机械设计学 第四章 机械功能原理的实现.ppt

1、第三章 机械产品的功能原理的实现 机械运动系统的方案设计,第一节 机构能实现的动作功能 一、机构能实现哪些动作功能 机械产品的动作功能要通过一系列的机构和电气电子装置去具体实现。机构一般能实现下列各种动作功能： 1利用机构实现运动形式或运动规律变换的动作功能 在绝大多数的机械中原动机的运动形式为转动，而机构的输出运动是多种多样的。利用机构可以进行构件运动形式的变换，例如； 1)匀速运动(平动、转动)与非匀速运动(平动转动或摆动)的变换 2)连续转动与间歇式的转动或摆动的变换。 3）实现预期的运动轨迹。,简谐运动:,曲柄滑块机构,图为从动轴又转又移的蜗轮连杆机构。图中5为蜗轮箱体，蜗杆4和轴1以

2、滑键连接，蜗轮3与杆2铰接。当轴1转动时，从动蜗轮3又转又移。印刷机色辊的运动即用此机构实现。,非匀速转动机构 非匀速转动机构包括双曲柄机构、非圆齿轮机构、曲柄导杆及组合机构等。,由于双曲柄机构和偏置曲柄滑块机构均有急回特性，二者并用加强了急回效果，使筛子在运动时有较大的加速度。 对于创床用的旋转导杆机构、单万向联轴节机构和反平行四边机构等均属于非匀速 转动机构。,2利用机构实现开关、联锁和检测等的动作功能 开关、联锁和检测是自动机中的重要内容。 检测机构可以检查最后的成品也可以检测中间工序，以自动校正与规定标准间的差异。 控制联锁机构的用途则是在机器工作过程中发现控制和检测机构所不能排除的缺

3、陷时停止或限制机器的工作。例如： 1）用来实现运动离合或开停。 2）用来换向、超越和反向止动。 3）用来实现联锁、过载保护、安全制动 4) 实现锁止、定位、夹压等。 5) 实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等。,举例1 制动机构： 制动装置的基本要求是：工作可靠，操作方便，制动乎稳且时间短，结构简单，尺寸小，重量轻，磨损小散热性好。 用电动机起停和换向时，常采用反接法制动。它具有操作方便、制动时间短等优点。但，反接时的制动电流大，传动系统受的惯性冲击力也较大。故它只适用于制动不频繁、传动系统惯性较小或电动机功率较小的系统。 用离合器进行起停或换向时，必须在传动链中安装制动装置。制动器和离合

4、器的操纵机构必须互锁。当离合器脱开时，制动器应制动，接通离合器前。制动器必须可靠地放松，以免损坏传动件或造成过大的功率损失。,图示的曲柄压力机只有一个执行机构，即曲柄滑块机构，电机9通过齿轮副8、7及离合器6带动曲轴4旋转，再通过连杆3使滑块2在机身10的导轨中作往复运动，操纵杆1使离合器接合或脱开，控制曲柄滑块机构的运动或停止。制动器5与离合器6的动作要协调配合：工作前，制动器先放松，离合器后接合；停车前，离合器先脱开，制动器后接合。,举例2 过载保护装置： 常用的安全保护装置有以下几种： 1销钉安全联轴器,2钢珠安全离合器,3摩擦式安全离合器 图示为单圆锥形擦安全离合器。摩擦面由内圆锥摩擦

5、盘1和外圆锥面摩擦盘2组成。在弹簧3作用下使两个锥面压紧，由此产生酌摩擦力矩即为该离台器允许的输出转矩。螺母5用来调整压紧力。,举例3 斜楔杠杆式夹持器。,3.利用机构实现程序控制或手动控制的功能 程序控制或手动控制是自动机械中不可缺少的一部分，控制的方法很多，用机构来控制的方法就有； 1)利用时间的序列进行控制 例如图4-1是一种凸轮程序装置。它由一系列的微动开关和凸轮组成。凸轮轴由同步电动机驱动。凸轮旋转一周， 对应着工件的整个加工 循环。,2)利用动作的序列进行控制 例如图42是一种利用电磁阀控制液压缸进行工作的顺序操作过程。,3)利用运动的变化等进行控制 例如图4-3是汽车发动机的离心

