机械创新设计第三章

第三章机械运动形态与控制机械的主要特征就是要有运动的变换和运动的传递。第一节机械运动形态与变换

定轴转动(含摆动和间歇转动)运动部件的基本运动形式

往复移动

平面运动机构：广义机构，能实现各种不同的运动形态一、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构外啮合内啮合圆锥齿轮蜗轮蜗杆齿轮系机构渐开线摆线圆弧线渐开线轮系摆线针轮楔波传动轮系活齿传动轮系1．齿轮传动机构：3．瞬心线机构：实现连续的、周期性的、变速传动输出（1）椭圆型瞬心线机构图3-4a

平行轴圆柱摩擦轮类型圆锥摩擦轮图3-3垂直轴圆柱摩擦轮为轮1的转角，e为椭圆的偏心率2．摩擦轮传动机构：传递的力较小，主要应用于仪器中传递运动。图3-1齿轮传动机构图3-2齿轮系机构图3-3摩擦轮传动机构2）四叶卵型线轮传动图3-4b瞬心线机构可以靠摩擦传递运动和动力，也可在瞬心线上制成轮齿4．连杆机构：图3-5双曲柄机构：变传动比，急回运动特征平行四边形机构：定传动比，运动不确定，虚约束转动导杆机构：急回运动特征双转块机构：AB=AB’=AC，i12=25．带传动机构图3-66．链传动机构图3-4瞬心线机构图3-5实现连续转动的连杆机构图3-6带传动机构示意图7．绳绳索传传动机机构：：不能能传递递较大大的载载荷，，图3-7图3-7为为绳索索传动动示意意图8．液液力传传动，，液力力藕合合器图图3-8a9．钢钢丝软软轴传传动机机构图图3-8b图3-8液液力藕藕合器器与钢钢丝软软轴示示意图图10．．万向向联轴轴器：：空间间连杆杆机构构，图图3-9单万向向联轴轴器双万向向联轴轴器：：等速速传动动变速传传动图3-9万万向联联轴器器示意意图二、连连续转转动到到步进进转动动的运运动变变换与与实现现机构构1．棘棘轮机机构2．槽槽轮机机构3．不不完全全齿轮轮机构构4．分分度凸凸轮机机构图图3-10三、连连续转转动到到往复复摆动动的运运动变变换与与实现现机构构，图3-11曲柄摇摇杆机机构，，曲柄柄摇块块机构构，摆摆动导导杆机机构摆动从从动件件凸轮轮机构构四、连连续转转动到到往复复直线线移动动的运运动变变换与与实现现机构构曲柄滑滑块机机构、、正弦弦机构构、直直动从从动件件凸轮轮机构构、带带或链链传动动机构构、齿齿轮齿齿条机机构、、螺旋旋传动动机构构及一一些组组合机机构、、摩擦擦滚轮轮送料料机构构图3-12图3-10步步进机构构示意图图图3-11转转动到到摆动变变换的机机构示意意图五、直线线移动转转换为直直线移动动的运动动变换与与实现液压机构构，斜面面机构，，具有二二个移动动副的连连杆机构构移动凸轮轮机构，，直线电电机，弹弹簧机构构图3-13直直线移移动转换换为直线线移动的的变换机机构六、直线线移动转转换为定定轴转动动或往复复摆动的的运动变变换与实实现机构构曲柄滑块块，齿轮轮齿条，，摆臂移移动凸轮轮，螺旋旋组合机机构图3-14直直动到到摆动的的运动变变换机构构第二节机机、、电、液液机构组组合的运运动及控控制一、机、、液机构构组合的的运动形形态液压缸与与连杆机机构系统统的组合合1．机、、液机构构组合的的基本型型a.单单出杆固固定缸；；b.双双出杆固固定缸；；c.摆摆缸2．机、、液机构构组合的的常见运运动形式式液压传动动容易实实现顺序序动作、、换向动动作、速速度调节节、压力力调节和和压力保保持等多多种复杂杂的要求求，且易易于实现现自动控控制所以机、、液一体体化的机机械正在在迅速发发展。（1）固固定液压压缸式机机构（2）摆摆动式液液压缸机机构图3-15机机、液液机构组组合的基基本型图3-16单单出杆杆固定缸缸机构的的直接应应用图a)实实现夹夹紧工作作的原理理图图b)送送料工工作原理理图单出杆固固定缸和和连杆机机构组合合的实例例图3-17固固定缸缸式机构构应用举举例图a)为为驱动动机器人人升降工工作示意意图图b)机机械手手夹持机机构图b)机机械手手夹持机机构图3-18摆摆动式式液压缸缸机构示示意图图a)控控制机机械臂俯俯仰图b)飞飞机起起落架（（空间机机构）图3-19液压压挖掘机机图3-22电电磁机机构3．