機(jī)械運動方案設(shè)計

1、案設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)通常由原動機(jī)、傳動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制部分等組成。機(jī)械運動方案 設(shè)計的主要 內(nèi)容是：根據(jù)給定機(jī)械的工作要求，確定機(jī)械的工作原理，擬定工藝動作和 執(zhí)行構(gòu)件的運動形式， 繪制工作循環(huán)圖；選擇原動機(jī)的類型和主要參數(shù)，并進(jìn)行執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的選型與組合，隨之形成機(jī)械系 統(tǒng)的幾種運動方案，對運動方案進(jìn)行分析、比較、評 價和選擇；對選定運動方案中的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn) 行運動綜合，確定其運動參數(shù)，并繪制機(jī) 構(gòu)運動簡圖，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)械的運動性能和動力性 機(jī)械運動方案設(shè)計的一般過程如下：構(gòu)思機(jī)械工作原理，針對設(shè)計任務(wù)書中的規(guī)定 的機(jī)械功能， 構(gòu)思實現(xiàn)該功能所采用的科學(xué)原理和技術(shù)手段，即機(jī)械的工作原理；由

2、工 作原理進(jìn)一步確定機(jī)械所 要實現(xiàn)的工藝動作，復(fù)雜的工藝動作可分解為幾種簡單運動的 合成，選用適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)實現(xiàn)這些運動 就是機(jī)械運動方案設(shè)計的主要任務(wù)。二、 繪制機(jī)械工作循環(huán)圖(乂稱運動循環(huán)圖)針對機(jī)械要實現(xiàn)的工藝動作，確定執(zhí)行構(gòu)件的數(shù)目，為了實現(xiàn)機(jī)械的功能，各執(zhí)行 構(gòu)件的工藝 動作之間往往有一定的協(xié)調(diào)配合要求，為了活晰地表述各執(zhí)行構(gòu)件運動協(xié)調(diào) 關(guān)系，應(yīng)繪制機(jī)械的工 作循環(huán)圖。機(jī)械工作循環(huán)圖也是進(jìn)行機(jī)構(gòu)的選型和擬定機(jī)構(gòu)的組 合方案的依據(jù)。根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式和運動參數(shù)，選定實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件工藝動作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并 將各執(zhí)行機(jī) 構(gòu)有機(jī)的組合在一起，以實現(xiàn)機(jī)械的整體工藝動作。在進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型時, 應(yīng)首

3、先滿足執(zhí)行構(gòu)件運 動形式的要求，然后通過對所選機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合、組合、變異和調(diào) 整等，以滿足執(zhí)行構(gòu)件的運動參數(shù) 和運動特性等要求。一般來說，滿足執(zhí)行構(gòu)件工藝動 作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)往往不是一種，而是多種，故應(yīng) 該進(jìn)行綜合評價，擇優(yōu)選用。依據(jù)機(jī)械工作性質(zhì)和工作環(huán)境等，合理選取原動機(jī)類型；原動機(jī)的運動和動力經(jīng)傳 動系統(tǒng)的傳 遞和轉(zhuǎn)化后，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動件，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)預(yù)期的工藝動作。根 據(jù)機(jī)械的工作原理、執(zhí) 行構(gòu)件運動的協(xié)調(diào)配合要求，和所選定的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，擬定機(jī)構(gòu) 的組合方案，畫出機(jī)械運動示意圖， 這種示意圖就表示可機(jī)械運動配合情況和機(jī)構(gòu)組成 情況，代表機(jī)械運動系統(tǒng)的方案，對于運動情況比較復(fù)雜的機(jī)械，機(jī)械

