机械原理第十三章方案设计.ppt

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1、下一页 退出 上一页分目录l 13.1 机械系统设计的一般原则l 13.2 机械运动方案设计l 13.3 机械系统的工作循环图下一页 退出 上一页分目录13-1 机械系统设计的一般原则l 机械的结构组成l 机械系统设计的一般原则机械的结构组成尽管各种机械的结构和用途多种多样千差万别，大体上均由四部分组成：动力机、传动系统、执行机构和操纵控制装置。下一页 退出 上一页分目录机械系统设计的一般原则l 采用简短的运动链l 有较高的机械效率 l 合理安排传动顺序 l 合理分配传动比 l 保证机械安全运转下一页 退出 上一页分目录采用简短的运动链l 拟定机械的传动系统或执行机构时，尽可能采用简单、紧凑的

2、运动链。因为运动链越简短，组成传动系统或执行机构所使用的机构和构件数目越少，这不仅降低制造费用、减小体积和重量，而且使机械的传动效率相对提高。由于减少传动环节，使传动中的积累误差也随之减小，结果将提高机械的传动精度和工作准确性。下一页 退出 上一页分目录有较高的机械效率l 传动系统的机械效率主要取决于组成机械的各基本机构的效率和它们之间的联接方式。在机械传动中的大部分功率是由主传动所传递，应力求使其具有较高的传动效率；而辅助传动链，如进给传动链、分度传动链、调速换向传动链等所传递的功率很小，其传动效率的高低对整个机械的效率影响较小。对辅助传动链主要着眼于简化机构、减小外部尺寸、力求操作方便、安

3、全可靠等要求。下一页 退出 上一页分目录合理安排传动顺序l 机械的传动系统和执行机构一般均由若干基本机构和组合机构组成，它们的结构特点和传动作用各不相同，应按一定规律合理的安排传动顺序。一般将减速机安排在运动链的起始端，尽量靠近动力机，将变换运动形式的机械安排在运动链的末端，使其与执行构件靠近，将带传动类型的摩擦传动安排在运动链中的转速高的起始端，以减小传递的转矩、降低打滑的可能性。在传递同样转矩的条件下，与其他传动形式比较摩擦传动机构尺寸比较大，为了减小其外部尺寸应将其布置在运动链的起始端。下一页 退出 上一页分目录合理分配传动比l 电动机的转速一般都超过执行构件所需要的转速，而需要采用减速

4、传动系统。这时，对于减速运动链应按照“前小后大”的原则分配传动比，而且相邻两级传动比的差值不要相差太大。安排这种逐级减速的运动链，可使各级中间轴有较高的转速及较小的转矩，因此可选用尺寸较小的轴径和轴承，油封等零件。下一页 退出 上一页分目录保证机械安全运转l 设计机械的传动系统和执行机构，必须充分重视机构的安全运转，防止发生人身事故或损坏机械构件的现象出现。一般在传动系统或执行机构中设有安全装置、防过载装置、自动停机等装置。l 在某些机械中各执行构件的运动是彼此独立的，所以在设计传动系统和执行机构时，不必考虑它们之间运动的协调。在另外一些机构中各执行构件间必须保持严格的协调配合，保持准确的传动

5、比关系和动作的协调，否则无法完成生产工艺要求。为保证这些执行机构和执行构件之间有严格传动比，而且能协调动作，应将相互有关的运动链同用一个动力机驱动。下一页 退出 上一页分目录13-2 机械运动方案设计l 动力机类型的选择l 机构选型l 机构的组合应用下一页 退出 上一页分目录动力机类型的选择l 现代机械中应用的动力机类型规格繁多，除了热机(蒸汽机、内燃机)主要应用于经常变换工作场所的机械设备和运输车辆外，用于一般机械上的动力机为电机、液动机和气动机。l 电动机尤其是交流异步电动机，其结构简单，价格低廉，动力源方便，在机械中应用广泛，但它的转速只有固定的几种，而且调速不便。下一页 退出 上一页分

