第四章 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第四章執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)執(zhí)行系統(tǒng)的組成、功能及分類一.執(zhí)行系統(tǒng)的組成執(zhí)行系統(tǒng)是直接完成系統(tǒng)預(yù)期工作任務(wù)的部分，因此也稱工作機(jī)或工作裝置。執(zhí)行系統(tǒng)由執(zhí)行構(gòu)件和與之相連的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。二.執(zhí)行系統(tǒng)的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是傳遞和變換運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。變換運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式變化運(yùn)動(dòng)節(jié)拍變化連續(xù)斷續(xù)連續(xù)連續(xù)回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)擺動(dòng)回轉(zhuǎn)單向直線回轉(zhuǎn)直線往復(fù)回轉(zhuǎn)特殊軌跡擺動(dòng)擺動(dòng)擺動(dòng)單向直線擺動(dòng)直線往復(fù)直線單向直線直線直線往復(fù)直線往復(fù)直線往復(fù)第2頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三常見執(zhí)行系統(tǒng)的功能：1.夾持第3頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工件手指液壓缸活塞桿連桿液壓缸手指轉(zhuǎn)臂第4頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.搬運(yùn)指將工件從一個(gè)位置移送到另一個(gè)位置。第5頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.輸送輸送是將工件按給定的路線從一個(gè)位置運(yùn)到下一個(gè)位置。第6頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.分度與轉(zhuǎn)位第7頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三如圖4-12為檢測(cè)墊圈內(nèi)徑的裝置。5.檢測(cè)第8頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三如圖4-14所示，檢測(cè)螺釘長(zhǎng)度和剔除過(guò)長(zhǎng)螺釘?shù)难b置。第9頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.施力有的機(jī)械要執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作，如前所示。而還有些機(jī)械要求執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)工作對(duì)象施加力或力矩以達(dá)到完成任務(wù)的目的。有的機(jī)械系統(tǒng)還要執(zhí)行系統(tǒng)具備多種功能要求，如插齒機(jī)。7.完成工藝復(fù)雜動(dòng)作執(zhí)行系統(tǒng)要完成各種工藝復(fù)雜的動(dòng)作，此種情況，執(zhí)行系統(tǒng)需有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件組成。如圖4-16糖果扭結(jié)包裝機(jī)的執(zhí)行系統(tǒng)：第10頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三.執(zhí)行系統(tǒng)的分類見P80表4-1第11頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四.執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式見P81表4-2第12頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)機(jī)構(gòu)選型及常用執(zhí)行

