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第一章 绪论 第二章 自动机械设计原理 第三章 自动机械总体设计 第四章 自动机械的工作性能指标 第五章 自动机械传动系统的设计 第六章 机构运动规律及机构选型 第七章 间歇运动机构 第八章 自动机械供料机构设计 第九章 自动机械设计实例,自动机械设计,自动机械设计,第一节 本课程的任务、地位、内容、结构 第二节 自动机械的特点 第三节 自动机械的结构组成及分类 第四节 自动机械的设计要求及设计过程 第五节 自动机械的发展方向,第一章 绪论,自动机械设计,第一节 本课程的任务、地位、内容、结构,第一章 绪论,自动机械设计,一、本课程的任务 二、本课程的地位 三、本课程的内容及结构 四、本课程的考核方式,第一节 本课程的任务、地位、内容、结构,第一章 绪论,自动机械设计,一、本课程的任务 为适应高等院校机械工程及自动化专业的教学需要，根据专业课程教学大纲的要求，深入阐述了自动机械设计中带有普遍性的理论问题，重点分析了自动机械中应用广泛的机构、装置的设计原理和方法。顺应拓宽专业口径的培养目标，介绍了总体设计、机电一体化以及自动机械设计实例，做到设计理论与工程实践相结合，力争使学生能掌握自动机械设计的一般方法，满足现代机械设计对当代大学生的知识要求。,第一节 本课程的任务、地位、内容、结构,第一章 绪论,自动机械设计,一、本课程的任务 1. 现代机械的一大主要特征 用机器代替精密、高难度的手工劳动。 如：服装的缝制，少数技艺高超的缝纫师单件手工生产 工厂的工人借助服装缝纫机批量生产。 2. 现代机械的另一主要特征 复杂和高速化。 如：制造罐装食品用的空罐，70年代及以前空罐成形机 的生产节拍是160380个/分钟80年代600个/分钟 90年代8001000个/分钟现在几千个/分钟。,第一节 本课程的任务、地位、内容、结构,第一章 绪论,自动机械设计,一、本课程的任务 3. 实现以上二大特征的手段 人尽可能少地参与生产过程机器自动地进行 生产(自动化)自动机械。 4. 自动机械？ 在没有操作人员直接参与下，组成机器的各个机 构（装置）能自动协调地循环动作，在规定时间内完 成规定动作的机器。 5. 现代自动机械设计的核心问题 组成机器的各个机构（装置）的选型和设计。,第一节 本课程的任务、地位、内容、结构,第一章 绪论,自动机械设计,二、本课程的地位 1. 现代设计专业方向的专业限选课； 2. 与CAD/CAM基础、机械工程设计学、现代设计方法、机械CAD应用 等一起组成该专业的骨干课程； 3. 侧重于自动机械设计中最常用的机构的分析和综合； 4. 详细叙述机构的选型和设计。,第一节 本课程的任务、地位、内容、结构,第一章 绪论,自动机械设计,三、本课程的内容及结构 第一章 绪论 第二章 自动机械设计原理 第三章 自动机械总体设计 第四章 自动机械的工作性能指标 第五章 自动机械传动系统的设计 第六章 机构运动规律及机构选型 第七章 间歇运动机构 第八章 自动机械供料机构设计 第九章 自动机械设计实例,第一节 本课程的任务、地位、内容、结构,第一章 绪论,自动机械设计,四、本课程的考核方式 平时30%；大作业30%；考试40% 考试方式：开卷，有一定难度； 或闭卷，适中； 或装置的全新设计（70% +平时30% ）。,第二节 自动机械的特点,第一章 绪论,自动机械设计,一、机械及自动机械 二、自动机械 的特点及应用,第二节 自动机械的特点,第一章 绪论,自动机械设计,一、机械及自动机械 机械：代替人力完成各种各样的生产劳动而发明创造的，它们一般能按下列动作流程进行： 1.送、放在(待)制品到机器的加工部位； 2.定位、夹紧在制品； 3.启动机器； 4.将在制品引向机器的执行机构(如刀具)，或将执行机构引向在制品；,第二节 自动机械的特点,第一章 绪论,自动机械设计,一、机械及自动机械 5.加工(如成型、切削、装配等)； 6.加工完的在制品或刀具退出接触； 7.检测在制品直至合格； 8.停机； 9.松开制品； 10.卸下制品并送至指定位置。,第二节 自动机械的特点,第一章 绪论,自动机械设计,一、机械及自动机械 自动机械：在每班或每次调整后，由人工将加工所需的物料(毛坯、半成品或成品等)成批装入贮料装置，启动机器后，余下的工作交给机器自动完成，如此周而复始连续地输出制品。 显然，自动机械的自动化程度与人的参与程度成反比，只有高低之分。,第二节 自动机械的特点,第一章 绪论,自动机械设计,二、自动机械的特点及应用 1. 自动机械最大特点： 自动化程度高、操作者的劳动强度低、生产效 率高完成的工艺动作多、组成的执行机构多、结构 相对复杂。 2. 自动机械的应用 工农业生产各个部门都在使用不同种类的机械 如农业机械、重工业机械、轻工业机械等等。 3. 轻工自动机械的特点 加工对象多样化； 工艺方法多样化； 门类繁多，结构多样； 产量大、自动化程度高； 机器的工作速度高，更新换代较快。,第二节 自动机械的特点,第一章 绪论,自动机械设计,金属材料 ：钟表、缝纫机、自行车和家用电器 ； 非金属材料 （农、林、牧、副及化工产品等 ）： 食品机械中的糕点； 罐头、酿造机械； 制浆造纸机械； 皮革机械； 陶瓷、玻璃、塑料机械 。,第二节 自动机械的特点,第一章 绪论,自动机械设计,采用纯物理机理的有：烟草机械中的润叶机； 真空处理机； 烘干机。 采用机械力作用的有：皮革片皮机； 灯泡绕丝机； 陶瓷滚压成型机。 采用化学作用的有：造纸蒸煮锅； 金属熔炼机； 各种转化工机械。 采用电化学作用的有：电镀； 电腐蚀设备等。 