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机械创新设计机械系统运动方案设计ppt课件

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机械运动方案创新设计PPT学习教案

机械运动方案创新设计PPT学习教案
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第34页/ห้องสมุดไป่ตู้80页
本章教案
机构选型
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
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常见的运动形式
机 器 的 某 种 工艺动 作都对 应着某 种运动 形式 执行构件常见的运动形式与表达符号见 下表
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同一种工作原理可选用不同的机构
3.
选择几个方案。
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几种运动方案
第58页/共80页
讨论：
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 。
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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. 2. 3.
在空间上协调配合； 在速度上协调配合； 一个周期与下一个周期有一定间隔。
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机械运动循环图设计
粉料压片机的运动循环图
矩形运动循环图

机械系统方案设计的创新ppt课件

机械系统方案设计的创新ppt课件

作的指令和控制信号。是用来操纵与控制动力、传动、执行
等部分协调运行，准确可靠地完成系统的预定功能。它们之
间关系用框图描述如图5-1所示。
3
图5-1 机械系统的组成
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2．机械系统的相关性 每个系统一般都由若干个子系统组成，子系统又由各种
元件与操作构成。例如减速器是机床的一个子系统，而减速 器又由齿轮、轴、轴承、箱体等各类元件构成，各元件之间 又完成联接、运动的转换、支撑等各类操作。系统中的各子 系统之间互相影响，互相关联，同时各子系统也影响着系统， 而系统又受超系统的制约。超系统可以理解是系统的环境， 系统得以存在的条件。这种各子系统之间，系统与子系统之 间，以及系统与超系统之间相互关联的性质称为系统的相关 性。例如汽车是一个系统，它具有动力、传动、车体等子系 统。动力性能、传动性能、车体形状等都影响着汽车的质量； 但汽车本身又受超系统，即交通系统的制约。进行创新设计 时要考虑这种相关性的问题，合理的利用关系，使得设计方 向有利于系统的发展，而不是造成更大的制约。
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Altshuller是TRIZ理论的创始人，他在分析大量专利的过程中发现， 系统的发展，产品的改进都是有规律可循的。对于一个具体的系统来说， 对其子系统和元件进行改进就可以提高整个系统的性能，使系统得以进 化与发展。并提出了S形进化曲线的概念，图所示为产品进化的S形曲线。 将一代产品划分为婴儿期、成长期、成熟期、衰退期。对处于婴儿期和 成长期的产品应抓紧对产品的结构与参数等进行优化，使其尽快进入成 熟期，为企业带来利润；对进入成熟期和衰退期的产品，应及时开发新 的替代技术，以便推出新一代产品，使企业在竞争中处于优势。因此， 正确判断曲线中的每个拐点位置是很重要的。图5-3描述了产品的更新换 代，形成了S形曲线族。并且产品在换代时，老产品与新产品有一段共 存期。

2023-机械运动方案创新设计(PPT51页)

2023-机械运动方案创新设计(PPT51页)

