1、會計學1機械運動方案機械運動方案目錄第1頁/共81頁基本要求第2頁/共81頁基本概念第3頁/共81頁概述第4頁/共81頁現(xiàn)代機器的組成第5頁/共81頁1.五塊論-德國Drmstadt大學的Rolf Isermann提出機電一體化系統(tǒng)是由控制功能、動力功能、傳感檢測功能、操作功能、結(jié)構(gòu)功能等五大功能模塊組成。將機電一體化系統(tǒng)通俗地類比于人的大腦、內(nèi)臟、五官、四肢及軀體。 2.三環(huán)論-丹麥理工大學的Jacob Baur等人提出機械、電子、軟件三個相關(guān)圓環(huán)，以此表示機電一體化系統(tǒng)的組成和相互關(guān)聯(lián)。三環(huán)論 3.兩子系統(tǒng)論-挪威科技大學的Bassam A Hussein提出將機電一體化系統(tǒng)劃分為物理系統(tǒng)

2、與控制系統(tǒng)兩大子系統(tǒng)。物理系統(tǒng)包括各種驅(qū)動裝置、執(zhí)行機構(gòu)、傳感器等；控制系統(tǒng)包括軟、硬件。 第6頁/共81頁第7頁/共81頁第8頁/共81頁機器設計過程第9頁/共81頁據(jù)統(tǒng)計，機器方案設計階段僅占整個產(chǎn)品開發(fā)過程總成本的25%，但卻決定了50%的產(chǎn)品特征（包括產(chǎn)品的性能、可制造性和生產(chǎn)成本）和75%的產(chǎn)品總成本。 第10頁/共81頁機器運動方案的設計過程第11頁/共81頁 機構(gòu)機構(gòu) 組合組合機械運動功能結(jié)構(gòu)圖產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)圖市場 需求總功能(設計任務)功能元(運動 )邏輯關(guān)系運動行為(工藝動作)運動行為邏輯關(guān)系(工藝動作配合時序)結(jié)構(gòu)元(廣義機構(gòu))機械運動循環(huán)圖(運動循環(huán)關(guān)系)機電運動方案(機械

3、運動示意圖)機電產(chǎn)品運動簡圖提取分解與綜合：工藝動作構(gòu)思抽象進化映射豐富完善進化空間組合尺度綜合完善時序組合產(chǎn)品層次機構(gòu)學層次專用模塊通用模塊由運動實現(xiàn)的功能(運動子系統(tǒng)設計任務)分解與運動實現(xiàn)無關(guān)的功能(非運動子系統(tǒng)設計任務)控制系統(tǒng)機械運動方案的設計流程包括：機械運動方案的設計流程包括：功能分析求解功能分析求解各機構(gòu)的型數(shù)綜合各機構(gòu)的型數(shù)綜合機械運動示意圖的選定機械運動示意圖的選定各機構(gòu)尺度綜合各機構(gòu)尺度綜合根據(jù)功能要求對機械運動示意圖進行分析評價根據(jù)功能要求對機械運動示意圖進行分析評價機械運動簡圖的繪制機械運動簡圖的繪制第12頁/共81頁機械的總功能第13頁/共81頁總功能的確立功能分析

4、是設計的前提和基礎選擇機械的工作原理構(gòu)思出工藝動作過程確定機構(gòu)型式擬定機械的運動方案設計者接受任務-明確功用-寫出任務書1.搜集有關(guān)技術(shù)資料、設計需求和用戶要求；2.列出機械功能分析需求表；3.對列出的功能要求，作綜合分析研究。第14頁/共81頁機械功能分析需求表在這些功能中，要分清主功能(核心功能)、次功能，運動相關(guān)的功能、運動無關(guān)的功能第15頁/共81頁功能分解第16頁/共81頁功能分解過程機器功能多種多樣，我們研究其中。：把總功能分解成一系列相對獨立的工藝動作，以此作為功能元，然后用樹狀功能圖來描述。第17頁/共81頁例如，設計一四工位專用機床，其總功能可以分解成如下幾個工藝動作：1)安

