機械運動方案設(shè)計

1、機械運動方案設(shè)計機械系統(tǒng)通常由原動機、傳動部分、執(zhí)行機構(gòu)和控制部分等組成。機械運動方案 設(shè)計的主要內(nèi)容是：根據(jù)給定機械的工作要求，確定機械的工作原理，擬定工藝動作和 執(zhí)行構(gòu)件的運動形式，繪制工作循環(huán)圖；選擇原動機的類型和主要參數(shù)，并進(jìn)行執(zhí)行機 構(gòu)的選型與組合，隨之形成機械系統(tǒng)的幾種運動方案，對運動方案進(jìn)行分析、比較、評 價和選擇；對選定運動方案中的各執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行運動綜合，確定其運動參數(shù)，并繪制機 構(gòu)運動簡圖，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行機械的運動性能和動力性能分析。一、機械運動方案設(shè)計的步驟機械運動方案設(shè)計的一般過程如下：構(gòu)思機械工作原理，針對設(shè)計任務(wù)書中的規(guī)定 的機械功能，構(gòu)思實現(xiàn)該功能所采用的科學(xué)原理

2、和技術(shù)手段，即機械的工作原理；由工 作原理進(jìn)一步確定機械所要實現(xiàn)的工藝動作，復(fù)雜的工藝動作可分解為幾種簡單運動的 合成，選用適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)實現(xiàn)這些運動就是機械運動方案設(shè)計的主要任務(wù)。二、繪制機械工作循環(huán)圖（又稱運動循環(huán)圖）針對機械要實現(xiàn)的工藝動作，確定執(zhí)行構(gòu)件的數(shù)目，為了實現(xiàn)機械的功能，各執(zhí)行 構(gòu)件的工藝動作之間往往有一定的協(xié)調(diào)配合要求，為了清晰地表述各執(zhí)行構(gòu)件運動協(xié)調(diào) 關(guān)系，應(yīng)繪制機械的工作循環(huán)圖。機械工作循環(huán)圖也是進(jìn)行機構(gòu)的選型和擬定機構(gòu)的組 合方案的依據(jù)。三、選擇執(zhí)行機構(gòu)類型根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式和運動參數(shù)，選定實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件工藝動作的執(zhí)行機構(gòu)，并 將各執(zhí)行機構(gòu)有機的組合在一起，以實現(xiàn)機械的整

3、體工藝動作。在進(jìn)行執(zhí)行機構(gòu)選型時, 應(yīng)首先滿足執(zhí)行構(gòu)件運動形式的要求，然后通過對所選機構(gòu)進(jìn)行綜合、組合、變異和調(diào) 整等，以滿足執(zhí)行構(gòu)件的運動參數(shù)和運動特性等要求。一般來說，滿足執(zhí)行構(gòu)件工藝動 作的執(zhí)行機構(gòu)往往不是一種，而是多種，故應(yīng)該進(jìn)行綜合評價，擇優(yōu)選用。四、繪制機械運動示意圖依據(jù)機械工作性質(zhì)和工作環(huán)境等，合理選取原動機類型；原動機的運動和動力經(jīng)傳 動系統(tǒng)的傳遞和轉(zhuǎn)化后，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的主動件，使執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)預(yù)期的工藝動作。根 據(jù)機械的工作原理、執(zhí)行構(gòu)件運動的協(xié)調(diào)配合要求，和所選定的各執(zhí)行機構(gòu)，擬定機構(gòu) 的組合方案，畫出機械運動示意圖，這種示意圖就表示可機械運動配合情況和機構(gòu)組成 情況，代表機

4、械運動系統(tǒng)的方案，對于運動情況比較復(fù)雜的機械，機械運動示意圖還可以采用軸測投影的方法繪制出立體的機械運動示意圖。五、執(zhí)行機構(gòu)的尺度綜合根據(jù)各執(zhí)行構(gòu)件和主動件的運動參數(shù)，以及各執(zhí)行構(gòu)件運動間的協(xié)調(diào)配合要求，同時考慮執(zhí)行機構(gòu)的動力性能要求，確定各執(zhí)行機構(gòu)中構(gòu)件的尺寸和幾何形狀（如凸輪廓線）等。六、繪制運動機械簡圖針對各機構(gòu)尺度綜合所得結(jié)果，進(jìn)行機構(gòu)的運動分析和動態(tài)靜力分析，并從運動規(guī)律、動力條件、工作特性等多方面進(jìn)行綜合評價，確定機構(gòu)其它相關(guān)尺寸。然后繪制出運動簡圖。根據(jù)機械運動簡圖所求得的運動參數(shù)、動力參數(shù)，可以作為機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)。七、編制設(shè)計說明書設(shè)計說明書是設(shè)計人員對整個設(shè)計計算過

