第8章機械運動方案擬定課件

機械運動方案的擬訂

方案設(shè)計概述

機構(gòu)的類型及選擇

機械運動方案設(shè)計

機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計退出系統(tǒng)第八章機械是機器和機構(gòu)的總稱，機器是由單一機構(gòu)、多個同一機構(gòu)或多種機構(gòu)所組成的。牛頭刨床就是一部典型的機器。在牛頭刨床中，連桿機構(gòu)用以實現(xiàn)切削運動，棘輪機構(gòu)及絲杠傳動用以實現(xiàn)工作臺的水平進給，另一絲杠傳動用以實現(xiàn)工作臺及刀架的垂直進給。工作臺、刀架與滑枕是執(zhí)行構(gòu)件。8.1方案設(shè)計概述牛頭刨床8.1.1運動方案設(shè)計的必備知識必須掌握必要的知識和環(huán)境信息必須了解有關(guān)學(xué)科在運動方案設(shè)計中所能起到的作用。

充分了解并掌握各種常用機構(gòu)的基本知識；

必須了解和掌握各種動力源的性能和使用要求；

必須熟悉對設(shè)計方案的選擇有重要影響的周圍環(huán)境的信息；

充分重視其他學(xué)科的技術(shù)應(yīng)用。機械設(shè)計的主要步驟：

1、確定其所要完成的工作任務(wù)；

2、根據(jù)工作要求，對需采取的工藝方法及工作原理進行分析；

3、完成原動機─傳動機構(gòu)─執(zhí)行機構(gòu)的運動簡圖設(shè)計，即運動方案設(shè)計；

4、施工圖設(shè)計。8.1.2運動方案設(shè)計的主要步驟運動方案設(shè)計的主要步驟：

1、工藝參數(shù)的給定及運動參數(shù)的確定；

2、執(zhí)行構(gòu)件間運動關(guān)系的確定及運動循環(huán)圖的繪制；

3、動力源的選擇及執(zhí)行機構(gòu)的確定；

4、機構(gòu)的選擇及創(chuàng)新性設(shè)計；

5、方案的比較與決策。8.2.1原動機的類型及應(yīng)用8.2機構(gòu)的類型及選擇原動機的動力源主要有電、液、氣三種。

電動機是最常用的原動機，交流異步電動機、直流電動機、交流伺服電動機、直流伺服電動機及步進電動機等均有廣泛的應(yīng)用。

液壓馬達及液壓油缸是主要的液壓原動機。

氣馬達及氣缸則是主要的氣壓原動機。8.2.2傳動機構(gòu)的類型及功用常用的傳動機構(gòu)有：齒輪機構(gòu)連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)螺旋機構(gòu)8.2.3執(zhí)行機構(gòu)的運動類型及典型機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)的運動分為：直線運動點到點的運動回轉(zhuǎn)運動位到位的運動任意軌跡運動1、實現(xiàn)直線運動的機構(gòu)齒輪-齒條機構(gòu)螺旋機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)2.實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)

齒輪傳動機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)3、實現(xiàn)運動軌跡的機構(gòu)

四桿機構(gòu)（連桿曲線）開式鏈機構(gòu)4、點到點的運動機構(gòu)

曲柄滑塊機構(gòu)凸輪機構(gòu)5、位到位的運動機構(gòu)