6、调速器。,二、选择机构来实现功能原理的原则和范围 上面叙述了机构所能实现的动作功能，实际上。这些功能也完全可以用电气或电子的原则来实现。但是在什么情况下选用机构来完成这些功能呢?当然首先是要完成设计时提出的功能目标。还要考虑到工作可靠，运行安全，操作方便，制造和运行的经济性等等。其中前两条是必须满足的，后两条则在有条件的情况下，尽可能的满足。 根据目前科学技术的条件，下列几方面的动作功能，一般较宜用机构来实现。 1实现功率性的机械运动形式或规律的变换功能 鼠笼型异步电动机+变速机构,2实现固定轨迹或简单可调的轨迹功能 例如各种自动机上的上、下料，加工、检测等工序需要的运动轨迹，均可全部用机构来

7、完成。对于复杂轨迹，采用电子或电气来控制，但其轨迹功作部分还必须使用机构，如机器人的手臂、手腕、手爪、计算机绘图仪的绘图笔的动作等。 3在特定条件下能优质地实现开关、联锁和检测等功能 如电灯开关一般是用机械式的，但也有触模式、光电式的开关，都能安全可靠地完成开关任务，至于操作方便和经济性只能在特定条件下作具体的分析。,4实现简单的固定程序或可变程序的控制功能 例如目前很少采用直线电动机来实现直线运动，但由于超导的发现，磁悬浮技术的成熟，直线电动机将使用在磁悬浮的高速列车上。电视机最初出现时当时电视频道少显象管屏幕也小，因而广泛使用安全可靠、操作方便、经济性好的机械式频道变换开关，但当电视机屏幕

8、的不断增大，频道的增多，经济性好的机械式频道变换开关，愈来愈感到操作的不便而被遥控开关所取代。但是也应看到电子技术的发展虽然能控制许多复杂的自动化机器和设备，但其本身的结构也日趋复杂，因而引起可靠性、安全性的下降。例如飞机上的自动导航仪，可以自动按给走路线飞行，而不需驾驶员动手，但是为了保证绝对安全可靠，这种飞机上还是安装了结构简单、工作安全可靠的手动控制装置。,第二节 传动机构和执行机构 一切机器都包含有四个部分：动力源、传动机构、执行机构和控制部分。 一、传动机构 传动机构（系统）是将原动机的运动和动力传给执行机构的中间装置，其类型主要有机械传动、流体动力传动、电力和磁力传动等。原动机与执

9、行机构间组成传动联系的一系列传动件称为传动链，所有传动链以及它们之间的相互联系组成传动机构（系统）。 主要目的：为了实现速度或力的变换，或实现特定运动规律的要求。,作用：是将原动机的运动和动力传递给工作机，以完成预期的功能。具体内容： (1)把原动机输出的速度降低或增高，以适合执行机构的需要； (2)实现变速传动以满足执行机构经常变速的要求； (3)把原动机输出的转矩、变换为执行机构所需要的转矩或力； (4）把原动机输出的等速旋转运动，转变为执行机构所要求的、其速度按某种规律变化的旋转或其它类型的运动； (5)实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不相同速度的执行机构； (6)由于受机体外形、

10、尺寸的限制，或为了安全和操作方便，执行机构不宜与原动机直联时，也需要用传动装置来联接。,1、传动机构的类型 变速装置，启动、停止和换向装置，制动装置及安全保护装置等。,1)变速装置及其机构,2)启动、停止和换向装置 常用的启停和换向装置有两类： 一类是通过按钮或操纵杆直接控制原动机实现启停和换向， 另一类是用离合器实现启停和换向。选择方案时应考虑执行机构所要求的启停和换向的颇繁程度、原动机的类型与功率。 （1)原动机为电动机时，电动机允许在负载下启动，可以正反运转，但电动机的启动电流通常是额定电流的57倍，因此在功率大、启停和换向频繁的情况下，将导致因发热大而缩短电机的使用寿命，同时因电流过大

