機(jī)械原理-機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計

1、第八章 1 1 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 制造科學(xué)是多學(xué)科交叉的學(xué)科制造科學(xué)是多學(xué)科交叉的學(xué)科制造技藝制造技術(shù)制造科學(xué)；制造活動的社會性、制造系統(tǒng)的開放性制造科學(xué)綜合性；制造科學(xué)不可能在孤立、封閉的狀態(tài)下發(fā)展，必然走兼采百家之長、交叉融合的道路；現(xiàn)代物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)、生命、信息、材料、管理和系統(tǒng)等科學(xué)的發(fā)展，為制造科學(xué)不斷提供新的推動力，也不斷豐富著現(xiàn)代制造學(xué)科的內(nèi)涵和外延。制造業(yè)是國家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)制造業(yè)是國家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達(dá)的制造業(yè)，是實現(xiàn)工業(yè)化的必備高度發(fā)達(dá)的制造業(yè)，是實現(xiàn)工業(yè)化的必備條件條件高度發(fā)達(dá)的制造業(yè)，是衡量國家國際競爭高度發(fā)達(dá)的制造業(yè)，是衡量國家國際競爭力的重要標(biāo)志力的重要標(biāo)志高度發(fā)

2、達(dá)的制造業(yè)，是決定國家在經(jīng)濟(jì)全高度發(fā)達(dá)的制造業(yè)，是決定國家在經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程中國際分工地位的關(guān)鍵因素球化進(jìn)程中國際分工地位的關(guān)鍵因素 許多高技術(shù)我國尚未掌握，許多重大裝備我國不能自主制造，缺乏自主創(chuàng)新能力是制造大國，不是制造強(qiáng)國是制造大國，不是制造強(qiáng)國發(fā)電設(shè)備、機(jī)床、汽車、電子制造等產(chǎn)品產(chǎn)量居發(fā)電設(shè)備、機(jī)床、汽車、電子制造等產(chǎn)品產(chǎn)量居世界前列，卻沒有一家裝備制造企業(yè)能躋身世界世界前列，卻沒有一家裝備制造企業(yè)能躋身世界500500強(qiáng)強(qiáng)關(guān)鍵裝備大多依賴進(jìn)口關(guān)鍵裝備大多依賴進(jìn)口光電子制造設(shè)備的光電子制造設(shè)備的100%100%ICIC制造裝備的制造裝備的85%85%高檔數(shù)控機(jī)床的高檔數(shù)控機(jī)床的70% 7

3、0% 發(fā)發(fā) 展展 趨趨 勢勢 “數(shù)”是發(fā)展的核心 “精”是發(fā)展的關(guān)鍵“極”是發(fā)展的焦點 “自”是發(fā)展的條件 “網(wǎng)”是發(fā)展的道路 “集”是發(fā)展的方法 “智”是發(fā)展的前景 “綠”是發(fā)展的必然 據(jù)報道，由于日本地震及海嘯的影響，iPod 、iPhone、iPad和MacBook的鋰電池供應(yīng)短缺已經(jīng)迫在眉睫，原因是日本Kureha公司由于地震原因，不得不關(guān)閉其日本工廠。 日本Kureha公司控制著全球聚偏二氟乙烯polyvinylidene fluoride （簡寫為PVDF）近，這種化合物是鋰電池的重要原料之一。而Kureha公司唯一一家制造PVDF的工廠就位于此次地震的重災(zāi)區(qū)福島磐城。 電池組里的