6、目录动力机类型的选择l 对调速平滑程度要求不高，调速比不大者可采用绕线型异步电动机。当调速范围较大，且需连续稳定平滑调速时可采用直流电动机。l 选择电动机首先满足所需要的功率，在其胜任负载要求的条件下，还应考虑电动机发热、允许过载能力和起动能力等；其次电动机类型的选择，还应考虑机械的负载特性、工作平稳性、冲击程度、调速范围和起动、制动的频繁程度；最后拟定电动机额定转速，必须和机械的传动装置的传动比相匹配，一般额定功率相同电动机，额定转速越高，则电动机尺寸越小，重量、价格也越低。下一页 退出 上一页分目录动力机类型的选择l 液动机有输出旋转运动的液压马达和输出直线运动的液压油缸。液动机一般调速方

7、便，易于现速度和运动方向的控制，应用它往往可以使传动链简短，并能直接驱动执行构件，但需要配备液压站。l 在气源比较方便的地方，只要求实现简单的运动变换，如只要求从动件作位置移动，并不十分苛求运动规律时应用气缸是很方便的，但动作过程中常伴有噪音。下一页 退出 上一页分目录机构选型l 定速比转动变换机构l 连续转动变换为往复移动或摆动机构l 连续转动变换为周期变速转动机构l 连续转动变换为步进运动机构l 连续转动变换为轨迹运动机构l 运动的合成与分解机构下一页 退出 上一页分目录机构的组合应用l 选择若干个不同类型的基本机构(或由基本机构变异而成的新机构)，通过适当的联接方式，组成一个彼此协调配合

8、的机构系统以实现复杂的或某些特殊的运动要求，也是运动方案设计的一种常用方法。例如：凸轮连杆机构组合齿轮连杆机构组合连杆凸轮齿轮机构组合下一页 退出 上一页分目录8.1.2传动机构的类型及功用常用的传动机构有：齿轮机构连杆机构凸轮机构螺旋机构下一页 退出 上一页分目录8.1.3执行机构的运动类型及典型机构执行机构的运动分为：直线运动点到点的运动回转运动位到位的运动任意轨迹运动1、实现直线运动的机构齿轮-齿条机构 螺旋机构 曲柄滑块机构下一页 退出 上一页分目录2.实现回转运动的机构 齿轮传动机构双曲柄机构下一页 退出 上一页分目录3、实现运动轨迹的机构 四杆机构（连杆曲线）开式链机构下一页 退出

9、 上一页分目录4、点到点的运动机构 曲柄滑块机构 凸轮机构下一页 退出 上一页分目录5、位到位的运动机构 热处理炉炉门开闭机构 飞机起落架机构下一页 退出 上一页分目录设计内容：从原动机传动机构执行机构的整个系统的设计设计结果：给出满足运动性能要求的运动简图。8.3机械运动方案设计8.3.1运动参数的给定及原动机的选择运动参数包括：运动形式（直线运动、回转运动、曲线运动）运动特点（连续式、间歇式、往复式）运动范围（极限尺寸、转角及位移）运动速度（等速、不等速）根据综合选择原动机的类型运动参数力的参数传动方案传动精度现有条件下一页 退出 上一页分目录8.3.2执行机构的运动协调与运动循环图 机器

10、一般是多个执行构件协调工作以完成同一任务，多个执行构件在完成同一任务时，需有准确而协调的运动时间和运动顺序的安排，以防止出现某一执行构件工作不到位或两个以上执行构件在同一空间发生干涉。运动循环图即可表示出各执行机构间的时序协调关系。右图是我们所熟悉的牛头刨床的三种运动循环图：直线式运动循环图，圆周式运动循环图及直角坐标式运动循环图。下一页 退出 上一页分目录8.3.3机械运动方案设计准则1、传动链应尽可能短；2、机械效率应尽可能高；3、传动比的分配应尽可能合理；4、传动机构的顺序安排应尽可能恰当；5、机械的安全运转必须保证。8.3.4机械运动方案的评价 评价指标:(1)机构的功能(2)机构的工