5、置工件的工作臺要求進行間歇轉(zhuǎn)動 n2 r/min； 2)裝置刀具的主軸箱能實行靜止、快進、進給、快退的工藝動作；3)刀具以 n1 r/min 轉(zhuǎn)動來切削工件。第18頁/共81頁第19頁/共81頁同一種功能可選用不同的工作原理機械推拉原理第20頁/共81頁摩擦傳動原理第21頁/共81頁氣吸原理第22頁/共81頁第23頁/共81頁第24頁/共81頁第25頁/共81頁第26頁/共81頁分紙功能可采用三種工作原理 1)：把紋版從庫中逐張削出，可采用具有直線移動的凸輪機構(gòu)或凸輪-連桿滑塊機構(gòu)。 2)：把紋版從庫中逐張吸出，送至遞紙位置?？刹捎脷獗?、氣路、吸頭和連桿機構(gòu)。 3)：利用摩擦力把紋版從庫中逐張

6、分離出來?？刹捎镁哂袎壕o摩擦力并使紋版向前推移的機構(gòu)。第27頁/共81頁第28頁/共81頁工作原理的構(gòu)思。如何尋找合適的工作原理往往決定了產(chǎn)品的，從根本上決定了設計的成敗與否。：1.模仿人洗衣的動作，尋求可能的解決方案(揉搓、刷擦、捶打)2.直接模仿行不通，則進一步往深層次分析：衣服洗干凈的是什么衣物和臟被分離3.尋求衣物和臟物分離的方法物理法(超聲波)、化學法(利用洗衣粉)等4.在此基礎上，尋求實現(xiàn)該洗衣機理的技術(shù)方法(化學法洗衣粉+漂洗)第29頁/共81頁功能擴展產(chǎn)品創(chuàng)新的有效途徑除了尋求新的工作原理及其實現(xiàn)方式之外，還可以通過產(chǎn)品功能的擴展來達到。第30頁/共81頁功能分解過程的運動功能

7、表示第31頁/共81頁第32頁/共81頁第33頁/共81頁例如，四工位專用機床，其總功能分解成如下幾個工藝動作：1)安置工件的工作臺要求進行間歇轉(zhuǎn)動 n2 r/min； 2)裝置刀具的主軸箱能實行靜止、快進、進給、快退的工藝動作；3)刀具以 n1 r/min 轉(zhuǎn)動來切削工件。第34頁/共81頁圖示為四工位專用機床的運動轉(zhuǎn)換功能圖。它描述了原動機(電動機)至執(zhí)行構(gòu)件、刀具、工作臺、主軸箱之間的運動轉(zhuǎn)換功能。中間矩形框內(nèi)表示傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)的運動轉(zhuǎn)換基本功能圖，末端平行四邊形框內(nèi)表示執(zhí)行構(gòu)件的運動形式。該機床由兩個原動機通過兩條傳動鏈來實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件的預期運動。第35頁/共81頁機構(gòu)選型第36頁/

8、共81頁常見的運動形式 執(zhí)行構(gòu)件常見的運動形式與表達符號見下表第37頁/共81頁同一種工作原理可選用不同的機構(gòu)如范成原理加工圓柱齒輪，可采用滾齒、插齒進行加工第38頁/共81頁同一種運動形式或軌跡可選擇不同的機構(gòu)工藝動作執(zhí)行構(gòu)件的運動形式、規(guī)律或軌跡選擇或創(chuàng)造不同型式的機構(gòu)及其組合來實現(xiàn)第39頁/共81頁第40頁/共81頁第41頁/共81頁第42頁/共81頁第43頁/共81頁機械運動循環(huán)圖設計第44頁/共81頁周期性與非周期性運動1.無周期性循環(huán)起重運輸機、建筑機械：隨地點、條件而變2.周期性循環(huán)包裝機、自動機床、輕工機械：定時間間隔，其位移、速度、加速度重復一次完成一個運動循環(huán)第45頁/共8

9、1頁執(zhí)行機構(gòu)的運動協(xié)調(diào)設計如圖所示為粉料壓片機，它由上沖頭(六桿肘桿機構(gòu))、下沖頭(雙凸輪機構(gòu))、料篩傳送機構(gòu)(凸輪-連桿機構(gòu))所組成。料篩由傳送機構(gòu)送至上、下沖頭之間，通過上、下沖頭加壓把粉料壓成片狀。第46頁/共81頁根據(jù)生產(chǎn)工藝路線方案，此粉料壓片機必須要實現(xiàn)以下五個動作： 1)移動料斗至模具的型腔上方準備將粉料裝入型腔，同時將已經(jīng)成型的藥片推出； 2)料斗振動，將料斗內(nèi)粉料篩入型腔； 3)下沖頭下沉至一定深度，以防止上沖頭向下壓制時將型腔內(nèi)粉料撲出； 4)上沖頭向下，下沖頭向上，將粉料加壓并保壓一段時間，使藥片成形較好； 5)上沖頭快速退出，下沖頭隨著將己成形的工件藥片推出型腔完成壓片

