机械系统的方案设计3333.ppt

1、第十四章 机械传动系统方案的设计机械设计的一般过程：机械设计的一般过程：计划计划（提设计任务、可行性研究、编设计任务书）（提设计任务、可行性研究、编设计任务书） 方案设计方案设计（提出若干可行方案、分析对比、评价决策寻求最佳）（提出若干可行方案、分析对比、评价决策寻求最佳） 技术设计技术设计（全套设计图纸和各种技术文件）（全套设计图纸和各种技术文件） 试制试验试制试验（发现问题，加以改进）（发现问题，加以改进） 投产以后投产以后（收集问题，改进设计）（收集问题，改进设计）由若干种不同机构组合由若干种不同机构组合而成，能实现机械工艺而成，能实现机械工艺过程所需运动的系统。过程所需运动的系统。单一

2、的常用基单一的常用基本机构本机构机械传动系统机械传动系统工程实际中：工程实际中：方方案案方方案案方方案案n优化选取优化选取创造性的工作！创造性的工作！要求：要求：1)1)注重多学科知识的综合应用；注重多学科知识的综合应用；2)2)注重总结与实践经验的积累；注重总结与实践经验的积累；3)3)充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设 计方法与技巧。计方法与技巧。以便设计出新颖、灵活、高效的机械传动系统拟定过程考虑因素：拟定过程考虑因素：实现运动学和动力学要求；成本、重量、尺实现运动学和动力学要求；成本、重量、尺寸、机械效率、寿命等。寸、机械效率、寿命等。

3、执行系统的方案设计执行系统的方案设计 功能原理设计功能原理设计 动作及运动设计动作及运动设计 执行机构的型式设计执行机构的型式设计 执行系统的协调设计执行系统的协调设计 执行系统的方案评价与决策执行系统的方案评价与决策机械传动总体方案设计的内容机械传动总体方案设计的内容2. 2. 原动机类型的选择原动机类型的选择 （4 4）控制系统的方案设计）控制系统的方案设计（3 3）传动系统的方案设计）传动系统的方案设计 传动类型的选择传动类型的选择 传动路线的选择传动路线的选择 传动链中机构顺序的安排传动链中机构顺序的安排 各级传动比的分配各级传动比的分配 润滑系统润滑系统 冷却系统冷却系统 故障监测系

4、统故障监测系统 安全保护系统安全保护系统 照明系统照明系统（5 5）其它辅助系统的设计）其它辅助系统的设计机械执行系统运动方案设计机械执行系统运动方案设计 执行系统是直接完成机械系统预期工作任务的部分。执行系统是直接完成机械系统预期工作任务的部分。由由一个或多个执行机构一个或多个执行机构组成。执行构件的数量及运动形组成。执行构件的数量及运动形式、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。结构方案。 机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的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。核心。 一、主要内容和过程一、主要内

5、容和过程 执行系统运动方案设计，是在产品规划明确拟定了其执行系统运动方案设计，是在产品规划明确拟定了其功能目标功能目标后进行的。其过程表示在图中。后进行的。其过程表示在图中。 功能原理设计功能原理设计 考虑选择何种工作原理来实现机械预期的考虑选择何种工作原理来实现机械预期的功能。采用的工作原理不同，设计出的机械功能。采用的工作原理不同，设计出的机械会有很大的差异，因此必须根据机械的具体会有很大的差异，因此必须根据机械的具体工作要求，如强度、精度、寿命、效率、产工作要求，如强度、精度、寿命、效率、产量、成本、环保等诸多因素综合考虑确定，量、成本、环保等诸多因素综合考虑确定，尽可能多采用几个方案。

6、尽可能多采用几个方案。 动作及运动设计动作及运动设计 根据工艺要求进行工艺动作的分解及执行根据工艺要求进行工艺动作的分解及执行运动的确定。同一个工作原理，可以有多种运动的确定。同一个工作原理，可以有多种工艺动作分解。不同的工艺动作分解，将会工艺动作分解。不同的工艺动作分解，将会得到不同的设计结果。得到不同的设计结果。 执行机构型式设计执行机构型式设计 实现同一种运动，可以选择不同型式的机实现同一种运动，可以选择不同型式的机构。选用何种机构来实现所需运动，这需要构。选用何种机构来实现所需运动，这需要考虑机构的动力特性、机械效率、制造成本考虑机构的动力特性、机械效率、制造成本等因素。等因素。 执行

