机械原理课程设计_机械的运动方案及机构的创新设计（PDF64页）.pdf

机电与信息工程学院机电与信息工程学院机械电子工程系机械电子工程系中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理第12章 机械的运动方案及机构的创新设计(补充内容)第12章 机械的运动方案及机构的创新设计(补充内容)Chapter 12 Kinematic Scheme and MechanismCreative Design(Additional Contents)中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理12.1 INTRODUCTION12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIMEMOVER,TRANSMISSION MECHANISMAND EXECUTIVE MECHANISM12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISMMOTIONChapter 12 Kinematic Scheme and Mechanism Creative Design 12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理12.1 引言引言机械产品设计机械产品设计:分析分析综合综合创新创新特定要求特定要求新产品新产品特定功能特定功能开发开发机械产品的设计过程机械产品的设计过程12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械产品的设计过程机械产品的设计过程机械新产品的开发设计过程：机械新产品的开发设计过程：1）初期规划设计阶段）初期规划设计阶段2）总体方案设计阶段）总体方案设计阶段3）结构技术设计阶段）结构技术设计阶段4）生产施工设计阶段）生产施工设计阶段12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械产品的设计过程机械产品的设计过程12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械产品的设计过程机械产品的设计过程12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械产品的设计过程机械产品的设计过程12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械产品的设计过程机械产品的设计过程工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械产品的设计过程机械产品的设计过程12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械产品市场上的竞争力？机械产品市场上的竞争力？质量好质量好价格低价格低有新意的产品有新意的产品机械总体方案设计的目的机械总体方案设计的目的12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械总体方案设计的目的机械总体方案设计的目的仿照设计：仿照设计：往往忽略初期规划设计阶段的作用往往忽略初期规划设计阶段的作用往往忽略总体方案设计阶段的作用往往忽略总体方案设计阶段的作用初期规划设计调研可行性论证生命力竞争力初期规划设计调研可行性论证生命力竞争力开发什么产品？开发什么产品？产品开发产品开发：总体方案设计总体方案设计设计目标设计目标创新的关键创新的关键12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理（1）执行系统的方案设计）执行系统的方案设计?执行系统的功能原理设计执行系统的功能原理设计?运动规律设计运动规律设计?执行机构的型式设计执行机构的型式设计?执行系统的协调设计执行系统的协调设计?执行系统的方案评价与决策执行系统的方案评价与决策（2）原动机类型的选择）原动机类型的选择机械总体方案设计的内容机械总体方案设计的内容12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械总体方案设计的内容机械总体方案设计的内容（4）控制系统的方案设计）控制系统的方案设计（3）传动系统的方案设计）传动系统的方案设计?传动类型的选择传动类型的选择?传动路线的选择传动路线的选择?传动链中机构顺序的安排传动链中机构顺序的安排?各级传动比的分配各级传动比的分配?润滑系统润滑系统?冷却系统冷却系统?故障监测系统故障监测系统?安全保护系统安全保护系统?照明系统照明系统（5）其它辅助系统的设计）其它辅助系统的设计12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械设计已不再纯属于工程技术范畴，而是自然科学、人文科学和社会科学相互交叉、科学理论与工程技术高度融合所形成的一门现代设计科学。