機電創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)知識PPT課件

1、1課題三課題三 機電創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)知識機電創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)知識一一 機械的基礎(chǔ)知識機械的基礎(chǔ)知識1、機械及其組成、機械及其組成 機械是用來傳遞運動或動力的能完成有用機械功機械是用來傳遞運動或動力的能完成有用機械功的裝置，用來變換或傳遞能量、信息。其特點如下的裝置，用來變換或傳遞能量、信息。其特點如下: 1)執(zhí)行機械運動的裝置執(zhí)行機械運動的裝置 2)物料或信息的傳遞物料或信息的傳遞,完成有用的機械功完成有用的機械功 3)完成能量的轉(zhuǎn)換完成能量的轉(zhuǎn)換 分類分類:動力機動力機,工作機工作機,信息機信息機22、機械組成的示意圖、機械組成的示意圖原動機原動機傳動結(jié)構(gòu)傳動結(jié)構(gòu)執(zhí)行結(jié)構(gòu)執(zhí)行結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)

2、注意注意: :工程中，有些機械沒有傳動機構(gòu)，而是由原動工程中，有些機械沒有傳動機構(gòu)，而是由原動機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。33、運動方案設(shè)計的必備知識、運動方案設(shè)計的必備知識 為了順利地進行機械運動方案設(shè)計，必須掌握必要的知識和環(huán)境信息，必須了解有關(guān)學科在實現(xiàn)運動方案設(shè)計中所能起到的作用。 1 . 充 分 了 解 并 掌 握 各 種 常 用 機 構(gòu) 的 基 本 知 識 ； 2 . 必 須 了 解 和 掌 握 各 種 動 力 源 的 性 能 和 使 用 要 求 ； 3.必須熟悉對設(shè)計方案的選擇有重要影響的周圍環(huán)境的信息； 4.充分重視其他學科的技術(shù)應(yīng)用。4二二 機構(gòu)的基本類型機構(gòu)的基

3、本類型1、平面四桿機構(gòu)、平面四桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)- -雷達雷達 刮雨器刮雨器 攪拌機攪拌機雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)-慣性篩慣性篩 平行四邊形機構(gòu)平行四邊形機構(gòu) 反平行四邊形機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)-起落架起落架( (實際情景實際情景) ) 起重機起重機5壓力角、傳動角、死點位置壓力角、傳動角、死點位置-縫紉機縫紉機 夾緊機構(gòu)夾緊機構(gòu)6急回特性急回特性曲柄與機架長的平方曲柄與機架長的平方和等于連桿與搖桿長和等于連桿與搖桿長的平方和的平方和7曲柄搖塊機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu) 擺動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)- -牛頭刨床牛頭刨床 曲柄滑塊曲柄滑塊( (搖桿搖桿) )機構(gòu)機構(gòu) 偏心輪機構(gòu)偏心

4、輪機構(gòu)- -發(fā)動機發(fā)動機 破破碎機碎機固定1：轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)-小型刨床固定2：曲柄搖塊機構(gòu)-翻斗車固定3：移動導桿機構(gòu)-手壓抽水機固定4：曲柄滑塊機構(gòu)8設(shè)計連桿機構(gòu)時注意以下問題：設(shè)計連桿機構(gòu)時注意以下問題：1、各構(gòu)件的運動不能發(fā)生干涉、各構(gòu)件的運動不能發(fā)生干涉92 2、在機械平衡的基礎(chǔ)上，把安裝配重與結(jié)構(gòu)設(shè)、在機械平衡的基礎(chǔ)上，把安裝配重與結(jié)構(gòu)設(shè)計一并考慮計一并考慮3 3、機構(gòu)的運動精度、機構(gòu)的運動精度102、凸輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu) 1 1、實現(xiàn)預期的位置要求、實現(xiàn)預期的位置要求-分度凸輪分度凸輪2 2、實現(xiàn)預期的運動規(guī)律要求、實現(xiàn)預期的運動規(guī)律要求-自動車床走刀機構(gòu)自動車床走刀機構(gòu) 靠模車削靠模