7、系统的协调设计执行系统的协调设计 对于由多个执行构件及执行机构组合而成对于由多个执行构件及执行机构组合而成的复杂机械，必须使这些执行构件的运动以的复杂机械，必须使这些执行构件的运动以一定的次序协调配合，以完成预期的工作要一定的次序协调配合，以完成预期的工作要求。求。 机构的尺度设计机构的尺度设计 对所选择的各个执行机构进行运动和动力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学尺寸，如转设计，确定各执行机构的运动学尺寸，如转动副间的相对位置尺寸、移动副的导路位动副间的相对位置尺寸、移动副的导路位置、高副运动副元素的几何形状及尺寸等置、高副运动副元素的几何形状及尺寸等等。等。

8、运动和动力分析运动和动力分析 对整个系统进行运动分析和动力分析，检对整个系统进行运动分析和动力分析，检验是否满足运动要求和动力性能方面的要验是否满足运动要求和动力性能方面的要求。求。 方案评价与决策方案评价与决策 方案评价包括定性评价和定量评价。实现同一方案评价包括定性评价和定量评价。实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理；实现同种功能要求，可以采用不同的工作原理；实现同一种工作原理，可以选择不同的运动规律；实现一种工作原理，可以选择不同的运动规律；实现同一种运动规律，可以采用不同型式的机构。因同一种运动规律，可以采用不同型式的机构。因此，为了实现同一种预期的功能要求，可以有多此，为了实现

9、同一种预期的功能要求，可以有多种不同的方案。机械执行系统方案设计所要研究种不同的方案。机械执行系统方案设计所要研究的课题，就是如何合理地利用设计者的专业知识的课题，就是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的方案，和分析能力，创造性地构思出各种可能的方案，并从中选出最佳方案。并从中选出最佳方案。 二、执行系统运动方案设计策略二、执行系统运动方案设计策略 ( (一一) ) 功能分析与功能求解功能分析与功能求解 1. 功能分析功能分析 功能分析法功能分析法是系统设计中拟定功能原理方案的主要是系统设计中拟定功能原理方案的主要方法。方法。 一台机器所能完成的功能，称为机器的一

10、台机器所能完成的功能，称为机器的总功能总功能。功能分析法就。功能分析法就是将机械产品的总功能分解成若干是将机械产品的总功能分解成若干功能元功能元，然后求解功能元，再将其，然后求解功能元，再将其组合，得到满足总功能要求的多种解决方案，以供评价选择。组合，得到满足总功能要求的多种解决方案，以供评价选择。 2. 功能求解功能求解 根据机构的根据机构的基本功能，归纳整理基本功能，归纳整理为功能元。任何一个为功能元。任何一个复杂的机构系统所要复杂的机构系统所要实现的运动，都可以实现的运动，都可以认为是由一些基本的认为是由一些基本的功能元按一定规律组功能元按一定规律组成的，根据功能元就成的，根据功能元就易

11、于找到相应的功能易于找到相应的功能载体，实现功能元的载体，实现功能元的求解。求解。 基本功能元及符号表示基本功能元及符号表示 列出功能元解的目录。为了便于设计人员进行功能原列出功能元解的目录。为了便于设计人员进行功能原理的构思，可以将有关的功能元解，按一定的分类排序原理的构思，可以将有关的功能元解，按一定的分类排序原则，用矩阵表的形式列出。则，用矩阵表的形式列出。 注意功能求解的技巧。注意功能求解的技巧。注意：注意：机械执行系统的功能原理及运动方案设计的多方案性机械执行系统的功能原理及运动方案设计的多方案性 为实现同一预定的功能目标，可以选择不同的为实现同一预定的功能目标，可以选择不同的功能原

12、理来实现，选用不同的技术原理来完成。功能原理来实现，选用不同的技术原理来完成。例例 齿轮加工方法齿轮加工方法 无屑加工无屑加工( (精密铸造、粉末冶金成精密铸造、粉末冶金成型、滚压成型型、滚压成型) )、切削加工、切削加工( (成型法、展成法成型法、展成法) )、成型法加工的、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盘状齿轮铣刀和指状齿轮铣刀、展成法的滚齿和插齿例例 糖果包装机设计糖果包装机设计例例 自动输送料板的装置自动输送料板的装置 纽结式纽结式折叠式折叠式接缝式接缝式机械推拉机械推拉平板摩擦平板摩擦 工艺动作分解与运动方案选择有着密切关系。实现同一机器功能工艺动作分解与

