机械设计第十三讲

1、第8章机构系统运动方案设计8-1 8-1 发展趋势发展趋势v制造科学是多学科交叉的学科制造科学是多学科交叉的学科制造技艺制造技术制造科学；制造活动的社会性、制造系统的开放性制造科学综合性；制造科学不可能在孤立、封闭的状态下发展，必然走兼采百家之长、交叉融合的道路；现代物理、数学、化学、生命、信息、材料、管理和系统等科学的发展，为制造科学不断提供新的推动力，也不断丰富着现代制造学科的内涵和外延。制造业是国家的战略性产业制造业是国家的战略性产业高度发达的制造业，是实现工业化的必备高度发达的制造业，是实现工业化的必备条件条件高度发达的制造业，是衡量国家国际竞争高度发达的制造业，是衡量国家国际竞争力的

2、重要标志力的重要标志高度发达的制造业，是决定国家在经济全高度发达的制造业，是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键因素球化进程中国际分工地位的关键因素v许多高技术我国尚未掌握，许多重大装备我国不能自主制造，缺乏自主创新能力是制造大国，不是制造强国是制造大国，不是制造强国发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500500强强关键装备大多依赖进口关键装备大多依赖进口光电子制造设备的光电子制造设备的100%100%ICIC制造装备的制造装备的85%85%高档数控机床

3、的高档数控机床的70% 70% 发发 展展 趋趋 势势 “数”是发展的核心 “精”是发展的关键“极”是发展的焦点 “自”是发展的条件 “网”是发展的道路 “集”是发展的方法 “智”是发展的前景 “绿”是发展的必然 创新就是通过引入新概念、新思想、新创新就是通过引入新概念、新思想、新方法、新技术等或对已有产品的革新来创方法、新技术等或对已有产品的革新来创造具有相当社会价值的事物或形式。造具有相当社会价值的事物或形式。习比学重要习比学重要做比说可靠做比说可靠创新概念创新概念8-2 8-2 执行机构运动规律设计执行机构运动规律设计一、功能原理与工艺动作设计之间的关系一、功能原理与工艺动作设计之间的关

4、系1、实现同一使用要求或工艺要求，可能采用不同的、实现同一使用要求或工艺要求，可能采用不同的功能原理。功能原理。 例：举升，可采用三种不同的功能原理。例：举升，可采用三种不同的功能原理。 机械机械,电磁吸附电磁吸附,水浮力水浮力 机械（机械（ 连杆、凸轮、螺旋）连杆、凸轮、螺旋）举升举升1)采用往复移动的工艺动作改变容积；采用往复移动的工艺动作改变容积；例：取水，可采用不同的功能原理。例：取水，可采用不同的功能原理。2) 采用往复摆动的工艺动作改变容积；采用往复摆动的工艺动作改变容积；3)采用旋转工艺动作改变容积；采用旋转工艺动作改变容积；2、采用不同的功能原理，必然导致采用不同、采用不同的功

5、能原理，必然导致采用不同的工艺动作的工艺动作 a）采用改变水的动能的功能原理）采用改变水的动能的功能原理叶片高速旋转叶片高速旋转 b）采用改变容体容积）采用改变容体容积往复移动（往复泵）；往复移动（往复泵）； 往复摆动（摆动泵）；旋转运动（旋转泵）；往复摆动（摆动泵）；旋转运动（旋转泵）；二、工艺动作设计与运动方案设计的关系工艺动作设计与运动方案设计的关系 1、工艺动作设计得不相同工艺动作设计得不相同，设计出的机构运动方设计出的机构运动方案也就不相同案也就不相同； 例：洗衣机例：洗衣机洗衣机洗衣机第一台电动洗衣机单缸单洗洗衣机全自动滚筒洗衣机二、工艺动作设计与运动方案设计的关系工艺动作设计与运

6、动方案设计的关系2、不同的机构可能实现同一工艺动作不同的机构可能实现同一工艺动作，满足同样的使满足同样的使用要求用要求； 3、为获得好的运动方案为获得好的运动方案，就应当拟定评价体系就应当拟定评价体系，并据此体系并据此体系进行综合评价才能作出决策进行综合评价才能作出决策。vend 采用相同的功能原理，也可能采用不同采用相同的功能原理，也可能采用不同的工艺动作。的工艺动作。 并联机床并联机床并联机床 对于比较复杂的使用要求和工艺要求对于比较复杂的使用要求和工艺要求，往往需要往往需要多个功能原理组合成一个总的功能原理来满足多个功能原理组合成一个总的功能原理来满足。（如自动机如自动机：工艺要求复杂工

7、艺要求复杂）印刷机工艺过程设计工艺过程设计根据已拟定的功能原理及工艺动作进行工艺过根据已拟定的功能原理及工艺动作进行工艺过程设计。程设计。工艺过程设计的总要求：工艺过程设计的总要求： （1）工序集中原则）工序集中原则 （2）工序分散原则（工序能集中就尽量集中，）工序分散原则（工序能集中就尽量集中，集中有困难，就分散）集中有困难，就分散） （3）各工序的工艺时间相等原则）各工序的工艺时间相等原则 （4）多工件同时加工原则）多工件同时加工原则 （5）缩短工作周期原则（）缩短工作周期原则（时间重叠）时间重叠）v 8-3 执行机构运动规律设计执行机构运动规律设计1 1、根据使用要求和功能原理制定合理的

