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1、第一篇第一篇第一篇第一篇 机械运动方案设计机械运动方案设计机械运动方案设计机械运动方案设计机械运动方案设计是对机械进行设计的最为重机械运动方案设计是对机械进行设计的最为重要的环节。要的环节。运动方案的设计运动方案的设计-即是设计者把即是设计者把何种原动机和何种原动机和何种机构何种机构组合为一部能组合为一部能完成特定工作任务完成特定工作任务的机械系的机械系统而进行地统而进行地全面构思全面构思，并经过参数计算与选择，再，并经过参数计算与选择，再用机构运动简图表示用机构运动简图表示出来。出来。第1页/共33页一、运动方案设计的必备知识一、运动方案设计的必备知识 充分了解并掌握各种常用机构的基本知识充
2、分了解并掌握各种常用机构的基本知识 必须了解和掌握各种动力源的性能和使用要求必须了解和掌握各种动力源的性能和使用要求 动力源一般形式有电驱动、气动、液压驱动三种主要形式。动力源一般形式有电驱动、气动、液压驱动三种主要形式。&1 机械运动方案设计的基本要求机械运动方案设计的基本要求l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 如车间动力源情况，是否有防爆要求，设备周围的振源等等。如车间动力源情况，是否有防爆要求，设备周围的振源等等。l充分重视其他学科的技术应用充分重视其他学科的技术应用 机电一体化技术，新型材料，新工艺，现代控制技术等。机
3、电一体化技术，新型材料，新工艺，现代控制技术等。第2页/共33页二、运动二、运动方案设计方案设计的主要步骤的主要步骤工艺参数的给定及运动参数的确定工艺参数的给定及运动参数的确定 工艺参数是一部机器进行方案设计和机构设计的原始依据。工艺参数是一部机器进行方案设计和机构设计的原始依据。工艺路线也取决于设备，不同的工装设备会产生不同的工艺路线，两工艺路线也取决于设备，不同的工装设备会产生不同的工艺路线，两者相辅相成。者相辅相成。执行构件间运动关系的确定及运动循环的绘制执行构件间运动关系的确定及运动循环的绘制 一部机器的工作任务是由多个执行构件共同完成的。各执一部机器的工作任务是由多个执行构件共同完成
4、的。各执行构件间必然有一定的协同动作关系，确定这种关系的一种直接方法行构件间必然有一定的协同动作关系，确定这种关系的一种直接方法就是就是运动循环图法运动循环图法。第3页/共33页郑州大学张三川执行机构的运动协调及运动循环图执行机构的运动协调及运动循环图 如牛头刨：如牛头刨：有有三三个个基基本本运运动动即即垂垂直直进进给给运运动动、切削运动、横向进给运动。切削运动、横向进给运动。运动循环图有三种循环方式：直线式、圆周式及直角坐标式。运动循环图有三种循环方式：直线式、圆周式及直角坐标式。直线式运动循环图直线式运动循环图直线式运动直线式运动直线式运动直线式运动循环循环循环循环 图：图：图：图：动作时
5、序清动作时序清动作时序清动作时序清晰明了晰明了晰明了晰明了第4页/共33页郑州大学张三川圆周式运动循环图直角坐标式运动循环图 各执行构件各执行构件各执行构件各执行构件的运动以机械的运动以机械的运动以机械的运动以机械原动件的相位原动件的相位原动件的相位原动件的相位关系清楚关系清楚关系清楚关系清楚用直角坐标的位移线图表示其用直角坐标的位移线图表示其用直角坐标的位移线图表示其用直角坐标的位移线图表示其运动时序，将其工作行程、空运动时序，将其工作行程、空运动时序，将其工作行程、空运动时序，将其工作行程、空行程及停歇区段分别以上升、行程及停歇区段分别以上升、行程及停歇区段分别以上升、行程及停歇区段分别以
6、上升、下降及水平线表示。下降及水平线表示。下降及水平线表示。下降及水平线表示。第5页/共33页l动力源及减速器（变速）的选择动力源及减速器（变速）的选择 动力源的选择是一个非常重要的问题，必须熟悉动力源的选择是一个非常重要的问题，必须熟悉各种动力源的特性及适应环境。减速器（变速）类型各种动力源的特性及适应环境。减速器（变速）类型多种多样，动力源和减速器的配合不仅涉及到机械性多种多样，动力源和减速器的配合不仅涉及到机械性能，而且还和经济性有很大关系。能，而且还和经济性有很大关系。l机构的选择及创新性设计机构的选择及创新性设计 执行机构是方案设计的关键，创新是其基础。执行机构是方案设计的关键，创新
7、是其基础。l方案的比较与决策方案的比较与决策 方案的评价是一个很困难的事情，运动精度、结构方案的评价是一个很困难的事情，运动精度、结构强度、系统可靠性、稳定性等要全面考虑。强度、系统可靠性、稳定性等要全面考虑。第6页/共33页 一部机器主要由四大部分组成：一部机器主要由四大部分组成：&2 原动机及减速器的基本知识及原动机及减速器的基本知识及其选择其选择一、原动机的选定一、原动机的选定原动机、传动机构、执行机构和控制系统。组成机原动机、传动机构、执行机构和控制系统。组成机器的四大部分必须选择和设计得当，才能保证整部机器器的四大部分必须选择和设计得当，才能保证整部机器的性能优良。的性能优良。1.电
