02《机械设计学》课程第二章学生版.pptx
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第二章机器的组成及典型机器的功能分析,长春工业大学机电工程学院郭红,现代机器的定义:
机器是由两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体,通过其中某些构件的限定的相对运动,能将某种原动力或运动转变,以执行人们预期的工作,在人或其它智能体的操作和控制下,实现为之设计的某种或某几种功能。
第一节机器的定义,一、传统的观点看机器的组成二、从不同的角度看机器的组成三、从功能观点看机器的组成,第二节机器的组成,“任何机器是由原动机、传动机和工作机三部分组成的。
”-马克思随着科学技术的发展,又增添了控制器。
第二节机器的组成,一、传统的观点,即:
原动机传动机机器工作机机械装置控制器电子控制系统,一、传统的观点,第二节机器的组成,1)从机构学的角度看,机器是由各种基本结构组合而成的。
2)从结构学的角度看,机器是一系列基本构件组装而成的。
3)从专业的角度看,常常以主要部件来看机器的组成。
二、从不同的角度看机器的组成,第二节机器的组成,汽车的组成,图2-1汽车的组成1-底盘2-发动机3-车身,图2-2车床组成图1床身2尾座3刀架4主轴箱5进给箱6床腿7溜板箱,CA6140车床,三、从功能观点看机器的组成,早在1947年美国的一位工程师提出:
“用户购买的不是机器本身,而是它的功能。
”,第二节机器的组成,总功能概念:
图2-3车床的功能原理图1工件2车刀,总功能是一台机器所能完成的功能。
车床的总功能就是利用移动刀具2对旋转工件1进行切削的功能。
第二节机器的组成,打印机的三个主要分功能系统:
1、点阵针头的打印功能2、打印头的横向定位移动功能3、打印纸的定距卷纸功能,打印机的总功能是将计算机的各种信息打印在纸上输出供人们阅读。
第二节机器的组成,机器是由多个主要分功能系统构成,它们的协调工作实现了机器的总能;每个主要分功能系统(又称为单元)一般由原动机、传动机、工作机和控制器组成;其中的工作机则多由工作头和执行机构组成。
三、从功能观点看机器的组成,第二节机器的组成,机器的组成也可以这样表达:
分功能系统1工作头工作机执行机构机器(总功能)分功能系统i传动机原动机控制器分功能系统n,第二节机器的组成,两个概念:
主要功能:
在任何一台机器中,为完成总功能最必要的那些分功能。
辅助功能:
一些低一层次的、起支持、保证作用的功能。
计算机打印机的三个主要分功能系统点阵针头的打印功能打印头的横向定位移动功能打印纸的定距卷纸功能辅助功能色带循环功能、纸宽调节功能、打印头前后微调功能、压纸功能等,从功能的观点看,所有机器分为:
工艺类-指那些对物料进行工艺性加工的机器。
主要特征:
1、具有专用的工作头2、进行独特的工艺加工动作非工艺类-不对任何物料进行工艺性加工,而只是实现某些特殊的动作功能。
第三节机器的分类,第三节机器的分类,具体分类:
对于工艺类机器来讲,机器的结构和形式往往取决于采用的工艺方法,如果工艺方法有所改变,那么机器的型式也随之改变。
这种改变有时是很大的。
举例对于非工艺类机器来讲,其中每一种机器也都有各自独有的工作方式和规律。
举例,图2-4手工线迹与家用缝纫机线迹对比a)手工线迹b)缝纫机线迹,第四节典型机器的功能分析之一-家用缝纫机,缝纫机是一种典型的工艺类机器;缝纫机的功能原理取决于实现缝纫功能的工艺方式。
具有历史性的突破和创新的两个方面:
第一、采用针尖引线代替针尾引线;第二、采用双线(底线和面线)互锁交织代替线的反复穿刺,从而实现了缝纫功能的机械化。
第四节典型机器的功能分析之一-家用缝纫机,是将线按一定规律缝于缝料上。
它可使一根或多根线通过自连、互连或交织,在缝料上形成一定形式的线迹。
第四节典型机器的功能分析之一-家用缝纫机,一、家用缝纫机的总功能:
缝纫功能的特点:
1)机缝线迹整齐美观,缝合牢固,缝纫迅速,能用于缝制棉、麻、丝、毛、化纤及皮革、纸张等。
2)家用缝纫机属于精密的工艺类机器。