机械设计已不再纯属于工程技术范畴，而是自然科学、人文科学和社会科学相互交叉、科学理论与工程技术高度融合所形成的一门现代设计科学。?现代设计的概念现代设计的概念机械总体方案设计中的设计思想机械总体方案设计中的设计思想12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?现代设计的概念现代设计的概念12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?系统：系统：由具有特定功能、相互之间既有联系又相互制约的单元组合而成的有序整体。由具有特定功能、相互之间既有联系又相互制约的单元组合而成的有序整体。?系统工程观念：系统工程观念：1.各子系统设计合理、协调工作，系统运行的整体功能大于各单元的简单代数和。各子系统设计合理、协调工作，系统运行的整体功能大于各单元的简单代数和。2.各子系统设计不合理、不能协调的工作，系统将产生内耗，导致系统整体功能小于各单元功能的和。各子系统设计不合理、不能协调的工作，系统将产生内耗，导致系统整体功能小于各单元功能的和。?系统工程的概念系统工程的概念12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?一般机械系统：一般机械系统：由 驱 动 系 统、传 动 系统、执行系统、控制系统等子系统组成。由 驱 动 系 统、传 动 系统、执行系统、控制系统等子系统组成。各子系统都具有特定的功能各子系统都具有特定的功能?系统工程的概念系统工程的概念12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?系统工程解决设计问题的基本思想：系统工程解决设计问题的基本思想：1.从系统的整体目标出发，将总体功能分解成若干功能单元。从系统的整体目标出发，将总体功能分解成若干功能单元。2.寻找出能完成各个功能的技术方案。寻找出能完成各个功能的技术方案。3.把能完成各个功能的技术方案组成方案组，进行分析评价和优选。把能完成各个功能的技术方案组成方案组，进行分析评价和优选。4.实现给定条件下的整体优化。实现给定条件下的整体优化。?系统工程的概念系统工程的概念12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械设计：机械设计：是利用和改造客观世界的工程活动是利用和改造客观世界的工程活动1）是创造人工制造物）是创造人工制造物2）是工程设计）是工程设计受到诸多因素的影响和制约受到诸多因素的影响和制约?工程设计的概念工程设计的概念12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?工程设计的概念工程设计的概念12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?工程设计的概念工程设计的概念12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?工程设计的概念工程设计的概念12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?工程设计的概念工程设计的概念12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?工程设计的概念工程设计的概念12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械是机器和机构的总称，机器是由单一机构、多个同一机构或多种机构所组成的。下图所示的牛头刨床就是一部典型的机器。在牛头刨床中，连杆机构用以实现切削运动，工作台、刀架与滑枕是执行构件。机械是机器和机构的总称，机器是由单一机构、多个同一机构或多种机构所组成的。下图所示的牛头刨床就是一部典型的机器。在牛头刨床中，连杆机构用以实现切削运动，工作台、刀架与滑枕是执行构件。12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械设计的主要步骤机械设计的主要步骤1.确定其所要完成的工作任务；确定其所要完成的工作任务；2.根据其工作要求，对需采取的工艺方法及工作原理进行根据其工作要求，对需采取的工艺方法及工作原理进行分析；分析；3.完成原动机传动机构执行机构的运动简图设计，即完成原动机传动机构执行机构的运动简图设计，即运动方案设计；运动方案设计；4.施工图设计。施工图设计。12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理运动方案设计的必备知识运动方案设计的必备知识为了顺利地进行机械运动方案设计，必须掌握必要的知识和环境信息，必须了解有关学科在实现运动方案设计中所能起到的作用。为了顺利地进行机械运动方案设计，必须掌握必要的知识和环境信息，必须了解有关学科在实现运动方案设计中所能起到的作用。1.充分了解并掌握各种常用机构的基本知识；充分了解并掌握各种常用机构的基本知识；2.必须了解和掌握各种动力源的性能和使用要求；必须了解和掌握各种动力源的性能和使用要求；3.必须熟悉对设计方案选择有重要影响的周围环境的信息必须熟悉对设计方案选择有重要影响的周围环境的信息;4.