1、機械運動方案設計機械系統通常由原動機、傳動部分、執行機構和控制部分等組成。機械運動方案 設計的主要內容是：根據給定機械的工作要求，確定機械的工作原理，擬定工藝動作和 執行構件的運動形式，繪制工作循環圖；選擇原動機的類型和主要參數，并進行執行機 構的選型與組合，隨之形成機械系統的幾種運動方案，對運動方案進行分析、比較、評 價和選擇；對選定運動方案中的各執行機構進行運動綜合，確定其運動參數，并繪制機 構運動簡圖，在此基礎上，進行機械的運動性能和動力性能分析。一、機械運動方案設計的步驟機械運動方案設計的一般過程如下：構思機械工作原理，針對設計任務書中的規定 的機械功能，構思實現該功能所采用的科學原理

2、和技術手段，即機械的工作原理；由工 作原理進一步確定機械所要實現的工藝動作，復雜的工藝動作可分解為幾種簡單運動的 合成，選用適當的機構實現這些運動就是機械運動方案設計的主要任務。二、繪制機械工作循環圖（又稱運動循環圖）針對機械要實現的工藝動作，確定執行構件的數目，為了實現機械的功能，各執行 構件的工藝動作之間往往有一定的協調配合要求，為了清晰地表述各執行構件運動協調 關系，應繪制機械的工作循環圖。機械工作循環圖也是進行機構的選型和擬定機構的組 合方案的依據。三、選擇執行機構類型 根據執行構件的運動形式和運動參數，選定實現執行構件工藝動作的執行機構，并將各執行機構有機的組合在一起，以實現機械的整

3、體工藝動作。在進行執行機構選型時, 應首先滿足執行構件運動形式的要求，然后通過對所選機構進行綜合、組合、變異和調 整等，以滿足執行構件的運動參數和運動特性等要求。一般來說，滿足執行構件工藝動 作的執行機構往往不是一種，而是多種，故應該進行綜合評價，擇優選用。四、繪制機械運動示意圖依據機械工作性質和工作環境等，合理選取原動機類型；原動機的運動和動力經傳 動系統的傳遞和轉化后，驅動執行機構的主動件，使執行機構實現預期的工藝動作。根 據機械的工作原理、執行構件運動的協調配合要求，和所選定的各執行機構，擬定機構 的組合方案，畫出機械運動示意圖，這種示意圖就表示可機械運動配合情況和機構組成 情況，代表機

4、械運動系統的方案，對于運動情況比較復雜的機械，機械運動示意圖還可以采用軸測投影的方法繪制出立體的機械運動示意圖。五、執行機構的尺度綜合 根據各執行構件和主動件的運動參數，以及各執行構件運動間的協調配合要求，同 時考慮執行機構的動力性能要求，確定各執行機構中構件的尺寸和幾何形狀（如凸輪廓 線）等。六、繪制運動機械簡圖 針對各機構尺度綜合所得結果，進行機構的運動分析和動態靜力分析，并從運動規 律、動力條件、工作特性等多方面進行綜合評價，確定機構其它相關尺寸。然后繪制出 運動簡圖。根據機械運動簡圖所求得的運動參數、動力參數，可以作為機械零部件結構 設計的依據。七、編制設計說明書 設計說明書是設計人員

5、對整個設計計算過程的系統整理和歸納總結， 是審核設計的主要技術文件之一，也是進行圖紙設計的理論依據。因此編定好設計說明書是整個設計 工作中一項必不可少的重要組成部分。設計說明書的內容應根據設計任務的要求而定，一般來講包括以下幾個方面：1、目錄（標題和頁次） ；2、設計題目（設計條件和要求） ；3、全部原始數據；4、機械運動設計方案的擬定， （設計思路的說明，所選用機構的工作原理及運動特 性）；5、機構的組合方式；6、機械運動循環圖；7、機械運動簡圖；8、采用的設計方法及其原理的簡要說明；9、設計計算公式及其所調用的子程序名稱；10、機械運動分析、動力分析的方法，分析計算公式及其抽調用的子程序名

