13.4.2 执行系统协调设计的方法
工程实际中的大多数机械的工作都是周期性的， 即经过一定的时间间隔后，各执行构件的位移、速 度和加速度等运动参数就周期性的重复。
1.协调设计的步骤
• 确定机械的工作循环周期； • 确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行 程段及其所需时间； • 确定各执行构件动作间的协调配合关系。
• 圆周式
• 直角坐标式
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13.5 方案评价与决策
1. 方案评价的意义
• 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。
• 由于工作原理、工艺动作分解方法及机构型式的
不同，会形成多种设计方案。方案评价的目的在
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2．按照动作功能分解与组合原理及型机构选型 任何一个复杂的执行机构都可以认为是由一些 基本机构组成的，这些基本机构具有如下基本功能：
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• 动作功能分解组合原理
总体功能可以分解成若干分功能：
U=(Ui) i=1,2,…,m
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转动副代替移动副实例
• 近似直线导向机构
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5. 考虑动力源的形式 • 选择合适的动力源，有利于简化机构结构和改善 机械性能。 例：执行构件作等速往复直线运动
需要单独的电动机和传动 机构驱动原动件，且采用 连杆机构把转动变为执行 机构的等速往复直线运动， 结构复杂。
的工作原理；
• 不同的工作原理需要不同的工艺动作，这
样所设计出的机械在工作性能、工作品质
和适用场合等方面都会有很大的差别。
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13.3.2 执行系统的运动规律设计
工艺动作分解和运动方案选择
工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作
分解的方法不同，形成的运动方案也相同。
总体方案设计
设计目标
创新的关键
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13.2 机械总体方案设计
（1）执行系统的方案设计 • 执行系统的功能原理设计 • 运动规律设计 • 执行机构的型式设计 • 执行系统的协调设计
• 执行系统的方案评价与决策
（2）原动机类型的选择
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13.2机械总体方案设计
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精锻机主机构选型举例
• 总体功能
当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出
较高精度的毛坯。根据空间条件，驱动轴必须水平
布置，加压执行构件沿铅垂方向移动。试构思该执
行机构的若干方案。
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•
动作功能分解
(1) 运动形式变换功能：将驱动轴的转动变换为冲 头的移动； (2) 运动轴线变向功能 将水平轴运动变换为铅垂方 向运动； (3) 运动位移或速度缩小功能 减小位移量（或速 度），以实现增力要求。
不Байду номын сангаас省去了传动机构，而且 一个动力源可以驱动多个执 行机构，机构简单紧凑，反 向时运转平稳，易于调节移 动速度。
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6. 使执行系统具有良好的传力条件和动力特性
设计时，应注意选用具有最大传动角、最大增
力系数和最高效率的机构，这样可以减小主动轴上
的力矩和原动机的功率及机构的尺寸和重量；应尽
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• 内孔加工
车床
钻床
拉床 镗床
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总结
• 同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，工 艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律和运 动方案也相同，它们很大程度上决定了机械的特
点、性能和复杂程度。 • 在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综合 考虑各方面的因素，根据实际情况对各种运动规 律和运动方案加以认真分析和比较，从中选出最 佳方案。
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举例：
自动送料板装置的功能原理设计 • 机械推拉原理 • 摩擦传动原理(摩擦板)
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• 摩擦传动原理(摩擦轮)
• 气吸原理(顶吸法)
• 气吸原理(底吸法)
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总结
• 实现某种预期的要求，可以采用多种不同
（3）传动系统的方案设计 • • • • 传动类型的选择 传动路线的选择 传动链中机构顺序的安排 各级传动比的分配 （5）其它辅助系统的设计 • 润滑系统 • 冷却系统 • 故障监测系统 • 安全保护系统 • 照明系统
（4）控制系统的方案设计
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13.3 执行系统方案设计
量避免采用虚约束；高速运转机构应考虑平衡设计 等。
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7 . 使机械具有调节某些运动参数的能力
• 具有调节滑块最大行程功能的机构
摆杆 1 可绕铰链转动，它 所处的位置不同，滑块的 最大行程也随之变化。摆 杆 1 调到合适的位置后锁 紧，则机构只有一个自由 度。此时滑块 2 在 1 上上下 滑动。
3．顶杆的往复运动
2．轮盘的间歇转动
4．定量泵活塞的往复运动
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计算各行程区段所需时间
• 确定各执行构件动作间的协调配合关系
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• 冷霜自动灌装机各执行机构协调配合的完 整的执行系统
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13.4.3 机械运动循环图
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13.3.4 执行机构的型式设计
执行机构型式设计的原则 1.满足执行构件的工艺动作和运动要求
运动形式、运动规律和运动轨迹
2. 尽量简化和缩短运动链
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精确直线导向机构
近似直线导向机构
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冲压机：保证曲柄转速不变 简化结构 减轻重量
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机构的构型
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13.4执行系统的协调设计
13.4.1 执行系统协调设计的原则 当根据生产工艺要求确定了机械的工作原理和 各执行机构的运动规律、并确定了各执行机构的型
式及驱动方式后，还必须将各执行机构统一于一个
整体，形成一个完整的执行系统，使这些机构以一 定的次序协调工作，互相配合，以完成机械预定的 功能和生产过程—执行系统的协调设计。 满足各执行机构动作先后的顺序性要求；
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第13章 机械系统方案的设计
13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 机械产品的设计过程 机械总体方案设计 执行系统方案设计 执行系统的协调设计 方案评价与决策 机械传动系统的方案设计
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13.1 机械产品的设计过程
机械新产品的开发设计过程：
1）初期规划设计阶段
2）总体方案设计阶段
3）结构技术设计阶段
4）生产施工设计阶段
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13.1 机械产品的设计过程
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13.1 机械产品的设计过程
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13.1 机械产品的设计过程
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• 方案 3 先由曲柄滑块机构实现运动大 小变换功能，再采用摆杆滑块机构 将水平轴运动变换为铅垂方向的移 动并实现运动大小变换功能。
特点：经过两次运动大小变换，具有较大的力。 缺点：系统刚度较差。
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• 方案 4 先由摩擦轮机构将水平 轴转动变换为铅垂轴转动， 再采用螺旋机构将转动变换 为往复移动并实现运动大小 变换功能。 特点：螺旋机构具有很好的运动大小变换功能， 可产生很大的锻压力。
13.1 机械产品的设计过程
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13.1 机械产品的设计过程
工艺设计
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13.2机械总体方案设计
仿照设计： •往往忽略初期规划设计阶段的作用 •往往忽略总体方案设计阶段的作用
产品开发：
初期规划设计
可行性论证 调研
生命力 开发什么产品？ 竞争力
每一个分功能又可以用不同的机构来实现：
Tj=(ti1,ti2,…,tin)
功能-技术矩阵：
j=1,2,…,n
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• 只要在矩阵的每一行任找一个元素，把各行中找 出的机构组合起来，就组成一个能实现总体功能 的方案。 • 在确定了各分功能顺序的前提下方案总数为：
N=nm
• 得到各种方案后，先剔除一些明显不成立的、不 符合要求的方案，然后按照上节所述的原则，筛 选出一些较合理的方案，以供进一步评价。这种 方法有利于利用计算机存储、分析和选择，具有 广阔前景。