第三章执行系统设计_机械系统设计

1、第三章,执行系统设计,3.1,执行系统的组成、功能及分类,设计一套机械系统的目的是要使所设计的系统具有一,定的预期功能，那么在系统中能直接完成预期工作任务的,那部分子系统就是执行系统。,一、执行系统的组成,执行末端件,直接与工作对象接触并完成一定工作（夹持、,转动、移动等）或在工作对象上完成一定动作（切削、,锻压、清洗等）的部件。,执行机构,给执行末端件提供力和带动它实现运动，即把,传动系统传递过来的运动进行必要的转换，以满足执行,末端件的要求。,1,图,3.1,卧式车床主轴,执行,机构,顶尖或夹盘是执行末端件；,执行,末端件,主轴则是执行机构,2,图,3.2,手爪平行开闭式机械手结构示意图,

2、执行,末端件,执行,机构,1,、,8,滑动齿条；,2,、,3,小齿轮；,4,双面齿条；,5,气缸；,6,活塞；,7,螺杆；,9,滑动齿条导轨；,10,压缩弹簧；,11,可换夹爪,11,是执行末端件,3,以上两例中的执行系统都是由纯机械结构组成的。随着科,学技术的发展，,执行系统的组成也在不断地发生变化,：,一方面,由于机械的含义在不断地扩展，如电子、电器、光,学、液体、气体等也可以直接与纯机械结构结合，组成较先,进的机电、机光、机液等执行机构；,另一方面,又由于传动系统变得越来越简单，有时一个机构,可以既是传动系统又是执行系统，如连杆机构的应用，所以，,执行系统可以由一个简单的结构来组成，也可

3、以由一些基本,结构组合成的复杂机构来组成。这主要视系统的功能来决定。,一般说来，能完成同一功能的执行系统可以有不同的方案，,但应选出既能满足功能要求，又简单、可靠的一个方案。,4,二、执行系统的功能,1,、实现运动形式或运动规律变换的功能,(1),实现预期固定轨迹或简单可调的轨迹功能,(2),匀速运动与非匀速运动的变换,(3),连续运动与间歇式转动或摆动的变换,2,、实现开关、联锁和检测等的功能,(1),用来实现运动的离合或开停,(2),用来换向、超越或反向止动,(3),用来实现联锁、过载保护、安全制动,(4),实现锁止、定位、夹压等,(5),实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等,3,、实

4、现程序控制功能,4,、实现施力功能,如压力机、矿石粉碎机等,5,执行系统的功能（示例,1,）,图,3.3,联动凸轮机构,凸轮,A,B,控制,E,的,运动轨迹，可根据运,动轨迹的要求设计凸,轮曲线。,执行,末端件,E,执行末端件,其它,执行机构,6,执行系统的功能,（示例,2,）,图,3.4,牛头刨床,刀具和工作台,有两个执行末端件：,曲柄摇杆,ABCD,机构实现刀,具的慢进和快退。,AB,的长度调节行程。,M1,M3,调节刀具与工件的,相对位置（,XY,向）。,M2,调节工作台的高度。,曲柄摇杆,FGHI,驱动棘轮,J,带,动螺杆,K,实现每循环进给量。,7,三、执行系统的分类,按执行系统对运

5、动和动力的要求：,动作型：,度、加速度等,要求执行系统实现预期精度的动作,无特殊要求。,动力型,缝纫机、包糖机、印刷机等。,),，而对执行系统中各构件的强度、刚度,(,位移、速,定的功，因此对执行系统中各构件的强度、刚度有严,：,要求执行系统能克服较大的生产阻力，做一,格要求，但对运动精度无特殊要求。,土机、挖掘机、碎石机等。,曲柄压力机、推,动作动力型：,又要克服较大的生产阻力，做一定的功。,要求执行系统既能实现预期精度的动作，,齿机等。,滚齿机、插,8,三、执行系统的分类,按执行系统中执行机构的相互联系情况,单一型：,拌机、碎石机、皮带输,在执行系统中，只有一个执行机构工作。,相互独立型：

6、,送机等。,搅,但它们之间相互独立、没有运动及生产阻力等方面的,在执行系统中有多个执行机构进行工作，,联系和制约。,机的起吊与行走动作等。,外圆磨床的磨削进给与砂轮转动，起重,相互联系型：,们之间有运动及生产阻力等方面上的联系和制约。,在执行系统中，有多个执行机构，且它,刷机、包装机、缝纫机、纺织机等。,印,9,3.2,执行系统设计,执行系统是总系统中的一个子系统，且此系统的一端与,被执行,(,加工,),对象接触，另一端与传动系统连接，因此，,在设计执行系统时，不但要明确本系统中各零、部件的相,互作用及设计要求，同时，还要了解与其它系统的联系、,协调和分工，进而使总系统处在最佳状态下工作。,执

