机械原理课程设计

1、机械运动方案设计及机构创新设计机械运动方案设计及机构创新设计 机械设计的一般程序机械设计的一般程序机械运动方案设计机械运动方案设计l运动方案的设计运动方案的设计l通过通过何种原动机何种原动机及及何种机构何种机构组合一部完成特定组合一部完成特定工作任务的机械系统的全面构思工作任务的机械系统的全面构思； l运动方案设计的优劣，决定了机械的性能、造运动方案设计的优劣，决定了机械的性能、造价、市场前景价、市场前景；l完成同一工作任务，可以有多种不同工作原理，完成同一工作任务，可以有多种不同工作原理，相同工作原理，设计方案也可能不同相同工作原理，设计方案也可能不同； l运动方案设计的结果是绘出一张由线条

2、和符号运动方案设计的结果是绘出一张由线条和符号组成的机械运动简图组成的机械运动简图。 机械预期的功能要求机械预期的功能要求功能原理设计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）运动规律设计（工艺动作分解与运动方案选择）执行机构形式设计（机构型综合）执行机构形式设计（机构型综合）执行系统协调设计（运动循环图设计）执行系统协调设计（运动循环图设计）机构尺度设计机构尺度设计运动和动力分析及评价运动和动力分析及评价绘制执行系统运动简图绘制执行系统运动简图l功能原理设计：选择何种工作原理实现功能原理设计：选择何种工作原理实现功能要求。功能要求。l功能要求包括功能要求包括工艺要求和使用要求工艺

3、要求和使用要求；l功能原理决定了产品的技术水平、工作质功能原理决定了产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构形式和成本等；量、传动方案、结构形式和成本等；l功能原理设计是一个施展创新能力的空间。功能原理设计是一个施展创新能力的空间。工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案l功能原理设计举例功能原理设计举例l颗粒糖果包装颗粒糖果包装l薄板厚度检测薄板厚度检测 l洗衣洗衣l搓洗搓洗：设计爪和臂，洗衣机器人设计爪和臂，洗衣机器人；l漂洗漂洗：水流和衣物相对运动，洗衣机水流和衣物相对运动，洗衣机。举例l 工艺动作工艺动作：l将手工操作转换为机构容易实现的动作轨迹将手工操作

4、转换为机构容易实现的动作轨迹；l确定运动方式时，要顾及工作对象的特性。确定运动方式时，要顾及工作对象的特性。l 动作分解动作分解：l复杂的运动规律先进行分解再合成复杂的运动规律先进行分解再合成；l同一运动规律，可以分解成各种不同的简单运动，从而同一运动规律，可以分解成各种不同的简单运动，从而设计出设计出结构不同却具有相同使用性能的机构结构不同却具有相同使用性能的机构。举例工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案l机构选型：根据执行构件所要完成的运机构选型：根据执行构件所要完成的运动动(运动形式、运动规律运动形式、运动规律)，确定执行机，确定执行机构的形式。构的形式

5、。l确定执行构件数目和运动规律；确定执行构件数目和运动规律；l选择或创新设计执行动作的机构形式。选择或创新设计执行动作的机构形式。工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案l机构选型的基本原则：机构选型的基本原则：l1)满足工艺动作及其运动规律的要求：满足工艺动作及其运动规律的要求：l高副机构高副机构 vs低副机构低副机构 ：优先采用低副机构，：优先采用低副机构，高副机构往往只用于运动控制与补偿；高副机构往往只用于运动控制与补偿；l虚约束虚约束：可增加刚性、强度、消除运动不确：可增加刚性、强度、消除运动不确定性、起平衡作用等，但会提高生产成本、定性、起平衡作用等，但

6、会提高生产成本、增加装配困难增加装配困难 ； l调整调整：适当设置调整环节，或者选用能调节、：适当设置调整环节，或者选用能调节、补偿误差的机构，以确保满足使用要求。补偿误差的机构，以确保满足使用要求。 工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案l机构选型的基本原则：机构选型的基本原则：l1)满足工艺动作及其运动规律的要求；满足工艺动作及其运动规律的要求；l2)机构的运动链要短：机构的运动链要短：l减少制造和装配困难，减轻重量，降低成本；减少制造和装配困难，减轻重量，降低成本；l减少机构的累积运动误差，提高机器的效率减少机构的累积运动误差，提高机器的效率和工作可靠性。