機(jī)構(gòu)的主要性能特點(diǎn)一.機(jī)構(gòu)選型機(jī)構(gòu)的類型很多，滿足同一運(yùn)動(dòng)要求的機(jī)構(gòu)，也可一用不同的機(jī)構(gòu)來(lái)完成。因此，必須了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性，同時(shí)對(duì)機(jī)械的外廓尺寸、重量、結(jié)構(gòu)限制、動(dòng)力特性、傳動(dòng)精度、生產(chǎn)率、制造難易、工作環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行分析、比較，根據(jù)實(shí)際需要選擇或設(shè)計(jì)出最佳方案。二.常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要性能和特點(diǎn)1.連桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：連桿機(jī)構(gòu)是低副機(jī)構(gòu)，各運(yùn)動(dòng)副為面接觸，因此壓強(qiáng)小、磨損小、易加工，改變構(gòu)件的尺寸或輸出點(diǎn)的位置可獲得不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡。但實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律的靈活性差，慣性力難以平衡，動(dòng)載、噪音、振動(dòng)較大。因此，連桿不適用高速場(chǎng)合。第13頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第14頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第15頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第16頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，設(shè)計(jì)方便。但因是高副機(jī)構(gòu)，比壓較大、易磨損、高速時(shí)動(dòng)力學(xué)特性變差。故凸輪機(jī)構(gòu)不宜在高速重載條件下工作。凸輪設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題：1）從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：等速運(yùn)動(dòng)、等加等減速運(yùn)動(dòng)、余弦加速度，除這三種運(yùn)動(dòng)規(guī)律外，還有正弦加速度、高次曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。實(shí)際中應(yīng)用中通常改進(jìn)。設(shè)計(jì)時(shí)考慮：F=mv2）凸輪輪廓曲線的最小曲率半徑：不宜過(guò)小3）壓力角與基圓半徑：滾子從動(dòng)件凸輪壓力角及其許用壓力角見P87表4-6。第17頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第18頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4）凸輪常用材料及其強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)材料的要求：因凸輪在變應(yīng)力下工作，且往往伴有沖擊。因此凸輪的材料應(yīng)有較好的抗疲勞強(qiáng)度、抗沖擊韌性和抗磨損能力。常用材料：碳鋼：45、60、65中碳合金鋼：低碳合金鋼：強(qiáng)度計(jì)算：接觸強(qiáng)度計(jì)算3.間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)見P88表4-74.直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)見P91表4-85.差動(dòng)機(jī)構(gòu)常見差動(dòng)機(jī)構(gòu)見P95表4-9可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解和合成。第19頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.增力機(jī)構(gòu)常見增力機(jī)構(gòu)見P97表4-107.行程增大機(jī)構(gòu)常見行程增大機(jī)構(gòu)見P98表4-11第20頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三如螺紋的加工原理方案：第三節(jié)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)一.執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求1.實(shí)現(xiàn)預(yù)期精度的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作2.有足夠的強(qiáng)度、剛度3.各執(zhí)行構(gòu)件間動(dòng)作要協(xié)調(diào)配合4.結(jié)構(gòu)合理、便于制造安裝、造型美觀5.工作安全可靠，有足夠的使用壽命。6.在特殊介質(zhì)（如潮濕、腐蝕、高溫等）工作的零件有防銹、防腐、耐高溫的要求。二.執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟1.擬訂運(yùn)動(dòng)方案注意多種方案比較、擇優(yōu)第21頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三同樣注意多種方案比較、擇優(yōu)，同時(shí)要綜合考慮與相關(guān)另部件的協(xié)調(diào)。2.合理選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型，擬訂機(jī)構(gòu)組合方案原則：1）滿足運(yùn)動(dòng)要求的前提下，盡可能縮短運(yùn)動(dòng)鏈、以減少機(jī)構(gòu)和零部件數(shù)，從而提高機(jī)械效率，降低成本；2）應(yīng)優(yōu)先選用機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、便于制造和效率高的機(jī)構(gòu)；3）執(zhí)行系統(tǒng)中同時(shí)有幾個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，為減少功率損失，應(yīng)把效率較高的機(jī)構(gòu)放在傳遞功率大的地方；若執(zhí)行機(jī)構(gòu)間協(xié)調(diào)性要求較高，則他們之間的連接應(yīng)選用傳動(dòng)比準(zhǔn)確的機(jī)構(gòu)。第22頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.繪制工作循環(huán)圖按機(jī)械預(yù)期的功能和選定的工藝過(guò)程，把各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序及時(shí)間用圖形表示出來(lái)。這種表示各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序及時(shí)間的圖形稱工作循環(huán)圖。首先要弄清各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程及運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作的先后順序、起止時(shí)間和運(yùn)動(dòng)范圍。其次選一個(gè)定標(biāo)構(gòu)件?！}———例：臥式冷鐓鉚釘機(jī)的機(jī)構(gòu)選型和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的繪制。1）根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)擬訂工藝過(guò)程及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方案：2）確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)：3）選擇機(jī)構(gòu)類型、繪制冷鐓機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：鐓壓機(jī)構(gòu)：進(jìn)料機(jī)構(gòu)：切斷和送料機(jī)構(gòu)：脫模機(jī)構(gòu)：第23頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖：

第24頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.運(yùn)動(dòng)分析：目的：計(jì)算指定點(diǎn)的位置、速度、加速度、確定指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡等。為動(dòng)力分析打基礎(chǔ)。方法：解析法、圖解法5.動(dòng)力學(xué)分析及承載能力計(jì)算：舉例：多功能液體軟包裝機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析第25頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三多功能液體包裝機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第26頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第27頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第28頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三牽引機(jī)構(gòu)第29頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三豎封機(jī)構(gòu)第30頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三橫封機(jī)構(gòu)第31頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三計(jì)量機(jī)構(gòu)第32頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三作業(yè)一.自動(dòng)打標(biāo)機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)：

