第十三章执行机构的设计

第十三章执行机构系统的方案设计第十三章执行机构系统的方案设计§13.1机器设计过程§13.2机械的总功能§13.3功能分解§13.4执行机构的型综合§13.5执行机构系统的协调设计§13.6机械运动方案的评价体系和评价方法§13.4执行机构的型综合一、执行机构型综合的基本原则二、机构的选型§13.4执行机构的型综合三、机构的构型四、机构尺度综合及机械运动简图执行机构的型综合就是指根据各基本动作或功能要求，选择或创造合适的机构型式。机器方案设计阶段的重要性据统计，机器方案设计阶段仅占整个产品开发过程总成本的25%，但却决定了50%的产品特征（包括产品的性能、可制造性和生产成本）和75%的产品总成本。总体方案设计的内容:机械系统主要是由原动机、传动系统、执行系统和控制系统所组成。总体方案设计的主要内容是这几部分的方案设计。总体方案设计的内容(1)执行系统的方案设计主要包括执行系统的功能原理设计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执行系统的协调设计和执行系统的方案评价与决策.(2)原动机类型的选择和传动系统的方案设计其中传动系统的方案设计主要包括传动类型和传动路线的选择，传动链中机构顺序的安排和各级传动比的分配。(3)控制系统的方案设计(4)其它辅助系统的设计主要包括润滑系统、冷却系统、故障检测系统、安全保护系统和照明系统等的设计.机器运动方案的设计过程机械运动方案设计(机械运动简图设计):就是按机械的工作过程和动作要求设计出若干机构组成的机构运动系统的运动简图。机械运动方案(机械运动简图)的设计过程:它是一个复杂的创造性思维过程。设计者不仅需要掌握深入的机械设计理论和方法，而且要具备丰富的实践经验，尤其需要创造技法，充分发挥创造力，使机械运动方案设计达到创新的高度。1.满足执行构件的工艺动作和运动要求；2.尽量选择简单的基本机构；3.尽量减小机构的尺寸；4.选择合适的运动副形式；5.考虑动力源的形式；6.使执行机构系统具有良好的传力和动力特性；7.使机械具有调节某些运动参数的能力；8.保证机械的安全运转。一、执行机构型综合的基本原则一、执行机构型综合的基本原则机械运动方案设计的目的是实现机器的总功能，完成某种生产工艺任务。为此，往往要把整个工艺动作过程分解成若干执行构件的运动(称分功能或功能元)，并按一定的动作顺序来完成。根据机械运动方案的设计要求，不同的执行构件运动形式就应选择不同的合适的执行机构。二、机构的选型二、机构的选型1.按执行构件所需的运动特性进行机构选型2.按形态学矩阵法组合优选执行机构系统(1)连续旋转运动定传动比匀速平行四边形机构、双万向联轴节、齿轮机构、轮系、谐波传动机构、摆线针轮机构、摩擦传动机构、挠性传动机构。变传动比匀速轴向滑移圆柱齿轮机构、混合轮系变速机构、摩擦传动机构、行星无级变速机构、挠性无级变速机构。非匀速双曲柄机构、转动导杆机构、单万向联轴节、非圆齿轮机构、某些组合机构。1.按执行构件所需的运动特性进行机构选型1.按执行构件所需的运动特性进行机构选型常见执行构件的运动形式及其实现机构(2)往复运动往复移动曲柄滑块机构、移动导杆机构、正弦机构、移动从动件凸轮机构、齿轮齿条机构、楔块机构、螺旋机构、气动、液压机构等实例：压缩机活塞的往复运动、冲床冲头的冲压运动、插床插刀的插削运动。往复摆动曲柄摇杆机构、双摇杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构、空间连杆机构、摆动从动件凸轮机构、某些组合机构等实例：鄂式碎石机的动鄂板的打击运动，电风扇的摇头运动等。1.按执行构件所需的运动特性进行机构选型对心滑块机构杠杆行程机构活动齿轮倍增行程机构油缸驱动的活动齿轮倍增行程机构实现往复直线移动的机构示例基于曲柄摇杆机构基于摆动导杆机构基于转动导杆机构实现具有急回特性的往复直线移动的机构示例(3)间歇运动间歇转动棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构、某些组合机构等。实例：电影放映机抓片机构。间歇摆动特殊形式的连杆机构、摆动从动件凸轮机构（具有一段以凸轮回转中心为圆心的圆弧轮廓），齿轮连杆组合机构、利用连杆曲线圆弧段或直线段组成的多杆机构等。