CH37机构及系统运动方案设计.ppt

1、第七章 机构系统运动方案设计,7.1 机构系统运动方案设计 7.2 执行机构运动规律设计 7.3 执行机构运动协调设计 7.4 机械运动循环图设计,制造技艺制造技术制造科学； 制造活动的社会性、制造系统的开放性制造科学综合性； 制造科学不可能在孤立、封闭的状态下发展，必然走兼采百家之长、交叉融合的道路； 现代物理、数学、化学、生命、信息、材料、管理和系统等科学的发展，为制造科学不断提供新的推动力，也不断丰富着现代制造学科的内涵和外延。,制造科学是多学科交叉的学科,制造业是国家的战略性产业；,高度发达的制造业，是实现工业化的必备条件；,高度发达的制造业，是衡量国家国际竞争力的重要标志；,高度发达

2、的制造业，是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键因素。,许多高技术我国尚未掌握，许多重大装备我国不能自主制造，缺乏自主创新能力,是制造大国，不是制造强国,发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500强,关键装备大多依赖进口 光电子制造设备的100% IC制造装备的85% 高档数控机床的70%,发展趋势,“数”是发展的核心 “精”是发展的关键 “极”是发展的焦点 “自”是发展的条件 “网”是发展的道路 “集”是发展的方法 “智”是发展的前景 “绿”是发展的必然,据报道，由于日本地震及海啸的影响，iPod 、iPhone、iPad和MacBoo

3、k的锂电池供应短缺已经迫在眉睫，原因是日本Kureha公司由于地震原因，不得不关闭其日本工厂。 日本Kureha公司控制着全球聚偏二氟乙烯polyvinylidene fluoride （简写为PVDF）近70%市场份额，这种化合物是锂电池的重要原料之一。而Kureha公司唯一一家制造PVDF的工厂就位于此次地震的重灾区福岛磐城。 电池组里的电池单元似乎也是苹果日本子公司提供的，尽管最后的电池组组装是在中国进行。,一则消息（2011.3.18 网络检索关键词：日本地震、苹果电池）,钢铁大国 稀土大国 汽车大国 ？ 人无我有创新 人有我精也是创新(现阶段),如何创新与设计？,7.1 执行机构运动

4、方案设计,功能原理,工艺动作,运动方案,工艺过程,改变容积、或改变动能、 增大容积吸水，减少容积排水,活塞往复运动、或叶片泵、齿轮泵,移动从动件凸轮机构、,如何简单、高效？,设计的层次,取水,1、使用(工艺)要求相同，可采用不同的功能原理。,例1：举升, 可采用多种不同的功能原理 机械：连杆、凸轮、螺旋、 液力 电磁吸附 充气 ,一、功能原理与工艺动作设计之间的关系,例2：取水，可采用不同的功能原理 改变水的动能：离心泵 改变容体容积： 虹吸： 负压： ,举升实例,2、不同的功能原理导致不同的工艺动作,常见泵的种类： 离心泵、磁力泵、潜水泵、 真空泵、隔膜泵、螺杆泵、 往复泵、自吸泵、转子泵、

5、 柱塞泵、齿轮泵、旋涡泵、 无泄漏泵,1)采用往复移动的工艺动作改变容积,例：取水（续）,2) 采用往复摆动的工艺动作改变容积,3)采用旋转工艺动作改变容积,3、相同的功能原理，也可能采用不同的工艺动作,对于比较复杂的使用要求和工艺要求，往往需要多个功能原理组合成一个总的功能原理来满足。,二、工艺动作设计与运动方案设计的关系,1、工艺动作不同，机构运动方案也就不相同,例3：洗衣机,单缸单洗洗衣机,双缸半自动洗衣机,全自动滚筒洗衣机,2、不同的机构可能实现同样的工艺动作,3、为获得好的运动方案，就应当拟定评价体系，并据此体系进行综合评价才能作出决策。,印刷机,三、工艺过程设计,根据拟定的功能原理

6、及工艺动作进行工艺过程设计。 工艺过程设计的总要求： 工序集中原则； 工序分散原则：工序尽量集中，集中有困难，就分散。 各工序的工艺时间相等原则； 多工件同时加工原则； 缩短工作周期原则： 各执行构件工作时间重叠； 工作时间与空行程时间互相重叠； 空行程与空行程时间互相重叠。,7.2 执行机构运动规律设计,1、根据使用要求和功能原理，制定合理的运动规律。 应充分考虑使用要求和功能原理。 在满足使用要求的前提下，应尽可能设计出简单且易于实现的运动规律。 必要时，应重新构思新的功能原理。 为使工艺过程自动化，原封不动的按传统工艺动作去设计自动化机构系统，其效果往往是不好的。,2、把复杂的运动规律（

