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文檔簡介

1、機(jī)械原理教研組機(jī)械原理教研組中北大學(xué)中北大學(xué)引引 言言n 機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程:產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程:產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計。n 運動方案設(shè)計是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計的重要組成部分。運動方案設(shè)計是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計的重要組成部分。n 機(jī)械運動方案設(shè)計指的是機(jī)械運動方案設(shè)計指的是機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的方案設(shè)計。機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的方案設(shè)計。n 機(jī)械運動方案設(shè)計的目的是機(jī)械運動方案設(shè)計的目的是生成運動方案生成運動方案, 其表現(xiàn)形式其表現(xiàn)形式是是機(jī)械運動簡圖。機(jī)械運動簡圖。n 方案設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的初始階段,也是最為重要的階段。方案設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的初始階段,也是最為重要的階段。u 在

2、機(jī)械運動方案設(shè)計的前期,主要完成以下幾個步驟:在機(jī)械運動方案設(shè)計的前期,主要完成以下幾個步驟:1、明確機(jī)器的總功能;、明確機(jī)器的總功能;2、提出實現(xiàn)總功能的工作原理;、提出實現(xiàn)總功能的工作原理;3、根據(jù)工作原理,進(jìn)一步細(xì)化功能至功能元;、根據(jù)工作原理,進(jìn)一步細(xì)化功能至功能元;4、由功能元確定機(jī)器最基本的動作,選擇合適的機(jī)構(gòu)、由功能元確定機(jī)器最基本的動作,選擇合適的機(jī)構(gòu);5、機(jī)器各機(jī)構(gòu)間的協(xié)調(diào)和機(jī)器總體結(jié)構(gòu)的確定;、機(jī)器各機(jī)構(gòu)間的協(xié)調(diào)和機(jī)器總體結(jié)構(gòu)的確定;6、完成機(jī)器結(jié)構(gòu)及運動示意圖。、完成機(jī)器結(jié)構(gòu)及運動示意圖。功能定義功能定義功能求解功能求解功能分解功能分解功能分析功能分析u 基于功能分析法概

3、念設(shè)計的基本步驟:基于功能分析法概念設(shè)計的基本步驟: 1、總功能分析:黑箱法、總功能分析:黑箱法 (1)任何產(chǎn)品都具有一總功能;)任何產(chǎn)品都具有一總功能; (2)在完成設(shè)計之前)在完成設(shè)計之前,機(jī)械系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚機(jī)械系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚,稱為稱為“黑箱黑箱”。2、功能分解:功能樹或功能結(jié)構(gòu)圖、功能分解:功能樹或功能結(jié)構(gòu)圖 總功能逐步分解(具體化)成一個個功能元總功能逐步分解(具體化)成一個個功能元,形成功能形成功能樹(或功能機(jī)構(gòu)圖);樹(或功能機(jī)構(gòu)圖);3、功能求解:功能元解法目錄(創(chuàng)造性技法)、功能求解:功能元解法目錄(創(chuàng)造性技法) 對功能元求解對功能元求解, 找出實現(xiàn)此功能的合適機(jī)構(gòu)

4、找出實現(xiàn)此功能的合適機(jī)構(gòu);9-1 功能分析法功能分析法u 產(chǎn)品的功能:機(jī)械產(chǎn)品的用途或其所具有的工作能力。產(chǎn)品的功能:機(jī)械產(chǎn)品的用途或其所具有的工作能力。4、功能綜合:形態(tài)學(xué)矩陣、功能綜合:形態(tài)學(xué)矩陣 功能元解綜合功能元解綜合, 生成多個原理生成多個原理 方案解方案解;5、方案評價:評價方法、方案評價:評價方法 對所生成的多個方案解對所生成的多個方案解 進(jìn)行評價進(jìn)行評價, 確定最優(yōu)方案。確定最優(yōu)方案。分析分析綜合綜合優(yōu)化優(yōu)化黑箱黑箱玻璃箱玻璃箱9-2 功能求解(步驟功能求解(步驟2,3)一、一、 確定實現(xiàn)總功能的工作原理確定實現(xiàn)總功能的工作原理 總功能的行為描述總功能的行為描述l 總功能的確定

