第十三章机械运动方案及创新设计

第十三章机械运动方案及创新设计§13-1机械设计过程1.机械总体方案设计2.机械的运动设计3.机械的动力设计4.机械的结构设计一、机构选型选型分为选出与选定。1.选择执行机构的类型a.首先应满足执行构件运动形式要求，另外还应保证机械的结构简单、紧凑，便于制造与安装；b.具有足够的强度和工作寿命，工作安全可靠；c.各执行机构之间的动作与运动便于协调配合等。首先根据已知的设计要求，按执行构件的运动形式及运动功能要求，先在基本机构中进行类比选择，当基本机构不能满足运动或动力要求时，才考虑对基本机构进行组合、变异等方法形成新的机构，或选用组合机构。有时很难找到满足工作要求的现有机构，这时要求改变机械的工作原理和工艺动作，或创造新型机构。§13-2机械创新设计二、机构选型时应注意原则1）按已拟定的工作原理进行机构选型时，应尽量满足或接近运动形式要求；2）机构选型时应力求结构简单、尺寸适度、在整体布置上占的空间小，达到布局紧凑；3）机构选型时要注意选择那些加工制造简单、容易保证较高的配合精度的机构；4）机构选型时要保证在高速运转时有良好的动力特性；5）机构选型时应考虑机械效率等问题；6）机构选型时还要考虑动力源的形式。三、机构组合机构组合是指机构选型的基础上，根据使用要求或工艺动作要求，将几个基本机构按一定的原则或规律组合成一个复杂的、新的机构系统。在以下几个方面常常需机构组合：1）机构的工艺动作较复杂若采用简单的、单一的基本机构无法实现复杂的工艺动作，这种情况下减小机构组合常采用并联式、复合式或叠加式的组合方式，组合时应注意各个子工艺动作协调配合问题。2）所选择的机构其运动和动力特性不好，但又无更好的机构可选这种情况下常用串联组合方式来改善机构的性能，如增程、增力，实现各种特殊运动要求等。3）由于不具备某种动力源，或受其它条件的限制，只有进行机构组合才能实现所要求的工艺动作。AB串联式机构组合框图机构的组合方式可划分为以下四种：串联式机构组合，并联式机构组合，复合式机构组合，叠加式机构组合。串联式机构组合是指若干个单自由度的基本机构顺序连接，每个前置机构的输出构件作为后一机构的输入件。ia45-450普通槽论机构槽论连杆机构1.串联式机构组合2.并联式组合机构◆一种是并联时几个机构类型相同、尺寸相同、且对称布置。◆另一种是并联的几个机构类型、尺寸不一定相同，也不是对称布置，但须满足一定时序要求，轨迹配合要求，运动形式配合要求，位置要求等。并联式机构组合是指又两个或多个基本机构并列布置的组合形式。ABABABb)a)c)并联式机构组合框图123456V型双缸发动机123襟翼操纵机构3.复合式机构组合◆如差动齿轮机构，五连杆机构，或引入空间运动副的可见运动机构；◆如单自由度的连杆机构，凸轮机构，齿轮机构等。一个两（多）自由度作为基础机构A，一个（几个）单自由度基本机构B（这里指附加机构）的输出构件接入基础机构所构成的并联组合形式称为复合式机构组合。复合式机构组合框图ABa)b)AB12345凸轮-行星轮机构1凸轮-连杆组合机构叠加式机构组合框图BA四、叠加式机构组合将一个机构安装在另一个机构的某个运动构件上的组合形式称为叠加式机构组合，其输出运动是若干个机构输出运动的合成。◆各机构的运动关系是相互独立的，如各种机械手；◆另一种则是各机构之间的运动有一定的影响，相互关联，如摇头电扇的传动机构。叠加式机构组合的主要功能是实现特定的输出，完成复杂的工艺动作。在此基础上可以继续叠加等一系列机构。1.运动独立式2.运动相关式液压挖掘机机构电风扇摇头机构BA４C电动玩具马§13-3机械传动系统方案设计一、设计任务1.对象设计一个以加工平面为主的金属切削机床的机械传动系统。