采用生物化学作用的有：食品发酵设备等。 综合作用的：皮革烫皮机。,第二节 自动机械的特点,第一章 绪论,自动机械设计,即便是完成同一功能的机器，也有不同的工作原理和结构。如灯泡绕丝机就有： 无芯绕丝机； 有芯连续绕丝机； 和有芯间歇绕丝机等。,第二节 自动机械的特点,第一章 绪论,自动机械设计,肥皂； 洗衣粉； 各种食品的二次加工： 方便面； 面包； 膨化食品。,第三节 自动机械的结构组成及分类,第一章 绪论,自动机械设计,一、自动机械 的结构组成 二、自动机械按结构和功能分类,第三节 自动机械的结构组成及分类,第一章 绪论,自动机械设计,一、自动机械 的结构组成 分析自动冲压机的构造；有 两个工艺执行机构 ： 冲压机构（10、11、12组成 ）-主要 供料机构（15、16等组成 ）-辅助 为使上述机构协调完成加工 任务，机器还需配置其它机构: 如驱动电机、传动。 自动机械由五大部分组成： 1.驱动系统； 2.传动系统； 3.执行机构； 4.控制系统； 5.辅助机构。,第三节 自动机械的结构组成及分类,第一章 绪论,自动机械设计,一、自动机械的结构组成,第三节 自动机械的结构组成及分类,第一章 绪论,自动机械设计,一、自动机械的结构组成 1. 驱动系统： 动力源。有电力、液压、气压驱动等 2. 传动系统： 把电机的动力按照要求的运动和动力 传递给各个执行机构和其它机构; 3. 执行机构： 工艺动作的执行者; 4. 控制系统: 控制其它部分按规定的程序(时间、顺 序等)进行协调、配合的动作； 5. 辅助机构: 如剔除机构，计数机构等。,第三节 自动机械的结构组成及分类,第一章 绪论,自动机械设计,二、自动机械按结构和功能分类 成型机械； 切削类(加工处理类)机械； 装配类机械； 包装机械。,第三节 自动机械的结构组成及分类,第一章 绪论,自动机械设计,1. 成型机械 通过模具或其它工具施加力使在制品成型。 有热塑、注塑以及冲压等。 如：陶瓷制品的滚压成型； 各种日用品的冲压成型； 塑料制品的注塑成型等。 一般经：上料合模成型开模卸制品等。,第三节 自动机械的结构组成及分类,第一章 绪论,自动机械设计,2. 切削类(加工处理类)机械 用刀具对在制品切削加工。 如：皮革片皮机； 烟草切梗机； 造纸切草机等。 一般经：供料上下料夹紧引进切削松开。,第三节 自动机械的结构组成及分类,第一章 绪论,自动机械设计,3. 装配类机械 以执行工艺动作为主，用各种工具或机械手，按照程序将零件装配成部件或产品。 如：缝纫机装配机； 计算机装配线； 制鞋用各种机器等。,第三节 自动机械的结构组成及分类,第一章 绪论,自动机械设计,4. 包装机械 类似于装配机械，有其特殊性。 如：包封机； 液体料理装机； 制袋填充饥； 捆扎机等。 一般经：输送与供料称量包封贴标计数产品输送等。,第四节 自动机械的设计要求及设计过程,第一章 绪论,自动机械设计,一、自动机械设计应满足的要求 二、自动机械的设计过程,第四节 自动机械的设计要求及设计过程,第一章 绪论,自动机械设计,一、自动机械设计应满足的要求 使用性能方面； 技术性能方面； 经济性能方面； 其它。,第四节 自动机械的设计要求及设计过程,第一章 绪论,自动机械设计,一、自动机械设计应满足的要求 1. 使用性能方面 运动平稳性；足够的刚、强度和运动精度。 可靠性；设备在规定的条件下，在规定的时间内完成或保持其规定的工作能力。 产品质量稳定性； 加工精度一致性； 对环境的适应性； 使用维修方便，操作简便安全。,第四节 自动机械的设计要求及设计过程,第一章 绪论,自动机械设计,一、自动机械设计应满足的要求 2. 技术性能方面 有一定的灵活性，能适应产品规格、品种变 化的要求。 有合理的自动化程度； 根据需要和可能性来综合考虑，不能盲目追求先进性。 贯彻三化：标准化、通用化和系列化。,第四节 自动机械的设计要求及设计过程,第一章 绪论,自动机械设计,一、自动机械设计应满足的要求 3. 经济性能方面 结构简单，制造容易，成本低； 生产率高、效率高，能耗少； 节约材料，贵金和稀有金属。,第四节 自动机械的设计要求及设计过程,第一章 绪论,自动机械设计,一、自动机械设计应满足的要求 4. 其它 减轻劳动强度，不污染环境和产品，符合人机工程学； 留有发展的余地。,第四节 自动机械的设计要求及设计过程,第一章 绪论,自动机械设计,二、自动机械的设计过程 四阶段：初步设计阶段技术设计阶段工作图设计阶 段安装调试阶段。 可按以下过程进行： 熟悉设计任务书，确定工艺方案，绘制工艺原理图； 确定加工循环时间； 选择执行机构的运动规律，运动学、动力学分析； 选择执行机构，绘制运动图，运动和工作循环图； 初步确定主要结构和尺寸； 确定总体方案；确定总体布局； 估算技术经济指标，验证方案的先进合理性； 具体结构设计。,第五节 自动机械的发展方向,第一章 绪论,自动机械设计,向机电一体化和智能化方向发展； 自动机械的设计需采用或提高“三化”水平； 向高速化方向发展。需解决： 降低振动和噪声 提高可靠性 减少摩擦和磨损 采用新技术,第一节 自动机械的生产率分析 第二节 提高自动机械生产率的途径 第三节 自动机械的循环图设计 第四节 与自动机械循环图相关的两个问题,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,一、概述 生产率Q： 在单位时间内生产或完成加工的产品的数量，是 衡量自功机械性能优劣的主要指标之一。 单位有：件min，kgmin，mh，m2h等等。 生产率Q可分为： 理论生产率QT：自动机械调整到正常工作状态时，单位时间内生产或完成的产品数量。