机械系统运动方案设计PPT模版
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机械原理第12章机械运动方案设计精品PPT课件
第12章 机械运动方案设计
● 12.1 概 述 ● 12.2 组 合 机 构 ● 12.3 原动机类型与机构选型 ● 12.4 执行机构间运动的协调配合及运动循环图 ● 12.5 机械运动方案设计
第12章 机械运动方案设计
内容提要 ：主要介绍机械系统运动方案设计的任务 及主要设计步骤；原动机的类型、执行构件的运动 类型、执行机构和传动机构类型和选择；执行构件 的协调配合关系和运动循环图及其绘制方法；机构 组合的基本知识及常用的拟订机械传动系统方案的 方法。
3. 复合式组合 复合式组合是原动件的运动一方面直接传给一个两自由度基本机构(基础机构)，
另一方面又通过一个单自由度基本机构(附加机构)传给该两自由度基本机构，而 后者将这两个输入运动合成为一个输出运动。 图12.7(a)所示机构由单自由度凸轮机构1′—4—5(附加机构)和两自由度五杆机构 1—2—3—4—5(基础机构)组合而成。原动凸轮1′和曲柄1固连，构件4是两个基本 机构的公共构件。当原动凸轮转动时，从动件4移动，凸轮1′和构件4同时给五杆 机构输入一个转动 1和一个移动S4，故此五杆机构有确定运动。这时构件2或3上 任一点(例如转动副中心C点)便能实现比四杆机构的连杆曲线更为复杂的轨迹Cx。 图12.7(b)所示即为该机构的组合方式框图。 这种组合方式有串联和并联的性质，但并不是由单纯的基本机构串联和并联。该 组合方式与串联式相比，其相同处是都具有两个基本机构，且两者之间是串联关 系；其不同之处是后一个基本机构的输入运动不全是前一机构的输出运动。该组 合方式与并联式相比，其相同处是它们原动轴的运动都是分成两路传给两自由度 基本机构(设n=2)后，再合成为一个输出运动，故有并联的性质；其不同处则是结 构上少了一个并列的单自由度基本机构，只有一个单自由度基本机构与原动轴的 运动并列。由于该组合方式与串联式及并联式既有相同处，又有不同处，故称为 复合式。
● 12.1 概 述 ● 12.2 组 合 机 构 ● 12.3 原动机类型与机构选型 ● 12.4 执行机构间运动的协调配合及运动循环图 ● 12.5 机械运动方案设计
第12章 机械运动方案设计
内容提要 ：主要介绍机械系统运动方案设计的任务 及主要设计步骤；原动机的类型、执行构件的运动 类型、执行机构和传动机构类型和选择；执行构件 的协调配合关系和运动循环图及其绘制方法；机构 组合的基本知识及常用的拟订机械传动系统方案的 方法。
3. 复合式组合 复合式组合是原动件的运动一方面直接传给一个两自由度基本机构(基础机构)，
另一方面又通过一个单自由度基本机构(附加机构)传给该两自由度基本机构，而 后者将这两个输入运动合成为一个输出运动。 图12.7(a)所示机构由单自由度凸轮机构1′—4—5(附加机构)和两自由度五杆机构 1—2—3—4—5(基础机构)组合而成。原动凸轮1′和曲柄1固连，构件4是两个基本 机构的公共构件。当原动凸轮转动时，从动件4移动，凸轮1′和构件4同时给五杆 机构输入一个转动 1和一个移动S4，故此五杆机构有确定运动。这时构件2或3上 任一点(例如转动副中心C点)便能实现比四杆机构的连杆曲线更为复杂的轨迹Cx。 图12.7(b)所示即为该机构的组合方式框图。 这种组合方式有串联和并联的性质，但并不是由单纯的基本机构串联和并联。该 组合方式与串联式相比，其相同处是都具有两个基本机构，且两者之间是串联关 系；其不同之处是后一个基本机构的输入运动不全是前一机构的输出运动。该组 合方式与并联式相比，其相同处是它们原动轴的运动都是分成两路传给两自由度 基本机构(设n=2)后，再合成为一个输出运动，故有并联的性质；其不同处则是结 构上少了一个并列的单自由度基本机构，只有一个单自由度基本机构与原动轴的 运动并列。由于该组合方式与串联式及并联式既有相同处，又有不同处，故称为 复合式。
机械的运动方案及机构的创新设计PPT课件