5、車削3 3、實現(xiàn)運動與動力特性要求、實現(xiàn)運動與動力特性要求內(nèi)燃機的配氣機構(gòu)內(nèi)燃機的配氣機構(gòu)分類：分類：按形狀分：按形狀分：盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪按從動件端部形狀分：按從動件端部形狀分：尖底從動件、滾子從動件、平底從動件尖底從動件、滾子從動件、平底從動件按從動件的運動方式分：按從動件的運動方式分：直動從動件、擺動從動件直動從動件、擺動從動件11凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計注意的問題凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計注意的問題: :1 1、力鎖合、形鎖合、力鎖合、形鎖合力鎖合力鎖合- -靠模車削靠模車削形鎖合形鎖合- -溝槽凸輪溝槽凸輪 等寬凸輪等寬凸輪 等徑凸輪等徑凸輪2 2、凸輪的基圓半徑較小，常

6、做成凸輪軸；、凸輪的基圓半徑較小，常做成凸輪軸； 凸輪的基圓半徑較大，可做成的盤狀凸輪輪。凸輪的基圓半徑較大，可做成的盤狀凸輪輪。123 3、凸輪的磨損、凸輪的磨損133、間歇運動機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)1 1、棘輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)雙向棘輪雙向棘輪 雙棘爪雙棘爪調(diào)整棘輪每次轉(zhuǎn)過角度的方法：調(diào)整棘輪每次轉(zhuǎn)過角度的方法：（1 1）調(diào)整搖桿擺角）調(diào)整搖桿擺角（2 2）設(shè)置遮板）設(shè)置遮板2 2、槽輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)- -電影放映機電影放映機外槽輪機構(gòu)外槽輪機構(gòu)內(nèi)槽輪機構(gòu)內(nèi)槽輪機構(gòu)雙圓銷槽輪雙圓銷槽輪空間槽輪機構(gòu)空間槽輪機構(gòu)144、帶傳動、帶傳動 15優(yōu)點：緩沖、吸振作用；運行平穩(wěn)、噪音?。粌?yōu)點：緩沖、吸振作用；

7、運行平穩(wěn)、噪音小； 結(jié)構(gòu)簡單，增減帶長適應(yīng)不同的中心距要求結(jié)構(gòu)簡單，增減帶長適應(yīng)不同的中心距要求缺點：普通帶傳動比不準確；傳動帶壽命短。缺點：普通帶傳動比不準確；傳動帶壽命短。 同步帶克服了其缺點。同步帶克服了其缺點。歐拉公式：歐拉公式：彈性滑動彈性滑動打滑打滑eFF21165、鏈傳動、鏈傳動優(yōu)點：傳動比準確，傳動效率高，能工作在惡劣環(huán)境下優(yōu)點：傳動比準確，傳動效率高，能工作在惡劣環(huán)境下缺點：瞬時速度變化，平穩(wěn)性差，噪聲大缺點：瞬時速度變化，平穩(wěn)性差，噪聲大基本特性參數(shù)：鏈節(jié)距基本特性參數(shù)：鏈節(jié)距鏈排數(shù)一般不超過鏈排數(shù)一般不超過4 4排，鏈節(jié)數(shù)取偶數(shù)。排，鏈節(jié)數(shù)取偶數(shù)。176、螺旋傳動、螺旋傳

8、動 螺旋傳動是利用螺紋副來傳遞運動和力的，主要功能是將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。按用途分為三類：1、傳力螺旋-千斤頂2、傳導螺旋-車床進給3、調(diào)整螺旋-虎鉗滑動螺旋滾動螺旋187、齒輪傳動、齒輪傳動19齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計20控制方法控制方法: 機械、電氣、液壓、氣動和綜合控制機械、電氣、液壓、氣動和綜合控制.電氣控制的優(yōu)點：電氣控制的優(yōu)點：體積小，操作方便，無污染，安全可靠，可進行遠體積小，操作方便，無污染，安全可靠，可進行遠程控制。程控制。1. 電氣控制系統(tǒng)的基本要求電氣控制系統(tǒng)的基本要求1)滿足機械的動作要求或工藝條件。滿足機械的動作要求或工藝條件。2)電氣、電子元件合理，工作安全可靠。

9、電氣、電子元件合理，工作安全可靠。3)停機時，控制系統(tǒng)的電子元器件不應(yīng)長期帶電。停機時，控制系統(tǒng)的電子元器件不應(yīng)長期帶電。4)有較強的抗干擾能力，避免誤操作現(xiàn)象發(fā)生。有較強的抗干擾能力，避免誤操作現(xiàn)象發(fā)生。三三 機械的控制系統(tǒng)機械的控制系統(tǒng)215)5)便于維護與管理，經(jīng)濟指標好。便于維護與管理，經(jīng)濟指標好。6)6)使用壽命長。使用壽命長。7)7)自動控制系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置緊急手動控制裝置。自動控制系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置緊急手動控制裝置。2 2控制對象控制對象對原動機進行控制對原動機進行控制對電磁鐵的控制對電磁鐵的控制3 3機械控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢機械控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢- -數(shù)字控制數(shù)字控制控制對象可分為兩類：控

