第七章机械系统运动方案设计

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第七章机械系统运动方案设计第一节　机械总体方案设计重要性直接决定产品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企业效益。核心内容机械运动方案设计，最具创造性和综合性。一、机械产品的设计过程五个阶段产品规划(概念设计)、总体方案设计、结构技术设计、　　生产施工设计(工艺设计)、改进设计。 阶段步　骤方　法主要指导理论产品规划设计方法预测技术设计方法学技术预测理论市场学信息学机械产品设计一般进程信息集约可行性报告、设计要求项目表产品设计任务预测调研可行性分析明确任务要求 阶段步　骤方法主要指导理论原理方案设计系统化设计法创造技法评价决策方法系统工程学形态学创造学思维心理学决策论模糊数学总功能分析原理参数表、方案原理图功能分解功能载体组合功能原理方案(多个)功能元求解原理试验评价决策最优原理方案 阶段步　骤方　法主要指导理论技术设计价值设计优化设计可靠性设计宜人性设计产品造型设计系列化设计机械性能设计工艺性设计自动化设计价值工程学最优化方法、工程遗传算法可靠性理论与实验人机工程学工业美学模块化设计、相似理论有限元法、动态设计、摩擦学设计、高等机构学机械设计的工艺基础控制理论、智能工程、人工神经元计算方法、专家系统结构方案(多个)结构价值分析试验模型试验总体设计结构设计造型设计造型价值分析外观方案(多个)评价决策评价决策最优结构方案最优造型方案最优技术设计方案总体布置图、装配草图、技术文件总体效果图、外观效果模型 阶段步　骤方　法主要指导理论施工设计各种制造、装配、造型、装饰、检验等方法各种工艺学批量生产计算机辅助制造销售反馈控制法零件工作图外观件加工工艺、面饰工艺规程部件装配图效果图、检验标准技术文件造型工艺文件试　制修　改批量生产技术服务用户访问 二、机械总体方案设计的目的和内容目的产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，在很大程度上取决于总体方案设计的构思和方案拟定时的设计思想。内容执行系统的方案设计执行系统方案评价与决策执行系统协调设计执行机构型式设计运动规律设计系统功能原理设计机构尺度设计运动和动力分析 原动机类型的选择和传动系统的方案设计各级传动比的分配传动链中机构顺序的安排传动路线选择传动类型选择控制系统的方案设计其它辅助系统的设计照明系统设计安全保障系统设计故障检测系统设计冷却系统设计润滑系统设计 第二节现代设计观念与创新设计简介一、现代设计观念(一)机械设计的历史人类设计经历的阶段直觉设计阶段凭直观感觉来设计制作工具和机械，往往带有一定的盲目性经验设计阶段依靠个人的才能和经验，运用一些基本设计计算理论，借助类比、模拟和试凑等方法进行设计半理论半经验设计阶段充分利用数据、图表和手册等进行设计，减少了设计的盲目性，增加了合理性 (二)现代设计方法的主要分支设计方法学(Designmethodology)优化设计(Optimaldesign)价值工程(Valueengineering)计算机辅助设计(CAD)可靠性设计(Reliabilitydesign)工业艺术造型设计(Visualdesign)模块化设计(Modulardesign)反求工程(Inverseengineering)有限元法(Finiteelementmethod)机械动态设计(Dynamicdesign)相似性设计(Similaritydesign)系统化设计(Systematizationdesign) 并行设计(Concurrentdesign)人机工程学(Man-machineengineering，ergonomics)模态设计(Modaldesign)现代设计方法的核心机械创新设计(Innovativedesign) 比较内容传统设计现代设计设计性质侧重技术面向功能，将技术、经济和社会环境因素结合在一起统筹考虑设计进程在战略进程和战术步骤上有随意性强调设计进程及其步序的模式化设计手段计算器、图板加手册的个体手工作业充分利用电子计算机进行计算、自动绘图和数据库管理，集团分工协作设计方式以经验总结、规范依据为主强调预测与信号分析及创造性的相互配合设计部署只限于从方案到工作图这个阶段贯穿开发的全过程，考虑全寿命周期的质量信息反馈设计思维朝向结构方案的“收敛性思维”面向总体功能目标的“发散性”思维传统设计与现代设计的比较 比较内容传统设计现代设计设计方法采用少数的验证性分析以满足限定的约束条件多元性方法学直接综合使其在各种条件下实现方案与全域优化目标设计目标局限在微观和结构注重全局构成及协调，包括造型设计、宜人设计设计考虑的工况按确定工况与静态考虑研究动态的随机工况、模糊性及随机性设计评估采用单项与人为准则采用科学的模糊综合评判传统设计与现代设计的比较 (三)机械现代设计和创新设计的特点●从经验积累上升到系统理论，更具科学性。