机械运动方案创新设计PPT学习教案

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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
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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
横坐标：曲柄转角0o-360o 纵坐标：工艺动作
实例本：精锻机主机构方案设计 章 教 案
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运动转换功能图
描述：原动机—执行机构之间的传动 链及运 动转换 方式
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形态学矩阵
设计者把系统分解成几个独立因素，并 列出每 个因素 所包含 的几种 可能状 态(作为 列元素 )构成 形态学 矩阵， 通过组 合找出 可实施 的方案 。
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执行机构的运动协调设计
如图所示为粉料压片机，它由上冲头( 六杆肘 杆机构 )、下 冲头(双 凸轮机 构)、料 筛传送 机构( 凸轮-连 杆机构 )所组 成。 料筛由传送机构送至上、下冲头之间 ，通过 上、下 冲头加 压把粉 料压成 片状。
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根据生产工艺路线方案，此粉料压片 机必须 要实现 以下五 个动作 ： 1)移动料斗至模具的型腔上方准备 将粉料 装入型 腔，同 时将已 经成型 的药片 推出； 2)料斗振动，将料斗内粉料筛入型 腔； 3)下冲头下沉至一定深度，以防止 上冲头 向下压 制时将 型腔内 粉料扑 出； 4)上冲头向下，下冲头向上，将粉 料加压 并保压 一段时 间，使 药片成 形较好 ； 5)上冲头快速退出，下冲头随着将 己成形 的工件 —药片 推出型 腔完成 压片工 艺过程 。 一个周期内完成一套工艺执行动作。
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如转动转换成移动等，可采第用25推页拉/共原80理页、摩擦传动原理或流体传动原理
分纸功能可采用三种工作原理 1)削 纸 原 理 ：把纹版从库中逐张削出，可采用具有直线移动的 凸轮机 构或凸 轮-连杆 滑块机 构。 2)吸 纸 原 理 ：把纹版从库中逐张吸出，送至递纸位置。可采用 气泵、 气路、 吸头和 连杆机 构。 3)摩 擦 分 纸 原 理 ：利用摩擦力把纹版从库中逐张分离出来。可采用具有压紧 摩擦力 并使纹 版向前 推移的 机构。
2.
三环论-丹麦理工大学的Jacob Baur等人提出机械、电子、软件三 个相关 圆环， 以此表 示机电 一体化 系统的 组成和 相互关 联。三 环论
3.
两子系统论-挪威科技大学的Bassam A Hussein提出将机电一体化系统划分为物 理系统 与控制 系统两 大子系 统。物 理系统 包括各 种驱动 装置、 执行机 构、传 感器等 ；控制 系统包 括软、 硬件。
模仿人洗衣的动作，寻求可能的解决 方案(揉 搓、刷 擦、捶 打) 直接模仿行不通，则进一步往深层次 分析： 衣服洗 干净的机 理 是什么— 衣物和 脏被分 离 寻求衣物和脏物分离的方法—物理法( 超声波 )、化 学法(利 用洗衣 粉)等 在此基础上，寻求实现该洗衣机理的 技术方 法(化学 法—洗 衣粉+ 漂洗)
周期性与非周期性运动 执行机构的运动协调设计 机械运动循环图设计
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周期性与非周期性运动
1.
无周期性循环—起重运输机、建筑机 械：随 地点、 条件而 变
2.