8、动机电动机 在电动机中有异步电动机、伺服电动机和步进电在电动机中有异步电动机、伺服电动机和步进电动机三大类。动机三大类。第7页/共33页3.气动动力源气动动力源2.液压动力源液压动力源l 电动机应用场合非常广泛，布置方便、结构电动机应用场合非常广泛，布置方便、结构紧凑紧凑l液压系统用于大功率驱动较多，但管路繁杂，液压系统用于大功率驱动较多，但管路繁杂，需要液压泵站等需要液压泵站等l气动系统一般用于小功率场合，动作速度快，气动系统一般用于小功率场合，动作速度快，但控制较难，也需要气源。但控制较难，也需要气源。在考虑总体方案时，液压和气动一定要考虑周围环境在考虑总体方案时，液压和气动一定要考虑周围
9、环境是否有液或气源，否则系统造价高。是否有液或气源，否则系统造价高。第8页/共33页二、减速器（变速）系统二、减速器（变速）系统 减减速速器器是是机机械械传传动动方方案案中中一一个个重重要要部部分分，它它的的作作用用是是变变换换运运动动，增增加加扭扭矩矩，减减速速器器有有各各种种类类型型，参参见见下下列图表。列图表。第9页/共33页减速减速器类器类型及型及用途用途第10页/共33页郑州大学张三川减速减速器类器类型及型及用途用途第11页/共33页郑州大学张三川减速减速器类器类型及型及用途用途第12页/共33页 减速器与电机的关系减速器与电机的关系1.确定传递功率确定传递功率这要根据工作阻力及机械
10、系统的效率确定。这要根据工作阻力及机械系统的效率确定。2.确定传动比确定传动比3.确定电机和减速器的类型确定电机和减速器的类型4.要校验扭矩、起动特性等等要校验扭矩、起动特性等等5.在一些特殊的情况要计算重量、空间尺寸等在一些特殊的情况要计算重量、空间尺寸等第13页/共33页 原原动动机机运运动动一一般般有有均均匀匀速速运运动动、直直线线往往复复两两种种主主要要形形式式。机机构构设设计计一一般般常常将将原原动动件件运运动动转转变变成成如如下下的的各各种种运动要求运动要求&3 机械运动方案设计机械运动方案设计第14页/共33页 1.传动机构的类型及功用传动机构的类型及功用 传传动动机机构构主主要
11、要用用于于将将原原动动机机的的运运动动和和动动力力传传动动给给执执行行机机构构（构构件件），使使其其完完成成特特定定的的作作业业要要求。常用的机构有：齿轮机构、螺旋机构、带传动与链传动、联杆机构、凸轮机构等。求。常用的机构有：齿轮机构、螺旋机构、带传动与链传动、联杆机构、凸轮机构等。几种常用传动机构的基本特性几种常用传动机构的基本特性齿轮机构蜗杆蜗轮机构带传动链传动连杆机构凸轮机构螺旋机构优点传动比准确，外廓尺寸小，交率高，寿命长，功率及速度范围广，适宜于短距离传动传动比大,可实现反向自锁,用于空间交错轴传动,传动平稳中心距变化范围广,可用于长距离传动,可吸振,能起到缓冲及过载保护作用中心距变
12、化范围广,可用于长距离传动,平均传动比准确,特殊链可用于传送物料适用于宽广的载菏范围,可实现不同的运动轨迹,可用于急回,增力,加大或缩小行程等能实现各种运动规律,机构紧凑可改变运动形式:转动变移动,传力比较大缺点制造精度要求高效率较低有打滑现象,轴上受力较大有振动冲击,有多边形效应设计复杂,不宜高速运动易磨损,主要用于运动传递滑动螺旋刚度较差,效率不高效率开式0.920.96闭式0.960.99开式0.50.7闭式0.70.9自锁0.40.45平皮带0.920.98三角带0.920.94同步齿形带0.960.98开式0.90.93闭式0.950.97在运动过程中效率随时发生变化随运动位置和压力
13、角不同,效率亦不同滑动0.30.6滚动0.850.98速度6级精度直齿v18m/s6级精度非直齿v36m/s5级精度直齿v200m/s圆弧齿轮v100m/s滑动速度v1535m/s三角带25kW同步齿形带50m/s滚子链15m/s齿形链30m/s功率渐开线齿轮50000kW圆弧齿轮6000kW锥齿轮1000kW小于750kW常用为 50kW 以下三角带40kW同步齿形带200750kW最大可达3500kW通常为 100kW 以下传动比一对圆柱齿轮i10通常i5一对圆锥齿轮i8通常i3开式i100常用i1560闭式i60常用i1040平皮带i5三角带i7同步齿形带i10滚子链i710齿形链i15