是自动机械的基本参数。对于某种机器结构，是完全确定的值。 A.单件： B.多件w：,其中：Ty有效工作时间； Z在有效工作时间内的循环次数；Z单位时间内的循环次数；Tp工作循环时间,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,一、概述 生产率Q可分为： 实际生产率QP：（额定生产能力、预期生产能力、设计能力）单位时间内平均生产或完成的合格产品的数量。是自动机械真正的实效生产能力。是考虑了故障、维修、出现废品或其它原因引起的停机时间 单件加工方式： 工艺生产率K：在某种工艺条件下，自动机械 在单位时间内可能生产或完成加工产品的最大数量。 它是假设加工对象在自动机械上的全部时间内连续接 受加工，没有空行程的损失。,是实际运行时间与停顿时间之和。,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,一、概述 自动机械分类（按生产过程的连续性划分） 间歇作用型自动机械（第类自动机械） 特点：加工对象在自动机械上的加工、传送和处理 等是间歇式周期进行的。 此时的QT：取决于生产节拍， 连续作用型自动机械（第 类自动机械） 特点：加工对象在自动机械上的加工、传送和处理 等是连续进行的。 此时的QT：取决于自动机械上的移动速度，即自动机 械的工艺速度，,其中R是产品特征系数，见表2-1,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、间歇作用型自动机械的理论生产率分析 自动机械执行机构的动作，分为 工艺操作：加工、装配或计量等动作。 辅助操作：加工对象的传送、安装和自动检验， 以及自动机械执行机构的空行程等动作。 这些动作的时间，有的相互重合或重合一部分，有的则不能 所以在工作循环时间Tp内，各执行机构进行工艺操作的时间 为基本工艺时间Tk ；而与基本工艺时间不相重合的时间内，各执 行机构中的辅助操作所花的时间Tf 。 则有：,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、间歇作用型自动机械的理论生产率分析 间歇型自动机械的理论生产率 单件生产时： 若Tf=0： 第类自动机械Tf0： 也即：,显然，要减少工作循环时间Tp来提高自动机械的理论生产率QT，就必须减少基本工艺时间Tk或辅助操作时间Tf，或使两者同时减少。,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、间歇作用型自动机械的理论生产率分析 工艺生产率K与生产率系数和理论生产率QT的关系,结论： 第类 QT<K; K相同，TfQT; K较低时，Tf对QT的影响显著; Tf=0连续作用型(第类)自动机械。此时，QT=K,=1。,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,三、连续作用型自动机械的理论生产率QT分析 连续作用型自动机械的特点 辅助操作在基本工艺时间内进行，辅助操作所用时 间与基本工艺时间Tk完全重合， QT 完全取决于加工对象的移动速度或工艺速度： 提高连续型自动机械的理论生产率QT的途径 改革工艺或采用先进工艺等途径提高工艺速度。 转盘式多工位连续作用型自动机械的理论生产率QT,其中：np-自动机械转盘的转速rpm; N-转盘上的工位数。,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,三、连续作用型自动机械的理论生产率QT分析 自动灌装机,工艺循环周期 液体经灌装阀流入瓶内所用的时间。 灌装角 灌装开始(装瓶)到灌装结束(卸瓶)，灌装机转盘转过的角度。,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,三、连续作用型自动机械的理论生产率QT分析 自动灌装机,影响灌装角 的因素 与某些物理及结构因素有关，如液体黏度、 流量口的形状与尺寸等； 在灌装角 选定的情况下，转盘的转速np 应满足： 工作循环时间,其中：N1-从装瓶到卸瓶，转盘 转过的工位数； N2-转盘其余的工位数。 N=N1+N2,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,三、连续作用型自动机械的理论生产率QT分析 自动灌装机,多工位连续作用型自动机械的发展方向 朝增加工位数的方向发展。 分析： 灌装所采用的工艺方案一旦确定 就一定，在N2 和np 不变的情况下， NTkQT,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,三、连续作用型自动机械的理论生产率QT分析 举例,某50工位液体灌装机，根据工艺要求，灌装时间 =15s，若灌装角 ，问该机最高生产率为多少瓶min? 解：灌装机转盘的转速应为 取np3rmin，又N=50，得灌装机的最高生产率 为：QT=N*np=50*3150(瓶min),第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械的实际生产率Qp及其影响因素 时间损失概念 除了基本工艺时间之外的所有各种非加工性的时间消耗。 循环外的时间损失 自动机械常因某些自然或意外的原因而中断 所消耗的时间。 循环内的时间损失 前面介绍过的辅助操作时间。 二者之和为时间损失。