4、電池單元似乎也是提供的，。一則消息（2011.3.18 網(wǎng)絡(luò)檢索關(guān)鍵詞：日本地震、蘋果電池）人無我有創(chuàng)新1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計一、功能原理與工藝動作設(shè)計之間的關(guān)系1、實現(xiàn)同一使用要求或工藝要求，可能采用不同的功能原理。 例：舉升，可采用三種不同的功能原理。 機(jī)械,電磁吸附,水浮力 機(jī)械（ 連桿、凸輪、螺旋）舉升舉升1)采用往復(fù)移動的工藝動作改變?nèi)莘e；采用往復(fù)移動的工藝動作改變?nèi)莘e；例：取水，可采用不同的功能原理。例：取水，可采用不同的功能原理。2) 采用往復(fù)擺動的工藝動作改變?nèi)莘e；采用往復(fù)擺動的工藝動作改變?nèi)莘e；3)采用旋轉(zhuǎn)工藝動作改變?nèi)莘e；采用旋轉(zhuǎn)工藝動作改變?nèi)莘e；2、

5、采用不同的功能原理，必然導(dǎo)致采用不同、采用不同的功能原理，必然導(dǎo)致采用不同的工藝動作的工藝動作 a）采用改變水的動能的功能原理）采用改變水的動能的功能原理葉片高速旋轉(zhuǎn)葉片高速旋轉(zhuǎn) b）采用改變?nèi)蒹w容積）采用改變?nèi)蒹w容積往復(fù)移動（往復(fù)泵）；往復(fù)移動（往復(fù)泵）； C）往復(fù)擺動（擺動泵）；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（旋轉(zhuǎn)泵）；）往復(fù)擺動（擺動泵）；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（旋轉(zhuǎn)泵）；二、工藝動作設(shè)計與運(yùn)動方案設(shè)計的關(guān)系工藝動作設(shè)計與運(yùn)動方案設(shè)計的關(guān)系 1、工藝動作設(shè)計得不相同工藝動作設(shè)計得不相同，設(shè)計出的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方設(shè)計出的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案也就不相同案也就不相同； 例洗衣機(jī)例洗衣機(jī)洗衣機(jī)洗衣機(jī)單缸單洗洗衣機(jī)雙缸半自動洗衣機(jī)全自動滾筒洗衣機(jī)

6、2、不同的機(jī)構(gòu)可能實現(xiàn)同一工藝動作不同的機(jī)構(gòu)可能實現(xiàn)同一工藝動作，滿足同樣的使?jié)M足同樣的使用要求用要求； 3、為獲得好的運(yùn)動方案為獲得好的運(yùn)動方案，就應(yīng)當(dāng)擬定評價體系就應(yīng)當(dāng)擬定評價體系，并據(jù)此體并據(jù)此體系進(jìn)行綜合評價才能作出決策系進(jìn)行綜合評價才能作出決策。 采用相同的功能原理，也可能采用不同采用相同的功能原理，也可能采用不同的工藝動作。的工藝動作。 并聯(lián)機(jī)床 對于比較復(fù)雜的使用要求和工藝要求對于比較復(fù)雜的使用要求和工藝要求，往往需要往往需要多個功能原理組合成一個總的功能原理來滿足多個功能原理組合成一個總的功能原理來滿足。（如自動機(jī)如自動機(jī)：工藝要求復(fù)雜工藝要求復(fù)雜）印刷機(jī)工藝過程設(shè)計工藝過程設(shè)

7、計根據(jù)已擬定的功能原理及工藝動作進(jìn)行工藝過程設(shè)計。工藝過程設(shè)計的總要求： （1）工序集中原則 （2）工序分散原則（工序能集中就盡量集中，集中有困難，就分散） （3）各工序的工藝時間相等原則 （4）多工件同時加工原則 （5）縮短工作周期原則（時間重疊） 一、功能原理與工藝動作設(shè)計之間的關(guān)系一、功能原理與工藝動作設(shè)計之間的關(guān)系例：井中取水可采用多種不同的功能原理。 a）采用改變水的動能的功能原理-葉片高速旋轉(zhuǎn)；b）采用改變?nèi)蒹w容積-往復(fù)移動（往復(fù)泵）、往復(fù)擺動（擺動泵）、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（旋轉(zhuǎn)泵）；（如自動機(jī)：工藝要求復(fù)雜） 1、工藝動作設(shè)計得不相同工藝動作設(shè)計得不相同，設(shè)計出的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案也就設(shè)計出的機(jī)