10、制對象可分為兩類：第一類是以位移、速度、加速度、溫度、壓力等數(shù)量的大第一類是以位移、速度、加速度、溫度、壓力等數(shù)量的大小為控制對象小為控制對象( (模擬和數(shù)字控制模擬和數(shù)字控制) )第二類是以物體的有、無、動、停等邏輯狀態(tài)為控制對象，第二類是以物體的有、無、動、停等邏輯狀態(tài)為控制對象，稱為邏輯控制稱為邏輯控制22231、機械系統(tǒng)的基本組成形式、機械系統(tǒng)的基本組成形式四四 機械系統(tǒng)及其發(fā)展機械系統(tǒng)及其發(fā)展242 2、機械系統(tǒng)的發(fā)展與演變、機械系統(tǒng)的發(fā)展與演變1 1剛性機械系統(tǒng)剛性機械系統(tǒng) 剛性機械系統(tǒng)的運動不具有可控性。一般泛剛性機械系統(tǒng)的運動不具有可控性。一般泛指機械裝置與電氣裝置獨立組合的機

11、械系統(tǒng)，只指機械裝置與電氣裝置獨立組合的機械系統(tǒng)，只有簡單的開、關(guān)、正反轉(zhuǎn)、停止等獨立的控制要有簡單的開、關(guān)、正反轉(zhuǎn)、停止等獨立的控制要求。求。2 2柔性機械系統(tǒng)柔性機械系統(tǒng) 柔性機械系統(tǒng)的運動具有可控性，可借助柔性機械系統(tǒng)的運動具有可控性，可借助傳感傳感器或控制電路，通過微機按位置、位移、速度、器或控制電路，通過微機按位置、位移、速度、壓力、溫度等參數(shù)實施智能化控制。壓力、溫度等參數(shù)實施智能化控制。253 3機械系統(tǒng)的發(fā)展機械系統(tǒng)的發(fā)展26構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則:1)根據(jù)受力大小、方向及對機械的具體要求，選根據(jù)受力大小、方向及對機械的具體要求，選擇構(gòu)件材擇構(gòu)件材 料，選擇材料要

12、合理。料，選擇材料要合理。2)工藝過程要合理。工藝過程要合理。 3)選擇橫截面的形狀與尺寸選擇橫截面的形狀與尺寸,有適當?shù)男螤?。有適當?shù)男螤睢?)結(jié)構(gòu)化的構(gòu)件要滿足強度、剛度等項要求，符結(jié)構(gòu)化的構(gòu)件要滿足強度、剛度等項要求，符合安全性合安全性 與可靠性指標。與可靠性指標。5)要考慮到與其它構(gòu)件的可聯(lián)接性及聯(lián)接待點。要考慮到與其它構(gòu)件的可聯(lián)接性及聯(lián)接待點。6)構(gòu)件之間不能發(fā)生運動干涉。構(gòu)件之間不能發(fā)生運動干涉。7)要考慮到經(jīng)濟性，盡量降低成本。要考慮到經(jīng)濟性，盡量降低成本。8)維修、安裝方便。維修、安裝方便。五五 構(gòu)件設(shè)計的原則構(gòu)件設(shè)計的原則27機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計是在新構(gòu)思的基礎(chǔ)上進行的設(shè)計，它包括

13、對原有機構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用、新機構(gòu)的構(gòu)思和原動機的創(chuàng)新發(fā)展三個方面。1、機構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用 機構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用是仍然使用常見的機構(gòu)，經(jīng)過巧妙的構(gòu)思，賦予機構(gòu)以新的應(yīng)用。如無腳蹬自行車即是將自行車后輪安裝成偏心輪，恰似曲柄的形式，使后輪轉(zhuǎn)動 六六 機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計 282 2、新機構(gòu)的構(gòu)思、新機構(gòu)的構(gòu)思1 1）. .原有機構(gòu)的發(fā)展原有機構(gòu)的發(fā)展 在對原有機構(gòu)的應(yīng)用中，由于其某些性能方在對原有機構(gòu)的應(yīng)用中，由于其某些性能方面的不足，所以會出現(xiàn)一些新的機構(gòu)。如齒面的不足，所以會出現(xiàn)一些新的機構(gòu)。如齒輪傳動的傳動比較小，因而有蝸輪輪傳動的傳動比較小，因而有蝸輪- -蝸桿機蝸桿機構(gòu)的出現(xiàn)，此后又有擺線針輪

