机械系统的方案设计.ppt

机械传动系统的方案设计,传统设计方法,现代设计方法,2.课程设计常用方法,过程和方法(3/3),传统设计方法是以经验总结为基础，运用力学和数学或实验而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计依据，通过经验公式、简化模型或类比改造等方法进行设计。,新工艺、新材料的出现，微电子技术、信息处理技术及控制技术等新技术对机械产品的渗透和有机结合，与设计相关的基础理论的深化和设计思想的更新，使机械设计跨入了现代设计阶段，该阶段使用的新兴理论和方法称为现代设计方法。,第12章 机械传动系统的方案设计,二、机械传动系统方案设计的一般步骤,三、原动机的选择,五、执行机构运动参数的确定及执行机构的运动类型,六、机构的选型、机构的变异和组合,七、机器的运动循环图,八、机械传动系统方案的设计准则,九、机械传动系统设计举例,一、机械系统,四、传动机构的类型及功用,工作原理是机械实现其功能的技术载体。构思机械工作原理是一个创新思维过程，需要了解相关机械的工作原理，掌握现代科技水平，综合运用已学知识等，才可能较好地构思出先进的工作原理。,方案设计(2/7),2.机械工作原理 的拟定,电动机、内燃机、液压马达（缸）、气压马达（缸）等。,方案设计(3/7),3.执行构件的运动设计和原动机的选择,1）执行构件的运动设计,执行构件的数目,执行构件的运动形式,2）原动机的类型,回转运动直线运动曲线运动复合运动,4.机构的选型和变异,方案设计(4/7),1）机构的选型,2）机构的变异,连续回转运动机构 单向间歇回转运动机构 往复移动、往复摆动机构 再现轨迹机构,6.机械传动系统方案的拟定,方案设计(6/7),运动链简短；优先选基本机构；机械效率较高；传动机构排列顺序合理；合理分配传动比。,方案评价,一般原则,机构功能的质量；机构结构的合理性；机构的经济性；机构的实用性。,机构的组合,方案设计(5/7),1）机构的串联组合,4）机构的装载式组合,2）机构的并联组合,3）机构的封闭式组合,7.机械传动系统设计举例,方案设计(7/7),C1325自动车床刀架传动系统,多头钻床传动系统,4 机械原理课程设计题目,1.自动送料冲床机构设计,2.日期自动打印机机构设计,4.小型卧式模锻机主传动机构设计,3.包装机推包机构设计,5.电瓷毛帽坯件制作机机构设计,6.游戏机传动系统设计,设计题目,设计题目(1),1.自动送料冲床机构设计,设计数据及要求,设计任务,参考方案,设计题目,冲头（上模）,设计数据及要求,分组,设计题目,设计题目(1),1.游戏机传动系统设计,设计数据及要求,设计任务,参考方案,游戏机(2/5),设计题目,某游乐场欲添设一新的游乐项目，该项目是在一暗室中，让一画有景物的屏幕（观众可以看见屏幕上的景物），由静止逐渐开始左右晃动，晃动的角度由小变大，并越来越大，最后屏幕竟旋转起来，转数周后，屏幕渐趋静止。现要求设计一机械传动装置，使屏幕能实现上述运动规律。,设计数据及要求,屏幕由静止开始晃动时的摆角约60o，每分钟晃动次数约10-12次，屏幕由开始晃动到出现整周转动，历时约2-3分钟，约转十多转后，屏幕又渐趋静止。欲利用一三相交流异步电动机带动，其同步转速为1000r/min或1500r/min，功率约1KW。要求屏幕摆动幅度应均匀增大或稍呈加速的趋势。,游戏机(3/5),设计任务,至少提出两种传动方案，然后进行方案分析评比，选出一种传动方案进行设计；设计传动系统中各机构的运动尺寸，并绘制出机构运动简图；作必要的运动分析和动力分析；编写课程设计说明书。,游戏机(4/5),参考方案,游戏机(5/5),设计题目,设计题目(2),2.包装机推包机构设计,设计数据及要求,设计任务,参考方案,包装机推包机构(2/7),设计题目,现设计某一包装机的推包机构，要求待包装的工件1先由输送带送到推包机构的推头2的前方，然后由该推头2将工件由a处推至b处（包装工作台），再进行包装。为了提高生产率，要求推头2按图示的abcdea线路运动。即实现“平推水平退回下降降位退回上升复位”的运动。,包装机推包机构(3/7),设计数据及要求,要求每5-6秒钟包装一个工件，且给定：L=100mm，S=25mm，H=30mm。行程速比系数K在范围内选取，推包机由电动机驱动。在推头回程中，除要求推头低位退回外，还要求其回程速度高于工作行程的速度，以便缩短空回行程的时间，提高工效。至于“cdea”部分的线路形状不作严格要求。,包装机推包机构(4/7),设计任务,至少提出两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计；设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制推包机的机构运动简图；编写课程设计说明书。,包装机推包机构(5/7),参考方案,方案1 偏置滑块机构与往复移动凸轮机构的组合,包装机推包机构(6/7),参考方案,方案2 采用导杆机构与凸轮机构的组合机构,设计题目(3),3.小型卧式模锻机主传动机构设计,设计题目,设计数据及要求,设计任务,参考方案,为锻造长杆类锻件,今需设计一台卧式模锻机,将杆料水平置放后用活动凹模3及固定凹模2将其夹紧后再用水平置放的冲头1进行顶锻工作。