《机械运动方案》PPT课件.ppt

主 讲 ： 张 青 副 教 授上 海 交 通 大 学 机 械 与 动 力 工 程 学 院Nov. 2006Tel: 62933054(o); 64192664(h)E-mail: |内 容 提 要z基本要求z基本概念|本 章 教 案z概述z机械的总功能z功能分解z机构选型z机械运动循环图设计 z用形态学矩阵选择运动方案z机构尺度综合及机械运动简图z机械传动系统方案设计目录 z基 本 了 解 机 械 运 动 方 案 设 计 的 概 念 、 过 程z基 本 了 解 机 构 创 新 的 方 法z结 合 课 程 设 计 ， 进 行 机 械 运 动 方 案 的 拟 定 和机 械 运 动 简 图 设 计 基本要求 z功 能 分 析z功 能 求 解z机 构 创 新 方 法z工 作 原 理 设 计 和 工 艺 动 作 设 计z执 行 机 构 的 协 调 设 计 和 运 动 循 环 图z机 构 选 型z机 械 运 动 方 案 的 构 思 与 拟 定z机 械 运 动 方 案 的 评 价z机 械 运 动 简 图 基本概念 |现 代 机 器 的 组 成|机 器 设 计 过 程|机 器 运 动 方 案 的 设 计 过 程概述 现 代 机 器 的 组 成 1. 五 块 论 -德 国 Drmstadt大 学 的 Rolf Isermann提 出 机 电 一 体 化 系 统 是 由 控 制功 能 、 动 力 功 能 、 传 感 检 测 功 能 、 操 作 功 能 、 结 构 功 能 等 五 大 功 能 模 块组 成 。 将 机 电 一 体 化 系 统 通 俗 地 类 比 于 人 的 大 脑 、 内 脏 、 五 官 、 四 肢 及躯 体 。 2. 三 环 论 -丹 麦 理 工 大 学 的 Jacob Baur等 人 提 出 机 械 、 电 子 、 软 件 三 个 相 关圆 环 ， 以 此 表 示 机 电 一 体 化 系 统 的 组 成 和 相 互 关 联 。 三 环 论 3. 两 子 系 统 论 -挪 威 科 技 大 学 的 Bassam A Hussein提 出 将 机 电 一 体 化 系 统 划分 为 物 理 系 统 与 控 制 系 统 两 大 子 系 统 。 物 理 系 统 包 括 各 种 驱 动 装 置 、 执行 机 构 、 传 感 器 等 ； 控 制 系 统 包 括 软 、 硬 件 。 机 器 设 计 过 程 据 统 计 ， 机 器 方 案 设 计 阶 段 仅 占 整 个 产 品 开发 过 程 总 成 本 的 25%， 但 却 决 定 了 50%的 产品 特 征 （ 包 括 产 品 的 性 能 、 可 制 造 性 和 生 产成 本 ） 和 75%的 产 品 总 成 本 。 机 器 运 动 方 案 的 设 计过 程 机 构机 构 组 合组 合 机 械 运 动 功 能 结 构 图 产 品 功 能 结 构 图 市 场 需 求总 功 能(设 计 任 务 ) 功 能 元(运 动 ) 逻 辑 关 系运 动 行 为(工 艺 动 作 ) 运 动 行 为 逻 辑 关 系(工 艺 动 作 配 合 时 序 )结 构 元 (广 义 机 构 ) 机 械 运 动 循 环 图(运 动 循 环 关 系 )机 电 运 动 方 案(机 械 运 动 示 意 图 )机 电 产 品 运 动 简 图 提取分 解 与 综 合 ：工 艺 动 作 构 思 抽 象 进 化映 射 丰 富完 善进 化 空 间组 合 尺 度综 合完 善时 序组 合 产品层次机构学层次 专用模块通用模块由 运 动 实 现 的 功 能(运 动 子 系 统 设 计 任 务 )分解 与 运 动 实 现 无 关 的 功 能(非 运 动 子 系 统 设 计 任 务 ) 控 制 系 统 机械运动方案的设计流程包括：功能分析求解各机构的型数综合机械运动示意图的选定各机构尺度综合根据功能要求对机械运动示意图进行分析评价机械运动简图的绘制 |总 功 能 的 确 立|机 械 功 能 分 析 需 求 表机械的总功能 总 功 能 的 确 立功 能 分 析 是 设 计 的 前 提 和 基 础 选 择 机 械 的 工 作 原 理 构 思出 工 艺 动 作 过 程 确 定 机 构 型 式 拟 定 机 械 的 运 动 方 案设 计 者 接 受 任 务 -明 确 功 用 -写 出 任 务 书1. 