第19章 機械系統(tǒng)方案設(shè)計

第十九章機械運動方案設(shè)計19－1

機械系統(tǒng)設(shè)計的基本過程19－2

功能分析方法

19－3功能求解19－4執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計19－6機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計19－7機械運動循環(huán)圖

19－8執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計19－5機構(gòu)選型19－1

機械系統(tǒng)設(shè)計的基本過程機械系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計是一個通過分析、綜合與創(chuàng)新獲得滿足某些特定要求和功能的機械系統(tǒng)的過程，機械系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計過程一般可分為四個階段初期規(guī)劃設(shè)計階段（總體）方案設(shè)計階段結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計階段生產(chǎn)施工設(shè)計階段調(diào)研和預(yù)測可行性論證確定設(shè)計任務(wù)調(diào)研報告可行性論證報告設(shè)計任務(wù)書目標(biāo)分析創(chuàng)新構(gòu)思方案評價方案擬定方案決策功能分析、工藝動作分解、工作原理設(shè)計全面構(gòu)思運動方案、運動規(guī)律設(shè)計、機構(gòu)型式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計擬定總體方案、進行執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、原動機的選擇和參數(shù)設(shè)計進行功能、性能、技術(shù)和經(jīng)濟評價方案選優(yōu)并決策、繪制系統(tǒng)運動簡圖、編寫總體方案設(shè)計說明書機械系統(tǒng)(產(chǎn)品)設(shè)計機械系統(tǒng)的組成：原動機傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)皮帶（傳動）電機（原動）定時器（控制）葉輪（執(zhí)行）面板照明燈、蜂鳴器（輔助）回顧：機械系統(tǒng)（總體）方案設(shè)計的基本內(nèi)容1、執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計

主要包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計、運動規(guī)律設(shè)計、執(zhí)行機構(gòu)的形式設(shè)計、執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計和執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價及決策。2、原動機類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計主要包括傳動類型和傳動路線的選擇，傳動鏈中機構(gòu)的順序安排和各級傳動比的分配3、控制系統(tǒng)的方案設(shè)計4、其它輔助系統(tǒng)設(shè)計主要包括潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、故障檢測系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等。原動機傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)19－2功能原理設(shè)計1、功能分析法控制論認為，世界以及任何系統(tǒng)都是由物質(zhì)、能量和信息三大要素組成。與機械系統(tǒng)對應(yīng)的技術(shù)系統(tǒng)與三大要素之間的關(guān)系可表示為：物質(zhì)能量信息系統(tǒng)（變化、傳遞、存儲）對外界的影響來自外界的影響物質(zhì)能量信息具有所需要特性（功能）機械系統(tǒng)的用途或所具有的特定工作能力稱為機械產(chǎn)品的功能，機械系統(tǒng)所能完成的功能常稱為系統(tǒng)的總功能，總功能是由各個分功能完成的。功能分析法是擬定功能原理方案的主要方法。功能分析法是指把機械系統(tǒng)的總功能分解成若干功能元，通過功能元求解，然后進行組合得到多個系統(tǒng)方案，以待選擇。2、功能分析法的設(shè)計步驟及主要方法明確任務(wù)總功能黑箱法功能元功能樹功能元解創(chuàng)造性技法功能原理方案形態(tài)學(xué)矩陣最佳功能原理方案評價方法1）、黑箱法系統(tǒng)工程學(xué)中用黑箱來描述系統(tǒng)的總功能，把技術(shù)系統(tǒng)看作一個黑箱，當(dāng)該技術(shù)系統(tǒng)作為某中功能或任務(wù)的目標(biāo)時，分析、比較輸入和輸出之間的關(guān)系，可反映系統(tǒng)的總功能。例：用黑箱法洗衣機的技術(shù)系統(tǒng)洗衣機技術(shù)系統(tǒng)（物質(zhì)、能量及信息轉(zhuǎn)換）衣物介質(zhì)能量控制信號干凈衣物污物介質(zhì)干洗？濕洗冷水？熱水波輪式？滾筒式？攪拌式？功能樹

