4第四章执行系讲义统设计
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不同的机构来完成。因此，必须了解机构的运动特性和动力 特性，同时对机械的外廓尺寸、重量、结构限制、动力特性、 传动精度、生产率、制造难易、工作环境和经济性等进行分 析、比较，根据实际需要选择或设计出最佳方案。
二.常用执行机构的主要性能和特点 1.连杆机构 特点：连杆机构是低副机构，各运动副为面接触，因此压强小、
执行系统要完成各种工艺复杂的动作，此种情况，执行 系统需有多个执行机构和执行构件组成。
如图4-16糖果扭结包装机的执行系统：
三.执行系统的分类 见P80表4-1
四.执行构件的运动形式 见P81表4-2
第二节 机构选型及常用执行 机构的主要性能特点
一.机构选型 机构的类型很多，满足同一运动要求的机构，也可一用
19
1 8Hf 87
1 6Hf 87
竖封机构
A A
A
47 32 2 4fH 78
B
B
A
29
30
横封机构
1 4fH78 1 4fH78
4-螺栓M8*20 GB5783-86
14 15
26Hf87 10k6
计量机构
1 0 0Hh 99 1 5Hh 99
10
0Hd
回转回转 回转摆动 回转单向直线 回转直线往复 回转特殊轨迹 摆动摆动 摆动单向直线 摆动直线往复 直线单向直线 直线直线往复 直线往复直线往复
常见执行系统的功能： 1.夹持
液压缸
手指 工件
活塞杆 连杆
转臂
手指
液压缸
2.搬运 指将工件从一个位置移送到另一个位置。
3.输送 输送是将工件按给定的路线从一个位置运到下一个位置。
同样注意多种方案比较、择优，同时要综合考虑与相关 另部件的协调。
3.绘制工作循环图
按机械预期的功能和选定的工艺过程，把各机构的动作 顺序及时间用图形表示出来。这种表示各机构的动作顺序及 时间的图形称工作循环图。
首先要弄清各执行机构的动作过程及运动或动作的先后顺 序、起止时间和运动范围。其次选一个定标构件。
如螺纹的加工原理方案：
2.合理选择执行机构类型，拟订机构组合方案
原则： 1）满足运动要求的前提下，尽可能缩短运动链、以减少机
构和零部件数，从而提高机械效率，降低成本； 2）应优先选用机构简单、工作可靠、便于制造和效率高的
机构； 3）执行系统中同时有几个执行机构时，为减少功率损失，
应把效率较高的机构放在传递功率大的地方；若执行机 构间协调性要求较高，则他们之间的连接应选用传动比 准确的机构。
4.分度与转位
5.检测 如图4-12为检测垫圈内径的装置。
如图4-14所示，检测螺钉长度和剔除过长螺钉的装置。
6.施力
有的机械要执行系统实现一定的运动或动作，如前所示。 而还有些机械要求执行系统对工作对象施加力或力矩以达到 完成任务的目的。有的机械系统还要执行系统具备多种功能 要求，如插齿机。 7.完成工艺复杂动作
4）凸轮常用材料及其强度计算： 对材料的要求： 因凸轮在变应力下工作，且往往伴有冲击。因此凸轮的材
料应有较好的抗疲劳强度、抗冲击韧性和抗磨损能力。
常用材料： 碳钢：45、60、65
中低碳碳合合金金钢钢：：1 4C C r 0 5 r 、 、 2 4C B r 0 0 、 、 1 4C M 5 r 2 n N B i、 3 、 3 2 C C 8 rM r 0 M O n A M oL
强度计算：接触强度计算 3.间歇运动机构
常见间歇运动机构见P88表4-7 4.直线运动机构 常见直线运动机构见P91表4-8 5.差动机构 可实现运动的分解和合成。
常见差动机构见P95表4-9
6.增力机构 常见增力机构见P97表4-10 7.行程增大机构 常见行程增大机构见P98表4-11
第三节 执行系统设计
———例 题———
例：卧式冷镦铆钉机的机构选型和运动循环图的绘制。 1）根据生产任务拟订工艺过程及相应的运动方案： 2）确定执行机构的运动参数： 3）选择机构类型、绘制冷
镦机的运动简图： • 镦压机构： • 进料机构： • 切断和送料机构： • 脱模机构：
绘制运动循环图：