11、影响局部电网的正常供电。其优点是操作方便，能简化机械结构。 用离合器启停和换向： 中等以上功率且启停和换向频繁时，常采用各种离合器启动和换向。若执行机构的旋转速度高时可采用摩擦离合器，若执行机构的旋转速度较低时可采用刚性的啮合式离合器。,（2)原动机为内燃机 由于内燃机既不能在负载下启动，也不能反转运行，故必须用摩擦离合器或液力偶合器来实现启动，执行机构需要反向时，应在传动链中设置反向机构。 离合器启停和换向举例：,图示为齿轮摩擦离合器换向机构的传动原理图，齿轮Z1和Z3均空套在轴I上，摩擦离合器向左接合时，通过Z2传动轴，摩擦离合器向右接合时，通过Z0、Z4传动轴 、实现反转，摩擦离合器处于

12、中间位置时，轴不转。这样就可实现轴的启动、停止和换向。,运动由轴输入； 轴输出,3)制动装置 对制动装置的基本要求是：结构简单，操作方便，工作可靠，制动平稳，耐磨和散热性能良好。 用电动机启停和换向时，一般采用电动机反接制动，它具有操作方便制动时间短等优点，但在反接制动时制动电流大，传动系统所受的惯性冲击力也较大，故只适用于制动不频繁、传动系统惯性较小或电动机功率较小的传动系统。 用离合器启停和换向时，必须在传动链中安装制动装置。常用制动器有下列类型：,4)安全保护装置 安全保护装置装在转速高的传动构件上，可使结构尺寸小些。若靠近执行机构安装，则发生过载时，能迅速停止运动，使传动链中其它传动构

13、件避免超负荷运行。所以安全保护装置宜故在靠近执行机构且转速较高的传动构件上。 （1）销钉安全联轴器 （2）钢珠安全离合器 （3）摩擦式安全离合器 前已举例。,常用的传动机构有齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、楔块机构、棘轮机构、槽轮机构、摩擦轮机构、挠性件机构、弹性件机构、液气动机构、电气机构以及利用以上一些常用机构进行组合而产生的组合机构。 2运动速度或力的大小变换 根据功率、速度、输出力三者之间的关系 P= F v 在输出功率一定的情况下：速度与输出力的变化关系,常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构主要有以下几种： 1)通过啮合方式进行传动(例如；齿轮、蜗轮蜗杆、链传动、同步齿

14、形带等)。其中齿轮传动可以在平行轴或交错轴间实现准确的定传动比传动，适用功率和速度范围广，结构紧凑，传动效率高，工作可靠，寿命长，互换性好，因而得到广泛应用。 2)通过摩擦方式进行传动(例如：摩擦轮传动、摩擦式无级变速器、带传动、滑轮传动等)。这类机构结构简单，维修方便，成本低廉，由于带具有柔软性、吸收振动的特性且有缓冲和安全保护的作用特性使带传动适用于两轴中心距较大的传动。,3)利用楔块原理进行传动(例如：螺旋传动、偏心轮传动等)。螺旋传动主要由螺杆、螺母、机架组成。螺旋传动的优点是增力效果大，可用较小的转矩得到较大的轴向力结构简单，传动精度高，平稳无噪声等。 4)利用流体作用原理进行传动(

15、例如：液压、气动传动等)。液体可以看作是一种不可压缩物体。因而液压传动能传动较大的力，经常用于传动比不需十分精确但载荷很大的情况下但液压传动速度较慢，例如液压千斤顶、液压挖掘机的推杆等。而气动传动机构一般用于传递较小的力，但作用速度快。,3运动形式或传力方式的变换 原动机的输出较为常见的运动形式是匀速转动，而工作机的输出要求是多种多样的，因此进行运动形式的变换是传动机构的一个很重要的任务。机械传动机构中常见的运动形式主要有：转动、平动、摆动等。常见的用运动形式的变换机构主要有：凸轮机构、螺旋机构、连杆机构、齿轮机构、挠性体机构、摩擦轮机构、流体机构等。它们能将转动变换成移动，或 反之。出于运动