7、工艺动作）进行分解,连续转动：多数的原动机：电动机、内燃机、液压马达、气压马等 往复摆动：活塞式汽缸、液压缸、直线电机 往复移动：双向电动机、摆动式液压缸、汽缸 间歇运动：步进电机、伺服电机,1）机构所能实现的基本运动行式,？,汽车雨刮器,基本运动规律变换,2）常见的运动分解/合成,（1）某些周期性运动（包括间歇运动机构、非匀速运动)一般可分解为一个匀速运动与一个附加的往复运动，并且分别用比较简单的机构予以实现，然后合成。,（2） 不同特性的非匀速运动合成往往可以实现比较复杂的运动。,（3）相同特性运动合成，可以得到增加或减小输出位移量的效果。,（4）复杂的曲线运动往往可以分解成不同方向的简单

8、移动或一个简单移动和转动。,7.3 执行机构运动协调设计,一、执行机构的布置 二、执行机构运动协调设计应满足的要求 三、执行机构运动协调设计的分析计算,一、执行机构的布局,执行构件的布置 特别要考虑到控制此执行构件运动的执行机构的安装是否方便 执行机构的布置 与执行构件的联接是否方便； 执行机构原动件布置的位置是否恰当； 尽可能接近执行构件； 使各执行机构原动件尽可能集中布置在一根轴或少数几根轴上； 各原动件应保持等速或定速比。,二、执行机构运动协调设计应满足的要求,保证各执行机构动作的顺序性； 各执行构件的动作在时间上同步； 保证空间的同步性； 保证系统各执行构件对操作对象的操作具有单一性或

9、协同性； 二执行构件的动作之间应保持时间上的间隔，以避免动作衔接处发生干涉；,3、要使分解后的运动规律协调配合,（1）简单情况可采用机构合成法 将多个分解运动输入到具有多个自由度的机构中，合成为一个复杂的运动。 （2）可采用分配轴的方法使各分解运动协调配合。 （3）可采用电气控制或计算机数字控制的方法使各分解运动协调配合。,设计实例：粉料压片机,粉料,药片,?,运动方案设计：挤压成形、 运动规律设计：连杆、凸轮、 运动协调设计：,1、运动方案设计：工艺过程及运动分析,移动料斗3至模具11的型腔上方，并准备将粉料装入型腔； 料斗振动，将粉料装入型腔； 下冲头5下沉，以防止上冲头9下压时将型腔内粉

10、料抖出； 上冲头下压,下冲头上压，加压粉料并保压一定时间，使药片成型； 上冲头快速退出,下冲头将压好的药片推出型腔，完成压片工艺过程 。 执行构件：3、9、5,其他方案,11,凸轮/连杆机构 多杆机构II 凸轮机构III 凸轮机构,2、运动规律设计,3、运动协调设计,思考：是否存在的问题？,三、执行机构运动协调设计的分析计算,各执行机构运动循环时间同步化计算 确定最大工作循环周期Tmax； 确定机械最小工作循环周期Tmin； 确定合理的机构系统的工作循环周期T； 确定各机构分配轴的转速和工作行程的起始角。 各执行机构运动循环空间同步化计算 合理确定各执行机构的运动错位角，避免空间上的干涉。,7

11、.4 机械运动循环图设计,一、机械运动循环图,1、机械运动循环图定义 表达机械各执行机构（构件）在一个运动环中各动作的协调配合关系的简单明确图，称机械运动循环图。,2、直线式循环图（矩形循环图）,3、圆形循环图（极坐标式）,4、直角坐标式循环图,二、机械运动循环图的设计,1、设计要点 完成系统的协调设计; 确定参照机构（构件）; 设计单一执行机械运动循环图 ; 设计机械运动循环图.,例：多工位冷墩机设计,要求：将连续的盘料（如棒料、带料、板料等）制成特定的工件（需要变形、切边、冲孔）。 工序分为： 截料：将连续的盘料切制为设定尺寸的毛坯料； 整形：毛坯在不被破坏的条件下发生塑性变形，成为所要求的形状； 压角 冲孔 其他辅助工序包括： 进料：送