4、運動示意圖還可以采用軸測投影的方法繪制出立體的機(jī)械運動示意圖五、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺度綜合根據(jù)各執(zhí)行構(gòu)件和主動件的運動參數(shù)，以及各執(zhí)行構(gòu)件運動間的協(xié)調(diào)配合要求，同 時考慮執(zhí)行 機(jī)構(gòu)的動力性能要求，確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的尺寸和幾何形狀(如凸輪廓 線)等。針對各機(jī)構(gòu)尺度綜合所得結(jié)果，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運動分析和動態(tài)靜力分析，并從運動規(guī) 律、動力條 件、工作特性等多方面進(jìn)行綜合評價，確定機(jī)構(gòu)其它相關(guān)尺寸。然后繪制出 運動簡圖。根據(jù)機(jī)械運 動簡圖所求得的運動參數(shù)、動力參數(shù)，可以作為機(jī)械零部件結(jié)構(gòu) 設(shè)計的依據(jù)。設(shè)計說明書是設(shè)計人員對整個設(shè)計計算過程的系統(tǒng)整理和歸納總結(jié)， 是審核設(shè)計的主要技術(shù)文件之一，也是進(jìn)行圖紙設(shè)計的

5、理論依據(jù)。因此編定好設(shè)計說明書是整個設(shè)計 工作中一項 必不可少的重要組成部分。設(shè)計說明書的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求而定，一般來講包括以下幾個方面：1、 目錄(標(biāo)題和貞次)；2、 設(shè)計題目(設(shè)計條件和要求)；4、 機(jī)械運動設(shè)計方案的擬定，(設(shè)計思路的說明，所選用機(jī)構(gòu)的工作原理及運動特 性)；10、 機(jī)械運動分析、動力分析的方法，分析計算公式及其抽調(diào)用的子程序名稱；明、重點突出、計算正確、文句通順、書寫整潔；所用的公式和數(shù)據(jù)應(yīng)注明來源 (參考資料的編寫和貞 次)；全部計算中所用的符號和腳注必須前后一致，不能混淆； 對自成單元的內(nèi)容應(yīng)有大小標(biāo)題， 做到層次分明醒目突出；繪制機(jī)械運動簡圖時應(yīng)采用 規(guī)定

6、的符號，按比例作圖；對計算結(jié)果應(yīng)有簡 明的結(jié)論，如果實際所取的數(shù)值與計算結(jié) 果有較大差異，應(yīng)作必要的解釋，說明原因；說明書編定 完畢后應(yīng)加上封面，裝訂成冊機(jī)器的各個工藝動作是相互獨立的，它們各自實現(xiàn)自己的子功能。但為了實現(xiàn)機(jī)器 的總功能， 這些各自獨立的動作乂必須相互配合、相互協(xié)調(diào)以確保時間和空間上的同步。 用來表述各執(zhí)行機(jī)構(gòu) 之間運動協(xié)調(diào)配合關(guān)系的圖就是機(jī)械的運動循環(huán)圖。 它是機(jī)器各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)圖(即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件在一個循環(huán)中的運動狀態(tài)圖)按同一時間(或分配軸的轉(zhuǎn)角)比例繪制的總圖，它以某一主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的起點為基準(zhǔn)，表示各執(zhí) 行機(jī)構(gòu)的 運動循環(huán)相對丁該主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作順序。 因此

7、它是機(jī)器各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)圖，也是機(jī)器設(shè)計、安裝、調(diào)試的依據(jù)。一、機(jī)械運動循環(huán)圖表示方法類別直線式直角坐標(biāo)式表小方法將運動循環(huán)的各個運動區(qū)段的 時間和順序按比例繪在直線坐 標(biāo)軸上優(yōu)缺點能沽楚地表示整個運動循環(huán)內(nèi)各執(zhí) 行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件行程之間的相互 順序和時間(或轉(zhuǎn)角)的關(guān)系，繪制 比較簡單。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動規(guī)律無 法顯示，直觀性差將運動循環(huán)的各運動區(qū)段的時 間和順直觀性強(qiáng)，可以直接看出各執(zhí)行構(gòu) 件原序按比例繪在圓形坐標(biāo) 上多時，由丁同心圓太 多看起來小涓楚將運動循環(huán)的各運動區(qū)段的時 間和順序按比例繪制在直角坐 標(biāo)軸上，實際上它是執(zhí)行構(gòu)件的 位移圖，只不過為連直觀性最強(qiáng)，能沽楚地看出各執(zhí)行 機(jī)構(gòu)

