机械系统运动方案与创新设计(第四章).pptx

,机 械 创 新 设 计,第九章 机械系统运动方案与创新设计,1.机械系统概述 2.机械系统运动方案的基本知识 3.机械系统运动方案设计的构思 4.机械系统的运动协调设计 5.机械系统运动方案设计的过程与评估,第一节 机械系统概述,单一的基本机构组成的机械系统； 由有若干个独立的基本机构组成的机械系统； 由若干个单一的基本机构经过串连、并连、叠加等组合方式连接在一起的机械系统,工程实际应用的机械分类：,第一节 机械系统概述,单一的基本机构组成的机械系统：,强力钳,轴承拉马,第一节 机械系统概述,单一的基本机构组成的机械系统：,螺旋开瓶器,齿轮升降机构,第一节 机械系统概述,单一的基本机构组成的机械系统：,自锁拉力器,滑轮组,第一节 机械系统概述,若干个独立的基本机构组成的机械系统：,冲裁机构 送料机构,二者的运动协调,第一节 机械系统概述,若干个独立的基本机构组成的机械系统：,第一节 机械系统概述,若干个单一的基本机构经过串连、并连、叠加等组合方式连接在一起的机械系统：,工件自动载送装置,自动载送装置,第一节 机械系统概述,第一节 机械系统概述,若干个单一的基本机构经过串连、并连、叠加等组合方式连接在一起的机械系统：,机械系统在工作时按照一定的动作次序和规律进行工作。,第一节 机械系统概述,第二节 机械系统运动方案的基本知识,13,机械组成的示意图,原动机,传动机构,执行机构,控制系统,注意:工程中，有些机械没有传动机构，而是由原动 机直接驱动执行机构。,第三节 机械系统运动方案设计的构思,14,原动机的选择,电动机：三相异步交流电动机、单相交流电动机、交流和直流伺服电机、步进电机。 内燃机：柴油机、汽油机。 一次能源原动机：水轮机、风力机、太阳能发电机等。,振动电机,第三节 机械系统运动方案设计的构思,一、传动机构系统的组成,1、齿轮机构传动系统,2、带传动与齿轮传动的组合系统,3、齿轮传动与螺旋传动的组合系统,4、齿轮机构与万向联节机构的组合,第三节 机械系统运动方案设计的构思,典型传动方式,二、典型传动装置的应用场合,1、带传动：中心距大、传动比的精度要求低 2、链传动：中心距大、传动比的精度要求低 3、齿轮传动：传动效率高、体积小，传动比准确 上述传动已经标准化。齿轮传动还分：圆柱齿轮、锥齿轮、蜗杆传动 4、其他传动：液压传动、螺旋传动等 传动装置的设计通常比较容易。,第三节 机械系统运动方案设计的构思,典型传动装置的设计准则 （1）在满足传动要求的前提下，尽量使机构数目少，使传动链短。这样可提高机械效率，降低生产成本。 （2）合理分配各级传动机构的传动比。传动比的分配原则是：带传动的传动比小于3，单级齿轮传动比小于5。,第三节 机械系统运动方案设计的构思,（3）合理安排传动机构的次序。当总传动比大于8时，要考虑多级传动。如有带传动时一般将带传动放置到高速级，如采用不同类型的齿轮机构组合，圆锥齿轮传动或蜗杆传动一般在高速级。链传动一般不宜在高速级。,典型传动装置的设计准则,第三节 机械系统运动方案设计的构思,（4）在满足要求的前提下，尽量采用平面传动机构。使制造、组装与维修更加方便。 （5）在对尺寸要求较小时，可采用行星轮系机构。,典型传动装置的设计准则,第三节 机械系统运动方案设计的构思,三、执行机构的设计原则,1、按功能要求选择机构类型或机构组合形式 2、确定最佳方案 3、整体运动方案评估。确定最佳方案,第三节 机械系统运动方案设计的构思,执行机构的组成,没有规律，是根据机器的功能要求而设计的。 不同机器的功能不同，执行机构必然不同。,运动变换与对应机构,第三节 机械系统运动方案设计的构思,执行机构是为了完成一定的工艺动作和功能,四、机械运动系统的总体设计原则,1、完成即定功能目标 2、性能可靠 3、制造成本低廉 4、维修方便,第三节 机械系统运动方案设计的构思,第三节 机械系统运动方案设计的构思,常用传动机构的选择,结构要求非常紧凑时：可采用轮系机构作为减速系统。 原动机距离工作执行系统较远时：可采用带传动（链条）与齿轮机构的组合。 传动比较大时：采用涡轮蜗杆减速器、行星齿轮减速器，rv减速器等。 要求自锁时：涡轮蜗杆减速器，螺纹传动。,第四节 机械系统运动协调设计,25,有些机械是由几个简单的基本机构组成的，他们之间没有进行任何连接，而是独立存在，但它们之间的运动却要求互相配合、协调动作。称此类设计问题为机构系统的运动协调设计。,一、机构系统的运动协调,第四节 机械系统运动协调设计,26,机械系统的运动协调方法：,控制系统对电机的时序控制：简单、实用，可靠性差些。 机械手段实现机构间的运动协调：简单、实用、可靠。,微机械陀螺仪,机械陀螺仪,第四节 机械系统运动协调设计,27,机械系统的运动循环图,（1）分析每个子工艺动作特点，从中确定一个主要动作，以此作为其它动作的位置基准； （2）设定主要动作的位置起点、终点和运动循环周期； （3）分析其它动作相对主要动作的衔接位置，并且注意两个动作衔接处要有一定时间间隔，以避免干涉。