8、运动规律、根据使用要求和功能原理制定合理的运动规律1）应充分考虑使用要求和功能原理。）应充分考虑使用要求和功能原理。2）在满足使用要求的前提下，应尽可能设计出简单且易于实现）在满足使用要求的前提下，应尽可能设计出简单且易于实现的运动规律。的运动规律。3）必要时，应重新构思新的功能原理。）必要时，应重新构思新的功能原理。4）为使工艺过程自动化，原封不动的按传统工艺动作去设计自）为使工艺过程自动化，原封不动的按传统工艺动作去设计自动化机构系统，其效果往往是不好的。动化机构系统，其效果往往是不好的。2 2、把复杂的运动规律（工艺动作）进行分解、把复杂的运动规律（工艺动作）进行分解1 1）机构所能实现

9、的基本运动行式）机构所能实现的基本运动行式 单向转动单向转动 单向移动单向移动 往复摆动往复摆动 往复移动往复移动 间歇运动间歇运动 轨轨迹运动迹运动2 2）常见的运动分解合成情况）常见的运动分解合成情况（1）某些周期性运动（包括间歇运动机构与非匀速运动一般可）某些周期性运动（包括间歇运动机构与非匀速运动一般可分解为一个匀速运动与一个附加的往复运动，并且分别用比较分解为一个匀速运动与一个附加的往复运动，并且分别用比较简单的机构予以实现，然后合成之。简单的机构予以实现，然后合成之。123456abc 1 2（2） 不同特性的非匀速运动不同特性的非匀速运动合成往往可以实现比较复杂合成往往可以实现比

10、较复杂的运动。的运动。123456s （3）相同特性运动）相同特性运动合成往往可以得到增合成往往可以得到增加或减小输出位移量加或减小输出位移量的效果。的效果。12345baS（4）复杂的曲线运动往往可以分解成不同方向的）复杂的曲线运动往往可以分解成不同方向的简单移动或一个简单移动和转动。简单移动或一个简单移动和转动。1245xy3235x(a)(b)要使分解后的运动规律协调配合要使分解后的运动规律协调配合（1）简单情况可采用机构合成法）简单情况可采用机构合成法 将多个分解运动输入到具有多个自由度的机构中，合成为将多个分解运动输入到具有多个自由度的机构中，合成为一个复杂的运动。一个复杂的运动。

11、（2）可采用分配轴的方法使各分解运动协调配合）可采用分配轴的方法使各分解运动协调配合 （3）可采用电气控制或计算机数字控制的方法使各分解运动）可采用电气控制或计算机数字控制的方法使各分解运动协调配合。协调配合。8-4 8-4 执行机构运动协调设计执行机构运动协调设计一、一、执行构件的布置执行构件的布置特别要考虑到控制此执行构件运动的执行机构的特别要考虑到控制此执行构件运动的执行机构的安装是否方便安装是否方便 1）与执行构件的联接是否方便；）与执行构件的联接是否方便； 2）执行机构原动件布置的位置是否恰当；）执行机构原动件布置的位置是否恰当； 尽可能接近执行构件；尽可能接近执行构件； 使各执行机

12、构原动件尽可能集中布置在一根使各执行机构原动件尽可能集中布置在一根 轴或少数几根轴上；轴或少数几根轴上； 各原动件应保持等速或定速比。各原动件应保持等速或定速比。二、执行机构运动协调设计应满足的要求二、执行机构运动协调设计应满足的要求 保证各执行机构动作的顺序性；保证各执行机构动作的顺序性； 各执行构件的动作在时间上同步；各执行构件的动作在时间上同步； 保证空间的同步性；保证空间的同步性； 保证系统各执行构件对操作对象的操作具有单一性保证系统各执行构件对操作对象的操作具有单一性或协同性；或协同性； 执行构件的动作之间应保持时间上的间隔，以避免执行构件的动作之间应保持时间上的间隔，以避免动作衔接

13、处发生干涉；动作衔接处发生干涉；vend例：粉料压片机例：粉料压片机（4）协调安排图）协调安排图（2）执行构件：）执行构件：3、9、5。（3） 执行机构图执行机构图 凸轮连杆机构凸轮连杆机构、凸轮机构、凸轮机构、凸轮多杆机构、凸轮多杆机构、凸轮机构、凸轮机构113109105（1）执行构件完成的动作：）执行构件完成的动作：j 移动料斗移动料斗3至模具至模具11的型腔上方，并准备将粉料装入型腔；的型腔上方，并准备将粉料装入型腔；k 料斗振动，将粉料装入型腔；料斗振动，将粉料装入型腔；l 下冲头下冲头5下沉，以防止上冲头下沉，以防止上冲头9下压时将型腔内粉料抖出；下压时将型腔内粉料抖出；m 上冲头

