机械执行系统的方案设计.ppt

13 1执行系统方案设计的过程和内容 产品规划 方案设计 技术设计 施工设计 机械产品的设计过程 主要包括需求分析 市场预测 可行性分析 确定总体参数 制定约束条件和设计要求 以此作为设计 评价和决策的纲领性文件和依据 又称为概念设计 即对产品的功能原理进行设计 方案设计是整个产品设计的关键 将产品的功能原理具体化为机器产品及其零部件的具体结构 它又可进一步细分为总体设计 结构设计 商品化设计 模型试验等过程 主要指零件 部件工程图和产品总装配图的绘制 工艺文件的编写 设计说明书和使用说明书的编写等工作 机械预期实现的功能要求 使用要求或工艺要求 功能原理设计 运动规律设计 工艺动作分解与运动方案选择 执行机构型式设计 机构的型综合 执行系统协调设计 运动循环图设计 机构尺度设计 运动和动力设计 运动分析和动力分析 方案评价 绘制执行系统运动简图 是否满足要求 是 重新构思功能原理 构思新的运动规律 改变机构型式 改变设计策略 否 改变机构参数 否 机械执行系统方案设计过程 13 1执行系统方案设计的过程和内容 以设计取纸器为例 察看设计过程 13 1执行系统方案设计的过程和内容13 1 1 功能原理设计 功能原理设计根据预期实现的功能考虑相应的原理 常用的功能原理有 功能原理 摩擦传动原理 流体传动原理 机械推拉原理 电磁传动原理 材料变形原理 光电原理 其它原理 13 1执行系统方案设计的过程和内容13 1 1功能原理设计 取纸器的功能原理设计取纸器预期实现的功能 办公室取便条用 每次取一张 要求 取用方便 美观 成本低 可以采用的功能原理有 摩擦力 静电吸力 离心力等原理实现分纸要求 原理 摩擦力 原理 静电吸力 原理 切向力 实现同一功能 可以选择的原理很多 选择的功能原理不同 所设计的机械在工作性能 工作品质和适用场合等方面就会有很大的差异 13 1执行系统方案设计的过程和内容13 1 2运动规律设计 运动规律设计指究竟选择何种运动规律来实现上述的工作原理 运动规律设计思路 通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解 得到相应的运动规律 取纸器的运动规律设计 假设选定的功能原理是摩擦力原理 可以实现该功能原理的运动规律有 平面摩擦 曲面摩擦实现 平面摩擦块摩擦带动上层纸面 实现分纸 偏心轮曲面转动 摩擦纸面 送出纸张 由此可见相对同一原理 可以选择的运动规律也很多 13 1执行系统方案设计的过程和内容13 1 3执行机构型式设计 执行机构型式设计指究竟选择何种机构来实现上述运动规律 常见的机构形式设计方法有 机构型式 连杆机构 凸轮机构 间歇运动机构 齿轮机构 其它机构 组合机构 结构变异 13 1执行系统方案设计的过程和内容13 1 4执行系统的协调设计 执行系统的协调设计根据工艺过程对各个动作的要求 分析各执行机构应当如何协调配合 设计出协调配合图 即通常所称的机械运动循环图 i 0 z z0 范成法加工时 刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比 13 1执行系统方案设计的过程和内容13 1 5机构尺度设计 机构尺度设计对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计 确定各执行机构的运动尺寸 绘制出各执行机构的运动简图 13 1执行系统方案设计的过程和内容13 1 6运动和动力分析 运动和动力分析对整个执行系统进行运动分析和动力分析 以检验其是否满足运动要求和动力性能方面的要求 13 1执行系统方案设计的过程和内容13 1 7方案评价与决策 方案评价包括定性评价和定量评价定性评价 指对结构的繁简 尺寸的大小 加工的难易进行评价 定量评价 指将运动和动力分析后所得的执行系统的具体性能与使用要求所规定的预期性能进行比较 对方案作出评价 决策 根据具体评价结果进行决策如果评价结果认为合适 则可以绘制执行系统的运动简图 完成执行系统方案设计 如果评价的结果是否定的话 则需要改变设计策略 对方案进行修改 机械预期实现的功能 功能原理 摩擦传动原理 电磁传动原理 机械推拉原理 流体传动原理 光电原理 材料变型原理 其它原理 运动规律 工艺动作分解方法1 工艺动作分解方法2 工艺动作分解方法n 机构型式 连杆机构 凸轮机构 其它机构 机构综合 