7、行系统设计基本要求：,保证设计时提出的功能目标。,足够的使用寿命和强度、刚度要求。,各执行机构应结构合理、配合协调。,通过分析，执行末端件的运动无外乎是回转运动、直,线运动或者两种运动的合成。,回转运动,：圆导轨、轴承、齿轮等；电动机等,直线运动,：直线导轨、液压缸等；直线电机,10,一、执行轴机构的设计（简介）,利用轴的回转运动来完成执行任务的情形很多很多：,如机床中执行轴带动工件或刀具，可完成工件表面的成形,加工运动；轧钢机中通过轧辊,(,相当于机床中的执行轴,),对,钢材的轧制，以获得不同形状、尺寸的型钢以及一些自动,装配线上使用的各种不等速或间歇回转机构的轴等。,这些执行轴由于功用不同

8、，故各自的具体结构及执行轴,机构的组成及布置也不一样。但归结起来执行轴机构一般,主要由,执行轴,、安装在其上的,传动件,(,齿轮、皮带轮等,),、,密封件,、,轴承,、轴承间隙,调整及固定元件,(,螺母,),等组成，,因此，设计执行轴机构时主要是各组成元件的布置及设,计轴本身。,11,例,3.6 CA6140,普通车床主轴组件,推力球轴承,斜齿轮,向心球轴承,滑移齿轮,阻尼套,结构,采用锥,面配合,图,3.9,主轴前端结构,1,螺钉,2,环形锁紧盘,3,主轴前端,4,拨盘或卡盘,5,螺母,6,双头螺栓,12,例,?,万,能,外,圆,床,砂,轮,架,主,轴,结,构,具有高的回转精度、刚度、抗振性

9、及耐磨性要求,13,例,?,万,能,外,圆,床,砂,轮,架,主,轴,结,砂轮架主轴的径向支承是“短三瓦”式的滑动轴承。每一,构,滑动轴承由三块扇形轴瓦组成。每块轴瓦,1,都支承在球面支承,螺钉的球面上。调节球面支承螺钉,10,即可调整轴承的间隙。,螺钉,11,是锁紧螺钉。短三瓦轴承是液体动压滑动轴承。,14,二、导轨设计（简介）,1,、导轨的功用,导向和承载。,2,、导轨的分类,(a),按运动轨迹分,:,直线,和,圆周运动,；,(b),按工作时的摩擦性质分为,:,滑动导轨,和,滚动导轨,；,滑动导轨中又有,液体静压,:,普通滑动,和,卸荷导轨,、,液体动压,等；,、,滚动导轨按滚动体分为,:,

10、滚珠,、,滚柱,和,滚针导轨,；,(c),按受力情况可分为,:,开式和闭式导轨。,15,开式导轨,闭式导轨,导轨在部件自重和外载作用下，,导轨面,贴合着,c,和,d,在导轨全长上始终,当动导轨受到较大的倾覆力矩,M,和,时，其自重不能使导轨面,e,加压板,f,始终贴合，所以，必须增,轨面,g,和,1,和,h,。,2,，以形成辅助导,16,3,、导轨的基本要求：,(a),导向精度,是指动导轨沿支承导轨运动的准确度，即直线运动导,轨的直线性、圆周运动导轨的真圆性和导轨与其它运动件之间相,互位置的准确性。导轨应具有足够高的导向精度，且需要在长期,工作后仍保持原有的很高的导向精度,精度保持性,。影响导轨,导向精度的主要因素是导轨的,几何精度,和,接触精度,。,(b),支承刚度,表示导轨受载后抵抗变形的能力。导轨变形主要是由,导轨自身变形,(,接触变形、扭转、弯曲变形,),和导轨支承件变形引,起导轨变形组成的。,(c),高灵敏度,指当动导轨作低速运动或微量位移,(,以,m,为单位,),时，,应保证其,运动的灵敏性,及,低速运动的平稳性,，即不出现爬行现象，,使动导轨的运动准确到位。影响导轨灵敏度及运动平稳性的因素,主要是：导轨的,结构,及,材料,、动与静,摩擦系数,的差值、,润滑,及与,动导轨相连的,传动链的刚度,等。,17,4,、导轨的设计内容,导轨的设计主要有下列内容：,根据工作情况选