机械产品设计 教学课件 ppt 作者 马晓丽 陈晓英 张晓芳 编著 4

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1、第四章 机械运动方案设计,4.2 机械传动的特性和参数,4.3 机械传动的方案设计,4.4 机构选型及组合,4.1 机械运动方案拟定方法,4.5 常用机构的选择,4.6 机械运动方案设计举例,高等职业教育示范专业规划教材,第四章 机械运动方案设计,机械系统方案设计是机械产品创新与质量保证的首要环节。 一般而言，机械产品是以机械运动为特征的技术系统，所以机械系统方案设计的核心是机械运动方案设计，它在机械系统设计的总体中，占有十分重要的地位，也是最具创造性和综合性的内容。,第四章 机械运动方案设计,411 机械运动方案构思要求,4.1 机械运动方案拟定方法,产品功能是否齐全、性能是否优良、经济效益

2、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。,一、功能原理解,第四章 机械运动方案设计,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。,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。,412 功能原理解,二、功能分析法,第四章 机械运动方案设计,功能分析法将机械产品的总功能分解成若干功能元，求解功能元，将其组合，得到满足总功能要

3、求的多种解决方案供评价选择。满足产品的功能要求是设计的核心。,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,功能元,第四章 机械运动方案设计,413 形态距阵法 把分功能(功能元)列为横坐标，各种解法列为纵坐标，构成形态矩阵，通过组合拟出所需的方案。在因素分析和形态分析基础上，可以采取形态学矩阵或综合表的形式进行方案综合。由形态学矩阵综合表41可见，若因素为A、B、C，对应的形态分别为3、5、4个，则理论上可综合出35460个方案。如A1一B2一C3为一组方案。表 4-1 形态学矩阵,第四章 机械运动方案设计,如：行走式挖掘机的原理方案分析。 (1)功能分析,第四章 机械运动方案

4、设计,(2)探索功能元解并列出形态学矩阵（功能元纵坐标，功能元解横坐标）,第四章 机械运动方案设计,(3)方案组合 可能组合的方案数为： 如：A1B4C3D2E1履带式挖掘机 A5B5C2D4E2液压轮胎式挖掘机 (4)最佳系统解 在多个系统解中，首先根据不相容性和设计边界条件的限制删去不可行方案和明显的不理想方案。选择较好的几个方案通过定量的评价方法评比、优化，最后求得最佳原理方案。 如上例中的A1B4C3D2E1履带式挖掘机就是一种较好的行走式挖掘机原理方案。,第四章 机械运动方案设计,例：双杆搅拌器传动方案的形态学矩阵 (1)功能分析,(2)机械传动方案综合双杆搅拌器传动方案的形态学矩阵

5、,可组合的最多方案数为： N=432=24,第四章 机械运动方案设计,(3)方案评选 考虑化工厂工作环境恶劣，且摩擦传动体积相对较大，故选用啮合传动，有两方案可供进一步选择。 方案A：132，电动机齿轮传动凸轮机构对称凸轮（双摆动杆），其特点是结构紧凑 。 方案B：311，电动机链传动曲柄摇杆机构平行四边形机构（双摆动杆），其特点是可远距离传动，成本较低。,第四章 机械运动方案设计,414 机械运动方案图 一、机械运动简图,机械运动简图能形象地表达机械的组成与尺度关系，各执行机构运动的类型、特征及其之间的协调关系，机械的运动、动力性能以及外形、轮廓尺寸等等。,机械运动简图设计的具体任务和步骤见

6、下图。,第四章 机械运动方案设计,第四章 机械运动方案设计,二、机械运动循环图,机械的工作循环图-机械的运动循环图 表明机械一个工作循环中各执行构件的运动配合关系图 该图是将各执行机构的运动循环按同一时间（或转角）比例尺画出的循环图，并且以其某一主要执行构件的工作起点为基准来表示各执行机构的运动循环相对于该主要执行机构而动作的先后次序，既可以达到互相协调的目的，又最大限度地缩短运动循环周期，提高生产效率。 常见的机械的运动循环图有： （）直线式工作循环图 （）圆周式工作循环图 （）直角坐标式工作循环图,第四章 机械运动方案设计,蜂窝煤压制机工作循环图:,第四章 机械运动方案设计,专用自动机示意

7、图,自动机工作循环图,第四章 机械运动方案设计,三、确定机械运动方案的可行性,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,第四章 机械运动方案设计,421转速和圆周速度,4.2 机械传动的特性和参数,在其他条件相同时，提高圆周速度可以减小传动的外廓尺寸，因此，较高的速度对传动是有利的。从上式可知，要获得大的圆周速度，需提高转速和增大直径

8、，显然增大直径会使外廓尺寸变大，故主要靠提高转速。但转速的最大值受到啮合元件进入啮合和退出啮合时的允许冲击力、振动及摩擦功的大小等因素的限制。一般可通过设计资料查出其允许的最大转速或圆周速度。,第四章 机械运动方案设计,422传动比,第四章 机械运动方案设计,423功率和转矩,机械传动装置所能传递功率或转矩的大小，代表着机械传动系统的传动能力。,第四章 机械运动方案设计,424功率损耗和传动效率,机械传动效率的高低表明机械驱动功率的有效利用程度，是反映机械传动系统性能指标的重要参数之一。机械传动系统的功率损耗主要是由于摩擦引起的，因而机械传动效率低，不仅功率损失大，而且损失的功率产生大量的热，

