机械运动专项方案设计.doc

机械运动方案设计
机械系统普通由原动机、传动某些、执行机构和控制某些等构成。机械运动方案设计重要内容是：依照给定机械工作规定，拟定机械工作原理，拟定工艺动作和执行构件运动形式，绘制工作循环图；选取原动机类型和重要参数，并进行执行机构选型与组合，随之形成机械系统几种运动方案，对运动方案进行分析、比较、评价和选取；对选定运动方案中各执行机构进行运动综合，拟定其运动参数，并绘制机构运动简图，在此基本上，进行机械运动性能和动力性能分析。
一、机械运动方案设计环节
机械运动方案设计普通过程如下：构思机械工作原理，针对设计任务书中规定机械功能，构思实现该功能所采用科学原理和技术手段，即机械工作原理；由工作原理进一步拟定机械所要实现工艺动作，复杂工艺动作可分解为几种简朴运动合成，选用恰当机构实现这些运动就是机械运动方案设计重要任务。
二、绘制机械工作循环图（又称运动循环图）
针对机械要实现工艺动作，拟定执行构件数目，为了实现机械功能，各执行构件工艺动作之间往往有一定协调配合规定，为了清晰地表述各执行构件运动协调关系，应绘制机械工作循环图。机械工作循环图也是进行机构选型和拟定机构组合方案根据。
三、选取执行机构类型
依照执行构件运动形式和运动参数，选定实现执行构件工艺动作执行机构，并将各执行机构有机组合在一起，以实现机械整体工艺动作。在进行执行机构选型时，应一方面满足执行构件运动形式规定，然后通过对所选机构进行综合、组合、变异和调节等，以满足执行构件运动参数和运动特性等规定。普通来说，满足执行构件工艺动作执行机构往往不是一种，而是各种，故应当进行综合评价，择优选用。
四、绘制机械运动示意图
根据机械工作性质和工作环境等，合理选用原动机类型；原动机运动和动力经传动系统传递和转化后，驱动执行机构积极件，使执行机构实现预期工艺动作。依照机械工作原理、执行构件运动协调配合规定，和所选定各执行机构，拟定机构组合方案，画出机械运动示意图，这种示意图就表达可机械运动配合状况和机构构成状况，代表机械运动系统方案，对于运动状况比较复杂机械，机械运动示意图还可以采用轴测投影办法绘制出立体机械运动示意图。
五、执行机构尺度综合
依照各执行构件和积极件运动参数，以及各执行构件运动间协调配合规定，同步考虑执行机构动力性能规定，拟定各执行机构中构件尺寸和几何形状（如凸轮廓线）等。
六、绘制运动机械简图
针对各机构尺度综合所得成果，进行机构运动分析和动态静力分析，并从运动规律、动力条件、工作特性等多方面进行综合评价，拟定机构其他有关尺寸。然后绘制出运动简图。依照机械运动简图所求得运动参数、动力参数，可以作为机械零部件构造设计根据。
七、编制设计阐明书
设计阐明书是设计人员对整个设计计算过程系统整顿和归纳总结，是审核设计重要技术文献之一，也是进行图纸设计理论根据。因而编定好设计阐明书是整个设计工作中一项必不可少重要构成某些。
设计阐明书内容应依照设计任务规定而定，普通来讲涉及如下几种方面：
1、目录（标题和页次）；
2、设计题目（设计条件和规定）；
3、所有原始数据；
4、机械运动设计方案拟定，（设计思路阐明，所选用机构工作原理及运动特性）；
5、机构组合方式；
6、机械运动循环图；
7、机械运动简图；
8、采用设计办法及其原理简要阐明；
9、设计计算公式及其所调用子程序名称；
10、机械运动分析、动力分析办法，分析计算公式及其抽调用子程序名称；
11、编程框及自编主程序，打印出自编分部程序并作必要阐明；
12、用表格列出计算成果，并绘制出重要运动曲线图；
13、对计算成果分析讨论，作出概括性结论；
14、列出重要参照资料。
设计阐明书用钢笔书写，采用统一16开报告纸；编写阐明书时应作到条理清晰、论述简要、重点突出、计算对的、文句通顺、书写整洁；所用公式和数据应注明来源（参照资料编写和页次）；所有计算中所用符号和脚注必要先后一致，不能混淆；对自成单元内容应有大小标题，做到层次分明醒目突出；绘制机械运动简图时应采用规定符号，按比例作图；对计算成果应有简要结论，如果实际所取数值与计算成果有较大差别，应作必要解释，阐明因素；阐明书编定完毕后应加上封面，装订成册。

