机械原理 第12章 机械运动方案设计

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1、●12.1概述●12.2组合机构●12.3原动机类型与机构选型●12.4执行机构间运动的协调配合及运动循环图●12.5机械运动方案设计第12章机械运动方案设计内容提要：主要介绍机械系统运动方案设计的任务及主要设计步骤；原动机的类型、执行构件的运动类型、执行机构和传动机构类型和选择；执行构件的协调配合关系和运动循环图及其绘制方法；机构组合的基本知识及常用的拟订机械传动系统方案的方法。第12章机械运动方案设计●12.1概述一个机电产品或一个机械系统的开发设计过程一般可分为四个阶段：初期规划设计阶段、总体运动方案设计阶段、结构技术设计阶段

2、和生产施工设计阶段。其中，机械的总体运动方案设计是设计过程中极其重要的一步，是机电产品设计的关键，是最具创造性的一环，也是本课程所担负的主要任务。它直接决定着产品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企业的效益。因此，机械总体运动方案设计的优劣决定着机械产品的全局。设计机械的目的是为了利用它代替人们的劳动。机械通常是由某种或多种机构所组成，各种机构在机械中起着不同的作用。最接近被作业工件一端的机构称为执行机构，其中接触作业工件或执行终端运动的构件称为执行构件。机械中执行机构的协同动作使执行构件能够完成具有特定功能的工作。●12.1概述以

3、图12.1牛头刨床为例。它所进行工作的最终目的是刨削出合格的工件表面。为完成整个工件表面的刨削，夹紧工件的工作台必须有垂直于刀具运动方向的移动，且每次移动距离可调，以适应对工件表面刨削的不同粗糙度的要求。这一运动称之为工作台的横向进给运动。为了使刀具能与被加工工件接触，并刨削掉多余的金属表面层，工作台及刀架应能上下运动，称其为工作台及刀架的垂直进给运动。为刨削掉多余金属，刀具的往复移动称为切削运动。上述三种运动必须协调动作，有机配合才能完成工件的刨削任务。例如，在刀具完成了一次刨削返回后，工作台才能进行横向进给。工件的一层表面被刨削

4、完成后，才能进行工作台或刀架的垂直进给。为实现以上三种运动，该牛头刨床由多种机构组成：实现切削运动的连杆机构1，其中装有刨刀的滑枕为执行构件；实现工作台横向进给的棘轮机构2及丝杠传动机构，以及实现工作台及刀架垂直进给的丝杠传动机构3和构件4，其中工作台及刨刀为执行构件。从对牛头刨床的分析可以看出，不同执行构件的运动可由不同或相同的机构去分别完成，但由于各机构间紧密的传动配合关系，使其运动必然相互协调一致或有序，这是因为所有的运动都服务于工件表面刨削这同一任务。图12.1牛头刨床对于一部机械或机器的设计，一般应遵循以下步骤：(1)确定

5、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，不同的工作任务应设计不同的机械完成。(2)根据机器的工作任务要求进行功能分解。对需要采取的加工工艺方法或工作原理进行分析，将机器要完成的工艺动作过程分解为几个执行构件的独立运动。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，由于工艺方法或工作原理的不同，可分解为刀具和工件不同的运动形式。刀具和工件的运动形式不同，加工工件的表面质量不同，故设计出的机械也就不同。又如，加工螺纹，可以车削，可以套丝，也可以滚压。加工时其工作原理不同，则刀具和工件的运动形式不

6、同，所设计出的加工机械也就完全不同。(3)机构选型。每一个独立的功能或运动一般可用一个执行机构来完成。根据各执行构件的功能或运动要求，如何选择这些执行机构去恰到好处地实现这些各自独立的运动，是一个很复杂、又很富有创造性的工作。(4)拟定运动循环图。机器所要完成的各工艺动作之间，不是互不相关的，而是有序的、相互配合的。所以各个执行机构必须按工艺动作过程的时间顺序和相互配合关系来完成各自的运动。描述各执行机构间运动的协调配合关系的图，就是机器的运动循环图。(5)运动方案设计。各种机械的组成和用途虽然各不相同，但一般都由原动机、传动系统、

7、执行机构和操纵控制系统四个基本部分组成。机械运动方案设计主要是根据原动机和执行构件的运动要求，通过机构选型和组合来确定原动机和执行构件之间的传动机构和执行机构，从而完成由原动机－传动机构－执行机构组成的机械运动简图设计。(6)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，作为一部大的机械设备，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。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

8、设计的优劣，决定了这部机械的性能、造价、市场前景。所谓运动方案的设计，是设计者从多种原动机、基本机构和组合机构中选择出合适的组合成为一部完成指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，