5、程的系統(tǒng)整理和歸納總結(jié)，是審核設(shè)計的主要技術(shù)文件之一，也是進(jìn)行圖紙設(shè)計的理論依據(jù)。因此編定好設(shè)計說明書是整個設(shè)計工作中一項必不可少的重要組成部分。設(shè)計說明書的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求而定，一般來講包括以下幾個方面：1、目錄（標(biāo)題和頁次）；2、設(shè)計題目（設(shè)計條件和要求）；3、全部原始數(shù)據(jù)；4、機械運動設(shè)計方案的擬定，（設(shè)計思路的說明，所選用機構(gòu)的工作原理及運動特性） ；5、機構(gòu)的組合方式；6、機械運動循環(huán)圖；7、機械運動簡圖；8、采用的設(shè)計方法及其原理的簡要說明；9、設(shè)計計算公式及其所調(diào)用的子程序名稱；10、機械運動分析、動力分析的方法，分析計算公式及其抽調(diào)用的子程序名稱；11、編程框及自編主程

6、序，打印出自編的分部程序并作必要的說明；12、用表格列出計算結(jié)果，并繪制出主要的運動曲線圖；13、對計算結(jié)果的分析討論，作出概括性的結(jié)論；14、列出主要的參考資料。設(shè)計說明書用鋼筆書寫，采用統(tǒng)一的16 開報告紙；編寫說明書時應(yīng)作到條理清楚、敘述簡明、重點突出、計算正確、文句通順、書寫整潔；所用的公式和數(shù)據(jù)應(yīng)注明來源（參考資料的編寫和頁次）；全部計算中所用的符號和腳注必須前后一致，不能混淆；對自成單元的內(nèi)容應(yīng)有大小標(biāo)題，做到層次分明醒目突出；繪制機械運動簡圖時應(yīng)采用規(guī)定的符號，按比例作圖；對計算結(jié)果應(yīng)有簡明的結(jié)論，如果實際所取的數(shù)值與計算結(jié)果有較大差異，應(yīng)作必要的解釋，說明原因；說明書編定完畢后

7、應(yīng)加上封面，裝訂成冊。機械運動循環(huán)圖機器的各個工藝動作是相互獨立的，它們各自實現(xiàn)自己的子功能。但為了實現(xiàn)機器 的總功能，這些各自獨立的動作又必須相互配合、相互協(xié)調(diào)以確保時間和空間上的同步。 用來表述各執(zhí)行機構(gòu)之間運動協(xié)調(diào)配合關(guān)系的圖就是機械的運動循環(huán)圖。它是機器各執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖（即執(zhí)行機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件在一個循環(huán)中的運動狀態(tài)圖）按同一時間（或分配軸的轉(zhuǎn)角）比例繪制的總圖，它以某一主要執(zhí)行機構(gòu)的起點為基準(zhǔn)，表示各執(zhí) 行機構(gòu)的運動循環(huán)相對于該主要執(zhí)行機構(gòu)的動作順序。因此它是機器各執(zhí)行機構(gòu)之間的協(xié)調(diào)圖，也是機器設(shè)計、安裝、調(diào)試的依據(jù)。一、機械運動循環(huán)圖表示方法機械運動循環(huán)圖常用的表示方法有如表 1

8、中三種。表1機械運動循環(huán)圖的分類、表示方法和優(yōu)缺點類別表示方法優(yōu)缺點直線式圖1將運動循環(huán)的各個運動區(qū)段的 時間和順序按比例繪在直線坐 標(biāo)軸上能TO地表示整個運動循環(huán)內(nèi)各執(zhí) 行機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件行程之間的相互 順序和時間（或轉(zhuǎn)角）的關(guān)系，繪制 比較簡單。執(zhí)行機構(gòu)的運動規(guī)律無 法顯示，直觀性差同心圓式圖2將運動循環(huán)的各運動區(qū)段的時 問和順序按比例繪在圓形坐標(biāo) 上直觀性強，可以直接看出各執(zhí)行構(gòu) 件原動件在分配軸上所處的相位。 便于各機構(gòu)的設(shè)計、安裝、調(diào)試。 執(zhí)行機構(gòu)比較多時，由于同心圓太 多看起來/、清楚直角坐標(biāo)式圖3將運動循環(huán)的各運動區(qū)段的時 問和順序按比例繪制在直角坐 標(biāo)軸上，實際上它是執(zhí)行構(gòu)件的

