第12章 机械执行系统方案设计3

机械原理—机械执行系统方案设计机械总体方案的设计1机械产品的设计过程2机械总体方案设计的目的和内容3机械总体方案设计中的设计思想机械原理—机械执行系统方案设计1机械产品的设计过程机械产品设计:分析综合创新特定要求新产品特定功能开发机械原理—机械执行系统方案设计1机械产品的设计过程机械新产品的开发设计过程：1）初期规划设计阶段2）总体方案设计阶段3）结构技术设计阶段4）生产施工设计阶段机械原理—机械执行系统方案设计1机械产品的设计过程机械原理—机械执行系统方案设计1机械产品的设计过程机械原理—机械执行系统方案设计1机械产品的设计过程机械原理—机械执行系统方案设计1机械产品的设计过程机械原理—机械执行系统方案设计1机械产品的设计过程工艺设计机械原理—机械执行系统方案设计2机械总体方案设计的目的和内容2.1机械总体方案设计的目的机械产品市场上的竞争力？•质量好•价格低•有新意的产品机械原理—机械执行系统方案设计2.1机械总体方案设计的目的仿照设计：•往往忽略初期规划设计阶段的作用•往往忽略总体方案设计阶段的作用初期规划设计调研可行性论证生命力竞争力开发什么产品？产品开发：总体方案设计设计目标创新的关键机械原理—机械执行系统方案设计2机械总体方案设计的目的和内容2.2机械总体方案设计的内容（1）执行系统的方案设计•执行系统的功能原理设计•运动规律设计•执行机构的型式设计•执行系统的协调设计•执行系统的方案评价与决策（2）原动机类型的选择机械原理—机械执行系统方案设计2.2机械总体方案设计的内容（4）控制系统的方案设计（3）传动系统的方案设计•传动类型的选择•传动路线的选择•传动链中机构顺序的安排•各级传动比的分配•润滑系统•冷却系统•故障监测系统•安全保护系统•照明系统（5）其它辅助系统的设计机械原理—机械执行系统方案设计第12章机械执行系统方案设计机械原理—机械执行系统方案设计12.1执行系统方案设计的过程和内容机械原理—机械执行系统方案设计12.2执行系统的功能原理设计根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。12.2.1功能原理的构思与选择功能原理设计的任务，就是根据机械预期实现的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较并根据使用要求或者工艺要求，从中选择出既能很好的满足功能要求，工艺动作又简单的工作原理。机械原理—机械执行系统方案设计举例：自动送料板装置的功能原理设计机械推拉原理摩擦传动原理(摩擦板)机械原理—机械执行系统方案设计摩擦传动原理(摩擦轮)气吸原理(底吸法)气吸原理(顶吸法)机械原理—机械执行系统方案设计总结实现某种预期的要求，可以采用多种不同的工作原理；不同的工作原理需要不同的工艺动作，这样所设计出的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面都会有很大的差别。机械原理—机械执行系统方案设计12.3执行系统的运动规律设计12.3.1工艺动作分解和运动方案选择工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作分解的方法不同，形成的运动方案也不同。机械原理—机械执行系统方案设计典型例题绘图机机械原理—机械执行系统方案设计内孔加工车床拉床钻床镗床机械原理—机械执行系统方案设计总结同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，工艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律和运动方案也不同，它们很大程度上决定了机械的特点、性能和复杂程度。在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综合考虑各方面的因素，根据实际情况对各种运动规律和运动方案加以认真分析和比较，从中选出最佳方案。机械原理—机械执行系统方案设计12.4执行机构的型式设计12.4.1执行机构型式设计的原则1.满足执行构件的工艺动作和运动要求运动形式、运动规律和运动轨迹2.