熱處理爐爐門開閉機構(gòu)飛機起落架機構(gòu)一、機構(gòu)的串聯(lián)組合8.3

機構(gòu)的組合為了實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的運動形式、運動參數(shù)以及運動協(xié)調(diào)關(guān)系，或者為了改善機械的動力特性，需要將選定的各種機構(gòu)組合在一起。前一個機構(gòu)的輸出，作為下一個機構(gòu)的輸入，依次串聯(lián)。一般串聯(lián)組合：后一級機構(gòu)的主動件固連在前一級機構(gòu)的一個連架桿上。51234ω1IIIω1s3s4III特殊串聯(lián)組合：后一級機構(gòu)的主動件串接在前一級機構(gòu)的一個連桿上。123A54DCBFEM123A54DCBM123A4DCBE織布機開口機構(gòu)。M點通過直線段時，從動導(dǎo)桿作較長時間的停歇。III齒輪機構(gòu)與連桿機構(gòu)的串聯(lián)組合。行星輪上各不同點的軌跡是各種內(nèi)擺線，故選擇不同點C可使從動桿4獲得不同的運動規(guī)律。特殊串聯(lián)組合的表示符號：二、機構(gòu)的并聯(lián)組合一個機構(gòu)產(chǎn)生若干個分支后續(xù)機構(gòu)，或若干個分支機構(gòu)匯合后于一個后續(xù)機構(gòu)的組合方式。1)一般并聯(lián)組合：各分支機構(gòu)間無任何嚴格的運動協(xié)調(diào)配合關(guān)系。各分支部分可獨立設(shè)計。表示框圖某航空發(fā)動機附件傳動系統(tǒng)主動軸VIⅡⅥⅢⅣ2)特殊并聯(lián)組合：各分支機構(gòu)間有嚴格的運動協(xié)調(diào)配合關(guān)系。(1)有速比要求各分支部分常共用一臺原動機（或集中數(shù)控），各部分嚴格按速比設(shè)計。(2)有軌跡配合要求圖示聯(lián)動凸輪機構(gòu)中，兩個分支凸輪共同驅(qū)動一個從動件，實現(xiàn)矩形軌跡完成送料。圓珠筆芯自動送料機構(gòu)154326ω11(3)有時序要求各分支機構(gòu)在動作的先后次序上有嚴格的要求。如自動車床上三個并聯(lián)凸輪的工作順序有先后要求。凸輪I凸輪II凸輪III凸輪轉(zhuǎn)角090?180?270?360?放松(送料)車外圓道角擋料切斷夾緊工件（鉚釘）外圓車刀棒料切斷刀倒角刀凸輪軸擋板IIIIII主軸(4)有運動形式配合要求左圖所示攪拌機除了E點按曲線運動外，還要求攪拌釜作自旋運動，但兩者無速比要求。砂輪工件砂輪架作者：潘存云教授如右圖磨床中的主軸回轉(zhuǎn)、砂輪回轉(zhuǎn)、工件進給也屬于運動形式上的配合。CBADE攪拌機構(gòu)3)匯集式并聯(lián)組合：若干分支機構(gòu)匯集一道共同驅(qū)動一后續(xù)機構(gòu)。常用于重型機械傳動。直線電機禁翼直線電機某型飛機的禁翼操縱機構(gòu)大型船舶主傳動機構(gòu)匯集式并聯(lián)組合的符號框圖：一個直線電機失靈后，另外一個仍能工作三、機構(gòu)的復(fù)合式組合將一個多自由度機構(gòu)（稱基礎(chǔ)機構(gòu)）中的某兩個構(gòu)件的運動用另外一機構(gòu)（稱約束機構(gòu)）將其聯(lián)系起來，使其成為一個單自由度機構(gòu)的組合。一般組合cdIabIIIabcdII1234AB6BDC5GF將基礎(chǔ)機構(gòu)的兩個主動構(gòu)件或兩個從動構(gòu)件用約束機構(gòu)封閉起來。ωIωaωbωIIω1ω1ω4C(x,y)ωaω1ωbωII四、反饋式組合通過約束機構(gòu)使從動件的運動反饋到基礎(chǔ)機構(gòu)。校正原理：蝸桿主動，因制造誤差使蝸輪運動精度達不到要求，由誤差設(shè)計一凸輪機構(gòu)，經(jīng)齒輪齒條、差動機構(gòu)K使蝸桿得到一附加轉(zhuǎn)動，以校正誤差。機床校正機構(gòu)ω14ω1ω42’13K2ω1ω1ω4組合示意框圖設(shè)計內(nèi)容：從原動機─傳動機構(gòu)─執(zhí)行機構(gòu)的整個系統(tǒng)的設(shè)計8.3機械運動方案設(shè)計設(shè)計的主要步驟：