13、运动方案选择有着密切关系。实现同一机器功能时，应尽可能采用动作简单、工序少数的动作过程。时，应尽可能采用动作简单、工序少数的动作过程。 例例 加工内孔加工内孔 摩擦轮摩擦轮底部气吸底部气吸顶部气吸顶部气吸车床车床镗床镗床钻床钻床拉床拉床 例例 加工平面加工平面 （ 二）执行机构的型式设计、创新与系统的协调二）执行机构的型式设计、创新与系统的协调 机械传动系统的作用就是将原动机的运动和动力传递到执行构件，机械传动系统的作用就是将原动机的运动和动力传递到执行构件，执行构件的选择执行构件的选择,就是根据拟定的工作原理和工艺动作过程，就是根据拟定的工作原理和工艺动作过程，确定执行构确定执行构件的数目、

14、运动形式、运动参数、运动协调关系件的数目、运动形式、运动参数、运动协调关系。这是项创造性的工作，。这是项创造性的工作，直接影响到整个机械系统的传动方案。直接影响到整个机械系统的传动方案。牛头刨床刀具往复运动牛头刨床刀具往复运动龙门刨床工件往复运动龙门刨床工件往复运动即使对于同一功能原理，也会有不同的运动方案。即使对于同一功能原理，也会有不同的运动方案。一个执行构件一个执行构件两个执行构件两个执行构件、执行构件的运动设计、执行构件的运动设计1)1)执行构件的数目执行构件的数目根据工作原理根据工作原理工艺动作过程工艺动作过程执行构件的数目执行构件的数目运动形式运动形式运动参数运动参数运动协调关系运

15、动协调关系取决于机械分功取决于机械分功能或分动作的多少，能或分动作的多少，两者不一定相等，要两者不一定相等，要具体分析确定。具体分析确定。如立式钻有两种方案如立式钻有两种方案: :2)2)执行构件的运动形式和运动参数执行构件的运动形式和运动参数直线运动直线运动曲线运动曲线运动复合运动复合运动往复摆动往复摆动执执行行构构件件运运动动形形式式回转运动回转运动每分钟转数每分钟转数 rpm rpm由两个以上单一运动合成由两个以上单一运动合成 间歇回转间歇回转停歇往复直线停歇往复直线停歇单向直线停歇单向直线沿可变曲线运动沿可变曲线运动连续回转连续回转沿固定曲线运动沿固定曲线运动往复直线往复直线每分钟转位

16、次数、转角大小、运动系数每分钟转位次数、转角大小、运动系数每分钟摆动次数、转角大小、行每分钟摆动次数、转角大小、行程速比系数程速比系数每分钟行程数目、大小、行程速比系数每分钟行程数目、大小、行程速比系数每循环停歇次数、位置、时间、每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度。行程大小和工作速度。每次进给量的大小。每次进给量的大小。 砂轮砂轮工件工件砂轮架砂轮架、各执行构件间运动的协调配合和机械的工作循环图、各执行构件间运动的协调配合和机械的工作循环图1 1）各执行构件间运动的协调配合关系）各执行构件间运动的协调配合关系a)a)运动彼此独立无需协调配合：运动彼此独立无需协调配合：外圆磨床的砂轮

17、和工件的四个运动彼此独立。故应外圆磨床的砂轮和工件的四个运动彼此独立。故应为每个运动单独设计各自的运动链。为每个运动单独设计各自的运动链。b)b)动作协调配合：动作协调配合：图示图示冲床冲床的两个执行构件中，要求：的两个执行构件中，要求：送料构件将原料送入模孔上方后，冲头才可进入模孔送料构件将原料送入模孔上方后，冲头才可进入模孔进行冲压；进行冲压；图示图示折叠包装机构折叠包装机构的两个执行构件中，要求：的两个执行构件中，要求： 饼干饼干1342饼干饼干2右折边构件右折边构件43包装纸包装纸左折边构件左折边构件1饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342左折边构件左折边构件右折边构件右折边

18、构件饼干饼干1342包装纸包装纸MBA两个构件不能同时位于区域两个构件不能同时位于区域MABMAB中，以免干涉。中，以免干涉。当冲头上移一段距离后，才能进行下次送料动作。当冲头上移一段距离后，才能进行下次送料动作。c)c)各执行构件运动速度的协调配合：各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。范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。 对于有运动协调配对于有运动协调配合要求的构件，往往采合要求的构件，往往采用以一台原动机，用以一台原动机， 通过通过传动系统分配运动，实传动系统分配运动，实现协调动作。现协调动作。2 2）机械的工作（运动）循环图）机械