充分重视其他学科的技术应用。充分重视其他学科的技术应用。12.1 INTRODUCTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理运动方案设计的主要步骤运动方案设计的主要步骤1.工艺参数的给定及运动参数的确定；工艺参数的给定及运动参数的确定；2.执行构件间运动关系的确定及运动循环图的绘制；执行构件间运动关系的确定及运动循环图的绘制；3.动力源的选择及执行机构的确定；动力源的选择及执行机构的确定；4.机构的选择及创新性设计；机构的选择及创新性设计；5.方案的比较与决策。方案的比较与决策。12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理12.1 INTRODUCTION12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIMEMOVER,TRANSMISSION MECHANISMAND EXECUTIVE MECHANISM12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISMMOTION12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理原动机的类型及应用原动机的类型及应用12.2 原动机、传动机构和执行机构的类型及选择原动机、传动机构和执行机构的类型及选择原动机的动力源主要有电、液及气三种：原动机的动力源主要有电、液及气三种：?电动机电动机电动机是最常用的原动机，交流异步电动机、直流电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机及步进电动机等均有广泛的应用。电动机是最常用的原动机，交流异步电动机、直流电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机及步进电动机等均有广泛的应用。?液压马达及液压油缸液压马达及液压油缸液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。?气马达及气缸气马达及气缸气马达及气缸则是主要的气压原动机。气马达及气缸则是主要的气压原动机。12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理传动机构的类型及功用传动机构的类型及功用常用的传动机构有：常用的传动机构有：?齿轮机构齿轮机构齿轮机构应用在中心距较小，传动精度较高，各种不同传递速度和动力范围的场合。齿轮机构应用在中心距较小，传动精度较高，各种不同传递速度和动力范围的场合。?螺旋机构螺旋机构在许多机械设备中大量应用着螺旋机构（又称丝杠传动），它主要用于将回转运动转变为直线运动。在许多机械设备中大量应用着螺旋机构（又称丝杠传动），它主要用于将回转运动转变为直线运动。12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理传动机构的类型及功用传动机构的类型及功用常用的传动机构有：常用的传动机构有：?带传动与链传动带传动与链传动带传动及链传动多用于中心距较大的传动。带传动及链传动多用于中心距较大的传动。?连杆机构连杆机构连杆机构在机械设备及日常生活中有大量应用。连杆机构在机械设备及日常生活中有大量应用。?凸轮机构凸轮机构由于凸轮机构是高副接触，决定了这种机构主要用于传递运动。由于凸轮机构是高副接触，决定了这种机构主要用于传递运动。?间隙运动机构等间隙运动机构等12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理执行机构的运动类型及典型机构执行机构的运动类型及典型机构机器中机器中最接近被作业工件一端最接近被作业工件一端的机构称为的机构称为执行机构执行机构。执行机构中。执行机构中接触工件接触工件或或执行终端运动的构件执行终端运动的构件称为称为执行构件执行构件。机器通过执行构件完成作业任务。机器通过执行构件完成作业任务。执行机构的运动分为直线运动、回转运动、任意轨迹运动、点到点的运动及位到位的运动等主要五种运动形式。实现不同运动形式的典型机构主要有：执行机构的运动分为直线运动、回转运动、任意轨迹运动、点到点的运动及位到位的运动等主要五种运动形式。实现不同运动形式的典型机构主要有：1.实现直线运动的机构实现直线运动的机构2.实现回转运动的机构实现回转运动的机构3.实现运动轨迹的机构实现运动轨迹的机构4.点到点的运动机构点到点的运动机构5.位到位的运动机构位到位的运动机构12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理1.实现直线运动的机构实现直线运动的机构(1)齿轮齿轮-齿条机构齿条机构齿轮的正、反向回转可以使齿条做往复直线运动齿轮的正、反向回转可以使齿条做往复直线运动(2)螺旋机构螺旋机构丝杠的回转可以使螺母实现往复直线运动。丝杠的回转可以使螺母实现往复直线运动。(3)曲柄滑块机构曲柄滑块机构当曲柄连续回转时，滑块可做往复直线运动。