1、工藝參數(shù)的給定及運動參數(shù)的確定；

2、執(zhí)行構(gòu)件間運動關(guān)系的確定及運動循環(huán)圖的繪制；

3、動力源的選擇及執(zhí)行機構(gòu)的確定；

4、機構(gòu)的選擇及創(chuàng)新性設(shè)計；

5、方案的比較與決策。設(shè)計結(jié)果：給出滿足運動性能要求的運動簡圖。8.3機械運動方案設(shè)計8.3.1運動參數(shù)的給定及原動機的選擇運動參數(shù)包括：運動形式（直線運動、回轉(zhuǎn)運動、曲線運動）運動特點（連續(xù)式、間歇式、往復(fù)式）運動范圍（極限尺寸、轉(zhuǎn)角及位移）運動速度（等速、不等速）

根據(jù)綜合選擇原動機的類型運動參數(shù)力的參數(shù)傳動方案傳動精度現(xiàn)有條件8.3.2執(zhí)行機構(gòu)的運動協(xié)調(diào)與運動循環(huán)圖

機器一般是多個執(zhí)行構(gòu)件協(xié)調(diào)工作以完成同一任務(wù)，多個執(zhí)行構(gòu)件在完成同一任務(wù)時，需有準確而協(xié)調(diào)的運動時間和運動順序的安排，以防止出現(xiàn)某一執(zhí)行構(gòu)件工作不到位或兩個以上執(zhí)行構(gòu)件在同一空間發(fā)生干涉。運動循環(huán)圖即可表示出各執(zhí)行機構(gòu)間的時序協(xié)調(diào)關(guān)系。

右圖是我們所熟悉的牛頭刨床的三種運動循環(huán)圖定義：設(shè)計機械時，用以表示機械在一個工作循環(huán)過程中，各執(zhí)行構(gòu)件之間運動配合關(guān)系的圖形。直線式運動循環(huán)圖，圓周式運動循環(huán)圖及直角坐標式運動循環(huán)圖。8.3.3機械運動方案設(shè)計準則

1、傳動鏈應(yīng)盡可能短；

2、機械效率應(yīng)盡可能高；

3、傳動比的分配應(yīng)盡可能合理；

4、傳動機構(gòu)的順序安排應(yīng)盡可能恰當；

5、機械的安全運轉(zhuǎn)必須保證。8.3.4機械運動方案的評價評價指標:(1)機構(gòu)的功能

(2)機構(gòu)的工作性能

(3)機構(gòu)的動力性能

(4)經(jīng)濟性

(5)機構(gòu)緊湊性

綜合考慮各方面評價指標，才能在諸多機械運動方案的設(shè)計中選出最優(yōu)者。

8.3.5機械運動方案設(shè)計舉例以印刷機的送紙機構(gòu)為例進行機械運動方案設(shè)計。

1、任務(wù)的分析及運動參數(shù)的確定

要求一疊紙中的第一張與其它紙張分離并送出，每分鐘送出30張。因此有：

(1)送出多遠？

(2)如何實現(xiàn)紙張分離？

(3)選用何種動力源驅(qū)動送紙機構(gòu)？

(4)送紙機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件應(yīng)按何種軌跡運動？下圖是吸頭的三種運動軌跡圖形。運動軌跡是吸紙機構(gòu)方案設(shè)計的重要依據(jù)。方案一方案二方案三(1)為提紙(2)為送紙(3)為回程(1)為提紙和送紙(2)及(3)為回程(1)為提紙和送紙(2)為回程2、動力源的選擇與執(zhí)行機構(gòu)的確定