19、的工作（运动）循环图定义：定义：设计机械时，用以表示机械在一个工作循环过设计机械时，用以表示机械在一个工作循环过 程中，各执行构件之间运动配合关系的图形。程中，各执行构件之间运动配合关系的图形。定标件：定标件：用其运动位置（转角或位移）作为确定其它用其运动位置（转角或位移）作为确定其它 执行构件运动先后次序的基准。执行构件运动先后次序的基准。形式：形式：直线式、圆周式、直角坐标式三种。直线式、圆周式、直角坐标式三种。直线式工作循环图直线式工作循环图 退回退回停停 止止冲冲 制制 进给进给冲头冲头送料器送料器曲柄转角曲柄转角 0 90 180 270 360此例中主轴作为定标件。此例中主轴作为定

20、标件。 圆周式工作循环图圆周式工作循环图 图示为单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴图示为单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴为定标件，转为定标件，转2 2圈为一个工作循环。圈为一个工作循环。 启启排排气气门门开开启启进进气气门门开开进进气气排排气气压压缩缩膨膨胀胀闭闭进进气气门门关关火火点点曲轴曲轴0 540 360 180 排排门门闭闭关关气气进进退退 静止静止 静止静止 静止静止 进进退退 MM左执行机构左执行机构1 左执行机构左执行机构2 分配轴转角分配轴转角 0 90 180 270 360 直角坐标式工作循环图直角坐标式工作循环图 饼干包装机工作循环图中，饼干包装机工作循环图中，横轴表

21、示定标件的转角，纵轴表横轴表示定标件的转角，纵轴表示示 执行构件的转角。执行构件的转角。饼干饼干1342饼干饼干2右折边构件右折边构件43包装纸包装纸左折边构件左折边构件1饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342左折边构件左折边构件右折边构件右折边构件饼干饼干1342包装纸包装纸MBA两个构件不能同时位于区域两个构件不能同时位于区域M把把MAB中，以免干涉。中，以免干涉。饼干饼干1342饼干饼干2右折边构件右折边构件43包装纸包装纸左折边构件左折边构件1饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342左折边构件左折边构件右折边构件右折边构件饼干饼干1342包装纸包装纸MBA、常用机构、

22、常用机构1 1）传递连续回转运动的机构）传递连续回转运动的机构啮合传动机构啮合传动机构 连杆机构连杆机构 传递连续传递连续回转运动回转运动的机构的机构摩擦传动机构摩擦传动机构 摩擦轮传动摩擦轮传动 带传动带传动 蜗杆传动蜗杆传动 链传动链传动 齿轮传动齿轮传动 平行四边形机构平行四边形机构 双曲柄机构双曲柄机构 2 2）实现单向间歇回转运动的机构）实现单向间歇回转运动的机构棘轮机构棘轮机构 齿轮齿轮-连杆机构连杆机构 单向间歇单向间歇回转运动回转运动槽轮机构槽轮机构 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构 适用于转角固定的转位运动。适用于转角固定的转位运动。 每次转

23、角小，或转角大小可调的低每次转角小，或转角大小可调的低速场合。速场合。大转角而速度不高的场合大转角而速度不高的场合运动平稳、分度、定位准运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、高精度定位、确，但制造困难、高精度定位、高速场合。高速场合。特殊要求的输送机构。特殊要求的输送机构。3 3）实现往复移动往复摆动运动的机构）实现往复移动往复摆动运动的机构凸轮机构凸轮机构 组合机构组合机构 往复运动往复运动连杆机构连杆机构 螺旋机构螺旋机构 齿轮齿条机构齿轮齿条机构 液压缸、气缸液压缸、气缸 正弦机构正弦机构 正切机构正切机构 六连杆机构六连杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 连杆机构的特点：连杆机构的特点：

24、制造容易、承载能力大，但难以实现精确运制造容易、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。动，适用于无严格运动规律的场合。 凸轮机构的特点：凸轮机构的特点：能实现任意复杂的运动和各构件之间的运动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。协调，承载能力不大。 螺旋机构的特点：螺旋机构的特点：可获得大的减速比和较高的运动精度，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。常用作低速进给和精密微调机构。 齿轮齿条机构的特点：齿轮齿条机构的特点：适用于移动速度较高的场合，精密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。齿

25、条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。 凸轮机构的推杆行程一般较小，否则会使压力角过大凸轮机构的推杆行程一般较小，否则会使压力角过大或尺寸过大。或尺寸过大。 连杆机构可以获得较大行程，但不能太大，否则机构连杆机构可以获得较大行程，但不能太大，否则机构尺寸会过于庞大。尺寸会过于庞大。齿轮齿条机构或螺旋机构可满足大行程的要求。齿轮齿条机构或螺旋机构可满足大行程的要求。4 4）再现轨迹的机构）再现轨迹的机构齿轮齿轮连杆组合机构连杆组合机构联动凸轮机构联动凸轮机构 再现轨迹再现轨迹连杆机构连杆机构 凸轮凸轮连杆组合机构连杆组合机构 一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之一般而言，除了凸轮机构

