机构系统运动方案创新设计课件

4机构系统运动方案创新设计

根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现所需的功能要求。采用不同的工作原理设计出的机械，其性能、结构、工作品质、适用场合等都会有很大的差异，因此必须根据机械的具体工作要求，如强度、精度、寿命、效率、产量、成本、环保等诸多因素综合考虑确定。同时在满足要求的前提下尽可能多采用几个方案。

4.1功能原理设计

◆根据工艺要求进行工艺动作的分解及执行运动的确定。同一个工作原理，可以有多种工艺动作分解。◆不同的工艺动作分解，将会得到不同的设计结果。

1）动作及运动设计

功能分析擦黑板装置

2）执行机构型式设计

实现同一种运动，可以选择不同型式的机构。执行机构的型式设计，即选用何种机构来实现所需运动，这需要考虑机构的动力特性、机械效率、制造成本等因素。

机构选型的基本原则

1.原动机的运动形式机械运动方案拟定的优劣与机器能否满足预定功能要求、制造难易、成本高低、运动精度、寿命、可靠性以及动力性能等密切相关。机构的选型不仅与执行构件（即机构的输出构件）的运动形式有关，而且还与机构的输入构件（主动件）有关，而主动件或原动件的运动形式则与所选的原动机类型有关。常用的原动机的输出运动形式可分为：（1）连续运动：如各种异步电动机、滑差电机、直流电机、汽油机、柴油机、液压马达、气动马达等等。（2）往复移动：如活塞式汽缸和液压缸、直线电动机等。（3）往复摆动：如双向电动机、摆动式液压缸或汽缸等。（4）间歇运动：如步进电机等。机器中使用最广泛的是交流电动机，因此，一般输入构件的运动大多数为连续运动。2.机构选型的基本原则在进行机构选型和组合时，设计者必须熟悉各种基本机构和常用机构的功能、结构和特点，并且还应该遵循下列的基本原则：（1）满足工艺动作和运动要求。选择机构首先应满足执行构件的工艺动作和运动要求。通常高副机构比较容易实现所要求的运动规律和轨迹，但是高副的曲面加工制造比较麻烦，而且高副元素容易因磨损而造成运动失真。低副机构虽然往往只能近似实现所要求的运动规律或轨迹，尤其当构件数目较多时，累计误差较大，设计也比较困难，但低副元素（圆柱面或平面）易于加工且容易达到加工精度要求。因此从全面考虑，优先采用低副机构。例：JA型家用缝纫机的挑线机构采用摆动从动件圆柱凸轮机构如图2—1（a）所示，虽然其挑线孔的轨迹比较容易满足使用要求，但是凸轮廓线加工比较复杂，而且容易磨损。JB型家用缝纫机的挑线机构则采用连杆机构如图所示。虽然其挑线孔的运动轨迹只能近似实现，但借助计算机进行优化设计，可控制误差在允许范围内，从而使挑线孔轨迹满足使用要求。由于连杆机构是低副机构，加工方便且耐磨损，所以现在家用缝纫机和工业缝纫机都选用连杆机构作为挑线机构。（2））结构构最简简单，，传动动链最最短在满足足使用用要求求的前前提下下，机机构的的结构构应尽尽可能能简单单，构构件的的数目目要少少，运运动副副数目目也要要少。。这样不不仅可可以减减少制制造和和装配配的困困难，，减轻轻重量量，降降低成成本，，而且且还可可以减减少机机构的的累计计运动动误差差，提提高机机器的的效率率和工工作可可靠性性。例：为为了实实现将将回转转运动动变换换为一一种按按一定定运动动规律律进行行的往往复直直线运运动，，而且从从动件件的行行程不不要太太大，，可采采用图示的的结构构。也可采采用图图示的的结构构。（3））原动动机的的选择择有利利于简简化结结构和和改善善运动动质量量目前机机器的的原动动机多多采用用电动动机，，也有有采用用液压压缸或或气缸缸。在有液液、气气压动动力源源时尽尽量采采用液液压缸缸或气气缸，，这样样有利利于简简化传传动链链和改改善运运动质质量，，而且且具有有减振振、易易于减减速、、操作作方便便等优优点，，特别对对于具具有多多执行行构件件的工工程机机械、、自动动机，，其优优越性性就更更突出出。例如两两种摆摆杆机机构的的方案案，显然，，如图图所示示的摆摆动气气缸方方案，，其结结构十十分简简单，，但摆摆动气气缸在在传动动时速速度较较难控控制。。若采采用摆摆动电电动机机直接接驱动动摆杆杆，结结构更更简单单，速速度比比较容容易控控制；；而如图图（b）所所示的的方案案，因因为电电动机机一般般转速速较高高，它它必须须通过过减速速机才才能使使摆杆杆的摆摆动速速度满满足要要求，，故其其结构构比图图（a）复复杂得得多。。（4））机构构有尽尽可能能好的的动力力性能能这一原原则对对于高高速机机械或或者载载荷变变化很很大的的机构构尤应应注意意。对于高高速机机械，，机构构选型型要尽尽量考考虑其其对称称性，，对机机构或或回转转构件件进行行平衡衡使其其质量量合理理分布布，以以求惯惯性力力的平平衡和和减小小动载载荷。。对于传传力大大的机机构要要尽量量增大大机构构的传传动角角或减减小压压力角角，以以防止止机构构自锁锁，增增大机机器的的传力力效益益，减减小原原动机机的功功率及及其损损耗。。（5））加工工制造造方便便，经经济成成本低低降低生生产成成本，，提高高经济济效益益是使使产品品有足足够的的市场场竞争争里的的有里里保证证。