周期性循环—包装机、自动机床、轻 工机械 ：定时 间间隔 ，其位 移、速 度、加 速度重 复一次 完成一 个运动 循环
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机器运动方案的设计 过程
1. 机械运动方案(机械运动简图)设计就是按机械的工作过程 和动作要求设计出若干机构组成的机构运动系统的运动 简图。
2. 机械运动方案(机械运动简图)的设计过程，是一个复杂的 创造性思维过程。设计者不仅需要掌握深入的机械设计 理论和方法，而且要具备丰富的实践经验，尤其需要创 造技法，充分发挥创造力，使机械运动方案设计达到创 新的高度。
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市场
需求
提 取 总功能 ( 设计任务 )
分 解
由运动实现的功能 (运动子系统设计任务)
与运动实现无关的功能 (非运动子系统设计任务)
分解与综合： 工艺动作构思
产
产品功能结构图
品
功能元
层
( 运动 )
次
专
用
逻辑关系
模
块
机 械 运 动 方 案的设 计流程 包括： 功能分析求解 各 机 构 的 型 数综合 机 械 运 动 示 意图的 选定 各 机 构 尺 度 综合 根 据 功 能 要 求对机 械运动 示意图 进行分 析评价 机 械 运 动 简 图的绘 制
抽象
进化
机
机械运动功能结构图
构
学
运动行为
层
( 工艺动作 )
次
通
运动行为逻辑关系
用 模
( 工艺动作配合时序
)
块
映射
完善
丰富
结构元
完善
进化
(广义机构)
时序
机构 组合
空间
组合 机械运动循环图
组合
(运动循环关系 )
机电运动方案
( 机械运动示意图
)
尺度 综合
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机电产品运动简图
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控制系统
机械的总功能
机械运动方案的构思与拟定
机械运动方案的评价
机械运动简图
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本章教案
概述
现代机器的组成 机器设计过程 机器运动方案的设计过程
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现代机器的组成
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现代机器的组成
几种观点
1.
五块论-德国Drmstadt大学的R olf Isermann提出机电一体化系统是 由控制 功能、 动力功 能、传 感检测 功能、 操作功 能、结 构功能 等五大 功能模 块组成 。将机 电一体 化系统 通俗地 类比于 人的大 脑、内 脏、五 官、四 肢及躯 体。
纵坐标：功能元 横坐标：与功能匹配的机构 通过排列组合可构成多种机械运动方 案
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实例：精锻机主机构方案设计
功能分析与分解
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基本功能结构图
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形态学矩阵
1.
列出所有方案：N =6 ﹡ 63 = 1296 种
2.
评价：剔除明显不合理的，再进行综 合评价 ：是否 满足预 定的运 动要求 ；运动 链安排 是否合 理；运 动精确 度；制 造难易 ；成本 高低； 是否满 足环境 、动力 源、生 产条件 等限制 条件。
backback第34页共80页常见的运动形式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同一种运动形式或轨迹可选择不同的机构机构选型第35页共80页常见的运动形式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backback第36页共80页同一种工作原理可选用不同的机构如范成原理加工圆柱齿轮可采用滚齿插齿进行加工批量生产批量生产批量生产批量生产backback第37页共80页同一种运动形式或轨迹可选择不同的机构工艺动作执行构件的运动形式规律或轨迹选择或创造不同型式的机构及其组合来实现第38页共80页第39页共80页对心滑块机构对心滑块机构杠杆行程机构杠杆行程机构活动齿轮倍增行程机构活动齿轮倍增行程机构油缸驱动的活动齿轮倍增行程机构油缸驱动的活动齿轮倍增行程机构第40页共80页急回往复急回往复基于曲柄摇杆机构基于曲柄摇杆机构急回往复急回往复基于摆动导杆机构基于摆动导杆机构急回往复急回往复基于转动导杆机构基于转动导杆机构第41页共80页精确直线导向机精确直线导向机近似直线导向机构近似直线导向机构移动副近似直线导向机构移动副近似直线导向机构用转动副代替移动副的近似直线导向机构用转动副代替移动副的近似直线导向机构backback第42页共80页周期性与非周期性运动周期性与非周期性运动执行机构的运动协调设计执行机构的运动协调设计机械运动循环图设计机械运动循环图设计机械运动循环图设计第43页共80页周期性与非周期性运动周期性循环包装机自动机床轻工机械
如范成原理加工圆柱齿轮，可采用滚 齿、插 齿进行 加工
插齿
滚齿
批量生产
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批量生产
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同一种运动形式或轨迹可选择不同的机构
工艺动作—执行构件的运动形式、规 律或轨 迹—选 择或创 造不同 型式的 机构及 其组合 来实现
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对心滑块机构
杠杆行程机构
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圆周式运动循环图
一周表示曲柄转角0o-360o 直观性强
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直角坐标式运动循环图
横坐标：定标构件曲柄转角 纵坐标：各工艺动作的运动位移 可清楚看出各执行机构的运动状态和 运动关 系 优先采用
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用形态学矩阵选择运动方案
运动转换功能图 形态学矩阵
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工作原理的构思
实 现 同 一 机 器功能 有不同 的工作 原理。 如何寻找合适的工作原理往往决定了 产品的创 新 性 、 性 能 和 市 场 竞 争 力 ，从根本上决定了设计的成败与否。
例 如 洗 衣 机 的工作 原理的 设计： 1. 2. 3. 4.