5、后,首先要確定實現(xiàn)總功能的工作原理。總功能的確定后,首先要確定實現(xiàn)總功能的工作原理。l 機(jī)械產(chǎn)品總功能的實現(xiàn)取決于采用的工作原理。機(jī)械產(chǎn)品總功能的實現(xiàn)取決于采用的工作原理。車制螺紋:小批量生產(chǎn),效率低車制螺紋:小批量生產(chǎn),效率低套螺紋:套螺紋: 小批量生產(chǎn),效率低小批量生產(chǎn),效率低螺紋成形螺紋成形:例:洗衣機(jī)例:洗衣機(jī)-洗衣洗衣搓洗搓洗漂洗漂洗波輪波輪滾筒滾筒攪拌攪拌滾壓螺紋:大批量生產(chǎn),效率高滾壓螺紋:大批量生產(chǎn),效率高齒輪加工齒輪加工-切制齒輪切制齒輪仿形加工仿形加工范成加工范成加工板料輸送機(jī)板料輸送機(jī)-輸送板料輸送板料機(jī)械推拉機(jī)械推拉摩擦傳動摩擦傳動氣吸原理氣吸原理同一種功能可選用不同的

6、工作原理機(jī)械推拉機(jī)械推拉原理原理摩擦傳動摩擦傳動原理原理摩擦傳動摩擦傳動原理原理氣吸原理氣吸原理二、功能求解二、功能求解 1、總功能、總功能 功能元功能元。3、根據(jù)、根據(jù)功能元解法目錄功能元解法目錄,選擇合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(功能載體)。,選擇合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(功能載體)。 或采用或采用創(chuàng)造性的技法創(chuàng)造性的技法,創(chuàng)新、組合、更改機(jī)構(gòu)(機(jī)構(gòu)創(chuàng)新),創(chuàng)新、組合、更改機(jī)構(gòu)(機(jī)構(gòu)創(chuàng)新)。2、功能元的動作行為描述、功能元的動作行為描述(工藝動作)(工藝動作)功能定義功能定義功能求解功能求解功能分解功能分解功能綜合功能綜合方案評價方案評價分析分析綜合綜合優(yōu)化優(yōu)化機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見的運動形式機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見的運動形式

7、機(jī)構(gòu)運動轉(zhuǎn)換功能圖機(jī)構(gòu)運動轉(zhuǎn)換功能圖機(jī)構(gòu)運動轉(zhuǎn)換功能圖(續(xù)表機(jī)構(gòu)運動轉(zhuǎn)換功能圖(續(xù)表1)機(jī)構(gòu)運動轉(zhuǎn)換功能圖(續(xù)表機(jī)構(gòu)運動轉(zhuǎn)換功能圖(續(xù)表2)9-3 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新方法機(jī)構(gòu)創(chuàng)新方法一、利用現(xiàn)有原理創(chuàng)新機(jī)構(gòu)一、利用現(xiàn)有原理創(chuàng)新機(jī)構(gòu) 1、桿組疊加法、桿組疊加法 : 機(jī)構(gòu)組成原理機(jī)構(gòu)組成原理2、轉(zhuǎn)動副擴(kuò)大、高低副互代法:、轉(zhuǎn)動副擴(kuò)大、高低副互代法:二、二、 利用連桿或連架桿的運動特點構(gòu)思新的機(jī)構(gòu)利用連桿或連架桿的運動特點構(gòu)思新的機(jī)構(gòu) 三、利用兩構(gòu)件相對運動關(guān)系設(shè)計構(gòu)思機(jī)構(gòu)三、利用兩構(gòu)件相對運動關(guān)系設(shè)計構(gòu)思機(jī)構(gòu)1、桿組疊加法、桿組疊加法 : 機(jī)構(gòu)組成原理2、轉(zhuǎn)動副擴(kuò)大、高低副互代法:、轉(zhuǎn)動副擴(kuò)大、高低副互代法

8、:偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)二、 利用連桿或連架桿的運動特點構(gòu)思新的機(jī)構(gòu) 三、利用兩構(gòu)件相對運動關(guān)系設(shè)計構(gòu)思機(jī)構(gòu)機(jī)械原理教研組機(jī)械原理教研組中北大學(xué)中北大學(xué)四工位機(jī)床運動轉(zhuǎn)換功能圖:四工位機(jī)床運動轉(zhuǎn)換功能圖:描述:原動機(jī)描述:原動機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動鏈及運動轉(zhuǎn)換方式執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動鏈及運動轉(zhuǎn)換方式功能定義功能定義功能求解功能求解功能分解功能分解功能綜合功能綜合方案評價方案評價分析分析綜合綜合優(yōu)化優(yōu)化送料送料到位后靜止到位后靜止復(fù)位復(fù)位復(fù)位后靜止復(fù)位后靜止放松復(fù)位放松復(fù)位夾緊過程夾緊過程一直夾緊一直夾緊復(fù)位復(fù)位放松復(fù)位放松復(fù)位復(fù)位復(fù)位快速送帽快速送帽慢速壓帽慢速壓帽送料送料到

