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1、第四章 执行系统设计,第一节 执行系统的组成、功能及分类,执行系统（也叫工作机械或工作装置）是机械系统主要的组成部分，是机械系统中直接完成预期功能的部分。它直接和作业对象物料接触，对机械系统的作业质量起到关键作用。,一、执行系统的组成,执行系统是由执行构件和执行机构组成。,有些执行构件携带作业对象完成一定的动作，如筛子携带物料作往复变速运动；有些执行构件对作业对象完成一定的动作，如颚板完成对作业对象的挤压。,执行构件是执行机构中的一个或几个构件，是执行系统中直接完成功能的零部件。在颚式破碎机中动颚和静颚就是执行构件。,执行机构是带动执行构件运动所需要的机构。如振动筛中的筛子就是执行构件，它的运
2、动需要由双曲柄机构和曲柄滑块机构组成的执行机构来带动。,二、执行系统的功能,执行系统的作用是传递或变换运动和动力，把传动系统传来的运动或动力进行变换后传递给执行构件，满足其要求。,最常见的执行机构有：变移动或摆动为转动，如内燃机、缝纫机；变移动为摆动，如自卸汽车；变连续转动为间歇移动，如气门机构；变转动为移动或摆动，如振动筛、颚式破碎机；变摆动为移动，如手压水泵。,执行系统的功能是多种多样的，归纳起来有：夹持、搬运、输送、分度与转位、检测、实现运动形式或运动规律的变换、完成工艺性复杂的动作等。,在加工或搬运工件时，夹持动作是不可缺少的。如在自动换刀数据加工中心，利用机械手从刀库中抓取并夹持刀具
3、，实现自动换刀。在各种搬运设备中，也要抓取并夹持各种物品。,（一）夹持,夹持动作常用夹持器来完成，夹持器又叫机械手。,夹持功能可分解为：抓取、夹持和放开三个过程。,1、弹簧杠杆式夹持器（见图P74图4-1）,常用的夹持器有：,它由弹簧4、回转轴、挡块2、手指3等构件组成。弹簧4使手指3闭合，挡块2使手指保持初始间隙。它实现抓取、夹持和放开三个动作的过程如下：,夹持动作：夹持器继续向下运动，手指伸入工件后，在弹簧4作用下，手指闭合，夹持工件。,抓取动作：夹持器向下运动，手指碰上工件1后，在工件对手指反力的作用下，压缩弹簧4，使手指3张开，完成抓取动作。,弹簧杠杆夹持器的特点：抓取力受弹簧限制，常
4、用来抓取小零件，如螺钉、销轴等。,放开动作：这种夹持器不能单独放开工件，要由其它装置夹持工件后，夹持器向上运动，在工件反作用力下，手指打开，才能将工件卸下。,2、斜楔杠杆式夹持器（见P75图4-2）,通过斜楔3在凸轮机构或曲柄滑块机构带动下作上下往复直线运动来完成抓取、夹持和放下三个动作。,放开动作：斜楔3向上运动，两滚子的间隙变小，拉簧1使手指4、5张开，放开工件5。,抓取动作：斜楔3向下运动，两滚子的间隙加大，使拉簧1伸长，手指4抓住工件5。,夹持动作：斜楔3继续向下运动，手指4对工件5的夹持力加大。,斜楔杠杆式夹持器的特点：夹持力决定于斜楔3与滚子2之间的作用力，这个作用力大于弹簧力，可
5、夹持较大的工件。,将斜楔和滚轮组成的运动副改成了齿条和扇形齿轮组成的运动副,斜楔杠杆夹持器就变成了齿条式夹持器。齿条上下移动，带动扇形齿轮运动，通过手指完成抓取、夹持和放开功能。,3、液压连杆传动夹持器（见P75图4-3）,抓取动作：活塞4向下运动，通过活塞杆4及连杆5使手指2绕固定销轴转动，抓取工件1。,放开动作：活塞4向上运动，通过活塞杆及连杆5使手指绕固定销轴反向转动，放开工件1。,夹持动作：活塞4继续向下运动，使手指2以较大的力夹持工件1。,液压连杆传动夹持器靠液压力夹持工件，与上面夹持器相比较，夹持力较大，可夹持较大的工件。手指的形状也适合夹持大型圆截面的工件。,4、液压电气控制夹持
