机械的运动方案及机构的创新设计PPT文档格式.ppt

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n（3）技术设计阶段：

进行系统中的零部件尺寸、参数、形状、结构、强度、刚度、精度设计，绘制相应的工作图，编写说明书。

n（4）施工设计阶段：

加工制造工艺的设计，编制工艺文件，工装夹具、模具、刀具的设计及产品装配、调试、检测和试验设计。

华中科技大学杨家军4.1概概述述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。

一、运动方案设计的必备知识为了顺利地进行机械运动方案设计，必须掌握必要的知识和环境信息，必须了解有关学科在实现运动方案设计中所能起到的作用。

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.必须熟悉对设计方案的选择有重要影响的周围环境的信息；

4.充分重视其他学科的技术应用。

华中科技大学杨家军二、运动方案设计的主要步骤二、运动方案设计的主要步骤1.工艺参数的给定及运动参数的确定；

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；

执行构件间运动关系的确定及运动循环图的绘制；

3.动力源的选择及执行机构的确定；

动力源的选择及执行机构的确定；

4.机构的选择及创新性设计；

机构的选择及创新性设计；

5.方案的比较与决策。

方案的比较与决策。

2原动机、传动机构和执行机构的类型和选择原动机、传动机构和执行机构的类型和选择一、原动机的类型及应用一、原动机的类型及应用原动机的动力源主要有电、液及气三种。

原动机的动力源主要有电、液及气三种。

电电动动机机是是最最常常用用的的原原动动机机，交交流流异异步步电电动动机机、直直流流电电动动机机、交交流流伺伺服服电电动动机机、直直流流伺伺服服电电动动机机及及步步进进电电动动机机等等均均有有广广泛泛的的应用。

应用。

液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。

气马达及气缸则是主要的气压原动机。

华中科技大学杨家军二、传动机构的类型及功用二、传动机构的类型及功用常用的传动机构有：

常用的传动机构有：

1.齿轮机构齿轮机构齿齿轮轮机机构构应应用用在在中中心心距距较较小小，传传动动精精度度较较高高，各各种种不不同同传递动力范围的场合。

传递动力范围的场合。

2.螺旋机构螺旋机构在在许许多多机机械械设设备备中中大大量量应应用用着着螺螺旋旋机机构构（又又称称丝丝杠杠传传动动），它主要用于将回转运动转变为直线运动。

，它主要用于将回转运动转变为直线运动。

3.带传动与链传动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。

带传动及链传动多用于中心距较大的传动。

4.连杆机构连杆机构连杆机构在机械设备及日常生活中有大量应用。

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。

凸轮机构。

由由于于凸凸轮轮机机构构是是高高副副接接触触，决决定定了了这这种种机机构构主主要要用用于于传传递运动。

递运动。

华中科技大学杨家军三、执行机构的运动类型及典型机构三、执行机构的运动类型及典型机构机机器器中中最最接接近近被被作作业业工工件件一一端端的的机机构构称称为为执执行行机机构构。

执执行行机机构构中中接接触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。

工件或执行终端运动的构件称为执行构件。

执执行行机机构构的的运运动动分分为为直直线线运运动动、回回转转运运动动、任任意意轨轨迹迹运运动动、点点到到点点的的运运动动及及位位到到位位的的运运动动等等主主要要五五种种运运动动形形式式。

实实现现不不同同运运动动形形式式的的典典型型机机构构主主要有：

要有：

1.直线运动的机构直线运动的机构1）齿轮齿轮-齿条机构齿条机构齿轮的正、反向回转可以使齿条做往复直线运动齿轮的正、反向回转可以使齿条做往复直线运动2）螺旋机构螺旋机构丝杠的回转可以使螺母实现往复直线运动丝杠的回转可以使螺母实现往复直线运动3）曲柄滑块机构曲柄滑块机构当曲柄连续回转时，滑块可做往复直线运动当曲柄连续回转时，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）有特定尺寸的四杆机构（连杆曲线在某一区段的直线运动）当当四四杆杆机机构构中中的的杆杆件件尺尺寸寸满满足足BC=CD=CM=2.5AB，AD=2AB时时，曲曲柄连续回转，则连杆上的柄连续回转，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）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。

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。

华中科技大学杨家军2.回转运动的机构回转运动的机构1）齿轮传动机构齿轮传动机构2）双曲柄机构双曲柄机构一曲柄回转可带动另一曲柄做等速或不等速回转运动一曲柄回转可带动另一曲柄做等速或不等速回转运动3）链传动及带传动链传动及带传动可以实现较长距离的回转运动可以实现较长距离的回转运动3.任意轨迹运动的机构任意轨迹运动的机构1）四杆机构（连杆曲线）四杆机构（连杆曲线）四杆机构的连杆上的每一点均可以实现一定的封闭运动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轨迹2）开式链机构开式链机构任何开式链机构上的端点都可以实现一定的运动轨迹，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。

工业机器人操作机大多是由开链机构组成的。

华中科技大学杨家军4.点到点的运动机构点到点的运动机构1）曲柄滑块机构曲柄滑块机构合合理理的的设设计计曲曲柄柄滑滑块块机机构构的的尺尺寸寸，可可以以实实现现滑滑块块的的点点到到点点的运动的运动2）凸轮机构凸轮机构摆动从动件凸轮机构及直动从动件凸轮机构均可实现点到摆动从动件凸轮机构及直动从动件凸轮机构均可实现点到点的运动点的运动5.位到位的运动机构位到位的运动机构在在四四杆杆机机构构应应用用中中，连连杆杆及及摇摇杆杆占占据据空空间间两两个个及及两两个个以以上上位置的情况随处可见，如：

