机械系统设计 执行系统设计.ppt

执行系统设计 第三章 四 执行轴设计 一 执行系统的含义 五 导轨设计 二 执行系统设计过程 知识要点 三 机构选型 执行系统的组成执行末端件 直接与工作对象接触并完成一定工作 夹持 转动 移动等 或在工作对象上完成一定动作 切削 锻压 清洗等 的部件 执行机构 给执行末端件提供力和带动它实现运动 即把传动系统传递过来的运动进行必要的转换 以满足执行末端件的要求 第一节执行系统含义 机械系统设计的目的是要使所设计的系统具有一定的预期功能机械系统中能直接完成预期工作任务的那部分子系统就是执行系统 3 执行系统的分类 按执行系统对运动和动力的要求 动作型 要求执行系统实现预期精度的动作 位移 速度 加速度等 而对执行系统中各构件的强度 刚度无特殊要求 缝纫机 包糖机 印刷机等 动力型 要求执行系统能克服较大的生产阻力 做一定的功 对执行系统中各构件的强度 刚度有严格要求 但对运动精度无特殊要求 曲柄压力机 推土机 挖掘机 碎石机等 动作动力型 要求执行系统既能实现预期精度的动作 又要克服较大的生产阻力 做一定的功 滚齿机 插齿机等 4 第一节执行系统含义 按执行系统中执行机构的相互联系情况 单一型 在执行系统中 只有一个执行机构工作 搅拌机 碎石机 皮带输送机等 相互独立型 在执行系统中有多个执行机构进行工作 但它们之间相互独立 没有运动及生产阻力等方面的联系和制约 外圆磨床的磨削进给与砂轮转动 起重机的起吊与行走动作等 相互联系型 在执行系统中 有多个执行机构 且它们之间有运动及生产阻力等方面上的联系和制约 印刷机 包装机 缝纫机 纺织机等 5 执行系统的分类 第一节执行系统含义 执行系统的功能 1 实现运动形式或运动规律变换的功能 1 实现预期固定轨迹或简单可调的轨迹功能 2 匀速运动与非匀速运动的变换 3 连续运动与间歇式转动或摆动的变换2 实现开关 联锁和检测等的功能 1 用来实现运动的离合或开停 2 用来换向 超越或反向止动 3 用来实现联锁 过载保护 安全制动 4 实现锁止 定位 夹压等 5 实现测量 放大 比较 显示 记录 运算等3 实现程序控制功能4 实现施力功能如压力机 矿石粉碎机等 6 第一节执行系统含义 顶尖或夹盘是执行末端件 7 执行末端件 执行机构 主轴则是执行机构 卧式车床主轴 第一节执行系统含义 手爪平行开闭式机械手结构示意图 11是执行末端件 1 8 滑动齿条 2 3 小齿轮 4 双面齿条 5 气缸 6 活塞 7 螺杆 9 滑动齿条导轨 10 压缩弹簧 11 可换夹爪 8 执行末端件 执行机构 第一节执行系统含义 上述执行系统都是由纯机械结构组成的 随着科学技术的发展 执行系统的组成也在不断地发生变化 一方面由于机械的含义在不断地扩展 如电子 电器 光学 液体 气体等也可以直接与纯机械结构结合 组成较先进的机电 机光 机液等执行机构 另一方面又由于传动系统变得越来越简单 有时一个机构可以既是传动系统又是执行系统 如连杆机构的应用 所以 执行系统可以由一个简单的结构来组成 也可以由一些基本结构组合成的复杂机构来组成 这主要视系统的功能来决定 一般说来 能完成同一功能的执行系统可以有不同的方案 但应选出既能满足功能要求 又简单 可靠的一个方案 9 第一节执行系统含义 10 第一节执行系统含义 11 第一节执行系统含义 12 第一节执行系统含义 13 第一节执行系统含义 14 第一节执行系统含义 15 第一节执行系统含义 第一节执行系统含义 17 第一节执行系统含义 18 第一节执行系统含义 19 第一节执行系统含义 20 第一节执行系统含义 21 第一节执行系统含义 22 第一节执行系统含义 23 第一节执行系统含义 24 第一节执行系统含义 联动凸轮机构凸轮A B控制E的运动轨迹 可根据运动轨迹的要求设计凸轮曲线 E 执行末端件其它 执行机构 25 执行末端件 第一节执行系统含义 曲柄摇杆ABCD机构实现刀具的慢进和快退 AB的长度调节行程 M1 M3调节刀具与工件的相对位置 XY向 M2调节工作台的高度 曲柄摇杆FGHI驱动棘轮J带动螺杆K实现每循环进给量 有两个执行末端件 刀具和工作台 牛头刨床 26 执行系统是总系统中的一个子系统 且此系统的一端与被执行 加工 对象接触 另一端与传动系统连接 在设计执行系统时 不但要明确本系统中各零 部件的相互作用及设计要求 同时 还要了解与其它系统的联系 协调和分工 进而使总系统处在最佳状态下工作 执行末端件的运动无外乎是回转运动 直线运动或者两种运动的合成 回转运动 圆导轨 轴承 齿轮等 电动机等直线运动 直线导轨 液压缸等 直线电机 27 第二节执行系统的设计 一 执行系统的设计要求 28 第二节执行系统的设计 1 实现预期精度的运动或动作执行系统为完成工作任务 必须实现预期精度的运动或动作 既不仅要满足运动或动作形式的要求 