机械执行系统的方案设计

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1、13.1 执行系统方案设计的过程和内容,产品规划,方案设计,技术设计,施工设计,机械产品的设计过程 主要包括需求分析、市场预测、可行性分析、确定总体参数、制定约束条件和设计要求，以此作为设计、评价和决策的纲领性文件和依据； 又称为概念设计，即对产品的功能原理进行设计。方案设计是整个产品设计的关键； 将产品的功能原理具体化为机器产品及其零部件的具体结构，它又可进一步细分为总体设计、结构设计、商品化设计、模型试验等过程； 主要指零件、部件工程图和产品总装配图的绘制，工艺文件的编写，设计说明书和使用说明书的编写等工作；,机械预期实现的功能要求（使用要求或工艺要求）,功 能 原 理 设 计,运 动 规

2、 律 设 计(工艺动作分解与运动方案选择),执 行 机 构 型 式 设 计（机 构 的 型 综 合）,执 行 系 统 协 调 设 计（运 动 循 环 图 设 计）,机 构 尺 度 设 计（运 动 和 动 力 设 计）,运 动 分 析 和 动 力 分 析,方 案 评 价,绘 制 执 行 系 统 运 动 简 图,是否满足要求,是,重 新 构 思 功 能 原 理,构 思 新 的 运 动 规 律,改 变 机 构 型 式,改变设计策略,否,改变机构参数,否,机械执行系统方案设计过程,13.1 执行系统方案设计的过程和内容,以设计取纸器为例，察看设计过程。,13.1 执行系统方案设计的过程和内容13.1.

3、1、功能原理设计,功能原理设计根据预期实现的功能考虑相应的原理；常用的功能原理有：,功能原理,摩擦传动原理,流体传动原理,机械推拉原理,电磁传动原理,材料变形原理,光电原理,其它原理,13.1 执行系统方案设计的过程和内容13.1.1 功能原理设计,取纸器的功能原理设计取纸器预期实现的功能：办公室取便条用，每次取一张；要求：取用方便，美观，成本低；可以采用的功能原理有：摩擦力、静电吸力、离心力等原理实现分纸要求；,原理：摩擦力,原理：静电吸力,原理：切向力,实现同一功能，可以选择的原理很多；选择的功能原理不同，所设计的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面就会有很大的差异；,13.1 执行系

4、统方案设计的过程和内容13.1.2 运动规律设计,运动规律设计指究竟选择何种运动规律来实现上述的工作原理；运动规律设计思路：通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解，得到相应的运动规律；取纸器的运动规律设计：假设选定的功能原理是摩擦力原理；可以实现该功能原理的运动规律有：平面摩擦、曲面摩擦实现。,平面摩擦块摩擦带动上层纸面，实现分纸,偏心轮曲面转动，摩擦纸面，送出纸张,由此可见相对同一原理，可以选择的运动规律也很多,13.1 执行系统方案设计的过程和内容13.1.3 执行机构型式设计,执行机构型式设计指究竟选择何种机构来实现上述运动规律；常见的机构形式设计方法有：,机构型式,连杆机构,凸轮机构,

5、间歇运动机构,齿轮机构,其它机构,组合机构,结构变异,13.1 执行系统方案设计的过程和内容13.1.4 执行系统的协调设计,执行系统的协调设计根据工艺过程对各个动作的要求，分析各执行机构应当如何协调配合，设计出协调配合图，即通常所称的机械运动循环图；,i =0 /=z/z0,范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。,13.1 执行系统方案设计的过程和内容13.1.5 机构尺度设计,机构尺度设计对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，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。,13.1 执行系统方案设计的过程和内容13.1.6 运动和动力分析,运动和动力分析对整个执行系

6、统进行运动分析和动力分析，以检验其是否满足运动要求和动力性能方面的要求。,13.1 执行系统方案设计的过程和内容13.1.7 方案评价与决策,方案评价包括定性评价和定量评价定性评价：指对结构的繁简、尺寸的大小、加工的难易进行评价；定量评价：指将运动和动力分析后所得的执行系统的具体性能与使用要求所规定的预期性能进行比较，对方案作出评价；决策：根据具体评价结果进行决策如果评价结果认为合适，则可以绘制执行系统的运动简图，完成执行系统方案设计；如果评价的结果是否定的话，则需要改变设计策略，对方案进行修改；,机械预期实现的功能,功能原理,摩擦传动原理,电磁传动原理,机械推拉原理,流体传动原理,光电原理,

7、材料变型原理,其它原理,运动规律,工艺动作分解方法 1,工艺动作分解方法 2,工艺动作分解方法 n,机构型式,连杆机构,凸轮机构,其它机构,机构综合,结构变异,机械执行系统方案构思过程,机械执行系统方案设计所要研究的问题如何合理地利用设计者的专业知识和分析能力；创造性地构思出各种可能方案并从中选出最佳方案,13.2 执行系统的协调设计13.2.1 执行系统协调设计的原则,执行系统协调设计的原则1) 满足各执行机构动作先后的顺序性要求2) 满足各执行机构动作在时间上的同步性要求3) 满足各执行机构在空间布置上的协调性要求4) 满足各执行机构操作上的协同性要求5) 各执行机构的动作安排要有利于提高

8、劳动生产率6) 各执行机构的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高,13.2 执行系统的协调设计13.2.1 执行系统协调设计的原则,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。,执行构件运动速度的协调配合,范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。,13.2 执行系统的协调设计13.2.1 执行系统协调设计的原则,13.2 执行系统的协调设计13.2.2 执行系统协调设计的方法,固定运动循环机械执行系统的协调设计方法大多数机械的工作都是周期性的