位置的情况随处可见，如：

1）热处理炉炉门开闭机构热处理炉炉门开闭机构炉门可以占据开启和闭合两个位置炉门可以占据开启和闭合两个位置2）飞机起落架机构飞机起落架机构起落架可以使轮子占据收起和放下两个位置起落架可以使轮子占据收起和放下两个位置华中科技大学杨家军3机械运动方案的设计机械运动方案的设计机机械械的的运运动动方方案案设设计计包包括括从从原原动动机机传传动动机机构构执执行行机机构构的的整整个个系系统统的的设计，其结果是给出一份设计，其结果是给出一份满足运动性能要求的运动简图满足运动性能要求的运动简图。

一、工艺参数的给定及原动机的选择一、工艺参数的给定及原动机的选择在在概概述述中中对对牛牛头头刨刨床床的的运运动动方方案案设设计计已已给给出出了了主主要要的的工工艺艺参参数数运运动动参参数数，以以及及由由此此而而确确定定的的力力参参数数。

切切削削力力的的大大小小影影响响着着机机构构的的选选取取，因因为为某某些些机机构构无无法法承承受受大大的的作作用用力力。

运运动动参参数数应应包包括括运运动动形形式式（直直线线运运动动、回回转转运运动动、曲曲线线运运动动）、运运动动特特点点（连连续续式式、间间歇歇式式、往往复复式式）、运运动动范范围围（极极限限尺尺寸寸、转转角角及及位位移移）、运运动动速速度度（等等速速、不不等等速速）等等。

运运动动参参数数是是由由机机械械的的工工艺艺要要求求决决定定的的。

力力的的参参数数，如如牛牛头头刨刨床床中中的的切切削削力力的的大大小小，锻锻压压机机械械中中压压头头的的压压力力大大小小等等都都是是由由机机械械的的工工艺艺要要求求决决定定的的。

有有时时，某某些些参参数数需需由由设设计计者者计算得到。

计算得到。

根根据据运运动动参参数数，参参考考力力的的参参数数，考考虑虑粗粗略略的的、大大致致的的传传动动方方案案（注注意意对对传传动动精精度度的的要要求求），比比较较其其繁繁简简，并并依依据据现现有有条条件件，综综合合选选择择原原动动机机的的类类型型。

一一般般地地说说，应应首首选选电电动动机机，但但也也并并非非尽尽然然。

在在满满足足工工作作性性能能要要求求、现现场场允允许许的条件下，的条件下，有时也用液压或气压驱动源有时也用液压或气压驱动源。

原原动动机机的的不不同同选选择择对对机机械械传传动动系系统统的的设设计计、组组成成的的繁繁简简以以及及性性能能的的优优劣劣都有着重要的影响。

都有着重要的影响。

华中科技大学杨家军二、执行机构的运动协调与运动循环图二、执行机构的运动协调与运动循环图多多数数机机器器不不只只有有一一个个执执行行构构件件，往往往往是是许许多多执执行行构构件件协协调调工工作作以以完完成成同同一一任任务务。

运运动动循循环环图图即即可可表表示示出出各各执执行行机机构构间间的的时时序序协协调调关关系系。

另另一一种种情情况况是是，某某些些机机械械的的多多个个执执行行构构件件在在完完成成同同一一任任务务时时，需需有有准准确确而而协协调调的的运运动动时时间间和和运运动动顺顺序序的的安安排排，以以防防止止出出现现某某一一执执行行构构件件工工作作不不到到位位或或两两个个以以上上执执行行构件在同一空间发生干涉。

构件在同一空间发生干涉。

牛牛头头刨刨床床的的三三种种运运动动循循环环图图：

直直线线式式运运动动循循环环图图，圆圆周周式式运运动动循循环环图图及及直角坐标式运动循环图。

直角坐标式运动循环图。

华中科技大学杨家军三、机械运动方案设计的一般原则三、机械运动方案设计的一般原则1.传动链应尽可能短；

传动链应尽可能短；

2.机械效率应尽可能高；

机械效率应尽可能高；

3.传动比的分配应尽可能合理；

传动比的分配应尽可能合理；

4.传动机构的顺序安排应尽可能恰当；

传动机构的顺序安排应尽可能恰当；

5.机械的安全运转必须保证。

机械的安全运转必须保证。

四、机械运动方案的评价四、机械运动方案的评价实实现现同同一一工工作作任任务务，且且满满足足工工艺艺要要求求和和性性能能指指标标时时，可可以以设设计计出出多多种种机机械械运运动动方方案案来来。

必必须须再再经经过过充充分分的的、细细致致的的分分析析比比较较，以以决决定定取取舍舍。

最最后后保保留留的的设设计计方方案案应应是是最最优优方方案案。

每每一一部部机机器器都都是是由由原原动动机机，执执行行机机构构及及传传动动机机构构组组成成的的，因因此此需需分分别别对对原原动动机机及及各各机机构构进进行行评评价价，然然后后经经综综合合可可获获得得对对一一部机器整机的评价。

建立评价体系是量化评价的方法之一。

部机器整机的评价。

评价体系可将机构评价指标划分为五大类型，它们是评价体系可将机构评价指标划分为五大类型，它们是:

（1）机构的功能机构的功能;

（2）机构的工作性能机构的工作性能;

（3）机构