16、形式的变化，机构的传力方式也就随之改变。,二、执行机构 带动工作头进行工作并使之获得工作力或力矩的机构称为执行机构，如挖掘机中推动铲斗运动的多杆机构，使起重机吊钩运动的起重臂，使飞机轮子起落的起落架，机器人的手臂等。执行机构的主要作用是给工作头产生工作力，同时带动工作头实现给定的运动规律或特定的运动轨迹等。 执行机构最常见的运动变换是旋转与直线运动的变换如蒸汽机将活塞的直线运动变换成旋转运动，而空气压缩机中曲轴、连杆和滑块执行机构则是将旋转运动变换成活塞的往复直线运动。 1、基本类型： 夹持、搬运、输送、分度与转位、检测与分类、施力等,1）夹持 夹持工作是加工、搬运及安全系统中最常见的动作，如

17、弹簧杠杆式、斜楔杠杆式、液压连杆式、电气式等型式夹持器，其基本原理多采用杠杆式原理，动力源有机械、电力、液力、气压及人力等，易简单的形式是人力夹持器，如夹煤球的钳子、虎钳等。 图示为JK系列提升机广泛使用的 油压盘闸制动器工作原理图。油 压盘闸成对使用，对称地布置在 制动盘两边。 2）搬运 3）输送,4）分度与转位,5）检测与分类 检测是为了检验工件的大小、形状及性能是否能满足要求，而分类是机械系统在工作过程中对工件对象进行分类以将其区分开来。 6）施力 执行系统不仅可完成一定的运动和动作，有许多执行系统还可对工件或外界产生一定的作用力或作用力矩，以满足生产要求。,2、满足特定运动规律 指那些

18、输出中有速度的规律变化要求，如有等速输出，瞬时或长时间停歇，有急回特性、周期性转位和步进分度动作等。一般机器中常常由多个执行机构组成，以完成各种预定的机械工作要求。例如图4-4中的牛头刨床,2满足特定的运动轨迹 在生产实际中，需要机构完成某种特定的运动轨迹，如直线、圆弧等等。当运动轨迹要求比较复杂时， 一般通过连杆机构或通过组合机构来完成。利用组合机构不仅能满足生产上的各种要求，而且能综合应用和发挥各种基本机构的特长，例如图4-5所示为利用联动凸轮机构实现任意预定的运动轨迹。图中利用两个凸轮A及B的协调配台控制X及y方向的运动轨迹为一“8”,3满足某种特殊的信息传递 利用机构不仅能完成机械运动

19、和动力的传递，还能完成诸如检测、计数、定时、显示或控制等功能。这一类应用很多，例如杠杆千分尺、家用水表、电表等使用的机械式计数器，家用 洗衣机、电风扇等使用机械式定时器。还可以用机构来实现速度、加速度等的测量和数据记忆等功能。,三、工作头 1什么是工作头 各种工艺类机械都有一定的工艺功能，其功能是通过与工作对象相关的工作头来表现出来的。例如挖掘机的铲斗，推土机的刀架，起重机的吊钩，铣床的铣刀，轧钢机的轧辊，缝纫机的机针，工业机器人的手爪等等。工作头是直接接触并携带工作对象完成一定的工作(例如：夹持、搬运、转位等)，或是在其上完成一定的工艺动作(例如喷涂、洗涤、锻比等)。,2、工作头的作用 工作

20、头的形式根据机构执行的工艺功能不同而多种多样。常见的工艺功能主要包含以下几个方面： (1)夹持： 工作头要对工件进行操作，要对工件施加作用力，需要首先将工件夹持住。例如。机床要加工工件；挖掘机要实现铲土的功能，必须先将铲斗深入土中。 (2)搬运、输送及转换工位 ： (3)施力： 工作头有时要对工作对象施加力或力矩以达到完成任务的目的。例如，材料的压力加工与实验，重物起吊与搬运等。,四、选择机构类型和拟定机构简图中的几个问题 选型时除应满足工艺功能的动作和运动的基本要求外，还应注意以下几个问题： 1 在满足工艺功能动作和运动要求的情况下应使机构最简单，传动链最短。 图4-9a)移动从动 件圆柱凸

