第14章 機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計

第十四章機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計§14-1

機械運動方案的擬定在機器設(shè)計中的地位和作用§14-2機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設(shè)計§14-3機器傳動系統(tǒng)方案設(shè)計和原動件選擇§14-4機械運動方案擬定示例一、機械產(chǎn)品的設(shè)計過程§14-1機械運動方案的擬定在機器設(shè)計中的地位和作用機械產(chǎn)品設(shè)計:分析綜合創(chuàng)新特定要求新產(chǎn)品特定功能開發(fā)機械設(shè)計的重要性直接決定產(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。機械新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計過程：1）初期規(guī)劃設(shè)計階段2）總體方案設(shè)計階段3）結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計階段4）生產(chǎn)施工設(shè)計階段一、機械產(chǎn)品的設(shè)計過程一、機械產(chǎn)品的設(shè)計過程初期規(guī)劃設(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)計選題調(diào)研和預(yù)測可行性論證確定設(shè)計任務(wù)階段成果：調(diào)研報告產(chǎn)品開發(fā)可行性論證報告設(shè)計任務(wù)書一、機械產(chǎn)品的設(shè)計過程初期規(guī)劃設(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)計階段成果：目標(biāo)分析創(chuàng)新構(gòu)思方案擬定方案評價方案決策總體方案示意圖機械系統(tǒng)方案運動簡圖運動循環(huán)圖方案設(shè)計計算說明書一、機械產(chǎn)品的設(shè)計過程初期規(guī)劃設(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)計階段成果：結(jié)構(gòu)方案擬定造型設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計材料選擇與尺寸設(shè)計設(shè)計圖繪制全套設(shè)計圖紙設(shè)計計算說明書一、機械產(chǎn)品的設(shè)計過程初期規(guī)劃設(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)計階段成果：工藝設(shè)計工裝設(shè)計施工設(shè)計工藝流程卡片工裝設(shè)計圖基礎(chǔ)安裝圖技術(shù)文件使用說明書備件明細(xì)表二、機械總體方案設(shè)計的目的和內(nèi)容

目的產(chǎn)品功能是否齊全、性能是否優(yōu)良、經(jīng)濟效益是否顯著，在很大程度上取決于總體方案設(shè)計的構(gòu)思和方案擬定時的設(shè)計思想。

機械產(chǎn)品市場上的競爭力？質(zhì)量好價格低有新意的產(chǎn)品仿照設(shè)計：往往忽略初期規(guī)劃設(shè)計階段的作用往往忽略總體方案設(shè)計階段的作用初期規(guī)劃設(shè)計調(diào)研可行性論證生命力競爭力開發(fā)什么產(chǎn)品？產(chǎn)品開發(fā)：總體方案設(shè)計設(shè)計目標(biāo)創(chuàng)新的關(guān)鍵二、機械總體方案設(shè)計的目的和內(nèi)容內(nèi)容

執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)方案評價與決策執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計運動規(guī)律設(shè)計系統(tǒng)功能原理設(shè)計原動機類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計各級傳動比的分配傳動鏈中機構(gòu)順序的安排傳動路線選擇傳動類型選擇控制系統(tǒng)的方案設(shè)計其它輔助系統(tǒng)的設(shè)計照明系統(tǒng)設(shè)計安全保障系統(tǒng)設(shè)計故障檢測系統(tǒng)設(shè)計冷卻系統(tǒng)設(shè)計潤滑系統(tǒng)設(shè)計第十四章機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計§14-1

機械運動方案的擬定在機器設(shè)計中的地位和作用§14-2機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設(shè)計§14-3機器傳動系統(tǒng)方案設(shè)計和原動件選擇§14-4機械運動方案擬定示例

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(yù)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)計機構(gòu)尺度設(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(yīng)當(dāng)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

根據(jù)機械預(yù)期實現(xiàn)的功能，考慮選擇何種工作原理來實現(xiàn)這一功能要求。功能原理的選擇與構(gòu)思:

功能原理設(shè)計的任務(wù)，就是根據(jù)機械預(yù)期實現(xiàn)的功能要求，構(gòu)思出所有可能的功能原理，加以分析比較并根據(jù)使用要求或者工藝要求，從中選擇出既能很好的滿足功能要求，工藝動作又簡單的工作原理。舉例：自動送料板裝置的功能原理設(shè)計機械推拉原理摩擦傳動原理(摩擦板)摩擦傳動原理(摩擦輪)氣吸原理(底吸法)氣吸原理(頂吸法)工作原理不同，運動方案也不同切削加工范成原理仿形原理齒輪加工無削加工粉末冶金成型精密鑄造滾壓成型剃齒齒輪切削加工插齒滾齒工作原理相同運動方案不同