8、構(gòu)運(yùn)動方案也就不相同不相同； 2、不同的機(jī)構(gòu)可能實現(xiàn)同一工藝動作不同的機(jī)構(gòu)可能實現(xiàn)同一工藝動作，滿足同樣的使用滿足同樣的使用要求要求； 3、為獲得好的運(yùn)動方案為獲得好的運(yùn)動方案，就應(yīng)當(dāng)擬定評價體系就應(yīng)當(dāng)擬定評價體系，并據(jù)此并據(jù)此體系進(jìn)行綜合評價才能作出決策體系進(jìn)行綜合評價才能作出決策。提水提水1：采用往復(fù)移動的工藝動作改變?nèi)莘e；：采用往復(fù)移動的工藝動作改變?nèi)莘e；提水提水2：采用往復(fù)擺動的工藝動作改變?nèi)莘e：采用往復(fù)擺動的工藝動作改變?nèi)莘e提水提水3：采用旋轉(zhuǎn)工藝動作改變?nèi)莘e：采用旋轉(zhuǎn)工藝動作改變?nèi)莘e根據(jù)已擬定的功能原理及工藝動作進(jìn)行工藝過程設(shè)計。根據(jù)已擬定的功能原理及工藝動作進(jìn)行工藝過程設(shè)計。工藝

9、過程設(shè)計的總要求：工藝過程設(shè)計的總要求：；：工序能集中就盡量集中，集中有困難，就分散。工序能集中就盡量集中，集中有困難，就分散。；各執(zhí)行構(gòu)件工作時間重疊；各執(zhí)行構(gòu)件工作時間重疊；工作時間與空行程時間互相重疊；工作時間與空行程時間互相重疊；1.空行程與空行程時間互相重疊?？招谐膛c空行程時間互相重疊。8.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)1）應(yīng)充分考慮使用要求和功能原理。）應(yīng)充分考慮使用要求和功能原理。2）在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡可能設(shè)計出簡單且易于）在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡可能設(shè)計出簡單且易于實現(xiàn)的運(yùn)動規(guī)律。實現(xiàn)的運(yùn)動規(guī)律。3）必要時，應(yīng)重新構(gòu)思新的功能原理。）必要時，應(yīng)重新構(gòu)思新的功能原理。4）為使工藝過程

10、自動化，原封不動的按傳統(tǒng)工藝動作去設(shè)）為使工藝過程自動化，原封不動的按傳統(tǒng)工藝動作去設(shè)計自動化機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其效果往往是不好的。計自動化機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，其效果往往是不好的。1）機(jī)構(gòu)所能實現(xiàn)的基本運(yùn)動行式：）機(jī)構(gòu)所能實現(xiàn)的基本運(yùn)動行式：單向單向往復(fù)往復(fù)運(yùn)動運(yùn)動運(yùn)動運(yùn)動齒輪平行連桿雙萬向節(jié)蝸輪蝸桿雙搖桿曲柄導(dǎo)桿齒輪萬向節(jié)曲柄搖桿曲柄導(dǎo)桿凸輪齒輪齒條螺旋機(jī)構(gòu)凸輪槽輪不完全齒凸輪凸輪連桿搖桿曲柄導(dǎo)桿曲柄雙搖桿棘輪齒條棘輪棘輪齒輪齒條滑塊曲柄移動凸輪各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性（1）某些周期性運(yùn)動（包括間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)與非勻速運(yùn)）某些周期性運(yùn)動（包括間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)與非勻速運(yùn)動動)一般可分解為一個勻速運(yùn)動與一個附加的往復(fù)運(yùn)動，一般