机械运动循环图
机器各个工艺动作是互相独立，它们各自实现自己子功能。但为了实现机器总功能，这些各自独立动作又必要互相配合、互相协调以保证时间和空间上同步。用来表述各执行机构之间运动协调配合关系图就是机械运动循环图。它是机器各执行机构运动循环图（即执行机构执行构件在一种循环中运动状态图）按同一时间（或分派轴转角）比例绘制总图，它以某一重要执行机构起点为基准，表达各执行机构运动循环相对于该重要执行机构动作顺序。因而它是机器各执行机构之间协调图，也是机器设计、安装、调试根据。
一、机械运动循环图表达办法
机械运动循环图惯用表达办法有如表1中三种。
表1 机械运动循环图分类、表达办法和优缺陷
类别
表达办法
优缺陷
直线式
图1
将运动循环各个运动区段时间和顺序按比例绘在直线坐标轴上
能清晰地表达整个运动循环内各执行机构执行构件行程之间互相顺序和时间（或转角）关系,绘制比较简朴。执行机构运动规律无法显示，直观性差

同心圆式
图2
将运动循环各运动区段时间和顺序按比例绘在圆形坐标上
直观性强，可以直接看出各执行构件原动件在分派轴上所处相位。便于各机构设计、安装、调试。
执行机构比较多时，由于同心圆太多看起来不清晰

直角坐标式
图3
将运动循环各运动区段时间和顺序按比例绘制在直角坐标轴上，事实上它是执行构件位移图，只但是为了简要起见，各区段之间都用直线相连
直观性最强，能清晰地看出各执行机构运动状态及起讫时间。有助于指引执行机构几何尺寸设计

图1 平压印刷机直线式运动循环图

图2 平压印刷机同心圆式运动循环图

图3 平压印刷机直角坐标式运动循环图
二、机械运动循环图设计
机械运动循环是指完毕其运动功能所需总时间，普通以T表达。机械运动循环往往与各执行机构运动循环相一致，由于执行机构生产节奏就是整台机器运动节奏。执行机构中执行构件运动循环至少涉及一种工作行程和一种空行程。有时有执行构件尚有一种或若干个停歇阶段。因而，执行机构运动循环T执=T工作+T空程+T停歇
式中 ：T工作——执行机构工作行程时间；
T空程——执行机构空回程时间；
T停歇——执行机构停歇时间。
在设计机械运动循环图（又称工作循环图）时，普通机械应实现功能是已知，它理论生产率也已经拟定，机器传动方式以及执行机构构造均已初步拟定，然后可以按如下环节进行设计。
1、拟定执行机构运动循环时间T执；
2、拟定构成运动循环各个区段；
3、拟定执构件各区段运动时间及相应分派轴转角；
4、初步绘制执行机构运动循环图；
5、在完毕执行机构设计后，对初步绘制运动循环图进行修改；
6、分别画出各执行机构运动循环图；
进行各执行机构协调设计，又称同步设计，最后画出整个机器运动循环图。
三、机械运动循环图应用
运动循环图可以用来核算机器生产率，并通过度析研究循环图，从中寻找提高机器生产率途径。运动循环图可以用来指引各个执行机构设计、安装和调试。应用运动循环图可以检查各执行机构中执行构件运动与否紧密配合、互相协调。

