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1、第12章 机械传动系统的方案设计,12.2 原动机、传动机构和执行机构的类型与选择,12.1 概述,12.3 机械运动方案设计,机械运动方案设计举例,机械是机器和机构的总称，机器是由单一机构、多个同一机构或多种机构所组成的，设计新机器是为了完成某种生产任务。机械系统运动方案的设计就是实现工艺动作的过程。,12.1 概述,牛头刨床就是一部典型的机器。在牛头刨床中，连杆机构用以实现切削运动，棘轮机构及丝杠传动用以实现工作台的水平进给，另一丝杠传动用以实现工作台及刀架的垂直进给。工作台、刀架与滑枕是执行构件。,2、充分分析给定的各项已知条件，明确设计的目标和约束条件等；(根据题目、设计要求、原始数据
2、及工作原理，将机器进行工艺动作分解）,如多轴钻床：,1、确定其所要完成的工作任务；,一、运动方案设计的主要步骤,5、确定合适的机械运动系统，即配置若干辅助机构（如各分运动的传递与变换，操作控制等）将上述各分机构联成一个完整的机械系统；,4、机构选型及创新性设计，即分别选择能够满足各执行构件运动要求的若干相同类型或不同类型的机构。,2、动力源的选择及减速装置;,3、确定执行构件的运动形式和运动参数；如酸奶包装机中灌奶机构中的执行构件为直线运动，据原始数据（ml/杯）确定直线运动的行程。,8、画运动循环图；,6、画机构运动简图,7、进行机构的运动分析及运动尺寸的确定,如关键执行构件的S、V、a分析
3、；间歇运动机构如槽轮机构的尺寸确定；,9、心得体会,10、参考书目,一、原动机的选择,原动机的动力源主要有电、液及气三种。,电动机是最常用的原动机，其中交流异步电动机应用最广，它具有结构简单，价格便宜，效率高和控制方便等优点。其转速有3000、1500、1000、750r/min。,液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。,气马达及气缸则是主要的气压原动机。,12.2 原动机、传动机构和执行机构的类型与选择,二、传动机构的类型及功用,常用的传动机构有：1、齿轮机构齿轮机构应用在中心距较小，传动精度较高，各种不同传递动力范围的场合。2、螺旋机构在许多机械设备中大量应用着螺旋机构（又称丝杠传动），它
4、主要用于将回转运动转变为直线运动。,3、带传动与链传动带传动及链传动多用于中心距较大的传动。4、连杆机构连杆机构在机械设备及日常生活中有大量应用。5、凸轮机构。由于凸轮机构是高副接触，决定了这种机构主要用于传递运动。,根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。功能原理设计的任务，就是根据机械预期实现的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较并根据使用要求或者工艺要求，从中选择出既能很好的满足功能要求，工艺动作又简单的工作原理。,三、执行系统的功能原理设计,举例：自动送料板装置的功能原理设计机械推拉原理,摩擦传动原理(摩擦板),摩擦传动原理(摩擦轮),气吸原理(底吸
5、法),气吸原理(顶吸法),总结实现某种预期的要求，可以采用多种不同的工作原理；不同的工作原理需要不同的工艺动作，这样所设计出的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面都会有很大的差别。,四、执行机构的运动类型及典型机构,执行机构的运动分为直线运动、回转运动、任意轨迹运动、点到点的运动及位到位的运动等主要五种运动形式。,曲柄滑块机构：当曲柄连续回转时，滑块可做往复直线运动。,1、实现直线运动的机构,齿轮-齿条机构：齿轮的正、反向回转可以使齿条做往复直线运动,螺旋机构：丝杠的回转可以使螺母实现往复直线运动,链传动（直线段部分的运动）：带有翼片的链传动，可以拖动被作业件在两链轮间的直线段做直线运动。
6、,2、实现回转运动的机构：齿轮传动机构、双曲柄机构（含平行四边形机构）、链传动及带传动可以实现较长距离的回转运动。,3、实现运动轨迹的机构：四杆机构（连杆曲线）、开式链机构（任何开式链机构上的端点都可以实现一定的运动轨迹）。,4、点到点的运动机构：曲柄滑块机构、凸轮机构,5、位到位的运动机构：热处理炉炉门开闭机构、飞机起落架机构,12.3 机械运动方案设计,一、机构的选型,机构的选型是指按照给定原动机的输入运动、执行构件的运动、工作要求和其他有关约束条件选择恰当的机构类型，以构成一个符合要求的机构系统。机构选型犹如在原动机和执行构件之间按照约束条件搭建起来的一架桥梁，使之成为一个完整的体系。,
7、运动链简短；优先选基本机构；机械效率较高；传动机构排列顺序合理；合理分配传动比。,1、一般原则,2、机构的变异,3、机构的组合,5、机构的装载式组合,4、机构的封闭式组合,二、机器的运动循环图,方案设计时要考虑各执行构件之间的动作协调配合问题，根据机器工作的需要，各执行构件的动作必须密切准确地协调配合，不能有任何紊乱，否则机器便不能完成其预期的生产任务，甚至损坏设备。,工作循环：开始加工一个产品到开始加工另一个产品所经历的时间间隔。,运动循环：对于机器的机构系统则称为运动循环。,运动循环图：反应机械系统一个运动循环期间各执行构件之间动作的协调关系图。,绘制机械运动循环图的方法：,选定一个主要执
8、行机构(构件）做为定标件，用它的运动位置(转角或时间或位移）作为确定其它执行构件运动先后次序的基准，所选的定标件最好是其一个运动循环与机器的一个运动循环有着严格的一一对应。,以牛头刨床为例：有两个执行构件 刨头和工作台，以牛头刨床主体机构-曲柄导杆机构中的曲柄为定标件。,1.直线式 以曲柄的转角为横坐标，曲柄每转一转为一个工作循环,2.圆盘式,3.直角坐标式,以上两种循环图只表示了各执行构件先后次序和动作持续时间的长短，而不能显示出各执行构件在工作时间的运动规律和各执行构件在位置上的协调配合关系。,这种运动循环图不仅能表示出两执行构件动作的先后，而且能表示出两执行构件的工作行程和空回行程的运动
9、规律以及它们在运动上的配合关系，是一种较完善的工作循环图。,机械原理课程设计示例,题目；设计要求；方案设计及讨论；机构设计及分析,冲床冲压机构设计,(冲床冲压机构1/13),冲床的工艺动作如图所示，上模先以比较大的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，以后，下模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。,题目 设计冲制薄壁零件冲床的冲压机构与其配合的送料机构。,(冲床冲压机构2/13),设计要求1动力源是电动机，左转动；从动件（执行构件）为上模，作上下往复直线运动，其大致运动规律如图所示，具有快速下沉、等速工作进给和快速返