采用電動機作為動力源，采用真空吸盤提起紙張。根據(jù)吸頭的運動軌跡，設(shè)計出三種機械運動方案。aaaa方案一是一個典型的凸輪-連桿機構(gòu)，三個同軸轉(zhuǎn)動的凸輪可實現(xiàn)吸盤的吸紙軌跡及壓腳的配合壓紙動作。雙連凸輪1及2封閉了七桿機構(gòu)的兩個自由度，使吸頭位移，凸輪3帶動壓腳動作。方案一方案二和方案三也可實現(xiàn)上述軌跡及壓腳的配合動作，只不過運動速度和加速度分析與第一方案不同。方案二方案三機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計是在新構(gòu)思的基礎(chǔ)上進行的設(shè)計。包括：對原有機構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用新機構(gòu)的構(gòu)思原動機的創(chuàng)新發(fā)展8.4.1機構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用機構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用是仍然使用常見的機構(gòu)，經(jīng)過巧妙的構(gòu)思，賦予機構(gòu)以新的應(yīng)用。如無腳蹬自行車即是將自行車后輪安裝成偏心輪，恰以曲柄的形式，使后輪轉(zhuǎn)動。

8.5機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計單擊……8.4.2新機構(gòu)的構(gòu)思與創(chuàng)造1、原有機構(gòu)的發(fā)展在對原有機構(gòu)的應(yīng)用中，由于其某些性能方面的不足，所以會出現(xiàn)一些新的機構(gòu)。如齒輪傳動的傳動比較小，因而有蝸輪-蝸桿機構(gòu)的出現(xiàn)，此后又有擺線針輪減速器和諧波減速器的出現(xiàn)等等。2、新機構(gòu)的創(chuàng)造如利用纖維連桿將可逆旋轉(zhuǎn)或擺動變換成直線往復(fù)運動的執(zhí)行元件已用于假手的研制中。3、組合機構(gòu)將幾個機構(gòu)采用并聯(lián)封閉的形式組合后形成的機構(gòu)稱之為組合機構(gòu)。組合機構(gòu)是機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的一個重要方面。

1)齒輪-連桿組合機構(gòu)

2)凸輪—連桿組合機構(gòu)

3)

其他形式機構(gòu)的組合

引進了非剛性構(gòu)件或氣體、液體等中間介質(zhì)，使機構(gòu)更適于控制。8.4.3原動機的創(chuàng)新發(fā)展

新型電動機和新材料驅(qū)動器的出現(xiàn)，可大大的簡化機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，甚至改變了傳動機構(gòu)的設(shè)計。

1、新型電動機交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用大大簡化了機械變速機構(gòu)。直線電動機可直接輸出直線運動，采用這種電動機將不再需要諸如滾珠絲杠等直線傳動機構(gòu)，并且具有非常高的傳動定位精度（μm級）。傳統(tǒng)的電動機，隨著高磁性材料和化學(xué)加工方法的應(yīng)用，其尺寸也越來越小。還可采用硅技術(shù)（IC制造技術(shù)）制作微型電動機。2、新材料驅(qū)動器

由于新材料的出現(xiàn)，產(chǎn)生了許多新型驅(qū)動原理與新型驅(qū)動器，它們給機構(gòu)設(shè)計帶來了新思想。3、多自由度驅(qū)動器多自由度驅(qū)動器在多自由度裝置中應(yīng)用，可以減少驅(qū)動器的數(shù)目，省去作運動協(xié)調(diào)的機構(gòu)，降低裝置的復(fù)雜程度，減小體積，提高運動精度。如專門設(shè)計的光盤讀寫頭二自由度驅(qū)動器，可實現(xiàn)驅(qū)動光盤旋轉(zhuǎn)并準確移動讀寫頭到所期望的軌道位置。只有創(chuàng)新才能發(fā)展知識拓展

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