功能单元组合法——优化方案组合

上述基本机构分类及其选型法是将各种机构分析比较后通过设计者的逻辑思维而组合确定的。这种组合法要求设计者对各种机构的功能熟练掌握并具有较丰富的设计经验才能得心应手地完成。可以把这种方法称为逻辑经验组合法。但在一般情况下，一个好方案往往是从若干个方案中筛选出来的，这些方案的组合可采用功能单元组合法。其步骤一般如下：

1）综合考虑输入、输出构件的动作要求，特别要仔细分析执行构件的运动形式，并把这种运动形式分解为若干个动作要求。

2）把这些动作要求转化成装置在运转中必须满足的基本功能。

3）根据经验或已有资料设想出满足这些基本功能的基本机构，把这种满足基本功能的基本机构称为功能单元。

4）根据工艺提出的各种约束把这些功能单元恰如其分地连接起来组合成各种方案。

5）根据已有知识对其中的可行方案进行定性或定量分析，从中选出最佳方案。

功能单元组合法是一项艰苦的工作，功能单元确定以及方案组合过程都必须付出大量的劳动和时间，有时必须徒手画出许多简图并适当进行定性或定量分析。然而，只要认真地按顺序进行以上步骤，就能够综合出有用的甚至是意想不到的好方案。

表5-1 基本机构选型参考表

（续）

任何复杂运动都是由一些最基本的运动合成的，其基本运动形式有：单向转动、单向移动、往复摆动、往复移动、间歇运动等。而任何复杂的机构组合系统都是由一些基本机构组成的，这些机构有高副机构（如齿轮、凸轮机构等）、低副机构（如连杆机构）、多自由度机构（如差动机构、奇数连杆机构）。这些基本机构所能完成的基本运动形式可用一些代号来表示，如图5-1所示。

图5-1 基本运动形式代号

例如某一机构的动作要求用三种运动形式组合完成：①运动形式转换；②运动轴线转换；③运动缩小。如图5-2所示，这三种运动形式的相互组合就可以得到六种方案。如果每种运动形式又有若干种基本机构来完成，则可以得到完成机构动作要求的功能单元组合。(www.xing528.com)

图5-2 运动形式组合方案

现以刨床工作台进给机构为例说明用功能单元法组合各种进给传动方案的过程。

通过对刨削工艺过程的分析可对设计机构提出如下工作要求：

1）通过刨刀的刨削及工件的横向定量间歇移动使刨刀完成工件整个平面的加工。

2）为保证加工的表面质量要求刨削运动近似等速，工件作间歇等量横向进给运动。

3）刨刀空行程移动速度大于工作行程移动速度以提高生产率。

4）表面分层加工时能方便调整进给机构的正反向进给方向及进给量。

以上分析可知，刨削工作由两个机构完成，即刨头往复移动机构和工作台（工件）横向间歇进给机构。

根据工艺要求分析知，刨削运动方向与进给运动方向相互垂直，且应把主传动的转动变成工作台的横向间断进给运动，并要求分层刨削时可以变向进给。把该工艺动作要求分解为五种基本功能：①转动转化为摆动；②摆动或转动转化为移动；③摆动或转动转化为间歇运动；④运动轴线变向；⑤运动方向变换。

表5-2为满足这五个基本功能的各种功能单元。分别将其中每行中的任一机构按一定顺序排列组成与工艺要求相对应的若干机构方案，理论上共有3⁵=243种。根据各功能单元应恰如其分合乎逻辑地进行相互组合的原则，有些方案可能会摒弃。而且有些功能单元具有多功能性质，因此可能组合的可行方案较理论方案少。然后，将这些可行方案加以定性或定量分析，就可以从中选出最佳方案。用逻辑经验组合法得到的刨削机构方案即表5-2中的一种可行方案。从组合图中可知，该方案中的棘轮棘爪机构具有两种功能：将摆动转化为单向间歇运动和通过改变棘爪安装方向来改变进给方向。螺旋机构也具有两种功能：将单向间歇摆动转化为间歇单向移动和进行轴线转换运动。显然，在一个方案中某基本机构的功能越多，则得到的方案结构越简单。

表5-2 运动形式转化对应的机构方案