结构变异 机械执行系统方案构思过程 机械执行系统方案设计所要研究的问题如何合理地利用设计者的专业知识和分析能力 创造性地构思出各种可能方案并从中选出最佳方案 13 2执行系统的协调设计13 2 1执行系统协调设计的原则 执行系统协调设计的原则1 满足各执行机构动作先后的顺序性要求2 满足各执行机构动作在时间上的同步性要求3 满足各执行机构在空间布置上的协调性要求4 满足各执行机构操作上的协同性要求5 各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率6 各执行机构的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高 13 2执行系统的协调设计13 2 1执行系统协调设计的原则 执行构件动作的协调配合 送料机构将原料送入模孔上方后 冲头进入模孔进行冲压 冲头上移一段距离后 进行下次送料动作 折叠包装机构的两个执行构件 两个构件不能同时位于区域MAB中 以免干涉 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 13 2执行系统的协调设计13 2 1执行系统协调设计的原则 13 2执行系统的协调设计13 2 2执行系统协调设计的方法 固定运动循环机械执行系统的协调设计方法大多数机械的工作都是周期性的 即经过一定的时间间隔后 各执行构件的位移 速度和加速度等运动参数就周期性的重复 执行系统协调设计的步骤1 确定机械的工作循环周期 冷霜自动灌装机设计任务书中给定的理论生产率Q 30盒 min 该机械运动的循环周期T 60 30 2s 2 确定在一个运动循环中各个执行构件各行程段及所需时间 冷霜自动灌装机要完成四个基本动作输送带的连续运动轮盘的间歇转动顶杆的往复运动定量泵活塞的往复运动3 确定各执行构件动作时间的协调配合关系 13 2执行系统的协调设计13 2 2执行系统协调设计的方法 冷霜自动灌装机要完成的四个基本动作输送带的连续运动选用带传动实现输送带的运动 输送带有一个行程区段 连续运动 轮盘的间歇转动选用径向槽数为6的外槽轮机构实现转盘的间歇分度运动 轮盘有两个行程区段 转位和停歇 其动停比k z 2 z 2 6 2 6 2 1 2即在一个循环中 1 3的时间转动 2 3的时间停歇 输送带连续运动 轮盘的间歇转动 13 2执行系统的协调设计13 2 2执行系统协调设计的方法 冷霜自动灌装机要完成的四个基本动作顶杆的往复运动选用凸轮连杆机构实现顶杆的上下往复运动 顶杆有六个行程区段 上顶 停歇 下降 停歇 下降 停歇 定量泵活塞的往复运动选用行程可调的连杆机构实现定量泵活塞杆的上下往复运动 定量泵活塞杆有两个行程区段 上升和下降 顶杆往复运动 定量泵活塞往复运动 13 2执行系统的协调设计13 2 2执行系统协调设计的方法 冷霜自动灌装机 分配轴 圆锥齿轮圆柱齿轮链传动 圆锥齿轮 链传动 输送带 轮盘 顶杆 活塞 3 确定各执行构件动作时间的协调配合关系协调设计的原则 满足各执行机构动作在时间上的同步要求 将各执行机构的主动件直接安装在同一根分配轴上或通过一些传动装置与分配轴相连 13 2执行系统的协调设计13 2 3机械运动循环图 运动循环图形式直线式圆周式直角坐标式 直线式工作循环图 此例中主轴作为定标件 机械运动循环图用来描述各执行构件运动间相互协调配合的图 由于机械在主轴或分配轴转动一周或若干周内完成一个运动循环 故运动循环图常以主轴或分配轴的转角为坐标来编制 主轴作为参考构件 13 2执行系统的协调设计13 2 3机械运动循环图 机械运动循环图的形式 A 直线式B 圆周式C 直角坐标式 绘制方法将机械在一个运动循环中各执行构件各行程区段的起止时间和先后顺序 按比例绘制在直线坐标轴上 特点简单 能清楚表示一个运动循环中各执行构件运动的顺序和时间关系 直观性差 不能显示各执行构件的运动规律 00300600900120015001800210024002700300033003600分配轴转角 冷霜自动灌装机直线式机械运动循环图 13 2执行系统的协调设计13 2 3机械运动循环图 机械运动循环图的形式 A 直线式B 圆周式C 直角坐标式 冷霜自动灌装机圆周式机械运动循环图 绘制方法以极坐标系原点为圆心作若干同心圆 每个圆环代表一个执行构件 由各相应圆环引径向直线表示各执行构件不同运动状态的起始和终止位置 