第14章机械执行系统方案设计1_190708079

近似直线导向机构
实践表明，同一制造精度下，右图的实际传动误差为左图的2-3倍。
2.尽量简化和缩短运动链
冲压机：保证曲柄转速不变
简化结构 减轻重量
14.4.1 执行机构型式设计的原则
3. 尽量减小机构的尺寸
保证滑块行程不变
利用杠杆行程放大原理
利用活动齿轮倍增行程原理
14.4.1 执行机构型式设计的原则
将各分功能进行组合，得出可行方案
将三个分功能按不同的顺序排列，得到各种方案的示例
几种典型方案示例
方案 1
先由曲柄滑块机构将 转动变换成移动并实现运 动大小变换功能，再采用 斜面机构将水平轴运动变 换为铅垂方向运动并实现 运动大小变换功能。
特点：采用斜面机构增强了系统刚度，经过两次 运动大小变换增加了锻压力。
优点：是在不改变机构自由度的情况下，能增加或改善机
构的功能。
例：设计一个急回特性比较显著、运动行程比较大 的执行机构
以摆动导杆机构ABC 为基本机构 ，在其导杆 CB的延长线上D点处连接 一个双杆组 ，形成六杆 机构 ，满足急回 、扩大 行程等工作要求。
2. 组合法
将几种基本机构用适当的方式组合起来，
2、功能原理的创造性设计：
分析综合、思维扩展、还原创新（缝纫机）
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。
14.3 执行系统的运动规律设计
14.3.1 工艺动作分解和运动方案选择
2.突破
以选择的雏形作为创新构型的生长点，通过扩展、组 合和变异等方法去尝试突破，以获得新构思。
3.重新构型 在突破的基础上，重新构筑能完成预期功能且 性能优良的新机构。
1. 扩展法
用类比法选择的基本机构雏形在满足运动特性或功
能上有欠缺时，可以以此机构为生长点，在其上联接若 干基本杆组构筑出新的机构形式。
工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作分解的 方法不同，形成的运动方案也不相同。
举例：内孔加工
内孔加工
车床
钻床
拉床
镗床
总结
同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，工 艺动作分解的方法不同，所得到的运动规律和运 动方案也不相同，它们很大程度上决定了机械的 特点、性能和复杂程度。 在进行运动规律设计和运动方案选择时，应综合 考虑各方面的因素，根据实际情况对各种运动规 律和运动方案加以认真分析和比较，从中选出最 佳方案。
14.3.2 运动规律设计的创造性
分选不同直径钢珠的装置
钢珠沿着两个斜放的不等 距棒条滚动，实现钢珠尺 寸分级的目的。
14.3.2 运动规律设计的创造性
例：
绘图机
机械执行系统方案设计的内容
功能原理设计、运动规律设计、 执行机构型式设计、执行系统协 调设计、机构尺度设计与分析、 方案评价
14.4 执行机构的型式设计
14.4.1 执行机构型式设计的原则
5. 考虑动力源的形式
选择合适的动力源，有利于简化机构结构和改善机械性能。
例：执行构件作等速往复直线运动
需要单独的电动机和传动机构驱动 原动件，且采用连杆机构把转动变 为执行机构的等速往复直线运动， 结构复杂。
不仅省去了传动机构，机构简单紧 凑，反向时运转平稳，易于调节移 动速度。
具有调节滑块最大行程功能的机构
摆杆1可绕铰链转动，它所处 的位置不同，滑块的最大行程 也随之变化。摆杆1调到合适 的位置后锁紧，则机构只有一 个自由度。此时滑块2在1上滑 动。
14.4.1 执行机构型式设计的原则 8. 保证机械的安全运转 必须考虑防止出现机械意外损坏或生产、人身
事故。例如可以采取具有过载保护功能的带传动、
实现基本机构不易实现的运动或功能。
串联式组合 常用组合方式 并联式组合 反馈式组合 复合式组合
组合法实例
要使做往复摆动的执行构件具有显著急回特 性和较大摆动行程，当不能完全满足要求时，可 将摆动导杆机构与齿轮机构串联组合，这样，固 结在小齿轮上的执行构件不仅具有显著急回特性， 且可获得较大的摆动行程。
特点：经过两次运动大小变换，具有较大的力。 缺点：系统刚度较差。
方案 4
先由摩擦轮机构将水平轴转 动变换为铅垂轴转动，再采用螺 旋机构将转动变换为往复移动并 实现运动大小变换功能。
特点： 螺旋机构具有很好的运动大小变换功能，可产生
很大的锻压力。
14.4.3 机构的构型
1.选择
对现有的数千种机构进行分析、研究，通过类比选择 出基本机构的雏形。
加入粉料→下冲头下沉→上下冲头加压→上冲头 退回，下冲头上顶→推走片坯。
试对上冲头主加压机构进行 机构型式设计。
根据动作功能分解与组合原理进行机构选型
基本功能
运动形式变换功能（将驱动轴的转动变为冲头的移
动）
运动方向交替变换功能（冲头往复运动）、运动缩 小功能（减小速度，以获得较大压力） 运动停歇功能（冲头加压）。
运动副变换
运动副是机构运动变换的主要元素，通过运动 副变换生成新的机构型式是机构创新构型的途径之 一。
转动副变移动副 常用的变换方式 高副变低副 低副变高副
低副变异为高副