6、稱；11、編程框及自編主程序，打印出自編的分部程序并作必要的說明；12、用表格列出計算結果，并繪制出主要的運動曲線圖；13、對計算結果的分析討論，作出概括性的結論；14、列出主要的參考資料。設計說明書用鋼筆書寫，采用統一的 16 開報告紙；編寫說明書時應作到條理清楚、 敘述簡明、重點突出、計算正確、文句通順、書寫整潔；所用的公式和數據應注明來源 （參考資料的編寫和頁次） ；全部計算中所用的符號和腳注必須前后一致，不能混淆； 對自成單元的內容應有大小標題，做到層次分明醒目突出；繪制機械運動簡圖時應采用 規定的符號，按比例作圖；對計算結果應有簡明的結論，如果實際所取的數值與計算結 果有較大差異，

7、應作必要的解釋， 說明原因； 說明書編定完畢后應加上封面， 裝訂成冊機械運動循環圖機器的各個工藝動作是相互獨立的，它們各自實現自己的子功能。但為了實現機器 的總功能，這些各自獨立的動作又必須相互配合、相互協調以確保時間和空間上的同步。 用來表述各執行機構之間運動協調配合關系的圖就是機械的運動循環圖。它是機器各執行機構的運動循環圖（即執行機構的執行構件在一個循環中的運動狀態圖）按同一時間 （或分配軸的轉角）比例繪制的總圖，它以某一主要執行機構的起點為基準，表示各執 行機構的運動循環相對于該主要執行機構的動作順序。因此它是機器各執行機構之間的協調圖，也是機器設計、安裝、調試的依據。一、機械運動循環

8、圖表示方法機械運動循環圖常用的表示方法有如表 1中三種。表1機械運動循環圖的分類、表示方法和優缺點類別表示方法優缺點直線式圖1將運動循環的各個運動區段的 時間和順序按比例繪在直線坐 標軸上能清楚地表示整個運動循環內各執 行機構的執行構件行程之間的相互 順序和時間（或轉角）的關系，繪制 比較簡單。執行機構的運動規律無 法顯示，直觀性差同心圓式圖2將運動循環的各運動區段的時 間和順序按比例繪在圓形坐標 上直觀性強，可以直接看出各執行構 件原動件在分配軸上所處的相位。 便于各機構的設計、安裝、調試。執行機構比較多時，由于同心圓太 多看起來不清楚直角坐標式圖3將運動循環的各運動區段的時 間和順序按比例

9、繪制在直角坐 標軸上，實際上它是執行構件的 位移圖，只不過為了簡明起見， 各區段之間都用直線相連直觀性最強，能清楚地看出各執行 機構的運動狀態及起訖時間。有利 于指導執行機構的幾何尺寸設計分配鈾轉角印頭機構油眾機構油盤機構油銀退回沾油墨油盤油盤 靜止轉動油蠱給鉛寧刷油最油盤掙止圖1平壓印刷機直線式運動循環圖圖2平壓印刷機同心圓式運動循環圖3(?60s9?_120* 150*0" I 暫 印頭印宇印頭退回圖3平壓印刷機直角坐標式運動循環圖、機械運動循環圖的設計機械的運動循環是指完成其運動功能所需的總時間，通常以 T 表示。機械的運動循 環往往與各執行機構的運動循環相一致， 因為執行機構

10、的生產節奏就是整臺機器的運動 節奏。執行機構中執行構件的運動循環至少包括一個工作行程和一個空行程。有時有的 執行構件還有一個或若干個停歇階段。因此，執行機構的運動循環丁執=丁工作+T空程+T停歇式中 ：T 工作執行機構工作行程時間；T 空程執行機構空回程時間；T 停歇執行機構停歇時間。在設計機械的運動循環圖 （又稱工作循環圖） 時，通常機械應實現的功能是已知的， 它的理論生產率也已經確定，機器的傳動方式以及執行機構的結構均已初步擬定，然后 可以按以下步驟進行設計。1確定執行機構的運動循環時間 T執；2、確定組成運動循環的各個區段；3、確定執構件各區段的運動時間及相應的分配軸轉角；4、初步繪制執

