機械運動方案設計

1、案設計機械系統(tǒng)通常由原動機、傳動部分、執(zhí)行機構和控制部分等組成。機械運動方案 設計的主要 內(nèi)容是：根據(jù)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(zhí)行構件的運動形式， 繪制工作循環(huán)圖；選擇原動機的類型和主要參數(shù)，并進行執(zhí)行機 構的選型與組合，隨之形成機械系 統(tǒng)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(zhí)行機構進 行運動綜合，確定其運動參數(shù)，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 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(guī)定 的機械功能， 構思實現(xiàn)該功能所采用的科學原理和技術手段，即機械的工作原理；由

2、工 作原理進一步確定機械所 要實現(xiàn)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?shù)臋C構實現(xiàn)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(huán)圖(乂稱運動循環(huán)圖)針對機械要實現(xiàn)的工藝動作，確定執(zhí)行構件的數(shù)目，為了實現(xiàn)機械的功能，各執(zhí)行 構件的工藝 動作之間往往有一定的協(xié)調(diào)配合要求，為了活晰地表述各執(zhí)行構件運動協(xié)調(diào) 關系，應繪制機械的工 作循環(huán)圖。機械工作循環(huán)圖也是進行機構的選型和擬定機構的組 合方案的依據(jù)。根據(jù)執(zhí)行構件的運動形式和運動參數(shù)，選定實現(xiàn)執(zhí)行構件工藝動作的執(zhí)行機構，并 將各執(zhí)行機 構有機的組合在一起，以實現(xiàn)機械的整體工藝動作。在進行執(zhí)行機構選型時, 應首

3、先滿足執(zhí)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(diào) 整等，以滿足執(zhí)行構件的運動參數(shù) 和運動特性等要求。一般來說，滿足執(zhí)行構件工藝動 作的執(zhí)行機構往往不是一種，而是多種，故應 該進行綜合評價，擇優(yōu)選用。依據(jù)機械工作性質和工作環(huán)境等，合理選取原動機類型；原動機的運動和動力經(jīng)傳 動系統(tǒng)的傳 遞和轉化后，驅動執(zhí)行機構的主動件，使執(zhí)行機構實現(xiàn)預期的工藝動作。根 據(jù)機械的工作原理、執(zhí) 行構件運動的協(xié)調(diào)配合要求，和所選定的各執(zhí)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，代表機械運動系統(tǒng)的方案，對于運動情況比較復雜的機械，機械

4、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(zhí)行機構的尺度綜合根據(jù)各執(zhí)行構件和主動件的運動參數(shù)，以及各執(zhí)行構件運動間的協(xié)調(diào)配合要求，同 時考慮執(zhí)行 機構的動力性能要求，確定各執(zhí)行機構中構件的尺寸和幾何形狀(如凸輪廓 線)等。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(tài)靜力分析，并從運動規(guī) 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(jù)機械運 動簡圖所求得的運動參數(shù)、動力參數(shù)，可以作為機械零部件結構 設計的依據(jù)。設計說明書是設計人員對整個設計計算過程的系統(tǒng)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

5、理論依據(jù)。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(nèi)容應根據(jù)設計任務的要求而定，一般來講包括以下幾個方面：1、 目錄(標題和貞次)；2、 設計題目(設計條件和要求)；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)；10、 機械運動分析、動力分析的方法，分析計算公式及其抽調(diào)用的子程序名稱；明、重點突出、計算正確、文句通順、書寫整潔；所用的公式和數(shù)據(jù)應注明來源 (參考資料的編寫和貞 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(nèi)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(guī)定

6、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(shù)值與計算結 果有較大差異，應作必要的解釋，說明原因；說明書編定 完畢后應加上封面，裝訂成冊機器的各個工藝動作是相互獨立的，它們各自實現(xiàn)自己的子功能。但為了實現(xiàn)機器 的總功能， 這些各自獨立的動作乂必須相互配合、相互協(xié)調(diào)以確保時間和空間上的同步。 用來表述各執(zhí)行機構 之間運動協(xié)調(diào)配合關系的圖就是機械的運動循環(huán)圖。 它是機器各執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖(即執(zhí)行機構的執(zhí)行構件在一個循環(huán)中的運動狀態(tài)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(zhí)行機構的起點為基準，表示各執(zhí) 行機構的 運動循環(huán)相對丁該主要執(zhí)行機構的動作順序。 因此

7、它是機器各執(zhí)行機構之間的協(xié)調(diào)圖，也是機器設計、安裝、調(diào)試的依據(jù)。一、機械運動循環(huán)圖表示方法類別直線式直角坐標式表小方法將運動循環(huán)的各個運動區(qū)段的 時間和順序按比例繪在直線坐 標軸上優(yōu)缺點能沽楚地表示整個運動循環(huán)內(nèi)各執(zhí) 行機構的執(zhí)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(zhí)行機構的運動規(guī)律無 法顯示，直觀性差將運動循環(huán)的各運動區(qū)段的時 間和順直觀性強，可以直接看出各執(zhí)行構 件原序按比例繪在圓形坐標 上多時，由丁同心圓太 多看起來小涓楚將運動循環(huán)的各運動區(qū)段的時 間和順序按比例繪制在直角坐 標軸上，實際上它是執(zhí)行構件的 位移圖，只不過為連直觀性最強，能沽楚地看出各執(zhí)行 機構