当曲柄连续回转时，滑块可做往复直线运动。12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理(4)特定尺寸的四杆机构特定尺寸的四杆机构如图所示，当四杆机构中的杆件尺寸满足如图所示，当四杆机构中的杆件尺寸满足BC=CD=CM=2.5AB，AD=2AB时，曲柄连续回转，则连杆上的时，曲柄连续回转，则连杆上的M点在某一运动段上其轨迹为近似直线。点在某一运动段上其轨迹为近似直线。(5)链传动及带传动链传动及带传动可以拖动被作业件在两链轮或两带轮之间的直线段做直线运动。可以拖动被作业件在两链轮或两带轮之间的直线段做直线运动。1.实现直线运动的机构实现直线运动的机构12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理(1)齿轮传动机构齿轮传动机构(2)双曲柄机构双曲柄机构一曲柄回转可带动另一曲柄做等速或不等速回转运动。一曲柄回转可带动另一曲柄做等速或不等速回转运动。(3)链传动及带传动链传动及带传动可以实现较长距离的回转运动。可以实现较长距离的回转运动。2.实现回转运动的机构实现回转运动的机构12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理(1)四杆机构（连杆曲线）四杆机构（连杆曲线）四杆机构的连杆上的每一点均可以实现一定的封闭运动轨迹。四杆机构的连杆上的每一点均可以实现一定的封闭运动轨迹。(2)开式链机构开式链机构任何开式链机构上的端点都可以实现一定的运动轨迹，工业机器人操作机大多是由开链机构组成的。任何开式链机构上的端点都可以实现一定的运动轨迹，工业机器人操作机大多是由开链机构组成的。3.实现运动轨迹的机构实现运动轨迹的机构12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理(1)曲柄滑块机构曲柄滑块机构合理的设计曲柄滑块机构的尺寸，可以实现滑块的点到点的运动。合理的设计曲柄滑块机构的尺寸，可以实现滑块的点到点的运动。4.点到点的运动机构点到点的运动机构(2)凸轮机构凸轮机构摆动从动件凸轮机构及直动从动件凸轮机构均可实现点到点的运动。摆动从动件凸轮机构及直动从动件凸轮机构均可实现点到点的运动。12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIME MOVER,TRANSMISSION MECHANISM AND EXECUTIVE MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理在四杆机构应用中，连杆及摇杆占据空间两个及两个以上位置的情况随处可见，如：在四杆机构应用中，连杆及摇杆占据空间两个及两个以上位置的情况随处可见，如：(1)热处理炉炉门开闭机构热处理炉炉门开闭机构炉门可以占据开启和闭合两个位置。炉门可以占据开启和闭合两个位置。(2)飞机起落架机构飞机起落架机构起落架可以使轮子占据收起和放下两个位置。起落架可以使轮子占据收起和放下两个位置。5.位到位的运动机构位到位的运动机构12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISM MOTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理12.1 INTRODUCTION12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIMEMOVER,TRANSMISSION MECHANISMAND EXECUTIVE MECHANISM12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISMMOTION12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISM MOTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机械的运动方案设计包括从原动机传动机构执行机构的整个系统的设计，其结果是给出一份满足运动性能要求的运动简图。机械的运动方案设计包括从原动机传动机构执行机构的整个系统的设计，其结果是给出一份满足运动性能要求的运动简图。12.3 机械运动方案的设计机械运动方案的设计12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISM MOTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理1.参数的给定及原动机的选择参数的给定及原动机的选择运动方案设计需给出主要的运动参数，以及由此而确定的力参数。如机床切削力的大小影响着机构的选取，因为某些机构无法承受大的作用力。运动方案设计需给出主要的运动参数，以及由此而确定的力参数。如机床切削力的大小影响着机构的选取，因为某些机构无法承受大的作用力。