華科機械原理課件-機構(gòu)及系統(tǒng)運動方案設(shè)計

第七章機構(gòu)系統(tǒng)運動方案設(shè)計7.1機構(gòu)系統(tǒng)運動方案設(shè)計7.2執(zhí)行機構(gòu)運動規(guī)律設(shè)計7.3執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計7.4機械運動循環(huán)圖設(shè)計第七章機構(gòu)系統(tǒng)運動方案設(shè)計7.1機構(gòu)系統(tǒng)運動方案設(shè)計1制造技藝→制造技術(shù)→制造科學；制造活動的社會性、制造系統(tǒng)的開放性→制造科學綜合性；制造科學不可能在孤立、封閉的狀態(tài)下發(fā)展，必然走兼采百家之長、交叉融合的道路；現(xiàn)代物理、數(shù)學、化學、生命、信息、材料、管理和系統(tǒng)等科學的發(fā)展，為制造科學不斷提供新的推動力，也不斷豐富著現(xiàn)代制造學科的內(nèi)涵和外延。制造科學是多學科交叉的學科制造技藝→制造技術(shù)→制造科學；制造科學是多學科交叉的學科2制造業(yè)是國家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)；高度發(fā)達的制造業(yè)，是實現(xiàn)工業(yè)化的必備條件；高度發(fā)達的制造業(yè)，是衡量國家國際競爭力的重要標志；高度發(fā)達的制造業(yè)，是決定國家在經(jīng)濟全球化進程中國際分工地位的關(guān)鍵因素。制造業(yè)是國家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)；高度發(fā)達的制造業(yè)，是實現(xiàn)工業(yè)化的必3許多高技術(shù)我國尚未掌握，許多重大裝備我國不能自主制造，缺乏自主創(chuàng)新能力是制造大國，不是制造強國發(fā)電設(shè)備、機床、汽車、電子制造等產(chǎn)品產(chǎn)量居世界前列，卻沒有一家裝備制造企業(yè)能躋身世界500強關(guān)鍵裝備大多依賴進口光電子制造設(shè)備的100%IC制造裝備的85%高檔數(shù)控機床的70%許多高技術(shù)我國尚未掌握，許多重大裝備我國不能自主制造，缺乏自4發(fā)展趨勢

“數(shù)”是發(fā)展的核心“精”是發(fā)展的關(guān)鍵“極”是發(fā)展的焦點“自”是發(fā)展的條件“網(wǎng)”是發(fā)展的道路“集”是發(fā)展的方法“智”是發(fā)展的前景“綠”是發(fā)展的必然發(fā)展趨勢“數(shù)”是發(fā)展的核心5華科機械原理PPT課件-機構(gòu)及系統(tǒng)運動方案設(shè)計6華科機械原理PPT課件-機構(gòu)及系統(tǒng)運動方案設(shè)計7據(jù)報道，由于日本地震及海嘯的影響，iPod、iPhone、iPad和MacBook的鋰電池供應(yīng)短缺已經(jīng)迫在眉睫，原因是日本Kureha公司由于地震原因，不得不關(guān)閉其日本工廠。日本Kureha公司控制著全球聚偏二氟乙烯polyvinylidenefluoride（簡寫為PVDF）近70%市場份額，這種化合物是鋰電池的重要原料之一。而Kureha公司唯一一家制造PVDF的工廠就位于此次地震的重災(zāi)區(qū)福島磐城。電池組里的電池單元似乎也是蘋果日本子公司提供的，盡管最后的電池組組裝是在中國進行。一則消息（2011.3.18網(wǎng)絡(luò)檢索關(guān)鍵詞：日本地震、蘋果電池）據(jù)報道，由于日本地震及海嘯的影響，iPod、iPhone、8鋼鐵大國稀土大國汽車大國…？人無我有→創(chuàng)新人有我精→也是創(chuàng)新(現(xiàn)階段)如何創(chuàng)新與設(shè)計？鋼鐵大國如何創(chuàng)新與設(shè)計？9§7.1執(zhí)行機構(gòu)運動方案設(shè)計功能原理工藝動作運動方案工藝過程改變?nèi)莘e、或改變動能、…增大容積→吸水，減少容積→排水活塞往復(fù)運動、或葉片泵、齒輪泵移動從動件凸輪機構(gòu)、…如何簡單、高效？設(shè)計的層次取水§7.1執(zhí)行機構(gòu)運動方案設(shè)計功能原理工藝動作運動方案工藝101、使用(工藝)要求相同，可采用不同的功能原理。例1：舉升,可采用多種不同的功能原理