,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械的实际生产率Qp及其影响因素 实际生产率与理论生产率的关系 自动机械连续工作了一段时间之后的循环外的时间 损失，在计算实际生产率时，必须分摊到在此期间加工 出的每一件加工对象上。 这样，实际生产率Qp 必然低于前面计算出的理论 生产率QT，二者的关系为：,其中： -自动机械的时间利用系数；,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械的实际生产率Qp及其影响因素 循环内与循环外的时间损失可分为六类： 循环内的空程时间损失Tf：空回程、装卸及自检等。 与刀具或其它成型工具使用有关的时间损失Tt ： 换刀、调整刀，刃磨及微调。 与自动机械及辅助设备使用有关的时间损失Te： 修理设备和恢复。 与生产管理有关的时间损失：与生产技术及设备的工作条件无关 与产生废品有关的时间损失：不允许存在。 转换生产另一批产品时所花的准备-终结时间损失：,取决于批量,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械的实际生产率Qp及其影响因素 自动机械的实际生产率Qp 其中：Tn-分摊到每一件产品上的循环外时间损失，Tn=Tt+Te Tf ：主要与设备设计有关； Tn ：则与设备的设计、选择、使用等方面有关：,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械的实际生产率Qp及其影响因素 举例：已知电池自动压帽机的电动机转速为n0=1440 rmin，经皮带 及蜗杆蜗轮两级减速后到分配轴，总传动比为i=48，分配轴每转一周生产 一个产品，该机在一个工作班(8h)内停机16次，平均每次3min，试计算该 机的理论生产率QT 和实际生产率Qp 并求该机的时间利用系数。 解：分配轴转速： 所以该机工作循环时： 该机的理论生产率为： 由于该机在本班的停歇时间为316=48min，因此有效工作时间为：,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械的实际生产率Qp及其影响因素 举例(续前)： 解：本机在一班生产的产品件数为： 所以分摊到每一件产品上的循环外时间损失为： 本机的实际生产率为： 本机的时间利用系数： 解法由于 n 为本机在一班的总循环次数Z，实际生产率也可为：,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,五、自动机械的调整时间 原因 自动机械中的各种设备、机构和元件，即使在良好的工 作条件下，经过一定时间使用后，总可能会发生故障或失去 工作能力。如刀具磨钝、轴承磨损、电触头因烧蚀而接触不 良等等。就须花一定的时间进行检修和调整。 调整时间T 用以重新恢复自动机械的工作能力所需的技术时间。 不能等同于“停歇时间”。 一般以调整时间系数B来表示。,其中：Ty-自动机械 实际工作时间。,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,五、自动机械的调整时间 3. 自动机械中十大类设备、机构和元件的调整时间系数Bi,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,五、自动机械的调整时间 3. 自动机械整机的调整时间系数B,第一节 自动机械的生产率分析,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,第二节 提高自动机械生产率的途径,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,须全面分析各种工艺因素和设备因素： 设计先进合理的工艺方案、结构方案和运动方案； 选择先进可靠的设备、机构和元件等。 一、减少循环内的空程及辅助操作时间 设计工艺方案时，尽可能使空程及辅助操作时间与基本工艺 时间重合，或使空程及辅助操作时间彼此重合。 设计和选择合理的机构工作速度。如慢进、快退。 采用连续作用型自动机械。根本上消除循环内的时间损失。 二、减少循环外的时间损失 自动机械工位愈多，循环外的时间损失对生产率的影响就愈大,第二节 提高自动机械生产率的途径,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、减少循环外的时间损失 1减少第类时间损失 提高刀具及成型工具的耐用度 减少更换和调整工具的时间 2减少第类时间损失 减少机械设备的调整时间。 设计能自动操纵和连锁保护的控制系统和检测系统。 方便液压、气动系统的维修。 加强计划检修和日常维护保养工作。 生产组织和管理工作适应自动化生产的要求。,第二节 提高自动机械生产率的途径,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,三、减少基本工艺时间 1提高工艺速度：新工艺、先进工艺。 2采用“工艺分散原则”： 工艺时间较长的工序分散到几个工位上。 3. 采用平行加工。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,一、自动机械的工作循环与执行机构的运动循环 1自动机械的工作循环：Tp 自动机械顺序给出两相邻产品的时间间隔； 决定着自动机械的理论生产率QT 2执行机构的运动循环： 执行机构周期性地回到其初始位置之间的时间间隔。 3. 自动机械的工作循环实际上与自动机械中任一执行机构的 运动循环都是相等的。 因此，可用执行机构的运动循环来表示自动机械的工 作循环。