201412机械系统方案设计.ppt

《201412机械系统方案设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《201412机械系统方案设计.ppt（68页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、机械系统方案设计,2014年5月,12.1 概述 12.2 功能原理设计 12.3 执行系统运动规律设计 12.4 执行机构类型设计 12.5 执行系统协调设计 12.6 总体方案评价与决策 12.7 机械传动系统方案设计,主 要 内 容,1)从机构学观点看： 机器是由各种基本机构组成的； 2)从结构学观点看： 机器是由一系列基本零件组成的； 3)从专业角度看： 如汽车是由底盘、发动机、车身组成的；二次细分的结果是？。 4)从功能角度看：,12.1.1、从不同角度看机器的组成,12.1 概 述,原动机,传动系统,执行机构,控制系统,辅助系统,给工作头产生工作力，带动其工作. P=Fv=T,提供

2、运动和动力,将原动机提供的运动和动力传递到执行机构,12.1.2 机械设计的一般程序,设计计划阶段,方案设计阶段,技术设计阶段,施工设计阶段,试制投产阶段,12.1.3 机械运动方案设计的一般程序,1. 功能原理设计 2. 执行系统的运动设计 3. 执行机构的类型设计 4. 执行系统的协调设计 5. 执行系统的方案评价与决策 6. 机械传动系统设计,机械运动方案设计的过程和内容,12.2 功能原理设计,12.2.1 功能原理的创造性设计 1.分析综合法 2.还原创新法 3.思维扩展法 12.2.2 功能原理设计的步骤,明确任务 功能分解 功能元 功能元解,3,1,2,4,曲柄摇杆机构,明确任务

3、,2. 功能分解,1)引面线造环功能； 2)钩面线扩环，使底面线交织的功能； 3)收回面线的功能； 4)送布的功能,家用缝纫机,主要功能:,功能分解,点钞机,1)进钞输入 功能； 2)分钞功能； 3)计数功能； 4)整理功能； 5)防伪功能。,主要功能:,功能分解,黑箱分析法,功能分解,自行车总功能的黑箱描述,功能分解,硬币计数包卷机,功能分解,（1）物料 用双线箭头表示 可以是固体、液体、气体、混合物,金属机床,水泵,天然气管道,汽车,包括机械能、电能、热能、光能、化学能、核能、生物能等 机械能的描述：力和运动 平移：力、线速度 旋转：转矩、角速度 振动：振幅、频率,（2）能量 用实线箭头表

4、示, 输入信号 一般为控制信号 开关控制、大小/速度/流量/强度控制 输出信号 一般为状态信号，可以是测量值、指示值 温度、压力、粗糙度、位置、报警信号,（3）信号 用虚线箭头表示，可以是数字信号、模拟信号,举例 冲床,在功能原理设计中，用黑箱描述产品的功能。 黑箱是系统工程用于分析和描述系统的一种方法。,黑箱,黑 箱,黑箱的 内部结构,功能单元： 硬币堆放、输送功能单元 ； 2. 硬币排列、分选、挑残功能单元 3. 硬币分选计数功能单元； 4. 硬币堆码、整理功能单元 5. 送纸、撕纸功能单元； 6. 硬币包卷功能单元 7. 卷边功能单元,3、功能元 从系统论的观点看，一个系统可以分解为一些

5、子系统，那么一个系统的总功能也应该可以分解为一些“子功能”或者“分功能”。,硬币计数包卷机的功能分解,总功能,一级分解子功能,二级分解次子功能,功能分解到什么情况下结束？ 分解到“功能元”层次 功能元 功能基本单位基本机构所完成的基本功能。 常见执行机构能实现运动功能转换及符号,机构基本功能符号,常见运动功能及表达符号,常见执行机构能实现运动功能转换符号,功能分解,功能结构,功能元,设计一台点钞机，首先构思将钞票逐张分离的工作原理。,确定功能原理方案,确定功能原理方案,切削螺纹,板式搓丝机，但生产效率低！,辊式搓丝机,行星搓丝机,实现同样的功能，可以采用完全不同的作用原理！ 对应于不同作用原理

6、的设备，不仅其结构不同，而且其产品质量、生产能力和生产成本间也都存在着很大的差异！,功能原理的决策应综合考虑以下问题:,1)原理方案的先进性及成熟程度,采用的新技术应该是成熟的、被使用或已研究证明是可靠的技术。,低故障率，长的无故障时间，合理工作寿命，良好的人、机、环境适应性等。,要具备高的动力学可靠与稳定性,3)合理的运动设计,4)工作效率与设计要求相适应，经济上合理,2)实现功能的可能性与可靠性,理论上可以获得654431440个组合,理论上可以获得 44348个组合,功能分解,运动转换功能图,方案1,功能原理解形态学矩阵,原动机,传动系统,执行机构,控制系统,辅助系统,给工作头产生工作力

7、，带动其工作. P=Fv=T,12.4 执行机构类型设计,提供运动和动力,将原动机提供的运动和动力传递到执行机构,一、工作头,1.什么是工作头？,定义：工作头是直接接触并携带工作对象完成一定的工作，或是在其上完成一定的工艺动作的机构。,2.工作头的作用,（1）夹持;例如，机床要加工零件，必须先将零件加紧，然后才能进刀加工 （2）搬运、输送及转换工位;起重吊钩 （3）施力.重物起吊与搬运等,挖掘机的铲斗，起重机的吊钩，铣床的铣刀，缝纫机的机针，工业机器人的手爪，。,原动机,传动系统,执行机构,控制系统,辅助系统,给工作头产生工作力，带动其工作. P=Fv=T,提供运动和动力,将原动机提供的运动和