確定方案時應(yīng)注意兩點⑴用最簡單的方法實現(xiàn)同一功能。⑵注意光、機、電、流體等知識的綜合運用。

設(shè)計一臺彩色電視機陰極盤用的金屬片的沖裁機器，圓片直徑10mm，厚度0.8mm。100.8功能分解送料沖制退回B用最簡單的方法實現(xiàn)功能舉例按摩輪

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。r光、機、電、流體等知識的綜合運用舉例指針瑪瑙支撐K向刀口活動游標(biāo)

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?；顒佑螛?biāo)光源透鏡讀數(shù)窗

增加了一級光學(xué)放大鏡，將讀數(shù)放大。其它實例：斜面的應(yīng)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)、千分尺等小結(jié)：實現(xiàn)某種預(yù)期的要求，可以采用多種不同的工作原理不同的工作原理需要不同的工藝動作，這樣所設(shè)計出的機械在工作性能、工作品質(zhì)和適用場合等方面都會有很大的差別。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

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。刀具作復(fù)合運動刀具與工作臺分別運動立式鉆床工藝動作分解內(nèi)孔加工車床

拉床

鉆床

鏜床

總結(jié)：同一個工藝動作，可以分解成各種簡單運動，工藝動作分解的方法不同，所得到的運動規(guī)律和運動方案也相同，它們很大程度上決定了機械的特點、性能和復(fù)雜程度。

在進行運動規(guī)律設(shè)計和運動方案選擇時，應(yīng)綜合考慮各方面的因素，根據(jù)實際情況對各種運動規(guī)律和運動方案加以認(rèn)真分析和比較，從中選出最佳方案。

直線運動曲線運動復(fù)合運動往復(fù)擺動執(zhí)行構(gòu)件運動形式回轉(zhuǎn)運動每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)rpm由兩個以上單一運動合成間歇轉(zhuǎn)動停歇往復(fù)直線運動停歇單向直線運動沿可變曲線運動連續(xù)轉(zhuǎn)動沿固定曲線運動往復(fù)直線運動每分鐘轉(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)。⑴傳遞連續(xù)轉(zhuǎn)動的機構(gòu)傳遞連續(xù)轉(zhuǎn)動機構(gòu)嚙合傳動機構(gòu)

蝸桿傳動

鏈傳動

齒輪傳動（含輪系）

連桿機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)

雙曲柄機構(gòu)

摩擦傳動機構(gòu)

摩擦輪傳動

帶傳動

12摩擦輪傳動

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(zhǔn)確、傳遞功率小、效率低。123平面盤式無級變速器

123圓錐式無級變速器

⑵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)

單向間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)槽輪機構(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(zhǔn)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)

⑶實現(xiàn)往復(fù)移動往復(fù)擺動運動的機構(gòu)凸輪機構(gòu)

組合機構(gòu)

往復(fù)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(yán)格運動規(guī)律的場合。凸輪機構(gòu)特點能實現(xiàn)任意復(fù)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)。

凸輪機構(gòu)

連桿機構(gòu)

⑶實現(xiàn)往復(fù)移動往復(fù)擺動運動的機構(gòu)組合機構(gòu)

往復(fù)運動機構(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)

⑷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)

再現(xiàn)軌跡機構(gòu)連桿機構(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(yù)定的曲線軌跡。

齒輪—連桿組合機構(gòu)攪拌機構(gòu)CBADE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(dāng)所選擇的機構(gòu)型式不能完全實現(xiàn)預(yù)期要求，或雖能實現(xiàn)功能要求但存在著或結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、或運動精度不當(dāng)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。⑴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。輸入輸出子機構(gòu)II子機構(gòu)I

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。III512341123A54DCBFEM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。子機構(gòu)n1子機構(gòu)III子機構(gòu)I子機構(gòu)II子機構(gòu)n輸入輸出直線電機襟翼直線電機某型飛機的襟翼操縱機構(gòu)大型船舶主傳動機構(gòu)某航空發(fā)動機附件傳動系統(tǒng)主動軸IVIIIVVIIII

各子機構(gòu)間無嚴(yán)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(yán)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。工件(鉚釘)外圓車刀棒料切斷刀倒角刀凸輪軸擋板IIIIII主軸凸輪I凸輪II凸輪III凸輪轉(zhuǎn)角0

90?180?270?360?

