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      機構系統方案-形態學矩陣法

      2014-08-31 16:46 作者:管理員11 來源:未知 瀏覽: 字號:

      摘要:形態學矩陣法 設計一新機器,必須構思且擬定好運動方案,在 此過程中,可以運用多種創新設什方法,例如:系統 設計法、功能分拆法、形態學矩陣法等,但其總的步 驟及各步驟之間的相互關系,大體上可由圖11.9-6 來描述。 1運動方案構思與擬定的步驟 圖11.9石描

      形態學矩陣法
          設計一新機器,必須構思且擬定好運動方案,在
      此過程中,可以運用多種創新設什方法,例如:系統
      設計法、功能分拆法、形態學矩陣法等,但其總的步
      驟及各步驟之間的相互關系,大體上可由圖11.9-6
      來描述。
      運動方案擬定的過程與步驟
      1運動方案構思與擬定的步驟
          圖11.9石描述了設計擬定機器運動方案的全過
      程:明確總功能;把總功能分解為各分功能;給各分
      功能選擇合適的機構形式;對機械各執行機構進行協
      調設什,畫出運動循環圖;畫出機構的運動示意圖;
      對各機構進行尺度綜合判斷所選機構是否滿足功能要
      求;最后畫出機構運動簡圖。上述過程并不總是單方
      向、直線式進行的,有時要經過多次反復,以便對各
      種解決方案進行評價、檢驗和判斷才能擬定出一個好
      的運動方案。
      2總功能分析(見表11.9-5)
      機械功能分析需求表
      3功能分解
          機器的功能是多種多樣的,但每一種機器都要完
      成某些工藝動作,仔細地剖析、確定這些獨立的或相
      關的工藝動作,這一過程就是把總功能分解為分功能
      的過程。然后把這些工藝動作,即分功能,用樹狀功
      能圖來描迷,使機器的總的功用及各分功能一目了
      然。
          例如,設計一臺四工位專用機床,它可分解為下
      列幾個工藝動作:
          (1)安置工件的工作臺要求進行間歇轉動n2
      (r/min)。
          (2)安裝刀具的主軸箱能實行靜止、快進、進
      給、快退的動作。
          (3)刀具以n1(r/min)轉動來切削工件。
          根據上述要求可畫出如圖11.9-7及圖11.9-8所
      示的四工位專用機床的動作要求圖和樹狀功能圖。
      四工位專用機床執行動作
      四工位專用機床樹狀功能圖
      4機構的選擇
          機構選型,就是創造或選擇合適的機構形式,實
      現機器中所要求的各種執行動作和運動形式。由于實
      現同,種功能,可采用不同的技術原理,不同的技術
      原理可選擇不同的機構;即使同‘種技術原理,又可
      選用不同的機構,這樣的組合就有許多種機構選型方
      案。機構選型,要求設計者具有豐富的實踐經驗和機
      構學知識。它是機械運動方案擬定中非常重要,也最
      具創造性的一個環節。
      4.1按運動形式選擇機構
          常見的機器工藝動作所要求的運動形式列子表
      11.9-6中。
          另外,還有要求實現構件上一點軌跡:直線軌
      跡、圓軌跡、曲線軌跡;實現構件上的運動是兩種運
      動的合成:移動加移動、轉動加轉動、轉動加移動。
          按上述運動形式、軌跡分類的機構有關手冊中搜
      尋到。如果不能滿足要求,則可在已有機構形式的基
      礎上,采用增加輔助機構或組合成新機構的方法,來
      實現構件所要求的運動要求。
      運動形式與表達符號
      4.2按運動轉換基本功能選擇機構
          (1)傳動鏈。機器的原動機的運動形式轉換成
      執行構件的運動形式,即工藝動作。必須通過傳動機
      構與執行機構來實現。這一運動鏈稱為傳動鏈。由于
      一個原動機往往要驅動幾個執行構件動作,或一臺機
      器可能有幾個原動機,所以機器往往有多條傳動鏈。
          (2)運動轉換基本功能。無論傳動機構或執行
      機構,其每一種機構都有輸入運動形式轉換為軸出運
      動形式的功能,這種功能稱為運動轉換基本功能。
          (3)運動轉換基本功能的框圖及其載體列于表
      11.9-7中。表中所列出的功能載體大部分是一些基本
      機構,起一個導引作用。設計者在應用時,可查閱本
      手冊或創新設計出所需的功能載體。
      運動轉換基本功能圖及其代表符號1
      運動轉換基本功能圖及其代表符號2
          由表11.9-7可知,實現一運動轉換基本功能的
      機構有多種,因此,把這些機構按傳動鏈中的順序組
      合起來構成的運動方案也有很多種。
      4.3按執行機構的功能選擇機構
          (l)用于執行作業:分度、定位、夾緊、供給、
      分離、整列、挑選、裝配、檢查、包裝、機械手。
          (2)用于控制;控制動作、聯鎖、制動、導向。
          (3)用子檢側:測最、放大、比較、計算、顯
      示、記錄。
          設計者可根據所指定的功能,在有關機械設計手
      冊中去查閱、選擇有關機構形式。
      4.4按不同的動力源形式選擇機構
          常用的動力源:電動機、氣液動力源、直線電動
      機等。當有氣、液壓派時常選用氣動、液壓機構,尤
      其對具有多個執行構件的工程機械、自動生產線和自
      動機等,更應優先考慮。
      4.5機構選型時應考慮的主要條件
          (l)運動規律 執行構件的運動規律及其調節