尽量简化和缩短运动链机械原理—机械执行系统方案设计精确直线导向机构近似直线导向机构机械原理—机械执行系统方案设计简化结构减轻重量冲压机：保证曲柄转速不变机械原理—机械执行系统方案设计3.尽量减小机构的尺寸保证滑块行程不变利用杠杆行程放大原理利用活动齿轮倍增行程原理机械原理—机械执行系统方案设计4.选择合适的运动副形式运动副在机械传递运动和动力的过程中起着重要作用，它直接影响到机械的结构形式、传动效率、寿命和灵敏度等。一般来说，转动副易于制造，易于保证运动副元素的配合精度，且效率较高；移动副制造较困难，不易保证配合精度，效率低且易自锁或楔紧，故一般只宜用于作直线运动或将转动变为移动的场合。机械原理—机械执行系统方案设计转动副代替移动副实例近似直线导向机构机械原理—机械执行系统方案设计5.考虑动力源的形式选择合适的动力源，有利于简化机构结构和改善机械性能。例：执行构件作等速往复直线运动需要单独的电动机和传动机构驱动原动件，且采用连杆机构把转动变为执行机构的等速往复直线运动，结构复杂。不仅省去了传动机构，而且一个动力源可以驱动多个执行机构，机构简单紧凑，反向时运转平稳，易于调节移动速度。机械原理—机械执行系统方案设计6.使执行系统具有良好的传力条件和动力特性设计时，应注意选用具有最大传动角、最大增力系数和最高效率的机构，这样可以减小主动轴上的力矩和原动机的功率及机构的尺寸和重量；应尽量避免采用虚约束；高速运转机构应考虑平衡设计等。机械原理—机械执行系统方案设计12.4.2机构的选型利用发散思维的方法，将前人创造发明的各种机构按照运动特性或动作功能进行分类，然后根据设计对象中执行构件所需要的运动特性或动作功能进行搜索、选择、比较和评价，选出执行机构的合适形式。1．按照执行构件所需的运动特性进行机构选型从具有相同运动特性的机构中，按照执行构件所需的运动特性进行搜寻。当有多种机构均可满足所需要求时，则可根据上节所述原则，对初选的机构形式进行分析和比较，从中选择出较优的机构。机械原理—机械执行系统方案设计机械原理—机械执行系统方案设计2．按照动作功能分解与组合原理进行机构选型任何一个复杂的执行机构都可以认为是由一些基本机构组成的，这些基本机构具有如下基本功能：机械原理—机械执行系统方案设计动作功能分解组合原理总体功能可以分解成若干分功能：U=(Ui)i=1,2,…,m每一个分功能又可以用不同的机构来实现：Tj=(ti1,ti2,…,tin)j=1,2,…,n功能-技术矩阵：机械原理—机械执行系统方案设计只要在矩阵的每一行任找一个元素，把各行中找出的机构组合起来，就组成一个能实现总体功能的方案。在确定了各分功能顺序的前提下方案总数为：N=nm得到各种方案后，先剔除一些明显不成立的、不符合要求的方案，然后按照上节所述的原则，筛选出一些较合理的方案，以供进一步评价。这种方法有利于利用计算机存储、分析和选择，具有广阔前景。机械原理—机械执行系统方案设计精锻机主机构选型举例总体功能当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出较高精度的毛坯。根据空间条件，驱动轴必须水平布置，加压执行构件沿铅垂方向移动。试构思该执行机构的若干方案。机械原理—机械执行系统方案设计动作功能分解(1)运动形式变换功能：将驱动轴的转动变换为冲头的移动；(2)运动轴线变向功能将水平轴运动变换为铅垂方向运动；(3)运动位移或速度缩小功能减小位移量（或速度），以实现增力要求。机械原理—机械执行系统方案设计功能-技术矩阵图机械原理—机械执行系统方案设计将各分功能进行组合，得出可行方案将三个分功能按不同顺序排列，得到各种方案的示例机械原理—机械执行系统方案设计在移动状态下改变运动方向：1、2、3在转动状态下改变运动方向：4、5、6在转动状态下增力：3、4、5在移动状态下增力：1、2、6机械原理—机械执行系统方案设计几种典型方案示例方案1先由曲柄滑块机构将转动变换成移动并实现运动大小变换功能，再采用斜面机构将水平轴运动变换为铅垂方向运动并实现运动大小变换功能。特点：采用斜面机构增强了系统刚度，经过两次运动大小变换增加了锻压力。