拟用电动机通过传动装置带动夹料机构首先使活动凹模3向下移动，与固定凹模2合拢，以夹紧棒料。然后主滑块1带动冲头进行顶锻，锻件成形后，待冲头返回离开凹模后（返回距离约占冲头全行程的1/8-1/3），由夹料机构带着凹模3向上移动，松开杆料回到初始位置。在顶锻过程中要求两半凹模始终处于夹紧状态，不能自动松开。要求设计该小型卧式模锻机执行机构和传动系统，以满足上述顶锻工艺要求。,模锻机(2/5),设计题目,模锻机(3/5),设计数据及要求,电动机同步转速：nm=1000r/min或1500r/min；冲头顶锻次数为每分钟50-75次；主滑块1的全行程H=200-380mm；顶锻工艺开始后冲头的工作行程H1=(1/2-2/3)H；夹紧滑块3的总行程h=60-80mm；作用在主滑块上的顶锻力F1=250-500KN；作用在夹紧滑块3上的夹紧力F2=F1/3；要求该模锻机的机械效率高，振动冲击小。,设计任务,根据上述要求进行机构的选型及组合、经运动及动力分析与设计后确定传动方案，绘制机构运动简图;编写课程设计说明书。,模锻机(4/5),模锻机(5/5),参考方案,机械原理与设计课程设计示例,1.冲床冲压机构及送料机构的设计,2.电瓷帽坯件制作机设计,题目；设计要求；方案设计及讨论；机构设计及分析,题目；设计要求；方案设计及讨论；,(冲床冲压机构1/13),题目 设计冲制薄壁零件冲床的冲压机构与其配合的送料机构。冲床的工艺动作如图所示，上模先以比较大的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成型工作，以后，下模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模以后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个工作循环。,(冲床冲压机构2/13),设计要求1动力源是电动机，左转动；从动件（执行构件）为上模，作上下往复直线运动，其大致运动规律如图所示，具有快速下沉、等速工作进给和快速返回的特性；2机构应具有较好的传力性能，特别是工作段的压力角应尽可能小；传动角大于或等于许用传动角；3上模到达工作段之前，送料机构以将坯料送至待加工位置（下模上方）；4生产率约每分钟70件；5执行构件（上模）的工作段长度l=30-100mm，对应曲柄转角=（1/3-1/2）；上模行程长度必须大于工作段长度的两倍以上；6行程速比系数K1.5；7许用传动角=40o；8送料距离H=60-250mm；,(冲床冲压机构3/13),方案设计及讨论,方案二：导杆摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构,方案三：六连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构,方案四：凸轮连杆冲压机构和齿轮连杆送料机构,方案一：齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构,(冲床冲压机构4/13),方案一：齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构,冲压机构采用了有两个自由度的双曲柄七杆机构，用齿轮副将其封闭为一个自由度。恰当地选择点C的轨迹和确定构件尺寸，可保证机构具有急回运动和工作段近于匀速的特性，并使压力角尽可能小。送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的，按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律。,(冲床冲压机构5/13),方案二：导杆摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构,冲压机构是在导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成的。导杆机构按给定的行程速比系数设计，它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近于匀速的要求。适当选择导路位置，可使工作段压力角较小。送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连。按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。,(冲床冲压机构6/13),方案三：六连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构,冲压机构是由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成的。四杆机构可按行程速比系数用图解法设计，然后选择连杆长lEF及导路位置，按工作段近于匀速的要求确定铰链点E的位置。若尺寸选择适当，可使执行构件在工作段中运动时机构的传动角满足要求，压力角较小。凸轮送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连，若按机构运动循环图确定凸轮转角及其从动件的运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。