附机构的创新设温故.ppt
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1、1,机构的创新设计,机构的创新设计,温故:,机构的类型和选择,机构运动方案的设计,牛头刨床就是一部典型的机器在牛头刨床中,连杆机构用以实现切削运动,棘轮机构及丝杠传动用以实现工作台的水平进给,另一丝杠传动用以实现工作台及刀架的垂直进给。工作台、刀架与滑枕是执行构件。,牛头刨床,机械是机器和机构的总称,机器是由单一机构、多个同一机构或多种机构所组成的。,温故:,4,许多机械为我们熟知,自行车 汽车 电梯 起重机 机床,在机械设计工作中,经验的积累是非常重要的,5,对于机械,或一部机器的设计,一般应遵循以下步骤:,第一,确定其所要完成的工作任务。如进行工件的切削加工,锻压钢坯,搬运工件等等, 第二
2、,根据机器的工作要求,对需要采取的工艺方法或工作原理进行分析。 如加工工件上的平面,可以采用刨削或铣削,也可以采用磨削,此时,刀具和工件的运动形式不同,加工工件的表面质量不同,其工作原理不同,设计出的机械也就不同。 又如螺纹加工,可以车削,可以套丝,也可以滚压,其工作原理不同,所设计出的加工机械也就完全不同。,第三,运动方案设计、其设计依据为各执行构件的运动及其相互配合。 最终完成由原动机传动机构执行机构组成的机械运动简图设计。 第四,施工图设计、在这一步骤中完成机械中各零部件的强度、刚度计算及零部件结构设计。 此外,对一些自动化机械,还需要对其电力系统和电子控制系统进行设计。 当然,做为一部
3、大的机械设备,经施工设计,并加工好样机后,还必须实地应用检验,达到全部性能指标要求,方可定型生产。,7,机械运动方案设计是对机械进行设计的最为重要的环节,运动方案设计的优劣,决定了这部机械的性能、造价、市场前景。 运动方案的设计:是设计者通过何种原动机及何种机构组合为一部完成特定工作任务的机械系统的全面构思。 在设计之初,这种构思往往是最为艰难的。因为完成同一工作任务,可以有多种不同工作原理,即使工作原理相同,而设计方案也可能迥然不同。经过认真详细的分析比较,会发现各种不同的方案各有利弊,然后根据主要的评价原则,舍其余而选其一。,8,爬楼梯机器人,9,拾球机器人,10,为了顺利地进行机械运动方
4、案设计,必须掌握必要的知识和环境信息,必须了解有关学科在实现运动方案设计中所能起到的作用。 1、充分了解并掌握各种常用机构的基本知识; 2、必须了解和掌握各种动力源的性能和使用要求; 3、必须熟悉对设计方案的选择有重要影响的周围环境的信息; 4、充分重视其他学科的技术应用。,一、运动方案设计的必备知识,11,1、工艺参数的给定及运动参数的确定; 2、执行构件间运动关系的确定及运动循 环图的绘制; 3、动力源的选择及执行机构的确定; 4、机构的选择及创新性设计; 5、方案的比较与决策。,运动方案设计的主要步骤:,一、原动机的类型及应用 原动机的动力源主要有电、液及气三种。 电:电动机是最常用的原
5、动机,交流异步电动机、直流电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机及步进电动机等均有广泛的应用。 液:液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。 气:气马达及气缸则是主要的气压原动机。,机构的类型和选择,原动机的选择,控制电动机,传动类型选择,15,17,20,常用的传动机构有: 1、齿轮机构:齿轮机构应用在中心距较小,传动精度较高,各种不同传递动力范围的场合。 2、螺旋机构:在许多机械设备中大量应用着螺旋(丝杠)机构,它主要用于将回转运动转变为直线。 3、带传动与链传动:带传动及链传动多用于中心距较大的传动。 4、连杆机构:连杆机构在机械设备及日常生活中有大量应用。 5、凸轮机构:由于凸轮机构是高
6、副接触,决定了这种机构主要用于传递运动。,二、传动机构的类型及功用,21,执行机构:机器中最接近被作业工件一端的机构称为执行机构中接触工件或执行终端运动的构件称为执行构件。机器通过执行构件完成作业任务。 执行机构的主要五种运动形式: 直线运动、回转运动、任意轨迹运动、点到点的运动及位到位的运动等。 实现不同运动形式的典型机构主要有:,三、执行机构的运动类型及典型机构,22,1) 齿轮-齿条机构 齿轮的正、反向回转可以使齿条做往复直线运动,1、实现直线运动的机构,2) 螺旋机构 丝杠的回转可以使螺母实现往复直线运动,3) 曲柄滑块机构,当曲柄连续回转时,滑块可做往复直线运动,4) 有特定尺寸的四
7、杆机构(连杆曲线在某一区段的直线运动),5) 链传动(直线段部分的运动)带有翼片的链传动,可以拖动被作业件在两链轮间的直线段做直线运动。,25,2回转运动机构,车床、铣床主轴的回转,水泥搅拌机滚筒的旋转,起重葫芦的转动,直升机螺旋桨的高速旋转,电风扇的转动等等都是机械中执行构件作回转运动的。 实现回转运动的主要机构有齿轮机构、连杆机构、带及链传动等。 液动及气动的回转运动一般都是用摆动油缸和摆动气缸来实现。,26,3、实现运动轨迹的机构,步进机构,1)四杆机构(连杆曲线) 四杆机构的连杆上的每一点均可以实现一定的封闭运动轨迹,2) 开式链机构 任何开式链机构上的端点都可以实现一定的运动轨迹,工
8、业机器人操作机大多是由开链机构组成的。,28,1)曲柄滑块机构 合理的设计曲柄滑块机构的尺寸,可以实现滑块的点到点的运动,4、点到点的运动机构,2)凸轮机构 摆动从动件凸轮机构及直动从动件凸轮机构均可实现点到点的运动,29,5、位到位的运动机构,1)热处理炉炉门开闭机构 炉门可以占据开启和闭合两个位置,2)飞机起落架机构 起落架可以使轮子占据收起和放下两个位置,在四杆机构应用中,连杆及摇杆占据空间两个及两个 以上位置的情况随处可见,如:,机械的运动方案设计包括: 从原动机传动机构执行机构的整个系统的设计, 其结果是给出一份满足运动性能要求的机构运动简图,机构运动方案的设计,31,一、工艺参数的
9、给定及原动机的选择,工艺参数的变化范围受诸多因素的影响 在概述中对牛头刨床的运动方案设计已给出了主要的工艺参数运动参数,以及由此而确定的力参数。切削力的大小影响着机构的选取,因为某些机构无法承受大的作用力。 运动参数应包括运动形式(直线运动、回转运动、曲线运动)、运动特点(连续式、间歇式、往复式)、运动范围(极限尺寸、转角及位移)、运动速度(等速、不等速)等。 运动参数是由机械的工艺要求决定的。 力的参数,如牛头刨床中的切削力的大小,锻压机械中压头的压力大小等都是由机械的工艺要求决定的。,根据运动参数,参考力的参数,考虑粗略的、大致的传动方案(注意对传动精度的要求),比较其繁简,并依据现有条件
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