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,一、自动机械的工作循环与执行机构的运动循环 4. 第类自动机械 自动机械的工作循环Tp： 任一执行机构的运动循环：辅助时间Tf可分成空行程时 间Td和等待停歇时间To 则： 自动机械的理论生产率： QT，需Tk:与工艺过程的工艺参数有关采用先进工艺； Td:与执行机构的运动规律有关选高速平稳的运动规律 To:可用合理的循环图设计，使机构的无用停歇减少。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,一、自动机械的工作循环与执行机构的运动循环 4. 第类自动机械 多工位转盘式第类自动机械，应减少限制性工位上执 行机构的运动循环，如“工序分散原则”等。 5. 第类自动机械 其执行机构的运动循环主要由工艺速度决定。 二、自动机械的工作循环图 1 . 自动机械的工作循环图 表示自动机械各执行机构的运动循环在自动机械工作循 环内相互关系的示意图。 由循环图可看出各执行机构以怎样的顺序对产品进行加工。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、自动机械的工作循环图 2 . 自动机械的循环图设计的作用 可使各执行机构按照工艺要求的正确顺序和准确时间 进行各种工艺操作和辅助操作； 避免各机构之间可能出现的空间干涉； 减少甚至消除机构的无用停歇时间； 提高生产率，降低能耗。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、自动机械的工作循环图 3 . 执行机构的运动循环图 三种图形表示：,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、自动机械的工作循环图 4 . 自动机械的工作循环图 将各执行机构的运动循环图按同一时间或分配轴转角的 刻度，绘在一起的总图。 以某一主要执行机构的工作起点为基准，表示各执行机构相 对于该主要执行机构的运动循环的先后次序。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、自动机械的工作循环图 5. 举例1,四个工位工作台 第工位是滚压成型工位，须： 滚压头升降； 滚压头偏摆； 工作台升降； 真空泵开闭。,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、自动机械的工作循环图 5. 举例1（续）,四个动作机构的运动循环图绘在一起 滚压头升降机构； 滚压头偏摆机构； 工作台升降机构； 真空泵开闭机构。 直线式循环图绘制比较简单；圆形循环图可直接看出各执行机构的主动件在分配轴上所处的相互位置；而直角坐标式循环图可表示的运动信息更多而广泛使用。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、自动机械的工作循环图 6. 举例2,对于具有行程控制的自动机械，最好绘制出执行机构与控制元件(如行程开关)相结合的循环图。 这样，可表示出： 执行机构的运动循环； 控制元件发出信号的时间及其工作状态与顺序。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、自动机械的工作循环图 6. 举例2（续）,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,三、执行机构运动循环图的设计与计算,打印机构的工艺原理如图。打印头2在凸轮1的作用下，完成对工件3的打印。根据工艺要求，打印头应在工件上停留的时间为Ts=2s。若给定打印机构的生产率为4500件班，试设计打印机构的运动循环图。 解：确定执行机构（打印头）的运动循环； 确定运动循环的组成区段； 确定运动循环内各区段的时间或分配轴转角 绘制执行机构的运动循环图。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,三、执行机构运动循环图的设计与计算,解：确定执行机构（打印头）的运动循环； 取 若凸轮轴每转一转完成一个产品的打印，则凸轮轴的转速n为： 凸轮轴每转一转的时间，即是打印机构的工作循环时间Tp：,确定运动循环的组成区段； 根据打印工艺，打印头的打动循环由以下四段组成： Tk-打印头接近工件的行程时间； Ts-打印头打印时在工件上的停留时间； Td-打印头返回的行程时间 To-打印头在初始位置上的停留时间。 相应的凸轮分配轴转角,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,三、执行机构运动循环图的设计与计算,解：确定运动循环内各区段的时间 或分配轴转角； 因: 则: 初步定: 则相应的凸轮轴的转角为：,绘制执行机构的运动循环图；,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 1. 概述 合理设计自动机械的工作循环图，是提高自动机械理论 生产率QT的一个重要途径。 设计的主要任务：建立各执行机构运动循环之间的正确联系， 使各执行机构的同步化(或协调化)，最大限度地缩短工作循环。 2. 设计步骤 绘制自动机械的工艺原理图，标明工艺操作顺序； 确定 ； 绘制各执行机构的运动简图、运动循环图； 同步化（协调化）各执行机构；拟定和绘制自动机械的循环图,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 时间同步化 执行机构间的运动只有 时间上的顺序关系，无空间 上的干涉关系，建立这些机 构运动循间的正确关系。 