7、和工作可靠性。 工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案l机构选型的基本原则：机构选型的基本原则：l1)满足工艺动作及其运动规律的要求；满足工艺动作及其运动规律的要求；l2)机构的运动链要短；机构的运动链要短；l3)机构的传力性能要好机构的传力性能要好 ：l增大机构传动角增大机构传动角 (或减小压力角或减小压力角) ：防止机构：防止机构的自锁，增大机器的传力效益，减小功耗。的自锁，增大机器的传力效益，减小功耗。 l对称性：机构质量分布合理，以求惯性力平对称性：机构质量分布合理，以求惯性力平衡和减小动载荷。衡和减小动载荷。 工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机

8、构执行机构 运动方案运动方案l机构选型的基本原则：机构选型的基本原则：l1)满足工艺动作及其运动规律的要求；满足工艺动作及其运动规律的要求；l2)机构的运动链要短；机构的运动链要短；l3)机构的传力性能要好机构的传力性能要好 ；l4)动力源应利于简化机构、改善运动质量：动力源应利于简化机构、改善运动质量：l转动：电机；内燃机、液压马达、气动马达；转动：电机；内燃机、液压马达、气动马达；l往复移动：活塞式气缸、油缸或直线电机；往复移动：活塞式气缸、油缸或直线电机；l往复摆动：双向电动机、摆动式油缸或气缸；往复摆动：双向电动机、摆动式油缸或气缸；l间歇运动：步进电机。间歇运动：步进电机。 工作原理

9、工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案l机构选型方法：机构选型方法：l1、按执行构件的运动形式进行机构选型：、按执行构件的运动形式进行机构选型：l常见的执行构件的运动形式：常见的执行构件的运动形式：l旋转运动旋转运动：连续旋转运动、间歇旋转运动和往复连续旋转运动、间歇旋转运动和往复摆动等摆动等； l直线运动直线运动：往复移动、间歇往复移动、单向间歇往复移动、间歇往复移动、单向间歇直线移动等直线移动等； l曲线运动曲线运动：执行构件上某点作特定的曲线运动执行构件上某点作特定的曲线运动；。l刚体导引运动刚体导引运动：非连架杆的刚体导引运动非连架杆的刚体导引运动；l特殊功能运

10、动特殊功能运动：微动、补偿、换向等。微动、补偿、换向等。 工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案l机构选型方法：机构选型方法：l2、按执行机构的功用进行机构选型、按执行机构的功用进行机构选型 举例l协调设计：各执行构件的动作在协调设计：各执行构件的动作在时间时间和和空间空间位置位置上协调配合。上协调配合。l各执行机构动作按一定顺序，保证动作时间同步；各执行机构动作按一定顺序，保证动作时间同步；l各执行机构构件的动作必须保证空间同步，互相各执行机构构件的动作必须保证空间同步，互相不产生空间干涉；不产生空间干涉；l保证时间、空间同步，运动轨迹不干涉的前提下，保证时间

11、、空间同步，运动轨迹不干涉的前提下，使各执行机构的动作时间尽量重合，工作循环周使各执行机构的动作时间尽量重合，工作循环周期尽可能短，以提高机器的生产率；期尽可能短，以提高机器的生产率；l一个执行机构动作结束到另一个执行机构动作起一个执行机构动作结束到另一个执行机构动作起始点之间应有适当间隔，以免两机构在动作衔接始点之间应有适当间隔，以免两机构在动作衔接处发生干涉。处发生干涉。 工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案l机器运动循环图机器运动循环图l机器的运动循环：机器完成其功能所需的机器的运动循环：机器完成其功能所需的总时间，与各执行机构运动循环一致：总时间，与各

12、执行机构运动循环一致：T执执=T工作工作+T空程空程+T停歇停歇l机器运动循环图（工作循环图）：描述各机器运动循环图（工作循环图）：描述各执行机构之间有序的、既相互制约又相互执行机构之间有序的、既相互制约又相互协调配合的运动关系示意图。协调配合的运动关系示意图。 工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案l1）直线式运动循环图）直线式运动循环图l2）圆周式运动循环图）圆周式运动循环图l3）直角坐标式运动循环图）直角坐标式运动循环图不仅能表示出这些执行机构中构件动作的先后，而且还能描不仅能表示出这些执行机构中构件动作的先后，而且还能描述它们的运动规律及运动上的配合关系

13、，述它们的运动规律及运动上的配合关系，直观性强直观性强。l运动和动力分析运动和动力分析工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案l方案评价：从方案评价：从技术、经济、安全可靠技术、经济、安全可靠三三方面评价，其中技术方面的因素（功能方面评价，其中技术方面的因素（功能和技术性能）占较大比例。和技术性能）占较大比例。l评价方法：评价方法：l经验法经验法l数学法数学法l试验试验工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案课程设计采用经验评课程设计采用经验评价法，根据自己的经价法，根据自己的经验对方案作粗略的定验对方案作粗略的定性评价。性评价。l系