9、位后靜止到位后靜止復(fù)位復(fù)位復(fù)位后靜止復(fù)位后靜止放松復(fù)位放松復(fù)位夾緊過程夾緊過程一直夾緊一直夾緊復(fù)位復(fù)位放松復(fù)位放松復(fù)位復(fù)位復(fù)位快速送帽快速送帽慢速壓帽慢速壓帽1)方案設(shè)計(概念設(shè)計)階段在很大程度上決定著最終產(chǎn)品的性能、創(chuàng)造性、價格、市場響應(yīng)速度和效率等,此外,據(jù)有關(guān)資料顯示,雖然方案設(shè)計階段實際投入的費用只占產(chǎn)品開發(fā)總成本的5%,卻決定了產(chǎn)品總成本的70%。 2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(詳細(xì)設(shè)計)階段很難甚至不能糾正方案設(shè)計階段的設(shè)計缺陷和錯誤。機(jī)械原理教研組機(jī)械原理教研組中北大學(xué)中北大學(xué)摩擦傳動原理氣吸原理分紙功能可采用三種工作原理 1):把紋版從庫中逐張削出,可采用具有直線移動的凸輪機(jī)構(gòu)或凸輪-連桿滑

10、塊機(jī)構(gòu)。 2):把紋版從庫中逐張吸出,送至遞紙位置??刹捎脷獗谩饴?、吸頭和連桿機(jī)構(gòu)。 3):利用摩擦力把紋版從庫中逐張分離出來??刹捎镁哂袎壕o摩擦力并使紋版向前推移的機(jī)構(gòu)。工作原理的構(gòu)思。如何尋找合適的工作原理往往決定了產(chǎn)品的,從根本上決定了設(shè)計的成敗與否。:1.模仿人洗衣的動作,尋求可能的解決方案(揉搓、刷擦、捶打)2.直接模仿行不通,則進(jìn)一步往深層次分析:衣服洗干凈的是什么衣物和臟被分離3.尋求衣物和臟物分離的方法物理法(超聲波)、化學(xué)法(利用洗衣粉)等4.在此基礎(chǔ)上,尋求實現(xiàn)該洗衣機(jī)理的技術(shù)方法(化學(xué)法洗衣粉+漂洗)功能擴(kuò)展產(chǎn)品創(chuàng)新的有效途徑除了尋求新的工作原理及其實現(xiàn)方式之外,還可以

11、通過產(chǎn)品功能的擴(kuò)展來達(dá)到。功能分解過程的運動功能表示例如,四工位專用機(jī)床,其總功能分解成如下幾個工藝動作:1)安置工件的工作臺要求進(jìn)行間歇轉(zhuǎn)動 n2 r/min; 2)裝置刀具的主軸箱能實行靜止、快進(jìn)、進(jìn)給、快退的工藝動作;3)刀具以 n1 r/min 轉(zhuǎn)動來切削工件。圖示為四工位專用機(jī)床的運動轉(zhuǎn)換功能圖。它描述了原動機(jī)(電動機(jī))至執(zhí)行構(gòu)件、刀具、工作臺、主軸箱之間的運動轉(zhuǎn)換功能。中間矩形框內(nèi)表示傳動機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動轉(zhuǎn)換基本功能圖,末端平行四邊形框內(nèi)表示執(zhí)行構(gòu)件的運動形式。該機(jī)床由兩個原動機(jī)通過兩條傳動鏈來實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件的預(yù)期運動。|常見的運動形式常見的運動形式|同一種工作原理可選用不同的機(jī)

12、構(gòu)同一種工作原理可選用不同的機(jī)構(gòu)|同一種運動形式或軌跡可選擇不同的機(jī)構(gòu)同一種運動形式或軌跡可選擇不同的機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)選型常見的運動形式 執(zhí)行構(gòu)件常見的運動形式與表達(dá)符號見下表同一種工作原理可選用不同的機(jī)構(gòu)如范成原理加工圓柱齒輪,可采用滾齒、插齒進(jìn)行加工同一種運動形式或軌跡可選擇不同的機(jī)構(gòu)工藝動作執(zhí)行構(gòu)件的運動形式、規(guī)律或軌跡選擇或創(chuàng)造不同型式的機(jī)構(gòu)及其組合來實現(xiàn)|周期性與非周期性運動周期性與非周期性運動|執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動協(xié)調(diào)設(shè)計執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動協(xié)調(diào)設(shè)計|機(jī)械運動循環(huán)圖設(shè)計機(jī)械運動循環(huán)圖設(shè)計機(jī)械運動循環(huán)圖設(shè)計周期性與非周期性運動1.無周期性循環(huán)起重運輸機(jī)、建筑機(jī)械:隨地點、條件而變2.周期性循環(huán)包裝機(jī)、自

