机械本体设计应用

机械本体设计应用第1页，课件共55页，创作于2023年2月第2页，课件共55页，创作于2023年2月第3页，课件共55页，创作于2023年2月第4页，课件共55页，创作于2023年2月第5页，课件共55页，创作于2023年2月第二章机电一体化系统的单元技术

图2-1四轴联动数控雕铣机装配图第6页，课件共55页，创作于2023年2月第一节精密机械技术

第7页，课件共55页，创作于2023年2月1机械传动机构

1.1

丝杠螺母机构

第8页，课件共55页，创作于2023年2月1机械传动机构

1.2齿轮传动机构

第9页，课件共55页，创作于2023年2月1机械传动机构

1.3挠性传动机构

第10页，课件共55页，创作于2023年2月1机械传动机构

1.3间歇传动机构

第11页，课件共55页，创作于2023年2月2机械导向机构

第12页，课件共55页，创作于2023年2月2机械导向机构

第13页，课件共55页，创作于2023年2月2机械导向机构

第14页，课件共55页，创作于2023年2月3机械执行机构

第15页，课件共55页，创作于2023年2月3机械执行机构

第16页，课件共55页，创作于2023年2月3机械执行机构

第17页，课件共55页，创作于2023年2月4轴系

第18页，课件共55页，创作于2023年2月5机座或机架

第19页，课件共55页，创作于2023年2月阶段步骤方法主要指导理论产品规划设计方法预测技术设计方法学技术预测理论市场学信息学机械产品设计一般进程信息集约可行性报告、设计要求项目表产品设计任务预测调研可行性分析明确任务要求第20页，课件共55页，创作于2023年2月阶段步骤方法主要指导理论原理方案设计系统化设计法创造技法评价决策方法系统工程学形态学创造学思维心理学决策论模糊数学总功能分析原理参数表、方案原理图功能分解功能载体组合功能原理方案(多个)功能元求解原理试验评价决策最优原理方案第21页，课件共55页，创作于2023年2月阶段步骤方法主要指导理论技术设计价值设计优化设计可靠性设计宜人性设计产品造型设计系列化设计机械性能设计工艺性设计自动化设计价值工程学最优化方法、工程遗传算法可靠性理论与实验人机工程学工业美学模块化设计、相似理论有限元法、动态设计、摩擦学设计、高等机构学机械设计的工艺基础控制理论、智能工程、人工神经元计算方法、专家系统结构方案(多个)结构价值分析试验模型试验总体设计结构设计造型设计造型价值分析外观方案(多个)评价决策评价决策最优结构方案最优造型方案最优技术设计方案总体布置图、装配草图、技术文件总体效果图、外观效果模型第22页，课件共55页，创作于2023年2月阶段步骤方法主要指导理论工艺设计各种制造、装配、造型、装饰、检验等方法各种工艺学批量生产计算机辅助制造销售反馈控制法零件工作图外观件加工工艺、面饰工艺规程部件装配图效果图、检验标准技术文件造型工艺文件试制修改批量生产技术服务用户访问第23页，课件共55页，创作于2023年2月

二、机械总体方案设计的目的和内容

目的产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决于总体方案设计的构思和方案拟定时的设计思想。

内容

执行系统的方案设计执行系统方案评价与决策执行系统协调设计执行机构型式设计运动规律设计系统功能原理设计机构尺度设计运动和动力分析第24页，课件共55页，创作于2023年2月原动机类型的选择和传动系统的方案设计各级传动比的分配传动链中机构顺序的安排传动路线选择传动类型选择控制系统的方案设计其它辅助系统的设计照明系统设计安全保障系统设计故障检测系统设计冷却系统设计润滑系统设计第25页，课件共55页，创作于2023年2月第二节机械执行系统运动方案设计

重要性执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械系统预期工作任务。机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核心，是整个机械设计工作的基础。机械执行系统的组成

由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，决定了整个执行系统的结构方案。

第26页，课件共55页，创作于2023年2月

一、机械执行系统运动方案设计的主要内容和过程

功能原理设计根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械所要实现的工艺动作运动规律设计通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解，决定采用何种运动规律来实现工作原理执行机构型式设计决定选择何种机构实现给定的运动规律执行系统协调设计执行机构型式设计根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调配合，设计出机械运动循环图确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图运动和动力分析检验执行系统是否满足运动要求和动力性能方面的要求方案评价与决策对方案进行定性评价和定量评价并从中选出最佳设计方案第27页，课件共55页，创作于2023年2月