4.运动分析： 目的：计算指定点的位置、速度、加速度、确定指定点的 运动轨迹等。为动力分析打基础。 方法：解析法、图解法
磨损小、易加工，改变构件的尺寸或输出点的位置可获 得不同的运动规律和运动轨迹。但实现从动件任意运动 规律的灵活性差，惯性力难以平衡，动载、噪音、振动 较大。
因此，连杆不适用高速场合。
2.凸轮机构 凸轮机构可实现任意复杂的运动规律，机构简单、紧凑，设
计方便。但因是高副机构，比压较大、易磨损、高速时动力学 特性变差。故凸轮机构不宜在高速重载条件下工作。 凸轮设计时应考虑的问题：
一.执行系统的设计要求 1.实现预期精度的运动或动作 2.有足够的强度、刚度 3.各执行构件间动作要协调配合 4.结构合理、便于制造安装、造型美观 5.工作安全可靠，有足够的使用寿命。 6.在特殊介质（如潮湿、腐蚀、高温等）工作的零件有防锈、 防腐、耐高温的要求。
二.执行系统的设计步骤
1.拟订运动方案 注意多种方案比较、择优
1）从动件的运动规律： Leabharlann Baidu速运动、等加等减速运动、余弦加速度，除这三种运动
规律外，还有正弦加速度、高次曲线运动规律等。实际中应用 中通常改进。
设计时考虑： amax、vmax F=mv
2）凸轮轮廓曲线的最小曲率半径：不宜过小
3）压力角与基圆半径：
r，但轮廓尺寸增 之大 ， r，反
滚子从动件凸轮压力角及其许用压力角见P87表4-6。
4第四章执行系统设计
精品
第一节 执行系统的组成、功能及分类
执行系统是直接完成系统预期工作任务的部分，因此也称 工作机或工作装置。
一.执行系统的组成 执行系统由执行构件和与之相连的执行机构组成。
二.执行系统的功能
执行机构的作用是传递和 变换运动和动力。
变 运动形式变化
换
运 动
运动节拍变化
连续断续 连续连续
5.动力学分析及承载能力计算：
举例：多功能液体软包装机执行系统设计分析
多功能液体包装机 结构设计
灌装中心
49 15k6 32H7
68H8 1 8fH99 32H7 15k6 1 5fH78
牵引机构
A
2 0fH99
2 0Hf
9 9
2 6Hf
9 9
8 8
8mH
2 0fH99
2
B
D
84
D
4 7Hf 87
二.常用执行机构的主要性能和特点 1.连杆机构 特点：连杆机构是低副机构，各运动副为面接触，因此压强小、
执行系统要完成各种工艺复杂的动作，此种情况，执行 系统需有多个执行机构和执行构件组成。
如图4-16糖果扭结包装机的执行系统：
三.执行系统的分类 见P80表4-1
四.执行构件的运动形式 见P81表4-2
第二节 机构选型及常用执行 机构的主要性能特点
一.机构选型 机构的类型很多，满足同一运动要求的机构，也可一用
19
1 8Hf 87
1 6Hf 87
竖封机构
A A
A
47 32 2 4fH 78
B
B
A
29
30
横封机构
1 4fH78 1 4fH78
4-螺栓M8*20 GB5783-86
14 15
26Hf87 10k6
计量机构
1 0 0Hh 99 1 5Hh 99
10
0Hd
回转回转 回转摆动 回转单向直线 回转直线往复 回转特殊轨迹 摆动摆动 摆动单向直线 摆动直线往复 直线单向直线 直线直线往复 直线往复直线往复
常见执行系统的功能： 1.夹持
液压缸
手指 工件
活塞杆 连杆
转臂
手指
液压缸
2.搬运 指将工件从一个位置移送到另一个位置。
3.输送 输送是将工件按给定的路线从一个位置运到下一个位置。
同样注意多种方案比较、择优，同时要综合考虑与相关 另部件的协调。
3.绘制工作循环图
按机械预期的功能和选定的工艺过程，把各机构的动作 顺序及时间用图形表示出来。这种表示各机构的动作顺序及 时间的图形称工作循环图。
首先要弄清各执行机构的动作过程及运动或动作的先后顺 序、起止时间和运动范围。其次选一个定标构件。
如螺纹的加工原理方案：
2.合理选择执行机构类型，拟订机构组合方案
原则： 1）满足运动要求的前提下，尽可能缩短运动链、以减少机