21、轮机构； 图49b）所示的 摆动从动件盘状凸 轮机构与摇杆滑块 机构的组合。,2使机构有有利的传力条件 对行程不大但克服工艺阻力很大的连杆机构(如冲压机构)，应采用增力机构，使其在近于死点位置工作。图4-10是一种利用死点位置作为增力机构的运动简图。这种增力机构常用于剪切机、冲压机、破碎机等机械中，在主动件上施加较小的驱动力，可以克服从动构件上很大阻力。,关于死点的问题。 注：CD为主动件,图4-11是一快速夹紧机构，当工件被夹紧时连杆BC与摇杆CD成一直线。即在工件的反力F2作用下，连杆与从动杆共线。机构处于死点位置。（这是利用机构在死点位置附近具有自锁特性进行工作的实例 。,3使机构有尽可

22、能好的动力性能 在高速机构中，为了使动载荷最小，在机构选用时要尽量考虑其对称性。对机构或回转构件进行平衡使其质量分布合理，对于传动力的机构则要尽量增大机构的传动角，以防止机构的自锁，增大机器的传动效益，减少原动机的功率及其损耗。,传动角与压力角的关系及对运动的影响。,4使机器操纵方便调整容易，安全耐用 在拟定机器运动方案时适当地加入一些开、停、离合、正反转、刹车、受动装置，可使操纵方便调整容易；机器中加入过载保护装置，可预防机器的损坏等。,一、功能原理解与机械运动系统的方案设计 机械产品的功能原理设计完成后，得到一个“功能结构图”，有：总功能的各个分功能和它们之间的相互关系。按本章第一节的原理

23、就可以分析这些分功能中哪些适合用机械功能来完成；按第二节的原理分析这些功能是属于传动类型还是属于执行类型再根据选择机构的原则从已有的机构中选出能完成这些分功能的最佳机构。但在这些工作中将会存在以下两个问题：,第三节 按机械动作功能原理要求作机械运动系统的方案设计,1)在功能结构图中，有的分功能比较复杂，不可能用一个巳知的机构来完成。这里就需要根据分功能的特点，挑选几个机构组成一个机械运动系统，由这些机构共同完成这个分功能的机械动作。这就是所谓“机械运动系统的方案设计”，或称为“机构的创新设计”。 2)当功能结构图中的各机械分功能均已根据分功能的要求选择好相应的机构后，怎样使这些分散的机构组成一

24、个协调运动的整体，这也称为“机械运动系统的方案设计”，只是这个系统比较大，其综合后完成的机械功能，就是整个机械产品的总功能中的全部机械功能。这种机械运动系统方案设计也称为“机械运动系统的协调设计”。,二、功能原理的分解和机构的选择 当分功能比较复杂。不能用单一机构完成时，就要将分功能分解成几个分功能分解的原则是所分解出的分功能能够用一个简单机构去完成，故经常将这复杂的动作功能分解成一组由直线和圆弧组成的运动。因为直线和圆弧是机构能够最容易且最精确完成的运动。但能完成同一功能的机构有很多种如直线运动就有曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮齿条机构等。选哪一个机构，这除了要按第二节的原则外，还要看这些机构

25、能否组合在一起即所谓机构间的相容问题。如在要求精密运动的系统中，不能插入摩擦传动；在高速旋转传动中不能插入双曲柄机构等等。虽然这样，每个分功能还均有几种机构可选择，因而能完成这复杂功能组成的机械运动系统的方案就有很多个。这时就应该用机械原理的加识将这些方案进行详细的运动学和动力学分析，比较各个方案的优缺点后，选择其中最优的。如有必要，还应该进行实验验证。,1合理安排传动机构的顺序 例：三轴钻床中，传动机构的顺序是这样安排的： 主运动链：电动机皮带传动齿轮传动钻头转动； 进给运动链：电动机皮带传动蜗扦传动凸轮机构工作台升降进给,可知：在机构的排列顺序上一般遵循的规律是：转变运动方式的机构(如凸轮

