機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)(校對(duì)稿)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)參考資料石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)教研室2008年12月目 錄第1章 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)實(shí)施方案11.1機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)與意義11.1.1 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的11.1.2 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)11.1.3 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的意義11.2機(jī)械設(shè)計(jì)的概念和步驟21.2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本概念21.2.2 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容51.2.3 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的方法61.2.4 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的日程安排61.3 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)71.3.1 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的主要內(nèi)容71.3.2 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)注意事項(xiàng)81.3.3 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的封面與圖紙標(biāo)題欄格

2、式8第2章 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)92.1 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的構(gòu)思92.2常用機(jī)構(gòu)的選型102.3運(yùn)動(dòng)分解和功能分解132.4應(yīng)用設(shè)計(jì)目錄進(jìn)行方案設(shè)計(jì)152.5機(jī)構(gòu)的組合192.6機(jī)械運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)及機(jī)器運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的編制212.6.1各執(zhí)行構(gòu)件間的協(xié)調(diào)配合212.6.2 機(jī)械的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖222.6.3 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的設(shè)計(jì)232.6.4 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的設(shè)計(jì)案例242.7 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)價(jià)27第3章 機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的選擇313.1 傳動(dòng)類(lèi)型的選擇313.1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的基本任務(wù)313.1.2 傳動(dòng)類(lèi)型的選擇323.1.3 傳動(dòng)類(lèi)型的分類(lèi)333.2傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比及其分配373.2.1 確定總傳動(dòng)比3

3、73.2.2 傳動(dòng)比的分配原則373.2.3傳動(dòng)系統(tǒng)各級(jí)傳動(dòng)比的最佳分配38機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)運(yùn)作方式及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)40機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)參考題目411第1章 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)實(shí)施方案1.1機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)與意義1.1.1 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是使學(xué)生較全面、系統(tǒng)掌握和深化機(jī)械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)工程實(shí)際中各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)能力的一門(mén)課程。其目的是:(1)使學(xué)生初步了解機(jī)械設(shè)計(jì)的全過(guò)程，受到根據(jù)功能需要擬定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的訓(xùn)練，具備初步的機(jī)構(gòu)選型、組合和確定運(yùn)動(dòng)方案的能力。(2)以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)為

4、結(jié)合點(diǎn)，把機(jī)械原理課程各章的理論和方法融會(huì)貫通起來(lái)，進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)。(3)使學(xué)生掌握機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法、步驟，并對(duì)動(dòng)力分析與設(shè)計(jì)有一個(gè)較完整的概念。(4)進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)算、繪圖以及運(yùn)用計(jì)算機(jī)和技術(shù)資料的能力。(5)通過(guò)編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)、歸納、總結(jié)的能力。(6)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立思考與分析問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。1.1.2 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是:針對(duì)某種簡(jiǎn)單機(jī)器(其工藝動(dòng)作比較簡(jiǎn)單)，按照給定的機(jī)械總功能要求，分解功能，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的選型與組合，設(shè)計(jì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案；對(duì)運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行對(duì)比、評(píng)價(jià)和選擇，畫(huà)出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)

5、簡(jiǎn)圖，制定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；對(duì)選定方案中的連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、其他常用機(jī)構(gòu)和組合機(jī)構(gòu)等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析與尺度綜合；進(jìn)行機(jī)械動(dòng)力分析，設(shè)計(jì)飛輪。1.1.3 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的意義進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，市場(chǎng)愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、價(jià)格低廉、效率高、能耗低的機(jī)械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、水平、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，首要任務(wù)是進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)和構(gòu)思、各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這要求設(shè)計(jì)者綜合應(yīng)用各類(lèi)典型機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)動(dòng)原理、工作特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法及其在系統(tǒng)中的作用等知識(shí)，根據(jù)使用要求和功能分析，選擇合理的工藝動(dòng)作過(guò)程，選用或創(chuàng)新機(jī)

6、構(gòu)型式并巧妙地組合成新的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案，從而設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、性能優(yōu)良、工作可靠、實(shí)用性強(qiáng)的機(jī)械產(chǎn)品。在全球化的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，人類(lèi)將更多地依靠知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新及知識(shí)和技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，來(lái)贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和產(chǎn)品生命力。設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新需要豐富的創(chuàng)造性思維，沒(méi)有創(chuàng)造性的構(gòu)思，就沒(méi)有產(chǎn)品的創(chuàng)新，而機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)合一種簡(jiǎn)單機(jī)器進(jìn)行機(jī)器功能分析、工藝動(dòng)作過(guò)程確定、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案評(píng)定、機(jī)構(gòu)尺度綜合、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)等，使學(xué)生通過(guò)一臺(tái)機(jī)器的完整的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)過(guò)程，進(jìn)一步鞏固、掌握并初步運(yùn)用機(jī)械原理的知識(shí)和理論，對(duì)分析、運(yùn)算、繪圖、文字表達(dá)及技

7、術(shù)資料查詢等諸方面的獨(dú)立工作能力進(jìn)行初步的訓(xùn)練，培養(yǎng)理論與實(shí)際相結(jié)合、應(yīng)用計(jì)算機(jī)完成機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的能力，更為重要的是培養(yǎng)開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新能力。因此，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)在機(jī)械類(lèi)學(xué)生的知識(shí)體系訓(xùn)練中，具有不可替代的重要作用。1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的概念和步驟1.2.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本概念設(shè)計(jì)是人類(lèi)改造自然的基本活動(dòng)之一。設(shè)計(jì)是復(fù)雜的思維過(guò)程，設(shè)計(jì)過(guò)程蘊(yùn)含著創(chuàng)新和發(fā)明。設(shè)計(jì)是將預(yù)定的目標(biāo)，經(jīng)過(guò)一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的信息(文字、數(shù)據(jù)、圖形)，并通過(guò)制造，使之成為產(chǎn)品，滿足人類(lèi)的需要。機(jī)械設(shè)計(jì)(又稱機(jī)械工程設(shè)計(jì))是指設(shè)計(jì)機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置、產(chǎn)品或系統(tǒng)。機(jī)械設(shè)計(jì)包括機(jī)器設(shè)計(jì)與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)器設(shè)計(jì)的對(duì)象是由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置

8、、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和約束運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)組成的機(jī)器。一部機(jī)器必須有某種能量輸入并有效地輸出功，用以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮如何產(chǎn)生或選擇一種特定類(lèi)型的機(jī)構(gòu)，決定構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目與種類(lèi)，確定運(yùn)動(dòng)副之間的構(gòu)件的幾何尺度，以實(shí)現(xiàn)期望的約束運(yùn)動(dòng)。圖1.1所示為機(jī)構(gòu)與機(jī)器的組成關(guān)系。圖1.2解釋了設(shè)計(jì)、機(jī)械(工程)設(shè)計(jì)、機(jī)器設(shè)計(jì)及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的關(guān)系。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，所有問(wèn)題解答的屬性不是綜合的就是分析的。就機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)而言，綜合是指根據(jù)預(yù)期的各種特性來(lái)確定新的機(jī)構(gòu)與機(jī)器的型式、結(jié)構(gòu)和主要運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如各種主要機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)(型綜合)、機(jī)構(gòu)的平衡和機(jī)器速度波動(dòng)調(diào)節(jié)等。分析是指根據(jù)己有機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

9、和主要參數(shù)來(lái)分析機(jī)構(gòu)或所組成機(jī)器的各種特性，如機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、力分析和在已知力作用下機(jī)器的真實(shí)運(yùn)動(dòng)等。綜合是分析的逆問(wèn)題。圖1.3給出機(jī)構(gòu)、機(jī)器設(shè)計(jì)中分析與綜合的關(guān)系。1.2.1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)的類(lèi)型一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械設(shè)計(jì)可分為以下三種類(lèi)型:1.開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)是一種從元到有的全新設(shè)計(jì)，是在既沒(méi)有參考樣機(jī)又沒(méi)有具體設(shè)計(jì)方案參照的情況下，根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理，根據(jù)擬設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的功能要求而進(jìn)行的創(chuàng)造性工作。開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者既有豐富的想像力，又有良好的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；既有敏銳的市場(chǎng)洞察力，又有很強(qiáng)的突破性和創(chuàng)新意識(shí)。2.適應(yīng)性設(shè)計(jì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)是指在總的方案原理基本不變的情況下，對(duì)原有產(chǎn)品