构和零部件数，从而提高机械效率，降低成本； 2）应优先选用机构简单、工作可靠、便于制造和效率高的
机构； 3）执行系统中同时有几个执行机构时，为减少功率损失，
应把效率较高的机构放在传递功率大的地方；若执行机 构间协调性要求较高，则他们之间的连接应选用传动比 准确的机构。
4.分度与转位
5.检测 如图4-12为检测垫圈内径的装置。
如图4-14所示，检测螺钉长度和剔除过长螺钉的装置。
6.施力
有的机械要执行系统实现一定的运动或动作，如前所示。 而还有些机械要求执行系统对工作对象施加力或力矩以达到 完成任务的目的。有的机械系统还要执行系统具备多种功能 要求，如插齿机。 7.完成工艺复杂动作
4）凸轮常用材料及其强度计算： 对材料的要求： 因凸轮在变应力下工作，且往往伴有冲击。因此凸轮的材
料应有较好的抗疲劳强度、抗冲击韧性和抗磨损能力。
常用材料： 碳钢：45、60、65
中低碳碳合合金金钢钢：：1 4C C r 0 5 r 、 、 2 4C B r 0 0 、 、 1 4C M 5 r 2 n N B i、 3 、 3 2 C C 8 rM r 0 M O n A M oL
强度计算：接触强度计算 3.间歇运动机构
常见间歇运动机构见P88表4-7 4.直线运动机构 常见直线运动机构见P91表4-8 5.差动机构 可实现运动的分解和合成。
常见差动机构见P95表4-9
6.增力机构 常见增力机构见P97表4-10 7.行程增大机构 常见行程增大机构见P98表4-11
第三节 执行系统设计
———例 题———
例：卧式冷镦铆钉机的机构选型和运动循环图的绘制。 1）根据生产任务拟订工艺过程及相应的运动方案： 2）确定执行机构的运动参数： 3）选择机构类型、绘制冷
镦机的运动简图： • 镦压机构： • 进料机构： • 切断和送料机构： • 脱模机构：
绘制运动循环图：
4.运动分析： 目的：计算指定点的位置、速度、加速度、确定指定点的 运动轨迹等。为动力分析打基础。 方法：解析法、图解法
磨损小、易加工，改变构件的尺寸或输出点的位置可获 得不同的运动规律和运动轨迹。但实现从动件任意运动 规律的灵活性差，惯性力难以平衡，动载、噪音、振动 较大。
因此，连杆不适用高速场合。
2.凸轮机构 凸轮机构可实现任意复杂的运动规律，机构简单、紧凑，设
计方便。但因是高副机构，比压较大、易磨损、高速时动力学 特性变差。故凸轮机构不宜在高速重载条件下工作。 凸轮设计时应考虑的问题：
一.执行系统的设计要求 1.实现预期精度的运动或动作 2.有足够的强度、刚度 3.各执行构件间动作要协调配合 4.结构合理、便于制造安装、造型美观 5.工作安全可靠，有足够的使用寿命。 6.在特殊介质（如潮湿、腐蚀、高温等）工作的零件有防锈、 防腐、耐高温的要求。
二.执行系统的设计步骤
1.拟订运动方案 注意多种方案比较、择优
1）从动件的运动规律： Leabharlann Baidu速运动、等加等减速运动、余弦加速度，除这三种运动
规律外，还有正弦加速度、高次曲线运动规律等。实际中应用 中通常改进。
设计时考虑： amax、vmax F=mv
2）凸轮轮廓曲线的最小曲率半径：不宜过小
3）压力角与基圆半径：
r，但轮廓尺寸增 之大 ， r，反
滚子从动件凸轮压力角及其许用压力角见P87表4-6。
4第四章执行系统设计
精品
第一节 执行系统的组成、功能及分类
执行系统是直接完成系统预期工作任务的部分，因此也称 工作机或工作装置。
一.执行系统的组成 执行系统由执行构件和与之相连的执行机构组成。
二.执行系统的功能
执行机构的作用是传递和 变换运动和动力。
变 运动形式变化
换
运 动
运动节拍变化
连续断续 连续连续
5.动力学分析及承载能力计算：
举例：多功能液体软包装机执行系统设计分析
多功能液体包装机 结构设计
灌装中心
49 15k6 32H7
68H8 1 8fH99 32H7 15k6 1 5fH78
牵引机构
A
2 0fH99
2 0Hf
9 9
2 6Hf
9 9
8 8
8mH
2 0fH99
2
B
D
84
D
4 7Hf 87