机械类-机械运动方案

二、执行机构的运动协调与运动循环图
•多数机器不只有一个执行构件,往往是许多 执行构件协调工作以完成同一任务。 •运动循环图即可表示出各执行机构间的时序 协调关系。 •另一种情况是,某些机械的多个执行构件在 完成同一任务时,需有准确而协调的运动时间 和运动顺序的安排,以防止出现某一执行构件 工作不到位或两个以上执行构件在同一空间 发生干涉。
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传动方案－原动机
根据运动参数,参考力的参数,考虑粗略的、大
致的传动方案(注意对传动精度的要求),比较
其繁简,并依据现有条件,综合选择原动机的类 型。
一般地说,应首选电动机,但也并非尽然。在满
足工作性能要求、现场允许的条件下,有时也用 液压或气压驱动源。
原动机的不同选择对机械传动系统的设计 、组成的繁简以及性能的优劣都有着重要 的影响。
2)飞机起落架机构 起落架可以使轮子占据收 起和放下两个位置
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机械的运动方案设计包括: 从原动机─传动机构─执行机构的整个 系统的设计,
其结果是给出一份满足运动性能要求的 机构运动简图
一、工艺参数的给定及原动机的选择
工艺参数的变化范围受诸多因素的影响 在概述中对牛头刨床的运动方案设计已给出了主要的工艺参
构件的运动及其相互配合。
最终完成由原动机－传动机构－执行机构组成 的机械运动简图设计。
第四,施工图设计、在这一步骤中完成机械
中各零部件的强度、刚度计算及零部件结构设 计。
此外,对一些自动化机械,还需要对其电力系统 和电子控制系统进行设计。
当然,做为一部大的机械设备,经施工设计,并 加工好样机后,还必须实地应用检验,达到全部 性能指标要求,方可定型生产。
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2、新机构的创造
如利用纤维连杆将可逆旋转或摆动变换 成直线往复运动的执行元件已用于假手 的研制中。
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3、组合机构
将几个机构采用并联封闭的形式组合后形成的机构 称之为组合机构。组合机构是机构创新设计的一个 重要方面。
1) 齿轮-连杆组合机构 图8-24是包装机械中常用的一种齿轮-连杆组合机构,
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以下是我们所熟悉的牛头刨床的三种运动循环图:直线式运
动循环图,圆周式运动循环图及直角坐标式运动循环图。
三、机械运动方案设计准则
1、传动链应尽可能短;
2、机械效率应尽可能高;
3、传动比的分配应尽可能合理;
4、传动机构的顺序安排应尽可能恰当;
5、机械的安全运转必须保证。
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四、机械运动方案的评价
图8-28为实现特殊轨迹的齿轮－连杆机
构。M点可走出一正方形轨迹。
2) 凸轮—连杆组合机构
图8-29为一凸轮-连杆滑块组合机构,这实质上 是一个可变曲柄长度的对心曲柄滑块机构。
3) 其他形式机构的组合
引进了非刚性构件或气体、液体等中间 介质,使机构更适于控制。图8-30为由链 传动机构与滑块机构组合而成的机构,实 现滑块的往复运动。
随着高磁性材料和化学加工方法的应用, 传统电动机的尺寸也越来越小。
如使用照相刻蚀、电镀方法制作的盒式 录像机驱动用新型无刷直流电动机厚度 仅为4mm。其中4层绕组总厚度为0.7mm, 永久磁铁厚度为1mm。
4、点到点的运动机构
1)柄滑块机构
合理的设计曲柄滑块机构 的尺寸,可以实现滑块的点 到点的运动
2)凸轮机构
摆动从动件凸轮机构及 直动从动件凸轮机构均 可实现点到点的运动
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5、位到位的运动机构
在四杆机构应用中,连杆及摇杆占据空间两个及两个 以上位置的情况随处可见,如:
1)热处理炉炉门开闭机构 炉门可以占据开启和闭 合两个位置
直流电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机及 步进电动机等均有广泛的应用。
•液:液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。 •气:气马达及气缸则是主要的气压原动机。
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原动机的选择
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传动类型选择
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•执行机构的主要五种运动形式: •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。
•实现不同运动形式的典型机构主要有:
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1、实现直线运动的机构
1) 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
2) 螺旋机构
丝杠的回转可以使螺母实 现往复直线运动
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3) 曲柄滑块机构
主要用于将回转运动转变为直线。
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。
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三、执行机构的运动类型及典型机构
•执行机构:机器中最接近被作业工件一端的机构称为执行 机构中接触工件或执行终端运动的构件称为执行构件。机 器通过执行构件完成作业任务。
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拾球机器人
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一、运动方案设计的必备知识
为了顺利地进行机械运动方案设计,必须掌握必 要的知识和环境信息,必须了解有关学科在实现 运动方案设计中所能起到的作用。 1、充分了解并掌握各种常用机构的基本知识; 2、必须了解和掌握各种动力源的性能和使用要 求; 3、必须熟悉对设计方案的选择有重要影响的周 围环境的信息; 4、充分重视其他学科的技术应用。
直线电动机可直接输出直线运动,采用这种电动 机将不再需要诸如滚珠丝杠等直线传动机构,并 且具有非常高的传动定位精度(μm级)。
例如使用直线驱动器的电子打字机运行稳定、 机构简单、不需要调整。直线驱动电动机,不需 要经齿轮等减速机构,而可直接用于机器人的关 节驱动,大大简化了机构的结构。
传统的电动机的进步
数——运动参数,以及由此而确定的力参数。切削力的大小 影响着机构的选取,因为某些机构无法承受大的作用力。 运动参数应包括运动形式(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)等。 运动参数是由机械的工艺要求决定的。 力的参数,如牛头刨床中的切削力的大小,锻压机械中压头的 压力大小等都是由机械的工艺要求决定的。
它可以实现复杂的运动规律,使齿轮5单向变速转动, 瞬时停歇变速转动或具有反向转动的变速转动等。
图8-26为一种实现预定轨迹的齿轮-连杆 机构。两曲柄相对位置不同,齿轮传动比
不同,则M点的轨迹完全不相同。
图8-27为一种实现复杂轨迹曲线的齿轮连杆机构。连杆的尺寸、齿轮的传动比 及M点的位置不同,轨迹曲线则发生变化。
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运动方案设计的主要步骤:
1、工艺参数的给定及运动参数的确定; 2、执行构件间运动关系的确定及运动循
环图的绘制; 3、动力源的选择及执行机构的确定; 4、机构的选择及创新性设计; 5、方案的比较与决策。
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•一、原动机的类型及应用
•原动机的动力源主要有电、液及气三种。
•电:电动机是最常用的原动机,交流异步电动机、
实现回转运动的主要机构有齿轮机构、连杆机构、 带及链传动等。
液动及气动的回转运动一般都是用摆动油缸和摆动 气缸来实现。
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3、实现运动轨迹的机构
1)四杆机构(连杆曲线) 四杆机构的连杆上的每一点均可以实现
一定的封闭运动轨迹
步 进 机 构
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2) 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,工业机器人操作机大多是由开链机构组成的。
系统
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工艺进步推动设备技术进步
金属板材的轧制技术:
传统技术:钢水－钢坯－加热－初轧－加热－中 轧－连轧
新技术之－连铸连轧:金属液体－铸坯－直接轧 制
新技术之－铸轧:金属液体－板材
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机构的创新设计是在新构思的基础上进行 的设计,
它包括对原有机构的创新应用、新机构的 构思和原动机的创新发展三个方面。
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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。
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。
牛头刨床
第三,运动方案设计、其设计依据为各执行
当曲柄连续回转时,滑块 可做往复直线运动
4) 有特定尺寸的四杆机构(连杆曲线在某一区段的直 线运动)