10、進(jìn)行局部變動(dòng)和改進(jìn)，以增加功能，提高性能或降低成本，延長(zhǎng)使用壽命。適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員深刻理解原設(shè)計(jì)原理，跟蹤掌握不斷發(fā)展的高新技術(shù)，了解市場(chǎng)變化的趨勢(shì)，因此適應(yīng)性設(shè)計(jì)并不是簡(jiǎn)單的修補(bǔ)改造，而是對(duì)原設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展和提高。適應(yīng)性設(shè)計(jì)同樣需要具有創(chuàng)造和系統(tǒng)的觀點(diǎn)。3.變型設(shè)計(jì)變型設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過(guò)改變規(guī)格尺寸、速度、力或功率等參數(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行的系列化設(shè)計(jì)或變參數(shù)、變?nèi)萘吭O(shè)計(jì)。1.2.1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程無(wú)論何種機(jī)械產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)進(jìn)程大致都經(jīng)過(guò)以下四個(gè)階段:1.決策階段根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查、需求分析、成本預(yù)測(cè)、可行性論證，確定所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的用途、主要性能參數(shù)，編制設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

11、，明確具體的設(shè)計(jì)要求。2.總體方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行功能分析，通過(guò)創(chuàng)新構(gòu)思、優(yōu)化篩選確定較理想的工作原理;對(duì)選定的工作原理進(jìn)行工藝動(dòng)作構(gòu)思和工藝動(dòng)作分解；對(duì)完成各工藝動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作協(xié)調(diào)分析，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的選型、創(chuàng)新與組合，構(gòu)思出各種可能的運(yùn)動(dòng)方案，并通過(guò)方案評(píng)價(jià)選擇最佳方案;繪制機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；就所選擇的運(yùn)動(dòng)方案，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)；擬定總體方案，進(jìn)行原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)的選擇和基本參數(shù)設(shè)計(jì)；最后還應(yīng)給出總體方案示意圖(現(xiàn)在一般用軸測(cè)圖表示)。3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段將機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖具體轉(zhuǎn)化為各零部件的合理結(jié)構(gòu)及零件工作圖、部件裝配圖和51機(jī)械總裝配圖。具體

12、來(lái)說(shuō)就是，根據(jù)總體方案從加工工藝、裝配工藝、包裝運(yùn)輸及人機(jī)工程、造型美學(xué)、消費(fèi)心理等出發(fā)，確定各零部件的相對(duì)位置、結(jié)構(gòu)形狀及連接方式；根據(jù)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)及強(qiáng)度和剛度計(jì)算，選擇零件材料、熱處理方法和要求，確定零件尺寸、公差、精度及制造安裝的技術(shù)條件等；繪制總裝配圖、部件裝配圖、零件工作圖并起草設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，完成全部有關(guān)技術(shù)文件。4.改進(jìn)設(shè)計(jì)階段針對(duì)生產(chǎn)加工、樣機(jī)調(diào)試、性能測(cè)試、專(zhuān)家鑒定及用戶使用中暴露出的各種問(wèn)題或缺陷，做出相應(yīng)的技術(shù)修改便之進(jìn)一步完善，從而確保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，并進(jìn)一步提高產(chǎn)品的效能、可靠性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，使產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力和生命力。圖1.4對(duì)前三階段的機(jī)械設(shè)計(jì)步驟做了更詳細(xì)的描述

13、。經(jīng)過(guò)上述四個(gè)階段，機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)初步完成。由于機(jī)械原理課程研究的范疇所限，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)著重在第二階段，即機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案、運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的設(shè)計(jì)方面，使學(xué)生得到初步訓(xùn)練。1.2.2 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：1.機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)。主要任務(wù)是完成一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)械的總體運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)。首先進(jìn)行機(jī)構(gòu)的型綜合，即正確地選定機(jī)構(gòu)類(lèi)型。要求學(xué)生從各個(gè)常用機(jī)構(gòu)中選擇2至3種(或部分創(chuàng)新)適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)并進(jìn)行合理地組合，以實(shí)現(xiàn)所需求的運(yùn)動(dòng)。2.按照傳動(dòng)比以及其他設(shè)計(jì)要求，確定簡(jiǎn)單機(jī)械的總體尺寸，計(jì)算各級(jí)傳動(dòng)比，給出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的初選尺寸。3.繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，編制機(jī)器運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。4對(duì)所

14、選用的2至3種常用機(jī)構(gòu)(一般為平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)與齒輪機(jī)構(gòu))進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)即具體機(jī)構(gòu)的尺度綜合，求出機(jī)構(gòu)的主要尺寸。繪制凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。5.據(jù)此對(duì)上述機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，繪制平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖，或進(jìn)一步進(jìn)行動(dòng)力分析與飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定，繪制機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力分析圖。6.編寫(xiě)3千字左右的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。7要求部分學(xué)生繪制凸輪零件圖紙，并在數(shù)控機(jī)床上加T一個(gè)凸輪;或用二維(三維)動(dòng)畫(huà)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的合理性;或用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的合理性。1.2.3機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的方法機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的方法可分為三大類(lèi)。1.圖解法運(yùn)用某些兒何關(guān)系式或已知條件等，通過(guò)幾何作圖求得結(jié)果，所需尺寸可直接從圖上量取(

15、必須嚴(yán)格按比例作圖)。其優(yōu)點(diǎn)是可以將分析或設(shè)計(jì)結(jié)果清晰地表現(xiàn)在圖樣上，直觀形象，便于檢查結(jié)果正確與否。其缺點(diǎn)是作圖繁瑣，精度不高，不適用對(duì)精度要求比較高或較復(fù)雜的問(wèn)題。2.解析法以機(jī)構(gòu)參數(shù)來(lái)表達(dá)各構(gòu)件間的函數(shù)關(guān)系，建立機(jī)構(gòu)的位置方程或機(jī)構(gòu)的封閉環(huán)路方程，建立求解未知量的解析式，并借助計(jì)算機(jī)迅速獲得計(jì)算結(jié)果。這種方法計(jì)算精度較高，能解決較復(fù)雜的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，這種方法已得到廣泛應(yīng)用。3.實(shí)驗(yàn)法通過(guò)搭建模型、計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示與仿真、CAD/CAM等，使設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品、機(jī)構(gòu)、零件得以實(shí)現(xiàn)，不僅驗(yàn)證設(shè)計(jì)的效果，還培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力。模型實(shí)現(xiàn)可以使用"慧魚(yú)"

16、;創(chuàng)意組合模型以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案拼接模型(機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置)完成。圖解法與解析法、實(shí)驗(yàn)法是互為補(bǔ)充的關(guān)系，可在滿足機(jī)械設(shè)計(jì)精度要求的前提下選用或并用，使設(shè)計(jì)工作做到又快又好。工程實(shí)際要求機(jī)械設(shè)計(jì)人員熟練地掌握這些方法，在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中提倡圖解法與解析法并存，有條件的學(xué)?？稍佥o以實(shí)驗(yàn)法。1.2.4機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的日程安排機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的日程安排參照表1.1執(zhí)行。1.3 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)1.3.1 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的主要內(nèi)容課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是技術(shù)說(shuō)明書(shū)的一種，每個(gè)學(xué)生畢業(yè)后都將接觸實(shí)際技術(shù)工作，都要會(huì)寫(xiě)技術(shù)報(bào)告、可行性論證報(bào)告、產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)等文件。因此學(xué)生在校期間應(yīng)受到這方面的訓(xùn)練，掌

