機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案確定講義.ppt

第11章 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì),11.1 機(jī)械總體方案設(shè)計(jì),重要性 直接決定產(chǎn)品的性能、質(zhì)量及其在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力和企業(yè)效益。 核心內(nèi)容 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，最具創(chuàng)造性和綜合性。 一、機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程 五個(gè)階段 產(chǎn)品規(guī)劃(概念設(shè)計(jì))、總體方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)施工設(shè)計(jì)(工藝設(shè)計(jì))、改進(jìn)設(shè)計(jì)。,機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般進(jìn)程,11.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)觀念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)觀念 (一) 機(jī)械設(shè)計(jì)的歷史,人類設(shè)計(jì) 經(jīng)歷的階段,直覺設(shè)計(jì)階段,憑直觀感覺來設(shè)計(jì)制作工具和機(jī)械，往往帶有一定的盲目性,經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段,依靠個(gè)人的才能和經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用一些基本設(shè)計(jì)計(jì)算理論，借助類比、模擬和試湊等方法進(jìn)行設(shè)計(jì),半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段,充分利用數(shù)據(jù)、圖表和手冊(cè)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少了設(shè)計(jì)的盲目性，增加了合理性,10.3 機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì),重要性 執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)中的重要組成部分，直接完成機(jī)械系統(tǒng)預(yù)期工作任務(wù)。 機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的核心，是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。 機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的組成 由一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行構(gòu)件是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件，其數(shù)量及運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和傳動(dòng)特性等要求，決定了整個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。,一、機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和過程,功能原理設(shè)計(jì),根據(jù)需要制定機(jī)械的總功能，擬定實(shí)現(xiàn)總功能的工作原理和技術(shù)手段，確定機(jī)械所要實(shí)現(xiàn)的工藝動(dòng)作,運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì),通過對(duì)工作原理所提出的工藝動(dòng)作進(jìn)行分解，決定采用何種運(yùn)動(dòng)規(guī)律來實(shí)現(xiàn)工作原理,執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì),決定選擇何種機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì),根據(jù)工藝過程對(duì)各動(dòng)作的要求，分析各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)如何協(xié)調(diào)配合，設(shè)計(jì)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖,確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析,檢驗(yàn)執(zhí)行系統(tǒng)是否滿足運(yùn)動(dòng)要求和動(dòng)力性能方面的要求,方案評(píng)價(jià)與決策,對(duì)方案進(jìn)行定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)并從中選出最佳設(shè)計(jì)方案,二、執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 1. 功能原理的選擇與構(gòu)思 產(chǎn)品的功能 產(chǎn)品的用途、性能、使用價(jià)值等，根據(jù)人們生產(chǎn)或生活需要提出。 確定功能指標(biāo)的考慮因素 先進(jìn)性 可行性 經(jīng)濟(jì)性 功能原理設(shè)計(jì)的重要性 決定產(chǎn)品的技術(shù)水平、工作質(zhì)量、傳動(dòng)方案、結(jié)構(gòu)型式、制造成本等。,功能原理設(shè)計(jì)的多方案性,工作原理不同，運(yùn)動(dòng)方案也不同,齒輪加工,剃齒,范成原理,仿形原理,工作原理相同，運(yùn)動(dòng)方案不同,齒輪加工,插齒,滾齒,其它實(shí)例 斜面的應(yīng)用 螺旋壓力機(jī)、螺旋千斤頂、螺紋聯(lián)接件、螺旋輸送機(jī)、螺桿泵、螺旋微動(dòng)機(jī)構(gòu)、千分尺等 齒輪加工方法 無屑加工(精密鑄造、粉末冶金成型、滾壓成型)、切削加工(成型法、展成法)、成型法加工的盤狀齒輪銑刀和指狀齒輪銑刀、展成法的滾齒和插齒,用最簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)功能舉例,圖示按摩椅中的按摩輪利用一個(gè)偏心空間凸輪，同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維方向的按摩作用徑向振動(dòng)擠壓、向下推拉和橫向推拉，構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。,光、機(jī)、電、流體等知識(shí)的綜合運(yùn)用舉例,指針,圖示分析天平，要求精度達(dá)到0.01g，但靠目力讀指針的微小偏角已不可能。,增加了一級(jí)光學(xué)放大鏡，將讀數(shù)放大。,總功能,功能元解,功能原理方案,最佳功能原理方案,明確任務(wù),功能元,2. 功能分析與功能求解 功能分析法(function analysis)，將機(jī)械產(chǎn)品的總功能(total function)分解成若干功能元(function element)，求解功能元，將其組合，得到滿足總功能要求的多種解決方案供評(píng)價(jià)選擇。