运动参数运动参数应包括应包括运动形式运动形式（直线运动、回转运动、曲线运动）、（直线运动、回转运动、曲线运动）、运动特点运动特点（连续式、间歇式、往复式）、（连续式、间歇式、往复式）、运动范围运动范围（极限尺寸、转角及位移）、（极限尺寸、转角及位移）、运动速度运动速度（等速、不等速）等。运动参数是由机械的工艺要求决定的。力的参数，如牛头刨床中的切削力的大小，锻压机械中压头的压力大小等都是由机械的工艺要求决定的。有时，（等速、不等速）等。运动参数是由机械的工艺要求决定的。力的参数，如牛头刨床中的切削力的大小，锻压机械中压头的压力大小等都是由机械的工艺要求决定的。有时，某些参数需由设计者计算得到某些参数需由设计者计算得到。12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISM MOTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理根据运动参数，参考力的参数，考虑粗略的、大致的传动方案（注意对传动精度的要求），比较其繁简，并依据现有条件，综合选择原动机的类型。根据运动参数，参考力的参数，考虑粗略的、大致的传动方案（注意对传动精度的要求），比较其繁简，并依据现有条件，综合选择原动机的类型。一般地说，应首选电动机一般地说，应首选电动机，但也并非尽然。在满足工作性能要求、现场允许的条件下，有时也用液压或气压驱动源。，但也并非尽然。在满足工作性能要求、现场允许的条件下，有时也用液压或气压驱动源。原动机的不同选择对机械传动系统的设计、组成的繁简以及性能的优劣都有着重要的影响。原动机的不同选择对机械传动系统的设计、组成的繁简以及性能的优劣都有着重要的影响。12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISM MOTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理2.执行机构的运动协调与运动循环图执行机构的运动协调与运动循环图多数机器不只有一个执行构件，往往是许多执行构件协调工作以完成同一任务。运动循环图即可表示出各执行机构间的时序协调关系。另一种情况是，某些机械的多个执行构件在完成同一任务时，需有准确而协调的运动时间和运动顺序的安排，以防止出现某一执行构件工作不到位或两个以上执行构件在同一空间发生干涉。多数机器不只有一个执行构件，往往是许多执行构件协调工作以完成同一任务。运动循环图即可表示出各执行机构间的时序协调关系。另一种情况是，某些机械的多个执行构件在完成同一任务时，需有准确而协调的运动时间和运动顺序的安排，以防止出现某一执行构件工作不到位或两个以上执行构件在同一空间发生干涉。以下是牛头刨床的三种运动循环图：直线式运动循环图，圆周式运动循环图及直角坐标式运动循环图。以下是牛头刨床的三种运动循环图：直线式运动循环图，圆周式运动循环图及直角坐标式运动循环图。12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISM MOTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理2.执行机构的运动协调与运动循环图执行机构的运动协调与运动循环图牛头刨床的三种运动循环图牛头刨床的三种运动循环图12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISM MOTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理3.机械运动方案设计准则机械运动方案设计准则1)传动链应尽可能短；传动链应尽可能短；2)机械效率应尽可能高；机械效率应尽可能高；3)传动比的分配应尽可能合理；传动比的分配应尽可能合理；4)传动机构的顺序安排应尽可能恰当；传动机构的顺序安排应尽可能恰当；5)机械的安全运转必须保证。机械的安全运转必须保证。12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISM MOTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理4.机械运动方案的评价机械运动方案的评价实现同一工作任务，且满足工艺要求和性能指标时，可以设计出多种机械运动方案来。必须再经过充分的、细致的分析比较，以决定取舍。最后保留的设计方案应是最优方案。每一部机器都是由原动机，执行机构及传动机构组成的，因此需分别对原动机及各机构进行评价，然后经综合可获得对一部机器整机的评价。建立评价体系是量化评价的方法之一。实现同一工作任务，且满足工艺要求和性能指标时，可以设计出多种机械运动方案来。必须再经过充分的、细致的分析比较，以决定取舍。最后保留的设计方案应是最优方案。每一部机器都是由原动机，执行机构及传动机构组成的，因此需分别对原动机及各机构进行评价，然后经综合可获得对一部机器整机的评价。建立评价体系是量化评价的方法之一。