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第三章执行系统设计一、执行系统的组成执行末端件—直接与工作对象接触并完成一定工作（夹持、转动、移动等）或在工作对象上完成一定动作（切削、锻压、清洗等）的部件。执行机构—给执行末端件提供力和带动它实现运动，即把传动系统传递过来的运动进行必要的转换，以满足执行末端件的要求。3.1执行系统的组成、功能及分类设计一套机械系统的目的是要使所设计的系统具有一定的预期功能，那么在系统中能直接完成预期工作任务的那部分子系统就是执行系统。1图3.1卧式车床主轴顶尖或夹盘是执行末端件；2执行末端件执行机构主轴则是执行机构图3.2手爪平行开闭式机械手结构示意图11是执行末端件1、8—滑动齿条；2、3—小齿轮；4—双面齿条；5—气缸；6—活塞；7—螺杆；9—滑动齿条导轨；10—压缩弹簧；11—可换夹爪3执行末端件执行机构以上两例中的执行系统都是由纯机械结构组成的。随着科学技术的发展，执行系统的组成也在不断地发生变化：一方面由于机械的含义在不断地扩展，如电子、电器、光学、液体、气体等也可以直接与纯机械结构结合，组成较先进的机电、机光、机液等执行机构；另一方面又由于传动系统变得越来越简单，有时一个机构可以既是传动系统又是执行系统，如连杆机构的应用，所以，执行系统可以由一个简单的结构来组成，也可以由一些基本结构组合成的复杂机构来组成。这主要视系统的功能来决定。一般说来，能完成同一功能的执行系统可以有不同的方案，但应选出既能满足功能要求，又简单、可靠的一个方案。4二、执行系统的功能1、实现运动形式或运动规律变换的功能(1)实现预期固定轨迹或简单可调的轨迹功能(2)匀速运动与非匀速运动的变换(3)连续运动与间歇式转动或摆动的变换2、实现开关、联锁和检测等的功能(1)用来实现运动的离合或开停(2)用来换向、超越或反向止动(3)用来实现联锁、过载保护、安全制动(4)实现锁止、定位、夹压等(5)实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等3、实现程序控制功能4、实现施力功能–如压力机、矿石粉碎机等5执行系统的功能（示例1）图3.3联动凸轮机构凸轮A,B控制E的运动轨迹，可根据运动轨迹的要求设计凸轮曲线。E—执行末端件其它—执行机构6执行末端件执行系统的功能（示例2）曲柄摇杆ABCD机构实现刀具的慢进和快退。AB的长度调节行程。M1,M3调节刀具与工件的相对位置（XY向）。M2调节工作台的高度。曲柄摇杆FGHI驱动棘轮J带动螺杆K实现每循环进给量。有两个执行末端件：刀具和工作台图3.4牛头刨床7三、执行系统的分类按执行系统对运动和动力的要求：动作型：要求执行系统实现预期精度的动作(位移、速度、加速度等)，而对执行系统中各构件的强度、刚度无特殊要求。缝纫机、包糖机、印刷机等。动力型：要求执行系统能克服较大的生产阻力，做一定的功，因此对执行系统中各构件的强度、刚度有严格要求，但对运动精度无特殊要求。曲柄压力机、推土机、挖掘机、碎石机等。动作动力型：要求执行系统既能实现预期精度的动作，又要克服较大的生产阻力，做一定的功。滚齿机、插齿机等。8按执行系统中执行机构的相互联系情况三、执行系统的分类单一型：在执行系统中，只有一个执行机构工作。搅拌机、碎石机、皮带输送机等。相互独立型：在执行系统中有多个执行机构进行工作，但它们之间相互独立、没有运动及生产阻力等方面的联系和制约。外圆磨床的磨削进给与砂轮转动，起重机的起吊与行走动作等。相互联系型：在执行系统中，有多个执行机构，且它们之间有运动及生产阻力等方面上的联系和制约。印刷机、包装机、缝纫机、纺织机等。