例1：四工位機床功能分解示例1、總功能能完成裝卸工件、鉆孔、擴孔、鉸孔四個工位的專用機床。2、功能分解總功能可分解為以下分功能（工藝動作）1）

安置工件的工作臺要求間歇轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n2；2）安裝刀具的主軸箱能夠?qū)崿F(xiàn)靜止、快速進給、進給、快速退刀等工藝動作；3）刀具以n1轉(zhuǎn)速進行切削工件。樹狀功能圖如下：四工位專用機床工作臺間歇轉(zhuǎn)動（n2）主軸箱進刀退刀運動刀具運動（n1）靜止快進進給快退分功能元分功能解（匹配機構(gòu)）減速A減速B工作臺間歇轉(zhuǎn)動主軸箱移動帶傳動帶傳動鏈傳動鏈傳動蝸桿傳動蝸桿傳動齒輪傳動齒輪傳動擺線針輪傳動行星齒輪傳動圓柱凸輪間歇機構(gòu)蝸輪凸輪間歇機構(gòu)曲柄搖桿棘輪機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)移動從動件圓柱凸輪機構(gòu)移動從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)與擺動滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)六桿（帶滑塊）機構(gòu)形態(tài)學(xué)矩陣?yán)?：平壓印刷機功能分解示例1、總功能工作原理：將油墨刷在固定的平面鉛字板上，然后將裝夾了白紙的平板印頭與鉛字板緊密接觸而完成一次印刷。2、功能分解總功能可分解為以下分功能（工藝動作）1）印頭往復(fù)擺動，使固定在印頭上的紙張與涂墨后的鉛字板貼合完成印刷工藝；2）油輥上下滾動，在固定鉛字板上均勻涂刷油墨；3）油盤間歇轉(zhuǎn)動，使定量輸送到油盤上的油墨能均勻地涂抹在油輥上。樹狀功能圖如下：平壓印刷機印頭往復(fù)擺動油輥上下滾動油盤間歇轉(zhuǎn)動例3：洗瓶機功能分解示例1、總功能清洗圓形瓶子的外表面2、功能分解總功能可分解為以下分功能（工藝動作）1）推頭的往復(fù)移動，推動瓶子移動。2）導(dǎo)輥連續(xù)轉(zhuǎn)動，帶動瓶子轉(zhuǎn)動。3）刷子連續(xù)轉(zhuǎn)動，將瓶子洗干凈。樹狀功能圖如下：洗瓶機推頭往復(fù)移動導(dǎo)輥連續(xù)轉(zhuǎn)動刷子連續(xù)轉(zhuǎn)動刷子瓶子導(dǎo)輥推頭M例4：滾針軸承保持架自動彎曲機功能分解示例1、總功能滾針軸承保持架自動彎曲機是滾針軸承保持架生產(chǎn)流水線上的一個主要機器，它把由前道工序沖出來的料片自動彎曲成所要求的形狀，然后送往下道工序。因此，該自動機必須具有輸入料片、輸送保持架初始成品及對保持架料派片進行彎曲的總功能。2、功能分解總功能可分解為以下分功能（工藝動作）1）送料—把前道工序沖床上沖下來的料片盡可能以勻速直線運動方式送至彎曲模，然后推料頭快速返回，為下一次送料作好準(zhǔn)備。2）彎曲成形—把彎曲模分成上下左右四塊，從四個方向把料片壓在芯模上，使其彎曲成形。3）送出成品樹狀功能圖如下：各分功能或功能元經(jīng)有機組合而形成系統(tǒng)的總功能，功能元的排列方式可分為以下三種：a)、串聯(lián)（鏈?zhǔn)剑┡帕衎)、并聯(lián)排列F1F2F3F3F1F2F1F2F3c)、環(huán)形（反饋）排列19－3功能求解1、機構(gòu)的基本功能任何系統(tǒng)由一些基本機構(gòu)組成，如平面連桿機構(gòu)（低副機構(gòu)）、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)（高副機構(gòu)）、差動機構(gòu)（多自由度）等。這些機構(gòu)的基本功能以功能符號表示：運動放大運動縮小運動形式轉(zhuǎn)換運動方向交替變換運動軸線變向運動合成運動分解運動脫離運動連接機構(gòu)的總功能就是以各基本功能經(jīng)組合、變換而實現(xiàn)所需要的運動功能。