华科机械原理课件-机构及系统运动方案设计.ppt

第七章 机构系统运动方案设计,7.1 机构系统运动方案设计7.2 执行机构运动规律设计7.3 执行机构运动协调设计7.4 机械运动循环图设计,制造技艺制造技术制造科学；制造活动的社会性、制造系统的开放性制造科学综合性；制造科学不可能在孤立、封闭的状态下发展，必然走兼采百家之长、交叉融合的道路；现代物理、数学、化学、生命、信息、材料、管理和系统等科学的发展，为制造科学不断提供新的推动力，也不断丰富着现代制造学科的内涵和外延。,制造科学是多学科交叉的学科,制造业是国家的战略性产业；,高度发达的制造业，是实现工业化的必备条件；,高度发达的制造业，是衡量国家国际竞争力的重要标志；,高度发达的制造业，是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键因素。,许多高技术我国尚未掌握，许多重大装备我国不能自主制造，缺乏自主创新能力,是制造大国，不是制造强国,发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500强,关键装备大多依赖进口光电子制造设备的100%IC制造装备的85%高档数控机床的70%,发展趋势,“数”是发展的核心“精”是发展的关键“极”是发展的焦点“自”是发展的条件“网”是发展的道路“集”是发展的方法“智”是发展的前景“绿”是发展的必然,据报道，由于日本地震及海啸的影响，iPod、iPhone、iPad和MacBook的锂电池供应短缺已经迫在眉睫，原因是日本Kureha公司由于地震原因，不得不关闭其日本工厂。日本Kureha公司控制着全球聚偏二氟乙烯polyvinylidene fluoride（简写为PVDF）近70%市场份额，这种化合物是锂电池的重要原料之一。而Kureha公司唯一一家制造PVDF的工厂就位于此次地震的重灾区福岛磐城。电池组里的电池单元似乎也是苹果日本子公司提供的，尽管最后的电池组组装是在中国进行。,一则消息（2011.3.18 网络检索关键词：日本地震、苹果电池）,钢铁大国稀土大国汽车大国？人无我有创新人有我精也是创新(现阶段),如何创新与设计？,7.1 执行机构运动方案设计,功能原理,工艺动作,运动方案,工艺过程,改变容积、或改变动能、增大容积吸水，减少容积排水,活塞往复运动、或叶片泵、齿轮泵,移动从动件凸轮机构、,如何简单、高效？,设计的层次,取水,1、使用(工艺)要求相同，可采用不同的功能原理。,例1：举升,可采用多种不同的功能原理 机械：连杆、凸轮、螺旋、液力 电磁吸附 充气,一、功能原理与工艺动作设计之间的关系,例2：取水，可采用不同的功能原理改变水的动能：离心泵改变容体容积：虹吸：负压：,举升实例,2、采用不同的功能原理，必然导致采用不同的工艺动作,常见的泵的种类：离心泵、磁力泵、潜水泵、真空泵、隔膜泵、螺杆泵、往复泵、自吸泵、转子泵、柱塞泵、齿轮泵、旋涡泵、无泄漏泵,1)采用往复移动的工艺动作改变容积,例：取水（续）,2)采用往复摆动的工艺动作改变容积,3)采用旋转工艺动作改变容积,3、相同的功能原理，也可能采用不同的工艺动作,对于比较复杂的使用要求和工艺要求，往往需要多个功能原理组合成一个总的功能原理来满足。（如自动机：工艺要求复杂）,二、工艺动作设计与运动方案设计的关系,1、工艺动作不同，机构运动方案也就不相同,例3：洗衣机,单缸单洗洗衣机,双缸半自动洗衣机,全自动滚筒洗衣机,2、不同的机构可能实现同样的工艺动作,3、为获得好的运动方案，就应当拟定评价体系，并据此体系进行综合评价才能作出决策。,印刷机,三、工艺过程设计,根据拟定的功能原理及工艺动作进行工艺过程设计。工艺过程设计的总要求：工序集中原则；工序分散原则：工序尽量集中，集中有困难，就分散。各工序的工艺时间相等原则；多工件同时加工原则；缩短工作周期原则：各执行构件工作时间重叠；工作时间与空行程时间互相重叠；空行程与空行程时间互相重叠。,7.2 执行机构运动规律设计,1、根据使用要求和功能原理，制定合理的运动规律。应充分考虑使用要求和功能原理。