第三节第三节 执行系统设计执行系统设计一、执行系统的设计要求一、执行系统的设计要求n1.1.实现预期精度的运动或动作：执行构件必须实现预实现预期精度的运动或动作：执行构件必须实现预期的精度运动或动作；期的精度运动或动作；n2.2.有足够的强度和刚度：强度不够可导致零件损坏、有足够的强度和刚度：强度不够可导致零件损坏、系统失效、人员伤亡；刚度不够可产生变形过大，影系统失效、人员伤亡；刚度不够可产生变形过大，影响系统工作。一般动力型机构的零件应进行强度和刚响系统工作。一般动力型机构的零件应进行强度和刚度计算，动作型机构零件由结构需要确定；度计算，动作型机构零件由结构需要确定；n3.3.各执行机构间动作要协调配合：确保不发生干涉碰各执行机构间动作要协调配合：确保不发生干涉碰撞、倒置等事故；撞、倒置等事故；n4.4.结构合理、造型美观、便于制造和安装；结构合理、造型美观、便于制造和安装；n5.5.工作安全可靠，有足够的使用寿命：在一定的期限工作安全可靠，有足够的使用寿命：在一定的期限内和使用条件下，保证使用寿命。内和使用条件下，保证使用寿命。机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计二、执行系统的设计步骤二、执行系统的设计步骤（有挂图）（有挂图）以以冷冷镦镦铆铆钉钉机机为为例例讲讲解解第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计( (一一) )拟定运动方案拟定运动方案n1.1.分析系统要实现的工作任务分析系统要实现的工作任务n1 1）将盘料校直；）将盘料校直；n2 2）将校直的料通过进料口）将校直的料通过进料口a a送入切断口送入切断口b b；n3 3）将料切断并送入成型工位）将料切断并送入成型工位c;c;n4 4）在成型工位）在成型工位c c将料镦压成铆钉；将料镦压成铆钉；n5 5）将铆钉从镦模中顶出来。）将铆钉从镦模中顶出来。第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计n2.2.确定工艺原理、执行构件及运动形式确定工艺原理、执行构件及运动形式n实现同一任务，可以选用不同的工艺原理；工艺原理实现同一任务，可以选用不同的工艺原理；工艺原理不同，执行构件的形状不同、运动形式不同、执行机不同，执行构件的形状不同、运动形式不同、执行机构也不同。构也不同。n1)1)校直校直 挤压原理挤压原理 一组挤压轮一组挤压轮 旋转运动旋转运动 拉伸原理拉伸原理 拉力机械手拉力机械手 直线运动直线运动 敲打原理敲打原理 击打锤击打锤( (或模或模) ) 往复移动往复移动n2)2)送料送料 摩擦原理摩擦原理 一对摩擦轮一对摩擦轮 间歇旋转运动间歇旋转运动 拉、推拉、推 拉推机械手拉推机械手 间歇移动间歇移动 拨动拨动 拨叉拨叉 往复摆动往复摆动第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计n3 3）切料）切料 剪切原理剪切原理 切刀切刀 往复移动往复移动 电切割电切割 电切割刀电切割刀 往复移动往复移动 （同时送到镦压工位，另一套复杂的执行机构）（同时送到镦压工位，另一套复杂的执行机构）n4 4）镦压成型）镦压成型 塑性变形塑性变形 镦模镦模 往复移动往复移动n5 5）起模）起模 推动推动 顶杆顶杆 往复移动往复移动 拔起拔起 夹子夹子 往复摆动往复摆动 n用形态学矩阵进行功能组合，有多种不同的组合，选用形态学矩阵进行功能组合，有多种不同的组合，选用最优方案。用最优方案。第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计( (二二) )合理选择执行机构类型、拟订机构组合合理选择执行机构类型、拟订机构组合 n1.1.一般原则一般原则n1 1）在满足要求的情况下，应尽可能减少运动链，使机）在满足要求的情况下，应尽可能减少运动链，使机构和零部件数量减少，提高效率、降低成本。使原动构和零部件数量减少，提高效率、降低成本。使原动件靠近执行构件。件靠近执行构件。n2 2）优先选用结构简单、工作可靠、便于制造和效率高）优先选用结构简单、工作可靠、便于制造和效率高的机构（常用机构）。的机构（常用机构）。n3 3）当执行系统中有几个执行构件时，效率高的机构用）当执行系统中有几个执行构件时，效率高的机构用在功率大的地方；各执行机构要求配合协调时，则它在功率大的地方；各执行机构要求配合协调时，则它们之间的连接采用传动比精确的机构。们之间的连接采用传动比精确的机构。n4 4）重要的地方，要采用安全、互锁装置。）重要的地方，要采用安全、互锁装置。n5 5）结合其它系统，特别是传动系统，它与执行系统密）结合其它系统，特别是传动系统，它与执行系统密切相关，进行通盘考虑。切相关，进行通盘考虑。 第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计n2.2.