9、必须采取散热措施。,第四章 机械运动方案设计,43 机械传动的方案设计 1. 设计过程 确定传动系统总传动比 选择传动类型 拟定传动链布置方案 分配传动比 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 绘制传动系统运动简图,第四章 机械运动方案设计,431传动类型的选择,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,第四章 机械运

10、动方案设计,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,第四章 机械运动方案设计,432传动顺序的布置,（1）运动链短结构简单，效率高，精度高 （）效率高使主传动链具有较高效率 （）机构的排列顺序要合理 复杂运动形式的机构放在末端，靠近执行构件 （连杆、凸轮、间歇机构） 摩擦传动放在高速端，锥齿轮放在高速端,第四章 机械运动方案设计,433总传动比的分配,合理分配传动比： （1）齿轮传动 两级， 两级以上 （2）减速器中 i （3）带传动很少有两级以上,第四章 机械运动方案设计,44 机构选型及组合

11、441机构的选型,传递回转运动的机构 摩擦传动简单、平稳、过载安全、传动比不准，效率低 啮合传动（齿轮、齿条）传动比准、功率大、转矩大 连杆机构（双曲柄）用于特殊传动 实现单向间歇运动的机构 槽轮机构动停换点有软冲。用于速度不大的场合 棘轮机构冲击大，用低速场合,第四章 机械运动方案设计,不完全齿轮机构用轻载、低速场合 凸轮式间歇机构用于高速场合 实现往复移动和往复摆动的机构 凸轮机构高副、受力不能太大，实现任意的运动规律，便于与其它机构协调配合 连杆机构低副、运动规律难以实现，行程大 螺旋机构传动比大、行程大、平稳、噪音小 齿轮齿条功率大、适合高速、行程大的场合,第四章 机械运动方案设计,4

12、42机构的组合,机构的组合是指在机构选型的基础上，根据功能目标或工艺动作的各种需要，组合创建新机构系统。 1）机构的工艺动作复杂。 2）所选择的机构性能不好，但又无更好的机构可选。 3）有时由于不具备某种动力源，或受其他条件的限制，只有进行机构组合才能实现所要求的工艺动作。,第四章 机械运动方案设计,45 常用机构的选择 一、常用机构,啮合传动机构,连杆机构,摩擦轮传动,蜗杆传动,链传动,平行四边形机构, 传递连续转动的机构,第四章 机械运动方案设计, 实现单向间歇转动的机构,棘轮机构,齿轮-连杆机构,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

13、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,第四章 机械运动方案设计, 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。,第四章 机械运动方案设计, 再现轨迹的机构,齿轮连杆组合机构,联动凸轮机构,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。,凸轮机构特点 能实现任意复杂的运

14、动和各构件之间的运动协调，承载能力不大。,第四章 机械运动方案设计,二、机构选型应注意的问题,（1）应尽量满足或接近功能目标 （2）要力求简单 （3）要方便加工制造，提高精度 （4）要保证良好的动力性能 （5）要考虑动力源及其形式,第四章 机械运动方案设计,机械运动方案设计举例 1. 印刷机的送纸机构为例进行机械运动方案设计。 1)、任务的分析及运动参数的确定 要求 一叠纸中的第一张与其它纸张分离并送出，每分钟送出30张。因此有： (1)送出多远？ (2)如何实现纸张分离？ (3)选用何种动力源驱动送纸机构？ (4)送纸机构的执行构件应按何种轨迹运动？,46 机械运动方案设计举例,吸头的运动轨

15、迹（如图所示）是吸纸机构方案设计的重要依据。工作顺序为提纸、送纸、回程，提纸和送纸可同时进行。另一方面，还要求送纸的速度与印刷滚轮速度要一致。,第四章 机械运动方案设计,2）、动力源的选择与执行机构的确定 采用电动机作为动力源，采用真空吸盘提起纸张。根据吸头的运动轨迹，设计该机械运动方案。采用一个典型的凸轮-连杆机构，其工作原理如下图所示，双联凸轮6及7控制真空吸盘的吸送纸轨迹，送纸吸嘴的运动是由前后运动和上下运动合成的复合运动。在送纸吸嘴轴5上固定有吸嘴6、7。送纸吸嘴轴的运动由分纸器轴上的凸轮C1、C2控制。由凸轮C1经滚子R 1使摆杆l绕O-O轴摆动，再通过连杆2带动送纸吸嘴轴5作前后运动；由凸轮C2经滚子R2、摆杆8使A-A轴转动，再通过曲柄4带动连杆3和2作上下运动，最后，经过以上两种运动的合成，使连杆2和送纸吸嘴轴5得到一个复合运动，吸嘴6、7也随同送纸吸嘴轴5一起运动，将纸张传给送纸轴。,第四章 机械运动方案设计,送纸机构的工作原理图,第四章 机械运动方案设计,3)机械传动系统的设计,本机械系统的传动系统设计可按以下几步进行： 1)根据设计的具体工作要求选定原动机，如选用交流异步电机，转速为1430转/分，还应根据生产阻力和估计的传动效率初算电机功率。 2）根据每分钟送纸30张的要求计算总传动比 3）按该机械系统的总体工作要求：驱动印刷滚筒的运动，印刷完了的