8、的運動狀態(tài)及起訖時間。有利 丁指導執(zhí)行機構的幾何尺寸設計 神睫機構。C油轆退回沾油屜標止轉洲油槌給鉛 字刷油晨*環(huán)往往與各執(zhí)行機構的運動循環(huán)相一致，因為執(zhí)行機構的生產(chǎn)節(jié)奏就是整臺機器的運動 節(jié)奏。執(zhí)行機構中執(zhí)行構件的運動循環(huán)至少包括一個工作行程和一個空行程。有時有的 執(zhí)行構件還有一個或若十個停歇階段。因此，執(zhí)行機構的運動循環(huán)式中： T 執(zhí)行機構工作行程時間；工作T 執(zhí)行機構空回程時間；空程T 執(zhí)行機構停歇時間。停歇在設計機械的運動循環(huán)圖(乂稱工作循環(huán)圖)時，通常機械應實現(xiàn)的功能是已知的， 它的理論 生產(chǎn)率也已經(jīng)確定，機器的傳動方式以及執(zhí)行機構的結構均已初步擬定，然后 可以按以下步驟進行 2、確

9、定組成運動循環(huán)的各個區(qū)段；3、確定執(zhí)構件各區(qū)段的運動時間及相應的分配軸轉角；4、初步繪制執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖；5、在完成執(zhí)行機構的設計后，對初步繪制的運動循環(huán)圖進行修改；6、分別畫出各執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖；進行各執(zhí)行機構的協(xié)調(diào)設計，乂稱同步設計，最后畫出整個機器的運動循環(huán)圖。運動循環(huán)圖可以用來核算機器的生產(chǎn)率，并通過分析研究循環(huán)圖，從中尋找提高機 器生產(chǎn)率的 途徑。運動循環(huán)圖可以用來指導各個執(zhí)行機構的設計、安裝和調(diào)試。應用運 動循環(huán)圖可以檢驗各執(zhí)行機構中執(zhí)行構件的運動是否緊密配合、相互協(xié)調(diào)。機械運動簡圖設計的內(nèi)容、方法和步驟為了實現(xiàn)生產(chǎn)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

10、能 要求，設計或開發(fā)相應的一系列機構，并將它們按動作過程要求組合成新的機械。機械 運動簡圖除了要表示出各構件本身各執(zhí)行構件問真實運動關系外， 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(nèi)容：1、功能原理方案的設計和構思根據(jù)機械所要實現(xiàn)的功能采用有關的工作原理，還應表示各執(zhí)行構件由工作原理出發(fā)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(chuàng) 新機械的 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(jù)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(guī)律要求，選擇相應的若十個執(zhí)行機構，并按一定的順序把 它們組

11、合成機械 運動示意圖。這個機構系統(tǒng)應能合理地、可靠地完成上述工藝動作。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(lián)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(jù)。將機械運動方案中各個執(zhí)行機構，根據(jù)工藝動作運動規(guī)律和機械運動循環(huán)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。根據(jù)產(chǎn)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

12、將總 功能分解成多個功能元，找出功能元的運動規(guī)律和工作過程；其次按各功能元的 運動規(guī)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(guī)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(yōu)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(chuàng)造不同的機構及其組合來實現(xiàn)。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(yōu)選。作為課程設計，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(xiàn)功能的 質量上還

13、是有差別的，所以對實現(xiàn)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(guī)律符合程度，運動參數(shù)( vmax、amax) 大小，傳力性能(壓力角、傳動角) 好壞，生產(chǎn)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(shù)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(shù)選擇是否合理，各級傳動機 構的傳動 通常，機械制造的難易程度與使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

14、，減少構件數(shù)和運 動副數(shù)可降低制造 的困難程度。同時還減少誤差環(huán)節(jié)和摩擦損耗，提高機構的剛度，并 且也降低機構產(chǎn)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(xiàn) 場的現(xiàn)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(tǒng)。若現(xiàn)場不具備某些動力 源，那么，為簡化機構而特別設 置一個新的動力源，也許是不合適的。3、機構的經(jīng)濟性機械應具有良好的經(jīng)濟性，即加工制造成

15、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、靠棋)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 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(fā)來衡量。如果這個方案的機構設計雖然比較繁 但，但是制 造容易，則還是應該優(yōu)先選用，因為這有利于提高機構的經(jīng)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(jīng)濟實惠以外，還應考慮機器的安全

16、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(yǎng)、拆裝、運輸?shù)姆奖愠潭?，?否會造成污染或公害，對工 作環(huán)境有無特殊要求(防塵、防爆、防電磁十擾、恒溫、恒 濕等) 0除了上述評價內(nèi)容，在進行機械運動方案比較與優(yōu)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(chǎn)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(nèi)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 設計箱每向左移動送進一次，分別在四個工位上完成對應的裝卸工件、鉆孔、擴孔和皎孔工作。當主軸箱右移快速退回到刀

17、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(huán) 4 次，一個工件完成裝、鉆、擴、皎、卸等工序。由丁主軸往復一次，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(shù)據(jù)和設計要求1) 刀具頂端離開工作表面 65mm，快速移動送進 60mm 后，再勻速送進 60mm (包括 5mm 刀2) 執(zhí)行機構及傳動機構能裝入機體內(nèi)。二、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、移動從動件盤形凸輪機構、凸輪一 連桿機構、平面連桿機構等。 因此足夠工件裝卸所需時間?；剞D工作臺作單向間歇運動，每次轉過 90 度。主軸箱作復移動，在工作行程中有 快進和慢 進兩段，回程具有急回特性。選擇運動方案時應注意以下幾點：工作臺回轉以后是否有可靠的定位功能，主軸箱往復運動的行程在 115mm 以上，所選機構是否能在給定空間內(nèi)完成運動要求。機構的運