搜 集 有 关 技 术 资 料 、 设 计 需 求 和 用 户 要 求 ；2. 列 出 机 械 功 能 分 析 需 求 表 ；3. 对 列 出 的 功 能 要 求 ， 作 综 合 分 析 研 究 。 机 械 功 能 分 析需 求 表在 这 些 功 能 中 ， 要 分 清主 功 能 (核 心 功 能 )、 次功 能 ， 运 动 相 关 的 功 能 、运 动 无 关 的 功 能 | 功 能 分 解 过 程| 同 一 种 功 能 可 选 用 不 同 的 工 作 原 理| 工 作 原 理 的 构 思| 功 能 扩 展 产 品 创 新 的 有 效 途 径| 功 能 分 解 过 程 的 运 动 功 能 表 示功能分解 功 能 分 解 过 程机 器 功 能 多 种 多 样 ， 我 们 研 究 其 中 。： 把 总 功 能 分 解 成 一 系 列 相 对 独 立 的 工 艺 动 作 ， 以 此 作 为 功 能 元 ，然 后 用 树 状 功 能 图 来 描 述 。 例 如 ， 设 计 一 四 工 位 专 用 机 床 ， 其 总 功 能 可 以 分 解 成 如 下 几 个 工 艺 动 作 ：1)安 置 工 件 的 工 作 台 要 求 进 行 间 歇 转 动 n2 r/min； 2)装 置 刀 具 的 主 轴 箱 能 实 行 静 止 、 快 进 、 进 给 、 快 退 的 工 艺 动 作 ；3)刀 具 以 n1 r/min 转 动 来 切 削 工 件 。 同 一 种 功 能 可 选 用 不 同 的 工 作 原 理机 械 推 拉原 理 摩 擦 传 动原 理 气 吸 原 理 分 纸 功 能 可 采 用 三 种 工 作 原 理 1) ： 把 纹 版 从 库 中 逐 张 削 出 ， 可 采 用 具 有 直 线 移 动 的 凸 轮 机构 或 凸 轮 -连 杆 滑 块 机 构 。 2) ： 把 纹 版 从 库 中 逐 张 吸 出 ， 送 至 递 纸 位 置 。 可 采 用 气 泵 、气 路 、 吸 头 和 连 杆 机 构 。 3) ： 利 用 摩 擦 力 把 纹 版 从 库 中 逐 张 分 离 出 来 。 可 采 用 具有 压 紧 摩 擦 力 并 使 纹 版 向 前 推 移 的 机 构 。 工 作 原 理 的 构 思 。如 何 寻 找 合 适 的 工 作 原 理 往 往 决 定 了 产 品 的， 从 根 本 上 决 定 了 设 计 的 成 败 与 否 。：1. 模 仿 人 洗 衣 的 动 作 ， 寻 求 可 能 的解 决 方 案 (揉 搓 、 刷 擦 、 捶 打 )2. 直 接 模 仿 行 不 通 ， 则 进 一 步 往 深层 次 分 析 ： 衣 服 洗 干 净 的 是什 么 衣 物 和 脏 被 分 离3. 寻 求 衣 物 和 脏 物 分 离 的 方 法 物 理 法 (超 声 波 )、 化 学 法 (利 用 洗 衣粉 )等4. 在 此 基 础 上 ， 寻 求 实 现 该 洗 衣 机理 的 技 术 方 法 (化 学 法 洗 衣 粉 +漂 洗 ) 功 能 扩 展 产 品 创 新 的 有 效 途 径除 了 寻 求 新 的 工 作 原 理 及 其 实 现 方 式 之 外 ， 还 可 以通 过 产 品 功 能 的 扩 展 来 达 到 。 功 能 分 解 过 程 的 运 动 功 能 表 示 例 如 ， 四 工 位 专 用 机 床 ， 其 总 功 能 分 解 成 如 下 几 个 工 艺 动 作 ：1)安 置 工 件 的 工 作 台 要 求 进 行 间 歇 转 动 n2 r/min； 2)装 置 刀 具 的 主 轴 箱 能 实 行 静 止 、 快 进 、 进 给 、 快 退 的 工 艺 动 作 ；3)刀 具 以 n1 r/min 转 动 来 切 削 工 件 。 