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机械原理课程设计指导14-1 概述概述返回返回设计机器的一般过程 计划阶段 方案设计阶段 技术设计阶段 技术文件编制阶段详细说明14-1 概述概述14-2 机械工作原理的拟定机械工作原理的拟定14-3 执行构件的运动设计和原动机的选择执行构件的运动设计和原动机的选择14-4 机构的选型和变异机构的选型和变异14-5 机构的组合机构的组合 14-6 机械系统方案的拟定机械系统方案的拟定返回返回14-2 机械工作原理的拟定机械工作原理的拟定返回返回根据使用要求、技术条件、工作环境提出机械所要达到的总功能；根据使用要求、技术条件、工作环境提出机械所要达到的总功能；拟定实现这些功能的工作原理及技术手段；拟定实现这些功能的工作原理及技术手段；设计出机械系统方案。设计出机械系统方案。功能功能：用途、性能、使用价值：用途、性能、使用价值同一种功能要求，采用不同的工作原理，拟定出不同的方案同一种功能要求，采用不同的工作原理，拟定出不同的方案将机械的总功能分解成许多分功能并形成机械的工艺动作过程。将机械的总功能分解成许多分功能并形成机械的工艺动作过程。返回返回1、执行构件的运动设计、执行构件的运动设计 执行构件的数目执行构件的数目 取决于机械分功能或分动作的多少（两者不一定相等）；取决于机械分功能或分动作的多少（两者不一定相等）；执行构件的运动形式和运动参数执行构件的运动形式和运动参数 取决于要实现的分功能的运动要求：取决于要实现的分功能的运动要求：回转（或摆动）、直线运动、曲线运动及复合运动。回转（或摆动）、直线运动、曲线运动及复合运动。2、原动机的类型及其运动参数的选择、原动机的类型及其运动参数的选择 原动机作回转运动：电动机（交流、直流、交流变频）、原动机作回转运动：电动机（交流、直流、交流变频）、液压马达、气动马达、内燃机等；液压马达、气动马达、内燃机等；原动机作往复直线运动：油缸、气缸、直线电机等）；原动机作往复直线运动：油缸、气缸、直线电机等）；重锤、发条、电磁铁等也可作原动机重锤、发条、电磁铁等也可作原动机3、各执行机构间的协调配合和机械的循环图、各执行机构间的协调配合和机械的循环图 直线式直线式（图（图14-7）、）、圆周式圆周式（图（图14-8）、）、直线坐标式直线坐标式（图（图14-9）、）、14-3 执行构件的运动设计和原动机的选择执行构件的运动设计和原动机的选择（1）各执行构件运动的协调配合关系举例：半自动钻床夹紧机构：摆动从动件盘形凸轮机构 作用：夹紧到位待加工的工件 松开钻好的工件定位机构：移动从动件盘形凸轮机构实现定位档块的伸缩 作用：挡住到位的工件 给钻好的工件让出通道送料机构：移动从动件圆柱凸轮机构，作用：从料堆中工件 将待钻的工件向前推进钻头给进机构：摆动从动件盘形凸轮机构-连杆-齿轮齿条 作用：控制钻头的给进和退出工序：送料、定位、夹紧、钻孔执行机构分析：1、送料机构：移动从动件圆柱凸轮机构，作用：从料堆中工件 将待钻的工件向前推进 2、定位机构：移动从动件盘形凸轮机构实现定位档块的伸缩 作用：挡住到位的工件 给钻好的工件让出通道3、夹紧机构：摆动从动件盘形凸轮机构 作用：夹紧到位待加工的工件 松开钻好的工件4、钻头给进机构：摆动从动件盘形凸轮机构-连杆-齿轮齿条 作用：控制钻头的给进和退出 机械运动循环图 表明在机械的一个运动循环中各执行构件运动配合关系的循环图作用 机器设计、安装和调试的依据运动循环图的三种表示方式：直线式：将机构在一个运动循环中，各执行构件各运动区段的起止时间（或转角）和先后顺序，按比例绘制在直线坐标上。圆周式：将机构在一个运动循环中，各执行构件各运动区段的起止时间（或转角）和先后顺序，按比例绘制在圆形坐标上。直角坐标式：横坐标轴表示各执行构件各运动区段的起止时间（或转角）和先后顺序，以纵坐标表示各执行构件相应的角位移或线位移。（各区段之间均用直线连接。（2）机械运循环图的概念机械运动循环图的设计确定机械的工作循环周期：机械运动循环时间：已知生产率：转一圈，12秒，一件 确定各执行构件的工作行程、空回行程、和可能具有的若干个停歇区段14-4 机构的选型和变异机构的选型和变异1、机构的选型（1）传递连续回转运动的机构）传递连续回转运动的机构 摩擦传动机构：带传动、摩擦轮传动等摩擦传动机构：带传动、摩擦轮传动等 啮合传动机构：齿轮、蜗杆、链、同步带等啮合传动机构：齿轮、蜗杆、链、同步带等 连杆机构：双曲柄、平行四边形等机构连杆机构：双曲柄、平行四边形等机构（2）实现单向间歇回转运动的机构）实现单向间歇回转运动的机构 槽轮机构：转角为固定值的转位运动槽轮机构：转角为固定值的转位运动 棘轮机构：转角较小、角度可调、低速场合棘轮机构：转角较小、角度可调、低速场合 不完全齿：转角较大低速场合不完全齿：转角较大低速场合 凸轮式间歇：用于高速、定位精度要求高的场合、制造困难。