17、握這一基本技能。編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)的總結(jié)，內(nèi)容大致包括:(1)設(shè)計(jì)題目(包括設(shè)計(jì)條件和要求)。(2)原動(dòng)機(jī)的選擇（選作）。(3)傳動(dòng)比的分配。(4)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇與比較。(5)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與比較。(6)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的擬定與比較。(7)機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖或進(jìn)一步繪制的運(yùn)動(dòng)方案布置圖。(8)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。(9)所選機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析線圖、凸輪設(shè)計(jì)圖紙。(10)所選機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分析與設(shè)計(jì)及動(dòng)力分析圖(選作)。(11)設(shè)計(jì)所用方法及其原理的簡(jiǎn)要說(shuō)明。(12)必要的計(jì)算公式或所調(diào)用的程序名（選作）。(13)如有自編的主程序、子程序，應(yīng)繪制編程框圖，打印出自編的全部程序

18、，對(duì)程序中的符號(hào)、變量作出說(shuō)明，并列出數(shù)學(xué)模型中的符號(hào)與程序中符號(hào)的對(duì)照表（選作）。(14)用表格列出計(jì)算結(jié)果，使用計(jì)算機(jī)或人工繪制主要的曲線圖。(15)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析討論。(16)主要參考資料。上述內(nèi)容包括了機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇與設(shè)計(jì)(機(jī)構(gòu)選型及其組合)、機(jī)械的運(yùn)動(dòng)分析與設(shè)計(jì)、機(jī)械的動(dòng)力分析與設(shè)計(jì)三部分訓(xùn)練內(nèi)容。1.3.2 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)注意事項(xiàng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)時(shí)應(yīng)注意：1說(shuō)明書(shū)一般建議用A4紙打印或手寫(xiě)，要求文句通順，步驟清楚，敘述簡(jiǎn)明。通過(guò)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)，學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、繪制圖表和簡(jiǎn)圖、用工程術(shù)語(yǔ)表達(dá)設(shè)計(jì)成果的方法。2. 說(shuō)明書(shū)包括封面、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、附錄(圖紙

19、、計(jì)算程序等)并裝訂成冊(cè)。3. 說(shuō)明書(shū)中所用的公式和數(shù)據(jù)應(yīng)說(shuō)明來(lái)源，參考資料應(yīng)編號(hào)。4. 說(shuō)明書(shū)中每一自成單元的內(nèi)容都應(yīng)有大小標(biāo)題，使其醒目突出，且編有頁(yè)碼。5. 說(shuō)明書(shū)中應(yīng)附有相應(yīng)的圖紙和計(jì)算程序。圖紙的數(shù)量要達(dá)到規(guī)定的要求并作圖準(zhǔn)確，布圖勻稱，圖面整潔，線條、尺寸標(biāo)注符合制圖標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，有條件的高校提倡用計(jì)算機(jī)繪圖。1.3.3 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的封面與圖紙標(biāo)題欄格式設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)封面格式見(jiàn)圖1.5，圖紙標(biāo)題欄格式見(jiàn)圖1.6。第2章 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.1 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的構(gòu)思在多數(shù)情況下，機(jī)械不只由某一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)所組成，而是由多種機(jī)構(gòu)組成的系統(tǒng)，這些機(jī)構(gòu)彼此協(xié)調(diào)配合以實(shí)現(xiàn)該機(jī)器的特定任務(wù)。

20、圖2.1所示為自動(dòng)傳送裝置，包含帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)等。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)上述各機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)而使滑桿左移時(shí)，滑桿的夾持器的動(dòng)爪和定爪將工件夾住。而當(dāng)滑桿帶著工件向右移動(dòng)到一定位置時(shí)(如圖2.1b所示)，夾持器的動(dòng)爪受擋塊的壓迫將工件松開(kāi)，于是工件落于載送器中被送到下道工序。又如圖2.2所示的鉚釘自動(dòng)冷墩機(jī)(其中電動(dòng)機(jī)及其帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)部分末示出)，其任務(wù)是生產(chǎn)鉚釘。金屬絲料經(jīng)過(guò)校直機(jī)構(gòu)(帶槽滾輪)、送料機(jī)構(gòu)(滾輪及連桿機(jī)構(gòu))到達(dá)定模座，然后由切料和轉(zhuǎn)送機(jī)構(gòu)(移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu))將料切斷并送到另一位置，接著由墩鍛機(jī)構(gòu)(曲柄滑塊機(jī)構(gòu))的主滑塊墩出鉚釘頭，最后脫模機(jī)構(gòu)(鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

21、)將鉚釘從定模座中推出。設(shè)計(jì)新機(jī)器時(shí)，完整的設(shè)計(jì)過(guò)程包括運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、動(dòng)力設(shè)計(jì)和強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首要的問(wèn)題是運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，或稱運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，它一般包括:根據(jù)機(jī)械的用途確定機(jī)圖 2.2 鉚釘自動(dòng)冷墩機(jī)械所要求的動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)變換形式及動(dòng)規(guī)律等，由此選用常用機(jī)構(gòu)或設(shè)計(jì)新的機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)要求；選定原動(dòng)件；用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)把原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)；確定原動(dòng)件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)。運(yùn)動(dòng)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)劣成敗將直接影響機(jī)械的使用效果、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)程度、產(chǎn)品的成本高低，運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)如圖2.3所示，具體步驟是:(1)功能分解。將給出的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)要求以及外部約束條件，分解成基本運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作及其限制條件。(2)機(jī)構(gòu)選用。選定完成這

22、些運(yùn)動(dòng)或功能的相應(yīng)的常用機(jī)構(gòu)。(3)機(jī)構(gòu)組合。合成各個(gè)基本運(yùn)動(dòng)，得到不同的合成方案，再按合成方案，根據(jù)不同的組合。便可得到若干種機(jī)械運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案。(4)方案評(píng)價(jià)。對(duì)這些方案進(jìn)行性能分析與評(píng)價(jià)，以選擇一到兩種較為滿意的方案。(5)尺度綜合。對(duì)初選的方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定其運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，上述各步驟往往是平行、交叉或反饋進(jìn)行的。2.2常用機(jī)構(gòu)的選型機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)思路大致有兩類(lèi):一類(lèi)是發(fā)明、設(shè)計(jì)新的機(jī)構(gòu)，另一類(lèi)為選用常用機(jī)構(gòu)，并將它們按某種方式組合起來(lái)。本節(jié)介紹第二種方法。常用機(jī)構(gòu)既包括簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)，如普通型式的齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)及槽輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)，也包括組合機(jī)構(gòu)，如齒輪連

23、桿機(jī)構(gòu)、凸輪連桿機(jī)構(gòu)等。常用機(jī)構(gòu)在技術(shù)上比較成熟，應(yīng)用范圍較廣，人們對(duì)其性能與優(yōu)缺點(diǎn)比較了解，在設(shè)計(jì)與制造上比較有經(jīng)驗(yàn)。優(yōu)先選用常用機(jī)構(gòu)，有利于提高設(shè)計(jì)的可靠性。選用常用機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)時(shí)，必然牽涉到機(jī)構(gòu)的選擇問(wèn)題。由于機(jī)械的功能是千差萬(wàn)別的，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)規(guī)律也是多種多樣的，而實(shí)現(xiàn)同一功能的機(jī)構(gòu)又有許種，所以機(jī)構(gòu)的選型是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，通常需要綜合考慮執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式(回轉(zhuǎn)、單向間運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)等)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)功能(變傳動(dòng)比、定傳動(dòng)比等)。表2.1、表2.2對(duì)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性及其基本功能作了概括的分析與比較，供選型時(shí)參考。表2.1 變傳動(dòng)比常用機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用類(lèi) 型特 點(diǎn)

