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1、第十三章 機(jī)械運動方案及創(chuàng)新設(shè)計,13-1 機(jī)械設(shè)計過程 1. 機(jī)械總體方案設(shè)計 2. 機(jī)械的運動設(shè)計 3. 機(jī)械的動力設(shè)計 4. 機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計,一、機(jī)構(gòu)選型,選型分為選出與選定。 1. 選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型 a. 首先應(yīng)滿足執(zhí)行構(gòu)件運動形式要求，另外還應(yīng)保證機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，便于制造與安裝； b. 具有足夠的強(qiáng)度和工作壽命，工作安全可靠； c. 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的動作與運動便于協(xié)調(diào)配合等。 首先根據(jù)已知的設(shè)計要求，按執(zhí)行構(gòu)件的運動形式及運動功能要求，先在基本機(jī)構(gòu)中進(jìn)行類比選擇，當(dāng)基本機(jī)構(gòu)不能滿足運動或動力要求時，才考慮對基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合、變異等方法形成新的機(jī)構(gòu)，或
2、選用組合機(jī)構(gòu)。有時很難找到滿足工作要求的現(xiàn)有機(jī)構(gòu)，這時要求改變機(jī)械的工作原理和工藝動作，或創(chuàng)造新型機(jī)構(gòu)。,13-2機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計,二、機(jī)構(gòu)選型時應(yīng)注意原則,1） 按已擬定的工作原理進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型時，應(yīng)盡量滿足或接近運動形式要求； 2） 機(jī)構(gòu)選型時應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單、尺寸適度、在整體布置上占的空間小，達(dá)到布局緊湊； 3） 機(jī)構(gòu)選型時要注意選擇那些加工制造簡單、容易保證較高的配合精度的機(jī)構(gòu)； 4） 機(jī)構(gòu)選型時要保證在高速運轉(zhuǎn)時有良好的動力特性； 5） 機(jī)構(gòu)選型時應(yīng)考慮機(jī)械效率等問題； 6） 機(jī)構(gòu)選型時還要考慮動力源的形式。,三、機(jī)構(gòu)組合,機(jī)構(gòu)組合是指機(jī)構(gòu)選型的基礎(chǔ)上，根據(jù)使用要求或工藝
3、動作要求，將幾個基本機(jī)構(gòu)按一定的原則或規(guī)律組合成一個復(fù)雜的、新的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。 在以下幾個方面常常需機(jī)構(gòu)組合： 1）機(jī)構(gòu)的工藝動作較復(fù)雜 若采用簡單的、單一的基本機(jī)構(gòu)無法實現(xiàn)復(fù)雜的工藝動作，這種情況下減小機(jī)構(gòu)組合常采用并聯(lián)式、復(fù)合式或疊加式的組合方式，組合時應(yīng)注意各個子工藝動作協(xié)調(diào)配合問題。 2） 所選擇的機(jī)構(gòu)其運動和動力特性不好，但又無更好的機(jī)構(gòu)可選 這種情況下常用串聯(lián)組合方式來改善機(jī)構(gòu)的性能，如增程、增力，實現(xiàn)各種特殊運動要求等。 3）由于不具備某種動力源，或受其它條件的限制，只有進(jìn)行機(jī)構(gòu)組合才能實現(xiàn)所要求的工藝動作。,機(jī)構(gòu)的組合方式可劃分為以下四種：串聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合，并聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合
4、，復(fù)合式機(jī)構(gòu)組合，疊加式機(jī)構(gòu)組合。,串聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合是指若干個單自由度的基本機(jī)構(gòu)順序連接，每個前置機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件作為后一機(jī)構(gòu)的輸入件。,1. 串聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合,2. 并聯(lián)式組合機(jī)構(gòu), 一種是并聯(lián)時幾個機(jī)構(gòu)類型相同、尺寸相同、且對稱布置。 另一種是并聯(lián)的幾個機(jī)構(gòu)類型、尺寸不一定相同，也不是對稱布置，但須滿足一定時序要求，軌跡配合要求，運動形式配合要求，位置要求等。,并聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合是指又兩個或多個基本機(jī)構(gòu)并列布置的組合形式。,3. 復(fù)合式機(jī)構(gòu)組合, 如差動齒輪機(jī)構(gòu)，五連桿機(jī)構(gòu)，或引入空間運動副的可見運動機(jī)構(gòu)； 如單自由度的連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)等。,一個兩（多）自由度作為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)A，一