11、可分解為一個勻速運(yùn)動與一個附加的往復(fù)運(yùn)動，并且分別用比較簡單的機(jī)構(gòu)予以實現(xiàn)，然后合成之。并且分別用比較簡單的機(jī)構(gòu)予以實現(xiàn)，然后合成之。（2） 不同特性的非勻速運(yùn)動合成往往可以實現(xiàn)比較復(fù)雜不同特性的非勻速運(yùn)動合成往往可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的運(yùn)動。的運(yùn)動。（3）相同特性運(yùn)動合成往往可以得到增加或減小輸出）相同特性運(yùn)動合成往往可以得到增加或減小輸出位移量的效果。位移量的效果。（4）復(fù)雜的曲線運(yùn)動往往可以分解成不同方向的簡單）復(fù)雜的曲線運(yùn)動往往可以分解成不同方向的簡單移動或一個簡單移動和轉(zhuǎn)動。移動或一個簡單移動和轉(zhuǎn)動。 1 2123456abc123456s 12345baS1245xy3235x(a)(b

12、)將多個分解運(yùn)動輸入到具有多個自由度的機(jī)構(gòu)中，合成為一個復(fù)雜的運(yùn)動。8-4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局執(zhí)行的布置特別要考慮到控制此執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝特別要考慮到控制此執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝是否方便是否方便執(zhí)行的布置與執(zhí)行構(gòu)件的聯(lián)接是否方便；與執(zhí)行構(gòu)件的聯(lián)接是否方便；執(zhí)行機(jī)構(gòu)原動件布置的位置是否恰當(dāng)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)原動件布置的位置是否恰當(dāng)；盡可能接近執(zhí)行構(gòu)件；盡可能接近執(zhí)行構(gòu)件；使各執(zhí)行機(jī)構(gòu)原動件盡可能集中布置在一根軸或少數(shù)使各執(zhí)行機(jī)構(gòu)原動件盡可能集中布置在一根軸或少數(shù)幾根軸上；幾根軸上；各原動件應(yīng)保持等速或定速比。各原動件應(yīng)保持等速或定速比。二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計

13、應(yīng)滿足的要求二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計應(yīng)滿足的要求保證各執(zhí)行機(jī)構(gòu)保證各執(zhí)行機(jī)構(gòu)；各執(zhí)行構(gòu)件的動作在各執(zhí)行構(gòu)件的動作在；保證保證；保證系統(tǒng)各執(zhí)行構(gòu)件對操作對象的操作具有保證系統(tǒng)各執(zhí)行構(gòu)件對操作對象的操作具有；二執(zhí)行構(gòu)件的動作之間應(yīng)保持時間上的間隔，以二執(zhí)行構(gòu)件的動作之間應(yīng)保持時間上的間隔，以動動作銜接處作銜接處；設(shè)計實例：設(shè)計實例：運(yùn)動方案設(shè)計 運(yùn)動規(guī)律設(shè)計 運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計1、運(yùn)動方案設(shè)計：及分析至的型腔上方，并準(zhǔn)備將粉料裝入型腔；n料斗振動，將裝入型腔；下沉，以防止下壓時將型腔內(nèi)粉料抖出；n上沖頭下壓,下沖頭上壓，加壓粉料并保壓一定時間，使成型；n上沖頭快速退出,下沖頭將壓好的藥片推出型腔，完成壓

14、片工藝過程 。35911138957462611n 凸輪/連桿機(jī)構(gòu)n 凸輪機(jī)構(gòu)n 多桿機(jī)構(gòu)n 凸輪機(jī)構(gòu)2、運(yùn)動規(guī)律設(shè)計3、運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計 1s1 2 3 4 s2s3s4三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計的分析計算三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計的分析計算各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)計算確定最大工作循環(huán)周期確定最大工作循環(huán)周期Tmax；確定機(jī)械最小工作循環(huán)周期確定機(jī)械最小工作循環(huán)周期Tmin；確定合理的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的工作循環(huán)周期確定合理的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的工作循環(huán)周期T；確定各機(jī)構(gòu)分配軸的轉(zhuǎn)速和工作行程的起始角確定各機(jī)構(gòu)分配軸的轉(zhuǎn)速和工作行程的起始角。l 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)計算合理確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動錯位角，避免空間上的干合理確定各執(zhí)