24、應(yīng) 用連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，工作可靠，傳動(dòng)距離較遠(yuǎn)，傳遞載荷較大，可實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但不易獲得勻速運(yùn)動(dòng)或其他任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，傳動(dòng)不平穩(wěn)，沖擊與振動(dòng)較大.用于從動(dòng)件行程較大或承受重載的工作場(chǎng)合，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、擺動(dòng)等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡.凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，可獲得任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但動(dòng)載荷較大，傳動(dòng)效率較低。用于從動(dòng)件行程較小和載荷不大以及要求特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的場(chǎng)合非圓齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，從動(dòng)件可實(shí)現(xiàn)任意轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律，但齒輪制造較困難用于從動(dòng)件作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)和要求有特殊運(yùn)動(dòng)規(guī)律的場(chǎng)合棘輪間歇機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從動(dòng)件可獲得較小角度的可調(diào)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，但傳動(dòng)不平穩(wěn)，沖擊很大多用于進(jìn)給系統(tǒng)，以

25、實(shí)現(xiàn)送進(jìn)、轉(zhuǎn)位、分度、超越等凸輪式間歇機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)載荷較小，從動(dòng)件可實(shí)現(xiàn)任何預(yù)期的單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，但凸輪制造困難適用作高速分度機(jī)構(gòu)或自動(dòng)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，從動(dòng)件可實(shí)現(xiàn)較大范圍的單向間歇傳動(dòng)，但嚙合開(kāi)始和終止時(shí)有沖擊，傳動(dòng)不平穩(wěn)多用作輕工機(jī)械的間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)槽輪間歇機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從動(dòng)件轉(zhuǎn)位較平穩(wěn)，而且可實(shí)現(xiàn)任意等時(shí)的單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，但當(dāng)撥盤(pán)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，動(dòng)載荷較大常用作自動(dòng)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，特別適用于轉(zhuǎn)位角度在45。以上的低速傳動(dòng)表2.2 定傳動(dòng)比常用機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用類(lèi)型特點(diǎn)應(yīng)用螺旋機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲，減速比大;可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)與直線移動(dòng)互換;滑動(dòng)螺旋可做成自鎖螺旋機(jī)構(gòu);工作速

26、度一般很低，只適用于小功率傳動(dòng)多用于要求微動(dòng)或增力的場(chǎng)合，如機(jī)床夾具以及儀器、儀表;還用于將螺母的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁輻U的直線運(yùn)動(dòng)的裝置摩擦輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲，有過(guò)載保護(hù)作用;軸和軸承受力較大，工作表面有滑動(dòng)，而且磨損較快;高速傳動(dòng)時(shí)壽命較低用于儀器及手動(dòng)裝置以傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圓柱齒輪機(jī)構(gòu)載荷和速度的許用范圍大，傳動(dòng)比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安裝精度要求較高，精度低時(shí)傳動(dòng)噪聲較大，無(wú)過(guò)載保護(hù)作用。斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)，但在傳動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生軸向力，使用時(shí)必須安裝推力軸承或向心推力軸承廣泛應(yīng)用于各種傳動(dòng)系統(tǒng)，傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速或增速、變速以及換向等圓錐齒輪機(jī)構(gòu)用來(lái)傳遞兩

27、相交軸的運(yùn)動(dòng)。直齒圓錐齒輪傳遞的圓周速度較低，曲齒用于圓周速度較高的場(chǎng)合用于減速、轉(zhuǎn)換軸線方向以及反向的場(chǎng)合，如汽車(chē)、拖拉饑、機(jī)床等螺旋齒輪機(jī)構(gòu)常用于傳遞既不平行義不相交的兩軸之間的運(yùn)動(dòng)，但其齒面間為點(diǎn)嚙合，且沿齒高和齒長(zhǎng)方向均有滑動(dòng)，容易磨損，因此只宜用于輕載傳動(dòng)用于傳遞空間交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，可做成自鎖蝸桿。自鎖蝸桿傳動(dòng)的效率很低，低速傳動(dòng)時(shí)磨損嚴(yán)重，中高速傳動(dòng)的蝸輪齒圈需貴重的減摩材料(如青銅)制造精度要求較高，刀具費(fèi)用昂貴用于大傳動(dòng)比減速裝置(但功率不宜過(guò)大)、增速裝置、分度機(jī)構(gòu)、起重裝置、微調(diào)進(jìn)給裝置、省力的傳動(dòng)裝置行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比大，結(jié)

28、構(gòu)緊湊，工作可靠，制造和安裝精度要求高，其他特點(diǎn)同普通齒輪傳動(dòng)。主要有漸開(kāi)線齒輪、擺線針輪、諧波齒輪三種齒形的行星傳動(dòng)常作為大速比的減速裝置、增速裝置、變速裝置，還可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軸間距離較大，1作平穩(wěn)無(wú)噪聲，能緩沖吸振，摩擦式帶傳動(dòng)有過(guò)載保護(hù)作用。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝要求不高，外廓尺寸較大。摩擦式帶傳動(dòng)有彈性滑動(dòng)，不能用于分度系統(tǒng);摩擦易起電，不宜用于易燃易爆的場(chǎng)合。軸和軸承受力較大，傳動(dòng)帶壽命較短用于傳遞較遠(yuǎn)距離的兩軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軸向距離較大，平均傳動(dòng)比為常數(shù)，鏈條元件間形成的油膜有吸振能力，對(duì)惡劣環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，工作可靠，軸上載荷較小。瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻，高

29、速時(shí)不如帶傳動(dòng)平穩(wěn)。鏈條工作時(shí)因磨損仲長(zhǎng)后容易引起共振，一般需增設(shè)張緊和減振裝置用于傳遞較遠(yuǎn)距離的兩軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力2.3運(yùn)動(dòng)分解和功能分解任何復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)總是可以分解成一些最基本的運(yùn)動(dòng)。這些基本形式有直線移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、連續(xù)運(yùn)動(dòng)、間歇、步進(jìn)等。圖2.4是推薦的基本運(yùn)動(dòng)圖示方法。每一種機(jī)械都有特定的功能要求，這些功能也可以分解成若干基本功能，如傳遞扭矩、改變轉(zhuǎn)速、儲(chǔ)存能量等。根據(jù)功能之間的物理、數(shù)學(xué)、邏輯關(guān)系，規(guī)定了基本功能的表示方法及其相應(yīng)符號(hào)，如圖2.5所示。圖中符號(hào)只描述了基本運(yùn)動(dòng)功能。其實(shí)，當(dāng)輸人量與輸出量為其他物理量時(shí)，這些符號(hào)同樣也是適用的。例如:“形式變換”符號(hào)既可以表示運(yùn)動(dòng)形

30、式的變換(如轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橐苿?dòng))，也可以表示能量變換(如電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能)。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的第一階段，必須仔細(xì)地研究工藝過(guò)程提出的動(dòng)作要求，把復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解成若干基本運(yùn)動(dòng)，并提出該機(jī)械總功能下的各項(xiàng)基本功能要求。這項(xiàng)工作通常稱為功能分析。功能分析的一般辦法是將總功能逐級(jí)分解為子功能、二級(jí)子功能等，其末端是基本功能，然后找出相應(yīng)的基本運(yùn)動(dòng)。表2.3是圖2.2所示鉚釘自動(dòng)冷墩機(jī)的功能分析示例。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分解與功能分析時(shí)，應(yīng)注意以下兩方面問(wèn)題:1.機(jī)械的傳動(dòng)方案與工作原理密切相關(guān)同一種工作，可根據(jù)不同的工作原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)對(duì)工藝方法與動(dòng)作進(jìn)行認(rèn)真的分析，只有在搞清楚工