2、常用運動形式與表達符號運動形式單向雙向連續(xù)運動間歇運動極限位停歇轉(zhuǎn)動擺動移動轉(zhuǎn)動擺動移動擺動移動3、運動轉(zhuǎn)換基本功能圖符號及常用機構(gòu)運動放大運動縮小帶傳動機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)、螺旋傳動機構(gòu)、齒輪傳動機構(gòu)、摩擦輪傳動機構(gòu)、行星傳動機構(gòu)、蝸桿傳動機構(gòu)、諧波齒輪傳動機構(gòu)、連桿機構(gòu)、擺線針輪傳動機構(gòu)運動軸線變向圓錐齒輪傳動、蝸桿傳動、雙曲面齒輪傳動、螺旋齒輪傳動、半交叉齒輪傳動、單萬向節(jié)傳動運動軸線平移帶傳動、圓柱摩擦輪傳動、平行四邊形機構(gòu)、鏈傳動、雙萬向節(jié)傳動、圓柱齒輪傳動運動分支齒輪系、帶輪系、鏈輪系運動合成運動分解差動螺旋機構(gòu)、差動輪系、差動連桿機構(gòu)、兩自由度機構(gòu)差動輪系、兩自由度機構(gòu)運動換向惰輪換向、棘輪換向、滑移齒輪換向、行星齒輪換向機構(gòu)、摩擦差動換向機構(gòu)運動形式變換連續(xù)轉(zhuǎn)動往復(fù)擺動單向直線移動往復(fù)直線移動雙側(cè)停歇直線移動單側(cè)停歇直線移動單向間歇轉(zhuǎn)動雙向擺動雙側(cè)停歇擺動單側(cè)停歇擺動實現(xiàn)預(yù)定軌跡單向間歇轉(zhuǎn)動齒輪齒條機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、帶傳動機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)、六桿滑塊機構(gòu)、移動從動件凸輪機構(gòu)、正弦機構(gòu)、連桿-齒輪齒條機構(gòu)、齒輪-連桿組合機構(gòu)移動從動件凸輪機構(gòu)、利用連桿軌跡實現(xiàn)停歇運動機構(gòu)、不完全齒輪齒條往復(fù)移動機構(gòu)、不完全齒輪移動導(dǎo)桿間歇機構(gòu)不完全齒輪齒條機構(gòu)、行星內(nèi)擺線間歇移動機構(gòu)、槽輪-齒輪齒條機構(gòu)、移動從動件凸輪機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、圓柱凸輪分度機構(gòu)、車間間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)、平面凸輪間歇機構(gòu)、弧面凸輪分度機構(gòu)、偏心輪分度定位機構(gòu)、內(nèi)嚙合新輪間隙機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)、曲柄六桿機構(gòu)、曲柄搖塊機構(gòu)、擺動從動件凸輪機構(gòu)擺動從動件凸輪機構(gòu)、雙側(cè)停歇的凸輪連桿機構(gòu)、利用連桿軌跡實現(xiàn)停歇運動機構(gòu)、曲線槽導(dǎo)桿機構(gòu)、六桿兩極限位置停歇擺動機構(gòu)擺動從動件凸輪機構(gòu)、輸出擺桿有停歇的圓弧導(dǎo)路機構(gòu)、曲線槽導(dǎo)桿機構(gòu)連桿齒輪組合機構(gòu)、聯(lián)動凸輪機構(gòu)、連桿凸輪組合機構(gòu)、鉸鏈五桿機構(gòu)、行星輪直線機構(gòu)、兩自由度機構(gòu)棘輪機構(gòu)、超越離合器機構(gòu)4、功能元的解法目錄為方便設(shè)計人員進行功能原理構(gòu)思，可把有關(guān)的功能元按一定的分類原則用矩陣表示，形成解法目錄。例：實現(xiàn)具有急回運動特性的機構(gòu)的解法目錄為：急回運動機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)5、功能求解的步驟功能求解可概括為三個基本步驟：a、確定要設(shè)計產(chǎn)品的功能：根據(jù)設(shè)計對象的用途和要求，合理表述機構(gòu)的功能目標(biāo)或原理b、確定合適的技術(shù)原理：為實現(xiàn)功能目標(biāo)而選擇的技術(shù)原理，決定機械的總體、品質(zhì)、性能和操作方法。滿足機械功能的前提下選擇合適的技術(shù)原理，可得到合理的機構(gòu)和機器方案。c、分功能的細分和設(shè)計：設(shè)計時，要進行分功能的細分和設(shè)計，從而得出基本功能結(jié)構(gòu)。