機械：連桿、凸輪、螺旋、…液力電磁吸附充氣…一、功能原理與工藝動作設(shè)計之間的關(guān)系例2：取水，可采用不同的功能原理改變水的動能：離心泵改變?nèi)蒹w容積：虹吸：負壓：…1、使用(工藝)要求相同，可采用不同的功能原理。例1：舉升,11舉升實例舉升實例122、采用不同的功能原理，必然導(dǎo)致采用不同的工藝動作常見的泵的種類：離心泵、磁力泵、潛水泵、真空泵、隔膜泵、螺桿泵、往復(fù)泵、自吸泵、轉(zhuǎn)子泵、柱塞泵、齒輪泵、旋渦泵、無泄漏泵2、采用不同的功能原理，必然導(dǎo)致采用不同的工藝動作常見的泵的131)采用往復(fù)移動的工藝動作改變?nèi)莘e例：取水（續(xù)）1)采用往復(fù)移動的工藝動作改變?nèi)莘e例：取水（續(xù)）142)采用往復(fù)擺動的工藝動作改變?nèi)莘e2)采用往復(fù)擺動的工藝動作改變?nèi)莘e153)采用旋轉(zhuǎn)工藝動作改變?nèi)莘e3)采用旋轉(zhuǎn)工藝動作改變?nèi)莘e163、相同的功能原理，也可能采用不同的工藝動作3、相同的功能原理，也可能采用不同的工藝動作17對于比較復(fù)雜的使用要求和工藝要求，往往需要多個功能原理組合成一個總的功能原理來滿足。（如自動機：工藝要求復(fù)雜）對于比較復(fù)雜的使用要求和工藝要求，往往需要多個功能原理18二、工藝動作設(shè)計與運動方案設(shè)計的關(guān)系1、工藝動作不同，機構(gòu)運動方案也就不相同例3：洗衣機單缸單洗洗衣機雙缸半自動洗衣機全自動滾筒洗衣機二、工藝動作設(shè)計與運動方案設(shè)計的關(guān)系1、工藝動作不同，192、不同的機構(gòu)可能實現(xiàn)同樣的工藝動作2、不同的機構(gòu)可能實現(xiàn)同樣的工藝動作203、為獲得好的運動方案，就應(yīng)當擬定評價體系，并據(jù)此體系進行綜合評價才能作出決策。3、為獲得好的運動方案，就應(yīng)當擬定評價體系，并據(jù)此體系進行綜21印刷機印刷機22三、工藝過程設(shè)計根據(jù)擬定的功能原理及工藝動作進行工藝過程設(shè)計。工藝過程設(shè)計的總要求：工序集中原則；工序分散原則：工序盡量集中，集中有困難，就分散。各工序的工藝時間相等原則；多工件同時加工原則；縮短工作周期原則：各執(zhí)行構(gòu)件工作時間重疊；工作時間與空行程時間互相重疊；空行程與空行程時間互相重疊。三、工藝過程設(shè)計根據(jù)擬定的功能原理及工藝動作進行工藝過程設(shè)計23§7.2執(zhí)行機構(gòu)運動規(guī)律設(shè)計1、根據(jù)使用要求和功能原理，制定合理的運動規(guī)律。應(yīng)充分考慮使用要求和功能原理。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡可能設(shè)計出簡單且易于實現(xiàn)的運動規(guī)律。必要時，應(yīng)重新構(gòu)思新的功能原理。為使工藝過程自動化，原封不動的按傳統(tǒng)工藝動作去設(shè)計自動化機構(gòu)系統(tǒng)，其效果往往是不好的?！?.2執(zhí)行機構(gòu)運動規(guī)律設(shè)計1、根據(jù)使用要求和功能原理，制242、把復(fù)雜的運動規(guī)律（工藝動作）進行分解連續(xù)轉(zhuǎn)動：多數(shù)的原動機：電動機、內(nèi)燃機、液壓馬達、氣壓馬等往復(fù)擺動：活塞式汽缸、液壓缸、直線電機往復(fù)移動：雙向電動機、擺動式液壓缸、汽缸間歇運動：步進電機、伺服電機1）機構(gòu)所能實現(xiàn)的基本運動行式？2、把復(fù)雜的運動規(guī)律（工藝動作）進行分解連續(xù)轉(zhuǎn)動：多數(shù)的原動25汽車雨刮器汽車雨刮器26基本運動待實現(xiàn)的運動規(guī)律（工藝要求）連續(xù)轉(zhuǎn)動變速轉(zhuǎn)動間歇轉(zhuǎn)動往復(fù)擺動間歇擺動連續(xù)移動間歇移動往復(fù)移動變速移動軌跡運動連續(xù)