特点能比较直观地看出各执行机构主动件在主轴或分配轴上的相位 当执行机构多时 同心圆环太多不一目了然 无法显示各构件的运动规律 13 2执行系统的协调设计13 2 3机械运动循环图 机械运动循环图的形式 A 直线式B 圆周式C 直角坐标式 冷霜自动灌装机直角坐标式机械运动循环图 绘制方法用横坐标表示机械主轴或分配轴转角 纵坐标表示各执行构件的角位移或线位移 各区段之间用直线相连 特点不仅能清楚地表示各执行构件动作的先后顺序 而且能表示各执行构件在各区段的运动规律 13 3方案评价与决策 方案评价的意义实现同一种功能 由于工作原理 工艺动作分解方法及机构型式的不同 会形成多种设计方案 方案评价的目的在于通过科学的评价 决策来优选出最佳的方案 评价准则评价一个设计方案的优劣 需要一定的依据 这些依据称为评价准则 它包含两方面内容 1 设计目标指从哪些方面 以什么原则 达到什么标准为优 2 设计指标指具体的约束限制 评价指标 系统功能 运动性能 动力性能 工作性能 济济性 结构紧凑性 承载能力 增力特性 传力特性 振动噪音 可靠性等 效率高低 寿命长短 可操作性 安全性 适用范围等 加工难易 能耗大小 制造成本等 尺寸 重量 结构复杂性等 实现运动规律或轨迹的型式 实现工艺动作的准确性 特定功能等 运转速度 行程可调性 运动精度等 13 3方案评价与决策 评价指标 13 3方案评价与决策 评价方法 1 经验性的概略评价法请多名有经验的专家根据经验采用排队法或排除法直接评价 2 计算性的数学分析评价法 评分法 后页介绍 技术 经济评价法综合考虑了技术类指标和经济类指标 评价值一般为相对于理想状态的相对值 模糊评价法用 0 1 区间内的连续数值代替评分法中的离散数值来表达评价值 使评价结果更为准确 3 实践性的实验评价法对重要的方案设计问题 通过模型试验或计算机模拟实验来进行评价 13 3方案评价与决策 建立评价体系 选择评分方法 选择评分标准 对各个项目进行评分 选择总分计分法 计算总分 选取高分者为优选方案 评分法 针对评价目标中各个项目 选择一定的评分标准和总分计分法对方案的优劣进行评价 各个项目的评分标准是指将定性评价的项目按优劣程度分成区段 例如 13 3方案评价与决策 评价结果的处理 13 3方案评价与决策 评价结果的再设计处理若以理想的评价值为1 相对评价值小于0 6的方案 应予以剔除 相对评价值大于0 8的方案 只要其各项评价指标都较为均衡 则认为可以采用 相对评价值在0 6 0 8之间的方案则需具体分析 13 3方案评价与决策 例题 推纸机构功能是将纸库中的纸一张张推出 主运动为往复直线运动 凸轮摆杆机构 曲柄摆杆机构 施蒂芬森机构 有三个方案 13 3方案评价与决策 例题 推纸机构功能是将纸库中的纸一张张推出 主运动为往复直线运动试用评分法进行评价 评价项目 p1系统功能 p2运动性能 p3动力性能 p4工作性能 p5结构紧凑性解 选用直接评分法 相加法 则有机构1 Q 1 0 75 0 75 0 75 0 75 4机构2 Q 0 75 0 75 0 75 0 75 0 6 3 6机构3 Q 0 75 0 75 0 75 0 6 0 6 3 45故机构1较优 凸轮摆杆机构 施蒂芬森机构 曲柄摆杆机构 13 4方案设计和原动件选择13 4 1传动系统方案设计 传动系统方案设计的内容 原动机类型的选择和传动系统的方案设计 各级传动比的分配 传动链中机构顺序的安排 传动路线选择 传动类型选择 执行系统的方案设计 挠性 件 传动 摩擦轮传动 绳传动 圆形齿轮传动 挠性啮合传动 带传动 啮合传动 机械传动 摩擦传动 单级齿轮传动 齿轮系传动 同步齿形带传动 螺旋齿轮传动 蜗杆蜗轮传动 圆锥齿轮传动 圆柱齿轮传动 定轴轮系传动 周转轮系传动 链传动 非圆齿轮传动 行星轮系传动 差动轮系传动 13 4方案设计和原动件选择13 4 1传动系统方案设计 传动类型选择 啮合传动机构 连杆机构 摩擦轮传动 蜗杆传动 链传动 平行四边形机构 13 4方案设计和原动件选择13 4 1传动系统方案设计 传动类型选择 传递连续转动的机构 13 4方案设计和原动件选择13 4 1传动系统方案设计 传动类型选择 实现单向间歇转动的机构 棘轮机构 齿轮 连杆机构 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 13 4方案设计和原动