例如設(shè)計密封蓋的夾緊裝置，如功能表述為“螺旋夾緊”、“機械夾緊”或“力夾緊”時，得到的思路會有所不同。例如洗衣機的設(shè)計分功能細分和設(shè)計應(yīng)注意：①注意機械自身的特點②把復(fù)雜的運動規(guī)律（工藝動作）先進行分解再合成③確定運動方式時，要工作對象的特性④要使分解后的運動規(guī)律協(xié)調(diào)配合19－4執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計一、功能原理的構(gòu)思與選擇

功能原理設(shè)計：根據(jù)機械預(yù)期實現(xiàn)的功能要求，構(gòu)思出所以可能的功能原理，加以分析比較，并根據(jù)使用要求或工藝要求，從中選出既能很好地滿足功能要求，工藝動作又簡單的工作原理。

實現(xiàn)同一功能要求，可以有許多不同的工作原理可選擇，選擇的工作原理不同，執(zhí)行系統(tǒng)的方案也必然不同。

例如，要求設(shè)計一自動輸送料板的裝置，可以采用機械推拉原理，將料板從低層推出，然后用夾料板將其抽走；或用摩擦輪原理將料板從低層滾出，再用夾料板將其抽走；還可以用氣吸原理將料板吸出后抽走，當(dāng)板料為鋼材時，還可以用磁吸原理。機械推拉原理摩擦原理(上部取料)摩擦原理（下部取料）氣吸原理（上部取料）氣吸原理（下部取料）

上述幾種工作原理，雖然均能滿足機械執(zhí)行系統(tǒng)預(yù)期的功能要求，但工作原理不同，所需的運動規(guī)律也不相同。

采用機械推拉原理，只需要推料板和夾料板的往復(fù)運動，運動規(guī)律簡單，但這種原理只適用于有一定厚度的剛性板料；采用摩擦傳動原理，不僅要有摩擦輪（或摩擦板）接近料板的運動，還需要送料運動和退回運動等，運動規(guī)律比較復(fù)雜；采用氣吸原理，一般需兩個吸頭，一個吸住全部料板，另一個每次吸取一張料板，除了要求吸頭作L形軌跡的運動（吸住上升，送料動作）外，還必須有附加的氣源。

為了加工出螺栓上的螺紋，可以采用車削原理，也可以采用套絲工作原理，還可以采用滾壓工作原理。這幾種不同的加工原理適用于不同的場合，滿足不同的加工需要，其執(zhí)行系統(tǒng)的運動方案也各不相同。例1螺紋加工功能原理選擇例2糖果包裝機功能原理選擇

要求設(shè)計包裝糖果的糖果包裝機采用圖（a）所示的扭結(jié)式包裝原理(a)(b)(c)采用圖（b）所示的折疊式包裝原理采用圖（c）所示的接縫式包裝原理三種方法的工作原理不同，工藝動作顯然不同，所設(shè)計的機械的運動方案也完全不同。一、實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件各種運動形式的常用機構(gòu)

實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)某一運動形式的機構(gòu)通常有好幾種，設(shè)計者必須根據(jù)工藝動作要求，受力大小，使用維修方便與否，制造成本高低，加工難易程度等各種因素進行分析比較，然后擇優(yōu)而取。

實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件各種運動形式的常用機構(gòu)有：

１實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)：19－5機構(gòu)選型雙曲柄機構(gòu)（包括平行四邊形機構(gòu)、雙滑塊機構(gòu)），轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)，定軸齒輪傳動機構(gòu)（包括圓柱、圓錐、交錯軸斜齒輪傳動機構(gòu)等），蝸桿傳動機構(gòu)，周轉(zhuǎn)輪系機構(gòu)（包括少齒差、擺線針輪、諧波齒輪傳動機構(gòu)等），各種摩擦輪傳動機構(gòu)，各種柔型傳動機構(gòu)（如帶傳動，鏈傳動等），非圓齒輪傳動，齒輪—連桿機構(gòu)，鏈輪—連桿機構(gòu)，單、雙萬向聯(lián)軸節(jié)等都能實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動。