9、位移圖，只不過為了簡明起見， 各區(qū)段之間都用直線相連直觀性最強，能清楚地看出各執(zhí)行 機構(gòu)的運動狀態(tài)及起訖時間。有利 于指導(dǎo)執(zhí)行機構(gòu)的幾何尺寸設(shè)計分配軸科角0* 30*60* 90 120* 150*印頭機構(gòu)印頭印字I行 21。* 240* 27(T 300 330760.印夫退回圖2平壓印刷機同心圓式運動循環(huán)圖油盤機構(gòu)油舞退回沾油事油炭給錯字制油展油盤機構(gòu)，由盤 瞭止油盤轉(zhuǎn)致油一靜吃圖1平壓印刷機直線式運動循環(huán)圖圖3平壓印刷機直角坐標(biāo)式運動循環(huán)圖二、機械運動循環(huán)圖的設(shè)計機械的運動循環(huán)是指完成其運動功能所需的總時間，通常以 T 表示。 機械的運動循環(huán)往往與各執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)相一致，因為執(zhí)行機構(gòu)

10、的生產(chǎn)節(jié)奏就是整臺機器的運動節(jié)奏。執(zhí)行機構(gòu)中執(zhí)行構(gòu)件的運動循環(huán)至少包括一個工作行程和一個空行程。有時有的執(zhí)行構(gòu)件還有一個或若干個停歇階段。因此，執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)T 執(zhí) =T 工作 +T 空程 +T 停歇式中 ： T 工作 執(zhí)行機構(gòu)工作行程時間；T 空程 執(zhí)行機構(gòu)空回程時間；T 停歇 執(zhí)行機構(gòu)停歇時間。在設(shè)計機械的運動循環(huán)圖（又稱工作循環(huán)圖）時， 通常機械應(yīng)實現(xiàn)的功能是已知的，它的理論生產(chǎn)率也已經(jīng)確定，機器的傳動方式以及執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)均已初步擬定，然后可以按以下步驟進(jìn)行設(shè)計。1、確定執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)時間T 執(zhí)；2、確定組成運動循環(huán)的各個區(qū)段；3、確定執(zhí)構(gòu)件各區(qū)段的運動時間及相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角；

11、4、初步繪制執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖；5、在完成執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計后，對初步繪制的運動循環(huán)圖進(jìn)行修改；6、分別畫出各執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖；進(jìn)行各執(zhí)行機構(gòu)的協(xié)調(diào)設(shè)計，又稱同步設(shè)計，最后畫出整個機器的運動循環(huán)圖。三、機械運動循環(huán)圖的應(yīng)用運動循環(huán)圖可以用來核算機器的生產(chǎn)率，并通過分析研究循環(huán)圖，從中尋找提高機器生產(chǎn)率的途徑。運動循環(huán)圖可以用來指導(dǎo)各個執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計、安裝和調(diào)試。應(yīng)用運動循環(huán)圖可以檢驗各執(zhí)行機構(gòu)中執(zhí)行構(gòu)件的運動是否緊密配合、相互協(xié)調(diào)。機械運動簡圖設(shè)計的內(nèi)容、方法和步驟為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化、自動化或者某種動作功能，就必須按這些動作和動能要求，設(shè)計或開發(fā)相應(yīng)的一系列機構(gòu)，并將它們按動作過程要求

