第 23 章 机构系统运动简图设计

1. 第23章 机构系统运动简图设计 • 23.1 机构系统运动简图设计的任务与步骤 • 23.2 机构及机构系统设计的创新途径 • 23.3 组合机构 • 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 • 23.5 机构系统运动循环图

2. 23.1机构系统运动简图设计的任务与步骤 • 1、基本机构的局限性

3. 23.1机构系统运动简图设计的任务与步骤 • 2、机构系统运动简图设计的任务 机构选型或创新 机构系统运动简图 设计任务 注：主要满足生产工艺过程的运动要求，不涉及机构中构件的结构和强度。

4. 23.1机构系统运动简图设计的任务与步骤 • 3、机构系统运动简图设计的步骤 (1). 分析机械产品的生产工艺过程或其功能要求，区分出主操作部分和辅助 操作部分，然后确定所需的执行构件数及其基本运动形式和运动特性。 薄壁零件冲压机床的生产工艺过程及要求示意图

5. 23.1 机构系统运动简图设计的任务与步骤 (2).合理选择机构类型，拟定机械运动方案。 根据对机械产品的总体要求，合理选择执行机构的类型。 再根据所选原动机（如电动机、液压泵等）的类型，确定传动类型和传动机构，通过各种联接方式，将所有机构组合成若干条机构系统， 并画出示意图，即为机械运动方案。 (3). 拟定机构系统的运动循环图。 运动循环图反映了机械在一个工作循环中，各执行构件的运动先后顺序关系的一种图示。 (4). 对所选的机构进行运动设计，确定各机构具体的几何尺寸，最后按比例绘制出机构系统的运动简图。

6. 23.2机构及机构系统设计的创新途径 • 扩展法 在原有基本机构的基础上，通过叠加杆组或将两个以上的基本机构组合成新机构的方法。 偏置曲柄滑块机构 六杆导杆机构

7. 23.2机构及机构系统设计的创新途径 插入图12.1.2-4 大角位移输出机构 直线轨迹生成机构

8. 23.2机构及机构系统设计的创新途径 • 演化法 演化法也称为变异法。该方法主要突出“变换”，一是构件间相对运动的变换，一是高副与低副间的变换。 1、相对运动变换法 钢板叠放机构

9. 23.2机构及机构系统设计的创新途径 2、高副、低副变换法 具有停歇运动的导杆机构 一般导杆机构

10. 23.3 组合机构 组合机构：由基本机构（例如平面四杆机构、凸轮机构和齿轮机构等） 通过一定的方式组合而成的机构。 23.3.1 机构的组合方式与组合机构 1、串联式组合：前一个机构的输出构件作为后一个机构的输入构件。 机构的串联式组合及其框图

11. 23.3 组合机构 2、并联式组合：在机构组合中，一个原动件的运动，分别输出给多个并 列的自由度为1的基本机构，然后各基本机构的输出运动又输出给同 一个多自由度机构。 机构的并联式组合及其框图

12. 23.3 组合机构 机构的并联式组合及其框图

13. 23.3 组合机构 3、复合式组合：在机构组合中，即有串联式，又有并联式的组合方式。 机构的复合式组合及其框图

14. 23.3 组合机构 机构的复合式组合及其框图

15. 23.3 组合机构 4、叠联式组合：将做平面一般运动的构件作为原动件，且其中一个基本 机构的输出（或输入）构件为另一个基本机构的相对机架的连接方式 称为叠联式组合。 机构的叠联式组合及其框图

16. 23.3 组合机构 机构的叠联式组合及其框图

17. 23.3 组合机构 5、反馈式组合：在机构组合系统中，若其多自由度基本机构的一个输入 运动是通过单自由度基本机构从该多自由度基本机构的输出构件回授 的，则这种组合方式称为反馈式组合。 机构的反馈式组合及其框图

18. 23.3 组合机构 23.3.2 典型组合机构设计实例 要求：设计图示连杆-凸轮组合机构，使其满足当原动件1等速转动时，C 点能准确地实现给定的轨迹s。 连杆-凸轮组合机构

19. 23.3 组合机构 设计步骤： (1)：选定原动件回转中心A； (2)：确定曲柄长l1和连杆长l2; (3): 确定构件CD的长度l3； (4)：确定构件4的位移曲线; (5): 设计凸轮的轮廓曲线。 连杆-凸轮组合机构设计过程

20. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 23.4.1 机构类型的选择 按照执行构件所需的运动特性进行机构选型:从具有相同运动特性的机构中，按照执行构件所需的运动特性进行搜寻。当有多种机构均可满足所需要求时，则可根据上节所述原则，对初选的机构形式进行分析和比较，从中选择出较优的机构。

21. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计

22. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 某些运动要求及其相应机构举例

23. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 23.4.2 机构系统运动方案设计的某些特殊要求 1、实现执行构件大行程的要求 对心曲柄滑块机构 曲柄滑块—齿轮齿条串联机构

24. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 曲柄摇杆机构 导杆机构—齿轮串联机构

25. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 2、实现执行构件行程可调的要求 （1）将机构中的某些构件制作成长度可调的构件 在左图所示的曲柄滑块机构中，若要改变滑块的行程，应将哪个构件制作成长度可调的构件？ ： 对心曲柄滑块机构

26. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 （2）设计可调行程的机构 设计思路：选择一个两自由度的机构，为使其具有确定的运动，应有两个原动件，其中一个为主原动件，即为完成预定运动要求的输入构件；另一个为调整原动件，调整它的位置就可改变执行件的行程。当调整原动件调整至满足行程要求的位置后，就将其固定不动，此时机构就变为一个自由度的系统，然后在主原动件驱动下正常工作。

27. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 曲柄摇杆机构 行程可调的两自由度七杆机构

28. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 3、实现执行构件在某位置能承受极大力的要求 曲柄摇杆—摇杆滑块串联组合机构 曲柄滑块机构—小型压力机 当滑块到达下极限位置，并受力达到最大值，此时作用在曲柄上的驱动力矩也需要最大吗？

29. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 23.4.3 机构系统运动方案设计的基本原则 1、机构尽量简单，运动链尽量简单 • 在选择平面连杆机构时，有时宁可采用有一定设计误差的简单的近似机构，而不采用理论上无设计误差的较复杂的精确机构。 (a)八杆机构 (b)四杆机构 直线轨迹生成机构

30. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 • 合理选择动力源的类型，可使运动链简短。 (a)六杆机构 (b)运动倒置的凸轮机构 • 高副机构与低副机构的比较。

31. 23.4 机构选型及机构系统运动方案设计 2、尽可能减小机构的尺寸 在满足工作要求的前提下，希望机械产品的结构紧凑、尺寸小、重量轻。 3、机构系统应有良好的动力学特性

32. 23.5 机构系统运动循环图 23.5.1 机构系统运动循环图及其类型 用来描述机构系统在一个工作循环中各执行构件运动间相互协调配合的示意图称为机构系统运动循环图，简称运动循环图。 分类：按其表示的形式不同，通常有直线式运动循环图（或称矩 形运动循环图）、圆周式运动循环图和直角坐标式运动循 环图。

33. 23.5 机构系统运动循环图 • 镦钉子头部 • 送料 • 压紧、挤方 • 挤尖、切断 鞋钉制作工艺过程示意图

34. 23.5 机构系统运动循环图 1、直线式运动循环图 绘制方法：将机械在一个工作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，按比例绘制在直线轴上，形成长条矩形图。 特点：绘制方法简单，能清楚地表示出一个运动循环内各执行构件间运动的先后顺序和位置关系。但由于不能显示各执行构件的运动变化情况，只有简单的文字表述，故直观性较差。

35. 23.5 机构系统运动循环图 2、圆周式运动循环图 绘制方法：以原点O为圆心，作若干个同心圆环，每一个圆环代表一个执行构件。由各相应圆环分别引径向直线表示各执行构件不同运动区段的起始和终止位置。 特点：因机械的运动循环通常是在主轴或分配轴转一周的过程中完成的，故能直观地看出各执行机构中原动件在主轴或分配轴上所处的相位，便于各执行机构的设计、安装和调试。但当执行构件较多时，因同心圆环太多而不够清晰，同样也不能显示执行构件的运动变化情况。

36. 23.5 机构系统运动循环图 3、直角坐标式运动循环图 绘制方法：以横坐标轴代表机械的主轴或分配轴的转角，以纵坐标轴代表各执行构件的角位移或线位移，实际上就是各执行构件的位移线图。通常忽略实际的运动规律，将各运动区段用直线连接，只反映出个执行构件间运动的协调配合关系即可。 特点：形象、直观，不仅能清楚地表示出各执行构件的运动先后顺序，还能表示出执行构件的运动状态及运动变化情况。

37. 23.5 机构系统运动循环图 23.5.2 机构系统运动循环图的拟定 只有时间上的顺序关系 执行机构运动 协调配合关系 即有时间上的顺序关系，又有空间位置的干涉关系

38. 23.5 机构系统运动循环图 1、满足执行机构之间的运动只有时间上的顺序关系 产品外包装上印记的打印工艺示意图 T1=T2 推杆与打印头的运动规律

39. 23.5 机构系统运动循环图 • 运动循环图拟定方案一 方案一：推杆1先完成一个运动循环，然后打印头2再完成一个运动循环，如此反复交替。 点评：整个打印工作循环所需时间最长，即T=T1+T2。安排不大合理。 产品外包装上印记的打印运动循环图方案一

40. 23.5 机构系统运动循环图 • 运动循环图拟定方案二 方案二：打印头2先运动，推杆1经过DT时间后也开始运动，使得产品刚到打印位置，打印头2也同时到达打印位置。 点评：理论上整个打印工作循环所需时间最短，即T=Tmin=T1=T2。但由于制造、安装等误差而导致机构产 生运动误差，有可能产品还未到预定位置，而打印头2已经到达打印位置。显然这种运动循环图的安排不大合理。 产品外包装上印记的打印运动循环图方案二

41. 23.5 机构系统运动循环图 • 运动循环图拟定方案三 方案三：调整推杆1在一个运动循环内运动区段与停歇区段的相对位置，使产品提前Dt时间到达预定位置。 点评：一个打印工作循环所需的时间仍为最短。时间提前量Dt的数值可根据产品大小及实际可能的误差因素综合地加以确定。显然这种运动循环图的安排比较合理。 产品外包装上印记的打印运动循环图方案三

42. 23.5 机构系统运动循环图 2、满足执行机构之间的运动既有时间上的顺序关系，又有空间位置的 干涉关系 上述折纸过程产生干涉 的原因在哪里？ 包装自动线上折纸机构工艺示意图

43. 23.5 机构系统运动循环图 包装自动线上折纸机构工艺示意图 • 执行构件1的 • 位移运动规律 (b) 执行构件2的 位移运动规律 折纸机构执行构件运动循环图 M点为构件1上N点与构件2上K点的圆弧轨迹交点，称为干涉点。

44. 23.5 机构系统运动循环图 折纸机构运动循环图（不合理） 折纸机构执行构件运动循环图 （合理）