4 绘制系统工作循环图
设计机械时，用以表示机械在一个工作循环过程中，各执行构件之间运动配合关系的图形叫做系统工作循环图。绘制系统工作循环图的过程就是系统协调设计过程。
当机器或机械系统总体方案确定以后，在进行运动设计之前，还必须考虑各执行机构的工艺动作、运动时间或运动速度间的协调配合关系。传动系统中各执行机构关系通常有以下3种情况：
(1) 在某些传动系统中，各执行构件的运动是彼此独立的，不存在各执行构件在动作上的严格协调配合问题。在这种情况下，为了简化传动链，通常可分别为每种运动设计一个独立的传动链，由单独的原动机驱动。
例如图4.1所示的外圆磨床，砂轮和工件的四个运动彼此独立。应为每个运动单独设计各自的运动链。
图4.1 外圆磨床
(2) 各执行构件间必须保证严格的速度协调配合。如按范成法加工齿轮时，刀具和工件的范成运动必须保持其一恒定的传动比。又如在车床上车制螺纹时，主轴的转速和刀架的走刀速度也必须保持恒定的速比关系。在这种情况下，通常采用集中分流驱动，用传动链来调整和保证执行构件间的速比关系。
(3) 要求各执行构件的动作须协调配合。即要求各执行构件在运动时间的先后上和运动位置的安排上必须准确而协调的相互配合。课程设计的题目都属于这种情况。
课程设计题目中绘制系统工作循环图的任务是完成主执行机构与控制工件运动的辅助执行机构之间的协调设计。一般情况下，主执行机构在完成正行程中的工作形成时，即可考虑让控制工件运动的辅助执行机构的输出构件（作间歇运动）开始动作。但是，什么时间开始动作，在多长时间内完成动作是由“干涉条件”决定的。
以牛头头刨床为例。牛头刨床在主执行机构的一个运动循环（曲柄转角
?=0?~360?）内，滑块（刀具）作切削运动（正行程，正行程的曲柄转角与行程速比系数相关）和退刀运动（回程）。牛头刨床的刨刀铰接在滑块上。假设在开始退刀时工件
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砂轮 砂轮架 工件 作进给运动，当退刀过程中刀具与已经作了给进运动的工件发生位置干涉时，刀具会绕其轴线转动而避免干涉。因此牛头刨床理论上可以在回程的起始点开始作进给运动。
图4.2所示冲床的两个执行构件中，要求：1)送料构件将原料送入模孔上方后，冲头才可进入模孔进行冲压；2)当冲头上移一段距离后，才能进行下次送料动作。
a）等待送料 b）送料完成等待冲压 c）上模正行程
d）上模完成回程等待送料 e）送料完成等待冲压
图4.2冲床的工作循环
可以看出，在不知道主执行机构的运动循环情况时，协调设计就无从下手。而主执行机构的运动循环情况是在第6步“机构的参数确定”中确定的。因此“协调设计”与“机构的参数确定”是并行、交叉设计。
各执行机构运动协调配合关系用工作循环图表示。在编制运动循环图时，要从机械中选择一个构件作为定标构件，用它的运动位置（转角、位移或运动时间）作为确定各执行构件动作先后次序的基准。课程设计时建议选主执行机构的曲柄为定标构件，用曲柄转角作为确定各执行构件动作先后次序的基准，在图中标出各机构的各种动作的起始角和终止角。
工作循环图通常有3种形式：1) 圆环式运动循环图；2) 直线式运动循环图；3) 直角坐标式运动循环图。
如图4.3所示为表示牛头刨床中，执行构件刨头和工作台间运动配合关系的圆环式运动循环图。此循环图绘制的步骤大致如下：
1) 选择定标构件。由于两执行构件的工作循环的周期是相同的，即在导杆机构的曲柄(图4.1(b))旋转360°的时间内完成一个工作循环。并且导杆机构的曲柄1既是切削运动执行机构的原动件又是工作台进给组合部分的运动源头，故选择曲柄1作定标构件，显然是恰当的。
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D 2 1 B 3 C 5 4 E A
a）牛头刨床圆环式运动循环图 b) 牛头刨床主执行机构
图 4.3 牛头刨床圆环式运动循环图的制定
2) 作一圆环表示曲柄1在一个工作循环中的转角，根据导杆机构的行程速比系数K，求出其极位夹角?，从而可将圆环分为两倍分：圆环的上半部分的圆心角为180°+?，对应刨刀工作时曲柄1的转角；下半部分表示刨刀空回行程时曲柄1的转角。
3) 在前述圆环之外再画一圆环，表示进给运动组合部分中，曲柄摇杆机构的曲柄在一个工作循环中的转角。以内环中所表示的刨头运动规律为基准，并在外环中合理地安排好工作台停动时间所对应的曲柄的转角位置，那么，由此二圆环所组成的循环图可形象、准确地表示出设计者对二执行构件间运动协调配合的要求。
依据上述运动循环图就能比较容易地设计出两曲柄在两连接齿轮上的相对位置，以及为保证工作台能正确运动的曲柄摇杆机构、棘轮机构、螺旋机构等的运动简图参数。所以，传动系统的运动循环图是对系统进行进一步的运动设计、控制系统设计、以及设备的安装、调试等工作的重要依据。
冲头 送料器 冲制 退回 进给 停 曲柄转角0? 90? 180? 270? 360?
图 4.4 冲床执行构件的直线式工作循环图
图4.4所示为冲床两执行构件的直线式运动循环图。
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所谓直角坐标式运动循环图，其绘制原理基本上与上述两种循环相同，只是在直线式循环图中引入一纵坐标来表示执行构件的位移或速度甚至加速度的大小。这样的循环图，不仅能表示出执行构件间运动的先后秩序，而且能表示出各执行构件在各种行程中的运动规律以及各执行构件间在运动上的配合关系。所以，这是一种比较复杂也比较完善的运动循环图。关于直角坐标式运动循环图用下例说明制定过程。
【例4.1】《机械原理》教材图3-9所示的工作循环图的制定过程。 图4.5电阻压帽自动机凸轮机构。该压帽机的生产率Q=30件/ min。 ① 机械的工作循环时间
机械的工作循环时间是指作循环运动的机械完成一个工作循环所需要的时间，通常用T表示。机械的工作循环时间往往与各执行构件的运动循环时间一致。因为执行构件的运动节奏就是整台机器的工作节奏。执行构件的运动循环一般由若干个动作组成，因此，执行构件的运动循环时间T可以表示为
T执=T=t1+t2+?+tn
图4.5 电阻自动压帽机 ②机械工作循环图的设计步骤
设计机械工作循环图时，由于机械系统的功能是已知的，理论生产率已确定，即机械系统工作循环时间T已基本确定，各执行构件的运动方式也初步拟定。机械工作循环
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电阻坯件 电阻帽 电阻送料机构凸轮 送帽压帽机构凸轮 送帽压帽机构凸轮 夹紧机构凸轮 工艺过程
电阻体上料
电阻体夹紧 送帽 压帽