14、统运动简图系统运动简图工作原理工作原理 运动规律运动规律 执行机构执行机构 运动方案运动方案举例功能原理功能原理空盒由输送带送空盒由输送带送至转盘位置至转盘位置A A；转盘间歇转动，转盘间歇转动，每次转每次转6060，把，把空盒间断送到位空盒间断送到位置置B B；顶杆把顶杆把B B位置的空位置的空盒顶起至上止点，盒顶起至上止点，冷霜由定量泵的冷霜由定量泵的出料管进入空盒，出料管进入空盒，灌霜；灌霜；功能原理功能原理顶杆下降、停顿，顶杆下降、停顿，转盘转动，盒内转盘转动，盒内冷霜表面被刮料冷霜表面被刮料板刮平；板刮平；顶杆下降到下止顶杆下降到下止点停止不动，盒点停止不动，盒被转盘带至位置被转盘带

15、至位置CC，由输送带传，由输送带传出送至盖盒盖工出送至盖盒盖工序。序。输送带连续运动输送带连续运动；转盘间歇转动转盘间歇转动；顶杆带停歇的上下顶杆带停歇的上下往复移动往复移动；定量泵活塞杆的上定量泵活塞杆的上下往复移动下往复移动。 每个动作由一个执每个动作由一个执行机构来实现行机构来实现。机械运动方案机械运动方案执行机构执行机构1-1-链传动，实链传动，实现输送带的连续运动；现输送带的连续运动；执行机构执行机构2-2-槽轮机构，槽轮机构，实现转盘间歇转动；实现转盘间歇转动；执行机构执行机构3-3-凸轮连杆组凸轮连杆组合机构，实现顶杆上下往合机构，实现顶杆上下往复移动；复移动；执行机构执行机构4

16、-4-行程可调连行程可调连杆机构，实现活塞杆上下杆机构，实现活塞杆上下往复移动往复移动 ；为便于保证各执行机构为便于保证各执行机构在时间上的协调，将在时间上的协调，将各执各执行机构的主动件直接安装行机构的主动件直接安装在同一根分配轴上，或通在同一根分配轴上，或通过一些传动链与分配轴相过一些传动链与分配轴相联；联；各执行机构由一个电机各执行机构由一个电机驱动，运动由分配轴分路驱动，运动由分配轴分路传出。传出。执行系统协调设计执行系统协调设计l 1 1）计算机械运动循环周期）计算机械运动循环周期l设生产率设生产率Q=30Q=30盒盒/min/min，则机械运动循环的周期为，则机械运动循环的周期为T

17、=60/30=2sT=60/30=2s，分配轴对应转，分配轴对应转360360l 2 2）确定）确定T T 时间内（即分配轴一转内）各执行构件时间内（即分配轴一转内）各执行构件的行程区段：的行程区段：l输送带一个行程区段：连续转动；输送带一个行程区段：连续转动；l转盘二个行程区段：转位和停歇，其动停比转盘二个行程区段：转位和停歇，其动停比 k=k=（z-2z-2）/ /（z+2z+2）= =（6-26-2）/ /（6+26+2）=1/2=1/2，l顶杆六个行程区段：上、停、下、停、下、停顶杆六个行程区段：上、停、下、停、下、停l定量泵活塞杆二个行程区段：上、下定量泵活塞杆二个行程区段：上、下l

18、3 3）确定协调原则）确定协调原则- 为了保证较高生产率，应缩短机械工作周期，这就要求为了保证较高生产率，应缩短机械工作周期，这就要求各执行构件的动作在时间上有一部分重合；各执行构件的动作在时间上有一部分重合；- 顶杆与活塞杆的操作对象是同一个空盒，它们的运动时顶杆与活塞杆的操作对象是同一个空盒，它们的运动时间应协调，间应协调，顶杆未将空盒顶到预定位置时，活塞杆不能顶杆未将空盒顶到预定位置时，活塞杆不能将冷霜压出将冷霜压出；- 在注意时间上的协调性之外还要注意空间位置上的协调在注意时间上的协调性之外还要注意空间位置上的协调性，如性，如转盘未停止时顶杆不能上升到顶起位置转盘未停止时顶杆不能上升到顶起位置，否则运，否则运动干涉，机件损坏。动干涉，机件损坏。l绘制机械运动（工作）循环图绘制机械运动（工作）循环图l定标构件：机械在主轴或分配轴转动一周定标构件：机械在主轴或分配轴转动