该机床的使用场合及应满足的精度如下：1)该机器主要用于单件小批量生产场合，希望造价较低，工作可靠，使用和维修较简单；2)机器具有一般的工作精度：加工表面的平面度：8~9级精度加工表面的垂直度：8~9级精度二、机器工作原理的确定1.选定机器工作原理的一般原则不仅是一般性地满足工作要求，必须从技术经济指标出发，作细致的、科学的综合分析与对比。2.机器工作原理的选定1)加工工艺的选择用于金属材料表面加工的工艺方法很多：铸造、金属切削加工、压力加工、电蚀加工、光切割等。2)机器传动类型的选择①按动作原理划分的传动类型机械传动、液压传动、气压传动、液力—机械传动、电力—机械传动，以及其它复合传动等类中选择合用的传动类型。②按组成方式划分的传动类型的选择在同种传动类型中，因机器执行构件运动形式的不同，传动系统还可以分为不同的组成方式。不同的传动系统组成方式，可看成是机器工作原理在较小范围之内的差异。V2V3V1刨削：刨刀往复直线急回运动立式铣削：铣刀回转，工作台进给w2V3V1三、机器传动系统方案的拟定与主运动机构的选型1.机器传动系统方案的拟定◆起始端采用电动机驱动；◆末端有刨刀和夹持工件的工作台两个执行部件；◆刨刀作连续往复运动，一个来回分为工作形成与空回行程两个阶段；◆工件的移动应在刨刀空回行程的期限内完成，故工件的进给是作间歇运动；◆刨刀与工作台的运动在时间上有协调配合要求，且用一台电动机驱动。刨床传动系统机构组合情况的初步方案图Ⅰ——减速传动机构（带传动+齿轮传动）Ⅱ——刨刀往复直线急回运动机构Ⅲ——工作台间歇直线步进机构w1原动机ⅠV2V3w1′w1″ⅡⅢ◆在Ⅲ后部串联一个能将转动(或间歇转动)变为移动(或间歇移动)的基本机构Ⅲ″；◆在Ⅲ前部串联能减少间歇运动冲击又容易获得任意运动规律的高副机构Ⅲ′；◆w′=w″。刨床传动系统机构组合情况的初步方案图w1原动机ⅠV2V3w1′w1″ⅡⅢⅢ´——高副机构（输入角速度w1′，输出线速度w3′）Ⅲ——间歇运动机构（输入角速度w3′，输出线速度w3）Ⅲ″——转动（摆动）——移动转换机构（输入角速度w3，输出线速度V3）原动机ⅠⅡⅢ′V2V3w1′w1″w1ⅢⅢ″w3′w3刨床传动系统机构组合情况的最终方案图2.主运动机构的选型及分析1)选型原则概述①机构功能的优劣(机构行程能否达到要求?空间尺寸是否合适?能否满足运动规律要求?传力特性如何?动力性能——惯性力平衡、冲击振动、噪声)，运动精度能否民族要求？②机构结构的合理性；③机构的经济性；④机构的实用性。2)按上述原则对刨床主运动机构Ⅱ作如下评选①第一次筛选——选出能够实现往复运动的运动机构②第二次筛选——选出具有急回运动特性往复运动的运动机构③第三次筛选——选出选出运动特性与传力特性等综合性能优良的机构1-电机；2-V带传动；3-高速级齿轮传动；4-低速级齿轮传动；5-摆动到感机构；6-凸轮机构；7-双摇杆机构；8-升降机构；9-工作台；10-棘轮—丝杠进给机构；11-工件；12-让刀机构；13进刀机构；14-滑枕牛头刨床机构传动系统示意图19106234578111213141.机器的运动分类根据机器所完成功能及其生产工艺的不同，有无周期循环(起重运输机械、建筑机械、工程机械等)和有周期循环(包装机械、轻工自动机、自动机床等)之分。2.机器的运动循环(工作循环)图◆定义——描述各执行机构之间有序的、既相互制约又相互协调配合的运动关系的示意图。◆形式四、机器工作循环图和机器传动系统示意图的绘制●直线式运动循环图(矩形运动循环图)送料筛上冲头下冲头下沉下冲头加压0º90º180º270º360º加压送料向下下沉加压●圆周式运动循环图270º0º90º180º送下冲头加压下冲头下沉筛料停止送料上冲头提升上冲头向下0HSF刨头作行程270º0º90º180º工工作台进给本章结束