機械運動方案確定講義.ppt

第11章 機械運動方案設(shè)計,11.1 機械總體方案設(shè)計,重要性 直接決定產(chǎn)品的性能、質(zhì)量及其在市場上的競爭力和企業(yè)效益。 核心內(nèi)容 機械運動方案設(shè)計，最具創(chuàng)造性和綜合性。 一、機械產(chǎn)品的設(shè)計過程 五個階段 產(chǎn)品規(guī)劃(概念設(shè)計)、總體方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計、 生產(chǎn)施工設(shè)計(工藝設(shè)計)、改進設(shè)計。,機械產(chǎn)品設(shè)計一般進程,11.2 現(xiàn)代設(shè)計觀念與創(chuàng)新設(shè)計簡介,一、現(xiàn)代設(shè)計觀念 (一) 機械設(shè)計的歷史,人類設(shè)計 經(jīng)歷的階段,直覺設(shè)計階段,憑直觀感覺來設(shè)計制作工具和機械，往往帶有一定的盲目性,經(jīng)驗設(shè)計階段,依靠個人的才能和經(jīng)驗，運用一些基本設(shè)計計算理論，借助類比、模擬和試湊等方法進行設(shè)計,半理論半經(jīng)驗設(shè)計階段,充分利用數(shù)據(jù)、圖表和手冊等進行設(shè)計，減少了設(shè)計的盲目性，增加了合理性,10.3 機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設(shè)計,重要性 執(zhí)行系統(tǒng)是機械系統(tǒng)中的重要組成部分，直接完成機械系統(tǒng)預期工作任務(wù)。 機械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計是機械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的核心，是整個機械設(shè)計工作的基礎(chǔ)。 機械執(zhí)行系統(tǒng)的組成 由一個或多個執(zhí)行機構(gòu)組成。執(zhí)行構(gòu)件是執(zhí)行機構(gòu)的輸出構(gòu)件，其數(shù)量及運動形式、運動規(guī)律和傳動特性等要求，決定了整個執(zhí)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。,一、機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設(shè)計的主要內(nèi)容和過程,功能原理設(shè)計,根據(jù)需要制定機械的總功能，擬定實現(xiàn)總功能的工作原理和技術(shù)手段，確定機械所要實現(xiàn)的工藝動作,運動規(guī)律設(shè)計,通過對工作原理所提出的工藝動作進行分解，決定采用何種運動規(guī)律來實現(xiàn)工作原理,執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計,決定選擇何種機構(gòu)實現(xiàn)給定的運動規(guī)律,執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計,執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計,根據(jù)工藝過程對各動作的要求，分析各執(zhí)行機構(gòu)應當如何協(xié)調(diào)配合，設(shè)計出機械運動循環(huán)圖,確定各執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸，繪制出各執(zhí)行機構(gòu)的運動簡圖,運動和動力分析,檢驗執(zhí)行系統(tǒng)是否滿足運動要求和動力性能方面的要求,方案評價與決策,對方案進行定性評價和定量評價并從中選出最佳設(shè)計方案,二、執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 1. 功能原理的選擇與構(gòu)思 產(chǎn)品的功能 產(chǎn)品的用途、性能、使用價值等，根據(jù)人們生產(chǎn)或生活需要提出。 確定功能指標的考慮因素 先進性 可行性 經(jīng)濟性 功能原理設(shè)計的重要性 決定產(chǎn)品的技術(shù)水平、工作質(zhì)量、傳動方案、結(jié)構(gòu)型式、制造成本等。,功能原理設(shè)計的多方案性,工作原理不同，運動方案也不同,齒輪加工,剃齒,范成原理,仿形原理,工作原理相同，運動方案不同,齒輪加工,插齒,滾齒,其它實例 斜面的應用 螺旋壓力機、螺旋千斤頂、螺紋聯(lián)接件、螺旋輸送機、螺桿泵、螺旋微動機構(gòu)、千分尺等 齒輪加工方法 無屑加工(精密鑄造、粉末冶金成型、滾壓成型)、切削加工(成型法、展成法)、成型法加工的盤狀齒輪銑刀和指狀齒輪銑刀、展成法的滾齒和插齒,用最簡單的方法實現(xiàn)功能舉例,圖示按摩椅中的按摩輪利用一個偏心空間凸輪，同時實現(xiàn)三維方向的按摩作用徑向振動擠壓、向下推拉和橫向推拉，構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)非常簡單。