31、藝動(dòng)作具體要求的基礎(chǔ)上，才能著手?jǐn)M定傳動(dòng)方案。以螺栓的螺紋加工為例，傳統(tǒng)的辦法是在車(chē)床上幾次走刀切削而成(圖2.6a)。如果按這種工藝方法設(shè)計(jì)一臺(tái)切制某種規(guī)格螺紋的專(zhuān)用設(shè)備，其結(jié)構(gòu)雖比普通車(chē)床簡(jiǎn)單，但仍需有工件裝卡和旋轉(zhuǎn)，刀架的縱、橫向工進(jìn)與快迸等動(dòng)作，結(jié)果其結(jié)構(gòu)與普通車(chē)床類(lèi)似而工效提高不多。按復(fù)合運(yùn)動(dòng)原理設(shè)計(jì)的搓絲機(jī)(圖2.6b)，依靠動(dòng)搓絲板和送料板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使機(jī)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，而生產(chǎn)率、工件質(zhì)量和材料利用率都有所提高“對(duì)輥式搓絲機(jī)”(圖2.6c)則把往復(fù)運(yùn)動(dòng)改成單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不但省掉了往復(fù)式搓絲機(jī)的空回程，提高了生產(chǎn)率，而且縮小了機(jī)械的體積。根據(jù)行星機(jī)構(gòu)原理制成的行星搓絲機(jī)(圖2.6d)，

32、使工藝動(dòng)作進(jìn)一步簡(jiǎn)化，成倍地提高了生產(chǎn)率。再以縫紉機(jī)為例。手工操作用的縫針針孔在針尾。在發(fā)明縫紉機(jī)時(shí)，開(kāi)始也是把針孔安排在針尾，結(jié)果屢遭失敗。后來(lái)把針孔改在針尖，這樣縫紉時(shí)縫針無(wú)需穿透布料，只需一上一下地動(dòng)作，并借助擺梭裝置實(shí)現(xiàn)了縫紉機(jī)械化。這些都說(shuō)明對(duì)工藝方法和工藝動(dòng)作的分析是設(shè)計(jì)機(jī)械的前提。2.將設(shè)計(jì)問(wèn)題抽象化所謂設(shè)計(jì)問(wèn)題的抽象化，就是在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和功能分析時(shí)，耍暫時(shí)掘棄那些非本質(zhì)與枝節(jié)問(wèn)題，突出設(shè)計(jì)的主要矛盾與基本要求，從而清晰地掌握所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品的基本功能與主要的約束條件。以洗衣機(jī)的方案構(gòu)思為例。如果采用人手搓洗布料的方式設(shè)計(jì)洗衣機(jī)，它將是包括勾爪、臂、四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，成為相當(dāng)復(fù)雜的

33、機(jī)構(gòu)。但當(dāng)把設(shè)計(jì)任務(wù)抽象成設(shè)計(jì)一種除掉衣料上的污垢的裝置時(shí)，就大大開(kāi)拓了設(shè)計(jì)思路，可以用機(jī)械、物理，化學(xué)等多種方法實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在通用的洗衣乳采用水流與布料相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，僅要求機(jī)械部分實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)便可以了。2.4應(yīng)用設(shè)計(jì)目錄進(jìn)行方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種機(jī)械時(shí)，實(shí)現(xiàn)總功能要求是根本目的，而具體的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案卻可能有很多種。就是說(shuō)，對(duì)于同一運(yùn)動(dòng)功能的機(jī)械而言，它可以由不同傳動(dòng)原理、不同的基本機(jī)構(gòu)及不同的組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。為使設(shè)計(jì)過(guò)程科學(xué)化、程序化，并幫助設(shè)計(jì)人員迅速獲得準(zhǔn)確、豐富的信息，編制了不同的設(shè)計(jì)目錄。這些設(shè)計(jì)目錄一般可分為三類(lèi):(1)對(duì)象目錄。主要提供原始數(shù)據(jù)，如材料的物理與工藝性能，型材的斷面尺寸、重

34、量，規(guī)則物體的表面積、體積、重心位置、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，構(gòu)件數(shù)一定的平面運(yùn)動(dòng)鏈等。(2)解法目錄。它是針對(duì)給定功能的解決方案或技術(shù)物理效應(yīng)的排列表，是按基本功能分類(lèi)排列的。(3)工作方法目錄。包括了設(shè)計(jì)工作中行之有效的一些通用方法及其使用條件等。上述三種設(shè)計(jì)目錄中，與運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)關(guān)系最為密切的是解法目錄。編制方法通常是:基本功能為縱行，橫排則列出實(shí)現(xiàn)該種功能的所有相應(yīng)的常用機(jī)構(gòu)，這樣便形成了圖2.7所示的設(shè)計(jì)目錄。有時(shí)還用設(shè)計(jì)矩陣的概念來(lái)描述該設(shè)計(jì)目錄，設(shè)整個(gè)設(shè)計(jì)矩陣為A，元素巧便代表某一個(gè)具體的機(jī)構(gòu)。從圖2.7可以看出兩個(gè)特點(diǎn):一方面，同一種基本功能往往能由幾種不同的常用機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)；另一方面，每種常

35、用機(jī)構(gòu)又常兼有幾種基本功能。這就為設(shè)計(jì)者提供了方案構(gòu)思的廣闊空間。充分利用這樣兩個(gè)特點(diǎn)，可以得到各種設(shè)計(jì)巧妙、簡(jiǎn)單適用的運(yùn)動(dòng)方案。還應(yīng)注意到，針對(duì)某項(xiàng)給定的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)所分解出的若干項(xiàng)基本動(dòng)作與功能，可以采用各種不同的先后排列順序來(lái)達(dá)到同一個(gè)設(shè)計(jì)總功能要求。當(dāng)設(shè)計(jì)目錄為幾行幾列矩陣時(shí)，將圖中縱列的基本功能變更排列順序，可得到m!種基本動(dòng)作的排列方式，而每一橫行中又有各種機(jī)構(gòu)可選擇以實(shí)現(xiàn)該基本功能，據(jù)此便可演化出千變?nèi)f化的設(shè)計(jì)方案。圖2.7給出的設(shè)計(jì)目錄示例，只限于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的范圍，沒(méi)有把流體機(jī)構(gòu)、電氣元件等考慮進(jìn)去，更沒(méi)有涉及諸如電、磁、熱、光子等技術(shù)物理效應(yīng)。讀者可在此基礎(chǔ)上，自行擴(kuò)展，編制相應(yīng)的

36、設(shè)計(jì)目錄。圖2.7 設(shè)計(jì)目錄2.5機(jī)構(gòu)的組合在設(shè)計(jì)目錄的每一行功能項(xiàng)目中選出一個(gè)機(jī)構(gòu)，并按基本功能順序排列后，所得到的設(shè)計(jì)方案不一定是唯一的。這是因?yàn)檫@些機(jī)構(gòu)還可按不同的組合方式合成不同型式的機(jī)械。最基本的機(jī)構(gòu)組合方式如圖2.8所示。當(dāng)組合方式確定之后，機(jī)械設(shè)計(jì)方案隨之形成。圖2.9給出了這三種組合方式的方案示例。圖2.9（a）是在普通六桿壓力機(jī)機(jī)構(gòu)之前串聯(lián)一個(gè)非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以改變滑塊運(yùn)動(dòng)的速度特性。圖2.9（b）是并聯(lián)機(jī)構(gòu)，主動(dòng)不完全齒輪1交替與從動(dòng)齒輪2及從動(dòng)齒條3嚙合，使它們往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖2.9（c）是一種齒輪加工機(jī)床的誤差較正機(jī)構(gòu)，當(dāng)輸人運(yùn)動(dòng)由蝸桿1傳至蝸輪2并輸出時(shí)，凸輪機(jī)構(gòu)3、4

37、同時(shí)將輸出運(yùn)動(dòng)反饋到蝸桿1從而起到補(bǔ)償轉(zhuǎn)角誤差的作用。2.6機(jī)械運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)及機(jī)器運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的編制2.6.1各執(zhí)行構(gòu)件間的協(xié)調(diào)配合在某些機(jī)械中，其各執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)是彼此獨(dú)立的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮其運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)配問(wèn)題。例刊如在圖2.10的外圓磨床中，砂輪和工件都作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)工件作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，砂輪架帶著砂輪作橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。這幾個(gè)運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，既不需要保持嚴(yán)格速比關(guān)系，各執(zhí)行構(gòu)件也不存在動(dòng)作上的嚴(yán)格協(xié)調(diào)配合問(wèn)題。在這種情況下，為了簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)鏈，可分別為每一種運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈，由單獨(dú)的原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在另一些機(jī)械中，其各執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)之間必須保證嚴(yán)格協(xié)調(diào)配合，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)械的功能。在運(yùn)動(dòng)方案