●由漫长的相对稳定到充满活力的快速飞跃发展，更具创造性。●从较单一的应用力学体系发展到多学科融合的系统工程，更具多元性。●从设计的指导思想、理论体系以及设计技法、设计的物质手段都充分体现了最新的科学技术成就，更具完美性。●设计“绿色机器”成了现代机械设计追求的目标。 二、创造性设计与创造性思维创造性思维的主要特点●独特性；●多向发散性；●非逻辑性；●连动性；●综合性。 部分创造技法方法名称方法的主要特点方法的主要目的特性列举法将事物按名词、形容词、动词分解为三方面特性，将每类特性加以改变或延拓化整为零，逐个研究改进希望点列举法根据社会需求或个人愿望，通过列举希望来形成创新目标将思维收敛于某“目标”，侧重自由联想，思路更宽缺点列举法挑事物的毛病，提出改进设想追求完满，追求卓越智爆法集合3~5人，根据议题自由畅谈，不准批评，寻求创意以量求质设问探求法根据多项创造性的提问，进行分项检核，寻求创意帮助人们广思，思考方向和目标明确联想类比法通过比较，借助原有知识，在异中求同，在同中求异分析两事物的相同或相似点，由此及彼 方法名称方法的主要特点方法的主要目的组合法按一定技术原理，将两个或多个功能元素合并，形成新产品、新工艺、新材料产生新功能功能分析法紧紧围绕功能分析、求解、组合寻找方案满足产品的功能要求是设计的核心综摄法把初次接触的事物或发现，联系到熟悉的事物中，用新眼光变熟悉为陌生，以新观点、新方式思考问题将毫无关联、完全不同的知识要素结合起来形成新方案转向法在求解问题中变换求解因素，采用其他原理、改变思索方向完善计划、修改方案、修正观点仿生法模仿人或生物的生理原理、结构、外形、感觉机理向人或生物索取启迪函询集智法借助反复函求多名专家的书面意见形成创意具有匿名性，便于充分发表看法 方法名称方法的主要特点方法的主要目的635法6人参加，每次每人写3个设想，5分钟后交换，看过别人的设想后，再修正和补充3个设想…以笔代口，相互激励，短时间内可产生较多的设想方案设计目录法通过完备的设计信息库进行系统搜索有利于计算机辅助自动化设计评价法通过评价寻找弱点加以改进完善寻求最优解决方案价值分析法从经济效益出发分析和改进方案追求高价值的产品物场分析法任何主体总是通过“场”作用于客体，根据客体寻找合理的“场”和主体使物场三要素相互作用更有效，功能更完善、可靠分解法把事物分解或离散，使问题暴露出来，改进后重组便于抓住主要矛盾，寻求特色创意形态综合法对创造对象进行因素分解，列出每个因素的全部形态(手段)，按组合原理形成众多方案寻找尽可能多的解，从中选优 方法名称方法的主要特点方法的主要目的专利利用法利用专利文献寻求改进、完善设想防止盲目，避免重复劳动移植法把一个对象的原理、方法运用于另一个对象中使已有技术在新领域中延续和拓展黑箱法根据输入、输出内容，探求黑箱内部的原理和结构用因果逻辑关系寻求输入与输出的最佳联系方式假拟设计通过计算机模拟或虚拟现实完善设计高效、快速、低成本、高质量优化设计建立研究对象的优化数学模型及目标函数，用计算机对计算结果进行分析、判断、寻优高效、降低成本、提高质量、适于各种复杂设计反求设计利用现有科技成果引进先进技术，消化吸收后创新吃透原设计，创造更优的设计 第三节机械执行系统运动方案设计重要性执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械系统预期工作任务。机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核心，是整个机械设计工作的基础。机械执行系统的组成由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，决定了整个执行系统的结构方案。 一、机械执行系统运动方案设计的主要内容和过程功能原理设计根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械所要实现的工艺动作运动规律设计通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解，决定采用何种运动规律来实现工作原理执行机构型式设计决定选择何种机构实现给定的运动规律执行系统协调设计执行机构型式设计根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调配合，设计出机械运动循环图确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图运动和动力分析检验执行系统是否满足运动要求和动力性能方面的要求方案评价与决策对方案进行定性评价和定量评价并从中选出最佳设计方案 二、执行系统的功能原理设计1.