机械原理方案设计.ppt

1、Page1,第13章 机械系统方案的设计,13.1 机械产品的设计过程 13.2 机械总体方案设计 13.3 执行系统方案设计 13.4 执行系统的协调设计 13.5 方案评价与决策 13.6 机械传动系统的方案设计,Page2,13.1 机械产品的设计过程,机械新产品的开发设计过程：,1）初期规划设计阶段,2）总体方案设计阶段,3）结构技术设计阶段,4）生产施工设计阶段,Page3,13.1 机械产品的设计过程,Page4,13.1 机械产品的设计过程,Page5,13.1 机械产品的设计过程,Page6,13.1 机械产品的设计过程,Page7,13.1 机械产品的设计过程,工艺设计,Pa

2、ge8,13.2机械总体方案设计,仿照设计：,往往忽略初期规划设计阶段的作用,往往忽略总体方案设计阶段的作用,初期规划设计,调研,可行性论证,生命力,竞争力,开发什么产品？,产品开发：,Page9,13.2 机械总体方案设计,（1）执行系统的方案设计,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 执行系统的方案评价与决策,（2）原动机类型的选择,Page10,13.2机械总体方案设计,（4）控制系统的方案设计,（3）传动系统的方案设计,传动类型的选择 传动路线的选择 传动链中机构顺序的安排 各级传动比的分配,润滑系统 冷却系统 故障监测系统 安全保护系统 照明系

3、统,（5）其它辅助系统的设计,Page11,13.3 执行系统方案设计,Page12,13.3.1 执行系统的功能原理设计 根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。 功能原理的构思与选择 功能原理设计的任务，就是根据机械预期实现的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较并根据使用要求或者工艺要求，从中选择出既能很好的满足功能要求，工艺动作又简单的工作原理。,Page13,举例： 自动送料板装置的功能原理设计 机械推拉原理,摩擦传动原理(摩擦板),Page14,摩擦传动原理(摩擦轮),气吸原理(底吸法),气吸原理(顶吸法),Page15,总结 实现某种预期的要求，

4、可以采用多种不同的工作原理； 不同的工作原理需要不同的工艺动作，这样所设计出的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面都会有很大的差别。,Page16,13.3.2 执行系统的运动规律设计 工艺动作分解和运动方案选择 工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作分解的方法不同，形成的运动方案也相同。,Page17,内孔加工,车床,拉床,钻床,镗床,Page18,总结 同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，工艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律和运动方案也相同，它们很大程度上决定了机械的特点、性能和复杂程度。 在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综合考虑各方面的因素，根据实际情况对各种运动规

5、律和运动方案加以认真分析和比较，从中选出最佳方案。,Page19,13.3.4 执行机构的型式设计 执行机构型式设计的原则 1.满足执行构件的工艺动作和运动要求 运动形式、运动规律和运动轨迹 2. 尽量简化和缩短运动链,Page20,精确直线导向机构 近似直线导向机构,Page21,简化结构 减轻重量,冲压机：保证曲柄转速不变,Page22,3. 尽量减小机构的尺寸,保证滑块行程不变,利用杠杆行程放大原理,利用活动齿轮倍增行程原理,Page23,4. 选择合适的运动副形式 运动副在机械传递运动和动力的过程中起着重要作用，它直接影响到机械的结构形式、传动效率、寿命和灵敏度等。 一般来说，转动副易

6、于制造，易于保证运动副元素的配合精度，且效率较高；移动副制造较困难，不易保证配合精度，效率低且易自锁或楔紧，故一般只宜用于作直线运动或将转动变为移动的场合。,Page24,转动副代替移动副实例 近似直线导向机构,Page25,5. 考虑动力源的形式 选择合适的动力源，有利于简化机构结构和改善机械性能。 例：执行构件作等速往复直线运动,需要单独的电动机和传动机构驱动原动件，且采用连杆机构把转动变为执行机构的等速往复直线运动，结构复杂。,不仅省去了传动机构，而且一个动力源可以驱动多个执行机构，机构简单紧凑，反向时运转平稳，易于调节移动速度。,Page26,6. 使执行系统具有良好的传力条件和动力特

7、性 设计时，应注意选用具有最大传动角、最大增力系数和最高效率的机构，这样可以减小主动轴上的力矩和原动机的功率及机构的尺寸和重量；应尽量避免采用虚约束；高速运转机构应考虑平衡设计等。,Page27,7 . 使机械具有调节某些运动参数的能力 具有调节滑块最大行程功能的机构,摆杆1可绕铰链转动，它所处的位置不同，滑块的最大行程也随之变化。摆杆1调到合适的位置后锁紧，则机构只有一个自由度。此时滑块2在1上上下滑动。,Page28,8. 保证机械的安全运转 必须考虑防止出现机械意外损坏或生产、人身事故。例如可以采取具有过载保护功能的带传动、设置具有自锁功能的蜗杆蜗轮机构等。,Page29,机构的选型 利