,(冲床冲压机构7/13),方案四：凸轮连杆冲压机构和齿轮连杆送料机构,冲压机构是由凸轮连杆机构组合，依据滑块D的运动要求，确定固定凸轮的轮廓曲线。送料机构是由曲柄摇杆扇形齿轮与齿条机构串联而成，若按机构运动循环图确定曲柄摇杆机构的尺寸，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。,(冲床冲压机构8/13),选择方案一：齿轮连杆冲压机构和凸轮连杆送料机构,机构设计及分析,冲压机构的设计,七杆机构的设计、运动和动力分析 齿轮机构的设计；,四杆机构的设计；凸轮机构的设计,送料机构的设计,运动循环图,(冲床冲压机构9/13),设计七杆机构可用解析法、实验法。,七杆机构的设计,首先根据对执行构件（滑块F）提出的运动特性和动力特性要求选定与滑块相连的连杆长度CF，并选定能实现上述要求的点C的轨迹，然后按导向两杆组法设计五连杆机构ABCDE的尺寸。,lAB=lDE=100mm，lAE=200mm，lBC=lDC=283mm，lCF=430mm，A点与导路的垂直距离为162mm，E点与导路的垂直距离为223mm。,(冲床冲压机构10/13),七杆机构的运动、动力分析,分析滑块F的速度和加速度，并画出速度线图，以分析是否满足设计要求。在进行机构动力分析时，先依据机加工手册，估计生产阻力P=1.5KN，并认为在工作段内为常数，然后求得加于曲柄AB的平衡力矩Mb，用其平均值并计入各传动的效率，确定电动机的型号为Y112M4，额定功率为4KW。,(冲床冲压机构11/13),齿轮机构设计,齿轮机构的中心距a=200mm，模数m=10mm，采用标准直齿圆柱齿轮传动，Z1=Z2=20，ha*=1.0。,(冲床冲压机构12/13),运动循环图,主动件AB由初始位置（冲头位于上极限点）转过90o时,冲头快速接近坯料；曲柄转到210o时，冲头近似等速向下冲压坯料；曲柄转到240o时，冲头继续向下运动，将工件推出型腔；曲柄转到285o时，冲头恰好退出下模，最后回到初始位置，完成一个循环。送料机构的送料动作，只能在冲头退出下模到冲头又一次接触工件的范围内进行。故送料凸轮在曲柄AB由300o转到390o完成升程，而曲柄AB由390o转到480o完成回程。,(冲床冲压机构13/13),送料机构设计,1四杆机构设计依据滑块的行程要求以及冲压机构的尺寸限制，选取此机构尺寸如下：LRH=100mm，LOH=240mm，O点到滑块RK导路的垂直距离=300mm，滑块行程为250mm时，摇杆摆角应为45.24o。2凸轮机构设计为了缩小凸轮尺寸，摆杆的行程应小AB，故取最大摆角为22.62o。因凸轮速度不高，故升程和回程皆选等速运动规律。因凸轮与齿轮2固联，故其等速转动。用作图法设计凸轮轮廓，取基圆半径r0=50mm，滚子半径rT=15mm。,题目,(电磁帽1/10),电瓷帽是变配电设备的一个重要零件，属系列产品，是易损件之一，其外形尺寸如图6-10所示。它由土壤做成圆柱形状，并在上端挖有凹孔成“帽”；坯件晾干后配有烧成瓷器。使用时将电瓷帽翻盖在金属导杆的顶（尾）端，将起到绝缘和安全保护作用。电瓷帽坯件机是制造电瓷帽坯件的一种机械设备。,设计要求,(电磁帽2/10),每小时生产电瓷帽坯件约3000只，每天运转时数不少于8小时；结构简单，体积小，维护方便，成本低；更换模套和冲头可生产小尺寸系列产品电瓷帽坯件，设备利用率高；使用期限约4-5年，6-8个月检修一次。,方案设计及讨论,(电磁帽3/10),1.工艺分析,2.对执行构件的运动要求,3.机构选型与传动方案设计,(电磁帽3/10),1.工艺分析：电磁帽坯件机的工艺原理是冲压成型，工艺方法和路线是半自动圆弧型，其工艺流程图如图所示。,(电磁帽4/10),2.对执行构件的运动要求：（1）拌料、喂料、刮除余料 将土壤在搅拌箱内充分拌匀，填入模孔后刮平。搅拌箱内的搅拌叉可同时起填料推杆和刮平板的作用，它在搅拌箱内做连续回转运动。（2）物料输送和各工序转移 转盘上的模孔数至少应有四个，其工艺只能分别为待料、填料、成型和冲出。转盘与模孔做间歇回转运动，由控制系统带动起回转速度的快慢和停顿，实现物料输送和各工序之间的转移。（3）电瓷帽坯件的成型和冲出 两冲头做直线往复运动，在模孔中将土壤挤压成型和冲出电瓷帽坯件，成型冲头比冲出冲头的工作行程要长，其差值取决于电瓷帽坯件的尺寸、土壤的土质和湿度，以及所选曲柄滑块机构的杆长关系等。（4）协调配合关系 两冲头在模孔中运动时，转盘应静止；当两冲头脱离模孔后，转盘才可带动物料做工序转移，并且转盘的转速与搅拌转速要协调，以便填料。,(电磁帽5/10),3.机构选型与传动方案设计1）拟定机器运动原理图运动和动力由电动机经带传动传入，分两条传动路线传到执行机构，一路经齿轮机构、曲柄连杆机构传到滑杆，使滑杆做上下往复运动，以实现冲压和冲出电瓷帽坯件的动作；另一路通过其他齿轮传动，将运动传给转盘，以实现模孔的转位动作，同时搅拌和供给土壤。,2）拟定传动方案及绘出机构运动简图 拟定点瓷帽坯件机传动方案的关键在于如何使模孔的转位、定位与冲头上下移动的动作彼此协调配合。方案I；方案II,(电磁帽6/10),(电磁帽7/10),方案I,(电磁帽8/10),方案II,选用第II种方案作为设计方案,总体布局,(电磁帽9/10),绘制工作循环图,(电磁帽10/10),谢 谢!,