在满足使用要求的前提下，应尽可能设计出简单且易于实现的运动规律。必要时，应重新构思新的功能原理。为使工艺过程自动化，原封不动的按传统工艺动作去设计自动化机构系统，其效果往往是不好的。,2、把复杂的运动规律（工艺动作）进行分解,连续转动：多数的原动机：电动机、内燃机、液压马达、气压马等往复摆动：活塞式汽缸、液压缸、直线电机往复移动：双向电动机、摆动式液压缸、汽缸间歇运动：步进电机、伺服电机,1）机构所能实现的基本运动行式,？,汽车雨刮器,基本运动规律变换,2）常见的运动分解合成情况,（1）某些周期性运动（包括间歇运动机构与非匀速运动一般可分解为一个匀速运动与一个附加的往复运动，并且分别用比较简单的机构予以实现，然后合成之。,（2）不同特性的非匀速运动合成往往可以实现比较复杂的运动。,（3）相同特性运动合成往往可以得到增加或减小输出位移量的效果。,（4）复杂的曲线运动往往可以分解成不同方向的简单移动或一个简单移动和转动。,7.3 执行机构运动协调设计,一、执行机构的布置二、执行机构运动协调设计应满足的要求三、执行机构运动协调设计的分析计算,一、执行机构的布局,执行构件的布置特别要考虑到控制此执行构件运动的执行机构的安装是否方便执行机构的布置与执行构件的联接是否方便；执行机构原动件布置的位置是否恰当；尽可能接近执行构件；使各执行机构原动件尽可能集中布置在一根轴或少数几根轴上；各原动件应保持等速或定速比。,二、执行机构运动协调设计应满足的要求,保证各执行机构动作的顺序性；各执行构件的动作在时间上同步；保证空间的同步性；保证系统各执行构件对操作对象的操作具有单一性或协同性；二执行构件的动作之间应保持时间上的间隔，以避免动作衔接处发生干涉；,3、要使分解后的运动规律协调配合,（1）简单情况可采用机构合成法将多个分解运动输入到具有多个自由度的机构中，合成为一个复杂的运动。（2）可采用分配轴的方法使各分解运动协调配合。（3）可采用电气控制或计算机数字控制的方法使各分解运动协调配合。,设计实例：粉料压片机,粉料,药片,?,运动方案设计：挤压成形、运动规律设计：连杆、凸轮、运动协调设计：,1、运动方案设计：工艺过程及运动分析,移动料斗3至模具11的型腔上方，并准备将粉料装入型腔；料斗振动，将粉料装入型腔；下冲头5下沉，以防止上冲头9下压时将型腔内粉料抖出；上冲头下压,下冲头上压，加压粉料并保压一定时间，使药片成型；上冲头快速退出,下冲头将压好的药片推出型腔，完成压片工艺过程。执行构件：3、9、5,其他方案,11,凸轮/连杆机构多杆机构II凸轮机构III凸轮机构,2、运动规律设计,3、运动协调设计,思考：存在的问题？,三、执行机构运动协调设计的分析计算,各执行机构运动循环时间同步化计算确定最大工作循环周期Tmax；确定机械最小工作循环周期Tmin；确定合理的机构系统的工作循环周期T；确定各机构分配轴的转速和工作行程的起始角。各执行机构运动循环空间同步化计算合理确定各执行机构的运动错位角，避免空间上的干涉。,7.4 机械运动循环图设计,一、机械运动循环图,1、机械运动循环图定义 表达机械各执行机构（构件）在一个运动环中各动作的协调配合关系的简单明确图，称机械运动循环图。,2、直线式循环图（矩形循环图）,3、圆形循环图（极坐标式）,4、直角坐标式循环图,二、机械运动循环图的设计,1、设计要点完成系统的协调设计;确定参照机构（构件）;设计单一执行机械运动循环图;设计机械运动循环图.,例：多工位冷墩机设计,要求：将连续的盘料（如棒料、带料、板料等）制成特定的工件（需要变形、切边、冲孔）。工序分为：截料：将连续的盘料切制为设定尺寸的毛坯料；整形：毛坯在不被破坏的条件下发生塑性变形，成为所要求的形状；压角冲孔其他辅助工序包括：进料：送盘料送料：送毛坯料到冲压工位工位间运料：在整形、压角、冲孔等3个工位间运送顶料：将工件从冲压模具中顶出来,卧式多工位冷墩机,6,12,1,3,4,5,9,10,13,14,15,16,17,18,19,7,8,K,b,a,6,11,20,18,1,2,6,卧式多工位冷墩机,冷镦机构的运动循环图,机械运动循环图,作业：7-3，7-5，7-6,