功能分析法就是将机械产品的总功能分解成若干功能 元(Function element)，然后求解功能元，再将其组合， 得到满足总功能要求的多种解决方案，以供评价选择。
图1 功能分解
例： 半自动平压模切机的工作原理：印刷、包装行业用于压
制纸盒、纸制品的专用设备。该设备可用于对各种规格的纸 板进行压痕、切线。经压痕、切线的纸板在沿切线去掉边料 后，沿压出的压痕可折成各种纸盒、纸箱，亦可对各种高级 精细的纸材凹凸痕，压制成各种富有立体感的精美凸凹商标 或印刷品。
运
程大小和工作速度。
动
停歇单向直线 ——每次进给量的大小。
形
沿固定曲线运动
式 曲线运动
沿可变曲线运动
复合运动 ——由两个以上单一运动合成
2、各执行构件间运动的协调配合和机械的工作循环图 1）各执行构件间运动的协调配合关系 a)运动彼此独立无需协调配合： 外圆磨床的砂轮和工件的两个运动彼此独立。故应 为每个运动单独设计各自的运动链。
如立式钻的方案:
一个执行构件
2)执行构件的运动形式和运动参数
连续回转 每分钟转数 rpm
回转运动 间歇回转 每分钟转位次数、转角大小、运动系数
执
往复摆动
每分钟摆动次数、转角大小、行 程速比系数
行 构
往复直线 每分钟行程数目、大小、行程速比系数
件 直线运动 停歇往复直线 每循环停歇次数、位置、时间、行
解 功能元
A
表1 执行机构功能形态学矩阵
1
连杆机构
2
凸轮机构
3
齿轮机构
4
蜗轮蜗杆 机构
5
螺旋机构
锥齿轮机 摩擦轮机
B
构
构
连杆机构 凸轮机构 螺旋机构 齿轮齿条 摩擦轮机
C
机构
构
矩阵中的三个功能元可选不同的解，模切功能由三个 功能元组成，故也有多个解。
图6 基本功能结构图
将各分功能 分析完，整合 总功能的结构
拟定机械的功能原理
执行机构的型式设计
执行系统的协调设计
执行机构的尺度设计
方案的评价与决策
图1 设计流程
四、基本理论和方法
(一) 功能原理设计
1. 功能分析 功能分析法(Function analysis)是系统设计中拟定功能 原理方案的主要方法。
一 台 机 器 所 能 完 成 的 功 能 ， 称 为 机 器 的 总 功 能 ( To t a l function)。
需要创新
创新的类型： ❖ 变参数设计－－齿轮设计； ❖ 改进型设计－－由尖顶从动件变为滚子从动件； ❖ 开发性设计。
二、机械原理课程设计的必要性
1. 检验知识的掌握程度； 2. 市场竞争的需要； 3. 为机械创新设计做准备。
三 机械传动系统的方案设计
机械传动系统：
由若干种不同机构组合而成，能实现机械工艺过程 所需运动的系统。
总功能
半自动平压模切
分功能 模切机构
走纸机构
定位夹紧机构
图3 半自动平压模切机功能分解
2. 功能求解 ⑴ 根据机构的基本功能，归纳整理为功能元。
半自动平压模切
模切机构
走纸机构
定位夹紧机构
原动件的动 力从哪里来？ 即原动机是什
么？
运动如何从原动件传递 到各执行端？此过程即为整 理功能元及求解的过程
根据各基本动作或功能的要求，选择或创造合适 的机构型式来实现这些动作的工作过程，称为执行机 构的型式设计，又称为机构的型综合。
在进行机构形式设计时，除应满足基本功能所要求的 运动形式或运动轨迹外，还应遵循以下几项原则：
1.机构尽可能简单 2.具有较好的动力学特性 3.机构安全可靠
１、执行构件的运动设计 1)执行构件的数目 取决于机械分功能或分动作的多少，两者不一 定相等，要具体分析确定。
砂轮 砂轮架
工件
b)动作协调配合：
图示冲床的两个执行构件中，要求： ▲送料构件将原料送入模孔上方后，冲头才可进入模孔进 行冲压；
▲当冲头上移一段距离后，才能进行下次送料动作。
c)各执行构件运动速度的协调配合： 范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。
对于有运动协调配合 要求的构件，往往采用 以一台原动机， 通过传 动系统分配运动，实现 协调动作。
⑵ 列出功能元解的目录。为了便于设计人员进行 功能原理的构思，可以将有关的功能元解，按一定的 分类排序原则，用矩阵表的形式列出。
⑶ 注意功能求解的技巧
图5 功能分析
图4 基本功能元及符号表示
例：半自动平压模切机的分功能---模切机构的功能求解 假设原动机为电动机，电动机水平放置，凸模、凹模上下布置
凸轮机构
不完全齿轮齿 条机构
不完全齿轮齿 条机构
移动从动 件凸轮机
构
E
槽轮机构 不完全齿轮机 凸轮分度
构
机构
注意： 机械执行系统的功能原理及运动方案设
计的多方案性
为实现同一预定的功能目标，可以选择 不同的功能原理来实现，选用不同的技术原 理来完成。
• 各种剪切机构
（二）执行机构的型式设计与系统的协调
图2 半自动平压模切机工作原理
则半自动平压模切机的模切机构应具备以下3个基本功能 元： 1. 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 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. 运动形式变换功能：将转动变换为往复移动
4. 根据以上分析，可构思出如下功能－技术矩阵
图7 半自动平压模切机的执行系统设计方案
减速 运动分支 轴平移
A
B
模切机构 C
夹紧机构 D
轴平移
走纸机构
E
B
图8 半自动平压模切机运动转换功能框图
解 功能元
A B C
D
表2 平压模切机功能形态学矩阵
1
2
Hale Waihona Puke 345圆柱齿轮 机构
圆柱齿轮 机构
蜗轮蜗杆机构 链传动
带传动 带传动
链传动 摆线针轮 传动
曲柄滑块 机构
机械原理课程设计指导
1)注重多学科知识的综合应用；
2)注重总结与实践经验的积累；
3)充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设 计方法与技巧。
一、 机械原理课程设计的目的
完成指定机械传动系统的方案设计
机械传动系统设计的好坏，对机械系统能 否完成预期的工作任务，以及工作质量的优劣 和产品的竞争力起决定性的作用。
图2 半自动平压模切机工作原理
功能分解
工艺动作分解：
模切机的模切动作包括纸板输送、定位夹紧、纸板停 顿时凹模和凸模加压进行冲压模切，然后将纸板送到收纸 台。
这一系列工艺动作可分解为如下三个执行机构分别完 成的3组工艺动作：
1. 模切机构 在纸板停顿时进行冲压模切 2. 走纸机构 3. 定位夹紧机构