5、個（幾個）單自由度基本機(jī)構(gòu)B（這里指附加機(jī)構(gòu)）的輸出構(gòu)件接入基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的并聯(lián)組合形式稱為復(fù)合式機(jī)構(gòu)組合。,四、疊加式機(jī)構(gòu)組合,將一個機(jī)構(gòu)安裝在另一個機(jī)構(gòu)的某個運動構(gòu)件上的組合形式稱為疊加式機(jī)構(gòu)組合，其輸出運動是若干個機(jī)構(gòu)輸出運動的合成。, 各機(jī)構(gòu)的運動關(guān)系是相互獨立的，如各種機(jī)械手； 另一種則是各機(jī)構(gòu)之間的運動有一定的影響，相互關(guān)聯(lián)，如搖頭電扇的傳動機(jī)構(gòu)。 疊加式機(jī)構(gòu)組合的主要功能是實現(xiàn)特定的輸出，完成復(fù)雜的工藝動作。在此基礎(chǔ)上可以繼續(xù)疊加等一系列機(jī)構(gòu)。,1. 運動獨立式,2. 運動相關(guān)式,13-3 機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計,一、設(shè)計任務(wù) 對象 設(shè)計一個以加工平面為主的金屬切削機(jī)床的機(jī)械傳
6、動系統(tǒng)。 該機(jī)床的使用場合及應(yīng)滿足的精度如下： 該機(jī)器主要用于單件小批量生產(chǎn)場合，希望造價較低，工作可靠，使用和維修較簡單； 機(jī)器具有一般的工作精度： 加工表面的平面度：89級精度 加工表面的垂直度：89級精度,二、機(jī)器工作原理的確定,選定機(jī)器工作原理的一般原則 不僅是一般性地滿足工作要求，必須從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)出發(fā)，作細(xì)致的、科學(xué)的綜合分析與對比。 2. 機(jī)器工作原理的選定 加工工藝的選擇 用于金屬材料表面加工的工藝方法很多：鑄造、金屬切削加工、壓力加工、電蝕加工、光切割等。 2) 機(jī)器傳動類型的選擇 按動作原理劃分的傳動類型 機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動、液力機(jī)械傳動、電力機(jī)械傳
7、動，以及其它復(fù)合傳動等類中選擇合用的傳動類型。, 按組成方式劃分的傳動類型的選擇,在同種傳動類型中，因機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件運動形式的不同，傳動系統(tǒng)還可以分為不同的組成方式。不同的傳動系統(tǒng)組成方式，可看成是機(jī)器工作原理在較小范圍之內(nèi)的差異。,三、機(jī)器傳動系統(tǒng)方案的擬定與主運動機(jī)構(gòu)的選型,1. 機(jī)器傳動系統(tǒng)方案的擬定 起始端采用電動機(jī)驅(qū)動； 末端有刨刀和夾持工件的工作臺兩個執(zhí)行部件； 刨刀作連續(xù)往復(fù)運動，一個來回分為工作形成與空回行程兩個階段； 工件的移動應(yīng)在刨刀空回行程的期限內(nèi)完成，故工件的進(jìn)給是作間歇運動； 刨刀與工作臺的運動在時間上有協(xié)調(diào)配合要求，且用一臺電動機(jī)驅(qū)動。, 在后部串聯(lián)一個能將
8、轉(zhuǎn)動(或間歇轉(zhuǎn)動)變?yōu)橐苿?或間歇移動)的基本機(jī)構(gòu)； 在前部串聯(lián)能減少間歇運動沖擊又容易獲得任意運動規(guī)律的高副機(jī)構(gòu)； w= w 。,高副機(jī)構(gòu)（輸入角速度w1，輸出線速度w3） 間歇運動機(jī)構(gòu)（輸入角速度w3 ，輸出線速度w3 ） 轉(zhuǎn)動（擺動）移動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)（輸入角速度w3，輸出線速度V3）,2. 主運動機(jī)構(gòu)的選型及分析,選型原則概述 機(jī)構(gòu)功能的優(yōu)劣(機(jī)構(gòu)行程能否達(dá)到要求?空間尺寸是否合適?能否滿足運動規(guī)律要求?傳力特性如何?動力性能慣性力平衡、沖擊振動、噪聲)，運動精度能否民族要求？ 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理性； 機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性； 機(jī)構(gòu)的實用性。 2) 按上述原則對刨床主運動機(jī)構(gòu)作如下評選 第一次篩選選出能夠
9、實現(xiàn)往復(fù)運動的運動機(jī)構(gòu) 第二次篩選選出具有急回運動特性往復(fù)運動的運動機(jī)構(gòu) 第三次篩選選出選出運動特性與傳力特性等綜合性能優(yōu)良的機(jī)構(gòu),1-電機(jī)； 2-V帶傳動； 3-高速級齒輪傳動； 4-低速級齒輪傳動； 5-擺動到感機(jī)構(gòu)； 6-凸輪機(jī)構(gòu)； 7-雙搖桿機(jī)構(gòu)； 8-升降機(jī)構(gòu)； 9-工作臺； 10-棘輪絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)； 11-工件； 12-讓刀機(jī)構(gòu)； 13進(jìn)刀機(jī)構(gòu)； 14-滑枕,1. 機(jī)器的運動分類 根據(jù)機(jī)器所完成功能及其生產(chǎn)工藝的不同，有無周期循環(huán)(起重運輸機(jī)械、建筑機(jī)械、工程機(jī)械等)和有周期循環(huán)(包裝機(jī)械、輕工自動機(jī)、自動機(jī)床等)之分。 2. 機(jī)器的運動循環(huán)(工作循環(huán))圖 定義描述各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間有序的、既相互制約又相互協(xié)調(diào)配合的運動關(guān)系的示意圖。 形式,四、機(jī)器工作循環(huán)圖和機(jī)器傳動系統(tǒng)示意圖的繪制, 直線式運動循環(huán)圖(矩形運動循環(huán)圖), 圓周式運動循環(huán)圖,本章結(jié)束,
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