而且要确保一定的精度 盲目提高精度 会增加成本 装配困难 2 各执行机构间动作要协调配合当设计相互联系型执行系统时 要确保各执行机构间的运动协调与配合 防止碰撞 干涉或工序倒置等事故 为此 要绘制工作循环图 将先后顺序 起讫时间和运动范围等在图中示出 保证运动协调与配合 29 第二节执行系统的设计 3 有足够的强度 刚度需校核计算 因执行机构要直接承受作用力 强度不够会破坏 刚度不够会变形 4 结构合理 造型美观 便于制造与安装设计时应注意零部件的结构工艺性 要便于制造与安装 这要从材料选择 制造过程和方法考虑 降低工时和费用 还要造型美观 5 工作安全可靠 有足够的使用寿命在有限寿命内正常工作 无故障工作时间长 安全 便于维护管理 除上述要求外根据工作环境不同 还有防锈 防腐 耐高温等要求 由于执行机构都是外露的 其工作范围往往属于危险区域 因此要设置防护装置或警示标志 1 导轨的功用导向和承载2 导轨的分类 a 按运动轨迹 直线和圆周运动 b 按工作时的摩擦性质 滑动导轨和滚动导轨 滑动导轨 普通滑动 液体动压 液体静压和卸荷导轨等 滚动导轨按滚动体分 滚珠 滚柱和滚针导轨 c 按受力情况 开式和闭式导轨 30 二 导轨设计 第二节执行系统的设计 3 导轨的基本要求 a 导向精度是指动导轨沿支承导轨运动的准确度 即直线运动导轨的直线性 圆周运动导轨的真圆性和导轨与其它运动件之间相互位置的准确性 导轨应具有足够高的导向精度 且需要在长期工作后仍保持原有的很高的导向精度 精度保持性 影响导轨导向精度的主要因素是导轨的几何精度和接触精度 b 支承刚度表示导轨受载后抵抗变形的能力 导轨变形主要是由导轨自身变形 接触变形 扭转 弯曲变形 和导轨支承件变形引起导轨变形组成的 c 高灵敏度指当动导轨作低速运动或微量位移 以 m为单位 时 应保证其运动的灵敏性及低速运动的平稳性 即不出现爬行现象 使动导轨的运动准确到位 影响导轨灵敏度及运动平稳性的因素主要是 导轨的结构及材料 动与静摩擦系数的差值 润滑及与动导轨相连的传动链的刚度等 31 第二节执行系统的设计 4 导轨设计的内容根据工作情况选择合适的导轨类型 根据导向精度要求及制造工艺性 选择导轨的截面形状 选择合适的导轨材料 热处理及精加工方法 确定导轨的结构尺寸 进行压强和压强分布的验算设计导轨磨损后的补偿及间隙调整装置 设计良好的防护装置及润滑系统 32 开式导轨闭式导轨 导轨在部件自重和外载作用下 导轨面c和d在导轨全长上始终贴合着 当动导轨受到较大的倾覆力矩M时 其自重不能使导轨面e和f始终贴合 所以 必须增加压板1和2 以形成辅助导轨面g和h 33 5 导轨间隙的调整 平镶条 34 5 导轨间隙的调整 楔形镶条 35 5 导轨间隙的调整 压板 36 执行轴机构一般主要由执行轴 安装在其上的传动件 齿轮 皮带轮等 密封件 轴承 轴承间隙调整及固定元件 螺母 等组成 设计执行轴机构主要是各组成元件的布置及设计轴本身 45 三 主轴设计 第二节执行系统的设计 一 主轴部件的典型结构1 主轴部件类型划分 1 主轴仅作旋转运动 如车床 卧式铣床 磨床等的主轴部件 一 主轴部件的典型结构1 主轴部件类型划分 1 主轴仅作旋转运动 如车床 卧式铣床 磨床等的主轴部件 2 主轴作旋转运动和轴向进给运动 如钻床 镗床的主轴部件 3 主轴作旋转运动 并可作轴向调整移动 如龙门铣床 滚齿机的主轴部件 4 主轴绕自身轴线旋转 并绕另一个与自转轴平行轴作行星运动 如行星铣削头 行星内圆磨床的主轴部件 2 主轴部件的几种典型结构 1 中高转速 较大载荷 采用滚动轴承的主轴部件这类主轴的支承通常以角接触球轴承或双列向心短圆柱滚子轴承为主进行组配 也可以用圆锥滚子轴承 如CK7815型数控车床主轴部件 主轴前支承内有三个角接触球轴承 为背靠背组配 其中前面两个同向大口朝外 第三个大口朝里 同时能承受径向载荷和两个方向的轴向载荷 2 以轴向载荷为主 采用滚动轴承的主轴部件属于这一类的主要是钻床类主轴部件 如摇臂钻床主轴部件 由于主轴受的轴向力较大 径向载荷较小 且主轴的旋转精度要求不高 因此轴向支承用推力球轴承 径向支承用向心深沟球轴承且不必预紧 3 高转速 采用滚动轴承的主轴部件这类主轴转速较高且常恒定不变 通常采用角接触球轴承 如果载荷不大 则每个支承可装一个轴承 大口朝外 如果载荷大 在同一支承处可以多联组配 4 采用液体动压滑动轴承的主轴部件滑动轴承因其具有良好运转平稳性和抗振性 阻尼大 等滚动轴承难以替代的优点 在精密机床 如磨床 中得到广泛应用 二 主轴的结构主轴的结构主要取决于机床的类型 主轴上安装的传动件 轴承和密封件等零件的类型 数目 位置和安装定位方法等 同时 还要考虑主轴加工和装配的工艺性 为了便于装配和满足轴承 传动件等轴向定位的需要 主轴一般是阶梯形的轴 其直径从前端向后或者是从中间向两端逐段缩小 各阶梯之间