搜索
机电与信息工程学院机械电子工程系中国矿业大学(北京)机械原理第12章机械的运动方案及机构的创新设计(补充内容)Chapter12KinematicSchemeandMechanismCreativeDesign(AdditionalContents)中国矿业大学(北京)机械原理§12.1INTRODUCTION§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM§12.3DESIGNOFSCHEMEOFMECHANISMMOTIONChapter12KinematicSchemeandMechanismCreativeDesign§12.4CREATIVEDESIGNOFMECHANISM§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理§12.1引言机械产品设计:分析综合创新特定要求新产品特定功能开发机械产品的设计过程§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械产品的设计过程机械新产品的开发设计过程：1）初期规划设计阶段2）总体方案设计阶段3）结构技术设计阶段4）生产施工设计阶段§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械产品的设计过程§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械产品的设计过程§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械产品的设计过程§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械产品的设计过程工艺流程工艺流程§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械产品的设计过程§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械产品市场上的竞争力？•质量好•价格低•有新意的产品机械总体方案设计的目的§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械总体方案设计的目的仿照设计：•往往忽略初期规划设计阶段的作用•往往忽略总体方案设计阶段的作用初期规划设计调研可行性论证生命力竞争力开发什么产品？产品开发：总体方案设计设计目标创新的关键§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理（1）执行系统的方案设计z执行系统的功能原理设计z运动规律设计z执行机构的型式设计z执行系统的协调设计z执行系统的方案评价与决策（2）原动机类型的选择机械总体方案设计的内容§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械总体方案设计的内容（4）控制系统的方案设计（3）传动系统的方案设计z传动类型的选择z传动路线的选择z传动链中机构顺序的安排z各级传动比的分配z润滑系统z冷却系统z故障监测系统z安全保护系统z照明系统（5）其它辅助系统的设计§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械设计已不再纯属于工程技术范畴，而是自然科学、人文科学和社会科学相互交叉、科学理论与工程技术高度融合所形成的一门现代设计科学。现代设计的概念机械总体方案设计中的设计思想§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理现代设计的概念§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理z系统：由具有特定功能、相互之间既有联系又相互制约的单元组合而成的有序整体。z系统工程观念：1.各子系统设计合理、协调工作，系统运行的整体功能大于各单元的简单代数和。2.各子系统设计不合理、不能协调的工作，系统将产生内耗，导致系统整体功能小于各单元功能的和。系统工程的概念§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理一般机械系统：由驱动系统、传动系统、执行系统、控制系统等子系统组成。各子系统都具有特定的功能系统工程的概念§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理z系统工程解决设计问题的基本思想：1.从系统的整体目标出发，将总体功能分解成若干功能单元。2.寻找出能完成各个功能的技术方案。3.把能完成各个功能的技术方案组成方案组，进行分析评价和优选。4.实现给定条件下的整体优化。系统工程的概念§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械设计：•是利用和改造客观世界的工程活动1）是创造人工制造物2）是工程设计•受到诸多因素的影响和制约工程设计的概念§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理工程设计的概念§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理工程设计的概念§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理工程设计的概念§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理工程设计的概念§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理工程设计的概念§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理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。