8、用发散思维的方法，将前人创造发明的各种机构按照运动特性或动作功能进行分类，然后根据设计对象中执行构件所需要的运动特性或动作功能进行搜索、选择、比较和评价，选出执行机构的合适形式。 1按照执行构件所需的运动特性进行机构选型 从具有相同运动特性的机构中，按照执行构件所需的运动特性进行搜寻。当有多种机构均可满足所需要求时，则可根据上节所述原则，对初选的机构形式进行分析和比较，从中选择出较优的机构。,Page30,Page31,2按照动作功能分解与组合原理及型机构选型 任何一个复杂的执行机构都可以认为是由一些基本机构组成的，这些基本机构具有如下基本功能：,Page32,动作功能分解组合原理 总体功能可

9、以分解成若干分功能： U=(Ui) i=1,2,m 每一个分功能又可以用不同的机构来实现： Tj=(ti1,ti2,tin)j=1,2,n 功能-技术矩阵：,Page33,只要在矩阵的每一行任找一个元素，把各行中找出的机构组合起来，就组成一个能实现总体功能的方案。 在确定了各分功能顺序的前提下方案总数为： N=nm 得到各种方案后，先剔除一些明显不成立的、不符合要求的方案，然后按照上节所述的原则，筛选出一些较合理的方案，以供进一步评价。这种方法有利于利用计算机存储、分析和选择，具有广阔前景。,Page34,精锻机主机构选型举例 总体功能 当加压执行构件（冲头）上下运动时，能锻出较高精度的毛坯。

10、根据空间条件，驱动轴必须水平布置，加压执行构件沿铅垂方向移动。试构思该执行机构的若干方案。,Page35,动作功能分解 运动形式变换功能：将驱动轴的转动变换为冲头的移动； 运动轴线变向功能 将水平轴运动变换为铅垂方向运动； 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。,Page36,功能-技术矩阵图,Page37,将各分功能进行组合，得出可行方案 将三个分功能按不同的顺序排列，得到各种方案的示例,Page38,几种典型方案示例 方案 1,先由曲柄滑块机构将转动变换成移动并实现运动大小变换功能，再采用斜面机构将水平轴运动变换为铅垂方向运动并实现运动大小变换功能。,特点：采用斜面

11、机构增强了系统刚度，经过两次运动大小变换增加了锻压力。,Page39,方案 2,先由曲柄滑块机构将转动变换成移动并实现运动大小变换功能，再采用液压机构将水平轴运动变换为铅垂方向运动并实现运动大小变换功能。,特点：经过两次运动大小变换，可见有较大的锻压力。,Page40,方案 3,先由曲柄滑块机构实现运动大小变换功能，再采用摆杆滑块机构将水平轴运动变换为铅垂方向的移动并实现运动大小变换功能。,特点：经过两次运动大小变换，具有较大的力。 缺点：系统刚度较差。,Page41,方案 4,先由摩擦轮机构将水平轴转动变换为铅垂轴转动，再采用螺旋机构将转动变换为往复移动并实现运动大小变换功能。,特点：螺旋机

12、构具有很好的运动大小变换功能，可产生很大的锻压力。,Page42,机构的构型,Page43,13.4执行系统的协调设计 13.4.1 执行系统协调设计的原则 当根据生产工艺要求确定了机械的工作原理和各执行机构的运动规律、并确定了各执行机构的型式及驱动方式后，还必须将各执行机构统一于一个整体，形成一个完整的执行系统，使这些机构以一定的次序协调工作，互相配合，以完成机械预定的功能和生产过程执行系统的协调设计。 满足各执行机构动作先后的顺序性要求；,Page44,满足各执行机构动作在时间上的同步性要求； 满足各执行机构在空间布置上的协调性要求； 满足各执行机构操作上的协同性要求； 各执行机构的动作安

13、排要有利于提高劳动生产率； 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。,Page45,13.4.2 执行系统协调设计的方法 工程实际中的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。 协调设计的步骤 确定机械的工作循环周期； 确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及其所需时间； 确定各执行构件动作间的协调配合关系。,Page46,例：冷霜自动灌装机 确定机械的工作循环周期 根据设计任务书中给定的理论生产率Q=30 盒/min，计算出该机械运动的循环周期T=60/30=2s 确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个

14、行程段及其所需时间 基本动作,Page47,1输送带的连续运动 2轮盘的间歇转动,3顶杆的往复运动 4定量泵活塞的往复运动,Page48,计算各行程区段所需时间 确定各执行构件动作间的协调配合关系,Page49,冷霜自动灌装机各执行机构协调配合的完整的执行系统,Page50,13.4.3 机械运动循环图 描述各执行构件运动间相互协调配合的图机械运动循环图 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。,Page51,Page52,例：冷霜自动灌装机的运动循环图 直线式,Page53,圆周式,直角坐标式,Page54,13.5 方案评价

15、与决策 1. 方案评价的意义 寻求一种既能实现预期功能要求，又性能优良、价格低廉的设计方案。 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。,Page55,2. 评价准则、评价指标和评价体系 评价准则 设计目标 从哪些方面、以什么原则、达到什么标准为优； 设计指标 具体的约束限制。,Page56,评价指标 系统功能：实现运动规律或运动轨迹、实现工艺动作的准确性、特定功能等； 运动性能：运转速度、行程可调性、运动精度等； 动力性能：承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音等； 工作性能：效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、可靠性、适用范围等； 经济性：加工难易、能耗大小、制造成本等； 结构紧凑性：尺寸、重量、结构复杂性等。,Page57,评价体系 通过一定范围内的