,光、機、電、流體等知識的綜合運用舉例,指針,圖示分析天平，要求精度達到0.01g，但靠目力讀指針的微小偏角已不可能。,增加了一級光學放大鏡，將讀數(shù)放大。,總功能,功能元解,功能原理方案,最佳功能原理方案,明確任務(wù),功能元,2. 功能分析與功能求解 功能分析法(function analysis)，將機械產(chǎn)品的總功能(total function)分解成若干功能元(function element)，求解功能元，將其組合，得到滿足總功能要求的多種解決方案供評價選擇。,三、執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設(shè)計 1. 工藝動作分解和運動方案選擇,刀具作復合運動,刀具與工作臺分別運動,運動規(guī)律設(shè)計通常是對工藝方法和工藝動作進行分析，把其分解成若干個基本動作。工藝動作分解的方法不同，所形成的運動方案也不同。,立式鉆床工藝動作分解,直線運動,曲線運動,復合運動,往復擺動,每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) rpm,由兩個以上單一運動合成,間歇轉(zhuǎn)動,停歇往復直線運動,停歇單向直線運動,沿可變曲線運動,每分鐘轉(zhuǎn)位次數(shù)、轉(zhuǎn)角大小、運動系數(shù),每分鐘擺動次數(shù)、轉(zhuǎn)角大小、行程速度變化系數(shù),每分鐘行程數(shù)、大小、行程速度變化系數(shù),每次進給量的大小,每循環(huán)停歇次數(shù)、位置、時間、行程大小和工作速度,四、執(zhí)行機構(gòu)的型式設(shè)計,1. 設(shè)計原則 滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動作和運動要求 盡量簡化和縮短運動鏈 盡量減小機構(gòu)尺寸 選擇合適的運動副形式 考慮動力源的形式 使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力和動力特性 使機械具有調(diào)節(jié)某些運動參數(shù)的能力 保證機械的安全運轉(zhuǎn),2. 機構(gòu)的選型 目的 選擇或創(chuàng)造出滿足執(zhí)行構(gòu)件運動和動力要求的機構(gòu)。, 傳遞連續(xù)轉(zhuǎn)動的機構(gòu),嚙合傳動機構(gòu),連桿機構(gòu),摩擦輪傳動,蝸桿傳動,鏈傳動,平行四邊形機構(gòu),摩擦傳動機構(gòu)的優(yōu)缺點,結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、易于實現(xiàn)無級變速、過載保護。,傳動比不準確、傳遞功率小、效率低。, 實現(xiàn)單向間歇轉(zhuǎn)動的機構(gòu),棘輪機構(gòu),齒輪-連桿機構(gòu),不完全齒輪機構(gòu),凸輪式間歇運動機構(gòu),適用于轉(zhuǎn)角固定的轉(zhuǎn)位運動,每次轉(zhuǎn)角小，或轉(zhuǎn)角大小可調(diào)的低速場合,大轉(zhuǎn)角而速度不高的場合,運動平穩(wěn)、分度、定位準確，但制造困難、高精度定位、高速場合,特殊要求的輸送機構(gòu), 實現(xiàn)往復移動往復擺動運動的機構(gòu),凸輪機構(gòu),組合機構(gòu),往復運動 機構(gòu),連桿機構(gòu),螺旋機構(gòu),齒輪齒條機構(gòu),液壓缸、氣缸,正弦機構(gòu),正切機構(gòu),多桿機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu),連桿機構(gòu)特點 制造容易、承載能力大，但難以實現(xiàn)精確運動，適用于無嚴格運動規(guī)律的場合。,凸輪機構(gòu)特點 能實現(xiàn)任意復雜的運動和各構(gòu)件之間的運動協(xié)調(diào)，承載能力不大。,螺旋機構(gòu)特點 可獲得大的減速比和較高的運動精度，常用作低速進給和精密微調(diào)機構(gòu)。,齒輪齒條機構(gòu)特點 適用于移動速度較高的場合，精密齒條制造困難，傳動精度及平穩(wěn)性不及螺旋機構(gòu)。, 再現(xiàn)軌跡的機構(gòu),齒輪連桿組合機構(gòu),聯(lián)動凸輪機構(gòu),凸輪連桿組合機構(gòu),一般而言，除了凸輪機構(gòu)能實現(xiàn)精確的曲線軌跡之外，其它機構(gòu)都只能近似實現(xiàn)預定的曲線軌跡。