26、机构)通常总是安置在运动链的末端，与执行机构最近，这样使传动环节简单。皮带传动及其他摩擦传动在传递同样转矩的条件下，与其他传动相比，其外廓尺寸要大很多。皮带传动既可过载保护，又不影响主轴与各执行构件之间的运动协调关系，且传动中心距大。为诚小尺寸和重量，这些传动机构一般安装在靠近原动机的地方。 2合理分配传动比 大传动比可分多级传动，在同类的几级传动装置中，通常把传动比最大的一级装在转速最低的位置，因而可使其他各级在较高的转速下工作，使各级中间轴上的转矩较小，这样可使轴和轴上零件尺寸较小，从而获得较为紧凑的机构。,3、机构组合举例：工厂备料车间用的锯床，,它是将整根元钢锯成小段送到各制造车间加工

27、。这种锯床的锯弓所要求的锯断分功能至少应包含以下三个运动特性要求： A)旋转运动变换成直线往复运动； B)工作行程的时间大于回程时间的急回特性； C)防止锯齿在工作时受到冲击载荷，要求在工作行程的中间段具有近似的等速运动。这三个运动特性要求均有多种机构可以选择，如：,1)转动(或摆动)变成移动的机构有：曲柄(或摆杆)滑块机构、正弦机构、凸轮机构、齿轮齿条机构等。 2)具有急回特性的机构 有：偏置曲柄滑块机构 、曲柄摇杆机构、凸轮 机构、曲柄导杆机构等。,3）工作行程具有近似等速段的机构：这个功能特性要求除凸轮机构能单独完成外，其余机构均需要相互配合才能完成。如：双曲柄机构、曲柄摇杆（导杆）机构

28、,根据这个设想，能满足有等速段子功能的机构，除了凸轮机构外还有曲柄摇杆机构、双曲柄机构、曲柄导杆机构及椭圆齿轮机构等与曲柄(或摆杆)滑块机构、正弦机构等的组合。,除凸轮机构外，其它方案均由两个以上机构组合而成，因而就有双曲柄机构偏置曲柄滑块机构、双曲柄机构正弦机构、椭圆齿轮一正弦机构、椭圆齿轮一偏置曲柄滑块机构、曲柄导杆机构一摇杆滑块机构等近十种方案。 在这些方案中性能最好的，经运动分析知为双曲柄机构一偏心曲柄滑块机构的组合，它在工作行程的70%范围内有良好的等速运动性能且有较好的急回特性，结构尺寸也合理。其次是曲柄导杆机构一摆动滑块机构。其运动性能与上述机构不相上下，但结构尺寸比较大，制造比

29、较复杂，用在锯床中有点大材小用。但却广泛用于各种类型的牛头刨床中。,三、机械运动系统方案设计举例家用缝纫机的送布机构设计 1家用缝纫机送布机构的功能原理要求 1）衣料必须在压脚板与入口平板之间作步进式移动。 2)送布牙的轨迹为近似矩形，特别是在送进阶段应是近似直线。 3)送布牙用棘齿状零件构成，其送布量在一定范围内可作无级调节 2 送布机构的功能分解 根据送布机构的功能原理要求可分解成以以下几个子功能： 1）发生矩形轨迹的子功能。 2）能控制矩形轨迹各段生成时，与引线机构相配合的控制子功能 3)改变送布牙送进量的调节子功能。 4)送布机构与传动轴之间的运动传递子功能。,3实现子功能的机构选择

30、()矩形轨迹生成机构 先根据选择机构要力求简 单的原则，作如下分析：,(2)矩形轨迹生成的控制机构 由于上述轨迹生成机构，己把矩形的上下和前后运动分开，由和两个转角独立控制，因此控制机构就变得简单。在目前情况下用凸轮机构特别方便，如：控制上下的凸轮机构，只要在凸轮摆动时，当需要送布牙作上升运动时，在凸轮上作一段上升曲线其余部分均用圆弧即可。当凸轮反转时上升曲线就变成下降曲线。,比较难设计的是送布牙的前后运动控制、因为前后运动的送布量要无级可调，要达到这个要求，控制凸轮必须与主轴直接相联。送布与后退的时间和大小由主轴控制，然后通过一调节机构，它只改变送进量的大小，即改变传递给轨迹发生机构的角。,