两执行机构的时间同步化设计 除打印机除打印机构之外， 还应增设工件的推送机构。 完整的工艺过程为：略,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 两执行机构的时间同步化设计 推送机构1和打印机构2的运动规律按工艺要求确定为：,假设：,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,推送机构1的运动完成之后，打印机构2才运动，而打印机构2的运动完成后，推送机构1才能再进行下一次运动。 打印机的循环图是简单迭加，是不合理的 打印机总的工作循环,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 按照简单的方法安排,位置，是这两个机构在时间上联系的极限情况。 即令A1和A2在时间上重合，就得到 “同步图”，A1和A2为一对“同步点”。 是要求推送机构在开始运动前，有一段额外的停歇时间。可以从To1中取得。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 时间上同步化（不可靠）,由于推送机构和打印机构在空间上没有发生干涉，可同时进行。,联系点由A1和A2两点决定，推送和打印同时到达加工,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 考虑实际情况的同步化,由于,会使推送机构1还没有到A1点，打印机构2 就已到达A2点，显然这是不可靠的。 A1须超前A2，超前量：,、机构运动规律有误差； 、机构运动副有间隙； 、机构元件有变形； 、机构的调整安装有误差 、其它因素的运动误差。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 粒状巧克力自动包装机 有送料、剪纸、项糖和折纸四个执行机构 绘制工艺原理图，分析工艺操作顺序： 送料-拔糖盘送料辊将待包装的巧克力2和包装纸1送至机械手4下面的包装工位和巧克力与机械手间 剪纸-剪刀8； 顶糖-接糖杆3下行，将包装纸顶向巧克力的上表面；同时顶糖杆5上行，一起夹持着巧克力向上 折纸-活动折纸板6将包装纸一侧折向中央，机械手转位时，固定托板7将另一侧包装纸折向中央。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的 时间同步化设计 多个执行机构的时间同步 化设计,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 绘制各执行机构的运动简图和运动循环图 拨糖盘、送料辊轮和机械手转位作一个机构； 剪刀8、顶糖杆5和活动折纸板6 三个机构 。 、确定各机构的运动循环Tp 粒状巧克力自动包装机的理论生产率为43200件班 分配轴每转完成一块巧克力的包装，则分配轴的转速为 :,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 分配轴每转的时间即是该包装机的工作循环，也是各执行机构的运动循环: 、确定各机构的运动循环的组成区段 、拨糖盘、送料辊和机械手转位机构 由转位和停歇两区段组成：,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 、剪刀机构8 由剪切、返回、初始位置停歇三区段组成： 、顶糖杆机构5 由顶糖 、工作停留、返回、初始位置停歇四区段组成： 、活动折纸板机构6 由折纸 、工作停留、返回、初始位置停歇四区段组成：,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 、确定各执行机构运动循环内各区段时间和分配轴转角 粒状巧克力自动包装机的工作循环是从送料开始的，故以送料 辊机构的工作起点为基准进行同步化没计。 、拨糖盘、送料辊和机械手转位机构 根据工艺要求，取送料时间 ，则停歇时间 相应的分配轴转角为,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 、确定各执行机构运动循环内各区段时间和分配轴转角 、剪刀机构8： 根据工艺要求，取剪切工作行程时间 ，返程 则停歇时间 相应的分配轴转角为 、顶糖杆机构5： 根据工艺要求，工作位置停留 ，定 则停歇时间,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 、确定各执行机构运动循环内各区段时间和分配轴转角 、顶糖杆机构5： 相应的分配轴转角为 、活动折纸板机构6 根据工艺要求，折纸工作行程时间 ， 定 则停歇时间 相应的分配轴转角为,第三节,第二章,自动机械设计,四、自动机械工作循环图 的设计与计算 3. 执行机构运动循环的 时间同步化设计 多个执行机构的时间 同步化设计 、确定各执行机构运动 循环内各区段时间 和分配轴转角,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 、各执行机构运动循环的时间同步化设计 、确定最短的工作循环 根据工艺要求，送糖、送纸完成 时B1，剪刀8即可开始向下剪切A8； 剪切完成时B8，顶糖杆5就可开将巧 克力向上顶A5；而巧克力被顶到位时 B5，活动折纸板6就可开始折纸A6。 三对同步点：,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 、各执行机构运动循环的时间同步化设计 、确定最短的工作循环 使四个机构上的三对同步点分别重合，是这四个机构运动在时间上联系的极限情况。