8、的運動狀態(tài)及起訖時間。有利 丁指導(dǎo)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的幾何尺寸設(shè)計 神睫機(jī)構(gòu)。C油轆退回沾油屜標(biāo)止轉(zhuǎn)洲油槌給鉛 字刷油晨*環(huán)往往與各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)相一致，因為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)節(jié)奏就是整臺機(jī)器的運動 節(jié)奏。執(zhí)行機(jī)構(gòu)中執(zhí)行構(gòu)件的運動循環(huán)至少包括一個工作行程和一個空行程。有時有的 執(zhí)行構(gòu)件還有一個或若十個停歇階段。因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)式中： T 執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作行程時間；工作T 執(zhí)行機(jī)構(gòu)空回程時間；空程T 執(zhí)行機(jī)構(gòu)停歇時間。停歇在設(shè)計機(jī)械的運動循環(huán)圖(乂稱工作循環(huán)圖)時，通常機(jī)械應(yīng)實現(xiàn)的功能是已知的， 它的理論 生產(chǎn)率也已經(jīng)確定，機(jī)器的傳動方式以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)均已初步擬定，然后 可以按以下步驟進(jìn)行 2、確

9、定組成運動循環(huán)的各個區(qū)段；3、確定執(zhí)構(gòu)件各區(qū)段的運動時間及相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角；4、初步繪制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)圖；5、在完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計后，對初步繪制的運動循環(huán)圖進(jìn)行修改；6、分別畫出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)圖；進(jìn)行各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)設(shè)計，乂稱同步設(shè)計，最后畫出整個機(jī)器的運動循環(huán)圖。運動循環(huán)圖可以用來核算機(jī)器的生產(chǎn)率，并通過分析研究循環(huán)圖，從中尋找提高機(jī) 器生產(chǎn)率的 途徑。運動循環(huán)圖可以用來指導(dǎo)各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計、安裝和調(diào)試。應(yīng)用運 動循環(huán)圖可以檢驗各執(zhí)行機(jī)構(gòu)中執(zhí)行構(gòu)件的運動是否緊密配合、相互協(xié)調(diào)。機(jī)械運動簡圖設(shè)計的內(nèi)容、方法和步驟為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化或者某種動作功能，就必須按這些動作和動

10、能 要求，設(shè)計或開發(fā)相應(yīng)的一系列機(jī)構(gòu)，并將它們按動作過程要求組合成新的機(jī)械。機(jī)械 運動簡圖除了要表示出各構(gòu)件本身各執(zhí)行構(gòu)件問真實運動關(guān)系外， 之間動作過程的次序和配合情況。機(jī)械運動簡圖的設(shè)計，主要包括下列內(nèi)容：1、功能原理方案的設(shè)計和構(gòu)思根據(jù)機(jī)械所要實現(xiàn)的功能采用有關(guān)的工作原理，還應(yīng)表示各執(zhí)行構(gòu)件由工作原理出發(fā)設(shè)計和構(gòu)思出工藝動作過程，這就是功能原理方案的設(shè)計。值得指出的是，一個靈巧的功能原理方案是創(chuàng) 新機(jī)械的 2、機(jī)械運動方按的設(shè)計機(jī)械運動方案通常用機(jī)械運動示意圖來表示， 它是根據(jù)功能原理方案中提出的工藝 動作過 程及各個動作的運動規(guī)律要求，選擇相應(yīng)的若十個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并按一定的順序把 它們組