机械运动简图设计内容、办法和环节
为了实现生产过程机械化、自动化或者某种动作功能，就必要按这些动作和动能规定，设计或开发相应一系列机构，并将它们按动作过程规定组合成新机械。机械运动简图除了要表达出各构件自身各执行构件间真实运动关系外，还应表达各执行构件之间动作过程顺序和配合状况。
机械运动简图设计，重要涉及下列内容：
1、功能原理方案设计和构思
依照机械所要实现功能采用关于工作原理，由工作原理出发设计和构思出工艺动作过程，这就是功能原理方案设计。值得指出是，一种机灵功能原理方案是创新机械出发点和归宿。
2、机械运动方按设计
机械运动方案通惯用机械运动示意图来表达，它是依照功能原理方案中提出工艺动作过程及各个动作运动规律规定，选取相应若干个执行机构，并按一定顺序把它们组合成机械运动示意图。这个机构系统应能合理地、可靠地完毕上述工艺动作。机械运动方案就是机械运动简图设计中型综合。机械运动方案中所画出表达机构构造形式、机构互相联接状况示意图是进行机械运动简图设计尺度设计根据。
3、机械运动简图尺度综合
将机械运动方案中各个执行机构，依照工艺动作运动规律和机械运动循环图规定进行尺度综合。机械运动简图中各机构运动尺寸（如果有高副机构还应涉及高副形状）都要通过度析、计算加以拟定。固然，在设计机械运动简图进行尺度综合时，应当同步考虑其运动条件和动力条件，否则不利于设计性能良好新机械。
4、机械运动简图设计普通程序
依照产品功能规定、工作性质和动作过程等基本规定进行新机械方案设计时，一方面将总功能分解成各种功能元，找出功能元运动规律和工作过程；另一方面按各功能元运动规律和动作过程拟定运动示意图（即机械运动方案图）；然后，按各功能元运动规律、动作过程、动力性能等规定进行机械运动简图尺度综合。

机械运动方案比较与优选
由前述机械运动方案设计可知，对于同一种功能，可选用不同工作原理来满足规定，而同一种工作原理，还可选用、创造不同机构及其组合来实现。因而，对于规定满足某种功能机械，也许运动方案就有诸各种，故有必要对机械运动方案进行比较和优选。作为课程设计，目在于完毕评比方案初步训练，因此，偏重于机构构造、运动和动力特性方面比较，重要涉及如下几方面内容：
1、机构功能重量
普通来说，所有方案都能基本满足机构功能规定，然而，各种方案在实现功能质量上还是有差别，因此对实现功能质量需一方面进行比较分析。如：工作行程与否达到设计规定，与预期运动规律符合限度，运动参数（vmax、amax）大小，传力性能（压力角、传动角）好坏，生产效率高低，所须原动机功率，振动、冲击、噪声大小，传动精度与持久性，恢复精度以便限度等。
2、机构构造合理性
机构构造合理性是指机构中构件与运动副数量及种类与否至少，机构构成与否最为简洁，运动链可否再作简化，动力源种类与原动机参数选取与否合理，各级传动机构传动比分派与否合理。
普通，机械制造难易限度与使用构件多少平方成比例，这是由于零件制造技术和零件间接合（装配）技术两方面问题同步存在缘故，因而，减少构件数和运动副数可减少制造困难限度。同步还减少误差环节和摩擦损耗，提高机构刚度，并且也减少机构产生故障也许性，提高其工作可靠性。因而，有时宁用有设计误差但构造简朴近似机构，而不采用理论上没有误差但构造复杂精准机构。
动力源合理选取，也有助于机构简化和改进运动质量。例如，从动件作直线运动，若能从现场现成气、电、液压源中选取一种适当直线运动动力装置（如汽缸、直线电动机、液压缸等），就可省去运动变换机构，简化机械系统。若现场不具备某些动力源，那么，为简化机构而特别设立一种新动力源，也许是不适当。
3、机构经济性
机械应具备良好经济性，即加工制导致本低，使用维修费用低。在材料拟定后，加工制导致本重要与机构构成及运动副形式关于。因而，设计中要考虑与否有更简捷便宜办法完毕预期任务，对机器加工、安装与配合精度规定可否减少，需特殊加工零件（凸轮、靠模）加工难度，各种消耗（能源、工具、辅料）可否减少，原材料运用率能否提高等。
4、在设计与制造关系
咱们应从制造与否简便观点出发来衡量。如果这个方案机构设计虽然比较繁难，但是制造容易，则还是应当优先选用，由于这有助于提高机构经济性。
5、机构使用性
理论上可行机构，到可以将其付诸实用，还是有一段距离。因此，设计者要为“顾客”着想，除了满足功能规定，经济实惠以外，还应考虑机器安全可靠问题，如操作强度，操作人员体力、脑力消耗，使用、维护、保养、拆装、运送以便限度，与否会导致污染或公害，对工作环境有无特殊规定（防尘、防爆、防电磁干扰、恒温、恒湿等）。
除了上述评价内容，在进行机械运动方案比较与优选时，还应考虑非机械传动方式应用状况，机械中高科技含量与自动化、智能化限度，设计成果新颖性，她人知识产权、专利技术移植与运用状况等。对于不同设计对象和设计规定，应按不同需要对上述内容加以合理取舍。