也是包装机最短工作循环的情况。 故 由于各种实际误差的存在，在实际设计时，不能使同步点重合，应该超前或滞后些，超前量(或称错移量)视实际情况而定。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 、各执行机构运动循环的时间同步化设计 、确定粒状巧克力自动包装机的工作循环 上述三对同步点的错移量分别为 取 则在分配轴上相应的转角为 此值正好与原计划的工作循环一致。 考虑了时间错移量后的工作循环图见下页,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的 设计与计算 3. 执行机构运动循环的时间同 步化设计 多个执行机构的时间同步化设计 、各执行机构运动循环的时 间同步化设计 、确定粒状巧克力自动包 装机的工作循环 考虑了时间错移量后的工作循环图,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,四、自动机械工作循环图 的设计与计算 3. 执行机构运动循环的 时间同步化设计 多个执行机构的 时间同步化设计 、绘制粒状巧克力自动 包装机的工作循环图 以分配轴转角为横坐标的 工作循环图见右图，是设计分 配轴上各凸轮曲线的重要依据,自动机械设计,研究发现： 当执行机构（剪纸、顶糖和折纸）进行各种操作 时，送糖、送料和机械手等转位机构则处于停歇状态；反之亦然。 试想：折纸动作完成后开始返回时C6，就让送糖、送纸机构 等开始下一个循环A1。 实际上，这不会发生空间干涉，且工艺可行。,故将把C6和A1视为另一对同步点，并使C6相对A1有一个超前量， 将 以后到360范围内的运动截掉，放到 范围内，代替原来的一部分停留区段。 这样不改变各机构运行情况，只减少了各机构的初始位置停留时间。,故将把C6和A1视为另一对同步点，并使C6相对A1有一个超前量， 将 以后到360范围内的运动截掉，放到 范围内，代替原来的一部分停留区段。 这样不改变各机构运行情况，只减少了各机构的初始位置停留时间。 截短后的工作循环图见左,工作循环由 减少至 ，相应的 分别是360和249.3。 实际上，包装机每转要生产一个产品，即要求 故需对截短的分配轴转角按 比例放大 放大后的循环图见左,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环 图的设计与计算 4. 执行机构运动循环的 空间同步化设计,举例：自动冷镦机 按照工艺要求，毛坯5顺 利地插入到模具3的成型孔中， 送料机构1应在工作位置停留足够长时间；但该时间是受限的。它受镦锻机构2左镦与送料机构1右端下行在b处干涉的限制。须进行空间同步化设计：确定两机构发生干涉的位置b的时间或转角。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 4. 执行机构运动循环的空间同步化设计 举例：自动冷镦机 干涉点b相当于送料机构1从工作位置返回 时和镦锻机构2从初 始位置前进至 时，两机构所处的位置。于是，在机构位移曲线图 上，分别从A1和O2点算起，求得相应于 和 的两个点b1和b2。 若让b1和b2两点重合，则得到了两机构不干涉的极限情况，即经空 间同步化后的最少工作循环Tpmin 考虑错移量，得到合理的工作循环 空间的同步点，既可用分析法，也可用作图法（常用）求得。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 4. 执行机构运动循环的空间同步化设计 举例：三面切纸机工作循环图设计 绘制三面切纸机的工艺原理图,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 4. 执行机构运动循环的空间同步化设计 确定执行机构的运动循环及其组成区段 三面切纸机有推杆1、主压板2、侧刀3、前刀4。 四个机构的运动循环有如下一些区段： 推杆1 : 推送纸叠Tk1，返回Td1，初始位置停留To1。 主压板2: 压纸叠Tk2，压紧停留Ts2，返回Td2，初始位置停留To2。 侧刀3: 剪切Tk3，返回Td3，初始位置停留To3。 前刀4: 剪切Tk4，返回Td4，初始位置停留T04。 该自动机械采用凸轮分配轴作为集中时序控制系统，分配轴匀速 旋转，每转完成一个工作循环。因此Tp对应的 。,各执行机构各区段对应的转角也可求出，而且各执行机构所有区段的转角之和都等于,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 4. 执行机构运动循环的空间同步化设计 执行机构运动循环的同步化设计,既有时间同步化，又有空间同步化。 、推杆1与主压板2的同步化（时间） 纸叠厚度是变化的，须按裁切最高纸叠的情况进行同步化设计 ，主压板位移量 ，求主压板位移曲线上，主压板下降 时分配轴的转角 。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 4. 执行机构运动循环的空间同步化设计 执行机构运动循环的同步化设计,、推杆1与主压板2的同步化（时间） 只需使推杆到达终点位置 之前 处，主压板开始下降，则得到两机构的时间同步化循环图。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 4. 执行机构运动循环的空间同步化设计 执行机构运动循环的同步化设计,、主压板2与侧刀3的同步化（时间） 根据工艺要求，主压板完成压紧行程的同时，侧刀到达纸叠最小高度处 ，就是这两个机构的极限联系位置。