13、動機(jī)床、輕工機(jī)械:定時間間隔,其位移、速度、加速度重復(fù)一次完成一個運動循環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動協(xié)調(diào)設(shè)計如圖所示為粉料壓片機(jī),它由上沖頭(六桿肘桿機(jī)構(gòu))、下沖頭(雙凸輪機(jī)構(gòu))、料篩傳送機(jī)構(gòu)(凸輪-連桿機(jī)構(gòu))所組成。料篩由傳送機(jī)構(gòu)送至上、下沖頭之間,通過上、下沖頭加壓把粉料壓成片狀。根據(jù)生產(chǎn)工藝路線方案,此粉抖壓片機(jī)必須要實現(xiàn)以下五個動作: 1)移動料斗至模具的型腔上方準(zhǔn)備將粉料裝入型腔,同時將已經(jīng)成型的藥片推出; 2)料斗振動,將料斗內(nèi)粉料篩入型腔; 3)下沖頭下沉至一定深度,以防止上沖頭向下壓制時將型腔內(nèi)粉料撲出; 4)上沖頭向下,下沖頭向上,將粉料加壓并保壓一段時間,使藥片成形較好; 5)上沖頭快

14、速退出,下沖頭隨著將己成形的工件藥片推出型腔完成壓片工藝過程。 一個周期內(nèi)完成一套工藝執(zhí)行動作。該機(jī)器特點是: 各執(zhí)行動作是有序的、相互協(xié)調(diào)配合的,須進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作在時間上協(xié)調(diào)配合;1.在空間上協(xié)調(diào)配合;2.在速度上協(xié)調(diào)配合;3.一個周期與下一個周期有一定間隔。機(jī)械運動循環(huán)圖設(shè)計粉料壓片機(jī)的運動循環(huán)圖橫坐標(biāo):曲柄轉(zhuǎn)角0o-360o縱坐標(biāo):工藝動作一周表示曲柄轉(zhuǎn)角0o-360o直觀性強(qiáng)橫坐標(biāo):定標(biāo)構(gòu)件曲柄轉(zhuǎn)角縱坐標(biāo):各工藝動作的運動位移可清楚看出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動狀態(tài)和運動關(guān)系優(yōu)先采用|運動轉(zhuǎn)換功能圖運動轉(zhuǎn)換功能圖|形態(tài)學(xué)矩陣形態(tài)學(xué)矩陣|實例:精鍛機(jī)主機(jī)構(gòu)方案設(shè)計實例:精鍛機(jī)主機(jī)構(gòu)方

15、案設(shè)計用形態(tài)學(xué)矩陣選擇運動方案運動轉(zhuǎn)換功能圖描述:原動機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動鏈及運動轉(zhuǎn)換方式形態(tài)學(xué)矩陣縱坐標(biāo):功能元橫坐標(biāo):與功能匹配的機(jī)構(gòu)通過排列組合可構(gòu)成多種機(jī)械運動方案實例:精鍛機(jī)主機(jī)構(gòu)方案設(shè)計功能分析與分解基本功能結(jié)構(gòu)圖形態(tài)學(xué)矩陣1.列出所有方案:N =6 63 = 1296 種2.評價:剔除明顯不合理的,再進(jìn)行綜合評價:;。3.選擇幾個方案。幾種運動方案 形態(tài)學(xué)矩陣法的出發(fā)點是,認(rèn)為許多發(fā)明創(chuàng)造并不是發(fā)明一種完全新的東西,而只不過是已有東西的新型組合。形態(tài)學(xué)矩陣法可以組合成許多方案,目的是借以發(fā)現(xiàn)新的設(shè)計方案。所以這種方法僅僅是運動方案擬定、構(gòu)思方法中的一種,還可以運用其他創(chuàng)造性技法構(gòu)思、創(chuàng)造其它新穎的機(jī)械運動方案。 用形態(tài)學(xué)矩陣法選定的機(jī)械運動方案,還不能完全確定所選機(jī)構(gòu)一定能定量地實現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的運動參數(shù),所以必須對各機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度綜合。如果經(jīng)尺度綜合的機(jī)構(gòu)不能滿足預(yù)定的運動要求,則必須重新進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型,重新或部分改變機(jī)械的運動方案。|各機(jī)構(gòu)的尺度綜合各機(jī)構(gòu)的尺度綜合|繪制機(jī)械運動簡圖繪制機(jī)械運動簡圖機(jī)構(gòu)尺度綜合及機(jī)械運動簡圖各機(jī)構(gòu)的尺度綜合1.運動方案確定了機(jī)構(gòu)的型及其相關(guān)聯(lián)的情況2.由選擇的機(jī)構(gòu),確定其尺寸:構(gòu)件的幾何尺寸、幾何形狀(

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