10、工藝過程。 一個周期內(nèi)完成一套工藝執(zhí)行動作。第47頁/共81頁該機器特點是： 各執(zhí)行動作是有序的、相互協(xié)調(diào)配合的，須進行協(xié)調(diào)設計。各執(zhí)行機構(gòu)動作在時間上協(xié)調(diào)配合；1.在空間上協(xié)調(diào)配合；2.在速度上協(xié)調(diào)配合；3.一個周期與下一個周期有一定間隔。第48頁/共81頁機械運動循環(huán)圖設計粉料壓片機的運動循環(huán)圖橫坐標：曲柄轉(zhuǎn)角0o-360o縱坐標：工藝動作第49頁/共81頁一周表示曲柄轉(zhuǎn)角0o-360o直觀性強第50頁/共81頁橫坐標：定標構(gòu)件曲柄轉(zhuǎn)角縱坐標：各工藝動作的運動位移可清楚看出各執(zhí)行機構(gòu)的運動狀態(tài)和運動關(guān)系優(yōu)先采用第51頁/共81頁用形態(tài)學矩陣選擇運動方案第52頁/共81頁運動轉(zhuǎn)換功能圖描述：

11、原動機執(zhí)行機構(gòu)之間的傳動鏈及運動轉(zhuǎn)換方式第53頁/共81頁形態(tài)學矩陣縱坐標：功能元橫坐標：與功能匹配的機構(gòu)通過排列組合可構(gòu)成多種機械運動方案 設計者把系統(tǒng)分解成幾個獨立因素，并列出每個因素所包含的幾種可能狀態(tài)(作為列元素)構(gòu)成形態(tài)學矩陣，通過組合找出可實施的方案。第54頁/共81頁實例：精鍛機主機構(gòu)方案設計功能分析與分解第55頁/共81頁基本功能結(jié)構(gòu)圖第56頁/共81頁形態(tài)學矩陣1.列出所有方案：N =6 63 = 1296 種2.評價：剔除明顯不合理的，再進行綜合評價：；。3.選擇幾個方案。第57頁/共81頁第58頁/共81頁幾種運動方案第59頁/共81頁 形態(tài)學矩陣法的出發(fā)點是，認為許多發(fā)

12、明創(chuàng)造并不是發(fā)明一種完全新的東西，而只不過是已有東西的新型組合。形態(tài)學矩陣法可以組合成許多方案，目的是借以發(fā)現(xiàn)新的設計方案。所以這種方法僅僅是運動方案擬定、構(gòu)思方法中的一種，還可以運用其他創(chuàng)造性技法構(gòu)思、創(chuàng)造其它新穎的機械運動方案。 用形態(tài)學矩陣法選定的機械運動方案，還不能完全確定所選機構(gòu)一定能定量地實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)所需的運動參數(shù)，所以必須對各機構(gòu)進行尺度綜合。如果經(jīng)尺度綜合的機構(gòu)不能滿足預定的運動要求，則必須重新進行機構(gòu)選型，重新或部分改變機械的運動方案。第60頁/共81頁機構(gòu)尺度綜合及機械運動簡圖第61頁/共81頁各機構(gòu)的尺度綜合1.運動方案確定了機構(gòu)的型及其相關(guān)聯(lián)的情況2.由選擇的機構(gòu)，確定其尺寸：構(gòu)件的幾何尺寸、幾何形狀（如凸輪廓線等），驗證是否滿足了預定的位移、速度、加速度、軌跡等要求3.機構(gòu)尺度綜合不滿足重新選型重構(gòu)方案第62頁/共81頁繪制機械運動簡圖機械運動簡圖： 機構(gòu)系統(tǒng)的機構(gòu)尺寸是按比例畫出的。反映了機構(gòu)各構(gòu)件間真實的運動關(guān)系。第63頁/共81頁機械傳動系統(tǒng)方案設計第64頁/共81頁