放松(送料)切斷夾緊車外圓倒角擋料

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。砂輪砂輪架工件

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。輸入輸出4凸輪機構(gòu)2自由度蝸桿蝸輪機構(gòu)機床校正機構(gòu)輸入414213K2

復(fù)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5桿機構(gòu)輸入輸出凸輪機構(gòu)⑵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(fēng)扇轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為連架桿的搖動。ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機電機ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿運動倒置擺動凸輪機構(gòu)123123連桿—凸輪機構(gòu)罐頭封口機構(gòu)A1BCO234

改變構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀

將擺動導(dǎo)桿機構(gòu)中的直線導(dǎo)槽改為圓弧導(dǎo)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⑴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)和效率的提高執(zhí)行構(gòu)件動作的協(xié)調(diào)配合●送料機構(gòu)將原料送入?？咨戏胶?，沖頭進入模孔進行沖壓●沖頭上移一段距離后，進行下次送料動作折疊包裝機構(gòu)的兩個執(zhí)行構(gòu)件

兩個構(gòu)件不能同時位于區(qū)域MAB中，以免干涉。餅干1342餅干21左折邊構(gòu)件餅干32包裝紙4右折邊構(gòu)件餅干1342餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構(gòu)件右折邊構(gòu)件MBA讓刀運動

執(zhí)行構(gòu)件運動速度的協(xié)調(diào)配合0范成運動切削運動i0齒輪插刀加工0讓刀運動

范成法加工時，刀具與齒坯之間必須保持精確的傳動比。

⑵執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計方法●確定機械的工作循環(huán)周期●確定機械在一個運動循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件的各個行程段及其所需時間●確定各執(zhí)行構(gòu)件動作間的配合關(guān)系

⑶機械運動循環(huán)圖用于描述機械在一個運動循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件運動間相互協(xié)調(diào)配合的圖。通常選取機械中某一主要的執(zhí)行構(gòu)件為參考構(gòu)件，以生產(chǎn)工藝的起始點作為運動循環(huán)的起始點，據(jù)此確定其它執(zhí)行構(gòu)件的運動相對于參考構(gòu)件的先后次序和配合關(guān)系。

運動循環(huán)圖形式

直線式圓周式直角坐標(biāo)式

退回停止沖制

進給沖頭送料器曲柄轉(zhuǎn)角

0o90o180o270o

360o

直線式工作循環(huán)圖

主軸作為參考構(gòu)件

圓周式工作循環(huán)圖

圖示單缸四沖程內(nèi)燃機的工作循環(huán)圖。曲軸為參考構(gòu)件，轉(zhuǎn)動2轉(zhuǎn)為一個工作循環(huán)。

啟排氣門開啟進氣門開進氣排氣壓縮膨脹閉進氣門關(guān)火點曲軸0o

540o

360o

180o

排門閉關(guān)氣直角坐標(biāo)式工作循環(huán)圖

餅干包裝機工作循環(huán)圖中，橫坐標(biāo)表示參考構(gòu)件的轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)表示執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)角。進退

靜止

靜止

靜止

進退

MM餅干1342餅干21左折邊構(gòu)件餅干32包裝紙4右折邊構(gòu)件餅干1342餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構(gòu)件右折邊構(gòu)件MBA左執(zhí)行機構(gòu)1

左執(zhí)行機構(gòu)2

分配軸轉(zhuǎn)角

0o90o180o270o360o

六、方案評價與決策

評價指標(biāo)●系統(tǒng)功能

實現(xiàn)運動規(guī)律或運動軌跡、實現(xiàn)工藝動作的準(zhǔn)確性●運動性能

運轉(zhuǎn)速度、行程可調(diào)性、運動精度等●動力性能

承載能力、增力特性、傳力特性、振動噪音等●工作性能

效率高低、壽命長短、可操作性、安全性、可靠性適用范圍等●經(jīng)濟性

加工難易、能耗大小、制造成本等●結(jié)構(gòu)緊湊性

尺寸、重量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性等

評價方法

⑴評分法針對評價目標(biāo)中各個項目，選擇一定的評分標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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