12、組合成新的機械。機械運動簡圖除了要表示出各構(gòu)件本身各執(zhí)行構(gòu)件間真實運動關(guān)系外，還應(yīng)表示各執(zhí)行構(gòu)件之間動作過程的次序和配合情況。機械運動簡圖的設(shè)計，主要包括下列內(nèi)容：1、功能原理方案的設(shè)計和構(gòu)思根據(jù)機械所要實現(xiàn)的功能采用有關(guān)的工作原理，由工作原理出發(fā)設(shè)計和構(gòu)思出工藝動作過程，這就是功能原理方案的設(shè)計。值得指出的是，一個靈巧的功能原理方案是創(chuàng)新機械的出發(fā)點和歸宿。2、機械運動方按的設(shè)計機械運動方案通常用機械運動示意圖來表示，它是根據(jù)功能原理方案中提出的工藝動作過程及各個動作的運動規(guī)律要求，選擇相應(yīng)的若干個執(zhí)行機構(gòu)，并按一定的順序把它們組合成機械運動示意圖。這個機構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)能合理地、可靠地完成上述工藝

13、動作。機械運動方案就是機械運動簡圖設(shè)計中的型綜合。機械運動方案中所畫出的表示機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式、機構(gòu)相互聯(lián)接情況的示意圖是進(jìn)行機械運動簡圖設(shè)計尺度設(shè)計的依據(jù)。3、機械運動簡圖的尺度綜合將機械運動方案中各個執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)工藝動作運動規(guī)律和機械運動循環(huán)圖的要求進(jìn)行尺度綜合。機械運動簡圖中各機構(gòu)的運動尺寸（如果有高副機構(gòu)還應(yīng)包括高副的形狀）都要通過分析、計算加以確定。當(dāng)然，在設(shè)計機械運動簡圖進(jìn)行尺度綜合時，應(yīng)該同時考慮其運動條件和動力條件，否則不利于設(shè)計性能良好的新機械。4、機械運動簡圖設(shè)計的一般程序根據(jù)產(chǎn)品功能要求、工作性質(zhì)和動作過程等基本要求進(jìn)行新機械的方案設(shè)計時，首先將總功能分解成多個功能元，找出功

14、能元的運動規(guī)律和工作過程；其次按各功能元的運動規(guī)律和動作過程確定運動示意圖（即機械運動方案圖）；然后，按各功能元的運動 規(guī)律、動作過程、動力性能等要求進(jìn)行機械運動簡圖的尺度綜合。機械運動方案的比較與優(yōu)選由前述的機械運動方案設(shè)計可知，對于同一種功能，可選取不同的工作原理來滿足要求，而同一種工作原理，還可選用、創(chuàng)造不同的機構(gòu)及其組合來實現(xiàn)。因此，對于要求滿足某種功能的機械，可能的運動方案就有很多種，故有必要對機械運動方案進(jìn)行比較和優(yōu)選。作為課程設(shè)計，目的在于完成評選方案的初步訓(xùn)練，所以， 偏重于機構(gòu)結(jié)構(gòu)、運動和動力特性方面的比較，主要包括以下幾方面的內(nèi)容：1、機構(gòu)功能的重量一般來說，所有方案都能基

15、本滿足機構(gòu)的功能要求，然而，各種方案在實現(xiàn)功能的質(zhì)量上還是有差別的，所以對實現(xiàn)功能的質(zhì)量需首先進(jìn)行比較分析。如：工作行程是否達(dá)到設(shè)計要求，與預(yù)期運動規(guī)律符合程度，運動參數(shù)（vmax、amax）大小，傳力性能（壓力角、傳動角）好壞，生產(chǎn)效率高低，所須原動機功率，振動、沖擊、噪聲的大小，傳動精度與持久性，恢復(fù)精度的方便程度等。2、機構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理性機構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理性是指機構(gòu)中構(gòu)件與運動副的數(shù)量及種類是否最少，機構(gòu)組成是否最為簡潔，運動鏈可否再作簡化，動力源種類與原動機參數(shù)選擇是否合理，各級傳動機構(gòu)的傳動比分配是否合理。通常，機械制造的難易程度與使用構(gòu)件多少的平方成比例，這是因為零件的制造技術(shù)和零件間的

16、接合（裝配）技術(shù)兩方面的問題同時存在的緣故，因此，減少構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)可降低制造的困難程度。同時還減少誤差環(huán)節(jié)和摩擦損耗，提高機構(gòu)的剛度，并且也降低機構(gòu)產(chǎn)生故障的可能性，提高其工作的可靠性。因此，有時寧用有設(shè)計誤差但結(jié)構(gòu)簡單的近似機構(gòu)，而不采用理論上沒有誤差但結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精確機構(gòu)。動力源的合理選擇，也有利于機構(gòu)的簡化和改善運動質(zhì)量。例如，從動件作直線運動，若能從現(xiàn)場的現(xiàn)成氣、電、液壓源中選擇一個合適的直線運動動力裝置（如汽缸、直線電動機、液壓缸等），就可省去運動變換機構(gòu)，簡化機械系統(tǒng)。若現(xiàn)場不具備某些動力源，那么，為簡化機構(gòu)而特別設(shè)置一個新的動力源，也許是不合適的。3、機構(gòu)的經(jīng)濟性機械應(yīng)具有良好