1.直线运动的机构 1) 齿轮-齿条机构 齿轮的正、反向回转可以使齿条做往复直线运动 2) 螺旋机构 丝杠的回转可以使螺母实现往复直线运动 3) 曲柄滑块机构 当曲柄连续回转时，滑块可做往复直线运动 4) 有特定尺寸的四杆机构（连杆曲线在某一区段的直线运动） 当四杆机构中的杆件尺寸满足BC=CD=CM=2.5AB，AD=2AB时， 曲柄连续回转，则连杆上的M点在某一运动段上其轨迹为近似直线 5) 链传动（直线段部分的运动） 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。
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
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
机械系统运动方案与创新设计 54页PPT文档
14
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
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55页PPT
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
机械系统运动方案与创新设 计
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
拉
60、生活的道路一旦选定，就要பைடு நூலகம்敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
机械系统运动方案与创新设 计
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
拉
60、生活的道路一旦选定，就要பைடு நூலகம்敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
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挑事物的毛病，提出改进设想 追求完满，追求卓越
集合3~5人，根据议题自由畅谈， 不准批评，寻求创意
第七章 机械系统运动方案设计
第一节 机械总体方案设计
重要性 直接决定产品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企 业效益。 核心内容 机械运动方案设计，最具创造性和综合性。 一、机械产品的设计过程 五个阶段 产品规划(概念设计)、总体方案设计、结构技术设计、 生产施工设计(工艺设计)、改进设计。
机械产品设计一般进程
部分创造技法
方法名称
特性列举法
希望点列举 法
缺点列举法 智爆法
设问探求法 联想类比法
方法的主要特点
方法的主要目的
将事物按名词、形容词、动词分 解为三方面特性，将每类特性加 以改变或延拓
根据社会需求或个人愿望，通过 列举希望来形成创新目标
化整为零，逐个研究改 进
将思维收敛于某“目 标”，侧重自由联想， 思路更宽
设计部署
只限于从方案到工作图这个 阶段
贯穿开发的全过程，考虑全寿命 周期的质量信息反馈
设计思维
朝向结构方案的“收敛性思 维”
面向总体功能目标的“发散性” 思维
传统设计与现代设计的比较
比较内容
传统设计
现代设计
设计方法
采用少数的验证性分析以满 足限定的约束条件
多元性方法学直接综合使其在各 种条件下实现方案与全域优化目 标
控制理论、智能工 程、人工神经元计 算方法、专家系统
阶 段
步骤
方法
主要指导 理论
施 工
零件工作图
外观件加工工艺、 面饰工艺规程
各种制造、装 各种工艺学 配、造型、装 饰、检验等方
设 部件装配图 效果图、检验标准 法
计
技术文件
造型工艺文件
计算机辅助制
批
试制造Βιβλιοθήκη 量 生修改产
批量生产
销
技术服务
反馈控制法
售
阶 段
步骤
信息集约
产品设计任务
产
预测调研
品
规
可行性分析
划
明确任务要求
方法
设计方法 预测技术
主要指导 理论
设计方法学 技术预测理论 市场学 信息学
可行性报告、设计要求项目表
阶 段
步骤
方法
主要指导 理论
总功能分析
系统化设计法 系统工程学
功能分解
创造技法
形态学
评价决策方法 创造学
原
功能元求解
理
功能载体组合