操作说明
❖ 1、实验台机架的固定
实验台机架图
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2、各另部件之间的拼接
❖ 〔1〕轴相对机架的拼接
❖ 有螺纹端的轴颈可以插入滑块28#上的 铜套孔内，通过平垫片、防脱螺母34# 的连接与机架形成转动副或与机架固 定。如果按图6拼接后，6或8#轴相对 机架固定；如果不使用平垫片34# ， 那么6或8#轴相对机架作旋转运动。拼 接者可根据需要确定是否使用平垫片 34#。
滑块与连杆组成转动副和移动副的拼接
❖ 如下图的拼接效果是滑块13#的扁平轴颈处与连杆11#形成移动副； 在20#、21#的帮助下，滑块13#的圆轴颈处与另一连杆在连杆长槽的 某一位置形成转动副。首先用螺栓、螺母21#将固定转轴块20#锁定 在连杆11#上，再将转动副轴13#的圆轴端穿插20#的圆孔及连杆11# 的长槽中，用带垫片的螺栓15#旋入13#的圆轴颈端面的螺孔中，这 样13#与11#形成转动副。将13#扁头轴颈插入另一连杆的长槽中，将 15#旋入13#的扁平轴端面螺孔中，这样13#与另一连杆11#形成移动 副。
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移动副的拼接
❖ 移动副的拼接如下图。转滑副轴24#的圆轴端插入连杆11#的长 槽中，通过带垫片的螺栓15#的连接，转滑副轴24#可与连杆 11#形成移动副。
❖ 提示：转滑副轴24#的另一端扁平轴可与其它构件形成转动副 或移动副。根据拼接的实际需要，也可选用7#或14#件替代24# 件作为滑块。 15
垫片螺栓15#旋入轴端面的螺孔内，那么凸轮相对轴转动。
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凸轮高副的拼接
❖ 如下图，首先将轴6#或8#与机架相连。然后分别将凸轮1#、从动件 连杆11#拼接到相应的轴上去。用内六角螺钉27#将凸轮紧定在6#轴 上，凸轮1#与6#轴形成一个运动构件；将带垫片螺栓15#旋入8#轴端 面的螺孔中，连杆11#相对8#轴作往复移动。高副锁紧弹簧的小耳环 用螺栓21#固定在从动杆连杆上，大耳环的安装方式可根据拼接情况 自定，必须注意弹簧的大耳环安装好后，弹簧不能随运动构件转动， 否那么弹簧会被缠绕在转轴上而不能工作。

机械系统运动方案与创新设计 54页PPT文档

机械系统运动方案与创新设计 54页PPT文档
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第三节 机械系统运动方案设计的构思 一、传动机构系统的组成
1、齿轮机构传动系统 2、带传动与齿轮传动的组合系统 3、齿轮传动与螺旋传动的组合系统 4、齿轮机构与万向联节机构的组合
第三节 机械系统运动方案设计的构思
典型传动方式
第三节 机械系统运动方案设计的构思
二、典型传动装置的应用场合
微机械 陀螺仪
机械陀螺仪 26
第四节 机械系统运动协调设计 机械系统的运动循环图
制定机械系统的运动循环图的步骤：
（1）分析每个子工艺动作特点，从中确定一个主要动作，以
此作为其它动作的位置基准；
（2）设定主要动作的位置起点、终点和运动循环周期；
（3）分析其它动作相对主要动作的衔接位置，并且注意两个
档块
滑杆
蜗杆传动
连杆机构
带传动 凸轮机构 电动机
自动载送装置
第一节 机械系统概述
若干个单一的基本机构经过串连、并连、叠 加等组合方式连接在一起的机械系统：
第一节 机械系统概述
机械系统在工 作时按照一定 的动作次序和 规律进行工作。
第二节 机械系统运动方案的基本知识
机械组成的示意图
原动机
传动机构
1、带传动：中心距大、传动比的精度要求低 2、链传动：中心距大、传动比的精度要求低 3、齿轮传动：传动效率高、体积小，传动比准确 上述传动已经标准化。齿轮传动还分：圆柱齿轮、 锥齿轮、蜗杆传动 4、其他传动：液压传动、螺旋传动等 传动装置的设计通常比较容易。
第三节 机械系统运动方案设计的构思
齿轮齿条机构；曲柄滑块机构；正弦机构；凸轮机构；螺 旋传动机构等
平面连杆机构；行星轮系机构
齿轮齿条机构（齿条主动）；曲柄滑块机构(滑块主动)；反 凸轮机构