,齒輪連桿組合機構(gòu),攪拌機構(gòu),聯(lián)動凸輪機構(gòu),凸輪連桿組合機構(gòu),此抓片機構(gòu)采用了聯(lián)動凸輪機構(gòu)，通過兩凸輪的聯(lián)動作用，使抓片爪按矩形軌跡運動，從而達到間歇抓片的目的。,此裝配線采用了聯(lián)動凸輪機構(gòu)，使筆芯托架沿著矩形軌跡運動，從而達到使圓珠筆芯步進式地向前送進的目的。,3. 機構(gòu)的構(gòu)型 目的 當所選擇的機構(gòu)型式不能完全實現(xiàn)預期要求，或雖能實現(xiàn)功能要求但存在著或結(jié)構(gòu)較復雜、或運動精度不當和動力性能欠佳，可在常用機構(gòu)中選擇一種功能和原理與工作要求相近的機構(gòu)，在此基礎(chǔ)上重新構(gòu)筑機構(gòu)的型式。, 組合法,串聯(lián)組合 前一級子機構(gòu)的輸出構(gòu)件，作為后一級子機構(gòu)的輸入構(gòu)件，依次串聯(lián)的組合方式。,后一級子機構(gòu)的主動件為前一級子機構(gòu)的一個連架桿。,后一級機構(gòu)的子主動件為在前一級子機構(gòu)的連桿。,并聯(lián)組合 幾個子機構(gòu)共用同一個輸入構(gòu)件，而它們的輸出運動又同時輸入給一個多自由度的子機構(gòu)，從而形成一個自由度為1的機構(gòu)系統(tǒng)的組合方式。,各子機構(gòu)間無嚴格的運動協(xié)調(diào)配合關(guān)系,各子機構(gòu)在動作的先后次序上有嚴格的要求,自動車床上三個并聯(lián)凸輪的工作順序有先后要求。,各子機構(gòu)有運動形式配合要求,磨床中的主軸運動、砂輪運動和、工件運動在運動形式上有配合要求。,反饋式組合 在機構(gòu)組合系統(tǒng)中，其多自由度子機構(gòu)的一個輸入運動，是通過單自由度子機構(gòu)從該多自由度子機構(gòu)的輸出構(gòu)件回授的組合方式。,校正原理 蝸桿主動，因制造誤差使蝸輪運動精度達不到要求，由誤差設(shè)計一凸輪機構(gòu)，經(jīng)齒輪齒條、差動機構(gòu)k使蝸桿得到一附加運動，以校正誤差。,機床校正機構(gòu),輸入,4,1,4,2,1,3,k,2,復合式組合 由一個或幾個串聯(lián)的基本機構(gòu)去封閉一個具有兩個或多個自由度的基本機構(gòu)的組合方式, 變異法,更換原動件,雙搖桿機構(gòu)中，選連桿作為原動件，可把風扇轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為連架桿的搖動。,運動倒置,改變構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀,將擺動導桿機構(gòu)中的直線導槽改為圓弧導槽，可獲得較長時間的停歇。,改變構(gòu)件運動尺寸,槽輪直徑變?yōu)闊o窮大，槽數(shù)無窮多時，演變?yōu)椴蹢l機構(gòu),五、執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計 執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計原則 滿足各執(zhí)行機構(gòu)動作先后的順序性要求 滿足各執(zhí)行機構(gòu)動作在時間上的同步性要求 滿足各執(zhí)行機構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求 滿足各執(zhí)行機構(gòu)在操作上的協(xié)同性要求 各執(zhí)行機構(gòu)的動作安排要有利于提高勞動生產(chǎn)率 各執(zhí)行機構(gòu)的的布置要有利于系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)和效率的提高,評價方法 評分法 針對評價目標中各個項目，選擇一定的評分標準和總分計分法對方案的優(yōu)劣進行評價。,建立評價體系,選擇評分方法,選擇評分標準,對各個項目進行評分,選擇總分計分法，計算總分,選取高分者為優(yōu)選方案,一、機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 1. 設(shè)計過程 確定傳動系統(tǒng)總傳動比 選擇傳動類型 擬定傳動鏈布置方案 分配傳動比 確定各級傳動機構(gòu)的基本參數(shù)和主要幾何尺寸，計算傳動系統(tǒng)的各項運動學和動力學參數(shù) 繪制傳動系統(tǒng)運動簡圖,第四節(jié) 機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 和原動機選擇,2. 傳動類型選擇 類型與特點,撓性(件)傳動,摩擦輪傳動,繩傳動,圓形齒輪傳動,撓性嚙合傳動,帶傳動,嚙合傳動,機械 傳動,摩擦傳動,單級齒輪傳動,齒輪系傳動,同步齒形帶傳動,螺旋齒輪傳動,蝸桿蝸輪傳動,圓錐齒輪傳動,圓柱齒輪傳動,定軸輪系傳