２實現(xiàn)間歇旋轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)：棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)、凸輪式間歇運動機構(gòu)等都能實現(xiàn)間歇旋轉(zhuǎn)運動。３實現(xiàn)往復(fù)擺動的機構(gòu)：

曲柄搖桿機構(gòu)、搖塊機構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)、擺動從動件凸輪機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)（包括等腰梯形機構(gòu)）、由液壓缸或汽缸驅(qū)動的齒條齒輪機構(gòu)及輸出運動為擺動的組合機構(gòu)等都能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)擺動。４實現(xiàn)間歇往復(fù)擺動的機構(gòu)：５實現(xiàn)往復(fù)移動的機構(gòu)：帶有休止段輪廓的擺動從動件凸輪機構(gòu)、輸出運動為間歇往復(fù)擺動的組合機構(gòu)等都能夠?qū)崿F(xiàn)間歇往復(fù)擺動。此外，一些間歇運動機構(gòu)通過與實現(xiàn)往復(fù)運動的機構(gòu)的組合，或者通過控制驅(qū)動液壓缸（或汽缸），也能實現(xiàn)間歇往復(fù)擺動。

曲柄滑塊機構(gòu)，正弦機構(gòu)、移動導(dǎo)桿機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、各種移動從動件凸輪機構(gòu)等都能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)移動。此外，通過曲柄搖桿機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)的組合或凸輪機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)的組合也能實現(xiàn)往復(fù)移動。

６實現(xiàn)間歇往復(fù)移動的機構(gòu)：７實現(xiàn)剛體導(dǎo)引引動的機構(gòu)：８實現(xiàn)給頂曲線（軌跡）運動的機構(gòu)：

利用連桿曲線的圓弧段來實現(xiàn)間歇運動的平面連桿機構(gòu)、凸輪輪廓有休止段的移動從動件凸輪機構(gòu)、中間有停歇的斜面拔銷機構(gòu)、不完全齒輪—移動導(dǎo)桿機構(gòu)組合等都能夠?qū)崿F(xiàn)間歇往復(fù)移動。此外，棘輪棘齒條機構(gòu)還能實現(xiàn)單向間歇直線移動運動。

鉸鏈四桿機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)、凸輪連桿機構(gòu)、齒輪—連桿機構(gòu)等的連桿機構(gòu)都能實現(xiàn)剛體導(dǎo)引運動。

利用連桿曲線來實現(xiàn)給定運動軌跡的各種連桿機構(gòu)，實現(xiàn)給定軌跡的各種組合機構(gòu)，如凸輪—連桿機構(gòu)、齒輪—連桿機構(gòu)等。二、機構(gòu)選型的基本原則

機械運動方案擬定的優(yōu)劣與機器能否滿足預(yù)定功能要求、制造難易、成本高低、運動精度、壽命、可靠性以及動力性能等密切相關(guān)。機構(gòu)的選型不僅與執(zhí)行構(gòu)件（即機構(gòu)的輸出構(gòu)件）的運動形式有關(guān)，而且還與機構(gòu)的輸入構(gòu)件（主動件）有關(guān)，而主動件或原動件的運動形式則與所選的原動機類型有關(guān)。常用的原動機的輸出運動形式可分為：

1連續(xù)運動：如各種異步電動機、滑差電機、直流電機、汽油機、柴油機、液壓馬達、氣動馬達等等。

2往復(fù)移動：如活塞式汽缸和液壓缸、直線電動機等。

3往復(fù)擺動：如雙向電動機、擺動式液壓缸或汽缸等。

4間歇運動：如步進電機等。

機器中使用最廣泛的是交流電動機，因此，一般輸入構(gòu)件的運動大多數(shù)為連續(xù)運動。

1、原動機的運動形式

在進行機構(gòu)選型和組合時，設(shè)計者必須熟悉各種基本機構(gòu)和常用機構(gòu)的功能、結(jié)構(gòu)和特點，并且還應(yīng)該遵循下列的基本原則：