31、凸轮机构如图4-16a所示，为一等宽摆动凸轮机构，凸轮上有相对应的两个大小圆弧R及r，摆杆上槽宽L恰等于R十r。在图示位置，凸轮转动时摆杆不动、这两圆弧的对应角就是送布牙作上、下运动的时间，两圆弧间用直线相联，凸轮的转角为180- ，这时摆杆摆动角，这就是输给轨迹发生机构控制送布牙的送布大小。,(3)送布量的调节机构 调节机构的任务是将摆杆BB的送布输出信息，改变成大小可调的送布多少的参数 。调节机构的种类很多。如图4-17所示的四连杆机构，如改变曲柄的长度r就可改变摆杆的摆角。当曲柄的长度为“0时摆杆的摆角也为“0”，其缺点是调节曲柄的长度不方便。,工作原理： 当导轨CD放在水平位置时时(图

32、中粗实线)，凸轮转动控制摆杆摆动时，C点摆动轨迹a一a。与导轨直线相近这时摆杆BB绕B点摆动； 当导轨CD摆动成倾斜时(图中双点划线)，摆杆BB 摆动时，就迫使滑块沿导轨滑动铰链中心C也随着移动，带动摆杆作上、下移动，摆杆摆动中心B也随着上下移动。摆杆中心B与以O为转动中心，这样B点的上下移动就转变成到导杆OB的摆角 ，大小是受导轨CD的倾斜角控制。,4、机械运动系统的方案设计 机构选择完后，就要根据功能分解的原理将这些机构组合在起，完成送布的分功能，这就称为送行机构的运动方案设计。从上可知，分功能的分解方法不同，每个部分所选择机构的不同得到的机械运动方案也就不同。设计者应该在这众多的方案中选

33、择个最优的方案，本例的机械运动方案的方框图如图418a所示，图418b为其机构示意图。,5、小结 个体生产对缝纫速度的要求。凸轮控制已无法满足高速缝纫的需要。若将凸轮的设计、制造精度提高，则将提高产品的成本，因此用连杆机构来代替凸轮机构已成了高速缝纫机的一种趋势，因为连杆机构制造方便，成本低而高速运转性能良好。图4-19所示为一高速缝纫机的送布机构的机动示意图，轨迹发生机构未改变，但控制机构均己改成连杆机构。（图中CDEF为送布调节机构，手动调节杆调节E点的位置。）,第四节 发挥机构固有潜力的方法 机构的创新设计 从机械运动系统方案设计中可知，功能原理的分解和按分解后的分功能选择设计机构是一个

34、很重要的工作，分解得不合理，选择机构不当，都会影响分功能的完成。按功能原理来选择或设计机构是一个创造性的工作，能否设计出个优秀的新机构是方案设计中的一项重要工作。,一、简单机构运动特点的利用 1平行四边形移动式抓取机构 如图46所示的平行四边形移动式抓取机构，当活塞1上的推杆2上移时，通过扇形齿轮3带动平行四边形机构OABO1，使手爪5、6作平行移动，而夹紧工件。图(b)为通过蜗杆、蜗轮带动平行四边形机构的移动式抓取机构。,2铸件供料机构 图47所示为铸件供料机构，它的主机构是双摇杆机构1236，该机构利用连杆的特殊构形的位置与姿态，将加热炉中出料后的铸件8运送到升降台7上。其中，构件4、5构

35、成了液动机构。这种机构利用连杆导引运动特性构成了一种巧妙的出料机构。,二、链传动的变异与创新 将导轨链传动设计成各种输出机，导轨链传动中没有从动轮。,三、无死点机构 在曲柄滑块机构中，当滑块为主动件时，机构有死点出现。如何构思一个无死点机构? 1、若采用图428(a)所示结构形式，则无死点出现。再如蒸汽机动力设备是90开式双气缸结构，这样的结构也可避开死点(图428(b)。,2、图429所示为一种巧妙的无死点机构，其巧妙之处是：滑板与活塞杆相连接，利用滑板上的曲线形长孔及与之配合的曲柄销驱动曲柄轮转动，在曲柄销的左右死点位置上，由于滑板的曲线形长孔的斜面与曲柄销接触，所以就能消除一般曲柄机构的

