第14章机械传动系统方案设计

山西理工学院专用作者：潘存云教授第十四章机械系统方案的设计§14－1概述§14－2机械工作原理的方案拟定§14－4机构的选型和变异§14－7机械传动系统设计举例§14－3执行构件的运动设计和原动机的选择§14－5机构的组合§14－6机械传动系统方案的拟定山西理工学院专用作者：潘存云教授机械传动系统的组成：由若干种不同机构组合而成，能实现机械工艺过程所需运动的系统。作用：1.实现预期运动减速(或增速)、变速、转换运动形式和使执行构件协调配合工作等运动要求。2.传递动力把原动机输出的功率或转矩传递到执行构件上去，以克服生产阻力。§14－1概述3.运动操纵与控制指现代机械将光、机、电、液有机结合，借助于微机控制，自动实现机械所需的完整的工作过程。山西理工学院专用作者：潘存云教授提高机械的性能与质量正确、合理的设计减少维护费用故应予以高度重视降低制造成本机械传动系统设计的特点——创造性的思维活动。要求：1)注重多学科知识的综合应用；2)注重总结与实践经验的积累；3)充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设计方法与技巧。以便设计出新颖、灵活、高效的机械传动系统山西理工学院专用作者：潘存云教授3)机构选型、变异与组合;4)机构的尺寸综合;5)方案分析;1)拟定机械的工作原理;2)执行机构的运动设计和原动机的选择;6)方案评审。1)拟定机械的工作原理——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。2)执行机构的运动设计和原动机的选择——根据功能和工艺动作，确定各执行构件的数目、运动形式、运动参数以及运动协调配合关系，生产阻力等，确原动机的类型和功率。设计步骤山西理工学院专用作者：潘存云教授3)机构选型、变异与组合;4)机构的尺寸综合;5)方案分析;1)拟定机械的工作原理;2)执行机构的运动设计和原动机的选择;6)方案评审。设计步骤3)机构选型、变异与组合——根据机械的动力与功能要求，合理选择机构类型，拟定机构的组合方案，形成能满足运动和动力要求的机械传动系统方案。绘制机械传动系统的示意图。4)机构的尺寸综合——根据执行构件和原动件的运动参数，以及各执行构件运动的协调配合的要求，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图。山西理工学院专用作者：潘存云教授3)机构选型、变异与组合;4)机构的尺寸综合;5)方案分析;1)拟定机械的工作原理;2)执行机构的运动设计和原动机的选择;6)方案评审。设计步骤5)方案分析——根据机械的生产阻力或原动机的额定转矩，进行机械中力的计算，作为下一步零件强度计算的依据。6)方案评审——通过对众多方案的评比，选择最佳方案。山西理工学院专用作者：潘存云教授设计机械产品时，首先应根据使用要求、技术条件及工作环境等情况，明确提出机械所要达到总功能，然后拟定实现这些功能工作原理及技术手段；最后设计出机械系统传动方案。§14－2机械工作原理的方案拟定产品的功能——用途、性能使用价值等，它是根据人们生产或生活需要提出来的。可行性经济性确定功能指标应考虑先进性工作质量传动方案结构形式制造成本实现产品功能的工作原理决定了技术水平确定工作原理应利用各种创造技法，借鉴同类产品的成功的经验和最新科技成果。山西理工学院专用作者：潘存云教授应根据机械的功能要求，根据不同的工作原理拟定出多种运动方案，进行综合评价，从中选择一个最佳方案。实现同一种功能可以采用多种工作原理。套丝搓丝如螺纹加工车削插齿剃齿如齿轮加工滚齿工作原理不同，运动方案也不同。即使工作原理相同，也可以有不同的运动方案。加工刀具不同，运动方案也不同。为了便于设计，应将机械的功能进行分解。山西理工学院专用作者：潘存云教授设计一台彩色电视机阴极盘用的金属片的冲裁机器，圆片直径φ10mm，厚度0.8mm。功能分解：送料冲制退回确定方案时应注意两点：1）用最简单的方法实现同一功能。φ100.8图示按摩椅中的按摩轮利用一个偏心空间凸轮同时实现三维方向的按摩作用：径向振动挤压、向下推拉、和横向推拉，构思巧妙，结构非常简单。B∆r按摩轮山西理工学院专用作者：潘存云教授活动游标光源透镜读数窗2）注意光、机、电、流体等知识的综合运用。确定方案时应注意两点：1）用最简单的方法实现同一功能。指针玛瑙支撑K向刀口活动游标图示分析天平，要求精度达到0.01g,但靠目力读指针的微小偏角已不可能。增加了一级光学杠杆，将读数放大。山西理工学院专用作者：潘存云教授一个执行构件两个执行构件机械传动系统的作用就是将原动机的运动和动力传递到执行构件，故原动机的类型和执行构件的运动形式、运动参数、运动方位等都决定了传动系统的方案。执行构件的运动设计和原动机的选择,就是根据拟定的工作原理和工艺动作过程，确定执行构件的数目、运动形式、运动参数、运动协调关系，并选择适当的原动机的类型和运动参数与之相配。一、执行构件的运动设计1)执行构件的数目§14－3执行构件的运动设计和原动机的选择根据工作原理工艺动作过程执行构件的数目运动形式运动参数运动协调关系原动机的类型和运动参数——取决于机械分功能或分动作的多少，两者不一定相等，要具体分析确定。如立式钻有两种方案:山西理工学院专用作者：潘存云教授2)执行构件的运动形式和运动参数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回转停歇往复直线停歇单向直线沿可变曲线运动连续回转沿固定曲线运动往复直线每分钟转位次数、转角大小、运动系数每分钟摆动次数、转角大小、行程速比系数每分钟行程数目、大小、行程速比系数每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度。——每次进给量的大小。山西理工学院专用作者：潘存云教授往复摆动电动机气缸原动件运动形式连续回转往复直线二、原动件的类型及其运动参数的选择液压马达气动马达内燃机液压马达气动马达直线电机油缸柴油机燃气轮机汽油机直流电动机交流变频变速电动机伺服电动机步进电动机力矩电动机交流异步电动机交流异步电动机的运动参数——同步转数：3000，1500，1000，750，600rpm山西理工学院专用作者：潘存云教授砂轮工件砂轮架三、各执行构件间运动的协调配合和机械的工作循环图1）各执行构件间运动的协调配合关系a)运动彼此独立无需协调配合：外圆磨床的砂轮和工件的四个运动彼此独立。