11、合成機(jī)械 運動示意圖。這個機(jī)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)能合理地、可靠地完成上述工藝動作。機(jī) 械運動方案就是機(jī)械運動 簡圖設(shè)計中的型綜合。 機(jī)械運動方案中所畫出的表示機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu) 形式、機(jī)構(gòu)相互聯(lián)接情況的示意 圖是進(jìn)行機(jī)械運動簡圖設(shè)計尺度設(shè)計的依據(jù)。將機(jī)械運動方案中各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)工藝動作運動規(guī)律和機(jī)械運動循環(huán)圖的要求 進(jìn)行尺 度綜合。機(jī)械運動簡圖中各機(jī)構(gòu)的運動尺寸(如果有高副機(jī)構(gòu)還應(yīng)包括高副的形 狀)都要通過分 析、計算加以確定。當(dāng)然，在設(shè)計機(jī)械運動簡圖進(jìn)行尺度綜合時，應(yīng)該 同時考慮其運動條件和動 力條件，否則不利于設(shè)計性能良好的新機(jī)械。根據(jù)產(chǎn)品功能要求、工作性質(zhì)和動作過程等基本要求進(jìn)行新機(jī)械的方案設(shè)計時，首 先

12、將總 功能分解成多個功能元，找出功能元的運動規(guī)律和工作過程；其次按各功能元的 運動規(guī)律和動作過程確定運動示意圖(即機(jī)械運動方案圖) ；然后，按各功能元的運動 規(guī)律、動作過程、動力性能等要求進(jìn)行機(jī)械運動簡圖的尺度綜合。機(jī)械運動方案的比較與優(yōu)選由前述的機(jī)械運動方案設(shè)計可知，對于同一種功能，可選取不同的工作原理來滿足 要求，而 同一種工作原理，還可選用、創(chuàng)造不同的機(jī)構(gòu)及其組合來實現(xiàn)。因此，對于要 求滿足某種功能的 機(jī)械，可能的運動方案就有很多種，故有必要對機(jī)械運動方案進(jìn)行比 較和優(yōu)選。作為課程設(shè)計，1、機(jī)構(gòu)功能的重量一般來說，所有方案都能基本滿足機(jī)構(gòu)的功能要求，然而，各種方案在實現(xiàn)功能的 質(zhì)量上還

13、是有差別的，所以對實現(xiàn)功能的質(zhì)量需首先進(jìn)行比較分析。如：工作行程是否 達(dá)到設(shè)計要求，與預(yù)期運動規(guī)律符合程度，運動參數(shù)( vmax、amax) 大小，傳力性能(壓力角、傳動角) 好壞，生產(chǎn)效率高低，所須原動機(jī)功率，振動、沖擊、噪聲的大小， 傳動精 度與持久性，恢復(fù)精度的方便程度等。2、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理性機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理性是指機(jī)構(gòu)中構(gòu)件與運動副的數(shù)量及種類是否最少， 機(jī)構(gòu)組成是否 最為簡潔，運動鏈可否再作簡化，動力源種類與原動機(jī)參數(shù)選擇是否合理，各級傳動機(jī) 構(gòu)的傳動 通常，機(jī)械制造的難易程度與使用構(gòu)件多少的平方成比例，這是因為零件的制造技 術(shù)和零件 間的接合(裝配)技術(shù)兩方面的問題同時存在的緣故，因此

14、，減少構(gòu)件數(shù)和運 動副數(shù)可降低制造 的困難程度。同時還減少誤差環(huán)節(jié)和摩擦損耗，提高機(jī)構(gòu)的剛度，并 且也降低機(jī)構(gòu)產(chǎn)生故障的可 能性，提高其工作的可靠性。因此，有時寧用有設(shè)計誤差但 結(jié)構(gòu)簡單的近似機(jī)構(gòu)，而不采用理論 上沒有誤差但結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精確機(jī)構(gòu)。動力源的合理選擇，也有利于機(jī)構(gòu)的簡化和改善運動質(zhì)量。例如，從動件作直線運動， 若能從現(xiàn) 場的現(xiàn)成氣、電、液壓源中選擇一個合適的直線運動動力裝置(如汽缸、直線 電動機(jī)、液壓缸等) ， 就可省去運動變換機(jī)構(gòu)，簡化機(jī)械系統(tǒng)。若現(xiàn)場不具備某些動力 源，那么，為簡化機(jī)構(gòu)而特別設(shè) 置一個新的動力源，也許是不合適的。3、機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性機(jī)械應(yīng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性，即加工制造成