15、行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動錯位角，避免空間上的干涉。涉。8-5 設(shè)計 1、機(jī)械運(yùn)動循環(huán)圖定義、機(jī)械運(yùn)動循環(huán)圖定義 表達(dá)機(jī)械各執(zhí)行機(jī)構(gòu)（構(gòu)件）在一個運(yùn)動環(huán)中各動表達(dá)機(jī)械各執(zhí)行機(jī)構(gòu)（構(gòu)件）在一個運(yùn)動環(huán)中各動作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系的簡單明確圖，稱作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系的簡單明確圖，稱。2 2、機(jī)械運(yùn)動循環(huán)圖的類型、機(jī)械運(yùn)動循環(huán)圖的類型1）直線式循環(huán)圖（矩形循環(huán)圖）直線式循環(huán)圖（矩形循環(huán)圖）主主 軸軸 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 角角 0 90 180 270 360195印印 頭頭 往往 復(fù)復(fù)擺擺 動動 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)印頭工作行程印頭工作行程 （印（印 刷）刷）印印 頭頭 空空 回回 行行 程程油油 輥輥 往往 復(fù)復(fù)擺擺 動動 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu) 油輥空回行

16、程油輥空回行程 （勻（勻 油）油） 60 油油 輥輥 工工 作作 行行 程程（給鉛字上油）（給鉛字上油）油油 盤盤 間間 歇歇運(yùn)運(yùn) 動動 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)油油 盤盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 動動油油 盤盤 靜靜 止止2）圓形循環(huán)圖（極坐標(biāo)式）圓形循環(huán)圖（極坐標(biāo)式） 油油輥輥工工作作 室室（給給鉛鉛字字上上油油）印印頭頭空空回回行行程程盤盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動 油油 油油盤盤靜靜止止（刷刷工工作作行行程程印印頭頭印?。?油油輥輥空空回回行行程程（ 油油勻勻） 3）直角坐標(biāo)式循環(huán)圖）直角坐標(biāo)式循環(huán)圖主軸主軸轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角印頭往復(fù)印頭往復(fù)擺動機(jī)構(gòu)擺動機(jī)構(gòu)油輥往復(fù)油輥往復(fù)擺動機(jī)構(gòu)擺動機(jī)構(gòu)油盤間歇油盤間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動機(jī)構(gòu)9018027036019

17、519560601100701、設(shè)計要點、設(shè)計要點 完成系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計完成系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計; 確定參照機(jī)構(gòu)（構(gòu)件）確定參照機(jī)構(gòu)（構(gòu)件）; 設(shè)計單一執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動循環(huán)圖設(shè)計單一執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動循環(huán)圖 ; 設(shè)計機(jī)械運(yùn)動循環(huán)圖設(shè)計機(jī)械運(yùn)動循環(huán)圖.myh1213459101314151617181978Kba6112018126 臥式臥式多工多工位冷位冷墩機(jī)墩機(jī)1210911666141351415161）完成工序）完成工序：進(jìn)料進(jìn)料截料截料整形整形壓角壓角沖孔冷墩沖孔冷墩978齒齒 輪機(jī)構(gòu)輪機(jī)構(gòu)2）選型）選型（1）進(jìn)料機(jī)構(gòu)）進(jìn)料機(jī)構(gòu)機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)系系統(tǒng)統(tǒng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)2）選型）選型（2）斷料機(jī)構(gòu)）斷料機(jī)構(gòu)機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)系系統(tǒng)統(tǒng)直動從動件凸直動從動件凸 輪機(jī)構(gòu)輪機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1213459101314151617181978Kba6112018126 6myh2）選型）選型（3）冷墩冷墩機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng) I：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（+陰模），陰模），完成整完成整 形、壓角、形、壓角、沖孔沖孔1213459101314151617181978K