故应为每个运动单独设计各自的运动链。山西理工学院专用作者：潘存云教授b)动作协调配合：图示冲床的两个执行构件中，要求：▲送料构件将原料送入模孔上方后，冲头才可进入模孔进行冲压；图示折叠包装机构的两个执行构件中，要求：饼干1342饼干2右折边构件43包装纸左折边构件1饼干1342饼干1342饼干1342左折边构件右折边构件饼干1342包装纸MBA两个构件不能同时位于区域M把MAB中，以免干涉。▲当冲头上移一段距离后，才能进行下次送料动作。山西理工学院专用作者：潘存云教授c)各执行构件运动速度的协调配合：范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。作者：潘存云教授作者：潘存云教授ωω0ωω0齿轮插刀加工i=ω0/ω=z/z0共轭齿廓互为包络线切削运动ωω0范成运动让刀运动对于有运动协调配合要求的构件，往往采用以一台原动机，通过传动系统分配运动，实现协调动作。山西理工学院专用作者：潘存云教授2）机械的工作（运动）循环图定义：设计机械时，用以表示机械在一个工作循环过程中，各执行构件之间运动配合关系的图形。定标件：用其运动位置（转角或位移）作为确定其它执行构件运动先后次序的基准。形式：直线式、圆周式、直角坐标式三种。▲直线式工作循环图退回停止冲制进给冲头送料器曲柄转角φ0˚90˚180˚270˚360˚此例中主轴作为定标件。山西理工学院专用作者：潘存云教授▲圆周式工作循环图图示为单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴为定标件，转2圈为一个工作循环。启排气门开启进气门开进气排气压缩膨胀闭进气门关火点曲轴0˚540˚360˚180˚排门闭关气山西理工学院专用作者：潘存云教授进退静止静止静止进退MM左执行机构1右执行机构4分配轴转角φ0˚90˚180˚270˚360˚▲直角坐标式工作循环图饼干包装机工作循环图中，横轴表示定标件的转角，纵轴表示执行构件的转角。饼干1342饼干2右折边构件43包装纸左折边构件1饼干1342饼干1342饼干1342左折边构件右折边构件饼干1342包装纸MBA两个构件不能同时位于区域M把MAB中，以免干涉。山西理工学院专用作者：潘存云教授§14－4机构的选型和变异一、机构的选型——选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机构。1）传递连续回转运动的机构啮合传动机构连杆机构传递连续回转运动的机构:摩擦传动机构摩擦轮传动带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摩擦传动机构的优缺点：优点：结构简单、传动平稳、易于实现无级变速、过载保护。缺点：传动比不准确、传递功率小、效率低。山西理工学院专用作者：潘存云教授12摩擦轮传动123平板式无级变速器123圆锥式无级变速器2）实现单向间歇回转运动的机构棘轮机构齿轮--连杆机构单向间歇回转运动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。山西理工学院专用作者：潘存云教授3）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六连杆机构曲柄滑块机构连杆机构的特点：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。凸轮机构的特点：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。山西理工学院专用作者：潘存云教授3）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六连杆机构曲柄滑块机构螺旋机构的特点：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。齿轮齿条机构的特点：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。山西理工学院专用作者：潘存云教授凸轮机构的推杆行程一般较小，否则会使压力角过大或尺寸过大。连杆机构可以获得较大行程，但不能太大，否则机构尺寸会过于庞大。齿轮齿条机构或螺旋机构可满足大行程的要求。4）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。山西理工学院专用作者：潘存云教授齿轮——连杆组合机构作者：潘存云教授搅拌机构CBADE凸轮——连杆组合机构联动凸轮机构山西理工学院专用作者：潘存云教授二、机构的变异当所选机构不能满足机械提出的运动和动力要求时，或者为了改善所选机构的性能或结构时，可以通过改变机构中某些构件结构形状、运动尺寸、更换机架或原动件、增加辅助构件等方法获得新的机构或特性。此称为机构的变异构件结构形状运动尺寸更换机架或原动件增加辅助构件目的：获得新的机构或特性，已满足使用要求。机构的变异1）改变构件结构形状若将摆动导杆机构中的直线导槽改为圆弧导槽，运动到左侧时，可获得较长时间的停歇。山西理工学院专用作者：潘存云教授2）改变构件运动尺寸槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时,槽条机构3）选不同的构件作为机架——机构的倒置摆动凸轮机构123123连杆--凸轮机构A1BCO234罐头封口机构要求C点沿接合缝运动。山西理工学院专用作者：潘存云教授4）选不同的构件作为原动件作者：潘存云教授ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆双摇杆机构中，选连杆作为原动件，可把风扇转子的旋转转化为连架杆的摇动。5）增加辅助构件作为原动件图示手动插秧机分秧、插秧机构中增加了一个辅助构件—活舌3，从而使M点实现预定轨迹。123B654M3山西理工学院专用作者：潘存云教授231453’a’a”6）用最小阻力原理简化机构最