93.2执行系统设计执行系统设计基本要求：①保证设计时提出的功能目标。②足够的使用寿命和强度、刚度要求。③各执行机构应结构合理、配合协调。通过分析，执行末端件的运动无外乎是回转运动、直线运动或者两种运动的合成。回转运动：圆导轨、轴承、齿轮等；电动机等直线运动：直线导轨、液压缸等；直线电机执行系统是总系统中的一个子系统，且此系统的一端与被执行(加工)对象接触，另一端与传动系统连接，因此，在设计执行系统时，不但要明确本系统中各零、部件的相互作用及设计要求，同时，还要了解与其它系统的联系、协调和分工，进而使总系统处在最佳状态下工作。10一、执行轴机构的设计（简介）利用轴的回转运动来完成执行任务的情形很多很多：如机床中执行轴带动工件或刀具，可完成工件表面的成形加工运动；轧钢机中通过轧辊(相当于机床中的执行轴)对钢材的轧制，以获得不同形状、尺寸的型钢以及一些自动装配线上使用的各种不等速或间歇回转机构的轴等。这些执行轴由于功用不同，故各自的具体结构及执行轴机构的组成及布置也不一样。但归结起来执行轴机构一般主要由执行轴、安装在其上的传动件(齿轮、皮带轮等)、密封件、轴承、轴承间隙调整及固定元件(螺母)等组成，因此，设计执行轴机构时主要是各组成元件的布置及设计轴本身。11图3.9主轴前端结构1—螺钉2—环形锁紧盘3—主轴前端4—拨盘或卡盘5—螺母6—双头螺栓例3.6CA6140普通车床主轴组件12采用锥面配合阻尼套结构向心球轴承推力球轴承斜齿轮滑移齿轮例：万能外圆磨床砂轮架主轴结构具有高的回转精度、刚度、抗振性及耐磨性要求13例：万能外圆磨床砂轮架主轴结构砂轮架主轴的径向支承是“短三瓦”式的滑动轴承。每一滑动轴承由三块扇形轴瓦组成。每块轴瓦1都支承在球面支承螺钉的球面上。调节球面支承螺钉10即可调整轴承的间隙。螺钉11是锁紧螺钉。短三瓦轴承是液体动压滑动轴承。14二、导轨设计（简介）1、导轨的功用导向和承载。2、导轨的分类(a)按运动轨迹分:直线和圆周运动；(b)按工作时的摩擦性质分为:滑动导轨和滚动导轨；滑动导轨中又有:普通滑动、液体动压、液体静压和卸荷导轨等；滚动导轨按滚动体分为:滚珠、滚柱和滚针导轨；(c)按受力情况可分为:开式和闭式导轨。15开式导轨闭式导轨导轨在部件自重和外载作用下，导轨面c和d在导轨全长上始终贴合着当动导轨受到较大的倾覆力矩M时，其自重不能使导轨面e和f始终贴合，所以，必须增加压板1和2，以形成辅助导轨面g和h。163、导轨的基本要求：(a)导向精度是指动导轨沿支承导轨运动的准确度，即直线运动导轨的直线性、圆周运动导轨的真圆性和导轨与其它运动件之间相互位置的准确性。导轨应具有足够高的导向精度，且需要在长期工作后仍保持原有的很高的导向精度——精度保持性。影响导轨导向精度的主要因素是导轨的几何精度和接触精度。(b)支承刚度表示导轨受载后抵抗变形的能力。导轨变形主要是由导轨自身变形(接触变形、扭转、弯曲变形)和导轨支承件变形引起导轨变形组成的。(c)高灵敏度指当动导轨作低速运动或微量位移(以μm为单位)时，应保证其运动的灵敏性及低速运动的平稳性，即不出现爬行现象，使动导轨的运动准确到位。影响导轨灵敏度及运动平稳性的因素主要是：导轨的结构及材料、动与静摩擦系数的差值、润滑及与动导轨相连的传动链的刚度等。17导轨的设计主要有下列内容：①根据工作情况选择合适的导轨类型；②根据导向精度要求及制造工艺性，选择导轨的截面形状；③选择合适的导轨材料、热处理及精加工方法；④确定导轨的结构尺寸，进行压强和压强分布的验算⑤设计导轨磨损后的补偿及间隙调整装置；⑥设计良好的防护装置及润滑系统。4、导轨的设计内容185、导轨间隙的调整—平镶条195、导轨间隙的调整—楔形镶条205、导轨间隙的调整—压板21