26、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。外，其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。 齿轮齿轮连杆组合机构连杆组合机构搅拌机构搅拌机构凸轮凸轮连杆组合机构连杆组合机构联动凸轮机构联动凸轮机构 CBADE、机构的变异、机构的变异当所选机构不能满足机械提出的运动和动力要求时，或者为了改善所选机构的性能或结构时，可以通过改变机构中某些构件结构形状、运动尺寸、更换机架或原动件、增加辅助构件等方法获得新的机构或特性。此称为机构的变异构件结构形状构件结构形状运动尺寸运动尺寸更换机架更换机架或原动件或原动件增加辅助构件增加辅助构件目的：目的：获得新的机构或特性，已满足使用要求。获得新的

27、机构或特性，已满足使用要求。机构的变异机构的变异1 1）改变构件结构形状）改变构件结构形状 若将摆动导杆机构中的直线导若将摆动导杆机构中的直线导槽改为圆弧导槽，运动到左侧槽改为圆弧导槽，运动到左侧时，可获得较长时间的停歇。时，可获得较长时间的停歇。2 2）改变构件运动尺寸）改变构件运动尺寸 槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时, , 槽条机构槽条机构3 3）选不同的构件作为机架）选不同的构件作为机架 机构的倒置机构的倒置 摆动凸轮机构摆动凸轮机构1 12 23 31 12 23 3连杆连杆-凸轮机构凸轮机构A A1 1B BC CO O2 23 34 4罐头封口机构

28、罐头封口机构要求要求C C点沿接点沿接合缝运动。合缝运动。4 4）选不同的构件作为原动件）选不同的构件作为原动件电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆双摇杆机构中，选连杆作为原双摇杆机构中，选连杆作为原动件，可把风扇转子的旋转转动件，可把风扇转子的旋转转化为连架杆的摇动。化为连架杆的摇动。5 5）增加辅助构件作为原动件）增加辅助构件作为原动件图示手动插秧机分秧、图示手动插秧机分秧、插秧机构中增加了一插秧机构中增加了一个辅助构件个辅助构件活舌活舌3 3，从而使从而使M M点实现预定点实现预定轨迹。轨迹。123B654M3）机构的串联组合）机构的串联组合、机构的组合、机构的组合 为了实现执行

29、机构的运动形式、运动参数以及运动协调关系，或者为了改善机械的动力特性，需要将选定的各种机构组合在一起。 前一个机构的输出，作为下一个机构的输入，前一个机构的输出，作为下一个机构的输入，依次串联。依次串联。一般串联组合：一般串联组合：后一级机构的主动件固连后一级机构的主动件固连在前一级机构的一个连架在前一级机构的一个连架杆上。杆上。5 51 12 23 34 41 1IIIII I1 1s s3 3s s4 4IIIII I特殊串联组合：特殊串联组合：后一级机构的主动件串接在后一级机构的主动件串接在前一级机构的一个连杆上。前一级机构的一个连杆上。1 12 23 3A A5 54 4D DC CB

30、 BF FE EM M1 12 23 3A A5 54 4D DC CB BM M1 12 23 3A A4 4D DC CB BE E 织布机开口机构。织布机开口机构。M M点通点通过直线段时，从动导杆作较过直线段时，从动导杆作较长时间的停歇。长时间的停歇。IIIII I 齿轮机构与连杆机构的齿轮机构与连杆机构的串联组合。行星轮上各不同串联组合。行星轮上各不同点的轨迹是各种内摆线，故点的轨迹是各种内摆线，故选择不同点选择不同点C C可使从动杆可使从动杆4 4获获得不同的运动规律。得不同的运动规律。特殊串联组合的表示符号：特殊串联组合的表示符号：）机构的并联组合）机构的并联组合 一个机构产生若

31、干个分支后续机构，或若干个一个机构产生若干个分支后续机构，或若干个分支机构汇合后于一个后续机构的组合方式。分支机构汇合后于一个后续机构的组合方式。一般并联组合：各分支机构间无任何严格的运动协一般并联组合：各分支机构间无任何严格的运动协调配合关系。各分支部分可独立设计。调配合关系。各分支部分可独立设计。表示框图表示框图某航空发动机某航空发动机附件传动系统附件传动系统主动轴主动轴V VI I特殊并联组合：各分支机构间有严格的运动协调配特殊并联组合：各分支机构间有严格的运动协调配 合关系。合关系。(a)(a)有速比要求有速比要求 各分支部分常共用一台原动机（或集中数控），各分支部分常共用一台原动机（