1）、滿足工藝動作和運動要求

選擇機構(gòu)首先應(yīng)滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動作和運動要求。通常高副機構(gòu)比較容易實現(xiàn)所要求的運動規(guī)律和軌跡，但是高副的曲面加工制造比較麻煩，而且高副元素容易因磨損而造成運動失真。低副機構(gòu)雖然往往只能近似實現(xiàn)所要求的運動規(guī)律或軌跡，尤其當(dāng)構(gòu)件數(shù)目較多時，累計誤差較大，設(shè)計也比較困難，但低副元素（圓柱面或平面）易于加工且容易達到加工精度要求。因此從全面考慮，優(yōu)先采用低副機構(gòu)。

2、機構(gòu)選型的基本原則前者雖然其挑線孔的軌跡比較容易滿足使用要求，但是凸輪廓線加工比較復(fù)雜，而且容易磨損。后者雖然其挑線孔的運動軌跡只能近似實現(xiàn)，但借助計算機進行優(yōu)化設(shè)計，可控制誤差在允許范圍內(nèi)，從而使挑線孔軌跡滿足使用要求。由于連桿機構(gòu)是低副機構(gòu)，加工方便且耐磨損，所以現(xiàn)在家用縫紉機和工業(yè)縫紉機都選用連桿機構(gòu)作為挑線機構(gòu)。

例：JA型家用縫紉機的挑線機構(gòu)采用擺動從動件圓柱凸輪機構(gòu)（圖a），而JB型家用縫紉機的挑線機構(gòu)則采用連桿機構(gòu)（圖b）。2、結(jié)構(gòu)最簡單，傳動鏈最短

在滿足使用要求的前提下，機構(gòu)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單，構(gòu)件的數(shù)目要少，運動副數(shù)目也要少。這樣不僅可以減少制造和裝配的困難，減輕重量，降低成本，而且還可以減少機構(gòu)的累計運動誤差，提高機器的效率和工作可靠性。

例：為了實現(xiàn)將回轉(zhuǎn)運動變換為一種按一定運動規(guī)律進行的往復(fù)直線運動，而且從動件的行程不要太大，可采用圖（a）或圖（b）的結(jié)構(gòu)。

(c)(d)

為實現(xiàn)直線運動，也可采用圖（c）或（d）所示的結(jié)構(gòu)。(a)(b)3、原動機的選擇有利于簡化結(jié)構(gòu)和改善運動質(zhì)量

目前機器的原動機多采用電動機，也有采用液壓缸或氣缸。在有液、氣壓動力源時盡量采用液壓缸或氣缸，這樣有利于簡化傳動鏈和改善運動質(zhì)量，而且具有減振、易于減速、操作方便等優(yōu)點，特別對于具有多執(zhí)行構(gòu)件的工程機械、自動機，其優(yōu)越性就更突出。例如兩種擺桿機構(gòu)的方案，顯然，圖a所示的擺動氣缸方案，其結(jié)構(gòu)十分簡單，但擺動氣缸在傳動時速度較難控制。若采用擺動電動機直接驅(qū)動擺桿，結(jié)構(gòu)更簡單，速度比較容易控制；而圖b的方案，因為電動機一般轉(zhuǎn)速較高，它必須通過減速機才能使擺桿的擺動速度滿足要求，故其結(jié)構(gòu)比圖a復(fù)雜得多。

4、機構(gòu)有盡可能好的動力性能

這一原則對于高速機械或者載荷變化很大的機構(gòu)尤應(yīng)注意。對于高速機械，機構(gòu)選型要盡量考慮其對稱性，對機構(gòu)或回轉(zhuǎn)構(gòu)件進行平衡使其質(zhì)量合理分布，以求慣性力的平衡和減小動載荷。對于傳力大的機構(gòu)要盡量增大機構(gòu)的傳動角或減小壓力角，以防止機構(gòu)自鎖，增大機器的傳力效益，減小原動機的功率及其損耗。

5、加工制造方便，經(jīng)濟成本低

降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益是使產(chǎn)品有足夠的市場競爭里的有里保證。在具體實施時，應(yīng)盡可能選用低副機構(gòu)，并且最好選用以轉(zhuǎn)動副為主構(gòu)成的低副機構(gòu)，因為轉(zhuǎn)動副元素比移動副元素更容易加工，也跟容易達到精度要求。此外，在保證使用條件的前提下，盡可能選用結(jié)構(gòu)簡單的機構(gòu)；盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的元器件，以達到最大限度低降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益的目的。

