第四章 執(zhí)行系統(tǒng)設計

第四章執(zhí)行系統(tǒng)設計第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)執(zhí)行系統(tǒng)的組成、功能及分類一.執(zhí)行系統(tǒng)的組成執(zhí)行系統(tǒng)是直接完成系統(tǒng)預期工作任務的部分，因此也稱工作機或工作裝置。執(zhí)行系統(tǒng)由執(zhí)行構(gòu)件和與之相連的執(zhí)行機構(gòu)組成。二.執(zhí)行系統(tǒng)的功能執(zhí)行機構(gòu)的作用是傳遞和變換運動和動力。變換運動運動形式變化運動節(jié)拍變化連續(xù)斷續(xù)連續(xù)連續(xù)回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)擺動回轉(zhuǎn)單向直線回轉(zhuǎn)直線往復回轉(zhuǎn)特殊軌跡擺動擺動擺動單向直線擺動直線往復直線單向直線直線直線往復直線往復直線往復第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日常見執(zhí)行系統(tǒng)的功能：1.夾持第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日工件手指液壓缸活塞桿連桿液壓缸手指轉(zhuǎn)臂第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.搬運指將工件從一個位置移送到另一個位置。第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.輸送輸送是將工件按給定的路線從一個位置運到下一個位置。第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日4.分度與轉(zhuǎn)位第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日如圖4-12為檢測墊圈內(nèi)徑的裝置。5.檢測第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日如圖4-14所示，檢測螺釘長度和剔除過長螺釘?shù)难b置。第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日6.施力有的機械要執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)一定的運動或動作，如前所示。而還有些機械要求執(zhí)行系統(tǒng)對工作對象施加力或力矩以達到完成任務的目的。有的機械系統(tǒng)還要執(zhí)行系統(tǒng)具備多種功能要求，如插齒機。7.完成工藝復雜動作執(zhí)行系統(tǒng)要完成各種工藝復雜的動作，此種情況，執(zhí)行系統(tǒng)需有多個執(zhí)行機構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件組成。如圖4-16糖果扭結(jié)包裝機的執(zhí)行系統(tǒng)：第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日三.執(zhí)行系統(tǒng)的分類見P80表4-1第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日四.執(zhí)行構(gòu)件的運動形式見P81表4-2第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)機構(gòu)選型及常用執(zhí)行