11、行機構的運動循環圖；5、在完成執行機構的設計后，對初步繪制的運動循環圖進行修改；6、分別畫出各執行機構的運動循環圖； 進行各執行機構的協調設計，又稱同步設計，最后畫出整個機器的運動循環圖。三、機械運動循環圖的應用運動循環圖可以用來核算機器的生產率，并通過分析研究循環圖，從中尋找提高機 器生產率的途徑。運動循環圖可以用來指導各個執行機構的設計、安裝和調試。應用運 動循環圖可以檢驗各執行機構中執行構件的運動是否緊密配合、相互協調。機械運動簡圖設計的內容、方法和步驟為了實現生產過程的機械化、自動化或者某種動作功能，就必須按這些動作和動能 要求，設計或開發相應的一系列機構，并將它們按動作過程要求組合成

12、新的機械。機械 運動簡圖除了要表示出各構件本身各執行構件間真實運動關系外， 還應表示各執行構件 之間動作過程的次序和配合情況。機械運動簡圖的設計，主要包括下列內容：1、功能原理方案的設計和構思根據機械所要實現的功能采用有關的工作原理， 由工作原理出發設計和構思出工藝 動作過程，這就是功能原理方案的設計。值得指出的是，一個靈巧的功能原理方案是創 新機械的出發點和歸宿。2、機械運動方按的設計機械運動方案通常用機械運動示意圖來表示， 它是根據功能原理方案中提出的工藝 動作過程及各個動作的運動規律要求，選擇相應的若干個執行機構，并按一定的順序把 它們組合成機械運動示意圖。這個機構系統應能合理地、可靠地

13、完成上述工藝動作。機 械運動方案就是機械運動簡圖設計中的型綜合。 機械運動方案中所畫出的表示機構結構 形式、機構相互聯接情況的示意圖是進行機械運動簡圖設計尺度設計的依據。3、機械運動簡圖的尺度綜合將機械運動方案中各個執行機構， 根據工藝動作運動規律和機械運動循環圖的要求 進行尺度綜合。機械運動簡圖中各機構的運動尺寸（如果有高副機構還應包括高副的形 狀）都要通過分析、計算加以確定。當然，在設計機械運動簡圖進行尺度綜合時，應該 同時考慮其運動條件和動力條件，否則不利于設計性能良好的新機械。4、機械運動簡圖設計的一般程序 根據產品功能要求、工作性質和動作過程等基本要求進行新機械的方案設計時，首 先將

14、總功能分解成多個功能元，找出功能元的運動規律和工作過程；其次按各功能元的 運動規律和動作過程確定運動示意圖（即機械運動方案圖） ；然后，按各功能元的運動 規律、動作過程、動力性能等要求進行機械運動簡圖的尺度綜合。機械運動方案的比較與優選由前述的機械運動方案設計可知，對于同一種功能，可選取不同的工作原理來滿足 要求，而同一種工作原理，還可選用、創造不同的機構及其組合來實現。因此，對于要 求滿足某種功能的機械，可能的運動方案就有很多種，故有必要對機械運動方案進行比 較和優選。 作為課程設計，目的在于完成評選方案的初步訓練， 所以，偏重于機構結構、 運動和動力特性方面的比較，主要包括以下幾方面的內容

15、：1、機構功能的重量一般來說，所有方案都能基本滿足機構的功能要求，然而，各種方案在實現功能的 質量上還是有差別的，所以對實現功能的質量需首先進行比較分析。如：工作行程是否 達到設計要求，與預期運動規律符合程度，運動參數（vmax amaX大小，傳力性能（壓 力角、傳動角）好壞，生產效率高低，所須原動機功率，振動、沖擊、噪聲的大小，傳 動精度與持久性，恢復精度的方便程度等。2、機構結構的合理性機構結構的合理性是指機構中構件與運動副的數量及種類是否最少， 機構組成是否 最為簡潔，運動鏈可否再作簡化，動力源種類與原動機參數選擇是否合理，各級傳動機 構的傳動比分配是否合理。通常，機械制造的難易程度與使