總分計分法

方法公式特點分值相加法

將n個評價目標(biāo)評分值簡單相加，計算簡單、直觀分值連乘法將n個評價目標(biāo)評分值相乘，使各方案總分差拉開，便于比較

均值法

將相加所得結(jié)果除以評價目標(biāo)系數(shù)，結(jié)果直觀

相對值法

將均值法所得結(jié)果除以理想值，使Qi1，可看出與理想值的差距

加權(quán)計分法(有效值法)

將各項評分值乘以加權(quán)系數(shù)后相加，考慮了各評價目標(biāo)的重要程度

評價結(jié)果的處理入選方案數(shù)設(shè)計階段評價準(zhǔn)則結(jié)果處理1最后階段合理已得到最佳方案，設(shè)計結(jié)束可改進重新決定評價準(zhǔn)則，再作評價中間階段合理評價結(jié)束，轉(zhuǎn)入下一階段多于1最后階段合理增加評價項目或提高評價要求再作評價中間階段需改進若入選數(shù)太多，按上述方案改進準(zhǔn)則再作評價合理將入選方案排序，轉(zhuǎn)入下一設(shè)計階段0任何階段可改進放寬評價要求，再作評價合理待評設(shè)計方案質(zhì)量不高需再設(shè)計第八章機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計§8-1

機械運動方案的擬定在機器設(shè)計中的地位和作用§8-2機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設(shè)計§8-3機器傳動系統(tǒng)方案設(shè)計和原動件選擇§8-4機械運動方案擬定示例一、機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計

1.設(shè)計過程⑴確定傳動系統(tǒng)總傳動比⑵選擇傳動類型⑶擬定傳動鏈布置方案⑷分配傳動比⑸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(xué)和動力學(xué)參數(shù)⑹繪制傳動系統(tǒng)運動簡圖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

定軸輪系傳動

周轉(zhuǎn)輪系傳動

鏈傳動

非圓齒輪傳動

行星輪系傳動

差動輪系傳動

液壓、液力傳動利用液壓泵、閥、執(zhí)行器等元件實現(xiàn)的傳動。氣壓傳動以壓縮空氣為工作介質(zhì)的傳動電氣傳動利用電動機和電氣裝置實現(xiàn)的傳動按速度變化情況劃分的傳動類型傳動類型原動機輸出速度傳動類型舉例定傳動比傳動恒定齒輪傳動，帶、鏈傳動，螺旋傳動，不調(diào)速的電力，液壓及氣壓傳動變傳動比傳動有級變速恒定帶塔輪的皮帶傳動，滑移齒輪變速箱可調(diào)電力、液壓傳動中的有級調(diào)速傳動無級變速恒定機械無級變速器，液力耦合器及變矩器，電磁滑塊離合器，磁粉離合器，流體粘性傳動可調(diào)內(nèi)燃機調(diào)速傳動，電力、液壓及氣壓無級調(diào)速傳動周期性變速恒定非圓齒輪傳動，凸輪機構(gòu)，連桿機構(gòu)及組合機構(gòu)可調(diào)數(shù)控的電力傳動

選擇原則

●執(zhí)行系統(tǒng)的工況和工作要求與原動機的機械特性相匹配●考慮工作要求傳遞的功率和運轉(zhuǎn)速度●有利于提高傳遞效率●盡可能結(jié)構(gòu)簡單的單級傳動裝置

●考慮結(jié)構(gòu)布置

●考慮經(jīng)濟性●考慮機械安全運轉(zhuǎn)條件

傳動比的合理分配傳動機構(gòu)種類平帶V帶摩擦輪齒輪蝸桿鏈圓周速度ms52553015251512015351540減速比58157104880610最大功率kW2007501200150250500005503750常用原動機的類型及主要特點

原動機類型主要特點三相異步電動機

結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、體積小、運行可靠、維護方便、堅固耐用；能保持恒速運行及經(jīng)受較頻繁的啟動、反轉(zhuǎn)及制動；但啟動轉(zhuǎn)矩小，調(diào)速困難。一般機械系統(tǒng)中應(yīng)用最多。

同步電動機

能在功率因子cos1的狀態(tài)下運行，不從電網(wǎng)吸收無功功率，運行可靠，保持恒速運行；但結(jié)構(gòu)較異步電動機復(fù)雜，造價較高，轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)。適用于大功率離心式水泵和通風(fēng)機等。

直流電動機

能在恒功率下進行調(diào)速，調(diào)速性能好，調(diào)速范圍寬，啟動轉(zhuǎn)矩大；但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、維護工作量較大、價格較高；機械特性較軟、需直流電源。