机械系统运动方案与创新设计(第四章).pptx

机械系统运动方案与创新设计(第四章).pptx

运动变换与对应机构
运动形态
机构类型
1、转动转换为连续转动
2、转动转换为往复摆动 3、转动转换为间歇转动 4、转动转换为往复移动
5、转动转换为平面运动 6、移动转换为连续转动
齿轮机构；带传动机构；链传动机构；平行四边形机构； 转动导杆机构；双转块机构等
曲柄摇杆机构；摆动导杆机构；摆动凸轮机构等
棘轮机构；槽轮机构；不完全齿轮机构；分度凸轮机构等
齿轮齿条机构；曲柄滑块机构；正弦机构；凸轮机构；螺 旋传动机构等
平面连杆机构；行星轮系机构
齿轮齿条机构（齿条主动）；曲柄滑块机构(滑块主动)；反 凸轮机构
7、移动转换为往复摆动 反凸轮机构；滑块机构（滑块主动）
8、移动转换为移动
反凸轮机构；双滑块机构
第三节 机械系统运动方案设计的构思
四、机械运动系统的总体设计原则 1、完成即定功能目标 2、性能可靠 3、制造成本低廉 4、维修方便
第四节 机械系统运动协调设计 若干个独立的基本机构组成的机械系统：
第四节 机械系统运动协调设计
各执行机构的运动协调设计
三个 机构 使用 同一 个原 动机
第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估
一、机械设计的一般步骤 1、市场调查； 2、提出产品的功能目标，明确设计任务； 3、选择机器的工作原理，确定工艺动作过程； 4、按机器的动作要求确定所选择的机构数目 与机构类型；
➢ 在方案的评价过程中，上述指标还要细化。
第五节 机械系统运动方案设计的过程与评估
四、机械系统运动方案的评价方法
1、机械系统运动方案评价的指标 （1）完成实现功能目标情况： （2）工作原理的先进程度： （3）工作效率的高低： （4）运转精度的高低： （5）方案的复杂程度：

5 机械运动方案设计与创新 《机械系统创新设计》课件

5 机械运动方案设计与创新 《机械系统创新设计》课件

10 预操作
序号
名称
11 预补偿
12 等势性
13 反向 14 曲面化
15 动态化
16 未达到或超 过的作用
17 维数变化
18 振动
19 周期性作用
20 有效作用的 连续性
序号 名称 序号 名称
21 紧急行动 31 多孔材料
22 变有害为 32 改变颜色 有益
23 反馈
33 同质性
24 中介物 25 自服务
(5)动态化原理
使一个物体或其环境在操作的每一个阶段自动调整，以 达到优化的性能。如可调整驱动轮，可调整座椅，可调 整反光镜等。
划分一个物体成具有相互关系的元件，元件之间可以改 变相对位置。如计算机蝶形键盘。
如果一个物体是静止的，使之变为运动的或可改变的。 如螺旋角可变的螺杆输送机，弹簧沿着旋转轴的伸长/压 缩可控制螺杆的螺旋角，从而控制松散材料的输送速度， 见下页图。
其特点是产品更新换代快，缩短了设计制造 周期，降低成本，维修方便，性能稳定可靠；但 系统比较复杂。
2）模块化设计方式：
❖ 横系列模块化设计：在基型品种上更换或添加模块，形
成新的变形品种。例如，更换端面铣床的铣头，可以加装 立铣头、卧铣头、转塔铣头等，形成立式铣床，卧式铣床
或转塔铣床等。
❖ 纵系列模块化设计：产品功能及原理方案相同，结构相
2.功能分类
1）按机电产品各组成部分具体功能进行分类：
o 驱动功能——为系统提供能量，它接受测控部分发出 的指令，驱动执行部分工作。其功能载体为各种类型 原动机。
o 传动功能——传递驱动和执行部分之间的运动和动力。 包括运动形式、性质、方向、大小的变换。其功能载 体可以是机械式、液压气动式、电磁式等。