机械原理—机械执行系统方案设计方案2先由曲柄滑块机构将转动变换成移动并实现运动大小变换功能，再采用液压机构将水平轴运动变换为铅垂方向运动并实现运动大小变换功能。特点：经过两次运动大小变换，可见有较大的锻压力。机械原理—机械执行系统方案设计方案3先由曲柄滑块机构实现运动大小变换功能，再采用摆杆滑块机构将水平轴运动变换为铅垂方向的移动并实现运动大小变换功能。特点：经过两次运动大小变换，具有较大的力。缺点：系统刚度较差。机械原理—机械执行系统方案设计方案4先由摩擦轮机构将水平轴转动变换为铅垂轴转动，再采用螺旋机构将转动变换为往复移动并实现运动大小变换功能。特点：螺旋机构具有很好的运动大小变换功能，可产生很大的锻压力。机械原理—机械执行系统方案设计12.5执行系统的协调设计12.5.1执行系统协调设计的原则当根据生产工艺要求确定了机械的工作原理和各执行机构的运动规律、并确定了各执行机构的型式及驱动方式后，还必须将各执行机构统一于一个整体，形成一个完整的执行系统，使这些机构以一定的次序协调工作，互相配合，以完成机械预定的功能和生产过程—执行系统的协调设计。满足各执行机构动作先后的顺序性要求；机械原理—机械执行系统方案设计满足各执行机构动作在时间上的同步性要求；满足各执行机构在空间布置上的协调性要求；满足各执行机构操作上的协同性要求；各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率；各执行机构的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高。机械原理—机械执行系统方案设计12.5.2执行系统协调设计的方法工程实际中的大多数机械的工作都是周期性的，即经过一定的时间间隔后，各执行构件的位移、速度和加速度等运动参数就周期性的重复。1.协调设计的步骤确定机械的工作循环周期；确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及其所需时间；确定各执行构件动作间的协调配合关系。机械原理—机械执行系统方案设计12.5.3机械运动循环图描述各执行构件运动间相互协调配合的图—机械运动循环图由于机械在主轴或分配轴转动一周或若干周内完成一个运动循环，故运动循环图常以主轴或分配轴的转角为坐标来编制。机械原理—机械执行系统方案设计机械原理—机械执行系统方案设计以牛头刨床为例：有两个执行构件刨头和工作台，以牛头刨床主体机构----曲柄导杆机构中的曲柄为定标件。1.直线式以曲柄的转角φ为横坐标，曲柄每转一转为一个工作循环曲柄的转角φ刨头工作台00900180027003600工作行程空回行程进给机械原理—机械执行系统方案设计它的优点是：绘制方法简单，能比较清楚地表示出一个循环内各执行构件行程之间的相互顺序和时间关系。缺点是：无法显示出各执行构件的运动规律，因而直观性较差。机械原理—机械执行系统方案设计2.圆盘式曲柄工作台停止送进工作行程头刨刨头行程空回送进工作台机械原理—机械执行系统方案设计其优点是直观性强。因为一般机械的一个运动循环对应分配轴转一周，所以通过这种循环图能直接看出各执行机构的主动件在分配轴上所处的位置。便于各执行机构的设计、安装和调试。这种运动循环图的缺点是当执行机构的数目较多时，由于同心圆环太多不能一目了然，也不能显示各执行构件的运动规律。机械原理—机械执行系统方案设计3.直角坐标式以上两种循环图只表示了各执行构件先后次序和动作持续时间的长短，而不能显示出各执行构件在工作时间的运动规律和各执行构件在位置上的协调配合关系。曲柄的转角φ刨头往复移动机构工作台间歇送进机构00900180027003600工作行程(进)空回行程(退）进给静止静止1800+θ1800-θ机械原理—机械执行系统方案设计这种运动循环图不仅能表示出两执行构件动作的先后，而且能表示出两执行构件的工作行程和空回行程的运动规律以及它们在运动上的配合关系，是一种较完善的工作循环图。三种运动循环图间的关系：画一个圆，将直线式运动循环图以执行构件为层绕到该圆上便得圆周式运动循环图；将直线式运动循环图中各执行构件的位移图画上便得直角坐标式运动循环图。机械原理—机械执行系统方案设计机械传动系统设计举例多头钻床传动系统