机械运动方案设计

第十章 机械运动方案设计,第一节机械总体方案设计,直接决定产品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企业效益。机械运动方案设计，最具创造性和综合性。（重要性）一、机械产品的设计过程 五个阶段产品规划(概念设计) 总体方案设计 结构技术设计 生产施工设计(工艺设计) 改进设计,机械产品设计一般进程,二、机械总体方案设计的目的和内容 1、目的 产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决于总体方案设计的构思和方案拟定时的设计思想。 2、内容执行系统方案的设计原动机类型的选择和传动系统方案的设计控制系统方案的设计其他辅助系统的设计,执行系统的方案设计,执行系统方案评价与决策,执行系统协调设计,执行机构型式设计,运动规律设计,系统功能原理设计,机构尺度设计,运动和动力分析,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,控制系统的方案设计,其它辅助系统的设计,照明系统设计,安全保障系统设计,故障检测系统设计,冷却系统设计,润滑系统设计,第二节 现代设计观念与创新设计简介,一、 机械设计的历史,人类设计经历的三个阶段,直觉设计阶段,凭直观感觉来设计制作工具和机械，往往带有一定的盲目性,经验设计阶段,依靠个人的才能和经验，运用一些基本设计计算理论，借助类比、模拟和试凑等方法进行设计,半理论半经验设计阶段,充分利用数据、图表和手册等进行设计，减少了设计的盲目性，增加了合理性,二、 现代设计方法的主要分支 设计方法学(Design methodology)优化设计(Optimal design)价值工程(Value engineering)计算机辅助设计(CAD)可靠性设计(Reliability design)工业艺术造型设计(Visual design)模块化设计(Modular design)反求工程(Inverse engineering)有限元法(Finite element method)机械动态设计(Dynamic design)相似性设计(Similarity design)系统化设计(Systematization design) 并行设计(Concurrent design) 人机工程学(Man-machine engineering，ergonomics)模态设计(Modal design) 现代设计方法的核心机械创新设计(Innovative design),传统设计与现代设计的比较,三、机械现代设计和创新设计的特点 从经验积累上升到系统理论，更具科学性。由漫长的相对稳定到充满活力的快速飞跃发展，更具创造性。从较单一的应用力学体系发展到多学科融合的系统工程，更具多元性。从设计的指导思想、理论体系以及设计技法、设计的物质手段都充分体现了最新的科学技术成就，更具完美性。设计“绿色机器”成了现代机械设计追求的目标。,四、创造性设计与创造性思维创造性思维的主要特点 独特性 多向发散性 非逻辑性 连动性 综合性,部分创造技法,第三节 机械执行系统运动方案设计,重要性执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械系统预期工作任务。机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核心，是整个机械设计工作的基础。机械执行系统的组成 由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，决定了整个执行系统的结构方案。,一、机械执行系统运动方案设计的主要内容和过程,功能原理设计,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,运动规律设计,通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解，决定采用何种运动规律来实现工作原理,执行机构型式设计,决定选择何种机构实现给定的运动规律,执行系统协调设计,执行机构型式设计,根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调配合，设计出机械运动循环图,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,运动和动力分析,检验执行系统是否满足运动要求和动力性能方面的要求,方案评价与决策,对方案进行定性评价和定量评价并从中选出最佳设计方案,二、执行系统的功能原理设计1. 功能原理的选择与构思产品的功能：产品的用途、性能、使用价值等，根据人们生产或生活需要提出。 确定功能指标的考虑因素： 先进性、可行性、经济性功能原理设计的重要性：决定产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构型式、制造成本等。 功能原理设计的多方案性： 工作原理不同，运动方案也不同（齿轮加工可选用仿形法或范成法） 工作原理相同，运动方案不同（齿轮加工可选用滚齿、插齿或剔齿）,其它实例斜面的应用：螺旋压力机、螺旋千斤顶、螺纹联接件、螺旋输送机、螺杆泵、螺旋微动机构、千分尺等 齿轮加工方法：无屑加工(精密铸造、粉末冶金成型、滚压成型)、切削加工(成型法、展成法)、成型法加工的盘状齿轮铣刀和指状齿轮铣刀、展成法的滚齿和插齿 用最简单的方法实现功能举例 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。,总功能,功能元解,功能原理方案,最佳功能原理方案,明确任务,功能元,2. 功能分析与功能求解 功能分析法(Function analysis)，将机械产品的总功能(Total function)分解成若干功能元(Function element)，求解功能元，将其组合，得到满足总功能要求的多种解决方案供评价选择。,三、执行系统的运动规律设计 1. 工艺动作分解和运动方案选择,刀具作复合运动,刀具与工作台分别运动,运动规律设计通常是对工艺方法和工艺动作进行分析，把其分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，所形成的运动方案也不同。,立式钻床工艺动作分解,直线运动,曲线运动,复合运动,往复摆动,每分钟转数 rpm,由两个以上单一运动合成,间歇转动,停歇往复直线运动,停歇单向直线运动,沿可变曲线运动,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、行程速度变化系数,每分钟行程数、大小、行程速度变化系数,每次进给量的大小,每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度,四、执行机构的型式设计 1. 设计原则满足执行构件的工艺动作和运动要求尽量简化和缩短运动链尽量减小机构尺寸选择合适的运动副形式 考虑动力源的形式使执行系统具有良好的传力和动力特性 使机械具有调节某些运动参数的能力 保