第3章执行系统设计ppt课件

1、第三章第三章 执行系统设计执行系统设计一、执行系统的组成一、执行系统的组成执行末端件执行末端件直接与任务对象接触并完成一定任务夹持、直接与任务对象接触并完成一定任务夹持、转动、挪动等或在任务对象上完成一定动作切削、转动、挪动等或在任务对象上完成一定动作切削、锻压、清洗等的部件。锻压、清洗等的部件。执行机构执行机构给执行末端件提供力和带动它实现运动，即把给执行末端件提供力和带动它实现运动，即把传动系统传送过来的运动进展必要的转换，以满足执行传动系统传送过来的运动进展必要的转换，以满足执行末端件的要求。末端件的要求。3.1 3.1 执行系统的组成、功能及分类执行系统的组成、功能及分类 设计一套机械

2、系统的目的是要使所设计的系统具有一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任务义务的定的预期功能，那么在系统中能直接完成预期任务义务的那部分子系统就是执行系统。那部分子系统就是执行系统。1图图3.1 3.1 卧式车床主轴卧式车床主轴顶尖或夹盘是执行末端件；顶尖或夹盘是执行末端件；2执行执行末端件末端件执行执行机构机构主轴那么是执行机主轴那么是执行机构构图图3.2 3.2 手爪平行开闭式机械手构造表示图手爪平行开闭式机械手构造表示图1111是执行末端件是执行末端件1 1、88滑动齿条；滑动齿条；2 2、33小齿轮；小齿轮；44双面齿条；双面齿条；55

3、气缸；气缸；66活塞；活塞；77螺杆；螺杆；99滑动齿条导轨；滑动齿条导轨；1010紧缩弹簧；紧缩弹簧；1111可换夹爪可换夹爪 3执行执行末端件末端件执行执行机构机构 以上两例中的执行系统都是由纯机械构造组成的。随着以上两例中的执行系统都是由纯机械构造组成的。随着科学技术的开展，执行系统的组成也在不断地发生变化：科学技术的开展，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、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构造结合，组成较光学、液体、气体等也可以直接与纯机械构造结合，组成较先进的机电、机光、机液等执行机构

4、；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，如连杆机构的运用，所构可以既是传动系统又是执行系统，如连杆机构的运用，所以，执行系统可以由一个简单的构造来组成，也可以由一些以，执行系统可以由一个简单的构造来组成，也可以由一些根本构造组合成的复杂机构来组成。这主要视系统的功能来根本构造组合成的复杂机构来组成。这主要视系统的功能来决议。决议。 普通说来，能完成同一功能的执行系统可以有不同的方普通说来，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

5、一个方案。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、执行系统的功能二、执行系统的功能1 1、实现运动方式或运动规律变换的功能、实现运动方式或运动规律变换的功能 (1) (1)实现预期固定轨迹或简单可调的轨迹功能实现预期固定轨迹或简单可调的轨迹功能(2)(2)匀速运动与非匀速运动的变换匀速运动与非匀速运动的变换(3)(3)延续运动与间歇式转动或摆动的变换延续运动与间歇式转动或摆动的变换2 2、实现开关、联锁和检测等的功能、实现开关、联锁和检测等的功能(1)(1)用来实现运动的离合或开停用来实现运动的离合或开停(2)(2)用来换向、超越或反向止动用来换向、超越或反向止动(3)(

6、3)用来实现联锁、过载维护、平安制动用来实现联锁、过载维护、平安制动(4)(4)实现锁止、定位、夹压等实现锁止、定位、夹压等(5)(5)实现丈量、放大、比较、显示、记录、运算等实现丈量、放大、比较、显示、记录、运算等3 3、实现程序控制功能、实现程序控制功能4 4、实现施力功能、实现施力功能如压力机、矿石粉碎机等如压力机、矿石粉碎机等5执行系统的功能例如执行系统的功能例如1 1图图3.3 联动凸轮机构联动凸轮机构 凸轮凸轮A,B控制控制E的的运动轨迹，可根据运运动轨迹，可根据运动轨迹的要求设计凸动轨迹的要求设计凸轮曲线。轮曲线。EE执行末端件执行末端件其它其它执行机构执行机构6执行执行末端件末