38、擬定中，還必須考慮機(jī)械各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合關(guān)系。根據(jù)協(xié)調(diào)配合性質(zhì)的不同，又可以分為如下兩種情況。1. 各執(zhí)行構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)速度的協(xié)調(diào)有些機(jī)械要求各運(yùn)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)之間必須保持嚴(yán)格的速度關(guān)系。例如按范成法加工齒輪時(shí)，刀具和工件的范成運(yùn)動(dòng)必須保持某一恒定的傳動(dòng)比。又如在車(chē)床上車(chē)制螺紋時(shí)，主軸的轉(zhuǎn)速和刀架的走刀速度也必須保持嚴(yán)格的恒定的速度關(guān)系。為了保證各執(zhí)行構(gòu)件的速比關(guān)系，各相關(guān)運(yùn)動(dòng)鏈常要用同一臺(tái)原動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)這類(lèi)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，在確定了執(zhí)行構(gòu)件和原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)以后，還需根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度協(xié)調(diào)的要求進(jìn)行必要的計(jì)算與調(diào)整。2. 各執(zhí)行構(gòu)件間動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合有些機(jī)械要求各執(zhí)行構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)時(shí)間的先后上和運(yùn)動(dòng)位置的

39、安排上必須準(zhǔn)確而協(xié)調(diào)地相配合。例如在牛頭刨床中，刨頭和工作臺(tái)的動(dòng)作就必須協(xié)調(diào)配合。工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)應(yīng)在非削時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，切削時(shí)間內(nèi)工作臺(tái)則應(yīng)靜止不動(dòng)。又如在圖2.11所示的餅干包裝盒折邊機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件1和4是用以折疊包裝紙的側(cè)邊的兩執(zhí)行構(gòu)件。因兩執(zhí)行構(gòu)件的軌跡是相交的，故在安排兩執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)時(shí)，不僅要注意到時(shí)間的協(xié)調(diào)，還要注意到空間位置上的協(xié)調(diào)，以避免兩執(zhí)行構(gòu)件發(fā)生干涉。由圖可見(jiàn)兩執(zhí)行構(gòu)件的軌跡相交于點(diǎn)M，如設(shè)執(zhí)行構(gòu)件1先動(dòng)作，則為了避免兩執(zhí)行構(gòu)件發(fā)生干涉，必須在構(gòu)件1向左回離開(kāi)點(diǎn)M以后，構(gòu)件4才能向左擺動(dòng)進(jìn)人點(diǎn)M以左區(qū)域。此外，有時(shí)一個(gè)執(zhí)行構(gòu)件需要完成一個(gè)以上的動(dòng)作，這些動(dòng)作之間也需協(xié)調(diào)配合。

40、2.6.2 機(jī)械的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如上所述，某些機(jī)械的各執(zhí)行構(gòu)件之間在動(dòng)作上必須協(xié)調(diào)配合。如果協(xié)調(diào)配合關(guān)系遭到破壞，機(jī)械不僅不能完成預(yù)期的工作任務(wù)，甚至還會(huì)損壞機(jī)械設(shè)備。為了保證機(jī)械在工作時(shí)其各行構(gòu)件間的動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系，在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)應(yīng)編制出用以表明在機(jī)械的一個(gè)工作循環(huán)中執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)配合關(guān)系的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖(也叫工作循環(huán)圖)。在編制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，要從機(jī)械中、擇一個(gè)構(gòu)件作為定標(biāo)構(gòu)件，用它的運(yùn)動(dòng)位置(轉(zhuǎn)角位移或時(shí)間)作為確定其他執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)先后次序的基準(zhǔn)。運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖通常有如下三種形式。1.表格式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖圖2.12所示為牛頭刨床的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。它以牛頭刨床主體機(jī)構(gòu) 曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的柄為定標(biāo)構(gòu)件，以曲柄的轉(zhuǎn)角

41、為橫坐標(biāo)，安排了刨頭和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的起訖時(shí)間。曲柄每轉(zhuǎn)一周一個(gè)工作循環(huán)。由圖中可以看出，工作臺(tái)的進(jìn)給過(guò)程是在刨頭的空回行程中完成的。2圓周式工作循環(huán)圖圖2.13所示為單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，它以曲軸作為定標(biāo)構(gòu)件，曲軸每轉(zhuǎn)2周為一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。上述兩種運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，只表示了各執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作的先后次序和動(dòng)作持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，而不能顯示出各執(zhí)行構(gòu)件在工作時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和各執(zhí)行構(gòu)件在位置上的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。3. 直角坐標(biāo)式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖圖2.14是前述餅干包裝盒折邊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，圖中橫坐標(biāo)表示機(jī)械分配軸(定標(biāo)構(gòu)件)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)表示執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)角。此圖不僅能表示出兩執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作的先后，而且能表示出兩執(zhí)

42、行構(gòu)件的工作行程和空回行程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)上的配合關(guān)系，所以是一種比較完善的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。2.6.3 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的設(shè)計(jì)合理地設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。對(duì)于具有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械而言，除了編制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖以外，往往還需設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。它將保證各執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)動(dòng)作，即運(yùn)動(dòng)的同步化。機(jī)械系統(tǒng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖設(shè)計(jì)包括以下兩方面內(nèi)容:1. 運(yùn)動(dòng)循環(huán)的時(shí)間同步化各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)只具有時(shí)間上的順序關(guān)系，而無(wú)空間上的相互干涉關(guān)系。這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)之間的聯(lián)系，稱為“運(yùn)動(dòng)循環(huán)的時(shí)間同步化”。2. 運(yùn)動(dòng)循環(huán)的空間同步化各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)既有時(shí)間上的順

43、序關(guān)系，又具有空間上的相互干涉關(guān)系。這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)之間的聯(lián)系，稱為“運(yùn)動(dòng)循環(huán)的空間同步化”。2.6.4 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的設(shè)計(jì)案例下面分別以自動(dòng)打印機(jī)與餅干包裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)設(shè)計(jì)為例予以說(shuō)明。1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的時(shí)間同步化設(shè)計(jì)(自動(dòng)打印機(jī)的時(shí)間同步化設(shè)計(jì))。圖2.15自動(dòng)打印機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的時(shí)間同步化設(shè)計(jì)1-送料；2-產(chǎn)品；3-打印頭；4-杠桿；5-彈簧；6-凸輪圖2.15所示為自動(dòng)打印機(jī)的示意圖，送料器1首先將產(chǎn)品2送至打印工位上，然后由打頭3對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行打印。由此可知，送料器1和打印頭3對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行順序作業(yè)，故它們只具有時(shí)1上的順序關(guān)系，而無(wú)空間上的相互干涉，因此只需進(jìn)行時(shí)間同步化設(shè)計(jì)。其步驟如

44、下:（1）作出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。根據(jù)打印工藝要求，打印頭的運(yùn)動(dòng)循環(huán)由如下四段成打印頭的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)間。 打印頭在產(chǎn)品上停留時(shí)間。 打印頭退回時(shí)間。 打印頭停歇時(shí)間。因此，打印頭的運(yùn)動(dòng)循環(huán)為=+相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為為滿足自動(dòng)機(jī)每班時(shí)間T生產(chǎn)A件產(chǎn)品的要求，即生產(chǎn)率，并排分配軸每轉(zhuǎn)一周完成一個(gè)產(chǎn)品的打印，所以取打印機(jī)分配軸轉(zhuǎn)速n>Q(r/min)，則運(yùn)動(dòng)循環(huán)=。將合理分配給,后。相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為，由此繪出打印頭的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖(圖2.16a)。同樣步驟可繪出送料器運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖(圖2.16b)。(2)確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)和值。圖2.17是該機(jī)的最大運(yùn)動(dòng)循環(huán)，它機(jī)械地將兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖合在