機構(gòu)的主要性能特點一.機構(gòu)選型機構(gòu)的類型很多，滿足同一運動要求的機構(gòu)，也可一用不同的機構(gòu)來完成。因此，必須了解機構(gòu)的運動特性和動力特性，同時對機械的外廓尺寸、重量、結(jié)構(gòu)限制、動力特性、傳動精度、生產(chǎn)率、制造難易、工作環(huán)境和經(jīng)濟性等進行分析、比較，根據(jù)實際需要選擇或設計出最佳方案。二.常用執(zhí)行機構(gòu)的主要性能和特點1.連桿機構(gòu)特點：連桿機構(gòu)是低副機構(gòu)，各運動副為面接觸，因此壓強小、磨損小、易加工，改變構(gòu)件的尺寸或輸出點的位置可獲得不同的運動規(guī)律和運動軌跡。但實現(xiàn)從動件任意運動規(guī)律的靈活性差，慣性力難以平衡，動載、噪音、振動較大。因此，連桿不適用高速場合。第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)可實現(xiàn)任意復雜的運動規(guī)律，機構(gòu)簡單、緊湊，設計方便。但因是高副機構(gòu)，比壓較大、易磨損、高速時動力學特性變差。故凸輪機構(gòu)不宜在高速重載條件下工作。凸輪設計時應考慮的問題：1）從動件的運動規(guī)律：等速運動、等加等減速運動、余弦加速度，除這三種運動規(guī)律外，還有正弦加速度、高次曲線運動規(guī)律等。實際中應用中通常改進。設計時考慮：F=mv2）凸輪輪廓曲線的最小曲率半徑：不宜過小3）壓力角與基圓半徑：滾子從動件凸輪壓力角及其許用壓力角見P87表4-6。第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日4）凸輪常用材料及其強度計算：對材料的要求：因凸輪在變應力下工作，且往往伴有沖擊。因此凸輪的材料應有較好的抗疲勞強度、抗沖擊韌性和抗磨損能力。常用材料：碳鋼：45、60、65中碳合金鋼：低碳合金鋼：強度計算：接觸強度計算3.間歇運動機構(gòu)常見間歇運動機構(gòu)見P88表4-74.直線運動機構(gòu)常見直線運動機構(gòu)見P91表4-85.差動機構(gòu)常見差動機構(gòu)見P95表4-9可實現(xiàn)運動的分解和合成。第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日6.增力機構(gòu)常見增力機構(gòu)見P97表4-107.行程增大機構(gòu)常見行程增大機構(gòu)見P98表4-11第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日如螺紋的加工原理方案：第三節(jié)執(zhí)行系統(tǒng)設計一.執(zhí)行系統(tǒng)的設計要求1.實現(xiàn)預期精度的運動或動作2.有足夠的強度、剛度3.各執(zhí)行構(gòu)件間動作要協(xié)調(diào)配合4.結(jié)構(gòu)合理、便于制造安裝、造型美觀5.工作安全可靠，有足夠的使用壽命。6.在特殊介質(zhì)（如潮濕、腐蝕、高溫等）工作的零件有防銹、防腐、耐高溫的要求。二.執(zhí)行系統(tǒng)的設計步驟1.擬訂運動方案注意多種方案比較、擇優(yōu)第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日同樣注意多種方案比較、擇優(yōu)，同時要綜合考慮與相關另部件的協(xié)調(diào)。2.合理選擇執(zhí)行機構(gòu)類型，擬訂機構(gòu)組合方案原則：1）滿足運動要求的前提下，盡可能縮短運動鏈、以減少機構(gòu)和零部件數(shù)，從而提高機械效率，降低成本；2）應優(yōu)先選用機構(gòu)簡單、工作可靠、便于制造和效率高的機構(gòu)；3）執(zhí)行系統(tǒng)中同時有幾個執(zhí)行機構(gòu)時，為減少功率損失，應把效率較高的機構(gòu)放在傳遞功率大的地方；若執(zhí)行機構(gòu)間協(xié)調(diào)性要求較高，則他們之間的連接應選用傳動比準確的機構(gòu)。第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.繪制工作循環(huán)圖按機械預期的功能和選定的工藝過程，把各機構(gòu)的動作順序及時間用圖形表示出來。這種表示各機構(gòu)的動作順序及時間的圖形稱工作循環(huán)圖。首先要弄清各執(zhí)行機構(gòu)的動作過程及運動或動作的先后順序、起止時間和運動范圍。其次選一個定標構(gòu)件。———例題———例：臥式冷鐓鉚釘機的機構(gòu)選型和運動循環(huán)圖的繪制。1）根據(jù)生產(chǎn)任務擬訂工藝過程及相應的運動方案：2）確定執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)：3）選擇機構(gòu)類型、繪制冷鐓機的運動簡圖：鐓壓機構(gòu)：進料機構(gòu)：切斷和送料機構(gòu)：脫模機構(gòu)：第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日繪制運動循環(huán)圖：

第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日4.運動分析：目的：計算指定點的位置、速度、加速度、確定指定點的運動軌跡等。為動力分析打基礎。方法：解析法、圖解法5.動力學分析及承載能力計算：舉例：多功能液體軟包裝機執(zhí)行系統(tǒng)設計分析第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日多功能液體包裝機結(jié)構(gòu)設計第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日牽引機構(gòu)第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日豎封機構(gòu)第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日橫封機構(gòu)第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日計量機構(gòu)第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日作業(yè)一.自動打標機執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設計：