机、、液机构构的控制制系统机、液机机构，一一般，液液压元件件动动力元元件，控控制元件件控制方法法：手动动、机动动和微机机控制。。（1）手手动控制制：换向向阀，流流量阀（2）机机动控制制：档块块实现换换向（3）微微机控制制：由于于液压阀阀心的动动作可由由电磁力力来完成成，以通通电与断断电的方方式来控控制阀心心的动作作，给实实施微机机控制提提供了很很大的方方便。图3-20手手动换换向阀二、电磁磁机构：：电磁机械运动动图图3-32（正）电磁机构构：开关关机构，，电磁振振动机构构反电磁机机构：磁磁电式位位移传感感器或速速度传感感器三、机电电组合机机构机、电一一体，集集自动控控制、智智能、机机械运动动为一体体的柔性性机械系系统典型代表表：计算算机外设设（打印印机、传传真机、、绘图机机……））微机→接口→输出通通道→电磁阀阀图3-21微微机控控制框图图图3-23针式式打印机机机构示示意图图3-24为打打印机控控制原理理图图3-25为机机械系统统微机控控制框图图总之，机机电机构构组合中中的运动动形态由由机构的的结构来来实现，，而机械械的运动动参数（（位置、、位移、、速度、、加速度度等）和和各执行行机构的的运动协协调关系系是靠微微机系统统（微机机、接口口电路、、各种电电子元件件组成的的硬件及及软件））来实现现的。进行创新新设计机机电组合合机械时时，根据据工艺动动作要求求设计出出机械系系统，必必须同时时充分考考虑到控控制元件件的选择择以及控控制方法法的确定定。机械系统统、微机机系统以以及传感感系统要要作为一一体来考考虑，力力求机械械系统的的简化，，更好地地发挥软软件的优优势，以以降低机机器的成成本。第三节机机械械运动与与控制一、机械械运动的的换向与与控制1．旋转转运动的的换向与与控制（（正、反反转控制制）（1）改改变电机机转向（2）限限位开关关换向限位开关关：机械械式，光光电式，，磁开关关对液压传传动，通通过限位位开关控控制电磁磁换向阀阀线圈的的通电与与断电，，改变液液流的方方向而达达到旋转转油缸换换向的目目的。（3）介介轮换向向（4）棘棘轮换向向改改变棘爪爪的棘齿齿方向（5）摩摩擦轮换换向（6）自自身换向向机械：：曲柄摇摇杆，摆摆动凸轮轮图3-26三三相交交流异步步电动机机的换向向控制电电路图图3-27利利用限限位开关关控制电电机的换换向的原原理图图3-28介介轮换换向示意意图图3-29棘棘轮换换向示意意图图3-30摩摩擦轮轮换向图3-31自自身换换向机构构示例2．直线线移动的的换向与与控制（1）改改变电机机转向来来实现往往复的直直线移动动丝杆传传动，，电动动大门门图图3-32直直线电电机（2））液压压换向向：控控制换换向阀阀图图3-33改改变液液流方方向实实现油油缸的往复复运动动。软软件定定时（3））自身身换向向机构构曲曲柄柄滑块块机构构、正正弦机机构、、双滑滑块机机构、、直线线凸轮轮机构构等二、机机械运运动的的调速速与控控制减速器器，变变速器器（1））调速速电机机：目标标，低低速大大扭矩矩直流电电机调调速中中小功功率已已商品品化交流电电机调调速（2））齿轮轮减速速器普通齿齿轮减减速器器、行行星齿齿轮减减速器器、摆摆线针针轮减减速器器、谐谐波减减速器器图3-32电电动动大门门示意意图图3-33液液压压换向向控制制原理理图图3-34工工作作台换换向示示意图图图3-35自自身身移动动换向向机构构（4））变速速器：：有有级变变速器器：图图3-37无级变变速器器：摩摩擦传传动功功率率≤20KW链式连杆脉脉动（3））其它它减速速装置置：带带传动动、链链传动动、摩摩擦传传动图3-36减减速速器示示意图图图3-37齿齿轮轮变速速器简简图表中L为离离合器器，Z为制制动器器。““+””号表表示接接合状状态，，“-”为为松开开状态态图3-38无无级级变速速器示示意图图表3-1T38坦克克行星星变速速器LZ1Z2Z3Z4Z-1传动比1-+----10.242--+---4.083---+--2.544----+-1.65+-----1.0-1-----+-6.9三、机机械运运动的的离合合与控