8、动力传递到执行机构,1）速度或力大小的变换； 2）运动形式或传力方式的变换,常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构，主要有以下几种型式： （1）通过啮合方式，如齿轮、蜗轮蜗杆、链、同步齿形带等。 （2）通过摩擦方式，如摩擦轮、带传动 （3）利用楔块原理，如螺杆传动。 （4）利用流体作用原理，如液压、气动装置,1. 运动速度或力的大小变换,2.运动形式或传力方式的变换,机械传动机构中常见的运动形式主要有：转动、平动、摆动等。连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、楔块机构、棘轮机构、槽轮机构、以及其组合机构。,二、传动机构,3,1,2,4,曲柄摇杆机构,原动机,传动系统,执行机构,控制系统,辅助系统,

9、给工作头产生工作力，带动其工作. P=Fv=T,执行机构,提供运动和动力,将原动机提供的运动和动力传递到执行机构,1）运动规律 2）运动轨迹 3) 信息传递,1）速度或力大小的变换； 2）运动形式或传力方式的变换,三、执行机构,执行机构的主要作用：是给工作头产生工作力，同时带动工作头实现给定的运动规律或特定的运动轨迹等。,1.实现特定运动规律,2.实现特定的运动轨迹,3.实现某种特殊的信息传递,特定的运动规律是指那些输出中有速度的规律变化要求，如有等速输出，瞬时或长时间停歇，有急回特性，周期性转位和步进分度动作等。例：牛头刨床,曲柄导杆机构：1）刨刀往复直线运动；2）工作行程近似等速；3）具有

10、急回功能；4）螺旋机构调节刨刀行程,工作台进给运动：齿轮机构、曲柄摇杆机构、棘轮机构 1）工作台的间歇进给；2）螺旋机构调节进给量,三、执行机构,执行机构的主要作用：是给工作头产生工作力，同时带动工作头实现给定的运动规律或特定的运动轨迹等。,1.实现特定运动规律,2.实现特定的运动轨迹,3.实现某种特殊的信息传递,特定的运动规律是指那些输出中有速度的规律变化要求，如有等速输出，瞬时或长时间停歇，有急回特性，周期性转位和步进分度动作等。例：牛头刨床,2.实现特定的运动轨迹,双凸轮组合写R字机构,三、执行机构,执行机构的主要作用：是给工作头产生工作力，同时带动工作头实现给定的运动规律或特定的运动轨

11、迹等。,1.实现特定运动规律,2.实现特定的运动轨迹,3.实现某种特殊的信息传递,特定的运动规律是指那些输出中有速度的规律变化要求，如有等速输出，瞬时或长时间停歇，有急回特性，周期性转位和步进分度动作等。例：牛头刨床,利用机构不仅能完成机械运动和动力的传递，还能完成诸如检测、计数、定时、显示或控制等功能。,3.实现某种特殊的信息传递,如杠杆千分尺、家用水表、电表等使用的机械式计数器；家用洗衣机、电风扇等使用机械式定时器。还可以用机构来实现速度、加速度等的测量和数据记忆等功能。,通常机械产品要实现某一功能，可以选用不同形式的机构来完成，究竟选用哪种形式为好，就存在着机构选型的问题。选型时除应满足

12、工艺性能的动作和运动的基本要求外，还应注意以下几个问题： 1 使机构最简单，传动链最短 2 使机构具备有利的传力条件 3 使机构有尽可能好的动力性能 4 使机构操纵方便，调整容易，安全耐用,四、选择机构类型时应注意的几个问题,1.使机构最简单，传动链最短,从原动机到执行机构之间，机构数量应尽量少；从主动件到从动件之间，运动链应尽量短；运动副数目要尽量少。,减少制造和装配的困难、减轻质量、缩小尺寸、降低成本；而且还可以减少机构的积累误差，提高效率和工作可靠性。,1）运动链应尽量短；,近似直线运动,精确直线运动,使机构最简单可采取以下措施：,(2) 适当选择运动副 ；,从减少构件数和运动副数，以及

13、设计简便等方面考虑，应优先采用高副机构。但从低副机构的运动副元素加工方便、容易保证配合精度以及有较高的承载能力等方面考虑，应优先采用低副机构,究竟选择何种机构，应根据具体设计要求全面衡量得失，尽可能做到“扬长避短“,2.使机构具备有利的传力条件,增力机构，使其在近于死点位置工作。,在高速机构中，为了使动载荷最小，在机构选用时要尽量考虑其对称性。 对机构或回转构件进行平衡，使其质量分布合理。 对于传动力的机构则要尽量增大机构的传动角，减小机构的传动角，以增大机器的传动效率。,3使机构有尽可能好的动力性能,摩托车发动机机构,在拟定机器运动方案时适当地加入一些开、停、离合、正反转、刹车、手动装置，可

14、使操纵方便，调整容易。 机器中加入过载保护装置，可预防机器的损坏等。,4使机器操纵方便，调整容易，安全耐用,执行系统的协调设计,1.执行机构运动协调设计应满足的要求 1）各执行机构的执行动作在时间上的协调 2）各执行机构在运动过程中的空间协调（不干涉） 3）多个机构完成一个执行动作时各执行机构运动的协调 4）各执行构件运动速度的协调（范成运动） 5）尽量缩短工作循环周期，提高效率 6）在一个机构动作结束到另一个动作开始之间应保留时间间隔 2执行系统协调设计的步骤 1）确定机械的工作循环周期 2）确定各执行构件的各个行程及其所需时间 3）确定各执行机构动作间的协调配合关系 3.机械运动循环图,机械运动循环图,直线式； 圆周式； 直角坐标式,第15章 机械系统方案设计结束,