功能原理的选择与构思产品的功能产品的用途、性能、使用价值等，根据人们生产或生活需要提出。确定功能指标的考虑因素先进性可行性经济性功能原理设计的重要性决定产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构型式、制造成本等。 功能原理设计的多方案性工作原理不同，运动方案也不同齿轮加工剃齿范成原理仿形原理工作原理相同，运动方案不同齿轮加工插齿滚齿 其它实例斜面的应用螺旋压力机、螺旋千斤顶、螺纹联接件、螺旋输送机、螺杆泵、螺旋微动机构、千分尺等齿轮加工方法无屑加工(精密铸造、粉末冶金成型、滚压成型)、切削加工(成型法、展成法)、成型法加工的盘状齿轮铣刀和指状齿轮铣刀、展成法的滚齿和插齿 确定方案时应注意两点⑴用最简单的方法实现同一功能。⑵注意光、机、电、流体等知识的综合运用。设计一台彩色电视机阴极盘用的金属片的冲裁机器，圆片直径10mm，厚度0.8mm。100.8功能分解送料冲制退回 B用最简单的方法实现功能举例按摩轮图示按摩椅中的按摩轮利用一个偏心空间凸轮，同时实现三维方向的按摩作用—径向振动挤压、向下推拉和横向推拉，构思巧妙，结构非常简单。r 光、机、电、流体等知识的综合运用举例指针玛瑙支撑K向刀口活动游标图示分析天平，要求精度达到0.01g，但靠目力读指针的微小偏角已不可能。活动游标光源透镜读数窗增加了一级光学放大镜，将读数放大。 总功能功能元解功能原理方案最佳功能原理方案明确任务黑箱法功能树创造技法形态学矩阵评价法功能元2.功能分析与功能求解功能分析法(Functionanalysis)，将机械产品的总功能(Totalfunction)分解成若干功能元(Functionelement)，求解功能元，将其组合，得到满足总功能要求的多种解决方案供评价选择。 三、执行系统的运动规律设计1.工艺动作分解和运动方案选择刀具作复合运动刀具与工作台分别运动运动规律设计通常是对工艺方法和工艺动作进行分析，把其分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，所形成的运动方案也不同。立式钻床工艺动作分解 直线运动曲线运动复合运动往复摆动执行构件运动形式回转运动每分钟转数rpm由两个以上单一运动合成间歇转动停歇往复直线运动停歇单向直线运动沿可变曲线运动连续转动沿固定曲线运动往复直线运动每分钟转位次数、转角大小、运动系数每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变化系数每分钟行程数、大小、行程速度变化系数每次进给量的大小每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度 四、执行机构的型式设计1.设计原则●满足执行构件的工艺动作和运动要求●尽量简化和缩短运动链●尽量减小机构尺寸●选择合适的运动副形式●考虑动力源的形式●使执行系统具有良好的传力和动力特性●使机械具有调节某些运动参数的能力●保证机械的安全运转 2.机构的选型目的选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机构。⑴传递连续转动的机构啮合传动机构连杆机构传递连续转动机构摩擦传动机构摩擦轮传动蜗杆传动链传动齿轮传动平行四边形机构双曲柄机构带传动 12摩擦轮传动摩擦传动机构的优缺点结构简单、传动平稳、易于实现无级变速、过载保护。传动比不准确、传递功率小、效率低。123平面盘式无级变速器123圆锥式无级变速器 ⑵实现单向间歇转动的机构棘轮机构齿轮--连杆机构单向间歇转动机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮式间歇运动机构适用于转角固定的转位运动每次转角小，或转角大小可调的低速场合大转角而速度不高的场合运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、高精度定位、高速场合特殊要求的输送机构 ⑶实现往复移动往复摆动运动的机构凸轮机构组合机构往复运动机构连杆机构螺旋机构齿轮齿条机构液压缸、气缸正弦机构正切机构多杆机构曲柄滑块机构连杆机构特点制造容易、承载能力大，但难以实现精确运动，适用于无严格运动规律的场合。凸轮机构特点能实现任意复杂的运动和各构件之间的运动协调，承载能力不大。 螺旋机构特点可获得大的减速比和较高的运动精度，常用作低速进给和精密微调机构。齿轮齿条机构特点适用于移动速度较高的场合，精密齿条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。