機械本體設(shè)計應(yīng)用

機械本體設(shè)計應(yīng)用第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日第二章機電一體化系統(tǒng)的單元技術(shù)

圖2-1四軸聯(lián)動數(shù)控雕銑機裝配圖第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)精密機械技術(shù)

第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日1機械傳動機構(gòu)

1.1

絲杠螺母機構(gòu)

第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日1機械傳動機構(gòu)

1.2齒輪傳動機構(gòu)

第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日1機械傳動機構(gòu)

1.3撓性傳動機構(gòu)

第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日1機械傳動機構(gòu)

1.3間歇傳動機構(gòu)

第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2機械導(dǎo)向機構(gòu)

第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2機械導(dǎo)向機構(gòu)

第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2機械導(dǎo)向機構(gòu)

第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日3機械執(zhí)行機構(gòu)

第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日3機械執(zhí)行機構(gòu)

第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日3機械執(zhí)行機構(gòu)

第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日4軸系

第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日5機座或機架

第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日階段步驟方法主要指導(dǎo)理論產(chǎn)品規(guī)劃設(shè)計方法預(yù)測技術(shù)設(shè)計方法學(xué)技術(shù)預(yù)測理論市場學(xué)信息學(xué)機械產(chǎn)品設(shè)計一般進程信息集約可行性報告、設(shè)計要求項目表產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)預(yù)測調(diào)研可行性分析明確任務(wù)要求第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日階段步驟方法主要指導(dǎo)理論原理方案設(shè)計系統(tǒng)化設(shè)計法創(chuàng)造技法評價決策方法系統(tǒng)工程學(xué)形態(tài)學(xué)創(chuàng)造學(xué)思維心理學(xué)決策論模糊數(shù)學(xué)總功能分析原理參數(shù)表、方案原理圖功能分解功能載體組合功能原理方案(多個)功能元求解原理試驗評價決策最優(yōu)原理方案第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日階段步驟方法主要指導(dǎo)理論技術(shù)設(shè)計價值設(shè)計優(yōu)化設(shè)計可靠性設(shè)計宜人性設(shè)計產(chǎn)品造型設(shè)計系列化設(shè)計機械性能設(shè)計工藝性設(shè)計自動化設(shè)計價值工程學(xué)最優(yōu)化方法、工程遺傳算法可靠性理論與實驗人機工程學(xué)工業(yè)美學(xué)模塊化設(shè)計、相似理論有限元法、動態(tài)設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、高等機構(gòu)學(xué)機械設(shè)計的工藝基礎(chǔ)控制理論、智能工程、人工神經(jīng)元計算方法、專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案(多個)結(jié)構(gòu)價值分析試驗?zāi)Ｐ驮囼灴傮w設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計造型設(shè)計造型價值分析外觀方案(多個)評價決策評價決策最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)造型方案最優(yōu)技術(shù)設(shè)計方案總體布置圖、裝配草圖、技術(shù)文件總體效果圖、外觀效果模型第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日階段步驟方法主要指導(dǎo)理論工藝設(shè)計各種制造、裝配、造型、裝飾、檢驗等方法各種工藝學(xué)批量生產(chǎn)計算機輔助制造銷售反饋控制法零件工作圖外觀件加工工藝、面飾工藝規(guī)程部件裝配圖效果圖、檢驗標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件造型工藝文件試制修改批量生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)用戶訪問第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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。

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)計機構(gòu)尺度設(shè)計運動和動力分析第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日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)計第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設(shè)計

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。

第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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)計執(zhí)行機構(gòu)型式設(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)計方案第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

二、執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計

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)的考慮因素先進性可行性經(jīng)濟性功能原理設(shè)計的重要性決定產(chǎn)品的技術(shù)水平、工作質(zhì)量、傳動方案、結(jié)構(gòu)型式、制造成本等。第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

功能原理設(shè)計的多方案性

工作原理不同，運動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，運動方案不同齒輪加工插齒滾齒第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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刀具作復(fù)合運動刀具與工作臺分別運動

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。立式鉆床工藝動作分解第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日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第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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)第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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)嚙合傳動機構(gòu)

連桿機構(gòu)傳遞連續(xù)轉(zhuǎn)動機構(gòu)摩擦傳動機構(gòu)

摩擦輪傳動

蝸桿傳動

鏈傳動

齒輪傳動

平行四邊形機構(gòu)

雙曲柄機構(gòu)

帶傳動

第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日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)第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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。第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日螺旋機構(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)

第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日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。

第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日齒輪—連桿組合機構(gòu)攪拌機構(gòu)CBADE第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日聯(lián)動凸輪機構(gòu)凸輪—連桿組合機構(gòu)第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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)和效率的提高第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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。第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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)雜性等第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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)運動簡圖第三節(jié)機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計

和原動機選擇

第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日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

第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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)條件第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日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、原動機的選擇第四十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日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。第四十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日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。

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)，鉆頭作軸向進給第四十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日送料機構(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)第五十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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)第五十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

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

100mm