二、执行系统的功能原理设计

1.功能原理的选择与构思产品的功能产品的用途、性能、使用价值等，根据人们生产或生活需要提出。确定功能指标的考虑因素先进性可行性经济性功能原理设计的重要性决定产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构型式、制造成本等。第28页，课件共55页，创作于2023年2月

功能原理设计的多方案性

工作原理不同，运动方案也不同齿轮加工剃齿范成原理仿形原理

工作原理相同，运动方案不同齿轮加工插齿滚齿第29页，课件共55页，创作于2023年2月

三、执行系统的运动规律设计

1.工艺动作分解和运动方案选择刀具作复合运动刀具与工作台分别运动

运动规律设计通常是对工艺方法和工艺动作进行分析，把其分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，所形成的运动方案也不同。立式钻床工艺动作分解第30页，课件共55页，创作于2023年2月直线运动曲线运动复合运动往复摆动执行构件运动形式回转运动每分钟转数rpm由两个以上单一运动合成间歇转动停歇往复直线运动停歇单向直线运动沿可变曲线运动连续转动沿固定曲线运动往复直线运动每分钟转位次数、转角大小、运动系数每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变化系数每分钟行程数、大小、行程速度变化系数每次进给量的大小每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度第31页，课件共55页，创作于2023年2月

四、执行机构的型式设计

1.

设计原则●满足执行构件的工艺动作和运动要求●尽量简化和缩短运动链●尽量减小机构尺寸●选择合适的运动副形式

●考虑动力源的形式●使执行系统具有良好的传力和动力特性●使机械具有调节某些运动参数的能力●保证机械的安全运转第32页，课件共55页，创作于2023年2月

2.

机构的选型

目的选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机构。⑴传递连续转动的机构啮合传动机构

连杆机构传递连续转动机构摩擦传动机构

摩擦轮传动

蜗杆传动

链传动

齿轮传动

平行四边形机构

双曲柄机构

带传动

第33页，课件共55页，创作于2023年2月⑵实现单向间歇转动的机构棘轮机构

齿轮--连杆机构

单向间歇转动机构槽轮机构

不完全齿轮机构

凸轮式间歇运动机构

适用于转角固定的转位运动

每次转角小，或转角大小可调的低速场合大转角而速度不高的场合运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、高精度定位、高速场合特殊要求的输送机构第34页，课件共55页，创作于2023年2月

⑶实现往复移动往复摆动运动的机构凸轮机构

组合机构

往复运动机构连杆机构

螺旋机构

齿轮齿条机构

液压缸、气缸

正弦机构

正切机构多杆机构

曲柄滑块机构

连杆机构特点制造容易、承载能力大，但难以实现精确运动，适用于无严格运动规律的场合。凸轮机构特点能实现任意复杂的运动和各构件之间的运动协调，承载能力不大。第35页，课件共55页，创作于2023年2月螺旋机构特点可获得大的减速比和较高的运动精度，常用作低速进给和精密微调机构。

齿轮齿条机构特点适用于移动速度较高的场合，精密齿条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。

凸轮机构

连杆机构

⑶实现往复移动往复摆动运动的机构组合机构

往复运动机构螺旋机构

齿轮齿条机构

液压缸、气缸

正弦机构

正切机构多杆机构

曲柄滑块机构

第36页，课件共55页，创作于2023年2月⑷再现轨迹的机构齿轮—连杆组合机构联动凸轮机构

再现轨迹机构连杆机构

凸轮—连杆组合机构

一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之外，其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。

第37页，课件共55页，创作于2023年2月齿轮—连杆组合机构搅拌机构CBADE第38页，课件共55页，创作于2023年2月联动凸轮机构凸轮—连杆组合机构第39页，课件共55页，创作于2023年2月

五、执行系统的协调设计⑴执行系统协调设计原则●满足各执行机构动作先后的顺序性要求●满足各执行机构动作在时间上的同步性要求●满足各执行机构在空间布置上的协调性要求●满足各执行机构在操作上的协同性要求●各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率●各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高第40页，课件共55页，创作于2023年2月

⑵执行系统协调设计方法●确定机械的工作循环周期●确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及其所需时间●确定各执行构件动作间的配合关系

⑶机械运动循环图用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互协调配合的图。通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其它执行构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。第41页，课件共55页，创作于2023年2月

六、方案评价与决策

评价指标●系统功能

实现运动规律或运动轨迹、实现工艺动作的准确性●运动性能

运转速度、行程可调性、运动精度等●动力性能

承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音等●工作性能

效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、可靠性适用范围等●经济性

加工难易、能耗大小、制造成本等●结构紧凑性

尺寸、重量、结构复杂性等第42页，课件共55页，创作于2023年2月

一、机械传动系统方案设计

1.设计过程⑴确定传动系统总传动比⑵选择传动类型⑶拟定传动链布置方案⑷分配传动比⑸确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数⑹绘制传动系统运动简图第三节机械传动系统方案设计