凸轮机构连杆机构⑶实现往复移动往复摆动运动的机构组合机构往复运动机构螺旋机构齿轮齿条机构液压缸、气缸正弦机构正切机构多杆机构曲柄滑块机构 ⑷再现轨迹的机构齿轮—连杆组合机构联动凸轮机构再现轨迹机构连杆机构凸轮—连杆组合机构一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之外，其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。 齿轮—连杆组合机构搅拌机构CBADE 联动凸轮机构凸轮—连杆组合机构 此抓片机构采用了联动凸轮机构，通过两凸轮的联动作用，使抓片爪按矩形轨迹运动，从而达到间歇抓片的目的。此装配线采用了联动凸轮机构，使笔芯托架沿着矩形轨迹运动，从而达到使圆珠笔芯步进式地向前送进的目的。 3.机构的构型目的当所选择的机构型式不能完全实现预期要求，或虽能实现功能要求但存在着或结构较复杂、或运动精度不当和动力性能欠佳，可在常用机构中选择一种功能和原理与工作要求相近的机构，在此基础上重新构筑机构的型式。 ⑴组合法串联组合前一级子机构的输出构件，作为后一级子机构的输入构件，依次串联的组合方式。输入输出子机构II子机构I后一级子机构的主动件为前一级子机构的一个连架杆。后一级子机构的主动件为前一级子机构的连杆。III512341123A54DCBFEM 并联组合几个子机构共用同一个输入构件，而它们的输出运动又同时输入给一个多自由度的子机构，从而形成一个自由度为1的机构系统的组合方式。子机构n1子机构III子机构I子机构II子机构n输入输出直线电机襟翼直线电机某型飞机的襟翼操纵机构大型船舶主传动机构 某航空发动机附件传动系统主动轴IVIIIVVIIII各子机构间无严格的运动协调配合关系 各子机构在动作的先后次序上有严格的要求自动车床上三个并联凸轮的工作顺序有先后要求。工件(铆钉)外圆车刀棒料切断刀倒角刀凸轮轴挡板IIIIII主轴凸轮I凸轮II凸轮III凸轮转角090˚180˚270˚360˚放松(送料)切断夹紧车外圆倒角挡料 各子机构有运动形式配合要求磨床中的主轴运动、砂轮运动和、工件运动在运动形式上有配合要求。砂轮砂轮架工件 反馈式组合在机构组合系统中，其多自由度子机构的一个输入运动，是通过单自由度子机构从该多自由度子机构的输出构件回授的组合方式。校正原理蜗杆主动，因制造误差使蜗轮运动精度达不到要求，由误差设计一凸轮机构，经齿轮齿条、差动机构K使蜗杆得到一附加运动，以校正误差。输入输出4凸轮机构2自由度蜗杆蜗轮机构机床校正机构输入414213K2 复合式组合由一个或几个串联的基本机构去封闭一个具有两个或多个自由度的基本机构的组合方式5杆机构输入输出凸轮机构 ⑵变异法更换原动件双摇杆机构中，选连杆作为原动件，可把风扇转子的旋转转化为连架杆的摇动。ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆电机ABDC风扇座蜗轮蜗杆 运动倒置摆动凸轮机构123123连杆—凸轮机构罐头封口机构A1BCO234 改变构件结构形状将摆动导杆机构中的直线导槽改为圆弧导槽，可获得较长时间的停歇。改变构件运动尺寸槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时，演变为槽条机构 五、执行系统的协调设计⑴执行系统协调设计原则●满足各执行机构动作先后的顺序性要求●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●满足各执行机构在操作上的协同性要求●各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率●各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高 执行构件动作的协调配合●送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压●冲头上移一段距离后，进行下次送料动作折叠包装机构的两个执行构件两个构件不能同时位于区域MAB中，以免干涉。饼干1342饼干21左折边构件饼干32包装纸4右折边构件饼干1342饼干1342饼干1342饼干1342包装纸右折边构件右折边构件MBA 让刀运动执行构件运动速度的协调配合0范成运动切削运动i0齿轮插刀加工0让刀运动范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。 ⑵执行系统协调设计方法●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配合关系⑶机械运动循环图用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互协调配合的图。