,制定机械系统的运动循环图的步骤：,第四节 机械系统运动协调设计,28,机械系统的运动循环图,坐标式工作循环图,第四节 机械系统运动协调设计,机械系统的运动循环图种类,圆周式工作循环图,表格式工作循环图,第四节 机械系统运动协调设计,机械系统的运动循环图种类,第四节 机械系统运动协调设计,运动循环图实例-粉料成型压片机的设计,a为料筒，b为料斗，c为模具型腔，d为上冲头，e为片状制品，f为下冲头,第四节 机械系统运动协调设计,压片过程的执行机构,第四节 机械系统运动协调设计,压片过程的执行机构,什么样的运动？,什么样的运动？,什么样的运动？,第四节 机械系统运动协调设计,各执行机构的运动协调,粉料成型压片机的运动循环图,若干个独立的基本机构组成的机械系统：,第四节 机械系统运动协调设计,第四节 机械系统运动协调设计,各执行机构的运动协调设计,三个机构使用同一个原动机,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,1、市场调查； 2、提出产品的功能目标，明确设计任务； 3、选择机器的工作原理，确定工艺动作过程； 4、按机器的动作要求确定所选择的机构数目与机构类型；,一、机械设计的一般步骤,5、确定机器的工作执行机构与传动机构，进行机械运动方案的总体设计； 6、进行运动协调设计； 7、进行机构的尺度综合和传动机构的设计 ； 8、进行机械结构设计，编写设计说明书； 9、制造样机并进行测试； 10、批量生产。,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,二、机械系统运动方案设计的内容 1、根据机器的功能目标确定机器的工作原理 2、按机器的工作原理确定机器的基本动作选 执行机构 3、确定传动机构类型与原动机类型 4、按机器的基本动作选择实现对应动作的执 行机构,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,5、进行运动协调设计，完成机械运动方案的总体设计 6、对机械运动方案进行评估，选择最优方案 7、进行尺度综合，设计机构系统的机构运动简图,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,三、 机械系统运动方案的评价指标 功能指标：指实现预期设计目标的优劣程度。 技术指标：主要指产品的位移、速度、加速度、运动精度、力学特性、强度、刚度、可靠性、寿命等指标。 经济指标：主要指材料、制作与维修、能耗大小等指标。 绿色指标：主要指产品的在制造、使用、维护等过程污染以及报废产品的可回收性等指标。 在方案的评价过程中，上述指标还要细化。,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,四、机械系统运动方案的评价方法 1、机械系统运动方案评价的指标 （1）完成实现功能目标情况： （2）工作原理的先进程度： （3）工作效率的高低： （4）运转精度的高低： （5）方案的复杂程度：,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,（6）方案的实用性： （7）方案的可靠性： （8）方案的新颖性：指方案的创造性。 （9）方案的经济性： （10）方案的绿色性：,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,四、机械系统运动方案的评价方法 1、机械系统运动方案评价的指标,2、机械系统运动方案的评价方法 目前流行的评价方法有：关联矩阵法、模糊评价法和评分法，其中评分法最为简单而实用。 评分法又分为加法评分法、连乘评分法和加乘评分法。这里介绍最简单的加法评分法。,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,表9-3 机械运动方案的评估,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,机械系统运动方案设计实例,1.设计题目：电动大门,2.电动大门的功能目标：实现大门的闭启,3.电动大门的设计参数：长、宽、高以及启闭时间。,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,机械系统运动方案设计实例,4.设计方案的构思,运用发散思维方式,第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估,机械系统运动方案设计实例,4.设计方案的构思,机械系统运动方案设计实例 -双扇平开门,机械系统