轉(zhuǎn)動齒輪平行連桿雙萬向節(jié)蝸輪蝸桿雙搖桿曲柄導(dǎo)桿齒輪萬向節(jié)槽輪不完全齒曲柄搖桿曲柄導(dǎo)桿凸輪凸輪齒輪齒條螺旋機構(gòu)凸輪凸輪連桿往復(fù)擺動搖桿曲柄導(dǎo)桿曲柄棘輪雙搖桿棘輪棘輪齒條往復(fù)移動滑塊曲柄移動凸輪基本運動規(guī)律變換基本待實現(xiàn)的運動規(guī)律（工藝要求）連續(xù)變速間歇往復(fù)間歇連續(xù)間歇272）常見的運動分解合成情況（1）某些周期性運動（包括間歇運動機構(gòu)與非勻速運動一般可分解為一個勻速運動與一個附加的往復(fù)運動，并且分別用比較簡單的機構(gòu)予以實現(xiàn)，然后合成之。123456abc

1

22）常見的運動分解合成情況（1）某些周期性運動（包括間歇運動28（2）不同特性的非勻速運動合成往往可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的運動。123456s

（2）不同特性的非勻速運動合成往往可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的運動。29華科機械原理PPT課件-機構(gòu)及系統(tǒng)運動方案設(shè)計30（3）相同特性運動合成往往可以得到增加或減小輸出位移量的效果。12345baS（3）相同特性運動合成往往可以得到增加或減小輸出位移量的效果31（4）復(fù)雜的曲線運動往往可以分解成不同方向的簡單移動或一個簡單移動和轉(zhuǎn)動。1245xy3235x(a)(b)（4）復(fù)雜的曲線運動往往可以分解成不同方向的簡單移動或一個簡32華科機械原理PPT課件-機構(gòu)及系統(tǒng)運動方案設(shè)計33§7.3執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計一、執(zhí)行機構(gòu)的布置二、執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計應(yīng)滿足的要求三、執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計的分析計算§7.3執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計一、執(zhí)行機構(gòu)的布置34一、執(zhí)行機構(gòu)的布局執(zhí)行構(gòu)件的布置特別要考慮到控制此執(zhí)行構(gòu)件運動的執(zhí)行機構(gòu)的安裝是否方便執(zhí)行機構(gòu)的布置與執(zhí)行構(gòu)件的聯(lián)接是否方便；執(zhí)行機構(gòu)原動件布置的位置是否恰當；盡可能接近執(zhí)行構(gòu)件；使各執(zhí)行機構(gòu)原動件盡可能集中布置在一根軸或少數(shù)幾根軸上；各原動件應(yīng)保持等速或定速比。一、執(zhí)行機構(gòu)的布局執(zhí)行構(gòu)件的布置35二、執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計應(yīng)滿足的要求保證各執(zhí)行機構(gòu)動作的順序性；各執(zhí)行構(gòu)件的動作在時間上同步；保證空間的同步性；保證系統(tǒng)各執(zhí)行構(gòu)件對操作對象的操作具有單一性或協(xié)同性；二執(zhí)行構(gòu)件的動作之間應(yīng)保持時間上的間隔，以避免動作銜接處發(fā)生干涉；二、執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計應(yīng)滿足的要求保證各執(zhí)行機構(gòu)動作的順序363、要使分解后的運動規(guī)律協(xié)調(diào)配合（1）簡單情況可采用機構(gòu)合成法 將多個分解運動輸入到具有多個自由度的機構(gòu)中，合成為一個復(fù)雜的運動。（2）可采用分配軸的方法使各分解運動協(xié)調(diào)配合。（3）可采用電氣控制或計算機數(shù)字控制的方法使各分解運動協(xié)調(diào)配合。3、要使分解后的運動規(guī)律協(xié)調(diào)配合（1）簡單情況可采用機構(gòu)合成37華科機械原理PPT課件-機構(gòu)及系統(tǒng)運動方案設(shè)計38設(shè)計實例：粉料壓片機粉料藥片?設(shè)計實例：粉料壓片機粉料藥片?39運動方案設(shè)計：擠壓成形、…運動規(guī)律設(shè)計：連桿、凸輪、…運動協(xié)調(diào)設(shè)計：運動方案設(shè)計：擠壓成形、…401、運動方案設(shè)計：工藝過程及運動分析移動料斗3至模具11的型腔上方，并準備將粉料裝入型腔；料斗振動，將粉料裝入型腔；下沖頭5下沉，以防止上沖頭9下壓時將型腔內(nèi)粉料抖出；上沖頭下壓,下沖頭上壓，加壓粉料并保壓一定時間，使藥片成型；上沖頭快速退出,下沖頭將壓好的藥片推出型腔，完成壓片工藝過程。執(zhí)行構(gòu)件：3、9、535911其他方案1、運動方案設(shè)計：工藝過程及運動分析移動料斗3至模具11的型41897II132Ⅰ4Ⅳ5III611凸輪/連桿機構(gòu)Ⅰ多桿機構(gòu)II凸輪機構(gòu)III凸輪機構(gòu)Ⅳ2、運動規(guī)律設(shè)計897II132Ⅰ4Ⅳ5III611凸輪/連桿機構(gòu)Ⅰ2、運動423、運動協(xié)調(diào)設(shè)計