凸轮式间歇：用于高速、定位精度要求高的场合、制造困难。连杆连杆-齿轮组合：有特殊要求的输送机齿轮组合：有特殊要求的输送机（3）实现往复移动和往复摆动的机构）实现往复移动和往复摆动的机构 连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、齿轮齿条机构及组合机构等。连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、齿轮齿条机构及组合机构等。连杆机构：用于无严格运动规律要求的场合（行程不宜过大）；连杆机构：用于无严格运动规律要求的场合（行程不宜过大）；凸轮机构：用于有严格运动规律要求的场合，受力不大（行程较小）；凸轮机构：用于有严格运动规律要求的场合，受力不大（行程较小）；螺旋机构：用于低速给进和精密微调（较大行程）；螺旋机构：用于低速给进和精密微调（较大行程）；齿轮齿条机构：用于移动速度较高但不宜用于精确传动齿轮齿条机构：用于移动速度较高但不宜用于精确传动 及平稳性要求高的场合（较大行程）；及平稳性要求高的场合（较大行程）；（4）再现轨迹机构）再现轨迹机构 连杆机构、齿轮连杆机构、齿轮-连杆组合、凸轮连杆组合、凸轮-连杆组合、联动凸轮机构等连杆组合、联动凸轮机构等机构的基本功能2、机构的变异（1）改变构件的结构形状）改变构件的结构形状（2）改变构件的运动尺寸）改变构件的运动尺寸（3）选不同的构件为机架）选不同的构件为机架（4）选不同的构件为原动件）选不同的构件为原动件（5）增加辅助构件）增加辅助构件14-5 机构的组合机构的组合1、机构的串联组合2、机构的并联组合3、机构的封闭式组合整个机构为单自由度机构整个机构为单自由度机构基础机构：自由度为基础机构：自由度为2的五杆机构的五杆机构约束机构：自由度为约束机构：自由度为1的齿轮机构的齿轮机构14-6 机械系统方案的拟定机械系统方案的拟定1、拟定机械系统方案的方法（1）模仿创造法）模仿创造法（2）功能分解组合法）功能分解组合法2、机械系统方案拟定的一般原则（1）采用尽可能简短的运动链）采用尽可能简短的运动链（2）优先选用基本机构）优先选用基本机构（3）应使机械有较高的机械效率）应使机械有较高的机械效率（4）合理安排不同类型传动机构的类型）合理安排不同类型传动机构的类型（5）合理分配传动比）合理分配传动比3、机械系统方案的评价（1）评价指标）评价指标（2）评价方法）评价方法简易冲床机构设计原始数据及设计参数：原始数据及设计参数：1 1、动力源为电机，执行构件为上摸，大致运动规律如图、动力源为电机，执行构件为上摸，大致运动规律如图2 2、工作段传动角大于等于、工作段传动角大于等于 3 3、上摸到达工作段之前送料机构已将料坯送至待加工工位（下摸上摸到达工作段之前送料机构已将料坯送至待加工工位（下摸上方）上方）4 4、生产率每分钟、生产率每分钟7070件；件；5 5、执行构件工作段的长度、执行构件工作段的长度L=30L=30100mm100mm，对应转角，对应转角 上摸行程长度必须大于工作段长度的两倍以上上摸行程长度必须大于工作段长度的两倍以上6 6、行程速比系数、行程速比系数K K1.51.57 7、8 8、送料距离、送料距离H=60H=60250mm 250mm 9 9、要求在非工作行程有急回运动、要求在非工作行程有急回运动1010、主动件角速度、主动件角速度 14-7 机械系统方案拟定举例机械系统方案拟定举例送料：输送距离 冲压：快速接近工件，等速下行拉延、快速返回。快速接近工件等速下行拉延快速返回将工件推出型腔冲压：快速接近工件，等速下行拉延、推料出腔、快速返回。分析：上下，无间歇；速度变化，急回；行程较大行程：曲柄滑块机构曲柄受长度限制，工作行程近似等速急回：偏置位置方案设计（1）送料冲压联动方案二方案三确定方案齿轮-连杆冲压机构凸轮-连杆送料机构作机构工作循环图已知条件：生产率70件/分 设主动轴转速：n=10转/分则一个工作循环时间：基础机构设计（齿轮-连杆冲压机构）实验法设计五杆机构：设计齿轮机构已知中心距a（AE）确定其它参数 凸轮-连杆送料机构摆动滑块机构（OHRK）已知送料距离H=60250mm控制传动角,压力角：摆动从动件凸轮机构（已知：=1rad/s （n=10转/分）摆杆运动线图（自己作出）设计凸轮轮廓（可利用计算机软件）作出机构简图（按比例画1号或2号）各构件尺寸列表机构运动分析位移线图速度线图加速度线图1、利用计算机分析软件分析 首先对机构进行分解（基本杆组或基本机构）、作主程序框图、利用或编制分析软件作出线图。2、图解法分析（每人作两个点）