思维心理学 决策论 模糊数学
方
功能原理方案(多个)
案
设
原理试验
计
评价决策
最优原理方案
原理参数表、方案原理图
阶 段
步骤
总体设计
结构设计
技 结构价值分析
造型设计 造型价值分析
结构方案(多个) 外观方案(多个)
术
试验
试验模型
设
评价决策
最优结构方案
评价决策 最优造型方案
计
最优技术设计方案
总体布置图、装配 总体效果图、
造性。 ● 从较单一的应用力学体系发展到多学科融合的系统工
程，更具多元性。 ● 从设计的指导思想、理论体系以及设计技法、设计的物
质手段都充分体现了最新的科学技术成就，更具完美 性。 ● 设计“绿色机器”成了现代机械设计追求的目标。
二、创造性设计与创造性思维 创造性思维的主要特点 ● 独特性； ● 多向发散性； ● 非逻辑性； ● 连动性； ● 综合性。
控制系统的方案设计
其它辅助系统的设计
传动类型选择 传动路线选择 传动链中机构
顺序的安排 各级传动比的分配
润滑系统设计 冷却系统设计 故障检测系统设计
安全保障系统设计 照明系统设计
第二节 现代设计观念与创新设计简介
一、现代设计观念 (一) 机械设计的历史
凭直观感觉来设计制 作工具和机械，往往 带有一定的盲目性
设计目标 局限在微观和结构
注重全局构成及协调，包括造型 设计、宜人设计
设计考虑 的工况
按确定工况与静态考虑
研究动态的随机工况、模糊性及 随机性
设计评估 采用单项与人为准则
采用科学的模糊综合评判
(三)机械现代设计和创新设计的特点 ● 从经验积累上升到系统理论，更具科学性。 ● 由漫长的相对稳定到充满活力的快速飞跃发展，更具创
用户访问
二、机械总体方案设计的目的和内容
目的
产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显
著，在很大程度上取决于总体方案设计的构思和方案拟定时
的设计思想。 内容
系统功能原理设计 运动规律设计
执行机构型式设计
执行系统的方案设计
执行系统协调设计
机构尺度设计
运动和动力分析
执行系统方案评价与决策
原动机类型的选择和 传动系统的方案设计
草图、技术文件
外观效果模型
方 法 主要指导理论
价值设计 优化设计
可靠性设计 宜人性设计 产品造型设 计 系列化设计 机械性能设 计
工艺性设计
自动化设计
价值工程学
最优化方法、工程 遗传算法
可靠性理论与实验
人机工程学
工业美学
模块化设计、
相似理论
有限元法、动态设 计、摩擦学设计、 高等机构学
机械设计的工艺基 础
并行设计(Concurrent design) 人机工程学(Man-machine engineering，ergonomics) 模态设计(Modal design)
现代设计方法的核心 机械创新设计(Innovative design)
传统设计与现代设计的比较
比较内容
传统设计
现代设计
设计性质 侧重技术
面向功能，将技术、经济和社会 环境因素结合在一起统筹考虑
设计进程
在战略进程和战术步骤上有 随意性
强调设计进程及其步序的模式化
设计手段
计算器、图板加手册的个体 手工作业
充分利用电子计算机进行计算、 自动绘图和数据库管理，集团分 工协作
设计方式
以经验总结、规范依据为主
强调预测与信号分析及创造性的 相互配合
人类设计 经历的阶段
直觉设计阶段 经验设计阶段
依靠个人的才能和经验， 运用一些基本设计计算理 论，借助类比、模拟和试 凑等方法进行设计
半理论半经验 设计阶段
充分利用数据、图表和手册等 进行设计，减少了设计的盲目 性，增加了合理性
(二) 现代设计方法的主要分支 设计方法学(Design methodology) 优化设计(Optimal design) 价值工程(Value engineering) 计算机辅助设计(CAD) 可靠性设计(Reliability design) 工业艺术造型设计(Visual design) 模块化设计(Modular design) 反求工程(Inverse engineering) 有限元法(Finite element method) 机械动态设计(Dynamic design) 相似性设计(Similarity design) 系统化设计(Systematization design)