7、端件执行系统的功能例执行系统的功能例如如2 2 曲柄摇杆曲柄摇杆ABCDABCD机构实现刀机构实现刀具的慢进和快退。具的慢进和快退。 AB AB的长度调理行程。的长度调理行程。 M1,M3 M1,M3调理刀具与工件的调理刀具与工件的相对位置相对位置XYXY向。向。 M2 M2调理任务台的高度。调理任务台的高度。 曲柄摇杆曲柄摇杆FGHIFGHI驱动棘轮驱动棘轮J J带带动螺杆动螺杆K K实现每循环进给量。实现每循环进给量。有两个执行末端件：有两个执行末端件：刀具和任务台刀具和任务台图图3.4 牛头刨床牛头刨床7三、执行系统的分类三、执行系统的分类按执行系统对运动和动力的要求：按执行系统对运动和

8、动力的要求：动作型：要求执行系统实现预期精度的动作动作型：要求执行系统实现预期精度的动作( (位移、速位移、速度、加速度等度、加速度等) )，而对执行系统中各构件的强度、刚度，而对执行系统中各构件的强度、刚度无特殊要求。缝纫机、包糖机、印刷机等。无特殊要求。缝纫机、包糖机、印刷机等。 动力型动力型 ：要求执行系统能抑制较大的消费阻力，做一：要求执行系统能抑制较大的消费阻力，做一定的功，因此对执行系统中各构件的强度、刚度有严定的功，因此对执行系统中各构件的强度、刚度有严厉要求，但对运动精度无特殊要求。曲柄压力机、推厉要求，但对运动精度无特殊要求。曲柄压力机、推土机、发掘机、碎石机等。土机、发掘机

9、、碎石机等。 动作动力型：要求执行系统既能实现预期精度的动作，动作动力型：要求执行系统既能实现预期精度的动作，又要抑制较大的消费阻力，做一定的功。滚齿机、插又要抑制较大的消费阻力，做一定的功。滚齿机、插齿机等。齿机等。 8按执行系统中执行机构的相互联络情况按执行系统中执行机构的相互联络情况 三、执行系统的分类三、执行系统的分类单一型：在执行系统中，只需一个执行机构任务。搅单一型：在执行系统中，只需一个执行机构任务。搅拌机、碎石机、皮带输拌机、碎石机、皮带输 送机等。送机等。相互独立型：在执行系统中有多个执行机构进展任务，相互独立型：在执行系统中有多个执行机构进展任务，但它们之间相互独立、没有运

10、动及消费阻力等方面的但它们之间相互独立、没有运动及消费阻力等方面的联络和制约。外圆磨床的磨削进给与砂轮转动，起重联络和制约。外圆磨床的磨削进给与砂轮转动，起重机的起吊与行走动作等。机的起吊与行走动作等。相互联络型：在执行系统中，有多个执行机构，且它相互联络型：在执行系统中，有多个执行机构，且它们之间有运动及消费阻力等方面上的联络和制约。印们之间有运动及消费阻力等方面上的联络和制约。印刷机、包装机、缝纫机、纺织机等。刷机、包装机、缝纫机、纺织机等。93.2 3.2 执行系统设计执行系统设计 执行系统设计根本要求：执行系统设计根本要求： 保证设计时提出的功能目的。保证设计时提出的功能目的。 足够的

11、运用寿命和强度、刚度要求。足够的运用寿命和强度、刚度要求。 各执行机构应构造合理、配合协调。各执行机构应构造合理、配合协调。 经过分析，执行末端件的运动无外乎是回转运动、直经过分析，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。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；直线电机直线运动：直线导轨、液压缸等；直线电机 执行系统是总系统中的一个子系统，且此系统的一端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与被执行( (加工加工) )对象接触，另一端与传动系统衔接，因此，对

12、象接触，另一端与传动系统衔接，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络、互作用及设计要求，同时，还要了解与其它系统的联络、协调和分工，进而使总系统处在最正确形状下任务。协调和分工，进而使总系统处在最正确形状下任务。 10一、执行轴机构的设计简介一、执行轴机构的设计简介 利用轴的回转运动来完成执行义务的情形很多很多：利用轴的回转运动来完成执行义务的情形很多很多：如机床中执行轴带开工件或刀具，可完成工件外表的成形如机床中执行轴带开工件或刀具，可完成工件外表的成形加工运动；轧钢机中经过轧

13、辊加工运动；轧钢机中经过轧辊( (相当于机床中的执行轴相当于机床中的执行轴) )对对钢材的轧制，以获得不同外形、尺寸的型钢以及一些自动钢材的轧制，以获得不同外形、尺寸的型钢以及一些自动装配线上运用的各种不等速或间歇回转机构的轴等。装配线上运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，故各自的详细构造及执行这些执行轴由于功用不同，故各自的详细构造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普轴机构的组成及布置也不一样。但归结起来执行轴机构普通主要由执行轴、安装在其上的传动件通主要由执行轴、安装在其上的传动件( (齿轮、皮带轮等齿轮、皮带轮等) )、密封件、轴承、轴承间