设计题目：专用机床刀具进给机构和工作台回转机构
设计
专用机床外形及其尺寸如图4所示。工作台有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个工作位置，工位I是装卸工件，工位Ⅱ是钻孔，工位Ⅲ是扩孔，工位Ⅳ是铰孔。主轴箱上装有三把刀具，相应于工位Ⅱ、位置装钻头，Ⅲ位置装扩孔钻，Ⅳ位置装铰刀。刀具由专用电动机带动绕其自身轴线转动。主轴箱每向左栘动送进一次，分别在四个工位上完毕相应装卸

图4专用机床
工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。当主轴箱右移迅速退回到刀具离开工件后，工作台回转90度，然后主轴箱再次左移。这时对其中每一种工件来说，它进入了下一种工位加工。依次循环4次，一种工件完毕装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴往复一次，在四个工位上同步进行工作，因此每次就有一种工件完毕上述所有工序。
一、原始数据和设计规定
1） 刀具顶端离开工作表面65mm，迅速移动送进60mm后，再匀速送进60mm（涉及5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如右图所示），然后迅速返回。回程和进程平均速度之比K=2。
2） 刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装卸时间不超过10s。
1） 机床生产率每小时约75件。
2） 执行机构及传动机构能装入机体内。
3） 传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5Kw，转速960r/min。
二、方案设计与选取
1） 回转台间歇转动，可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。
2） 主轴箱往复移动，可采用圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、凸轮－连杆机构、平面连杆机构等。
3） 由生产率可求出一种运动循环所需时间T=48s，刀具匀速送进60mm所需时间t匀=30s，刀具别的移动（涉及迅速送进60mm，迅速返回120mm）共需18s。回转工作台静止时间为36s，因而足够工件装卸所需时间。
回转工作台作单向间歇运动，每次转过90度。主轴箱作复移动，在工作行程中有快进和慢进两段，回程具备急回特性。
图5、图6、图7所示为其中三个参照方案。
选取运动方案时应注意如下几点：
工作台回转后来与否有可靠定位功能，主轴箱往复运动行程在115mm以上，所选机构与否能在给定空间内完毕运动规定。机构运动和动力性能、精度在满足规定前提下，传动链与否能尽量短，且制造和安装以便。加工工件尺寸变化后，与否可以以便进行调节和改装。

图5圆柱凸轮运动方案

图6齿轮——凸轮运动方案

图7凸轮——连杆运动方案
三、设计任务与内容
1） 按工艺动作过程拟定运动循环图。
2） 进行回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构选型。并进行机械运动方案评价和选取。
3） 依照电机参数和执行机构运动参数进行传动方案拟订。
4） 画出机械运动方案图（CAD、A2），凸轮轮廓图（手工、A3）。
5） 机械传动系统和执行机构尺度计算。
6） 编写设计阐明书。（用A4纸张，封面用原则格式）

机械创新设计（一）课程设计
阐明书

图纸
（30%）
阐明书
（30%）
答 辩
（20%）
考 勤
（20%）
总 评
（100%）

专业班级：
学 号：
姓 名：
设计题目：
指引教师：
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