7、具有較高的生產(chǎn)效率和機械效率

選用機構(gòu)必須考慮到其生產(chǎn)效率和機械效率，這也是節(jié)能源提高機關(guān)年紀(jì)效益的只要手段之一。在選用機構(gòu)時，應(yīng)盡量減少中間環(huán)節(jié)，即傳動鏈要短，并且盡量少采用移動副，因為這類運動副容易發(fā)生楔緊或自鎖現(xiàn)象。

此外，執(zhí)行機構(gòu)的選擇要考慮到與原動機的運動方式、功率、轉(zhuǎn)矩及其載荷特性能夠相互匹配協(xié)調(diào)。另外，所選機構(gòu)的傳力特性要好，機械效率較高。例如低效率的蝸桿機構(gòu)應(yīng)該少用；行星輪傳動中優(yōu)先采用負號機構(gòu)，因為通常負號機構(gòu)比正號機構(gòu)效率高；增速機構(gòu)一般效率較低，也應(yīng)該盡量避免采用。

6、機器操縱方便、調(diào)整容易、安全耐用

在擬定機械運動方案時，應(yīng)適當(dāng)選一些開、停、離合、正反轉(zhuǎn)、剎車、手動等裝置，可使操作方便，調(diào)整容易。為了預(yù)防機器因載荷突變造成損壞，可選用過載保護裝置。

機械的總功能可以分解成若干個分功能，這些分功能對應(yīng)著若干個相應(yīng)的工藝動作，需要選擇與此相匹配的執(zhí)行機構(gòu)完成機械的總功能。

通常一個執(zhí)行動作由一個執(zhí)行機構(gòu)完成，但有時也有多個執(zhí)行構(gòu)件共同完成一個執(zhí)行動作，或用一個執(zhí)行構(gòu)件完成多個執(zhí)行動作。

機械的各執(zhí)行動作是有序的、相互協(xié)調(diào)配合的。因此機械的各執(zhí)行機構(gòu)的運動必須進行協(xié)調(diào)設(shè)計，并滿足以下要求：19－6機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計

一、協(xié)調(diào)設(shè)計的含義當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)工藝確定了機械的工作原理和各執(zhí)行機構(gòu)的運動規(guī)律、并確定了各執(zhí)行機構(gòu)的型式及驅(qū)動方式后，還必須將各執(zhí)行機構(gòu)統(tǒng)一于一個整體，形成一個完整的運動系統(tǒng)，使這些機構(gòu)以一定的次序協(xié)調(diào)動作，互相配合，以完成機械預(yù)定的功能和生產(chǎn)過程的設(shè)計。1、執(zhí)行機構(gòu)中的執(zhí)行構(gòu)件的動作必須滿足工藝要求。通常以工藝過程某一執(zhí)行動作開始點作為運動循環(huán)（即工作循環(huán)）的起點，各執(zhí)行機構(gòu)動作按一定順序進行，保證各執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行動作的時間同步。2、各執(zhí)行機構(gòu)中執(zhí)行構(gòu)件的動作必須保證空間同步，它們之間不應(yīng)產(chǎn)生空間干涉。3、在保證時間、空間同步化，運動軌跡不干涉的前提下，應(yīng)使各執(zhí)行機構(gòu)的動作時間盡量重合，工作循環(huán)周期盡可能短，以提高機器的生產(chǎn)率。4、一個執(zhí)行機構(gòu)動作結(jié)束到另一個執(zhí)行機構(gòu)動作起始點之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隔，以避免這兩個機構(gòu)在動作銜接處發(fā)生干涉。

有些機械要求各執(zhí)行構(gòu)件在運動時間的先后上和運動位置的安排上，必須準(zhǔn)確協(xié)調(diào)地相配合。

二、執(zhí)行機構(gòu)的動作在時間上協(xié)調(diào)配合

顯然，在送料期間上下沖頭不能壓到料篩，只有當(dāng)料篩不在上下沖頭之間時，沖頭才能加壓。所以送料和上、下沖頭之間運動在時間順序上有嚴(yán)格的協(xié)調(diào)配合要求，否則就無法實現(xiàn)機器的料粉壓片工藝。三、各執(zhí)行機構(gòu)的動作在空間上協(xié)調(diào)配合