下图所示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，工作台、刀架与滑枕是执行构件。§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理机械设计的主要步骤1.确定其所要完成的工作任务；2.根据其工作要求，对需采取的工艺方法及工作原理进行分析；3.完成原动机─传动机构─执行机构的运动简图设计，即运动方案设计；4.施工图设计。§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理运动方案设计的必备知识为了顺利地进行机械运动方案设计，必须掌握必要的知识和环境信息，必须了解有关学科在实现运动方案设计中所能起到的作用。1.充分了解并掌握各种常用机构的基本知识；2.必须了解和掌握各种动力源的性能和使用要求；3.必须熟悉对设计方案选择有重要影响的周围环境的信息;4.充分重视其他学科的技术应用。§12.1INTRODUCTION中国矿业大学(北京)机械原理运动方案设计的主要步骤1.工艺参数的给定及运动参数的确定；2.执行构件间运动关系的确定及运动循环图的绘制；3.动力源的选择及执行机构的确定；4.机构的选择及创新性设计；5.方案的比较与决策。§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理§12.1INTRODUCTION§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM§12.3DESIGNOFSCHEMEOFMECHANISMMOTION§12.4CREATIVEDESIGNOFMECHANISM§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理原动机的类型及应用§12.2原动机、传动机构和执行机构的类型及选择原动机的动力源主要有电、液及气三种：电动机电动机是最常用的原动机，交流异步电动机、直流电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机及步进电动机等均有广泛的应用。液压马达及液压油缸液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。气马达及气缸气马达及气缸则是主要的气压原动机。§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理传动机构的类型及功用常用的传动机构有：齿轮机构齿轮机构应用在中心距较小，传动精度较高，各种不同传递速度和动力范围的场合。螺旋机构在许多机械设备中大量应用着螺旋机构（又称丝杠传动），它主要用于将回转运动转变为直线运动。§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理传动机构的类型及功用常用的传动机构有：带传动与链传动带传动及链传动多用于中心距较大的传动。连杆机构连杆机构在机械设备及日常生活中有大量应用。凸轮机构由于凸轮机构是高副接触，决定了这种机构主要用于传递运动。间隙运动机构等§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理执行机构的运动类型及典型机构机器中最接近被作业工件一端的机构称为执行机构。执行机构中接触工件或执行终端运动的构件称为执行构件。机器通过执行构件完成作业任务。执行机构的运动分为直线运动、回转运动、任意轨迹运动、点到点的运动及位到位的运动等主要五种运动形式。实现不同运动形式的典型机构主要有：1.实现直线运动的机构2.实现回转运动的机构3.实现运动轨迹的机构4.点到点的运动机构5.位到位的运动机构§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理1.实现直线运动的机构(1)齿轮-齿条机构齿轮的正、反向回转可以使齿条做往复直线运动(2)螺旋机构丝杠的回转可以使螺母实现往复直线运动。(3)曲柄滑块机构当曲柄连续回转时，滑块可做往复直线运动。§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理(4)特定尺寸的四杆机构如图所示，当四杆机构中的杆件尺寸满足BC=CD=CM=2.5AB，AD=2AB时，曲柄连续回转，则连杆上的M点在某一运动段上其轨迹为近似直线。(5)链传动及带传动可以拖动被作业件在两链轮或两带轮之间的直线段做直线运动。1.实现直线运动的机构§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理(1)齿轮传动机构(2)双曲柄机构一曲柄回转可带动另一曲柄做等速或不等速回转运动。(3)链传动及带传动可以实现较长距离的回转运动。2.实现回转运动的机构§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理(1)四杆机构（连杆曲线）四杆机构的连杆上的每一点均可以实现一定的封闭运动轨迹。(2)开式链机构任何开式链机构上的端点都可以实现一定的运动轨迹，工业机器人操作机大多是由开链机构组成的。3.实现运动轨迹的机构§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理(1)曲柄滑块机构合理的设计曲柄滑块机构的尺寸，可以实现滑块的点到点的运动。4.点到点的运动机构(2)凸轮机构摆动从动件凸轮机构及直动从动件凸轮机构均可实现点到点的运动。§12.2TYPEANDSELECTINGOFPRIMEMOVER,TRANSMISSIONMECHANISMANDEXECUTIVEMECHANISM中国矿业大学(北京)机械原理在四杆机构应用中，连杆及摇杆占据空间两个及两个以上位置的情况随处可见，如：(1)热处理炉炉门开闭机构炉门可以占据开启和闭合两个位置。(2)飞机起落架机构起落架可以使轮子占据收起和放下两个位置。5.位到位的运动机构§12.3DESIGNOFSCHEMEOFMECHANISMMOTION中国矿业大学(北京)机械原理§12.1INTRODUCTION§12.2TYPEANDSELECTINGO