17、的經(jīng)濟性，即加工制造成本低，使用維修費用低。在材料確定后，加工制造成本主要與機構(gòu)組成及運動副形式有關(guān)。因此，設(shè)計中要考慮是否有更簡捷廉價的方法完成預(yù)期任務(wù)，對機器的加工、安裝與配合精度要求可否降低，需特殊加工零件（凸輪、靠模）的加工難度，各種消耗（能源、工具、輔料）可否降低，原材料利用率能否提高等。4、在設(shè)計與制造的關(guān)系我們應(yīng)從制造是否簡便的觀點出發(fā)來衡量。如果這個方案的機構(gòu)設(shè)計雖然比較繁難，但是制造容易，則還是應(yīng)該優(yōu)先選用，因為這有利于提高機構(gòu)的經(jīng)濟性。5、機構(gòu)的使用性理論上可行的機構(gòu)，到能夠?qū)⑵涓吨T實用，還是有一段距離的。所以，設(shè)計者要為“用戶 ”著想，除了滿足功能要求，經(jīng)濟實惠以外，還應(yīng)

18、考慮機器的安全可靠問題，如操作強度，操作人員的體力、腦力消耗，使用、維護、保養(yǎng)、拆裝、運輸?shù)姆奖愠潭?，是否會造成污染或公害，對工作環(huán)境有無特殊要求（防塵、防爆、防電磁干擾、恒溫、恒濕等） 。除了上述評價內(nèi)容，在進(jìn)行機械運動方案比較與優(yōu)選時，還應(yīng)考慮非機械傳動方式的應(yīng)用情況，機械中高科技含量與自動化、智能化程度，設(shè)計成果的新穎性，他人知識產(chǎn)權(quán)、專利技術(shù)的移植與運用情況等。對于不同設(shè)計對象和設(shè)計要求，應(yīng)按不同需要對上述內(nèi)容加以合理取舍。設(shè)計題目：專用機床的刀具進(jìn)給機構(gòu)和工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu) 設(shè)計專用機床外形及其尺寸如圖4所示。工作臺有I、H、m、IV四個工作位置，工位 I是裝卸工件，工位R是鉆孔，工位田

19、是擴孔，工位IV是錢孔。主軸箱上裝有三把刀具， 對應(yīng)于工位R、位置裝鉆頭，田位置裝擴孔鉆，IV位置裝錢刀。刀具由專用電動機帶動 繞其自身的軸線轉(zhuǎn)動。主軸箱每向左移動送進(jìn)一次，分別在四個工位上完成對應(yīng)的裝卸口嘰圖4專用機床工件、鉆孔、擴孔和錢孔工作。當(dāng)主軸箱右移快速退回到刀具離開工件后，工作臺回轉(zhuǎn)90度，然后主軸箱再次左移。這時對其中每一個工件來說，它進(jìn)入了下一個工位的加工。依次循環(huán)4次，一個工件完成裝、鉆、擴、錢、卸等工序。由于主軸往復(fù)一次，在四個工位上同時進(jìn)行工作，所以每次就有一個工件完成上述全部工序。一、原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求1）刀具頂端離開工作表面65mm,快速移動送進(jìn)60mm后，冉勻速送進(jìn)60mm （包括 5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如右圖所示），然后快速返回?；爻毯瓦M(jìn)程的平均速度之比K=2。2）刀具勻速進(jìn)給速度為2mm/s,工件裝卸時間不超過10s。1）機床生產(chǎn)率每小時約75件。2）執(zhí)行機構(gòu)及傳動機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。3）傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率，轉(zhuǎn)速 960r/min。二、方案設(shè)計與選擇1）回轉(zhuǎn)臺的間歇轉(zhuǎn)動，可采用槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)、凸輪式間歇運動機構(gòu)。2）主軸箱的往復(fù)移動，可采用圓柱凸輪機構(gòu)