通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其它执行构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。 运动循环图形式直线式圆周式直角坐标式退回停止冲制进给冲头送料器曲柄转角0º90º180º270º360º直线式工作循环图主轴作为参考构件 圆周式工作循环图图示单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴为参考构件，转动2转为一个工作循环。启排气门开启进气门开进气排气压缩膨胀闭进气门关火点曲轴0º540º360º180º排门闭关气 直角坐标式工作循环图饼干包装机工作循环图中，横坐标表示参考构件的转角，纵坐标表示执行构件的转角。进退静止静止静止进退MM饼干1342饼干21左折边构件饼干32包装纸4右折边构件饼干1342饼干1342饼干1342饼干1342包装纸右折边构件右折边构件MBA左执行机构1左执行机构2分配轴转角0º90º180º270º360º 六、方案评价与决策评价指标●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●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 评价方法⑴评分法针对评价目标中各个项目，选择一定的评分标准和总分计分法对方案的优劣进行评价。建立评价体系选择评分方法选择评分标准对各个项目进行评分选择总分计分法，计算总分选取高分者为优选方案 总分计分法方法公式特点分值相加法将n个评价目标评分值简单相加，计算简单、直观分值连乘法将n个评价目标评分值相乘，使各方案总分差拉开，便于比较均值法将相加所得结果除以评价目标系数，结果直观相对值法将均值法所得结果除以理想值，使Qi1，可看出与理想值的差距加权计分法(有效值法)将各项评分值乘以加权系数后相加，考虑了各评价目标的重要程度 评价结果的处理入选方案数设计阶段评价准则结果处理1最后阶段合理已得到最佳方案，设计结束可改进重新决定评价准则，再作评价中间阶段合理评价结束，转入下一阶段多于1最后阶段合理增加评价项目或提高评价要求再作评价中间阶段需改进若入选数太多，按上述方案改进准则再作评价合理将入选方案排序，转入下一设计阶段0任何阶段可改进放宽评价要求，再作评价合理待评设计方案质量不高需再设计 一、机械传动系统方案设计1.设计过程⑴确定传动系统总传动比⑵选择传动类型⑶拟定传动链布置方案⑷分配传动比⑸确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数⑹绘制传动系统运动简图第四节机械传动系统方案设计和原动机选择 2.传动类型选择类型与特点挠性(件)传动摩擦轮传动绳传动圆形齿轮传动挠性啮合传动带传动啮合传动机械传动摩擦传动单级齿轮传动齿轮系传动同步齿形带传动螺旋齿轮传动蜗杆蜗轮传动圆锥齿轮传动圆柱齿轮传动定轴轮系传动周转轮系传动链传动非圆齿轮传动行星轮系传动差动轮系传动 液压、液力传动利用液压泵、阀、执行器等元件实现的传动。气压传动以压缩空气为工作介质的传动电气传动利用电动机和电气装置实现的传动 按速度变化情况划分的传动类型传动类型原动机输出速度传动类型举例定传动比传动恒定齿轮传动，带、链传动，螺旋传动，不调速的电力，液压及气压传动变传动比传动有级变速恒定带塔轮的皮带传动，滑移齿轮变速箱可调电力、液压传动中的有级调速传动无级变速恒定机械无级变速器，液力耦合器及变矩器，电磁滑块离合器，磁粉离合器，流体粘性传动可调内燃机调速传动，电力、液压及气压无级调速传动周期性变速恒定非圆齿轮传动，凸轮机构，连杆机构及组合机构可调数控的电力传动 选择原则●执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配●考虑工作要求传递的功率和运转速度●有利于提高传递效率●尽可能结构简单的单级传动装置●考虑结构布置●考虑经济性●考虑机械安全运转条件 传动比的合理分配传动机构种类平带V带摩擦轮齿轮蜗杆链圆周速度ms52553015251512015351540减速比58157104880610最大功率kW2007501200150250500005503750 常用原动机的类型及主要特点原动机类型主要特点三相异步电动机结构简单、价格便宜、体积小、运行可靠、维护方便、坚固耐用；能保持恒速运行及经受较频繁的启动、反转及制动；但启动转矩小，调速困难。一般机械系统中应用最多。同步电动机能在功率因子cos1的状态下运行，不从电网吸收无功功率，运行可靠，保持恒速运行；但结构较异步电动机复杂，造价较高，转速不能调节。