图 示 为 四 工 位 专 用 机 床 的 运 动 转 换 功 能 图 。它 描 述 了 原 动 机 (电 动 机 )至 执 行 构 件 、 刀 具 、 工 作 台 、 主 轴 箱 之 间 的 运 动 转 换 功 能 。中 间 矩 形 框 内 表 示 传 动 机 构 、 执 行 机 构 的 运 动 转 换 基 本 功 能 图 ， 末 端 平 行 四 边 形 框内 表 示 执 行 构 件 的 运 动 形 式 。该 机 床 由 两 个 原 动 机 通 过 两 条 传 动 链 来 实 现 执 行 构 件 的 预 期 运 动 。 | 常 见 的 运 动 形 式| 同 一 种 工 作 原 理 可 选 用 不 同 的 机 构| 同 一 种 运 动 形 式 或 轨 迹 可 选 择 不 同 的 机 构机构选型 常 见 的 运 动 形 式 执 行 构 件 常 见 的 运 动 形 式 与 表 达 符 号 见 下 表 同 一 种 工 作 原 理 可 选 用 不 同 的 机 构如 范 成 原 理 加 工 圆 柱 齿 轮 ， 可 采 用 滚 齿 、 插 齿 进 行 加 工 同 一 种 运 动 形 式 或 轨 迹 可 选 择 不 同 的 机 构工 艺 动 作 执 行 构 件 的 运 动 形 式 、 规 律 或 轨 迹 选 择 或 创 造 不 同 型 式 的机 构 及 其 组 合 来 实 现 | 周 期 性 与 非 周 期 性 运 动| 执 行 机 构 的 运 动 协 调 设 计| 机 械 运 动 循 环 图 设 计机械运动循环图设计 周 期 性 与 非 周 期 性 运 动1. 无 周 期 性 循 环 起 重 运 输 机 、 建 筑 机 械 ： 随 地 点 、 条 件 而 变2. 周 期 性 循 环 包 装 机 、 自 动 机 床 、 轻 工 机 械 ： 定 时 间 间 隔 ， 其 位 移 、速 度 、 加 速 度 重 复 一 次 完 成 一 个 运 动 循 环 执 行 机 构 的 运 动 协 调 设 计如 图 所 示 为 粉 料 压 片 机 ， 它 由 上 冲 头 (六杆 肘 杆 机 构 )、 下 冲 头 (双 凸 轮 机 构 )、 料 筛传 送 机 构 (凸 轮 -连 杆 机 构 )所 组 成 。料 筛 由 传 送 机 构 送 至 上 、 下 冲 头 之 间 ， 通过 上 、 下 冲 头 加 压 把 粉 料 压 成 片 状 。 根 据 生 产 工 艺 路 线 方 案 ， 此 粉 料 压 片 机 必 须要 实 现 以 下 五 个 动 作 ： 1)移 动 料 斗 至 模 具 的 型 腔 上 方 准 备 将 粉 料装 入 型 腔 ， 同 时 将 已 经 成 型 的 药 片 推 出 ； 2)料 斗 振 动 ， 将 料 斗 内 粉 料 筛 入 型 腔 ； 3)下 冲 头 下 沉 至 一 定 深 度 ， 以 防 止 上 冲 头向 下 压 制 时 将 型 腔 内 粉 料 扑 出 ； 4)上 冲 头 向 下 ， 下 冲 头 向 上 ， 将 粉 料 加 压并 保 压 一 段 时 间 ， 使 药 片 成 形 较 好 ； 5)上 冲 头 快 速 退 出 ， 下 冲 头 随 着 将 己 成 形的 工 件 药 片 推 出 型 腔 完 成 压 片 工 艺 过 程 。 一 个 周 期 内 完 成 一 套 工 艺 执 行 动 作 。 该 机 器 特 点 是 ： 各 执 行 动 作 是 有 序 的 、 相 互 协 调 配 合 的 ，须 进 行 协 调 设 计 。各 执 行 机 构 动 作 在 时 间 上 协 调 配 合 ；1. 在 空 间 上 协 调 配 合 ；2. 在 速 度 上 协 调 配 合 ；3. 一 个 周 期 与 下 一 个 周 期 有 一 定 间 隔 。 