第十四章 机械执行系统的方案设计

1、第14章机械执行系统的方 案 评 价 机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核心，也是整个机械设计工作的基础。14.1机械执行系统方案设计的过程和内容改 变 机 构 型 式运 动 规 律 设 计（工艺动作分解与运动方案选择）构 思 新 的 运 动 规 律功 能 原 理 设 计重 新 构 思 功 能 原 理机械预期实现的功能要求（使用要求或工艺要求）改变机构参数机 构 尺 度 设 计（运 动 和 动 力 设 计）执 行 系 统 协 调 设 计（运 动 循 环 图 设 计）执 行 机 构 型 式 设 计（机 构 的 型 综 合）改变设计策略 机械执行系统方案设计运 动 分 析 和 动 力

2、分 析过程方 案 评 价否否是否满足要求绘 制 执 行 系 统 运 动 简 图是14.1机械执行系统方案设计的过程和内容 1、功能原理设计 所谓功能原理设计是根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这 能要求。14.1机械执行系统方案设计的过程和内容2、运动规律设计 所谓运动规律设计指究竟选择何种运动规律来实现上述的工作原理。 工艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律也各不相同。14.1机械执行系统方案设计的过程和内容3、执行机构型式设计 所谓机构型式设计，是指究竟选择何种机构来实现上述运动规律。机构型式设计又称为机构的型综合。14.1机械执行系统方案设计的过程和内容4、执行系统的协

3、调设计 所谓执行系统的协调设计，就是根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调和配合，设计出协调配合图，即通常所称的机械运动循环图。14.1机械执行系统方案设计的过程和内容5、机构尺度设计 所谓机构的尺度设计，是指对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图。14.1机械执行系统方案设计的过程和内容6、运动和动力分析 对整个执行系统进行运动分析和动力分析，以检验其是否满足运动要求和动力性能方面的要求。14.1 机械执行系统方案设计的过程和内容7、方案评价与选优 机械执行系统方案设计所要研究的问题， 就是如何合理地利用设计者的专业知识

4、和分析能力。创造性地构思出各种可能的方案并从中选出最佳方案，这种构思方案的思考方法，可用图11.1来表示。功能原理摩擦传动原理运动规律其它原理光电原理材料变型原理机械推拉原理电磁传动原理流体传动原理机械预期实现的功能机构型式图 11.1连凸其机结杆轮它构构机机机综变构构构合异工艺动作分解方法 1工艺动作分解方法 2工艺动作分解方法 3工艺动作分解方法 n14.2功能原理设计14.2.1 功能原理的构思与选择功能原理设计的任务就是根据机械预期实现的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较，并根据使用要求或工艺要求，从中选择出既能很好地满足机械预期的功能要求、工艺动作，又简单的工作原理。1

5、4.2功能原理设计14.2.2功能原理设计的创造性1、分析综合法分析综合法是指把机械预期实现的功能要求，分解为各种分功能，然后分别加以研究，分析其本质，进行各分功能原理设计， 最后把这些分功能原理综合起来，组成一个新的系统14.2功能原理设计 2、思维扩展法即从传统的定式思维方式转向发散思维。 3、还原创新法还原创新法是指跳出已有的创造起点，重新返回到创造的原点，紧紧围绕机械预期实现的功能预期，另辟途径，构思新的功能原理。14.3运动规律设计 14.3.1工艺动作分解和运动方案选择 14.3.2运动规律设计的创造性14.4执行机构的型式设计14.4.1执行机构型式设计原则1、满足执行构件的工艺

6、动作和运动要求。2、尽量简化和缩短运动链，尽量选择较简单的机构。3、尽量减小机构的尺寸。4、选择合适的运动副形式。14.4执行机构的型式设计执行机构型式设计原则5、选择合适的动力源。6、使机械具有有利的传力条件和良好的动力特性。7、使机械具有调节某些运动参数的能力。8、保证机械的安全运转。14.4执行机构的型式设计14.4.2机构的选型机构的选型是指利用分散思维的方法，将前人已创造发明的数以千计的各种机构按照运动特 性或动作功能分解与组合原理进行分析，然后根 据设计对象中执行构件所需要的运动特性或动作 功能进行搜索，选择出执行机构的合适型式。1、按照执行构件所需的运动特性进行机构选型。2、按照

7、动作功能分解与组合原理进行机构选型。14.4执行机构的型式设计14.4.3机构的构型 机构创新构型的过程可分为以下三个阶段:1、选择2、突破3、重新构型14.4.3机构的构型 机构创新构型的方法主要有以下几种：1、扩展法2、组合法3、变异法（1） 运动倒置（2） 运动副变换14.5执行系统的协调设计14.5.1执行系统协调设计的原则1、满足各执行机构动作先后的顺序性要求。2、满足各执行机构动作在时间上的同步性要求。3、满足各执行机构在空间布置上的协调性要求。14.5.1执行系统协调设计的原则4、满足各执行机构操作上的协同性要求。5、各执行机构的时序安排要有利于提高劳动生产率。6、各执行机构的布

8、置要有利于系统的能量协调和效率的提高。14.5执行系统的协调设计14.5.2执行系统协调设计的方法 执行系统协调设计的步骤如下: 1、确定机械的工作循环周期。2、确定在机械一个运动循环中个执行构件的各个行程段及其所需时间。3、确定各执行构件动作时间的协调配合关系。14.5执行系统的协调设计14.5.3机械运动循环图用来描述各执行构件运动间相互协调配合的图称为机械的运动循环图。 1、运动循环图的形式： A、直线式B、圆周式C、直角坐标式14.5.3机械运动循环图 2、运动循环图的功用1） 保证各执行构件的动作相互协作，紧密 配合，使机械顺利实现预期的工艺动作。2） 运动循环图为进一步设计各执行机

9、构的运动尺寸提供了重要依据。3） 为机械系统的安装、调试提供了依据。14.6方案评价与决策14.6.1 方案评价的意义 机械系统方案设计的最终目标，是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。14.6方案评价与决策14.6.2评价准则、评价指标和评价体系1、评价准则评价一个设计方案的优劣，需要一定的依据，这些依据称为评价准则。它包含两方面内容：A、设计目标B、设计指标加工难易、能耗大小、制造成本等尺寸、重量、结构复杂性等效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、适用范围等14.6方案评价与决策实现运动规律或轨迹的型式，实现工艺动作的准确性、特定功能等承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音、可靠性等运转速度、行程可调性、运动精度等 2、评价指标系 统 功 能评价指标运 动 性 能动 力 性 能工 作 性 能济 济 性结构紧凑性14.6方案评价与决策 3、 评价体系所谓评价体系，就是通过一定范围内的专家咨询，对评价指标中的各具体项目赋予评定分数值。这些分数值是按各项目的重要程度来确定的。14.6方案评价与决策 14.6.3评价方法1、经验性的概略评价法2、计算性的教学分析评价法A、评分法B、技术-经济评价法C、模糊评价法3、实践性的实验评价法14.6方案评价与决策 14.6.4评价结果的处理再设计若以理想的评价值为1相对评价值小于 0.6 的方案，应予以剔