机械创新设计机械系统运动方案设计解读.ppt

第3章 机械系统运动方案设计 阎绍泽 清华大学精密仪器与机械学系 机械系统方案设计的重要性 企业的生命线 1.从系统的整体目标出发，将总体功能分解成若干功能单元。 2.寻找出能完成各个功能的技术方案。 3.把能完成各个功能的技术方案组成方案组，进行分析评价和优选。 4.实现给定条件下的整体优化。 机械系统运动方案设计方法 机械系统方案设计的阶段成果 目标分析 总体方案示意图； 机械系统方案运动简图； 运动循环图； 方案设计计算说明书。 1.基本要求 针对某种简单机械系统，进行： 机械工作原理设计 执行系统设计 原动机的选择 传动系统设计 机构尺度设计 运动与动力分析 评价与决策 3.1 基本要求及设计步骤 2.总体参数的确定 总体技术参数主要包括：与机械系统的使用范围、生产能力等有关的参数、结构尺寸、运动学和动力学参数。 例如： 对于机床而言，总体参数包括规格参数、运动参数、动力参数和结构参数； 对于仪器类机械系统，总体参数包括测量范围、示值范围、放大倍数、灵敏度等。 （1）生产能力 生产能力是指机械系统在单位时间内生产的产品数量，根据选用的计量和计时单位的不同而不同。例如： （A）对于干粉压片机，其生产率为每分钟加工的片数； （B）对于书本打包机，其生产率为每小时能够包装书的本数。 理想生产能力：机械系统在理想状态下单位时间内加工出的产品数量。 实际生产能力：机械系统在正常运行期间单位时间内平均生产合格产品的实际数量。 实际生产能力一般小于理论生产能力。 （2）尺寸参数 尺寸参数是指影响机械性能的一些重要的结构尺寸，如： 总体极限尺寸（长、宽、高及可移动的极限位置和尺寸） 特征尺寸（加工范围、中心高度） 运动零部件的工作行程 主要部件之间位置关系及安装尺寸。 根据设计任务书中原始参数、方案设计时的总体布置草图、同类机械系统的类比或通过理论分析获得上述尺寸参数。 （3）工艺参数 工艺参数包括运动参数和动力参数。 运动参数：执行构件的转速、移动速度及调速范围等。 如： 机床等机械设备的主轴最高和最低转速 工作台或刀架的移动速度 移动机械的行驶速度范围 连续作业机械的生产拍节等。 运动参数是由机械的工艺要求决定的，应包括： 运动形式（直线运动、回转运动、曲线运动） 运动特点（连续式、间歇式、往复式） 运动范围（极限尺寸、转角及位移） 运动速度（等速、不等速） 动力参数：机械系统中使用的动力源参数，如电动机、液压马达、内燃机的功率，液压缸的牵引力、伺服电机的额定转矩等。 3. 设计步骤 机械工作原理设计 执行系统设计 原动机的选择及传动系统设计 机械系统运动方案初步拟定 机构尺度设计 运动与动力分析 方案评价与决策 机械系统运动方案设计步骤常常是不可分的，例如方案选择、尺度设计和性能分析等设计工作在某种程度上是并行和交叉的。 机械方案设计需要考虑的问题： 1）创造人工制造物 2）受到诸多因素的影响和制约 技术环境： 1）产品趋向 2）设计制造 3）生产趋向 自然环境： 1）自然资源 2）环境保护 经济环境： 1）市场竞争 2）经济规律 社会环境： 1）政策法规 2）道德文化 3.2 机械工作原理设计 机械工作原理设计包括 功能分析、功能原理设计和工艺动作设计。 1.功能分析 功能：机械系统所具有的传递和变换能量、物质和信息的特性。 机械系统的功能归结为两大类：动作功能和工艺功能。 工艺功能与动作功能的区别在于是否其执行构件对物体具有加工作用。 （1）动作功能 动作功能是以实现动作为目的，不对物体进行加工。 简单动作一般是一次性动作，如由链齿和拉头组成的拉链，只实现闭合和开启的简单动作。 复杂动作功能不仅要实现连续的传动，而且还要实现复杂的运动规律以及运动型式变换。实现这类功能的机构一般比较复杂，常采用机构的组合方式实现。如机械手的抓取与送料复合运动功能。 （2）工艺功能 工艺功能是以加工对象为目的，是对物体实施某种加工工艺，如刮削器的刮削功能、机床的切削功能、挖掘机的挖掘功能、犁的翻地功能。 这些功能由执行构件实现，如机床的刀具、挖掘机的挖斗、犁的犁头等。 功能要求考虑不周，导致机械系统设计失败的案例 图3-2硬币清点机构 2.功能原理设计 综合分析法：将机械系统的总功能分解成若干子功能元，然后求解子功能元，再将其组合，得到满足总功能要求的多种解决方案，以供评价与选择。 图3-3 某包装机的组成 某自动包装机的功能是将物料装入袋中包装。 可分解为如下分功能：自动完成计量、填料、制袋、封合、打印生产批号、切断、输送等。 功能原理实现的多样性 自动给料装置是包装机的一个子功能元，可以采用重力给料原理、 振动输送给料原理、带式输送给料原理、螺旋输送给料原理等实现。 图3-4 重力给料装置原理图