1.按执行构件所需的运动特性进行机构选型间歇移动间歇往复移动直动从动件凸轮机构（具有一段以凸轮回转中心为圆心的圆弧轮廓），某些组合机构等；实例：轻工自动机中供料机构的间歇供料运动等。单向间歇直线移动棘齿条机构、槽条机构实例：刨床工作台的进给运动1.按执行构件所需的运动特性进行机构选型(4)预定轨迹直线轨迹连杆近似直线机构、八杆精确直线机构、某些组合机构等；曲线轨迹利用连杆曲线实现预定轨迹的多杆机构、凸轮－连杆组合机构、齿轮－连杆组合机构、行星轮系与连杆组合机构等；1.按执行构件所需的运动特性进行机构选型八杆精确直线机构近似直线导向机构精确直线导向机构近似直线导向机构实现直线轨迹的机构示例(5)刚体导引运动指非连架杆执行构件实现若干位置的运动。铰链四杆机构、曲柄滑块机构、凸轮-连杆机构、齿轮-连杆机构等的连杆都能实现刚体导引运动。实例：造型机工作台的翻转运动；热处理反射炉的炉门启闭运动；折叠椅的折叠运动等。1.按执行构件所需的运动特性进行机构选型(6)特殊运动要求换向双向式棘轮机构、定轴轮系（三星轮换向机构）等；超越齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构等；过载保护带传动机构、摩擦传动机构等。1.按执行构件所需的运动特性进行机构选型同一种运动形式或轨迹可选择不同的机构2.按形态学矩阵法组合优选执行机构系统纵坐标：功能元横坐标：与功能匹配的机构通过排列组合可构成多种机械运动方案2.按形态学矩阵法组合优选执行机构系统实例：精锻机主机构方案设计基本功能分析及分解：总功能：当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出高精度毛坯。约束条件：根据空间和动力源条件，原动机为电动机，驱动轴必须水平布置，加压执行构件沿铅垂方向运动动作功能分解：根据总功能和约束条件，精锻机主机构应具有三个分功能。1）运动形式变换功能将转动变换为移动；2）运动轴线变向功能将水平轴运动变换为铅垂方向运动3）运动位移或速度缩小功能减小位移量（或速度）以实现增力要求。2.按形态学矩阵法组合优选执行机构系统功能分析与分解2.按形态学矩阵法组合优选执行机构系统1）列出所有方案：N=63=216种2）评价：剔除明显不合理的，再进行综合评价。是否满足预定的运动要求；运动链安排是否合理；运动精确度；制造难易；成本高低；是否满足环境、动力源、生产条件等限制条件。3）选择几个方案2.按形态学矩阵法组合优选执行机构系统几种运动方案形态学矩阵法的出发点是，认为许多发明创造并不是发明一种完全新的东西，而只不过是已有东西的新型组合。形态学矩阵法可以组合成许多方案，目的是借以发现新的设计方案。形态学矩阵法仅仅是运动方案拟定、构思方法中的一种，还可以运用其他创造性技法构思、创造其它新颖的机械运动方案。用形态学矩阵法选定的机械运动方案，还不能完全确定所选机构一定能定量地实现执行机构所需的运动参数，所以必须对各机构进行尺度综合。如果经尺度综合的机构不能满足预定的运动要求，则必须重新进行机构选型，重新或部分改变机械的运动方案。讨论：1.充分利用现有机构的运动和结构特点创新机构2.利用基本机构构型的变异设计新机构3.机构构型的组合创新机构构型的组合实质就是通过各种基本机构间一定形式的相互连接，实现前置输出运动的变换、叠加和组合，从而得到整个组合机构系统的输出输入不同于任何基本机构的运动学、动力学特征的新的机构或机械系统。三、机构的构型三、机构的构型设计者有时需另辟途径来完成执行机构的型综合，即先从常用机构中选择一种功能和原理与工作要求相近的机构，然后在此基础上重新构造机构的结构型式，这一过程称为机构的构型。各机构的尺度综合绘制机械运动简图四、机构尺度综合及机械运动简图四、机构尺度综合及机械运动简图各机构的尺度综合1)运动方案确定了机构的型及其相关联的情况;2)由选择的机构，确定其尺寸：构件的几何尺寸、几何形状（如凸轮廓线等），验证是否满足了预定的位移、速度、加速度、轨迹等要求;3)机构尺度综合不满足—重新选型—重构方案。绘制机械运动简图机械运动简图：机构系统的机构尺寸是按比例画出的。反映了机构各构件间真实的运动关系。