32、或集中数控），各部分严格按速比设计。各部分严格按速比设计。(b)(b)有轨迹配合要求有轨迹配合要求图示联动凸轮机构中，图示联动凸轮机构中，两个分支凸轮共同驱两个分支凸轮共同驱动一个从动件，实现动一个从动件，实现矩形轨迹完成送料。矩形轨迹完成送料。圆珠笔芯自动送料机构圆珠笔芯自动送料机构1 15 54 43 32 26 61 11 1(c)(c)有时序要求有时序要求 各分支机构在各分支机构在动作的先后次序上动作的先后次序上有严格的要求。有严格的要求。如自动车床上三个如自动车床上三个并联凸轮的工作顺并联凸轮的工作顺序有先后要求。序有先后要求。凸轮凸轮I凸轮凸轮II凸轮凸轮III凸轮凸轮转角转角0

33、90 180 270 360 放松放松(送料送料)车外圆道角车外圆道角挡料挡料切断切断夹夹 紧紧工件（铆钉）工件（铆钉）外圆车刀外圆车刀棒料棒料切断刀切断刀倒角刀倒角刀凸轮轴凸轮轴挡挡板板IIIIII主轴主轴(d)(d)有运动形式配合要求有运动形式配合要求 左图所示搅拌机除了左图所示搅拌机除了E E点按曲线运动外，还要点按曲线运动外，还要求搅拌釜作自旋运动，但两者无速比要求。求搅拌釜作自旋运动，但两者无速比要求。砂轮砂轮工件工件砂轮架砂轮架搅拌机构搅拌机构 如右图磨床中的主轴回转、砂轮回转、工件进如右图磨床中的主轴回转、砂轮回转、工件进给也属于运动形式上的配合。给也属于运动形式上的配合。CBA

34、DE三、机械传动方案的评价三、机械传动方案的评价1 1）评价指标）评价指标机械功能的实现质量机械功能的实现质量 精确性、稳定性、适应性、扩展性；精确性、稳定性、适应性、扩展性； 机械工作性能机械工作性能 运转的平稳性、传力性能、承载能力等；运转的平稳性、传力性能、承载能力等； 机械的动力性能机械的动力性能 冲击、振动、噪声、耐磨性能等；冲击、振动、噪声、耐磨性能等； 机械的经济性机械的经济性 设计工作量大小、制造成本、维修难易、能耗等设计工作量大小、制造成本、维修难易、能耗等 机械结构的合理性机械结构的合理性 复杂程度、尺寸及重量大小等。复杂程度、尺寸及重量大小等。 建立评价质量指标体系建立评

35、价质量指标体系 根据评价对象的特点，确定用哪些指标来根据评价对象的特点，确定用哪些指标来衡量各方案的优劣。如冲床的增力性能、急回性能、衡量各方案的优劣。如冲床的增力性能、急回性能、传力性能、承载能力、传力性能、承载能力、等等；等等； 2 2）评价方法）评价方法-记分法记分法为每个指标确定分值为每个指标确定分值 总分定为总分定为100100分，其余各指标按重要程度分配；分，其余各指标按重要程度分配； 聘请专家评分聘请专家评分 采用五级制：采用五级制：0 0.25 0.5 0.75 10 0.25 0.5 0.75 1 分别对应于：很差、差、一般、较好、很好分别对应于：很差、差、一般、较好、很好

36、统计得分统计得分 计算分项平均值和总分平均值；计算分项平均值和总分平均值； 按总得分进行排序，确定最佳方案。按总得分进行排序，确定最佳方案。 步骤：步骤：1. 1. 执行系统的方案设计执行系统的方案设计 主要有功能原理设计、动作及运动设计、主要有功能原理设计、动作及运动设计、执行机构的型式设计、执行系统的协调设计和执执行机构的型式设计、执行系统的协调设计和执行系统的方案评价与决策。行系统的方案评价与决策。机械传动方案设计的内容机械传动方案设计的内容2. 2. 原动机类型的选择原动机类型的选择往复摆动往复摆动电电 动动 机机气缸气缸原原动动件件运运动动形形式式连续回转连续回转往复直线往复直线原动

37、件的类型及其运动参数的选择原动件的类型及其运动参数的选择液压马达液压马达气动马达气动马达内内 燃燃 机机液压马达液压马达气动马达气动马达直线电机直线电机油缸油缸柴油机柴油机燃气轮机燃气轮机汽油机汽油机直流电动机直流电动机交流变频变速电动机交流变频变速电动机伺服电动机伺服电动机步进电动机步进电动机力矩电动机力矩电动机交流异步电动机交流异步电动机交流异步电动机的运动参数交流异步电动机的运动参数同步转数：同步转数： 30003000，15001500，10001000，750750，600 rpm600 rpm动力电动机动力电动机伺服电动机伺服电动机气动马达气动马达液压马达液压马达机械传动系统的方案