1.工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程：產(chǎn)品自動(dòng)打標(biāo)機(jī)能實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品表面自動(dòng)打制鋼印的要求。產(chǎn)品由輸送帶運(yùn)送到推送頭1的前端（如圖所示），然后由推送機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品3推送到打印頭2的下部，此后打印頭2向下運(yùn)動(dòng)，于產(chǎn)品上表面接觸，完成打印操作。在打印頭退回原位時(shí)，推送機(jī)構(gòu)再推送另一產(chǎn)品，并把已打印好的產(chǎn)品推走。2.原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求：生產(chǎn)率為10件/min，要求打印頭在與產(chǎn)品接觸時(shí)，有1秒的停歇時(shí)間，以保證在產(chǎn)品上形成清晰的印字。第33頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.設(shè)計(jì)任務(wù)：1）擬定打標(biāo)機(jī)構(gòu)和推送機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案，并進(jìn)行分析評(píng)價(jià)；2）根據(jù)工藝動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求，繪制打標(biāo)機(jī)的工作循環(huán)圖；3）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖。作業(yè)二：糕點(diǎn)切片機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)：1.工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程：

糕點(diǎn)先成形（如長(zhǎng)方體、圓柱體等）、經(jīng)切片后再烘干。糕點(diǎn)切片機(jī)需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行動(dòng)作：糕點(diǎn)的直線間歇移動(dòng)和切刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)兩者的動(dòng)作配合進(jìn)行切片，改變直線間歇移動(dòng)速度或每次間隔的輸送距離，以滿足糕點(diǎn)不同切片厚度的需要。第34頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(3)切刀切片時(shí)最大的作用距離（切刀寬度）：300mm；(4)切刀的工作節(jié)拍：40次/分(5)電動(dòng)機(jī)功率：N=0.55KW，轉(zhuǎn)速n=1390r/min(6)要求機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，運(yùn)動(dòng)靈活、可靠。3.設(shè)計(jì)任務(wù)（1）根據(jù)工藝動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；（2）構(gòu)思實(shí)現(xiàn)上述動(dòng)作要求的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和切刀機(jī)構(gòu)；（3）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定和選擇；（4）根據(jù)選定的原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案；（5）畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖；（6）對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸計(jì)算。2.原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求（1）糕點(diǎn)厚度：10?20mm;

（2）糕點(diǎn)切片長(zhǎng)度（即切片的高）：5?80mm；第35頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三作業(yè)三：多功能枕形包裝機(jī)橫封切斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)：1.工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程：

橫封頭做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在完成熱封合的同時(shí)將薄膜切短，要求封頭封切瞬時(shí)的速度與薄膜的速度相等，之后，封頭快速轉(zhuǎn)動(dòng)分離，以使包裝好的物品順利輸出。2.原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求：

1）包裝速度：120包/分

2）包裝袋節(jié)長(zhǎng)：100~200mm第36頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

3）封頭（刀）回轉(zhuǎn)半徑：R=60mm3.設(shè)計(jì)任務(wù)

1）擬定橫封驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案，并進(jìn)行分析評(píng)價(jià)；

2）對(duì)所選定的不等速機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析；

3）包裝袋長(zhǎng)改變時(shí)，如何進(jìn)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)；

4）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。作業(yè)四：晶體生長(zhǎng)設(shè)備提拉系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)：采用直拉法工藝進(jìn)行晶體生長(zhǎng)時(shí)，要求籽晶桿完成兩個(gè)運(yùn)動(dòng)：一個(gè)是籽晶桿的直線提拉運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)是籽晶桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩運(yùn)動(dòng)相對(duì)獨(dú)立。1.已知設(shè)計(jì)參數(shù)：提拉速度v=110mm/h，籽晶桿行程s=500mm,

籽晶桿轉(zhuǎn)速n=130r/min，籽晶桿承重10kg。2.設(shè)計(jì)任務(wù)：

1）完成提拉機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)；

2）列出形態(tài)學(xué)矩陣；

3）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；第37頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三作業(yè)五：自動(dòng)沖