第七章 机械运动方案与创新设计PPT课件

执行机构动作按一定顺序进行，保证各执行机构执行动作 的时间同步。
2)各执行机构中执行构件的动作必须保证空间同步，它 们之间不应产生空间干涉。
3)应使各执行机构的动作时间尽量重合，工作循环周期 尽可能短，以提高机器的生产率。
4)一个执行机构动作结束到另一个执行机构动作起点间， 应有适当的间隔。
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特点：既满足机器生产率的要求，又符合产品加工过程的实际， 并且能保证机器的正常可靠地运转。
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第三节 机构选型及组合
一、机构选型
进行机构选型时要注意下列问题：
应尽量满足或接近功能目标。可进行机构优选处理 应力求结构简单。主要体现在运动链要短，构件或运动副
要少，尺寸要适度，布局要紧凑。 应注意选择加工制造简单，容易保证较高配合精度的机构。 要保证机构高速运转时的动力特性良好。 应注意机械效益和机械效率的问题。 应考虑动力源的形式。
——拟定机械工作原理的过程就是把机械的功能目标转化为 工艺动作的过程。所以，拟定机械工作原理是一个在功能分 析的基础上，创新构思、搜索探求、优化筛选工艺动作的过 程。
一、拟定工作原理的主要内容包括：
工艺动作的构思 工艺动作的分解 各子工艺动作的协调与配合
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1、插刀 的复合 运动：
2、针织机 钩针的复 合运动：
行构件行程之间的相互顺序和时间(或转角)的关系，并且绘制比 较简单。但执行构件的运动规律无法显示，因而直观性较差。
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2. 圆周式运动循环图
——这种运动循环图将运 动循环的各运动区段的时 间和顺序按比例绘在圆形 坐标上。
其特点是：直观性较强。
因为机器的运动循环通常是 在分配轴转一转的过程中完 成。
2)所选择的机构性能不好，但又无更好的机构可选。这种组 合常采用串联式，用于改善机构的性能，例如增程、增力，改 善机构的运动或动力特性等，以实现功能目标所限定的各项技 术指标。
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机械创新设计机械系统运 动方案设计
机械系统方案设计的重要性
开发设计 制造
市场销售
企业的生命线
机械产品的设计过程
市场调查
初期规划 技术调查
同行调查
调研、论证报告
设计任务
总体功能 子功能 子设计方案 原理组合 设计图纸
结构方案 装配图 零件图 说明书 施工设计 生产文档
总体方案
机械系统运动方案设计方法
（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。
3动机的选择及传动系统设计 ④ 机械系统运动方案初步拟定 ⑤ 机构尺度设计 ⑥ 运动与动力分析 ⑦方案评价与决策 ⑧ 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：
图3-5 振动给料装置原理图
图3—6 带式输送机原理图 图3-7 螺旋输送机原理图
3.工艺动作设计
同一工作原理可以采用不同的工艺动作实现。 例如：刨削加工 （1）将工艺动作分解为刀具往复移动，工件进给运动，即为牛头刨床； （2）工件往复移动，刀具进给 ，即为龙门刨床。
（a）牛头刨床
（b）龙门刨床
工艺动作设计原则
(1)工序集中原则
(2)工序分散原则
③送纸 ①送书 ②推书 ④推书包三面 ⑤折侧边
c'
a d'
c
b
d
后角 ⑥折前角 ⑦折后角
⑧推书 ⑨涂浆糊 ⑩贴封签
⑾烘干
图3—9自动切书机工艺过程示意图
图3-10 书本打包机的包、封工艺过程
(3)各工序的工艺时间相等原则 (4)多件同时加工原则 (5)减少机器工作行程时间和空程时间 某些原则是相互矛盾或制约的，在工艺动作设计时，应抓主要矛盾。
（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。
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。
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。
图3-3 某包装机的组成
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
方案评价 方案决策 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。
3.1 基本要求及设计步骤
1.基本要求
针对某种简单机械系统，进行： ①机械工作原理设计 ②执行系统设计 ③原动机的选择 ④传动系统设计 ⑤机构尺度设计 ⑥运动与动力分析
•评价与决策
2.总体参数的确定
（3）工艺参数
工艺参数包括运动参数和动力参数。 ① 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） ②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。
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 自然环境： 1）自然资源 2）环境保护
2）设计制造
3）生产趋向 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。
设计任务 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。
总体功能
子功能 技术方案 方案组 评价和优选 最终方案
机械系统方案设计的阶段成果
目标分析 方案拟定
（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 。