38、设计一、传动系统的作用及其设计过程一、传动系统的作用及其设计过程传动系统的作用传动系统的作用传递运动传递运动传递动力传递动力传动系统的设计过程传动系统的设计过程:确定传动系统的总传动比确定传动系统的总传动比选择传动类型选择传动类型拟定传动链的布置方案拟定传动链的布置方案分配传动比分配传动比确定各级传动机构的基本参数及其校核确定各级传动机构的基本参数及其校核绘制传动系统运动简图绘制传动系统运动简图二、传动类型的选择二、传动类型的选择 1. 1. 传动的类型和特点传动的类型和特点 1 1）机械传动）机械传动 2 2）液压传动）液压传动 3 3）气压传动）气压传动 4 4）电气传动）电气传动 2.

39、2. 选择传动类型的原则选择传动类型的原则1 1）执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配）执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配2 2）考虑工作要求传递的功率和运转速度）考虑工作要求传递的功率和运转速度3 3）有利于提高传动效率）有利于提高传动效率4 4）尽可能选择结构简单的单级传动装置）尽可能选择结构简单的单级传动装置5 5）考虑结构布置）考虑结构布置6 6）考虑经济性）考虑经济性7 7）考虑机械安全运转和环境条件）考虑机械安全运转和环境条件三、传动链的方案设计三、传动链的方案设计 主要内容：主要内容：传动路线的选择传动路线的选择传动链中机构的顺序传动链中机构的顺序各级传

40、动比的分配各级传动比的分配本节重点介绍本节重点介绍传动路线的选择传动路线的选择 传动路线的选择传动路线的选择（1 1）串联式单路传动）串联式单路传动 传动路线的选择传动路线的选择（1 1）串联式单路传动）串联式单路传动（2 2）并联式分路传动）并联式分路传动 传动路线的选择传动路线的选择（1 1）串联式单路传动）串联式单路传动（2 2）并联式分路传动）并联式分路传动（3 3）并联式多路联合传动）并联式多路联合传动 传动路线的选择传动路线的选择（1 1）串联式单路传动）串联式单路传动（2 2）并联式分路传动）并联式分路传动（3 3）并联式多路传动）并联式多路传动（4 4）混合式传动）混合式传动功

41、能分解组合法实例：功能分解组合法实例：基本思路：基本思路：将总功能分解成若干分功能，再细分解成功能元；将总功能分解成若干分功能，再细分解成功能元；为每一个功能元选择一个完成此功能的机构；为每一个功能元选择一个完成此功能的机构；将各种机构加以适当组合或变异得到一个运动方案；将各种机构加以适当组合或变异得到一个运动方案； 由于实现元功能的机构是多样的，根据排列组合原理由于实现元功能的机构是多样的，根据排列组合原理可得到若干种运动方案。可得到若干种运动方案。总功能：加压执行机构上下运动时，能锻出精度较高的毛坯。总功能：加压执行机构上下运动时，能锻出精度较高的毛坯。 要求：驱动轴水平放置，加压执行构件

42、竖直方向运动。要求：驱动轴水平放置，加压执行构件竖直方向运动。 例例1 1 精锻机主机构精锻机主机构执行机构应具有的分功能：执行机构应具有的分功能： 运动形式变换功能运动形式变换功能 运动轴线变向功能运动轴线变向功能 运动位移或速度缩小功能运动位移或速度缩小功能根据以上分析，可以得出加压执行机构总体功能根据以上分析，可以得出加压执行机构总体功能的功能转换形态学矩阵。的功能转换形态学矩阵。加压执行机构功能形态学矩阵加压执行机构功能形态学矩阵满足精锻机功能要求的六种基本功能结构满足精锻机功能要求的六种基本功能结构精锻机的四种方案精锻机的四种方案100.8冲床功能分解：送料冲床功能分解：送料 冲制冲

43、制 退回退回冲头功能细分：往复运动、增力、急回、减速；冲头功能细分：往复运动、增力、急回、减速；送料功能细分：间歇送料；送料功能细分：间歇送料；1 1）往复运动、增力、急回功能元可）往复运动、增力、急回功能元可 用以下两种机构来实现：用以下两种机构来实现：凸轮机构凸轮机构六杆肘杆机构六杆肘杆机构 例例2 2 冲压机冲压机2 2）为了实现冲头的减速功能，可以采用如下方案；）为了实现冲头的减速功能，可以采用如下方案；两级带传动；两级带传动；两级齿轮传动；两级齿轮传动；一级带传动一级带传动 一级齿轮传动；一级齿轮传动；3 3）为了实现间歇送功能料，可以采用如下方案；）为了实现间歇送功能料，可以采用如