第四节典型机器的功能分析之一-家用缝纫机,1、主要功能:
2、辅助功能:
3、控制功能:
第四节典型机器的功能分析之一-家用缝纫机,二、家用缝纫机的功能分析,1、四个主要功能:
1)引面线造环功能2)钩面线扩环,使底面线交织的功能3)供给和回收面线的功能4)输送缝料的功能,第四节典型机器的功能分析之一-家用缝纫机,二、家用缝纫机的功能分析,1)引面线造环功能,图2-6线环形成过程a)穿刺缝料b)、c)引线d)、e)成环1线环2、5面线3摆梭尖4针槽,图2-5缝纫机针的形状。
1-针尖2-针刃3-针柄4-平面5-引入槽6-引出槽7-针孔,线环的形成:
线环的形成是由机针的特殊结构造成的。
工作头就是具有特殊结构的带针槽的机针。
1)引面线造环功能,图2-8摆梭钩线扩环,完成底面线交织的工艺过程1摆梭2底线3面线4梭心套5针,2)钩面线扩环,使底面线交织的功能,这个工艺过程的工作头就是往复摆动的带有尖嘴的摆梭。
图2-7摆梭,图2-9挑线机构a)滑杆式b)凸轮式c)连杆式,3)供给和回收面线的功能,这是靠挑线机构实现的。
挑线机构的任务是当机针向下运动时,把面线供给机针;当摆梭钩住线环以后,把面线供给摆梭,当面线脱出摆梭后,要回收面线并抽紧线迹。
概括为:
供线和收线。
这是靠送布牙挤压推送缝料来实现的。
输送缝料功能的工作头就是送布牙。
图2-10送布牙送料时的工作情况1压脚2缝料3送布牙4送布牙槽5针板,4)输送缝料的功能,送布牙移动的轨迹,图2-11送布牙运动轨迹a)理想轨迹b)实际轨迹,1)调节面线和底线的阻尼功能2)调节压脚加紧力的功能3)调节送布牙针距的功能4)绕底线功能,第四节典型机器的功能分析之一-家用缝纫机,2、辅助功能,二、家用缝纫机的功能分析,第四节典型机器的功能分析之一-家用缝纫机,二、家用缝纫机的功能分析,图2-12面线和底线的交织状况a)面线过紧b)底线过紧c)正确,1)调节面线和底线的阻尼功能,调节底面线:
图2-13面线和底线的张力调节a)底线调紧,面线调松b)面线调紧,底线调松,图2-14不同缝料调压螺纹旋入的情况,2)调节压脚加紧力的功能,3)调节送布牙针距的功能,图2-15调节送布针距,4)绕底线功能,图2-16绕底线1线2绕线轴3梭心4上摩擦轮5手轮6过线架7轴线,控制功能主要有三类:
机械控制功能人机控制功能电子控制功能,3、控制功能,第四节典型机器的功能分析之一-家用缝纫机,二、家用缝纫机的功能分析,1)机械控制功能对于缝纫机来讲,它的每个动作都必须按照规定的时间和速度进行,它们之间的运动一定要完全协调。
这是由传动机构的巧妙配合进行控制的,主要是由凸轮和连杆机构的相位配合实现的。
2)人机控制功能当人操作缝纫机时,那么操作者和缝纫机就构成一个典型的人机系统。
人机控制功能要通过人机接口来实现:
缝纫工作区,是人眼获得信息的接口手轮,是人手控制起动的接口机针前方布面,是人手扶持布料引导针迹的接口脚踏板,是人脚输入动力和控制速度的接口。
3)电子控制功能现代缝纫机也采用微机进行程序控制,从而调节和改变缝纫线迹。
买衣服有电子刺绣等。
第五节典型机器的功能分析之二-计算机针式打印机,一、计算机针式打印机功能打印机的总功能是把计算机的信息打印在纸上输出供人们阅读。
计算机针式打印机是典型的机电一体化机械。
它属于工艺类机械,而且是精密机械。
第五节典型机器的功能分析之二-计算机针式打印机,针式打印机的工作特点:
1)为了实现打印功能,需要由一系列的主要功能、辅助功能和控制功能来实现。
2)每个主要动作功能系统各有相应的动力源、传动机构、执行机构、工作头组成。
1、主要功能:
2、辅助功能:
3、控制功能:
二、计算机打印机的功能分析,第五节典型机器的功能分析之二-计算机针式打印机,1、主要功能由三个分功能系统组成
(1)打印头打印功能系统
(2)打印头移动功能系统(3)走纸换行功能系统,第五节典型机器的功能分析之二-计算机针式打印机,二、计算机打印机的功能分析,1、主要功能由三个分功能系统组成
(1)打印头打印功能系统
(2)打印头移动功能系统(3)走纸换行功能系统,第五节典型机器的功能分析之二-计算机针式打印机,二、计算机打印机的功能分析,