9、，即经过一定的时间间隔后，各执行构件的位移、速度和加速度等运动参数就周期性的重复；执行系统协调设计的步骤1) 确定机械的工作循环周期；冷霜自动灌装机设计任务书中给定的理论生产率 Q=30盒/min；该机械运动的循环周期 T=60/30=2s； 2) 确定在一个运动循环中各个执行构件各行程段及所需时间；冷霜自动灌装机要完成四个基本动作 输送带的连续运动轮盘的间歇转动 顶杆的往复运动 定量泵活塞的往复运动 3) 确定各执行构件动作时间的协调配合关系；,13.2 执行系统的协调设计13.2.2 执行系统协调设计的方法,冷霜自动灌装机要完成的四个基本动作 输送带的连续运动选用带传动实现输送带的运动；输

10、送带有一个行程区段连续运动；轮盘的间歇转动选用径向槽数为6的外槽轮机构实现转盘的间歇分度运动；轮盘有两个行程区段转位和停歇；其动停比k=(z-2)/(z+2)=(6-2)/(6+2)=1/2即在一个循环中，1/3的时间转动，2/3的时间停歇；,输送带连续运动,轮盘的间歇转动,13.2 执行系统的协调设计13.2.2 执行系统协调设计的方法,冷霜自动灌装机要完成的四个基本动作 顶杆的往复运动选用凸轮连杆机构实现顶杆的上下往复运动；顶杆有六个行程区段上顶、停歇、下降、停歇、下降、停歇；定量泵活塞的往复运动选用行程可调的连杆机构实现定量泵活塞杆的上下往复运动。 定量泵活塞杆有两个行程区段上升和下降；

11、,顶杆往复运动,定量泵活塞往复运动,13.2 执行系统的协调设计13.2.2 执行系统协调设计的方法,冷霜自动灌装机,分配轴,圆锥齿轮圆柱齿轮链传动,圆锥齿轮,链传动,输送带,轮盘,顶杆,活塞,3) 确定各执行构件动作时间的协调配合关系协调设计的原则满足各执行机构动作在时间上的同步要求；将各执行机构的主动件直接安装在同一根分配轴上或通过一些传动装置与分配轴相连；,13.2 执行系统的协调设计13.2.3 机械运动循环图,运动循环图形式直线式圆周式直角坐标式,直线式工作循环图,此例中主轴作为定标件。,机械运动循环图用来描述各执行构件运动间相互协调配合的图；由于机械在主轴或分配轴转动一周或若干周内

12、完成一个运动循环，故运动循环图常以主轴或分配轴的转角为坐标来编制。,主轴作为参考构件,13.2 执行系统的协调设计13.2.3 机械运动循环图,机械运动循环图的形式：A、直线式B、圆周式C、直角坐标式,绘制方法将机械在一个运动循环中各执行构件各行程区段的起止时间和先后顺序，按比例绘制在直线坐标轴上；特点 简单，能清楚表示一个运动循环中各执行构件运动的顺序和时间关系；直观性差，不能显示各执行构件的运动规律,00 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600分配轴转角,冷霜自动灌装机直线式机械运动循环图,13.2 执行系统的协调设

13、计13.2.3 机械运动循环图,机械运动循环图的形式：A、直线式B、圆周式C、直角坐标式,冷霜自动灌装机圆周式机械运动循环图,绘制方法以极坐标系原点为圆心作若干同心圆，每个圆环代表一个执行构件，由各相应圆环引径向直线表示各执行构件不同运动状态的起始和终止位置； 特点 能比较直观地看出各执行机构主动件在主轴或分配轴上的相位；当执行机构多时，同心圆环太多不一目了然，无法显示各构件的运动规律；,13.2 执行系统的协调设计13.2.3 机械运动循环图,机械运动循环图的形式：A、直线式B、圆周式C、直角坐标式,冷霜自动灌装机直角坐标式机械运动循环图,绘制方法用横坐标表示机械主轴或分配轴转角，纵坐标表示

14、各执行构件的角位移或线位移，各区段之间用直线相连；特点 不仅能清楚地表示各执行构件动作的先后顺序，而且能表示各执行构件在各区段的运动规律；,13.3 方案评价与决策,方案评价的意义实现同一种功能，由于工作原理、工艺动作分解方法及机构型式的不同，会形成多种设计方案；方案评价的目的在于通过科学的评价、决策来优选出最佳的方案；评价准则评价一个设计方案的优劣，需要一定的依据，这些依据称为评价准则。它包含两方面内容：1) 设计目标指从哪些方面、以什么原则、达到什么标准为优；2) 设计指标指具体的约束限制；,评价指标,系 统 功 能,运 动 性 能,动 力 性 能,工 作 性 能,济 济 性,结构紧凑性,

15、承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音、可靠性等,效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、适用范围等,加工难易、能耗大小、制造成本等,尺寸、重量、结构复杂性等,实现运动规律或轨迹的型式，实现工艺动作的准确性、特定功能等,运转速度、行程可调性、运动精度等,13.3 方案评价与决策,评价指标,13.3 方案评价与决策,评价方法 (1) 经验性的概略评价法请多名有经验的专家根据经验采用排队法或排除法直接评价。(2) 计算性的数学分析评价法评分法后页介绍技术-经济评价法 综合考虑了技术类指标和经济类指标，评价值一般为相对于理想状态的相对值；模糊评价法用0，1区间内的连续数值代替评分法中的离散数值来表达评价值，使评价结果更为准确；(3) 实践性的实验评价法对重要的方案设计问题，通过模型试验或计算机模拟实验来进行评价；,13.3 方案评价与决策,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,