14、減速器和諧波構(gòu)的出現(xiàn)，此后又有擺線針輪減速器和諧波減速器的出現(xiàn)等等。減速器的出現(xiàn)等等。 2 2）. .新機構(gòu)的創(chuàng)造新機構(gòu)的創(chuàng)造 如利用纖維連桿將可逆旋轉(zhuǎn)或擺動變換成直如利用纖維連桿將可逆旋轉(zhuǎn)或擺動變換成直線往復運動的執(zhí)行元件已用于假手的研制中。線往復運動的執(zhí)行元件已用于假手的研制中。293）.組合機構(gòu) 將幾個機構(gòu)采用并聯(lián)封閉的形式組合后形成的機構(gòu)稱之為組合機構(gòu)。組合機構(gòu)是機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的一個重要方面。 齒輪-連桿組合機構(gòu)包裝機械中常用的一種齒輪-連桿組合機構(gòu)，它可以實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律，使齒輪5單向變速轉(zhuǎn)動，瞬時停歇變速轉(zhuǎn)動或具有反向轉(zhuǎn)動的變速轉(zhuǎn)動等。303）.組合機構(gòu) 復雜軌跡曲線的齒輪-連桿機

15、構(gòu)。連桿的尺寸、齒輪的傳動比及M點的位置不同，軌跡曲線則發(fā)生變化。313、原動機的創(chuàng)新發(fā)展 新型電動機和新材料驅(qū)動器的出現(xiàn)，可大大的簡化機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，甚至改變了傳動機構(gòu)的設(shè)計。1）.新型電動機 今天的一些電動機已與傳統(tǒng)的形式有很大的不同，交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用大大簡化了機械變速機構(gòu)。直線電動機可直接輸出直線運動，采用這種電動機將不再需要諸如滾珠絲杠等直線傳動機構(gòu)，并且具有非常高的傳動定位精度（m級）。例如使用直線驅(qū)動器的電子打字機運行穩(wěn)定、機構(gòu)簡單、不需要調(diào)整。直接驅(qū)動電動機，不需要經(jīng)齒輪等減速機構(gòu)，而可直接用于機器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動，大大簡化了機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。即使是傳統(tǒng)的電動機，隨著高磁性材料和化學加工

16、方法的應(yīng)用，其尺寸也越來越小。如使用照相刻蝕、電鍍方法制作的盒式錄像機驅(qū)動用新型無刷直流電動機厚度僅為4mm。其中4層繞組總厚度為0.7mm，永久磁鐵厚度為1mm。此外，還可采用硅技術(shù)（IC制造技術(shù)）制作微型電動機。322）.新材料驅(qū)動器 由于新材料的出現(xiàn)，產(chǎn)生了許多新型驅(qū)動原理與新型驅(qū)動器，它們給機構(gòu)設(shè)計帶來了新思想。 3）.多自由度驅(qū)動器 多自由度機械需要多個原動件，每個原動件都需要一個驅(qū)動器，有時多個驅(qū)動器間還需要有一些機構(gòu)作運動協(xié)調(diào)處理。多自由度驅(qū)動器在多自由度裝置中應(yīng)用，可以減少驅(qū)動器的數(shù)目，省去這些作運動協(xié)調(diào)的機構(gòu)，降低裝置的復雜程度，減小體積，提高運動精度。如專門設(shè)計的光盤讀寫頭二自由度驅(qū)動器，可實現(xiàn)驅(qū)動光盤旋轉(zhuǎn)并準確移動讀寫頭到所期望的軌道位置。33設(shè)計舉例設(shè)計舉例 印刷機的送紙機構(gòu)為例進行機械運動方案設(shè)計。印刷機的送紙機構(gòu)為例進行機械運動方案設(shè)計。 1)、任務(wù)的分析及運動參數(shù)的確定、任務(wù)的分析及運動參數(shù)的確定 要求要求 一疊紙中的第一張與其它紙張分離并送出，每分鐘一疊紙中的第一張與其它紙張分離并送出，每分鐘送出送出30張。因此有：張。因此有： (1)送出多遠？送出多遠？ (2)如何實現(xiàn)紙張分離？如何實現(xiàn)紙張分離？