在料粉壓片機中，執(zhí)行構(gòu)件3、9的運動軌跡是相交的，因此安排兩執(zhí)行構(gòu)件的運動時不僅要注意到時間上的協(xié)調(diào)，還要注意到空間位置上的協(xié)調(diào)，即空間同步化，以防止3、9兩構(gòu)件在運動時發(fā)生干涉，造成機器損壞而無法使用。如蜂窩煤成型機

如右圖所示的餅干包裝機的折邊機構(gòu)。左右兩個折邊執(zhí)行構(gòu)件的運動軌跡交于M點，如果空間同步化設(shè)計的不好，左右兩個執(zhí)行構(gòu)件就會在運動空間產(chǎn)生相互干涉，從而使兩折邊執(zhí)行構(gòu)件因碰撞而損壞。四、各執(zhí)行構(gòu)件運動速度的協(xié)調(diào)配合

有些機械要求各個執(zhí)行構(gòu)件之間必須保持嚴(yán)格的速比關(guān)系，例如滾齒或插齒機按范成法加工齒輪時，刀具和齒坯間的范成運動必須保證預(yù)定的傳動比，以便刀具的漸開線齒廓在被加工輪坯上包絡(luò)出與刀具齒廓共軛的漸開線齒廓。

五、多個機構(gòu)完成一個執(zhí)行動作時各執(zhí)行機構(gòu)運動的協(xié)調(diào)配合

右圖為一紋板沖孔機構(gòu)，它完成沖孔這一工藝動作需由兩個機構(gòu)的組合運動來實現(xiàn)。一是曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿（打擊鈑）的上下擺動，類似榔頭的敲擊動作；二是電磁動作，裝有銜鐵的曲柄在電磁力作用下作往復(fù)擺動，帶動滑塊（沖頭）沿打擊鈑上的導(dǎo)路作往復(fù)移動。只有當(dāng)沖頭移動至沖針上方，同時沖頭又隨打擊鈑下擺時，才能敲擊到?jīng)_針，完成沖孔動作。顯然，兩個機構(gòu)的運動必須精確協(xié)調(diào)配合，否則就會產(chǎn)生空沖，即沖頭敲不到?jīng)_針而無法完成在紋板上沖孔的要求。

六、執(zhí)行機構(gòu)的協(xié)調(diào)動作和機器的程序控制

為了使機器整個工作循環(huán)的各個工藝動作嚴(yán)格地按一定順序執(zhí)行，每臺機器應(yīng)具有專門的程序控制系統(tǒng)。機器的程序控制系統(tǒng)分為如下幾類：

1）分配凸輪軸方式：在分配軸上安裝多個凸輪，每個凸輪是一個執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動構(gòu)件。分配軸每轉(zhuǎn)一周所需要的時間就是產(chǎn)品加工工作循環(huán)所需時間。

2）輔助凸輪軸方式：輔助凸輪軸是機器中用來實現(xiàn)機器部分空行程動作的機械控制方式。輔助凸輪軸是作周期性的間歇旋轉(zhuǎn)，即在需要實現(xiàn)這部分行程時才旋轉(zhuǎn)。它的間歇旋轉(zhuǎn)是由分配凸輪軸來控制的。例如，機器中的送料、夾料等機構(gòu)的空行程實現(xiàn)就是采用輔助凸輪軸。

3）曲柄軸方式：利用曲柄的錯位來使各執(zhí)行機構(gòu)按一定順序來動作，對于不能將曲柄布置在一根軸上的機器，還應(yīng)采用機械傳遞方式，將各曲柄的轉(zhuǎn)動予以同步。

4）機電結(jié)合的程序控制方式：在自動機械中還有采用分配凸輪軸上的信號凸輪來控制電路的接通與關(guān)閉，以及停、通電時間的長短，以此來控制各執(zhí)行機構(gòu)的動作。

5）電子控制方式：目前使用最廣泛的是用可編程控制器來進行控制。

19－7機械運動循環(huán)圖

1機器的運動循環(huán)

根據(jù)機器完成功能及生產(chǎn)工藝的不同，其運動可分為無周期性循環(huán)和周期性循環(huán)兩大類。無周期性循環(huán)的機器如起重運輸機械、建筑機械、工程機械等，它們的工作往往沒有固定的周期性循