在具体体实施施时，，应尽尽可能能选用用低副副机构构，并并且最最好选选用以以转动动副为为主构构成的的低副副机构构，因为转转动副副元素素比移移动副副元素素更容容易加加工，，也跟跟容易易达到到精度度要求求。此外，，在保保证使使用条条件的的前提提下，，尽可能能选用用结构构简单单的机机构；；尽可能能选用用标准准化、、系列列化、、通用用化的的元器器件，，以达达到最最大限限度低低降低低生产产成本本，提提高经经济效效益的的目的的。（6））机器器操纵纵方便便、调调整容容易、、安全全耐用用在拟定定机械械运动动方案案时，，应适适当选选一些些开、、停、、离合合、正正反转转、刹刹车、、手动动等装装置，，可使使操作作方便便，调调整容容易。。为了预预防机机器因因载荷荷突变变造成成损坏坏，可可选用用过载载保护护装置置。（7））具有有较高高的生生产效效率和和机械械效率率选用机机构必必须考考虑到到其生生产效效率和和机械械效率率，这这也是是节能能源提提高机机关年年纪效效益的的只要要手段段之一一。在选用用机构构时，，应尽尽量减减少中中间环环节，，即传传动链链要短短，并并且尽尽量少少采用用移动动副，，因为为这类类运动动副容容易发发生楔楔紧或或自锁锁现象象。此外，，执行行机构构的选选择要要考虑虑到与与原动动机的的运动动方式式、功功率、、转矩矩及其其载荷荷特性性能够够相互互匹配配协调调。另外，，所选选机构构的传传力特特性要要好，，机械械效率率较高高。例如低低效率率的蜗蜗杆机机构应应该少少用；；行星星轮传传动中中优先先采用用负号号机构构，因因为通通常负负号机机构比比正号号机构构效率率高；；增速机机构一一般效效率较较低，，也应应该尽尽量避避免采采用。。当所选选择的的机构构型式式不能能完全全实现现预期期要求求，或或虽能能实现现功能能要求求但存存在着着或结结构较较复杂杂、或或运动动精度度不当当和动动力性性能欠欠佳，，可在在常用用机构构中选选择一一种功功能和和原理理与工工作要要求相相近的的机构构，在在此基基础上上重新新构筑筑机构构的型型式。。4.2机构构设计计⑴组组合法法串联组组合前一级级子机机构的的输出出构件件，作作为后后一级级子机机构的的输入入构件件，依依次串串联的的组合合方式式。输入输出子机构II子机构I后一级级子机机构的的主动动件为为前一一级子子机构构的一一个连连架杆杆。后一级级机构构的子子主动动件为为在前前一级级子机机构的的连杆杆。III512341123A54DCBFEM并联组组合几个子子机构构共用用同一一个输输入构构件，，而它它们的的输出出运动动又同同时输输入给给一个个多自自由度度的子子机构构，从从而形形成一一个自自由度度为1的机构构系统统的组组合方方式。。子机构n1子机构III子机构I子机构II子机构n输入输出直线电机襟翼直线电机某型飞机的襟翼操纵机构大型船舶主传动机构复合式式组合合由一个个或几几个串串联的的基本本机构构去封封闭一一个具具有两两个或或多个个自由由度的的基本本机构构的组组合方方式5杆机构输入输出凸轮机构1、机机构的的倒置置：机构内内运动动构件件与机机架的的转换换。AB14lR235OPSO1AB12⑵变变异法法改变构构件结结构形形状将摆动动导杆杆机构构中的的直线线导槽槽改为为圆弧弧导槽槽，可可获得得较长长时间间的停停歇。要使分分解后后的运运动规规律协协调配配合（1））简单单情况况可采采用机机构合合成法法将多个个分解解运动动输入入到具具有多多个自自由度度的机机构中中，合合成为为一个个复杂杂的运运动。。（2））可采采用分分配轴轴的方方法使使各分分解运运动协协调配配合（3））可采采用电电气控控制或或计算算机数数字控控制的的方法法使各各分解解运动动协调调配合合。执行机机构运运动协协调设设计一、执行构构件的的布置置特别要要考虑虑到控控制此此执行行构件件运动动的执执行机机构的的安装是是否方方便1）与与执行行构件件的联联接是是否方方便；；2）执执行机机构原原动件件布置置的位位置是是否恰恰当；；尽可能能接近近执行行构件件；使各执执行机机构原原动件件尽可可能集集中布布置在在一根根轴或少少数几几根轴轴上；；各原动动件应应保持持等速速或定定速比比。二、执执行机机构运运动协协调设设计应应满足足的要要求保证各各执行行机构构动作作的顺顺序性性；各执行行构件件的动动作在在时间间上同同步；；保证空空间的的同步步性；；保证系系统各各执行行构件件对操操作对对象的的操作作具有有单一一性或或协同同性；；执行构构件的的动作作之间间应保保持时时间上上的间间隔，，以避避免动动作衔衔接处处发生生干涉涉；机械运运动循循环图图设计计一、机械运运动循循环图图1、机机械运运动循循环图图表达机机械各各执行行机构构（构构件））在一一个运运动环环中各各动作作的协协调配配合关关系的的简单单明确确图，，称机机械运运动循循环图图。2、机机械运运动循循环图图的类类型1）直直线式式循环环图（（矩形形循环环图））2）圆形循循环图图（极极坐标标式））3）直角坐坐标式式循环环图1、设设计要要点完成系系统的的协调调设计计;确定参参照机机构（（构件件）;3)设设计单单一执执行机机械运运动循循环图图;4)设设计机机械运运动循循环图图.二、机机械运运动循循环图图的设设计例：粉粉料压压片机机113109105138957462ⅠⅡⅢⅣ611113109105（1））执行行构件件完成成的动动作：：移动料料斗3至模模具11的的型