典型例题
干粉压片机的功能是将不加粘结剂的干粉料压成圆型 片坯。根据生产条件和粉料的特性，决定选用电动机作为 动力源，选择刚体推压传动原理。其工作过程如下：
4. 选择合适的运动副形式
运动副直接影响到机械的结构形式、传动效率、寿命和灵 敏度等 转动副易于制造，易于保证运动副元素的配合精度，且 效率较高； 移动副制造较困难，不易保证配合精度，效率低且易自 锁或楔紧，故一般只宜用于作直线运动或将转动变为移动 的场合。
14.4.1 执行机构型式设计的原则 转动副代替移动副实例 近似直线导向机构
方案 2
先由曲柄滑块机构将 转动变换成移动并实现运 动大小变换功能，再采用 液压机构将水平轴运动变 换为铅垂方向运动并实现 运动大小变换功能。
特点：经过两次运动大小变换，可见有较大的锻 压力。
方案 3
先由曲柄摇杆机构实现运动大小变 换功能，再采用摆杆滑块机构将水平轴 运动变换为铅垂方向的移动并实现运动 大小变换功能。
设置具有自锁功能的蜗杆蜗轮机构等。
14.4.2 机构的选型
利用发散思维的方法，将前人创造发明的各种机构按照 运动特性或动作功能进行分类，然后根据设计对象中执行构 件所需要的运动特性或动作功能进行搜索、选择、比较和评 价，选出执行机构的合适形式。 1．按照执行构件所需的运动特性进行机构选型
从具有相同运动特性的机构中，按照执行构件所需的运 动特性进行搜寻。当有多种机构均可满足所需要求时，则可 根据上节所述原则，对初选的机构形式进行分析和比较，从 中选择出较优的机构。
14.3.2 运动规律设计的创造性
运动规律的设计是一种创造性的工作
仿真法:
模拟人或者动物的动作将工艺动作进行分解，构思出 实现某一工作原理的运动规律。 吊车 ：
模仿人手拿东西 的动作
14.3.2 运动规律设计的创造性
搓元宵机
整个装置由旋转圆盘1、 连杆2和3、转动构件4和机架 5所组成的空间五杆机构。运 动由圆盘1输入，通过装在圆 盘外圈上的球形铰链带动连 杆3、2和转动构件4运动，从 而使工作箱做空间振摆运动， 工作箱中的元宵馅在些许湿 润的元宵粉末中多方向滚动， 即可制成元宵。
布置，加压执行构件沿铅垂方向移动。试构思该执
行机构的若干方案。

动作功能分解
1. 运动形式变换功能：将驱动轴的转动变换为冲 头的移动； 2. 运动轴线变向功能：将水平轴运动变换为铅垂 方向运动； 3. 增力功能：运动位移或速度缩小功能： 减小位 移量（或速度），以实现增力要求。
功能-技术矩阵图
14.4.1 执行机构型式设计的原则 1、满足执行构件的工艺动作和运动要求 2、尽量简化和缩短运动链 3、尽量减小机构的尺寸 4、选择合适的运动副形式 5、考虑动力源的形式 6、使执行系统具有良好的传力条件和动力特性 7、使机械具有调节某些运动参数的能力 8、保证机械的安全运转
14.4 执行机构的型式设计
含义：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。 1、功能原理的构思与选择 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。
14.2 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
第14章 机械执行系统方案设计
第14章 机械执行系统方案设计
14.1 执行系统方案设计的过程和内容 14.2 执行系统的功能原理设计 14.3 执行系统的运动规律设计 14.4 执行机构的型式设计 14.5 执行系统的协调设计 14.6 方案评价与决策
14.1 执行系统方案设计的过程和内容
14.2 执行系统的功能原理设计
功能技术矩阵
方案1
方案4
方案2
方案4
方案3
方案5
由于上冲头在下移行程的末端还有停歇的附加要求，
而初选方案均不具备这种功能，故需进行机构创新构型，
以达到设计要求。
选择 方案4 作为原型进行机构创新构型 (1)扩展法
在四杆机构连杆BC的延长线上找一点H，该点的运动轨 迹中有一段直线或近似直线。在该点加一个RPR双杆组，且 使GH与此直线轨迹段平行，则当H点运动在直线段上时，导 杆GH将处于停歇状态，即使冲头F有了停歇功能。
14.4.2 机构的选型
14.4.2 机构的选型
2．按照动作功能分解与组合原理进行机构选型
任何一个复杂的执行机构都可以认为是由一些基本机构 组成的，这些基本机构具有如下基本功能：