和原动机选择

第43页，课件共55页，创作于2023年2月2.传动类型选择类型与特点挠性(件)传动

摩擦轮传动

绳传动

圆形齿轮传动

挠性啮合传动

带传动

啮合传动

机械传动摩擦传动单级齿轮传动

齿轮系传动

同步齿形带传动

螺旋齿轮传动

蜗杆蜗轮传动

圆锥齿轮传动

圆柱齿轮传动

定轴轮系传动

周转轮系传动

链传动

非圆齿轮传动

行星轮系传动

差动轮系传动

第44页，课件共55页，创作于2023年2月

选择原则

●执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配●考虑工作要求传递的功率和运转速度●有利于提高传递效率●尽可能结构简单的单级传动装置

●考虑结构布置

●考虑经济性●考虑机械安全运转条件第45页，课件共55页，创作于2023年2月

传动比的合理分配传动机构种类平带V带摩擦轮齿轮蜗杆链圆周速度ms52553015251512015351540减速比58157104880610最大功率kW2007501200150250500005503750第46页，课件共55页，创作于2023年2月常用原动机的类型及主要特点

原动机类型主要特点三相异步电动机

结构简单、价格便宜、体积小、运行可靠、维护方便、坚固耐用；能保持恒速运行及经受较频繁的启动、反转及制动；但启动转矩小，调速困难。一般机械系统中应用最多。

同步电动机

能在功率因子cos1的状态下运行，不从电网吸收无功功率，运行可靠，保持恒速运行；但结构较异步电动机复杂，造价较高，转速不能调节。适用于大功率离心式水泵和通风机等。

直流电动机

能在恒功率下进行调速，调速性能好，调速范围宽，启动转矩大；但结构较复杂、维护工作量较大、价格较高；机械特性较软、需直流电源。

二、原动机的选择第47页，课件共55页，创作于2023年2月常用原动机的类型及主要特点

原动机类型主要特点控制电动机能精密控制系统位置和角度、体积小、重量轻；具有宽广而平滑的调速范围和快速响应能力，其理想的机械特性和调速特性均为直线。广泛用于工业控制、军事、航空航天等领域。

内燃机

功率范围宽、操作简便、启动迅速；但对燃油要求高、排气污染环境、噪声大、结构复杂。多用于工程机械、农业机械、船舶、车辆等。

液压马达

可获得很大的动力和转矩，运动速度和输出动力、转矩调整控制方便，易实现复杂工艺过程的动作要求；但需要有高压油的供给系统，油温变化较大时，影响工作稳定性；密封不良时，污染工作环境；液压系统制造装配要求高。气动马达

工作介质为空气，易远距离输送、无污染，能适应恶劣环境、动作速度快；但工作稳定性较差，噪声大；输出转矩不大，传动时速度较难控制。适用于小型轻载的工作机械。第48页，课件共55页，创作于2023年2月一般的钻床多采用第一种方案，但本例是三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。

多头专用钻床机械传动系统设计

设计任务设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。3020382020502010⑴运动方案选择

工艺动作钻头一边旋转，同时相对于工件作移动三种运动方案●钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止●钻头旋转，工作台带动工件进给●工作台旋转，钻头作轴向进给第49页，课件共55页，创作于2023年2月送料机构采取从料仓推送工件的方式⑵执行系统运动规律设计工作台送料杆料仓

三个执行构件钻头、工作台、送料杆

工艺过程●送料杆往右推出零件，并顶出加工好的零件●夹具将工件定位并夹紧●送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头●工作台慢速工进；●钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环第50页，课件共55页，创作于2023年2月

钻头的转速

nc1000v(d)

d钻头直径，d8mm

v

切削速度，查手册45钢，可选v12.5mmin

nc500rpm

工作台为往复运动钻孔工艺要求●工作台带动工件快速上移接近钻头●工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，故进给速度应减小●钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环第51页，课件共55页，创作于2023年2月

工作台一个工作循环总时间

T1

t1

t2

t3

t4

t5

24.6s

工作台每分钟工作循环数

n1

60T1

2.44

送料杆的运动为往复直动，运动循环时间与工作台相同

Ts

24.6s

工作台的行程Hf

h0

h1

h2h1

—单孔钻削深度，取h1

13mmh2

—三孔同时钻削深度，取h2

13mm

送料杆的行程取工件的两倍Hs

100mm