机械的运动方案及机构的创新设计课件.ppt

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1、第十章机械的运动方案及机构的创新设计§10－1概述机械产品的设计过程：为成功创造出满足设计要求的装置、产品或系统所遵循的逻辑过程。设计过程的三个阶段：产品的规划与任务分解----设计需求与约束条件的分析与分解，形成设计要求与设计任务书。方案设计-----提出机械运动方案，绘制机构运动简图。详细设计-----结构设计、强度计算、形成技术文件。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

2、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。▲二、机械运动方案的创新设计设计机械运动方案设计是对机械进行设计的最为重要的环节。所谓运动方案的设计，即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，经过参数计算与选择用机构运动简图表示出来。机械运动方案设计必须根据生产方式和机器的基本功用进行设计,在设计时，应用各种技法（分析综合法、思维扩展法、还原创新法等

3、）借鉴同类产品的经验和最新科技成果，拟订出合理的工作原理，对不同的工作原理及运动方案进行综合评价，从中选出最优的工作原理和运动方案。三、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。§10－2原动机、传动机构和执行机构的类型和选择一、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。电动机是最常用的原动机，交流异步电动机、直流电动机、交流伺服电动机、

4、直流伺服电动机及步进电动机等均有广泛的应用。液压马达及液压油缸是主要的液压原动机。气马达及气缸则是主要的气压原动机。机械系统的运动形式原动机运动一般有均匀速运动、直线往复两种主要形式。机构设计一般常将原动件运动转变成如下的各种运动要求。交流异步电动机的机械特性曲线如图所示，它适应于启动时大扭距、低转速的要求异步电动机转速（r/min）：3000、1500、1000、750额定功率（kW）：0.75、1.1、1.5、2.2、3.0、4.0、5.5、7.5、11、18.5、22、30、37、45、55、

5、75、90、110、132、160、200效率（%）：0.75~0.95nOM直流电动机直流电动机可用作电动机或发电机，还有其它特殊用途。它具有下列特点：（1）优良的调速特性。调速平滑、方便、范围广，转速比可达1：200；（2）过载能力大。轧钢用直流电动机短时过转矩可达到额定转矩的2.5倍及以上，特殊要求的可以达到10倍，并能在低速下连续输出较大转矩。（3）能承受频繁的冲击性负载。4）可实现频繁的无级快速起动、制动和反转。（5）能满足生产过程自动系统各种不同的特殊运行要求。（6）缺点是直流电动机结构

6、复杂，制造成本高，维护工作量大。伺服电机在精密的机械设备中，如数控机床、机器人等均采用伺服电动机作为原动机，伺服电动机的机械特性曲线如图所示。其最大的优点为：在非连续工作区可以给出大的扭矩。伺服电动机的反馈环节是光电码盘来实现的。主要控制方式有位置反馈和速度反馈两种形式。伺服电动机有直流伺服和交流伺服两种电动机。它的主要特点是无刷驱动，它的驱动是由一个专门的驱动器来完成，驱动器可以与其它控制器相联接（公控机或PLC等）。交流伺服技术近几年得到快速发展，它将成为今后伺服电机的主流产品。连续工作区断续工

7、作区nOM步进电机步进电机可以根据脉冲的个数和频率输出转角和转速，它主要用在精度不高，工作阻力不大的开环控制中。步进电机有三相和五相输入形式，输入频率一般小于10K，步距角一般有0.75度，一般运用转速较低。电机的种类很多，有些电动机直接电动装置，可直接选用。电机的选择对整个机械方案选择是最为重要的，对设备的性能有十分重要影响，必须充分重视。液压动力源与气动动力源液压缸是实现直线运动的基本动力原件。直线运动液压缸的类型有：单作用液压缸、双作用液压缸、组合式液压缸。摆动液压缸有：单片式、双片式等形式。

8、气动系统已成为实用的工业设备，未来的发展前途更是无可限量，作为动力源气缸是最常用的气动原件。气动和液动的区别：液压系统输入功率大，在环境污染和泄露严重，气压系统无污染，动作快，但承受的载荷较小。气缸种类极其繁多，不一一介绍。下图为SMC公司的一种无杆气缸原件，这种气缸占据空间小，请分析其结构原理。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机构（又称