45、一起，顯然是極不經(jīng)濟(jì)的。圖2.18為最小運(yùn)動(dòng)循環(huán)，當(dāng)送料器把產(chǎn)品送到打印工位時(shí)，打印頭正好壓在產(chǎn)品上，即點(diǎn)1與點(diǎn)2上重合。這種循環(huán)圖在時(shí)間和順序上基本滿足設(shè)計(jì)要求，但由于實(shí)際的執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在著運(yùn)動(dòng)規(guī)律誤差、運(yùn)動(dòng)副間隙、受力元件變形以及自動(dòng)機(jī)調(diào)整誤差等原因，不可能保證點(diǎn)1和點(diǎn)2完全重合，這勢(shì)必會(huì)影響產(chǎn)品加工質(zhì)量和自動(dòng)機(jī)的正常工作。(3)確定合理的運(yùn)動(dòng)循環(huán)T。合理的運(yùn)動(dòng)循環(huán)T應(yīng)使點(diǎn)2超前點(diǎn)1約，與相對(duì)應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角一般取圖2.19是經(jīng)過(guò)時(shí)間同步化設(shè)計(jì)的合理的自動(dòng)打印的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的空間同步化設(shè)計(jì)(餅干包裝機(jī)的空間同步化設(shè)計(jì))（1）設(shè)計(jì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。對(duì)于圖2.11所示的餅

46、干包裝機(jī)，根據(jù)其包裝工藝的要求，設(shè)計(jì)兩執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。圖2.20a是左折邊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，在時(shí)間上它先于右邊機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。圖2.20b是右折邊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。（2）繪制執(zhí)行構(gòu)件的位移曲線圖。兩執(zhí)行構(gòu)件1和4都作擺動(dòng)，擺角是時(shí)間t的函數(shù)，可出它們的位移曲線圖。圖2.21a、b分別是執(zhí)行構(gòu)件1、2的位移曲線圖。在圖2.11中看到，構(gòu)件的擺角為，干涉點(diǎn)M的相對(duì)位置角為;構(gòu)件4擺角為，干涉點(diǎn)M相對(duì)位置角為。此在圖2.2中找到點(diǎn)，在圖2.21b中找到點(diǎn)。(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)空間同步化的設(shè)計(jì)。若將圖2.21所示的兩執(zhí)行件1和4的位移曲線以點(diǎn)和相重合，則得兩折邊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)在干涉點(diǎn)M的極限狀態(tài)(

47、即圖2.22虛線位置)。考慮到工作行程與空行程重合原則，須使執(zhí)行件4的位移曲線改變?yōu)閳D2.22實(shí)線所示情況。同樣，考慮到機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)卮_定錯(cuò)位量，從而得到合理的空間同步化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，再將它轉(zhuǎn)換成分配軸的轉(zhuǎn)角，即得到圖2.14所示的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。2.7 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)價(jià)利用設(shè)計(jì)目錄可以得到許多不同的設(shè)計(jì)方案，因此要對(duì)這些方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，以篩選出符合設(shè)要求的最佳方案，一般可以考慮下列因素。1.運(yùn)動(dòng)鏈的長(zhǎng)短任何一部機(jī)械，在滿足同一生產(chǎn)要求時(shí)，應(yīng)力求簡(jiǎn)單，由主動(dòng)(輸人)件到從動(dòng)(輸出)執(zhí)行構(gòu)同的運(yùn)動(dòng)鏈要短。完成同樣的運(yùn)動(dòng)要求，應(yīng)采用構(gòu)件數(shù)目和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目最少的機(jī)構(gòu)。減少構(gòu)件運(yùn)動(dòng)

48、副的數(shù)目，可以簡(jiǎn)化機(jī)械的構(gòu)造，降低制造費(fèi)用，減輕機(jī)械重量，有利于降低成本，提高功效率，可以減少由于各個(gè)零件制造誤差而形成的運(yùn)動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)累積誤差，從而提高零件加工藝性和工作可靠性，提高傳動(dòng)精度。因此，在選型時(shí)有時(shí)寧可采用具有較小設(shè)計(jì)誤差但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的近似機(jī)構(gòu)，而不采用理論上沒(méi)有誤差但結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)。此外，減少構(gòu)件數(shù)目還有利于提高傳動(dòng)系統(tǒng)剛性。2.機(jī)構(gòu)的排列順序一般說(shuō)來(lái)，在機(jī)構(gòu)的排列順序上有如下一些規(guī)律。轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)(如凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等)通常安排在運(yùn)動(dòng)鏈的末端(低速級(jí))，與執(zhí)行構(gòu)件靠近以簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)鏈。鏈傳動(dòng)宜布置在低速級(jí)，可使其產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲小些。而帶傳動(dòng)等摩擦傳動(dòng)在傳遞同樣轉(zhuǎn)矩

49、的條件與其他傳動(dòng)比較，其外廓尺寸要大得多。這些機(jī)構(gòu)一般安排在運(yùn)動(dòng)鏈的起始端(高速級(jí))，以充分發(fā)揮其過(guò)載保護(hù)作用且減少傳動(dòng)尺寸。由于大尺寸的圓錐齒輪制造比較困難，為了減小其尺寸，通常也將其安排在高速級(jí)。若運(yùn)動(dòng)鏈中既有齒輪傳動(dòng)又有蝸輪蝸桿傳動(dòng)，以傳遞動(dòng)力為主時(shí)，應(yīng)將蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)布置在高速級(jí)，齒輪機(jī)構(gòu)布置在低速級(jí);當(dāng)以傳遞運(yùn)動(dòng)為主時(shí)，尤其是傳動(dòng)精度要求較高時(shí)，宜將齒輪機(jī)布置在高速級(jí)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)布置在低速級(jí)。3.傳動(dòng)比的分配運(yùn)動(dòng)鏈傳動(dòng)比的分配是否合理將直接影響機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸。例如圖2·23a所示為曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)一級(jí)傳動(dòng)帶、兩級(jí)齒輪減速，使曲柄轉(zhuǎn)速降為17r/min。后經(jīng)改

50、進(jìn)設(shè)計(jì)成圖2.23b所示傳動(dòng)方案，增加了每級(jí)的減速比，在保證曲柄轉(zhuǎn)速的前提下，由原來(lái)六級(jí)電動(dòng)機(jī)改用四級(jí)電動(dòng)機(jī)(使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由975r/min增加到1460r/min，外形尺寸減小)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)減輕了機(jī)器的重量。具體分配傳動(dòng)比時(shí)應(yīng)注意:(1)每一級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比應(yīng)在其常用的范圍內(nèi)選取。如某一級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比過(guò)大，則會(huì)低機(jī)構(gòu)性能并使結(jié)構(gòu)不合理，所以當(dāng)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比大于810時(shí)，一般應(yīng)設(shè)計(jì)成兩級(jí)傳動(dòng)。但是，對(duì)于帶傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，由于外廓尺寸較大，如元特殊需要，很少采用多級(jí)傳動(dòng)。(2)當(dāng)運(yùn)動(dòng)鏈為減速傳動(dòng)時(shí)(因電動(dòng)機(jī)的速度一般較執(zhí)行構(gòu)件的速度為高，故通常都是減速傳動(dòng))，一般按照"先小后大"的

51、原則分配傳動(dòng)比較為有利。如設(shè)依次表示各級(jí)傳動(dòng)比，則宜取且相鄰兩級(jí)傳動(dòng)比的差值不要太大。運(yùn)動(dòng)鏈逐級(jí)減速，可使各級(jí)間軸有較高的轉(zhuǎn)速及較小的轉(zhuǎn)矩，從而可使軸及軸上零件有較小的尺寸，使機(jī)構(gòu)較為緊湊。關(guān)于傳動(dòng)比分配的詳細(xì)說(shuō)明，可參看本資料3 .2節(jié)。4.運(yùn)動(dòng)副的形式運(yùn)動(dòng)副在機(jī)械傳遞運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中起著重要的作用，它直接影響到機(jī)械的結(jié)構(gòu)、壽命、效率靈敏度。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)動(dòng)副元素制造簡(jiǎn)單，易保證運(yùn)動(dòng)副元素的配合精度，效率高。當(dāng)要求將一根軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為另一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)時(shí)，大多來(lái)用帶有轉(zhuǎn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)。移動(dòng)副元素制造較難，不易保證配合精度，效率低，易發(fā)生楔緊或自鎖現(xiàn)象，故一般宜用于作直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)