机 械 运 动 循 环 图 设 计粉 料 压 片 机 的 运 动 循 环 图横 坐 标 ： 曲 柄 转 角 0o-360o纵 坐 标 ： 工 艺 动 作 一 周 表 示 曲 柄 转 角 0o-360o直 观 性 强 横 坐 标 ： 定 标 构 件 曲 柄 转 角纵 坐 标 ： 各 工 艺 动 作 的 运 动 位 移可 清 楚 看 出 各 执 行 机 构 的 运 动 状 态 和 运 动 关 系优 先 采 用 | 运 动 转 换 功 能 图| 形 态 学 矩 阵| 实 例 ： 精 锻 机 主 机 构 方 案 设 计用形态学矩阵选择运动方案 运 动 转 换 功 能 图描 述 ： 原 动 机 执 行 机 构 之 间 的 传 动 链 及 运 动 转 换 方 式 形 态 学 矩 阵纵 坐 标 ： 功 能 元横 坐 标 ： 与 功 能 匹 配 的 机 构通 过 排 列 组 合 可 构 成 多 种 机 械 运 动 方 案 设 计 者 把 系 统 分 解 成 几 个 独 立 因 素 ， 并 列 出 每 个 因 素 所包 含 的 几 种 可 能 状 态 (作 为 列 元 素 )构 成 形 态 学 矩 阵 ， 通 过 组 合找 出 可 实 施 的 方 案 。 实 例 ： 精 锻 机 主 机 构 方 案 设 计功 能 分 析 与 分 解 基 本 功 能 结 构 图 形 态 学 矩 阵 1. 列 出 所 有 方 案 ： N =6 63 = 1296 种2. 评 价 ： 剔 除 明 显 不 合 理 的 ， 再 进 行 综 合 评 价 ：； ； ； ； 。3. 选 择 几 个 方 案 。 几 种 运 动 方 案 形 态 学 矩 阵 法 的 出 发 点 是 ， 认 为 许 多 发 明 创 造 并 不 是 发 明 一 种 完 全 新 的东 西 ， 而 只 不 过 是 已 有 东 西 的 新 型 组 合 。 形 态 学 矩 阵 法 可 以 组 合 成 许 多 方案 ， 目 的 是 借 以 发 现 新 的 设 计 方 案 。 所 以 这 种 方 法 仅 仅 是 运 动 方 案 拟 定 、构 思 方 法 中 的 一 种 ， 还 可 以 运 用 其 他 创 造 性 技 法 构 思 、 创 造 其 它 新 颖 的 机械 运 动 方 案 。 用 形 态 学 矩 阵 法 选 定 的 机 械 运 动 方 案 ， 还 不 能 完 全 确 定 所 选 机 构 一 定能 定 量 地 实 现 执 行 机 构 所 需 的 运 动 参 数 ， 所 以 必 须 对 各 机 构 进 行 尺 度 综 合 。如 果 经 尺 度 综 合 的 机 构 不 能 满 足 预 定 的 运 动 要 求 ， 则 必 须 重 新 进 行 机 构 选型 ， 重 新 或 部 分 改 变 机 械 的 运 动 方 案 。 | 各 机 构 的 尺 度 综 合| 绘 制 机 械 运 动 简 图机构尺度综合及机械运动简图 各 机 构 的 尺 度 综 合1. 运 动 方 案 确 定 了 机 构 的 型 及 其 相 关 联 的 情 况2. 由 选 择 的 机 构 ， 确 定 其 尺 寸 ： 构 件 的 几 何 尺 寸 、 几 何 形 状 （ 如 凸 轮廓 线 等 ） ， 验 证 是 否 满 足 了 预 定 的 位 移 、 速 度 、 加 速 度 、 轨 迹 等 要求3. 机 构 尺 度 综 合 不 满 足 重 新 选 型 重 构 方 案 绘 制 机 械 运 动 简 图机 械 运 动 简 图 ： 机 构 系 统 的 机 构 尺 寸 是 按 比 例 画 出 的 。 反 映 了 机 构 各 构 件 间 真实 的 运 动 关 系 。 | 传 动 方 案 设 计 过 程| 原 动 机 的 选 择| 传 动 类 型 选 择| 传 动 链 的 方 案 选 择| 机 械 传 动 系 统 方 案 设 计 实 例机械传动系统方案设计 传 动 方 案 设 计 过 程 原 动 机 的 选 择 控 制 电 动 机 液 压 马 达 气 动 马 达 传 动 类 型 选 择 传 动 链 的 方 案 选 择 机 械 传 动 系 统 方 案 设 计 实 例