16、用構件多少的平方成比例，這是因為零件的制造技 術和零件間的接合（裝配）技術兩方面的問題同時存在的緣故，因此，減少構件數和運 動副數可降低制造的困難程度。同時還減少誤差環節和摩擦損耗，提高機構的剛度，并 且也降低機構產生故障的可能性，提高其工作的可靠性。因此，有時寧用有設計誤差但 結構簡單的近似機構，而不采用理論上沒有誤差但結構復雜的精確機構。 動力源的合理選擇，也有利于機構的簡化和改善運動質量。例如，從動件作直線運動， 若能從現場的現成氣、電、液壓源中選擇一個合適的直線運動動力裝置（如汽缸、直線 電動機、液壓缸等） ，就可省去運動變換機構，簡化機械系統。若現場不具備某些動力 源，那么，為簡化機

17、構而特別設置一個新的動力源，也許是不合適的。3、機構的經濟性機械應具有良好的經濟性，即加工制造成本低，使用維修費用低。在材料確定后， 加工制造成本主要與機構組成及運動副形式有關。因此，設計中要考慮是否有更簡捷廉 價的方法完成預期任務，對機器的加工、安裝與配合精度要求可否降低，需特殊加工零 件（凸輪、靠模）的加工難度，各種消耗（能源、工具、輔料）可否降低，原材料利用 率能否提高等。4、在設計與制造的關系我們應從制造是否簡便的觀點出發來衡量。如果這個方案的機構設計雖然比較繁 難，但是制造容易，則還是應該優先選用，因為這有利于提高機構的經濟性。5、機構的使用性理論上可行的機構，到能夠將其付諸實用，還

18、是有一段距離的。所以，設計者要為 “用戶”著想，除了滿足功能要求，經濟實惠以外，還應考慮機器的安全可靠問題，如 操作強度，操作人員的體力、腦力消耗，使用、維護、保養、拆裝、運輸的方便程度， 是否會造成污染或公害，對工作環境有無特殊要求（防塵、防爆、防電磁干擾、恒溫、 恒濕等）。除了上述評價內容，在進行機械運動方案比較與優選時，還應考慮非機械傳動方式 的應用情況，機械中高科技含量與自動化、智能化程度，設計成果的新穎性，他人知識 產權、專利技術的移植與運用情況等。對于不同設計對象和設計要求，應按不同需要對 上述內容加以合理取舍。設計題目：專用機床的刀具進給機構和工作臺回轉機構設計專用機床外形及其尺

19、寸如圖4所示。工作臺有I、U、M、W四個工作位置，工位 I是裝卸工件，工位U是鉆孔，工位川是擴孔，工位W是鉸孔。主軸箱上裝有三把刀具， 對應于工位U、位置裝鉆頭，川位置裝擴孔鉆，W位置裝鉸刀。刀具由專用電動機帶動 繞其自身的軸線轉動。主軸箱每向左栘動送進一次，分別在四個工位上完成對應的裝卸工件、鉆孔、擴孔和鉸孔工作。當主軸箱右移快速退回到刀具離開工件后，工作臺回轉90度，然后主軸箱再次左移。這時對其中每一個工件來說，它進入了下一個工位的加工。依次循環4次，一個工件完成裝、鉆、擴、鉸、卸等工序。由于主軸往復一次，在四個 工位上同時進行工作，所以每次就有一個工件完成上述全部工序。一、原始數據和設計要求1） 刀具頂端離開工作表面65mm快速移動送進60mn后，再勻速送進60mm（包括5mm 刀具切入量、45mn工件孔深、10mm刀具切出量，如右圖所示），然后快速返回。回程和 進程的平均速度之比K=22）刀具勻速進給速度為2mm/s工件裝卸時間不超過10s。1）機床生產率每小時約75件。2）執行機構及傳動機構能裝入機體內。、方案設計與選擇1）回轉臺的間歇轉動，可采用槽輪機構、不完全齒輪機構、凸輪式間歇運動機構。2）主軸箱的往復移動，可采用圓柱凸輪機構