适用于大功率离心式水泵和通风机等。直流电动机能在恒功率下进行调速，调速性能好，调速范围宽，启动转矩大；但结构较复杂、维护工作量较大、价格较高；机械特性较软、需直流电源。二、原动机的选择 常用原动机的类型及主要特点原动机类型主要特点控制电动机能精密控制系统位置和角度、体积小、重量轻；具有宽广而平滑的调速范围和快速响应能力，其理想的机械特性和调速特性均为直线。广泛用于工业控制、军事、航空航天等领域。内燃机功率范围宽、操作简便、启动迅速；但对燃油要求高、排气污染环境、噪声大、结构复杂。多用于工程机械、农业机械、船舶、车辆等。液压马达可获得很大的动力和转矩，运动速度和输出动力、转矩调整控制方便，易实现复杂工艺过程的动作要求；但需要有高压油的供给系统，油温变化较大时，影响工作稳定性；密封不良时，污染工作环境；液压系统制造装配要求高。气动马达工作介质为空气，易远距离输送、无污染，能适应恶劣环境、动作速度快；但工作稳定性较差，噪声大；输出转矩不大，传动时速度较难控制。适用于小型轻载的工作机械。 第五节　机械系统运动方案设计举例1.C1325自动车床刀架系统的分析功能要求自动换刀轴向进给进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613 功能分解●让刀—转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉●转位—转塔刀架每次转过60º●定位—转位之前拔出保证加工精度的定位销●进、退刀—不转时，精确实现预定的进退刀运动。进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613 刀架系统的工作过程退刀压簧12→推杆13回程→齿轮6→齿条7→活动支架8向右完成退刀让刀退刀的同时，齿轮1的离合器结合并开始转动→宽齿轮2→圆锥齿轮3→圆柱凸轮机构4→拔出销10；同时，曲柄5转动→支架8快速向右让刀进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613 转位让刀快结束时，槽轮开始转位→曲柄5的后半圈→支架8向左移动完成复位定位转位结束时，凸轮机构4的从动件推杆摆动→插入定位销10，齿轮1离合器脱开并停止运转刀架系统的工作过程进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613 进给从动件13推程→齿轮6→齿条7→活动支架8向左运动完成进给进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613刀架系统的工作过程 刀架系统的工作循环图定位销转塔活动支架定位拔出静止转位后退复位圆柱凸轮转角090º180º270º360º 刀架系统各机构的组合方式及特点组合方式分析组合方式主要以串联方式为主，但在I、II处采用了特殊的并联方式。进刀凸轮机构齿轮齿条机构曲柄滑块机构圆柱凸轮机构槽轮机构连杆机构圆柱齿轮机构圆锥齿轮机构活动支架进退转塔刀架转位定位销进退III机构功能分析●进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工件需要更换不同的凸轮●后续串联的齿轮齿条机构用于转换运动形式并将运动放大 ●后续再串联一曲柄滑块机构，以增大让刀距离●并联槽轮机构用于实现转位●并联曲柄滑块机构用于实现让位●并联圆柱凸轮机构再串联连杆机构用于实现定位，且容易满足时序要求●圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构用于改变运动方向刀架系统各机构的组合方式及特点进刀凸轮机构齿轮齿条机构曲柄滑块机构圆柱凸轮机构槽轮机构连杆机构圆柱齿轮机构圆锥齿轮机构活动支架进退转塔刀架转位定位销进退III 一般的钻床多采用第一种方案，但本例是三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。2.多头专用钻床机械传动系统设计设计任务设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。