12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISM MOTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理评价体系可将机构评价指标划分为五大类型：评价体系可将机构评价指标划分为五大类型：(1)机构的功能机构的功能(2)机构的工作性能机构的工作性能(3)机构的动力性能机构的动力性能(4)经济性经济性(5)机构紧凑性机构紧凑性等评价时分别对五大类型及更为细致的子项给出分值，然后对整机进行比较。等评价时分别对五大类型及更为细致的子项给出分值，然后对整机进行比较。4.机械运动方案的评价机械运动方案的评价12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISM MOTION中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理假定设计方案均满足假定设计方案均满足(1)、(2)两大类型要求，则应对不同方案重点进行两大类型要求，则应对不同方案重点进行(3)、(4)、(5)的比较。运转平稳、加速度小、无冲击和噪声，这对大型机械是十分重要的评价指标，尤其对未获得在基座上平衡的连杆机构更是如此。机械的结构简单、尺寸紧凑、重量轻、传动链短、工作可靠是又一重要的评价指标。制造难易，调整的方便性，维修的方便性直接影响着机构及机械的经济性，这是不可忽视的第三方面的评价指标。的比较。运转平稳、加速度小、无冲击和噪声，这对大型机械是十分重要的评价指标，尤其对未获得在基座上平衡的连杆机构更是如此。机械的结构简单、尺寸紧凑、重量轻、传动链短、工作可靠是又一重要的评价指标。制造难易，调整的方便性，维修的方便性直接影响着机构及机械的经济性，这是不可忽视的第三方面的评价指标。综合考虑各方面评价指标，才能在诸多机械运动方案的设计中选出最优者。综合考虑各方面评价指标，才能在诸多机械运动方案的设计中选出最优者。12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理12.1 INTRODUCTION12.2 TYPE AND SELECTING OF PRIMEMOVER,TRANSMISSION MECHANISMAND EXECUTIVE MECHANISM12.3 DESIGN OF SCHEME OF MECHANISMMOTION12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理机构的创新应用是仍然使用常见的机构，经过巧妙的构思，赋予机构以新的应用。机构的创新应用是仍然使用常见的机构，经过巧妙的构思，赋予机构以新的应用。12.4 机构的创新设计机构的创新设计1.机构的创新应用机构的创新应用12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理1)原有机构的发展在对原有机构的应用中，由于其某些性能方面的不足，所以会出现一些新的机构。如齿轮传动的传动比较小，因而有蜗轮原有机构的发展在对原有机构的应用中，由于其某些性能方面的不足，所以会出现一些新的机构。如齿轮传动的传动比较小，因而有蜗轮-蜗杆机构的出现，此后又有摆线针轮减速器和谐波减速器的出现等等。蜗杆机构的出现，此后又有摆线针轮减速器和谐波减速器的出现等等。2)新机构的创造如利用纤维连杆将可逆旋转或摆动变换成直线往复运动的执行元件已用于假手的研制中。新机构的创造如利用纤维连杆将可逆旋转或摆动变换成直线往复运动的执行元件已用于假手的研制中。2.新机构的构思与创造新机构的构思与创造12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理将几个机构采用一定的形式组合后形成的机构称之为组合机构。组合机构是机构创新设计的一个重要方面。将几个机构采用一定的形式组合后形成的机构称之为组合机构。组合机构是机构创新设计的一个重要方面。1)齿轮齿轮-连杆组合机构连杆组合机构2)凸轮凸轮连杆组合机构连杆组合机构3)其他形式机构的组合等常用组合方式其他形式机构的组合等常用组合方式3.组合机构组合机构复合式组合反馈式组合并联式组合串联式组合复合式组合反馈式组合并联式组合串联式组合12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理新型电动机和新材料驱动器的出现，可大大的简化机构的结构，甚至改变了传动机构的设计。新型电动机和新材料驱动器的出现，可大大的简化机构的结构，甚至改变了传动机构的设计。1)新型电动机新型电动机今天的一些电动机已与传统的形式有很大的不同，交流变频调速技术的应用大大简化了机械变速机构。直线电动机可直接输出直线运动，采用这种电动机将不再需要诸如滚珠丝杠等直线传动机构，并且具有非常高的传动定位精度（今天的一些电动机已与传统的形式有很大的不同，交流变频调速技术的应用大大简化了机械变速机构。直线电动机可直接输出直线运动，采用这种电动机将不再需要诸如滚珠丝杠等直线传动机构，并且具有非常高的传动定位精度（m级）。例如使用直线驱动器的电子打字机运行稳定、机构简单、不需要调整。直接驱动电动机，不需要经齿轮等减速机构，而可直接用于机器人的关节驱动，大大简化了机构的结构。即使是传统的电动机，随着高磁性材料和化学加工方法的应用，其尺寸也越来越小。