(1)打印头打印功能系统,
(1)打印头打印功能系统,
(2)打印头移动功能系统,(3)走纸换行功能系统,打印纸分连续纸和单页纸两种情况,
(1)色带均匀移动功能
(2)压紧及调整功能(3)纸宽调整功能(4)打印头位置调整功能(5)手动卷纸功能,第五节典型机器的功能分析之二-计算机针式打印机,2、辅助功能,二、计算机打印机的功能分析,
(1)色带均匀移动功能,
(2)压紧及调整功能,
(2)压紧及调整功能,(3)纸宽调整功能,(4)打印头位置调整功能,3、控制功能打印机具有以下控制功能:
(1)与主机交换信息的功能
(2)打印驱动控制系统(3)故障检测功能(4)报警功能,第五节典型机器的功能分析之二-计算机针式打印机,二、计算机打印机的功能分析,(5)自检功能(6)自动进页功能(7)自动换页功能(8)连续或分页打印方式选择功能,3、控制功能,第五节典型机器的功能分析之二-计算机针式打印机,二、计算机打印机的功能分析,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,点钞机是一种典型的机电一体化机械,它属于工艺类机器。
点钞机能把一沓纸币逐张分开、清点、计数并整理好。
图2-18早年对点钞机的构思,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,一、点钞机的功能要求及机型的发展演化,当时对点钞机功能要求有以下几点:
1)要有堆放准备清点的纸币的空间,并且能将纸币连续输入,直到最后一张。
2)要有能把纸币逐张分离的机构。
3)要有准确计数的装置。
4)纸币清点完后要整理成一沓。
第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,一、点钞机的功能要求及机型的发展演化,20世纪七十年代,出现了一种采用真空吸附技术的纸币复点机,图2-19纸币复点机,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,一、点钞机的功能要求及机型的发展演化,图2-1720世纪80年代后期的点钞机外形图,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,一、点钞机的功能要求及机型的发展演化,图2-2020世纪80年代中国发明的卧式点钞机功能原理图,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,一、点钞机的功能要求及机型的发展演化,图2-2120世纪90年代中期出现的立式点钞机,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,一、点钞机的功能要求及机型的发展演化,图2-2221世纪初中国推出的新型的半卧式点钞机,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,一、点钞机的功能要求及机型的发展演化,对点钞机的改进和演化做一下总结:
1)点钞机是银行部门不可缺少的辅助机具,它的市场需求是巨大的,只要有纸币流通,就有市场需求。
2)点钞机是用来清点纸币的,要求点钞机的可靠性高。
3)点钞机最关键的功能是分钞功能,也就是说必须保证纸币一张一张地送过去,才能保证计数精确。
我们国家发明的橡胶阻尼式分钞功能原理一直在采用。
第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,4)我们知道,开发一种原型机,也就是从无到有是相当不易的。
如果对现有机型进行改进,可能是相当容易的。
改进时可能会弄巧成拙,比如日本在我国的卧式点钞机基础上改进的立式点钞机。
不过这也是经常发生的事情。
5)一个功能完善的机械产品通常不是通过一次设计完成的,而应该是在第一轮设计完成后,根据用户反馈的情况,不断修改、完善。
对点钞机的改进和演化做一下总结:
第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,对点钞机的改进和演化做一下总结:
第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,1、点钞机的总功能点钞机的总功能是将一沓同样的纸币输入机器后,经过机器处理,最后输出整理好的一沓纸币,同时机器准确显示纸币的张数。
二、点钞机的功能,对总功能的三点说明:
1)要能适应新、旧纸币2)清点计数的错误率要求小于万分之二3)出现了一种新的要求,即要求清点计数时能同时检伪,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,二、点钞机的功能,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,1、主要功能:
2、辅助功能:
3、控制功能:
三、点钞机的功能分析,1、点钞机的主要功能
(1)进钞输入功能
(2)分钞功能(3)计数功能(4)整理功能,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,三、点钞机的功能分析,
(1)进钞输入功能,图2-23两种机器的功能原理及其对比a)立式b)卧式,进钞输入总结:
立式和卧式点钞机都利用的是摩擦轮的物理效应,但结构区别很大,效果也有不同。
卧式的简单可靠,立式的有点复杂,可能会有故障发生,如纸币卷曲或折叠不一定能及时发现。
(2)分钞功能分钞功能是点钞机的核心技术,也是关键技术。
图2-20,我国最早研制成功的卧式点钞机采用的是摩擦阻尼分钞的功能原理。
图2-23a,立式点钞机的分钞功能原理b图,卧式点钞机的分钞功能原理,分钞功能总结:
立式和卧式它们在功能原理上都是利用摩擦的物理效应,虽然具体结构不同,立式设一个阻尼轮,卧式采用开槽的橡胶阻尼片,但分钞效果都很可靠。
(3)计数功能计数采用的是光电计数原理。
点钞机采用的都是光隙信号,让第一张纸币和第二张纸币之间产生一个瞬时透光的间隙,使光产生一个阶跃信号。
图2-23a,立式点钞机的分钞功能原理b图,卧式点钞机的分钞功能原理,(4)整理功能,立式点钞机最成功的地方就是用叶轮代替了卧式点钞机的输送带和拍板。
图2-23a,立式点钞机的分钞功能原理b图,卧式点钞机的分钞功能原理,2、辅助功能
(1)动力及传动功能
(2)进钞输入口斜板调节功能(3)阻尼轮压紧功能,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,三、点钞机的功能分析,
(1)动力及传动功能,图2-24卧式点钞机中用同步带控制各个轮轴的转速和转向,
(2)进钞输入口斜板调节功能输入口的斜板对输入胶轮的相对位置和角度,决定了纸币能否顺利输入一直到最后一张纸币。
所以斜板的位置和角度必须能够调整。
(3)阻尼轮压紧功能,图2-23a,立式点钞机的分钞功能原理b图,卧式点钞机的分钞功能原理,3、控制功能
(1)机械控制功能
(2)光电控制功能(3)人机控制功能,第六节典型机器的功能分析之三-点钞机,三、点钞机的功能分析,
(1)机械控制功能,图2-24卧式点钞机中用同步带控制各个轮轴的转速和转向,点钞机的计数采用光电计数技术。
点钞机的检伪功能,常用的有磁性检伪、金属线检伪、紫外线检伪、荧光透视及反射检伪等。
一旦发现假钞,立即自动停机。
(2)光电控制功能,有四个人机接口:
起停开关,靠人手来接通总电源。
检钞过程中采用自动检测有无纸币的传感器来控制启动和停止。
数码显示,把计数结果显示给人看。
声音报警器,检出假币时发出声音,传入人耳,由人介入处理。
计数方式控制切换按钮,按人的要求进行清零、单次计数或连续计数。
(3)人机控制功能,本章思考题:
1、机器的定义2、功能的观点如何描述机器的组成3、典型功能系统的四个组成部分4、主要功能、辅助功能的概念5、何谓工艺类、非工艺类机器?
工艺类机器的主要特征6、描述一下引面线造环功能、钩线扩环功能7、描述针式打印机打印头的工作原理,
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