3020382020502010⑴运动方案选择工艺动作钻头一边旋转，同时相对于工件作移动三种运动方案●钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止●钻头旋转，工作台带动工件进给●工作台旋转，钻头作轴向进给 送料机构采取从料仓推送工件的方式⑵执行系统运动规律设计工作台送料杆料仓三个执行构件钻头、工作台、送料杆工艺过程●送料杆往右推出零件，并顶出加工好的零件●夹具将工件定位并夹紧●送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头●工作台慢速工进；●钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环 钻头的转速nc1000v(d)d钻头直径，d8mmv切削速度，查手册45钢，可选v12.5mminnc500rpm工作台为往复运动钻孔工艺要求●工作台带动工件快速上移接近钻头●工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，故进给速度应减小●钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环 工作台一个工作循环总时间T1t1t2t3t4t524.6s工作台每分钟工作循环数n160T12.44送料杆的运动为往复直动，运动循环时间与工作台相同Ts24.6s工作台的行程Hfh0h1h2h1—单孔钻削深度，取h113mmh2—三孔同时钻削深度，取h213mm送料杆的行程取工件的两倍Hs100mmh0—工作台快速趋近钻头的运动距离，取h015mm 工作循环图凸轮转角090º180º270º360º送料杆送料静止送料工作台停止　单孔钻三孔钻快退快进 ⑶原动机的选择类型—交流异步感应电动机由机床的工作要求确定为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。⑷计算运动链的总传动比切削运动链的总传动比icnnnc14405002.88进给运动链的总传动比ifisnnnf14402.44563转速—额定转速nn1440rpm ⑸机构选型钻削运动链的设计●钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为2.88，无需运动转换，但需要减速●三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，即要求具有运动分解功能，其尺寸受到限制●电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，即要求具有改变运动轴线方向的功能●电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运动链作远距离传动 机构选型●具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传动。考虑到速度较高，距离较远等因素，选用V带传动●能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交错轴斜传动、蜗杆传动。考虑到两轴线垂直相交且传动比较小，选择圆锥齿轮传动●三个钻头应同向旋转，选择一个中心齿轮带动周围三个从动齿轮的定轴轮系●选用万向联轴节或钢丝软轴将运动传递给钻头将以上所选机构经适当组合，就得到钻削运动链。 进给运动链的设计●工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但行程不大，选用凸轮机构●进给运动链应实现很大的传动比563，但进给力不需要太大，选用带传动与蜗杆传动实现二级减速●进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用蜗杆传动实现回转轴线方向的变化送料运动链的设计●送料运动链减速比与进给运动链相同，故直接由蜗杆轴带动●送料运动规律较复杂，故选用凸轮机构●送料杆行程较大，采用连杆机构将行程放大 ⑹机构的组合将以上所选机构组合，得到图示自动钻床的机械传动系统。工作台156432109871211131514 机构组合示意框图电动机带传动(2)凸轮机构(10)带传动(8)带传动(3)锥齿轮传动(4)圆柱齿轮传动(5)工作台凸轮机构(12)连杆机构送料杆蜗杆传动(9)万向联轴节钻头万向联轴节钻头万向联轴节钻头 基本要求●了解机械系统设计的整个过程，明确机械系统总体方案设计阶段的设计目的及工作内容。●了解机械系统总体方案设计中应具有的现代设计观念以及机械现代设计和创新设计的特点，逐步学会在机械执行系统、传动系统的方案设计和原动机选择过程中，正确灵活运用这些设计思想。●了解机械执行系统方案设计的过程和具体设计内容，学会根据机械预期实现的功能要求，进行功能原理设计的创新构思；学会根据工作原理提出的工艺动作要求，创造性地构思出合适的运动规律。 基本要求●掌握执行机构型式设计的原则，学会运用选型和构型的方法进行执行机构型式的创新设计。●了解执行系统协调设计的目的和原则，掌握机械运动循环图的绘制方法。●了解方案评价的意义、评价准则、评价指标和评价方法。 第七章习题7-1、7-2、7-5