这时侧刀下降到 分配轴转角 因此，只要在主压板下压行程结束之前 处，侧刀就开始裁切，则得到两机构的时间同步化循环图。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 4. 执行机构运动循环的空间同步化设计 执行机构运动循环的同步化设计,、侧刀3与前刀4的同步化（空间） 根据工艺，侧刀与前刀会在空间发生干涉，应进行空间同步化。 由该两个机构的位移曲线，求出侧刀返回到b点时和前刀行进到b点时的分配轴转角。 侧刀从最低位返回到b点时，上升高度 。从最低位返回到b点时的分配轴转角 。 前刀从原始位置到达b点时，其下降高度 该点的分配轴转角 。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 4. 执行机构运动循环的空间同步化设计 执行机构运动循环的同步化设计,、前刀4与主压板2的同步化（时间） 根据工艺原理的要求，前刀返回至纸叠最小厚度 处的同时，主压板开始放松并退回，则不干涉，否则会在时间上干涉，所以需时间同步化。 这时前刀上升的高度为 ，分配轴转角 因此，只要前刀返回到处 ，主压板也放松并退回，就可得到两机构的时间同步化循环图。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 4. 执行机构运动循环的空间同步化设计 举例：三面切纸机工作循环图设计 这样就得到了同步化后的三面切纸机的工作循环图。,第三节 自动机械的循环图设计,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,四、自动机械工作循环图的设计与计算 总之，只有通过对执行机构的运动循环或位移曲线进行分析以后，并对运动循环进行时间、空间同步化后，才能得到自动机械循环图。既可用分析法，也可用作图法。但作图法更方便。 要注意的是： 在多工位自动机械中，循环图设计应针对操作时间最长的 限制性工位进行，如凸轮控制的各机构。 具有电气、液压或气动等传动及控制系统的自动机械，应 当引入“保险性停顿时间”。,第四节 自动机械循环图相关的两个问题,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,一、自动机械工作循环图的实测 凸轮分配轴控制的自动机械的循环图简易测试方法。 用一硬板画一整圆，按10、20或其它分度值将圆等分； 将该纸板固定于分配轴的一端，并在固定机架上选定定位标线； 选定基准机构，以基准机构的起始位置为分度圆板的零位，对准定 位标线。 转动分配轴，按分度值10、20测出各执行机构的位移量，并记录； 用坐标纸绘制出各机构的位移曲线； 绘制自动机械的循环图； 根据位移曲线，用图解微分法绘出机构的速度和加速度曲线； 分析自动机械工作循环的合理性，并改进设计。,第四节 自动机械循环图相关的两个问题,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、分配轴转角 和相应的凸轮轮廓角 间的关系 对于有的机构，二者是相等的，有的机构则不相等： 1. 对心直动从动件凸轮机构 二者是相等的。,第四节 自动机械循环图相关的两个问题,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、分配轴转角 和相应的凸轮轮廓角 间的关系 2. 偏心从动件或摆动从动件凸轮机构 二者相差一个角度 超前角或滞后角 及 和 的关系： 偏心从动件凸轮机构中,第四节 自动机械循环图相关的两个问题,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、分配轴转角 和相应的凸轮轮廓角 间的关系 2. 偏心从动件或摆动从动件凸轮机构 偏心从动件凸轮机构中,第四节 自动机械循环图相关的两个问题,第二章 自动机械设计原理,自动机械设计,二、分配轴转角 和相应的凸轮轮廓角 间的关系 2. 偏心从动件或摆动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构中,第一节 概述 第二节 设计计划及组织 第三节 原理方案设计 第四节 工艺方案设计 第五节 总体结构方案设计 第六节 自动线设计,第三章 自动机械总体设计,自动机械设计,第一节 概述,第三章 自动机械总体设计,自动机械设计,一、设计 以社会需求为目标，在设计原则约束下和设计方法指导下，用设计手段创造出产品的过程。 二、设计过程中，设计师要开展： 创造性思维构思 和技术活动达到满足某种特定功能的产品。,第一节 概述,第三章 自动机械总体设计,自动机械设计,三、现代机械 集成了机、电、光、液、气等技术； 自动机械正朝着 高速、高精度、高度自动化方向发展。 四、自动机械总体设计 从整体、系统的观点出发通盘考虑组成机器系统的各个要素各器件尽可能采用最能发挥其特长的物理效应来实现把输入机器的物质流、信息流、能量流与各器件有机地结合起来实现硬件组合的最佳形式最佳原理方案。 五、设计的核心 创意、构思、规划机器原理及总体结构方案。,第一节 概述,第三章 自动机械总体设计,自动机械设计,六、设计时采用的方法 充分应用现代设计方法、设计原理，尽力在原理上新颖，实 践上可行，技术上先进，经济上合理，富有时代感。 七、总体设计内容 1、原理、工艺性方案的设计； 2、总体结构方案的设计。,第二节 设计计划及组织,第三章 自动机械总体设计,自动机械设计,一、设计计划 提出设计任