14、隙调整及固定元件密封件、轴承、轴承间隙调整及固定元件( (螺母螺母) )等组成，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。设计轴本身。 11 图图3.9 3.9 主轴前端构造主轴前端构造 1 1螺钉螺钉 2 2环形锁紧环形锁紧盘盘 3 3主轴前端主轴前端 4 4拨盘或拨盘或卡盘卡盘 5 5 螺母螺母 6 6 双头螺双头螺栓栓 例例3.6 CA61403.6 CA6140普通车床主轴组件普通车床主轴组件12采用锥采用锥面配合面配合阻尼套阻尼套构造构造向心球轴承向心球轴承推力球轴承推力球轴承斜齿轮斜齿轮滑移齿轮滑移齿轮例：万能

15、外圆磨床砂轮架主轴构造例：万能外圆磨床砂轮架主轴构造具有高的回转精度、刚度、抗振性及耐磨性要求具有高的回转精度、刚度、抗振性及耐磨性要求 13 例：万能外圆磨床砂轮架主轴构造例：万能外圆磨床砂轮架主轴构造 砂轮架主轴的径向支承是砂轮架主轴的径向支承是“短三瓦式的滑动轴承。每一滑动轴承由短三瓦式的滑动轴承。每一滑动轴承由三块扇形轴瓦组成。每块轴瓦三块扇形轴瓦组成。每块轴瓦1 1都支承在球面支承螺钉的球面上。调理球都支承在球面支承螺钉的球面上。调理球面支承螺钉面支承螺钉1010即可调整轴承的间隙。螺钉即可调整轴承的间隙。螺钉1111是锁紧螺钉。短三瓦轴承是是锁紧螺钉。短三瓦轴承是液体动压滑动轴承。

16、液体动压滑动轴承。 14二、导轨设计简介二、导轨设计简介1 1、导轨的功用、导轨的功用 导向和承载。导向和承载。2 2、导轨的分类、导轨的分类 (a) (a)按运动轨迹分按运动轨迹分: :直线和圆周运动；直线和圆周运动； (b) (b)按任务时的摩擦性质分为按任务时的摩擦性质分为: :滑动导轨和滚动导轨；滑动导轨和滚动导轨； 滑动导轨中又有滑动导轨中又有: :普通滑动、液体动压、普通滑动、液体动压、 液体静压和卸荷导轨等；液体静压和卸荷导轨等； 滚动导轨按滚动体分为滚动导轨按滚动体分为: :滚珠、滚柱和滚针导滚珠、滚柱和滚针导轨；轨； (c) (c)按受力情况可分为按受力情况可分为: :开式和

17、闭式导轨。开式和闭式导轨。15 开式导轨开式导轨 闭式导轨闭式导轨 导轨在部件自重和外载作用下，导轨在部件自重和外载作用下，导轨面导轨面c c和和d d在导轨全长上一直在导轨全长上一直贴合着贴合着 当动导轨遭到较大的倾覆力矩当动导轨遭到较大的倾覆力矩M M时，其自重不能使导轨面时，其自重不能使导轨面e e和和f f一直贴合，所以，必需添加一直贴合，所以，必需添加压板压板1 1和和2 2，以构成辅助导轨面，以构成辅助导轨面g g和和h h。 163 3、导轨的根本要求：、导轨的根本要求：(a)(a)导向精度是指动导轨沿支承导轨运动的准确度，即直线运动导导向精度是指动导轨沿支承导轨运动的准确度，即

18、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，且需求在长期互位置的准确性。导轨应具有足够高的导向精度，且需求在长期任务后仍坚持原有的很高的导向精度任务后仍坚持原有的很高的导向精度精度坚持性。影响导轨精度坚持性。影响导轨导向精度的主要要素是导轨的几何精度和接触精度。导向精度的主要要素是导轨的几何精度和接触精度。 (b)(b)支承刚度表示导轨受载后抵抗变形的才干。导轨变形主要是由支承刚度表示导轨受载后抵抗变形的才干。导轨变形主要是由导轨本身变形导轨本身变形( (接触变形、改动、弯曲变形接触变形、改动、弯曲变形) )和导轨支承件变形引和导轨支承件变形引起导轨变形组成的。起导轨变形组成的。(c)(c)高灵敏度指当动导轨作低速运