5) 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。
2．回转运动机构
车床、铣床主轴的回转,水泥搅拌机滚筒的旋转,起 重葫芦的转动,直升机螺旋桨的高速旋转,电风扇的 转动等等都是机械中执行构件作回转运动的。
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评价体系可将机构评价指标 划分为五大类型:
(1)机构的功能、 (2)机构的工作性能、 (3)机构的动力性能、 (4)经济性:(无链自行车) (5)机构紧凑性等。 评价时分别对五大类型及更为细致的子项
给出分值,然后对整机进行比较。
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评价原则
1. 假定设计方案均满足(1)、(2)两大类型要求,则应对 不同方案重点进行(3)、(4)、(5)的比较。
一、机构的创新应用
机构的创新应用是仍然使用常见的机构, 经过巧妙的构思,赋予机构以新的应用。
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二、新机构的构思与创造
1、原有机构的发展 在对原有机构的应用中,由于其某些性能
方面的不足,所以会出现一些新的机构。 如齿轮传动的传动比较小,因而有蜗轮-蜗
杆机构的出现,此后又有摆线针轮减速器 和谐波减速器的出现等等。 活齿减速器、钢球行星齿轮减速器等。
5. 综合考虑各方面评价指标,才能在诸多机械运动方 案的设计中选出最优者。
五、机械运动方案设计举例
印刷机送纸机构的运动方案设计。 要求 在摆放好的一叠纸张中,依序由上至下将 纸张一张张送至印辊前某处待印刷。印刷量为 每分钟30张。不允许有同时送两张纸的情况发 生。
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1、任务的分析及运动参数的确定
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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(丝杠)机构,它
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2、动力源的选择和执行机构的确定
电机－凸轮－连杆机构
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有多种运动方案可供选择
3、绘制机构运动循环图
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4、机械传动系统的设计(i=48)
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在研究运动方案时,应注意到机 －电具有互补性
即通过机械需要很复杂或很难实现的 方案,通过控制系统的改进能很容易实 现;
反过来也是如此 如采用变频器来实现电机的无级调速 采用低速电机、步进电机等来简化传动
变导程螺杆传动机构 自行车防俯冲机构
轮椅上下台阶机构之概念设计
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观光人力休闲车
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螺旋传动管道机器人
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三、原动机的创新发展
新型电动机和新材料驱动器的出现,可大 大的简化机构的结构,甚至改变了传动机 构的设计。
同步电机 步进电机
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1、新型电动机
今天的一些电动机已与传统的形式有很大的不 同,交流变频调速技术的应用大大简化了机械变 速机构。
机械运动方案设计是对机械进 行设计的最为重要的环节
运动方案设计的优劣,决定了这部机械的性能、造价、 市场前景。
运动方案的设计:是设计者通过何种原动机及何种
机构组合为一部完成特定工作任务的机械系统的全 面构思。 在设计之初,这种构思往往是最为艰难的。因为完成 同一工作任务,可以有多种不同工作原理,即使工作 原理相同,而设计方案也可能迥然不同。经过认真详 细的分析比较,会发现各种不同的方案各有利弊,然 后根据主要的评价原则,舍其余而选其一。
2. 运转平稳、加速度小、无冲击和噪声,这对大型机 械是十分重要的评价指标,尤其对未获得在基座上 平衡的连杆机构更是如此。
3. 机械的结构简单、尺寸紧凑、重量轻、传动链短、 工作可靠是又一重要的评价指标。
4. 制造难易,调整的方便性,维修的方便性直接影响着 机构及机械的经济性,这是不可忽视的第三方面的 评价指标。
•实现同一工作任务,且满足工艺要求和性能指标时, 可以设计出多种机械运动方案来。
•必须再经过充分的、细致的分析比较,以决定取舍。 最后保留的设计方案应是最优方案。
•每一部机器都是由原动机,执行机构及传动机构组成 的,因此需分别对原动机及各机构进行评价,然后经综 合可获得对一部机器整机的评价。
•建立评价体系是量化评价的方法之一。