,三、執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì) 1. 工藝動(dòng)作分解和運(yùn)動(dòng)方案選擇,刀具作復(fù)合運(yùn)動(dòng),刀具與工作臺(tái)分別運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)通常是對(duì)工藝方法和工藝動(dòng)作進(jìn)行分析，把其分解成若干個(gè)基本動(dòng)作。工藝動(dòng)作分解的方法不同，所形成的運(yùn)動(dòng)方案也不同。,立式鉆床工藝動(dòng)作分解,直線運(yùn)動(dòng),曲線運(yùn)動(dòng),復(fù)合運(yùn)動(dòng),往復(fù)擺動(dòng),每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) rpm,由兩個(gè)以上單一運(yùn)動(dòng)合成,間歇轉(zhuǎn)動(dòng),停歇往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),停歇單向直線運(yùn)動(dòng),沿可變曲線運(yùn)動(dòng),每分鐘轉(zhuǎn)位次數(shù)、轉(zhuǎn)角大小、運(yùn)動(dòng)系數(shù),每分鐘擺動(dòng)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(jìn)給量的大小,每循環(huán)停歇次數(shù)、位置、時(shí)間、行程大小和工作速度,四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計(jì),1. 設(shè)計(jì)原則 滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求 盡量簡(jiǎn)化和縮短運(yùn)動(dòng)鏈 盡量減小機(jī)構(gòu)尺寸 選擇合適的運(yùn)動(dòng)副形式 考慮動(dòng)力源的形式 使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力和動(dòng)力特性 使機(jī)械具有調(diào)節(jié)某些運(yùn)動(dòng)參數(shù)的能力 保證機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn),2. 機(jī)構(gòu)的選型 目的 選擇或創(chuàng)造出滿足執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力要求的機(jī)構(gòu)。, 傳遞連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu),嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu),連桿機(jī)構(gòu),摩擦輪傳動(dòng),蝸桿傳動(dòng),鏈傳動(dòng),平行四邊形機(jī)構(gòu),摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、易于實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速、過載保護(hù)。,傳動(dòng)比不準(zhǔn)確、傳遞功率小、效率低。, 實(shí)現(xiàn)單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu),棘輪機(jī)構(gòu),齒輪-連桿機(jī)構(gòu),不完全齒輪機(jī)構(gòu),凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),適用于轉(zhuǎn)角固定的轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng),每次轉(zhuǎn)角小，或轉(zhuǎn)角大小可調(diào)的低速場(chǎng)合,大轉(zhuǎn)角而速度不高的場(chǎng)合,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、分度、定位準(zhǔn)確，但制造困難、高精度定位、高速場(chǎng)合,特殊要求的輸送機(jī)構(gòu), 實(shí)現(xiàn)往復(fù)移動(dòng)往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu),凸輪機(jī)構(gòu),組合機(jī)構(gòu),往復(fù)運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu),連桿機(jī)構(gòu),螺旋機(jī)構(gòu),齒輪齒條機(jī)構(gòu),液壓缸、氣缸,正弦機(jī)構(gòu),正切機(jī)構(gòu),多桿機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),連桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 制造容易、承載能力大，但難以實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)，適用于無嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)規(guī)律的場(chǎng)合。,凸輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 能實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)和各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，承載能力不大。,螺旋機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 可獲得大的減速比和較高的運(yùn)動(dòng)精度，常用作低速進(jìn)給和精密微調(diào)機(jī)構(gòu)。,齒輪齒條機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 適用于移動(dòng)速度較高的場(chǎng)合，精密齒條制造困難，傳動(dòng)精度及平穩(wěn)性不及螺旋機(jī)構(gòu)。, 再現(xiàn)軌跡的機(jī)構(gòu),齒輪連桿組合機(jī)構(gòu),聯(lián)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu),凸輪連桿組合機(jī)構(gòu),一般而言，除了凸輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)精確的曲線軌跡之外，其它機(jī)構(gòu)都只能近似實(shí)現(xiàn)預(yù)定的曲線軌跡。,齒輪連桿組合機(jī)構(gòu),攪拌機(jī)構(gòu),聯(lián)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu),凸輪連桿組合機(jī)構(gòu),此抓片機(jī)構(gòu)采用了聯(lián)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)，通過兩凸輪的聯(lián)動(dòng)作用，使抓片爪按矩形軌跡運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到間歇抓片的目的。