15、本低，使用維修費用低。在材料確定后， 加工制造成本主要與機(jī)構(gòu)組成及運動副形式有關(guān)。因此，設(shè)計中要考慮是否有更簡捷廉 價的方法完成預(yù)期 任務(wù)，對機(jī)器的加工、安裝與配合精度要求可否降低，需特殊加工零件(凸輪、靠棋)的加工難度，各種消耗(能源、工具、輔料)可否降低，原材料利用 率能否提 4、在設(shè)計與制造的關(guān)系我們應(yīng)從制造是否簡便的觀點出發(fā)來衡量。如果這個方案的機(jī)構(gòu)設(shè)計雖然比較繁 但，但是制 造容易，則還是應(yīng)該優(yōu)先選用，因為這有利于提高機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。5、機(jī)構(gòu)的使用性理論上可行的機(jī)構(gòu)，到能夠?qū)⑵涓吨T實用，還是有一段距離的。所以，設(shè)計者要為 用戶”著 想，除了滿足功能要求，經(jīng)濟(jì)實惠以外，還應(yīng)考慮機(jī)器的安全

16、可靠問題，如操 作強(qiáng)度，操作人員 的體力、腦力消耗，使用、維護(hù)、保養(yǎng)、拆裝、運輸?shù)姆奖愠潭?，?否會造成污染或公害，對工 作環(huán)境有無特殊要求(防塵、防爆、防電磁十?dāng)_、恒溫、恒 濕等) 0除了上述評價內(nèi)容，在進(jìn)行機(jī)械運動方案比較與優(yōu)選時，還應(yīng)考慮非機(jī)械傳動方式 的應(yīng)用情 況，機(jī)械中高科技含量與自動化、智能化程度，設(shè)計成果的新穎性，他人知識 產(chǎn)權(quán)、專利技術(shù)的 移植與運用情況等。對于不同設(shè)計對象和設(shè)計要求，應(yīng)按不同需要對 上述內(nèi)容加以合理取舍。設(shè)計題目：專用機(jī)床的刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)和工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 設(shè)計箱每向左移動送進(jìn)一次，分別在四個工位上完成對應(yīng)的裝卸工件、鉆孔、擴(kuò)孔和皎孔工作。當(dāng)主軸箱右移快速退回到刀

17、具離開工件后，工作臺回轉(zhuǎn)90 度，然后主軸箱再次左移。這時對其中每一個工件來說，它進(jìn)入了下一個工位的加工。依次循環(huán) 4 次，一個工件完成裝、鉆、擴(kuò)、皎、卸等工序。由丁主軸往復(fù)一次，在四個工位上同時進(jìn)行工作，所以每次就有一個工件完成上述全部工序。一、原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求1) 刀具頂端離開工作表面 65mm，快速移動送進(jìn) 60mm 后，再勻速送進(jìn) 60mm (包括 5mm 刀2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動機(jī)構(gòu)能裝入機(jī)體內(nèi)。二、方案設(shè)計與選擇1) 回轉(zhuǎn)臺的間歇轉(zhuǎn)動，可采用槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪式間歇運動機(jī)構(gòu)。2) 主軸箱的往復(fù)移動，可采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)、凸輪一 連桿機(jī)構(gòu)、平面連桿機(jī)構(gòu)等。 因此足夠工件裝卸所需時間?；剞D(zhuǎn)工作臺作單向間歇運動，每次轉(zhuǎn)過 90 度。主軸箱作復(fù)移動，在工作行程中有 快進(jìn)和慢 進(jìn)兩段，回程具有急回特性。選擇運動方案時應(yīng)注意以下幾點：工作臺回轉(zhuǎn)以后是否有可靠的定位功能，主軸箱往復(fù)運動的行程在 115mm 以上，所選機(jī)構(gòu)是否能在給定空間內(nèi)完成運動要求。機(jī)構(gòu)的運