44、下方案；间歇滚轮传动间歇滚轮传动棘轮机构棘轮机构推勾式送料机构推勾式送料机构将上述各种机构进行组合，就能得到多种方案。将上述各种机构进行组合，就能得到多种方案。机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例一、一、C1325C1325自动车床刀架机械传动系统的分析自动车床刀架机械传动系统的分析1 1）功能分析）功能分析功能要求：功能要求：自动换刀，并能沿工件轴向完成进给运动。自动换刀，并能沿工件轴向完成进给运动。进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动

45、支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613功能要求：功能要求：自动换刀，自动换刀，轴向进给轴向进给功能分解：功能分解： 转位转位转塔刀架每次转过转塔刀架每次转过6060 ；让刀让刀转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉；转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉；定位定位将保证加工精度的定位销，转位之前拔出；将保证加工精度的定位销，转位之前拔出；进、退刀进、退刀不转时，精确实现预定的进退刀运动。不转时，精确实现预定的进退刀运动。进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮

46、2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613退刀：压簧退刀：压簧12 12 推杆推杆1313回程回程齿轮齿轮6 6 齿条齿条7 7 活动活动 支架支架8 8向右完成退刀。向右完成退刀。2 2）刀架机械传动系统的工作过程）刀架机械传动系统的工作过程在一组刀具加工完毕后让刀：退刀的同时，齿轮让刀：退刀的同时，齿轮1 1 的离合器结合并开始转动的离合器结合并开始转动 过宽齿轮过宽齿轮2 2 圆锥齿轮圆锥齿轮3 3 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构4 4 拔出销拔出销10 10 ； 同时，曲柄同时，曲柄5 5旋转旋转支架支架8 8快速向右让刀。快速向右让刀。进刀凸进刀凸轮机构轮

47、机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613转位：让刀快结束时，槽轮开始转位转位：让刀快结束时，槽轮开始转位曲柄曲柄5 5的后半圈的后半圈 支架支架8 8向左移动完成复位。向左移动完成复位。2 2）刀架机械传动系统的工作过程）刀架机械传动系统的工作过程定位：转位结束时，凸轮机构定位：转位结束时，凸轮机构4 4的推杆摆动的推杆摆动插入定插入定 位销位销10 10 ，齿轮，齿轮1 1离合器脱开并停止运转。离合器脱开并停止运

48、转。进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613转位转位2 2）刀架机械传动系统的工作过程）刀架机械传动系统的工作过程定位定位进给：推杆进给：推杆1313推程推程齿轮齿轮6 6 齿条齿条7 7 活动支架活动支架8 8向左向左 完成进给。完成进给。 之后进入下一个循环进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4曲柄曲柄5圆锥齿轮

49、传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613刀架机械传动系统的工作循环图：刀架机械传动系统的工作循环图：定位销定位销转塔转塔活动活动支架支架定位定位拔出拔出静止静止转位转位后退后退复位复位圆柱凸轮转角圆柱凸轮转角0 90 180 270 360 组合方式分析：组合方式主要以串联方式为主，但在组合方式分析：组合方式主要以串联方式为主，但在I I、IIII处采用了特殊的并联方式。处采用了特殊的并联方式。进刀凸进刀凸轮机构轮机构齿轮齿齿轮齿条机构条机构曲柄滑曲柄滑块机构块机构圆柱凸圆柱凸轮机构轮机构槽轮机构槽轮机构连杆机构连杆机构圆柱圆柱

50、齿轮齿轮机构机构圆锥圆锥齿轮齿轮机构机构活动支架进退活动支架进退转塔刀架转位转塔刀架转位定位销进退定位销进退I IIIII3 3）刀架机械传动系统各机构的组合方式及特点）刀架机械传动系统各机构的组合方式及特点 机构功用分析：机构功用分析：进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工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。件需要更换不同的凸轮。后续串联的齿轮齿条是为了转换运动形式并放大。后续串联的齿轮齿条是为了转换运动形式并放大。后续再串接一个曲柄滑快机构，以增大让刀距离。进刀凸进刀凸轮机构轮机构齿轮齿齿轮齿条机构条机构曲柄滑曲柄滑块机构块机构圆柱凸圆柱凸轮机构轮机构槽