此外，还可采用硅技术（级）。例如使用直线驱动器的电子打字机运行稳定、机构简单、不需要调整。直接驱动电动机，不需要经齿轮等减速机构，而可直接用于机器人的关节驱动，大大简化了机构的结构。即使是传统的电动机，随着高磁性材料和化学加工方法的应用，其尺寸也越来越小。此外，还可采用硅技术（IC制造技术）和纳米技术制作微型电动机。制造技术）和纳米技术制作微型电动机。4.原动机的创新发展原动机的创新发展12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理2)新材料驱动器新材料驱动器由于新材料的出现，产生了许多新型驱动原理与新型驱动器，它们给机构设计带来了新思想。由于新材料的出现，产生了许多新型驱动原理与新型驱动器，它们给机构设计带来了新思想。3)多自由度驱动器多自由度驱动器多自由度机械需要多个原动件，每个原动件都需要一个驱动器，有时多个驱动器间还需要有一些机构作运动协调处理。多自由度驱动器在多自由度装置中应用，可以减少驱动器的数目，省去这些作运动协调的机构，降低装置的复杂程度，减小体积，提高运动精度。如专门设计的光盘读写头二自由度驱动器，可实现驱动光盘旋转并准确移动读写头到所期望的轨道位置。多自由度机械需要多个原动件，每个原动件都需要一个驱动器，有时多个驱动器间还需要有一些机构作运动协调处理。多自由度驱动器在多自由度装置中应用，可以减少驱动器的数目，省去这些作运动协调的机构，降低装置的复杂程度，减小体积，提高运动精度。如专门设计的光盘读写头二自由度驱动器，可实现驱动光盘旋转并准确移动读写头到所期望的轨道位置。12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?分析综合法分析综合法将机械预期实现的功能分解为各种分功能，分析其本质，进行各分功能原理设计，最后把分功能原理组合起来，组成一个新的系统。将机械预期实现的功能分解为各种分功能，分析其本质，进行各分功能原理设计，最后把分功能原理组合起来，组成一个新的系统。功能原理的创造性举例功能原理的创造性举例12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理?思维扩展法思维扩展法在进行机械功能原理设计时，设计者一定要拓宽自己的思路，广泛采用气、液、光、声、电、新材料等新技术，构思出新的功能原理。在进行机械功能原理设计时，设计者一定要拓宽自己的思路，广泛采用气、液、光、声、电、新材料等新技术，构思出新的功能原理。?还原创新法还原创新法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要求另劈新径，构思新的功能原理。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要求另劈新径，构思新的功能原理。功能原理的创造性举例功能原理的创造性举例12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理洗衣机揉搓原理刷擦原理捶打原理设计模仿人手的机械手，难度大易损坏衣物很难把衣物各处都刷洗到应用举例应用举例12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理波轮洗衣机滚筒洗衣机波轮洗衣机滚筒洗衣机12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理工艺动作十分简单，针杆做往复移动，拉线杆和摆梭做往复摆动，送布牙的轨迹由复合运动实现，这几个动作的协调配合，便实现了缝联布料的功能要求。工艺动作十分简单，针杆做往复移动，拉线杆和摆梭做往复摆动，送布牙的轨迹由复合运动实现，这几个动作的协调配合，便实现了缝联布料的功能要求。?家用缝纫机的发明家用缝纫机的发明采用摆梭使底线绕过面线将布料加紧的原理采用摆梭使底线绕过面线将布料加紧的原理中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理12.4 CREATIVE DESIGN OF MECHANISM再现轨迹的机构再现轨迹的机构连杆机构（搅拌机构）连杆机构（搅拌机构）齿轮齿轮-连杆组合机构连杆组合机构联动凸轮机构联动凸轮机构凸轮凸轮-连杆组合机构连杆组合机构齿轮-连杆组合机构搅拌机构齿轮-连杆组合机构搅拌机构联动凸轮机构联动凸轮机构ABCDE凸轮-连杆组合机构凸轮-连杆组合机构一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之外，其他机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之外，其他机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。中国矿业大学(北京)中国矿业大学(北京)机械原理机械原理Chapter 12 Kinematic Scheme and Mechanism Creative Design 机械设计是一项具有挑战性的创造性劳动，设计方案的快速确定及合理性与设计经验密切相关，同学们一定要注意