14、其他主要用于传动主要用于传动常用于传动链的高速端常用于传动链中速度较低处既可做为传动机构又可做为执行机构主要用于执行机构主要用于转变运动形式,可做为调整机构第15页/共33页2.基本机构的组合基本机构的组合 基本机构的组合大致可分为三种形式。基本机构的组合大致可分为三种形式。（1）串接式）串接式 主主动动件件1的的运运动动 (t)依依次次通通过过基基本本机机构构I和和II，使使从从动动件件2获获得得某某一一运运动动规规律律(t)，在在这这种种组组合合机机构构中中前前一一机机构构的的从从动动件件往往往往又又是是后后一一机机构构的的主主动动件。件。（2）并联式）并联式 主主动动件件1的的运运动动(
15、t)同同时时传传给给基基本本机机构构I和和II，使使它它们们具具有有相相同同的的运运动动规规律律 1(t)或或不不相相同同的的运运动动规规律律 1(t)和和 2(t)，并并通通过过具具有有两两个个自自由由度度的的差差动机构动机构 III使从动件使从动件2获得合成的运动规律获得合成的运动规律(t)。III使运动叠加后，传给从动件使运动叠加后，传给从动件2，其运动规律为，其运动规律为(t)。第16页/共33页（3）组合式）组合式 组组成成复复合合式式组组合合机机构构时时，基基本本机机构构有有机机联联结结，互互相相依依存存。基基本本机机构构I或或II中中主主动动件件的的运运动动(t)，通通过过机机构
16、构I、II中中部部分分构构件件组组成成的的差差动机构动机构III使运动叠加后，传给从动件使运动叠加后，传给从动件2，其运动规律为，其运动规律为(t)。第17页/共33页3.运动方案注意问题运动方案注意问题 1）传动链应尽可能短）传动链应尽可能短 过过长长的的传传动动链链会会引引起起传传动动精精度度和和传传动动效效率率的的降降低低，增增加加成成本本，或或使故障率增加。使故障率增加。2）机械效率应尽可能高）机械效率应尽可能高 有有些些机机构构传传动动效效率率较较低低，在在设设计计过过程程中中一一定定要要认认真真加加以以考考虑虑。在在有些工作位置也可能出现自锁现象，致使机器不能正常工作。有些工作位置
17、也可能出现自锁现象，致使机器不能正常工作。3）传动比分配应尽可能合理）传动比分配应尽可能合理 传传动动比比的的分分配配要要注注意意一一级级传传动动时时最最大大传传动动比比的的限限制制，各各级级传传动动比比的的分分配配原原则则应应当当是是从从电电机机的的执执行行机机构构一一般般由由小小到到大大，使使高高速速端端承承受受低低扭矩，结构合理、机构紧凑。扭矩，结构合理、机构紧凑。4）传动机构的顺序安排）传动机构的顺序安排 带带传传动动不不宜宜传传递递大大扭扭矩矩，多多安安排排在在高高速速端端，凸凸轮轮机机构构一一般般用用于于传传动系统的末端。动系统的末端。第18页/共33页第二篇第二篇 课程设计任务课
18、程设计任务一、设计题目：插床设计一、设计题目：插床设计 第19页/共33页 插床主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成，如图3-23所示。电动机经过减速装置(图中只画出齿轮)，使曲柄1转动，再通过导杆机构1-2-3-4-5-6，使装有刀具的滑块沿导路作往复运动，以实现刀具切削运动。为了缩短空程时间，提高生产率，要求刀具具有急回运动。刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴上的凸轮驱动摆动从动杆和其他有关机构(图中未画出)来完成的。注：从动杆的加速度运动规律为等加速、等减速运动。注：从动杆的加速度运动规律为等加速、等减速运动。导杆机构的设计及运动分析凸轮机构的设计齿轮机构设计n1KHlBClO
19、2O3abcmaxlO4DSz1z2mr/minmmlO3Bmmoommommo6021001150505012515401256010601340820导杆机构的动态静力分析及飞轮转动惯量确定G3G5JS3dQNkgm2mmN1603200.1412010001/25表1第20页/共33页数数据据组组号号原原动动件件导杆机构的设计及运动分析导杆机构的设计及运动分析凸轮机构的设计凸轮机构的设计齿轮机构设计齿轮机构设计导杆机构的动态静力分析及飞轮转动惯量确导杆机构的动态静力分析及飞轮转动惯量确定定n1KHlBClO2O3abcmaxlO4DSz1z2mG3G5JS3dQr/minmmlO3Bmm
20、ommommoNkgm2mmN160210011505050125154012560106013408201603200.1412010001/2527028011505050125154012560106013408201603200.1412010001/2538029011505050125154012560106013408201603200.1412010001/2547027011505050125184012560106015508201603200.141209001/2556029011505050125184012560106015508201603200.14120900