1.工作原理及工藝動作過程：產(chǎn)品自動打標機能實現(xiàn)在產(chǎn)品表面自動打制鋼印的要求。產(chǎn)品由輸送帶運送到推送頭1的前端（如圖所示），然后由推送機構(gòu)將產(chǎn)品3推送到打印頭2的下部，此后打印頭2向下運動，于產(chǎn)品上表面接觸，完成打印操作。在打印頭退回原位時，推送機構(gòu)再推送另一產(chǎn)品，并把已打印好的產(chǎn)品推走。2.原始數(shù)據(jù)及設計要求：生產(chǎn)率為10件/min，要求打印頭在與產(chǎn)品接觸時，有1秒的停歇時間，以保證在產(chǎn)品上形成清晰的印字。第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.設計任務：1）擬定打標機構(gòu)和推送機構(gòu)的運動方案，并進行分析評價；2）根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求，繪制打標機的工作循環(huán)圖；3）繪制機構(gòu)運動方案簡圖。作業(yè)二：糕點切片機機械系統(tǒng)運動方案設計：1.工作原理及工藝動作過程：

糕點先成形（如長方體、圓柱體等）、經(jīng)切片后再烘干。糕點切片機需要實現(xiàn)兩個執(zhí)行動作：糕點的直線間歇移動和切刀的往復運動。通過兩者的動作配合進行切片，改變直線間歇移動速度或每次間隔的輸送距離，以滿足糕點不同切片厚度的需要。第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日(3)切刀切片時最大的作用距離（切刀寬度）：300mm；(4)切刀的工作節(jié)拍：40次/分(5)電動機功率：N=0.55KW，轉(zhuǎn)速n=1390r/min(6)要求機械系統(tǒng)的機構(gòu)簡單、輕便，運動靈活、可靠。3.設計任務（1）根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖；（2）構(gòu)思實現(xiàn)上述動作要求的間歇運動機構(gòu)和切刀機構(gòu)；（3）機構(gòu)運動方案的評定和選擇；（4）根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案；（5）畫出機械運動方案簡圖；（6）對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動學尺寸計算。2.原始數(shù)據(jù)及設計要求（1）糕點厚度：10?20mm;

（2）糕點切片長度（即切片的高）：5?80mm；第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日作業(yè)三：多功能枕形包裝機橫封切斷機構(gòu)運動方案設計：1.工作原理及工藝動作過程：

橫封頭做連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，在完成熱封合的同時將薄膜切短，要求封頭封切瞬時的速度與薄膜的速度相等，之后，封頭快速轉(zhuǎn)動分離，以使包裝好的物品順利輸出。2.原始數(shù)據(jù)及設計要求：

1）包裝速度：120包/分

2）包裝袋節(jié)長：100~200mm第三十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日

3）封頭（刀）回轉(zhuǎn)半徑：R=60mm3.設計任務

1）擬定橫封驅(qū)動機構(gòu)的運動方案，并進行分析評價；

2）對所選定的不等速機構(gòu)進行運動分析；

3）包裝袋長改變時，如何進行機構(gòu)調(diào)節(jié)；

4）繪制機構(gòu)運動簡圖。作業(yè)四：晶體生長設備提拉系統(tǒng)運動方案設計：采用直拉法工藝進行晶體生長時，要求籽晶桿完成兩個運動：一個是籽晶桿的直線提拉運動，另一個是籽晶桿的旋轉(zhuǎn)運動，兩運動相對獨立。1.已知設計參數(shù)：提拉速度v=110mm/h，籽晶桿行程s=500mm,

籽晶桿轉(zhuǎn)速n=130r/min，籽晶桿承重10kg。2.設計任務：

1）完成提拉機構(gòu)運動方案設計；

2）列出形態(tài)學矩陣；

3）繪制機構(gòu)運動簡圖；第三十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日作業(yè)五：自動沖剪機床