52、合。采用帶高副的機(jī)構(gòu)較易實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且可以減少運(yùn)動(dòng)和構(gòu)件，但高副元素一般形狀復(fù)雜，易磨損，宜用于低速輕載的場(chǎng)合。在某些情況下，應(yīng)用高副機(jī)構(gòu)可能比用低副機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈更簡(jiǎn)短。圖2.24為鋼板疊放機(jī)兩種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，它的動(dòng)作要求是將輥道上的鋼板順滑到疊放槽中。實(shí)踐表明，這兩種結(jié)構(gòu)都能足工作要求，但應(yīng)用氣動(dòng)高副機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多，維護(hù)檢修也比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的低副機(jī)簡(jiǎn)單。5.動(dòng)力源的選擇（注：本次設(shè)計(jì)動(dòng)力源一般只選用電動(dòng)機(jī)）動(dòng)力源選擇得是否恰當(dāng)，對(duì)整個(gè)機(jī)械的性能、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及其繁簡(jiǎn)程度有重要影響。原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式主要是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)采用電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)和氣動(dòng)馬等作原動(dòng)機(jī)時(shí)，原動(dòng)

53、件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)采用往復(fù)式油缸、氣缸等作原動(dòng)機(jī)時(shí)，原動(dòng)件作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，就電動(dòng)機(jī)而言，一般機(jī)械中用得最多的是交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、效率高和使用方便的緣故。此外還有直流電動(dòng)機(jī)、自帶減速裝置的電動(dòng)機(jī)、多速電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、力矩馬達(dá)等。改變驅(qū)動(dòng)方式有可能使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化。如復(fù)雜機(jī)器的許多動(dòng)作，由單機(jī)統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)改成多機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。雖然增加了原動(dòng)機(jī)的數(shù)目和對(duì)控制系統(tǒng)的要求，但傳動(dòng)鏈卻可以大為簡(jiǎn)化，功率消耗也可少，又如當(dāng)有氣、液源時(shí)常利用氣、液壓機(jī)構(gòu)，這樣可減少許多電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)，同時(shí)又有利于減震、操作和調(diào)速的簡(jiǎn)化，特別對(duì)具有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工程機(jī)械、自動(dòng)

54、生產(chǎn)線和自動(dòng)機(jī)等更應(yīng)優(yōu)先考慮。圖2.25所示的機(jī)構(gòu)要求搖桿實(shí)現(xiàn)1、且兩個(gè)工作位置的變換，若利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，往往要用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一套減速裝置驅(qū)動(dòng)曲柄。為了使曲柄能停在要求的位置，還要有制動(dòng)裝置。如果改用氣缸驅(qū)動(dòng)，則結(jié)構(gòu)將大為簡(jiǎn)化。6.傳力條件機(jī)構(gòu)要克服各種阻力工作，各個(gè)構(gòu)件都要傳遞力。在外載荷一定的條件下，完成同樣的動(dòng)作要求，不同型式、尺寸參數(shù)的機(jī)構(gòu)，各個(gè)構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副受力不同，原動(dòng)機(jī)消耗功率的大小也不同。對(duì)于連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)，主要應(yīng)使機(jī)構(gòu)的工作壓力角不要過(guò)大。對(duì)行程不大但工藝阻力很大的機(jī)構(gòu)(如沖壓機(jī)構(gòu))可應(yīng)用“增力機(jī)構(gòu)”，使其在靠近返程死點(diǎn)位置時(shí)仍正常工作。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免有虛約束的

55、機(jī)構(gòu)，否則會(huì)增加加工量并導(dǎo)致裝配困難，如果尺寸下當(dāng)還會(huì)引起桿件的內(nèi)力增大或楔緊現(xiàn)象。在行星輪系等機(jī)構(gòu)中，為了改善受力特性、縮小傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積和減輕機(jī)構(gòu)重量，常采用多個(gè)行星輪等虛約束構(gòu)件，但必須在結(jié)構(gòu)上合理改進(jìn)或輔助裝置(如均衡裝置)等。對(duì)高速機(jī)構(gòu)往往要求平衡慣性力，使動(dòng)載荷最小，并使構(gòu)件和機(jī)構(gòu)達(dá)到最佳的平衡。采用大傳動(dòng)角和最大增力系數(shù)的機(jī)構(gòu)均可通過(guò)減小原動(dòng)軸上的力矩，從而減小原動(dòng)機(jī)的功率、機(jī)構(gòu)尺寸和重量。7.機(jī)械效率機(jī)械的效率取決于組成機(jī)械的各個(gè)機(jī)構(gòu)的效率。因此，當(dāng)機(jī)械中包含有效率較低的機(jī)構(gòu)會(huì)使機(jī)械的總效率隨之降低。機(jī)械中各運(yùn)動(dòng)鏈所傳遞的功率可能相差很大，如大部分功率由傳動(dòng)鏈傳遞，而輔助傳動(dòng)鏈(

56、如進(jìn)給傳動(dòng)鏈、分度傳動(dòng)鏈等)所傳遞的功率則很小，因此在設(shè)計(jì)應(yīng)使主傳動(dòng)鏈具有較高的機(jī)械效率。對(duì)于傳遞功率很小的輔助運(yùn)動(dòng)鏈，其機(jī)械效率高低可放次要地位，而著眼于其他方面的要求，如簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)、減小外廓尺寸等。需要說(shuō)明的是，有些方案憑直覺(jué)思維便可剔除，而有些方案單靠經(jīng)驗(yàn)很難決定取舍。較為用的方法是綜合考慮上述因素，列出選擇表以決定優(yōu)劣。工程上經(jīng)常采用的評(píng)估手段是從價(jià)值工程出發(fā)，對(duì)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)。第3章 機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的選擇3.1 傳動(dòng)類(lèi)型的選擇3.1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的基本任務(wù)傳動(dòng)系統(tǒng)是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到工作機(jī)(執(zhí)行機(jī)構(gòu))的中間裝置。傳動(dòng)系統(tǒng)的基本任務(wù)是保證工作機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)要求和傳遞動(dòng)力

57、。具體包括以下內(nèi)容:(1)將原動(dòng)機(jī)輸出的速度降低或增大，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需要。(2)采用變速傳動(dòng)來(lái)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常變速的要求。(3)把原動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的轉(zhuǎn)矩或力。(4)把原動(dòng)機(jī)輸出的等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。(5)實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或多個(gè)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)若干個(gè)相同或不相同速度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(6)受機(jī)體外形、尺寸的限制，或?yàn)榱税踩筒僮鞣奖?，?zhí)行機(jī)構(gòu)不宜與原動(dòng)機(jī)直接連接時(shí),也需要用傳動(dòng)裝置來(lái)連接。傳動(dòng)系統(tǒng)以原動(dòng)機(jī)的輸出量(力、運(yùn)動(dòng)、功率)作為輸入量，其輸出量為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入(力、運(yùn)動(dòng)、功率)。選擇和設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，需要研究這些量的變化及其相互關(guān)系(傳動(dòng)比i、矩系數(shù)k和傳動(dòng)效率V等)以及各種傳動(dòng)元件的特性(如運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換、功率及轉(zhuǎn)矩范圍等)機(jī)器的工作性能、可靠性、重量和成本，即其技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性能，在很大程度上取決于傳動(dòng)裝置的好壞。3.1.2 傳動(dòng)類(lèi)型的選擇注：本次設(shè)計(jì)只進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的方案