11、作性能(3)机构的动力性能(4)经济性(5)机构紧凑性 综合考虑各方面评价指标，才能在诸多机械运动方案的设计中选出最优者。下一页 退出 上一页分目录8.3.5机械运动方案设计举例以印刷机的送纸机构为例进行机械运动方案设计。1、任务的分析及运动参数的确定要求一叠纸中的第一张与其它纸张分离并送出，每分钟送出30张。因此有：(1)送出多远？(2)如何实现纸张分离？(3)选用何种动力源驱动送纸机构？(4)送纸机构的执行构件应按何种轨迹运动？下一页 退出 上一页分目录下图是吸头的三种运动轨迹图形。运动轨迹是吸纸机构方案设计的重要依据。方案一 方案二方案三(1)为提纸(2)为送纸(3)为回程(1)为提纸和

12、送纸(2)及(3)为回程(1)为提纸和送纸(2)为回程下一页 退出 上一页分目录 方案二和方案三也可实现上述轨迹及压脚的配合动作，只不过运动速度和加速度分析与第一方案不同。方案二方案三点击进行动态演示点击进行动态演示下一页 退出 上一页分目录2、动力源的选择与执行机构的确定采用电动机作为动力源，采用真空吸盘提起纸张。根据吸头的运动轨迹，设计出三种机械运动方案。aaaa方案一是一个典型的凸轮-连杆机构，三个同轴转动的凸轮可实现吸盘的吸纸轨迹及压脚的配合压纸动作。双连凸轮1及2封闭了七杆机构的两个自由度，使吸头位移，凸轮3带动压脚动作。方案一下一页 退出 上一页分目录机构的创新设计是在新构思的基础

13、上进行的设计。包括：对原有机构的创新应用新机构的构思原动机的创新发展8.4.1机构的创新应用机构的创新应用是仍然使用常见的机构，经过巧妙的构思，赋予机构以新的应用。如无脚蹬自行车即是将自行车后轮安装成偏心轮，恰以曲柄的形式，使后轮转动。8.4机构的创新设计单击下一页 退出 上一页分目录8.4.2新机构的构思与创造1、原有机构的发展在对原有机构的应用中，由于其某些性能方面的不足，所以会出现一些新的机构。如齿轮传动的传动比较小，因而有蜗轮-蜗杆机构的出现，此后又有摆线针轮减速器和谐波减速器的出现等等。2、新机构的创造如利用纤维连杆将可逆旋转或摆动变换成直线往复运动的执行元件已用于假手的研制中。3、

14、组合机构将几个机构采用并联封闭的形式组合后形成的机构称之为组合机构。组合机构是机构创新设计的一个重要方面。1)齿轮-连杆组合机构2)凸轮连杆组合机构3)其他形式机构的组合引进了非刚性构件或气体、液体等中间介质，使机构更适于控制。下一页 退出 上一页分目录8.4.3原动机的创新发展新型电动机和新材料驱动器的出现，可大大的简化机构的结构，甚至改变了传动机构的设计。1、新型电动机交流变频调速技术的应用大大简化了机械变速机构。直线电动机可直接输出直线运动，采用这种电动机将不再需要诸如滚珠丝杠等直线传动机构，并且具有非常高的传动定位精度（m级）。传统的电动机，随着高磁性材料和化学加工方法的应用，其尺寸也

15、越来越小。还可采用硅技术（IC制造技术）制作微型电动机。2、新材料驱动器由于新材料的出现，产生了许多新型驱动原理与新型驱动器，它们给机构设计带来了新思想。3、多自由度驱动器多自由度驱动器在多自由度装置中应用，可以减少驱动器的数目，省去作运动协调的机构，降低装置的复杂程度，减小体积，提高运动精度。如专门设计的光盘读写头二自由度驱动器，可实现驱动光盘旋转并准确移动读写头到所期望的轨道位置。一种全自动粉末压机的工作循环图下一页 退出 上一页分目录方案下一页 退出 上一页分目录机械是机器和机构的总称，机器是由单一机构、多个同一机构或多种机构所组成的。牛头刨床就是一部典型的机器。在牛头刨床中，连杆机构用以实现切削运动，棘轮机构及丝杠传动用以实现工作台的水平进给，另一丝杠传动用以实现工作台及刀架的垂直进给。工作台、刀架与滑枕是执行构件。1方案设计概述牛头刨床