二、原動機的選擇常用原動機的類型及主要特點

原動機類型主要特點控制電動機能精密控制系統(tǒng)位置和角度、體積小、重量輕；具有寬廣而平滑的調(diào)速范圍和快速響應(yīng)能力，其理想的機械特性和調(diào)速特性均為直線。廣泛用于工業(yè)控制、軍事、航空航天等領(lǐng)域。

內(nèi)燃機

功率范圍寬、操作簡便、啟動迅速；但對燃油要求高、排氣污染環(huán)境、噪聲大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。多用于工程機械、農(nóng)業(yè)機械、船舶、車輛等。

液壓馬達

可獲得很大的動力和轉(zhuǎn)矩，運動速度和輸出動力、轉(zhuǎn)矩調(diào)整控制方便，易實現(xiàn)復(fù)雜工藝過程的動作要求；但需要有高壓油的供給系統(tǒng)，油溫變化較大時，影響工作穩(wěn)定性；密封不良時，污染工作環(huán)境；液壓系統(tǒng)制造裝配要求高。氣動馬達

工作介質(zhì)為空氣，易遠距離輸送、無污染，能適應(yīng)惡劣環(huán)境、動作速度快；但工作穩(wěn)定性較差，噪聲大；輸出轉(zhuǎn)矩不大，傳動時速度較難控制。適用于小型輕載的工作機械。第十四章機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計§14-1

機械運動方案的擬定在機器設(shè)計中的地位和作用§14-2機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設(shè)計§14-3機器傳動系統(tǒng)方案設(shè)計和原動件選擇§14-4機械運動方案擬定示例一般的鉆床多采用第一種方案，但本例是三軸專用鉆床，因工件小，工作臺輕，移動工作臺比移動三軸容易。故采用第二種方案。1.多頭專用鉆床機械傳動系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計任務(wù)設(shè)計一臺自動鉆床，用來同時加工圖示零件上的三個孔，并能自動送料。3020382020502010⑴運動方案選擇

工藝動作鉆頭一邊旋轉(zhuǎn)，同時相對于工件作移動三種運動方案●鉆頭旋轉(zhuǎn)，同時軸向進給，工作臺靜止●鉆頭旋轉(zhuǎn)，工作臺帶動工件進給●工作臺旋轉(zhuǎn)，鉆頭作軸向進給送料機構(gòu)采取從料倉推送工件的方式⑵執(zhí)行系統(tǒng)運動規(guī)律設(shè)計工作臺送料桿料倉

三個執(zhí)行構(gòu)件鉆頭、工作臺、送料桿

工藝過程●送料桿往右推出零件，并頂出加工好的零件●夾具將工件定位并夾緊●送料桿返回，工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭●工作臺慢速工進；●鉆孔結(jié)束后，工作臺快速退回，完成一個工作循環(huán)

鉆頭的轉(zhuǎn)速

nc1000v(d)

d鉆頭直徑，d8mm

v

切削速度，查手冊45鋼，可選v12.5mmin

nc500rpm

工作臺為往復(fù)運動鉆孔工藝要求●工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭●工作臺改用工作進給速度先鉆凸臺上的孔，待鉆到一定深度時，三個鉆頭才同時鉆進，因工作阻力增加，故進給速度應(yīng)減小●鉆孔結(jié)束后，工作臺快速退回，完成一個工作循環(huán)

工作臺一個工作循環(huán)總時間

T1

t1

t2

t3

t4

t5

24.6s

工作臺每分鐘工作循環(huán)數(shù)

n1

60T1

2.44

送料桿的運動為往復(fù)直動，運動循環(huán)時間與工作臺相同

Ts

24.6s

工作臺的行程Hf

h0

h1

h2h1

—單孔鉆削深度，取h1

13mmh2

—三孔同時鉆削深度，取h2

13mm

送料桿的行程取工件的兩倍Hs

100mmh0

—工作臺快速趨近鉆頭的運動距離，取h0

15mm工作循環(huán)圖凸輪轉(zhuǎn)角090o180o270o360o

送料桿

送料

靜止

送料工作臺停止單孔鉆三孔鉆快退快進⑶原動機的選擇類型—交流異步感應(yīng)電動機

由機床的工作要求確定為了減少原動機的數(shù)量，三個鉆頭共用一個原動機。⑷計算運動鏈的總傳動比切削運動鏈的總傳動比ic

nnnc

1440500

2.88進給運動鏈的總傳動比if

is

nnnf