10、回的特性；2机构应具有较好的传力性能，特别是工作段的压力角应尽可能小；传动角大于或等于许用传动角；3上模到达工作段之前，送料机构以将坯料送至待加工位置（下模上方）；4生产率约每分钟70件；,5执行构件（上模）的工作段长度l=30-100mm，对应曲柄转角=（1/3-1/2）；上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上；6行程速比系数K1.5；7许用传动角=40o；8送料距离H=60-250mm；,(冲床冲压机构3/13),方案设计及讨论,方案二：导杆摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构,方案三：六连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构,方案四：凸轮连杆冲压机构和齿轮连杆送料机构,方案一：齿轮连杆冲压机构和凸轮
11、连杆送料机构,(冲床冲压机构4/13),方案一：齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构,冲压机构采用了有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度。恰当地选择点C的轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近于匀速的特性，并使压力角尽可能小。送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的，按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律。,(冲床冲压机构5/13),方案二：导杆摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构,冲压机构是在导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成的。导杆机构按给定的行程速比系数设计，它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近于匀速的要求。适当选择导路位置，可使工作
12、段压力角较小。送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。,(冲床冲压机构6/13),方案三：六连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构,冲压机构是由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成的。四杆机构可按行程速比系数用图解法设计，然后选择连杆长lEF及导路位置，按工作段近于匀速的要求确定铰链点E的位置。若尺寸选择适当，可使执行构件在工作段中运动时机构的传动角满足要求，压力角较小。凸轮送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连，若按机构运动循环图确定凸轮转角及其从动件的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位
13、置。,(冲床冲压机构7/13),方案四：凸轮连杆冲压机构和齿轮连杆送料机构,冲压机构是由凸轮连杆机构组合，依据滑块D的运动要求，确定固定凸轮的轮廓曲线。送料机构是由曲柄摇杆、扇形齿轮与齿条机构串联而成，若按机构运动循环图确定曲柄摇杆机构的尺寸，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。,(冲床冲压机构8/13),选择方案一：齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构,机构设计及分析,冲压机构的设计,七杆机构的设计、运动和动力分析 齿轮机构的设计；,四杆机构的设计；凸轮机构的设计,送料机构的设计,运动循环图,(冲床冲压机构9/13),设计七杆机构可用解析法、实验法。,七杆机构的设计,首先根据对执行构件（滑
14、块F）提出的运动特性和动力特性要求选定与滑块相连的连杆长度CF，并选定能实现上述要求的点C的轨迹，然后按导向两杆组法设计五连杆机构ABCDE的尺寸。,lAB=lDE=100mm，lAE=200mm，lBC=lDC=283mm，lCF=430mm，A点与导路的垂直距离为162mm，E点与导路的垂直距离为223mm。,(冲床冲压机构10/13),七杆机构的运动、动力分析,分析滑块F的速度和加速度，并画出速度线图，以分析是否满足设计要求。在进行机构动力分析时，先依据机加工手册，估计生产阻力P=1.5KN，并认为在工作段内为常数，然后求得加于曲柄AB的平衡力矩Mb，用其平均值并计入各传动的效率，确定电
15、动机的型号为Y112M4，额定功率为4KW。,(冲床冲压机构11/13),齿轮机构设计,齿轮机构的中心距a=200mm，模数m=10mm，采用标准直齿圆柱齿轮传动，Z1=Z2=20，ha*=1.0。,(冲床冲压机构12/13),运动循环图,主动件AB由初始位置（冲头位于上极限点）转过90o时,冲头快速接近坯料；曲柄转到210o时，冲头近似等速向下冲压坯料；曲柄转到240o时，冲头继续向下运动，将工件推出型腔；,曲柄转到285o时，冲头恰好退出下模，最后回到初始位置，完成一个循环。送料机构的送料动作，只能在冲头退出下模到冲头又一次接触工件的范围内进行。故送料凸轮在曲柄AB由300o转到390o完成升程，而曲柄AB由390o转到480o完成回程。,(冲床冲压机构13/13),送料机构设计,1四杆机构设计依据滑块的行程要求以及冲压机构的尺寸限制，选取此机构尺寸如下：LRH=100mm，LOH=240mm，O点到滑块RK导路的垂直距离=300mm，滑块行程为250mm时，摇杆摆角应为45.24o。,2凸轮机构设计为了缩小凸轮尺寸，摆杆的行程应小AB，故取最大摆角为22.62o。因凸轮速度不高，故升程和回程皆选等速运动规律。因凸轮与齿轮2固联，故其等速转动。用作图法设计凸轮轮廓，取基圆半径r0=50mm，滚子半径rT=15mm。,谢 谢!,