,此裝配線采用了聯(lián)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)，使筆芯托架沿著矩形軌跡運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到使圓珠筆芯步進(jìn)式地向前送進(jìn)的目的。,3. 機(jī)構(gòu)的構(gòu)型 目的 當(dāng)所選擇的機(jī)構(gòu)型式不能完全實(shí)現(xiàn)預(yù)期要求，或雖能實(shí)現(xiàn)功能要求但存在著或結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、或運(yùn)動(dòng)精度不當(dāng)和動(dòng)力性能欠佳，可在常用機(jī)構(gòu)中選擇一種功能和原理與工作要求相近的機(jī)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上重新構(gòu)筑機(jī)構(gòu)的型式。, 組合法,串聯(lián)組合 前一級(jí)子機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件，作為后一級(jí)子機(jī)構(gòu)的輸入構(gòu)件，依次串聯(lián)的組合方式。,后一級(jí)子機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件為前一級(jí)子機(jī)構(gòu)的一個(gè)連架桿。,后一級(jí)機(jī)構(gòu)的子主動(dòng)件為在前一級(jí)子機(jī)構(gòu)的連桿。,并聯(lián)組合 幾個(gè)子機(jī)構(gòu)共用同一個(gè)輸入構(gòu)件，而它們的輸出運(yùn)動(dòng)又同時(shí)輸入給一個(gè)多自由度的子機(jī)構(gòu)，從而形成一個(gè)自由度為1的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的組合方式。,各子機(jī)構(gòu)間無嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合關(guān)系,各子機(jī)構(gòu)在動(dòng)作的先后次序上有嚴(yán)格的要求,自動(dòng)車床上三個(gè)并聯(lián)凸輪的工作順序有先后要求。,各子機(jī)構(gòu)有運(yùn)動(dòng)形式配合要求,磨床中的主軸運(yùn)動(dòng)、砂輪運(yùn)動(dòng)和、工件運(yùn)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)形式上有配合要求。,反饋式組合 在機(jī)構(gòu)組合系統(tǒng)中，其多自由度子機(jī)構(gòu)的一個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)，是通過單自由度子機(jī)構(gòu)從該多自由度子機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件回授的組合方式。,校正原理 蝸桿主動(dòng)，因制造誤差使蝸輪運(yùn)動(dòng)精度達(dá)不到要求，由誤差設(shè)計(jì)一凸輪機(jī)構(gòu)，經(jīng)齒輪齒條、差動(dòng)機(jī)構(gòu)k使蝸桿得到一附加運(yùn)動(dòng)，以校正誤差。,機(jī)床校正機(jī)構(gòu),輸入,4,1,4,2,1,3,k,2,復(fù)合式組合 由一個(gè)或幾個(gè)串聯(lián)的基本機(jī)構(gòu)去封閉一個(gè)具有兩個(gè)或多個(gè)自由度的基本機(jī)構(gòu)的組合方式, 變異法,更換原動(dòng)件,雙搖桿機(jī)構(gòu)中，選連桿作為原動(dòng)件，可把風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為連架桿的搖動(dòng)。,運(yùn)動(dòng)倒置,改變構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀,將擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的直線導(dǎo)槽改為圓弧導(dǎo)槽，可獲得較長(zhǎng)時(shí)間的停歇。,改變構(gòu)件運(yùn)動(dòng)尺寸,槽輪直徑變?yōu)闊o窮大，槽數(shù)無窮多時(shí)，演變?yōu)椴蹢l機(jī)構(gòu),五、執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì) 執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則 滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作先后的順序性要求 滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作在時(shí)間上的同步性要求 滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求 滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在操作上的協(xié)同性要求 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作安排要有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 各執(zhí)行機(jī)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,評(píng)價(jià)方法 評(píng)分法 針對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)中各個(gè)項(xiàng)目，選擇一定的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和總分計(jì)分法對(duì)方案的優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)價(jià)。,建立評(píng)價(jià)體系,選擇評(píng)分方法,選擇評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)分,選擇總分計(jì)分法，計(jì)算總分,選取高分者為優(yōu)選方案,一、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)過程 確定傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比 選擇傳動(dòng)類型 擬定傳動(dòng)鏈布置方案 分配傳動(dòng)比 確定各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和主要幾何尺寸，計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù) 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,第四節(jié) 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 和原動(dòng)機(jī)選擇,2. 傳動(dòng)類型選擇 類型與特點(diǎn),撓性(件)傳動(dòng),摩擦輪傳動(dòng),繩傳動(dòng),圓形齒輪傳動(dòng),撓性嚙合傳動(dòng),帶傳動(dòng),嚙合傳動(dòng),機(jī)械 傳動(dòng),摩擦傳動(dòng),單級(jí)齒輪傳動(dòng),齒輪系傳動(dòng),同步齒形帶傳動(dòng),螺旋齒輪傳動(dòng),蝸桿蝸輪傳動(dòng),圓錐齒輪傳動(dòng),圓柱齒輪傳動(dòng),定軸輪系傳