      范圍是機構選型及機構組合的基本依據。
          (2)運動精度 運動精度低則所選機構結構簡
      單,易于設計、制造,反之則要求高。
          (3)承載能力與工作速度 各種機構的承載能
      力和所能達到的最大工作速度是不同的,因而裕根據
      速度的高低、載荷的大小及其特性等選用合適的機
      構。
          (4)總體布局 原動機與執行構件工作位皿,
      以及傳動機構與執行機構的布局要求是機構選型和組
      合安排必須考慮的因家。要求總體布局合理、緊湊,
      盡最使機械的輸出端靠近輸入端,這樣可省掉不必要
      的傳動極構。
          (5)使用要求與工作條件 使用單位對生產工
      作要求,車何的條件、使用和維修要求等等,均對機
      構選型和組合安排有很大影響。
      5機械執行機構的協調設計
      5.1各執行機構的動作在時間和空間上協
      調配合
          如圖11.9-9所示為一干粉料壓片機。料蹄由傳
      送機構送至上、下沖頭之間,通過上、下沖頭加壓把
      粉料壓成片狀。顯然,只有當料篩位于上、下沖頭之
      間,沖頭才能加壓。所以送料、上、下沖頭之間的運
      動在時間順序上有嚴格的協調配合要求。
      5.2各執行機構運動速度的協調配合
          例如按展成法加工齒輪時,刀具和工件的展成運
      動必須保持某一預定的轉速比。
      干粉料壓片機機構
      5.3多個執行機構完成一個執行動作時,
      執行機構運動的協調配合
          例如,圖11.9-10為一紙板沖孔機構,完成沖孔
      這一工藝動作,要求有兩個執行機構的組合運動來實
      現:由曲柄搖桿機構帶動沖頭滑塊上下擺動;由電磁
      鐵動作帶動搖桿滑塊機構中的滑塊(沖頭)在動導
      路上移動,移至沖針上方。上述兩組運動的組合,才
      能使沖針完成沖孔任務。所以這兩個執行機構的運動
      必須協調配合,否則就會產生空沖現象。
      紙板沖孔機構
      5.4機械運動循環圖
          機械在一個運動循環中,各執行機構之間有序
      的、制約的、相互配合的運動關系可在一個圖中表述
      出來,該圖稱為運動循環圖。
          如圖11.9-9所示的干粉料壓片機為例,可用3
      種形式的運動循環圖來表示,見表11.9-8。
      運動循環圖類別
      6形態學矩陣及運動方案示意圖
      6.l傳動鏈的運動轉換功能圖
          選定原動機的形式及個數,確定原動機到執行構
      件之間的傳動鏈:通過變速、分支、運動轉換,原動
      機的運動形式,變成執行構件的運動形式,描述這一
      過程的圖稱為傳動鏈的運動轉換功能圖。
          圖11.9一11為3.3節所述四工位專用機床的運動
      轉換功能圖。選用兩個電動機,由3條傳動鏈來實施
      運動轉換,以滿足3種工藝動作的需要。
      四工位專用機床運動轉換功能圖
      6.2四工位專用機床的形態學拒陣
          根據傳動鏈運動轉換功能圖,以每一矩形框——
      基本運動轉換功能作為列;以基本運動轉換功能的載
      體作為行,構成一個矩陣,該矩陣稱為形態學矩陣。
          對該形態學矩陣的行、列進行組合,可以求解得
      很多方案。理論上可得到N種方案
                  N=5*5*5*5=625種方案
          在這些方案中剔除明顯不合理的,再進行綜合評
      價:是否滿足預定的運動要求,運動鏈中機構安排是
      否合理,制造的難易、經濟性、可靠性等,然后選擇
      較優的方案。表11.9-9中挑選出兩種方案:I為實線
      所示,Ⅱ為虛線所示。
      四工位專用機床形態學矩陣
      6.3四工位專用機床的運動示意圖
          把方案I與方案Ⅱ分別按運動傳遞線路及選擇的
      機構形式,用機構簡圖組合畫在一起形成兩個四工位
      專用機床的運動示意圖。圖11.9-12a為方案Ⅰ;圖
      11.9-12b為方案Ⅱ。
          形態學矩陣法僅僅是運動方案構思與擬定方法中
      的一種。它的出發點是把已有的機構進行組合,構成
      許多種方案,借以發現新的設計方案。在運用形態學
      矩陣法的同時,設計者還可同時運用:機構演繹法、
      變異法及其他一些創造技法,構思創造出好的新穎的
      設計方案。
      四工位專用機床運動方案示意圖
      7機構的尺度綜合
          機械運動示意圖,只是定性地描述了由原動機烈
      執行構件間的運動轉換功能,及執行動作的可行性:
      要完全肯定所選機構能定量地實現執行構件所需的運
      動參數,必須先對各機構進行尺度綜合,設計出各初
      構中各構件的幾何尺寸或幾何形狀(如凸輪廓線)。
      然后再對設計出的機構進行評價,如果不滿足設計要
      求,則根據圖11.9-6所示,須回到前面的步驟:或
      改變機構尺寸,或改變機構的形式,直至滿足為止。
      8機械運動簡圖
          經尺度綜合后,把滿足運動要求的機構,按真實
      尺寸的比例畫出各機構簡圖。
          機械運動簡圖是一個機構系統,它反映了機構各
      構件間的真實運動關系。機械運動簡圖上的運動參
      數、動力參數、構件尺寸等可作為機械詳細設計
      (總圖、零部件設計)的依據。
      (責任編輯:laugh521521)
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