14、下压，下冲头上压，将粉料加压并保压一定时间，使药上冲头下压，下冲头上压，将粉料加压并保压一定时间，使药片成型较好；片成型较好；n 上冲头快速退出，下冲头随之将压好的药片推出型腔，完成压上冲头快速退出，下冲头随之将压好的药片推出型腔，完成压片工艺过程片工艺过程 。113109105138957462611分分配配轴轴 1 2 3 4S1S2S3S48-5 机械运动循环图设计机械运动循环图设计一、机械运动循环图一、机械运动循环图 1、机械运动循环图、机械运动循环图 表达机械各执行机构（构件）在一个运动环中各动表达机械各执行机构（构件）在一个运动环中各动作的协调配合关系的简单明确图，称机械运动循环图

15、。作的协调配合关系的简单明确图，称机械运动循环图。2、机械运动循环图的类型、机械运动循环图的类型 1）直线式循环图（矩形循环图）直线式循环图（矩形循环图） 2） 圆形循环图（极坐标式）圆形循环图（极坐标式） 3）直角坐标式循环图）直角坐标式循环图1、设计要点、设计要点1) 完成系统的协调设计完成系统的协调设计; 2) 确定参照机构（构件）确定参照机构（构件）;3) 设计单一执行机械运动循环图设计单一执行机械运动循环图 ;4) 设计机械运动循环图设计机械运动循环图.二、机械运动循环图的设计二、机械运动循环图的设计三、执行机构运动协调设计的分析计算三、执行机构运动协调设计的分析计算1、各执行机构运

16、动循环时间同步化计算各执行机构运动循环时间同步化计算1） 确定最大工作循环周期确定最大工作循环周期Tmax；2） 确定机械最小工作循环周期确定机械最小工作循环周期Tmin；3） 确定合理的机构系统的工作循环周期确定合理的机构系统的工作循环周期T；4） 确定各机构分配轴的转速和工作行程的起始角。确定各机构分配轴的转速和工作行程的起始角。 2、各执行机构运动循环空间同步化计算各执行机构运动循环空间同步化计算 合理确定各执行机构的运动错位角，避免空间上的合理确定各执行机构的运动错位角，避免空间上的干涉。干涉。 冲压工艺的特点 冲压工艺 . 板料冲压 . 冷冲压. 冲压工艺：冲压工艺： 将各种不同规格

17、的板料或坯料，利用模具和设备对其施加作用力，使之产生变形或分离，获得具有一定形状、尺寸和性能的零件。冲冲 压压 工工 艺艺 图图冲压源自于金属手工艺品制作v在我国河北省怀来县北辛堡出土的战国早期（公元前475年221年）生产的红铜鎚胎薄铜缶（音否，小口大腹、盛酒器），v被学者认为是至今为止发现的世界上第一个冲压件。此缶壁厚仅有1mm左右，而且厚薄十分均匀。此器分为上下两部分，成形后，再使用冷咬接技术套接在一起，器身还有精细流利的针刻文。v这个薄铜缶，其制造年代之早，器皿之精美绝伦，技术复杂程度之高，都证明了我国古代劳动人民在冲压成形方面的勤劳智慧和领先地位。冲压 特特 点点 : 生产效率特别高

18、生产效率特别高 产品的质量稳定产品的质量稳定 节省能量和原材料节省能量和原材料 可以加工其它方法所不能制造或难于制造的复杂形状零件可以加工其它方法所不能制造或难于制造的复杂形状零件。v冲压技术v是以模具为中心，以产品为龙头，结合现代科学技术的应用，在巨大的产品市场的导引和推动下发展起来的一门先进制造技术。冲压成形工序的分类冲压成形工序的分类 各种冲压零件各种冲压零件冲压工序分为冲压工序分为: 分离工序分离工序 成形工序成形工序 分离工序分离工序 是在冲压过程中，使冲压件与板料在切应力或拉应力作用下，沿一定的轮廓线相互分离，其冲压件分离面质量应该满足一定的要求。 成成 形形 工工 序序 是在冲压

19、过程中，使毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，成为所要求的形状，同时，冲压件应该满足尺寸精度方面的要求。冲压成形工序分类示意图冲压成形工序分类示意图 落料落料 分离工序分离工序 冲裁冲裁 冲孔冲孔 切断切断 弯曲弯曲 切口切口 板料成形板料成形 成形工序成形工序 拉拉 深深 成成 形形 胀形胀形 翻边翻边 冲冲 压压 缩颈缩颈 扩口扩口 接合工序接合工序 压压 接接 造型接合造型接合 成型接合成型接合 体积成形体积成形 冷挤压冷挤压 冷冷 镦镦myh1213459101314151617181978Kba6112018126 卧式卧式多工多工位冷位冷墩机墩机1210911666141351415161）完成工序）完成工序：进料进料截料截料整形整形压角压角冲孔冷墩冲孔冷墩978齿齿 轮机构轮机构2）选型）选型（1）进料机构）进料机构机机构构系系统统曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构棘轮机构棘轮机