21、1/25650210011505050125184012560106015508201603200.141209001/2575029011505050125154012560106010458201603200.141208001/2588028011505050125154012560106010458201603200.141208001/2599027011505050125154012560106010458201603200.141208001/25第21页/共33页方案一方案一 插床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的6杆机构。二、主传动方案二、主传动方案第22页/共33
22、页第23页/共33页第24页/共33页方案二方案二插床的主传动机构采用转动导杆机构和曲柄滑块机构。第25页/共33页方案三方案三 插床的主传动机构采用双曲柄机构和曲柄滑块机构 第26页/共33页三、设计内容1、导杆机构的运动分析已知：行程速比系数K，滑块5的冲程H，中心距，比值，各构件重心S的位置，曲柄每分钟转。要求：设计导杆机构，作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，作滑块的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在以上内容与后面动态静力分析一起画在1 1号图纸上。号图纸上。曲柄位置图的作法：如图取滑块5在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲
23、柄圆周十二等分，得12个位置点，位置9对应于滑块5处于下极限的位置，再作出开始切削和终止切削所对应的1和8两位置，共计有14个位置，可按下表进行分组。表2 机构位置分配图第27页/共33页2、导杆机构的动态静力分析 已知：各构件的质量G及其对重心轴的转动惯量（数据表中未列出的构件的重量可以忽略不计），阻力线图（图1b）及已在导杆机构设计和运动分析中得出的机构尺寸、速度和加速度。要求：按位置分配表所分配确定12个位置的各运动副中反作用力及曲柄上所需平衡力矩。以上内容作在运动分析的同一张图纸上。第28页/共33页3、飞轮设计（任务书未列出，建议做一做）已知：机器运转的速度不均匀系数，由动态静力分析
24、所得的平衡力矩，飞轮安装在曲柄轴上。驱动力矩为常数。要求：用惯性力法求飞轮转动惯量。要求：用惯性力法求飞轮转动惯量。以上内容作在以上内容作在2 2号图号图纸上。纸上。4、凸轮机构设计已知：从动件最大摆角，许用压力角，从动件长度，从动件运动规律为等加速等减速运动规律，凸轮与曲柄共轴。要求：按许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，求出理论要求：按许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，求出理论廓线外凸曲线的最小曲率半径，选取滚子半径，绘制凸轮廓线外凸曲线的最小曲率半径，选取滚子半径，绘制凸轮的实际廓线。的实际廓线。以上内容作在以上内容作在2 2号图纸上号图纸上。第29页/共33页5、齿轮机构的设计 已知：齿
25、数、，模数，分度圆压力角（见表3-3）；齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动。齿轮与曲柄共轴。要求：选择移距系数，计算该对齿轮传动的各部分尺寸，以2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。6、整理说明书 设计计算说明书是设计计算的整理和总结，是图纸设计的理论依据，是审查设计合理性与正确性的技术文件。因此，编写设计计算说明书也是整个设计工作的一个重要组成部分。第30页/共33页第31页/共33页设设设设计计计计现现现现场场场场答答答答疑疑疑疑答答答答疑疑疑疑提提提提交交交交答答答答辩辩辩辩重要提示：设计期间，学院机房全天开放重要提示：设计期间，学院机房全天开放重要提示：设计期间，学院机房全天开放重要提示：设计期间，学院机房全天开放 设计教室：待定（由院教学办通知）设计教室：待定（由院教学办通知）设计教室：待定（由院教学办通知）设计教室：待定（由院教学办通知）：00 00 开始）开始）开始）开始）铁铁铁铁 瑛瑛瑛瑛 地点：院实验楼地点：院实验楼地点：院实验楼地点：院实验楼 武红霞武红霞武红霞武红霞 地点：院办公楼三层机械学（地点：院办公楼三层机械学（地点：院办公楼三层机械学（地点：院办公楼三层机械学（11）张三川张三川张三川张三川 地点：院实验楼地点：院实验楼地点：院实验楼地点：院实验楼220220第32页/共33页郑州大学张三川感谢您的观看。感谢您的观看。第33页/共33页