活动齿轮倍增行程机构
油缸驱动的活动齿轮倍增行程机构
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急回往复_基于曲柄摇杆机构 急回往复_基于摆动导杆机构
急回往复_基于转动导杆机构
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精确直线导向机 构
移动副近似直线导向机构
近似直线导向机构
用转动副代替移动副的近似直线导向机构
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本章教案
机械运动循环图设计
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功能分解过程
机器功能多种多样，我们研究其中需 要 采 用 机 械 运 动 的 方 式 实 现的 功能。 功 能 分 解 过 程：把总功能分解成一系列相对独立的工艺动作，以此作为 功能元 ，然后 用树状 功能图 来描述 。
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例如，设计一四工位专用机床，其总 功能可 以分解 成如下 几个工 艺动作 ： 1)安置工件的工作台要求进行间歇转 动 n2 r/min； 2)装置刀具的主轴箱能实行静止、快 进、进 给、快 退的工 艺动作 ； 3)刀具以 n1 r/min 转动来切削工件。
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针 对 机 电 运 动产品 ，我们 的观点 ：
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模 块 化 自 相 似结构
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机器设计过程
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据统计，机器方案设计阶段仅占整个产品开 发过程总成本的25%，但却决定了50%的产 品特征（包括产品的性能、可制造性和生产
成本）和75%的产品总成本。
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功能扩展—产品创新的有效途径
产 品 创 新 除了寻求新的工作原理及其实现方式之外，还可以通过 产品功 能的扩 展来达 到。
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功能分解过程的运动功能表示
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例如，四工位专用机床，其总功能分 解成如 下几个 工艺动 作： 1)安置工件的工作台要求进行间歇转 动 n2 r/min； 2)装置刀具的主轴箱能实行静止、快 进、进 给、快 退的工 艺动作 ； 3)刀具以 n1 r/min 转动来切削工件。
总功能的确立 机械功能分析需求表
本 章 教 案
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总功能的确立
设计者接受任务-明确功用-写出任务 书 1. 2. 3.
搜集有关技术资料、设计需求和用户 要求； 列出机械功能分析需求表； 对列出的功能要求，作综合分析研究 。
功能分析是设计的前提和基础—选择 机械的 工作原 理—构 思出工 艺动作 过程— 确定机 构型式 —拟定 机械的 运动方 案
机械运动方案创新设计
会计学
1
内容提要
基本要求
基本了解机械运动方案设计的 概念、过程
基本了解机构创新的方法 结合课程设计，进行机械运动
方案的拟定和机械运动简图设 计
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内容提要
基本概念
功能分析
功能求解
机构创新方法
工作原理设计和工艺动作设计
执行机构的协调设计和运动循环图
机构选型
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图示为四工位专用机床的运动转换功 能图。 它描述了原动机(电动机)至执行构件 、刀具 、工作 台、主 轴箱之 间的运 动转换 功能。 中间矩形框内表示传动机构、执行机 构的运 动转换 基本功 能图， 末端平 行四边 形框内 表示执 行构件 的运动 形式。 该机床由两个原动机通过两条传动链 来实现 执行构 件的预 期运动 。
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同一种功能可选用不同的工作原理
机械推拉 原理
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摩擦传动 原理
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气吸原理
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齿轮加工方法
铣齿
单件生产 拉齿
大批量 精加工
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插齿
批量生产 滚齿
批量生产
绘图仪
小型绘图场合
大型绘图场合
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第13页/共80页
机械功能分 析需求表
在这些功能中，要分清主功能(核心功 能)、 次功能 ，运动 相关的 功能、 运动无 关的功 能
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第14页/共80页
功能分解
本 功能分解过程
同一种功能可选用不同的工作原理
章 工作原理的构思
功能扩展—产品创新的有效途径
教 功能分解过程的运动功能表示 案