1s1分配軸IIIIIIIV

2

3

4

s2s3s4思考：存在的問題？3、運動協(xié)調(diào)設(shè)計1s1分IIIIIIIV234s243三、執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計的分析計算各執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)時間同步化計算確定最大工作循環(huán)周期Tmax；確定機械最小工作循環(huán)周期Tmin；確定合理的機構(gòu)系統(tǒng)的工作循環(huán)周期T；確定各機構(gòu)分配軸的轉(zhuǎn)速和工作行程的起始角。各執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)空間同步化計算合理確定各執(zhí)行機構(gòu)的運動錯位角，避免空間上的干涉。三、執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)設(shè)計的分析計算各執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)時間同步44§7.4機械運動循環(huán)圖設(shè)計一、機械運動循環(huán)圖1、機械運動循環(huán)圖定義表達機械各執(zhí)行機構(gòu)（構(gòu)件）在一個運動環(huán)中各動作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系的簡單明確圖，稱機械運動循環(huán)圖?！?.4機械運動循環(huán)圖設(shè)計一、機械運動循環(huán)圖1、機械運動452、直線式循環(huán)圖（矩形循環(huán)圖）主軸轉(zhuǎn)角0°90°180°270°360°195°印頭往復(fù)擺動機構(gòu)印頭工作行程（印刷）印頭空回行程油輥往復(fù)擺動機構(gòu)油輥空回行程（勻油）60° 油輥工作行程（給鉛字上油）油盤間歇運動機構(gòu)油盤轉(zhuǎn)動油盤靜止2、直線式循環(huán)圖（矩形循環(huán)圖）主軸轉(zhuǎn)角0°9463、圓形循環(huán)圖（極坐標式）油輥工作室（給鉛字上油）印頭空回行程盤轉(zhuǎn)動油油盤靜止（刷工作行程印頭印）油輥空回行程（油勻）

3、圓形循環(huán)圖（極坐標式）油輥工作室（給鉛字上油）印頭空回474、直角坐標式循環(huán)圖主軸轉(zhuǎn)角印頭往復(fù)擺動機構(gòu)油輥往復(fù)擺動機構(gòu)油盤間歇運動機構(gòu)90°180°270°360°195°195°60°60°110°0°70°4、直角坐標式循環(huán)圖主軸印頭往復(fù)油輥往復(fù)油盤間歇90°18048二、機械運動循環(huán)圖的設(shè)計1、設(shè)計要點完成系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計;確定參照機構(gòu)（構(gòu)件）;設(shè)計單一執(zhí)行機械運動循環(huán)圖;設(shè)計機械運動循環(huán)圖.二、機械運動循環(huán)圖的設(shè)計1、設(shè)計要點49例：多工位冷墩機設(shè)計要求：將連續(xù)的盤料（如棒料、帶料、板料等）制成特定的工件（需要變形、切邊、沖孔）。工序分為：截料：將連續(xù)的盤料切制為設(shè)定尺寸的毛坯料；整形：毛坯在不被破壞的條件下發(fā)生塑性變形，成為所要求的形狀；壓角沖孔其他輔助工序包括：進料：送盤料送料：送毛坯料到?jīng)_壓工位工位間運料：在整形、壓角、沖孔等3個工位間運送頂料：將工件從沖壓模具中頂出來例：多工位冷墩機設(shè)計要求：將連續(xù)的盤料（如棒料、帶料、板料等50ⅠⅢⅤⅡ1213459101314151617181978ⅣKba6112018126臥式多工位冷墩機121091114135141516Ⅱ1）完成工序：進料截料整形壓角沖孔冷墩978Ⅲ齒輪機構(gòu)2）選型（1）進料機構(gòu)機構(gòu)系統(tǒng)Ⅲ曲柄搖桿機構(gòu)棘輪機構(gòu)2）選型（2）斷料機構(gòu)