6、器（见P75图4-4）,夹持动作：转臂继续向内摆动，手指1以较大的力夹持工件。,手指1固连在平行四边形机构的连杆上，转臂2在液压油缸带动下摆动，从而带动手指1运动。,抓取动作：转臂向内摆动，手指1向着工件平动，完成抓取动作。,液压电气夹持器采用了平行四边形机构，手指1作平动，可夹持方形或棱形工件。,放开动作：转臂向外摆动，手指1远离工件平动，完成放开动作。,由上述4种夹持器可以看出，完成相同的“抓取夹持放开”功能 ，所采用的夹持器的结构却不同。采用哪一种夹持器，决定于被夹持物料的重量以及对自动化程度要求的高低。当被夹持物的形状不同时，应配置不同的“手指”。,（二）搬运,搬运是把一个工件从一个位
7、置移动到另一个位置，对搬运路线没有明确要求。,工件的初始位置,工件的最终位置,搬运工件时，工件的初始位置和最终位置明确，可以用一个机构来实现上述两个位置，同时整个过程对搬运路线没有明确要求。,P76图4-5所示的车门开启机构，车门关闭时位置在BB，这是初始位置；车门开启时位置在B1B1，这是最终位置。用摆杆摇块机构（1-2-3-5）和摆杆滑块机构（3-4-6-5）组合，可实现车门的两个位置。原动件为活塞2，它作往复运动；车门装在连杆4上，它随连杆4作平面运动。活塞2伸缩到两个极限位置，车门就会从初始位置运动到最终位置。,用齿轮-齿条机构和正弦机构组合，来实现a）、b）两个位置。齿条在活塞带动下
8、往复直线运动，与齿条相啮合的齿轮作往复180的摆动；摇杆8与齿轮固连，可摆动180，正弦机构的框架9作往复直线运动，框架上有吸头10，吸住工件从位置a）移动到位置b）。,位置b）是工件的最终位置。,位置a）是工件的初始位置,输送是按给定的路线将工件从一个位置移动到另一个位置。工作过程可表示为：,（三）输送,工件的初始位置,工件的最终位置,连续输送：各种型式的皮带运输机、链条运输机、螺旋运输机都可实现连续直线或连续环形输送，将其组合，也可实现连续空间输送。这些输送方式常用来输送颗粒状物料矿砂、煤、谷物等，也可输送其它物料，如食品、水果等。,按照输送路线的不同，可分为直线输送，环形输送，空间输送。
9、,按照输送的方式不同，可分为连续输送和间歇输送。,间歇输送：常用在生产线上，它要求工件在某一位置静止一段时间，以便对其进行工艺操作。,P77图4-7是一个间歇式的直线输送装置。气缸4的活塞是主动件，它作往复直线运动。当活塞向左运动时，推动棘爪压缩弹簧向左移动，棘爪拨动棘轮逆时针转动，与棘轮装在一根轴上的链条输送装置的链轮，就带动链条1运动，从而实现装在链条上的装配输送带的运动。当活塞向右运动时，棘爪在弹簧作用下回位，棘轮不转，装配输送带静止。这样就可实现装配输送带的间歇运动。,工件1被振动式贮料斗送到直线振动器中，然后进入导轨3，通过曲柄摇杆机构使摇杆4往复摆动，与曲柄摇杆机构相连的是摇杆滑块
10、机构，可使滑块即棘爪2往复移动，实现工件的间歇移动。,（四）分度与转位,在铣床上加工齿轮时用分度头分度，在数控机床上加工较复杂的曲面时，用回转工作台分度；转塔车床的刀架能转位换刀，转台式装配机械的工作台以及四工位专用机床的工作台等都能够实现转位。,分度与转位相同点：使工件转动一个角度。不同点：分度对转动的角度要求较精确，转位对转动角度要求不太严。,使工件转下一个角度。,分度与转位过程要完成下面一些技术动作：,使工件转动一个角度；,对工件进行定位；,松开工件；,P77图4-9是用棘轮机构带动的回转工作台。棘轮2、分度盘1和工作台装在同一个立轴上；有两个气缸4和5；气缸4通过棘爪3推动棘轮2每次转
11、过若干个齿（转过的齿数可以改变）；气缸5使定位栓6深入分度盘1的槽中进行定位，也可以使定位栓6从分度盘1的槽中取出，使分度盘松动。,回转工作台的工作过程如下：,P77图4-10是凸轮机构带动的回转工作台。,机构中采用的是圆柱凸轮机构（图中未画出），凸轮转动使推杆作摆动。凸轮每转一圈，与推杆通过铰链铰接的连杆5，便可以带动驱动板4的手柄有间歇的往复摆动一次。分度盘3通过驱动销2与驱动板4周向固定。气缸带动定位栓1作往复运动，可完成3个动作：驱动销2压入驱动板4的槽中，使分度盘3与驱动盘4分离；定位栓1伸入分度盘3的凹槽中，对分度盘3定位；定位栓1退出时，弹簧使驱动销2复位，分度盘3与驱动板又周向
