互相配合动作，提高生 产率，需要进行运动循环图设计，以把握在机械的一 个工作循环中各执行机构的运动配合关系。
2.机构系统的运动协调性设计
制定运动循环图的主要步骤：
（1）分析每个子工艺动作特点，从中确定一 个主要动作，以此作为其他动作的位置基准；