冷镦铆钉机的执行机构类型选择冷镦铆钉机的执行机构类型选择n1 1）校直：一组挤压滚轮上下对压）校直：一组挤压滚轮上下对压 - - 借用进料的拉力借用进料的拉力n2 2）送料：）送料： 曲轴的连续旋转曲轴的连续旋转 - - 间歇旋转间歇旋转 2020、1919、18 18 偏心凸轮摆杆机构偏心凸轮摆杆机构 1818、1717、16 16 双摇杆机构双摇杆机构 1515、22 22 棘轮间歇机构棘轮间歇机构 1414、1414 齿轮机构齿轮机构 1111、1111 摩擦轮机构摩擦轮机构 根据要加工的铆钉长度，确定下料长度根据要加工的铆钉长度，确定下料长度S S，S=R*S=R* R- R-摩擦轮半径，摩擦轮半径，-14-14齿轮的转角齿轮的转角第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计n3 3）切断：）切断： 连续旋转连续旋转- - 往复移动（转往复移动（转9090度角）度角） 1 1、4 4、5 5 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 5 5、6 6 移动凸轮顶杆机构移动凸轮顶杆机构n4 4）镦压：）镦压： 连续旋转连续旋转-往复移动往复移动 1 1、2 2、3 3 曲柄滑块机构曲柄滑块机构n5 5）起模：）起模： 往复移动往复移动-往复移动（变换位置，协调）往复移动（变换位置，协调） 7 7、8 8 移动凸轮摆杆机构移动凸轮摆杆机构 8 8、9 9、10 10 双摇杆机构双摇杆机构 第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计（三）绘制工作循环图（三）绘制工作循环图 n 对多个需协同工作的执行机构，应根据机械的对多个需协同工作的执行机构，应根据机械的预定功能和选定的工艺过程，将各机构的动作次序预定功能和选定的工艺过程，将各机构的动作次序和时间用图形表示出来。和时间用图形表示出来。n1.1.工作循环图工作循环图 用以表明执行系统在一个工作循环中，各执行构件用以表明执行系统在一个工作循环中，各执行构件动作次序及时间的图形。动作次序及时间的图形。n2.2.工作循环图的类型工作循环图的类型 直线式工作循环图直线式工作循环图 圆周式工作循环图圆周式工作循环图 直角坐标式工作循环图直角坐标式工作循环图 第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计n3.3.绘制步骤绘制步骤n1 1）确定各执行构件的作用和动作过程。）确定各执行构件的作用和动作过程。n2 2）确定动作的先后次序，起、停时间和运动范围。）确定动作的先后次序，起、停时间和运动范围。n3 3）选择一个与各执行构件均有关的定标件。）选择一个与各执行构件均有关的定标件。第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计铆钉机直线式工作循环图铆钉机直线式工作循环图第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计铆钉机圆周式工作循环图铆钉机圆周式工作循环图第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计（四）运动分析（四）运动分析 n1.1.目的目的 求出各构件指定点的位移、速度、和加速度。求出各构件指定点的位移、速度、和加速度。n2.2.方法方法 解析法：大型计算机，精确。解析法：大型计算机，精确。 图解法；手工作图，精度低、效率低。图解法；手工作图，精度低、效率低。n3.3.精度分析精度分析n影响系统精度的因素影响系统精度的因素： 1 1）机构的原理误差；）机构的原理误差； 2 2）机构的装配和制造误差；）机构的装配和制造误差； 3 3）受力和热变形，引起的尺寸变化；）受力和热变形，引起的尺寸变化； 4 4）因磨损导致运动副间隙增大。）因磨损导致运动副间隙增大。第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计n设计时应采取的措施设计时应采取的措施： 1 1）慎用原理误差大的近似机构；）慎用原理误差大的近似机构； 2 2）适度提高零部件的制造和装配精度；）适度提高零部件的制造和装配精度； 3 3）提高设计尺寸精度，控制运动副的间隙；）提高设计尺寸精度，控制运动副的间隙； 4 4）采用耐磨材料或控制热处理硬度，提高耐磨性；）采用耐磨材料或控制热处理硬度，提高耐磨性； 5 5）考虑合理的润滑方式，减少磨损。）考虑合理的润滑方式，减少磨损。第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计（五）动力学分析、承载能力计算（五）动力学分析、承载能力计算n1.1.根据动力学分析，确定各构件的受力情况，计算系根据动力学分析，确定各构件的受力情况，计算系统的功率。统的功率。n2.2.根据受力情况，确定各构件的位置、尺寸等参数根据受力情况，确定各构件的位置、尺寸等参数 （强度、刚度、疲劳、振动、耐磨）。（强度、刚度、疲劳、振动、耐磨）。n3.3.进行校核：传统的计算方法，材料力学。进行校核：传统的计算方法，材料力学。n4. 4. 现代的计算方法，有限元计算。现代的计算方法，有限元计算。第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计（六）系统分析（六）系统分析n建模建模n优化：多目标，技术、经济、使用、功能。优化：多目标，技术、经济、使用、功能。n评价：评价： 确定一个整体最优而单项指标可能不是最优的方案。确定一个整体最优而单项指标可能不是最优的方案。第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计作业n1 1、设计加工紧定螺钉毛呸的、设计加工紧定螺钉毛呸的 自动加工机床。紧定螺钉的毛自动加工机床。紧定螺钉的毛 呸尺寸如图所示。要求采用盘呸尺寸如图所示。要求采用盘 料加工。料加工。第三节第三节 执行系统设计执行系统设计机械系统设计机械系统设计第四章第四章 执行系统设计执行系统设计