12、固定。,凸轮机构带动的回转工作台工作过程如下：,定位栓1从分度盘凹槽里退开，弹簧将驱动销2压入分度盘的孔中，分度盘3和驱动板4周向固定。连杆5开始向左运动，分度盘与驱动板一起开始逆时针转动，分度开始。,开始分度转位：见图a ）,定位栓1伸入分度盘凹槽进行定位，并将驱动销压出分度盘孔，将分度盘与驱动板分开。,分度转位结束：见图b ）,驱动板4带动分度盘3转了一个角度后，连杆5停止运动，驱动板4、分度盘3也停止转动。,定位：见图c）,拉杆向右运动，驱动盘顺时针转动，分度盘在定位栓作用下不动，直到图a)位置。,返回：见图d ）,定位装置对分度和转位机构来说是必不可少的，它使分度和转位构件在转动一定角
13、度后，能停留在所要求的位置上不动，当对工件进行操作时，工件的位置不受外界的影响而偏移。定位装置的精度和可靠性直接影响执行系统的质量。,检测的目的是通过对工件的尺寸、形状及性能进行测量，分出合格及不合格的工件，或者分出不同质量的工件。,（五）检测,（2）用检测探头对工件进行检测；,要完成检测的功能，执行机构应能实现如下一些动作：,（1）使工件顺序到达检测部位，并使工件“浮动”；,（3）把合格件和不合格件分开。,P78图4-12是垫圈内径的自动检测装置。被检测的垫圈沿一条倾斜的轨道5连续送进，直到被止动臂8的止动挡销挡住而停止，这时最前面的垫圈就处于检测位置。凸轮轴1上有两个盘型凸轮，左端凸轮可使
14、止动臂8摆动，止动臂8下摆时，止动挡销离开垫圈7，使垫圈处于“浮动”位置。这就完成了检测的第一个动作。,凸轮轴1上另一个盘型凸轮可实现其推杆摆动。当止动挡销离开垫圈时，推杆下摆，带动有测头的压杆4向下运动，完成检测动作。,检测装置中采用的测头是一个圆锥形零件，垫圈内孔尺寸决定了带测头的压杆2的位置。垫圈内孔尺寸合格，压杆2位于图4-13a)位置，微动开关3的探头插入压杆的环形槽中，微动开关3断开，发出信号给控制系统，压杆离开后，垫圈被送入合格品槽中。如垫圈内孔尺寸太小，压杆行程小，走到图4-13b)的位置，如垫圈内孔尺寸太大，压杆行程大，走到图4-13c)的位置，在这两个位置微动开关3的探头都
15、不能插入压杆3的槽中，微动开关3闭合。控制系统把工件送入废品槽中。这样就完成了检测和分开合格品和不合格品的工作。,螺钉以头部支承放在导轨4里，依靠导轨4上方的驱动皮带5与螺钉头表面间的摩擦力实现螺钉的送进。导轨4下方有可绕销轴3转动的检测杆2，过长的螺钉可使检测杆2摆动，这时微动开关1发出指令，气缸6推动偏转板转动到红线位置，将其送入废品箱。长度不过长的螺钉不会碰到检测杆2，偏转板9不动作，在黑线位置将其送入成品箱。,导轨下设置两套检测装置，先检测出长的，令其掉入废品箱，不过长的继续沿轨道前进，再检测出过短的，这样两道检测可一次完成。,调整检测杆位置，让成品箱中的螺钉再一次通过检测装置，就可检
16、测出过短的螺钉，不过这时碰到检测杆2的是合格品，不接触检测杆的是不合格品。,最终的检测结果，即合格品与次品的分离，可以根据检测指令，利用偏转板具有的不同的偏转角度，使两者加以分离和分选。如有必要，还可以将不合格品继续分选为可修复产品和废品，这个过程可以采用P79图4-15所示的偏转板分选装置。,（六）施力,前面讲述的执行机构，主要功能是实现一定的运动或动作。还有许多执行机构以给作业对象施力或力矩为主要功能。这些以施力为主要目的的执行机构，其各构件所承受的载荷较大。如前面列举的颚式破碎机、冲床、重物起吊与搬运设备，都要求执行系统是具有施力的功能。对以施力为主要功能的执行机构，要通过机构设计产生较明显的增力效果。,对于图示的冲床机构，作冲床的执行机构的受力分析，由D点受力可得：,Q=Pcos,当E、C、D三点接近共线时，即冲床达到下死点时完成冲压动作。此时=0，就可产生较大的增力比。,则增力比：,由杆3的C点受力可得：,PL2 = FL1,有些执行机构要求同时具有多种功能，如插齿机上带动插刀的执行系统，要同时具有施力和分度两项功能；搬运重物的机械，要同时具有搬运和施力两项功能。,