36、死点问题。曲线形长孔的倾斜方向确定了曲柄轴的旋转方向，并使其保持固定的旋转方向。,四、连杆机构 1、曲柄滑块与齿轮齿条机构 图71所示为平台印刷机中的主传动机构，为了使印刷机构结构紧凑，采用了曲柄滑块机构与齿轮齿条机构(下齿条为固定的)串联组合而成的机构系统，上齿条往复运动的行程是齿轮转动中心点C往复运动行程的两倍。,2凸轮连杆机构 如图73所示，用于订扣机工作台纵向运动的凸轮连杆机构，原动件为凸轮1，从动件为工作台5，被订的钮扣夹紧在该工作台上，随工作台作往复运动，同时缝针(图中未画出)作上下往复运动，完成订扣动作。凸轮轮廓线形状控制其每转一周工作台往复运动次数(即订扣针数)，构件CB的长度

37、可调节，以增大工作台的往复行程。,3齿轮连杆机构 在图74所示的包装机推包机构中，机构在凸轮1的驱动下，使推板5按一定的运动规律往复移动，将工件推到包装位置。其中，齿轮连杆机构主要是用于放大推板的行程，所需的放大比例可根据实际需要确定。其中，构件2为扇形齿轮、3为齿轮、4为摆杆。,4凸轮移动式行程放大机构 利用凸轮机构来获取大运动距离时，常常感到需要较大的结构空间，不然就要求有很大的凸轮机构。这时，可以采用如图75所示的机构，与盘状凸轮相关的轴销带动滑杆左右移动，移动距离为凸轮升程S，滑杆上装有可摆动的扇形齿轮，扇形齿轮与齿条 相啮合。由于滑杆的移动使扇 形齿轮摆动，而扇形齿轮另一 侧的臂杆摆

38、动，将带动上边的 滑杆(滑块)滑移，其滑移距离 将依杆长与齿轮扇形半径之比 而放大。,五、改变机构的某些尺寸参数，使机构出现一种新的功能 1）a)图AB小功率的旋转运动时，滑块能产生巨大的冲压力。 2）AB的尺寸增加：“瞬时停歇”现象。有利于被冲压工件的永久变形，提高冲压零 件的尺寸精度。 3）若把AB的尺寸继 续增加，曲柄相应的 转角也增大，这时可 看到滑块有明显的上、 下二次运动。利用此 运动特性制成的压力 机称为“二次压印机”,六、运用机构的串联组合，改变机构的运动特性 拉延压力机的冲头向下冲压时，把钢板拉延成杯状零件但当冲头还未与钢板接触时，压力机的压边机构的压边滑块应先下降，把钢板的

39、四周压紧如图421所示。当拉延完毕冲头上升至脱离模具后，压边滑块才能松压上升，准备下一次的拉延工作。 （占整个周期的1/3，约100） 1、以往都是采用凸轮机构： 2、80年代有人设计了一个全 连杆组成的压边机构： 1）优点：加工制造简单； 机器的体积缩小； 使用寿命延长。,2）设计思路： 就是利用机构的串联组合拓宽机构原有的瞬时停歇特性，图422a中的六杆增力机构ABCDE，当主动构件转过20时，滑块作瞬时停歇运动(图422中为了作图清楚将 放大到40 )。如将滑块E用作压边机构，只要滑块二次摆动的升距不超过0.05mm，就可以看作滑块E是作连续压紧动作，但问题是这个停歇时间太短，与100

40、相比还差得太多。若把主动连架杆改成摆动、滑块在最下面的位置时，作为主动摆杆的一个极限位置，如粗实线ABCDE； ABCDE（细实线）为主动摆杆的另一个极限位置。压边角度：A1转到AB，经过四次微小摆动（位移0.05mm） 拓宽停歇时间：增加曲柄摇杆机构FGHA。,七、运用机构的并联组合，得到某种特殊的运动规律或轨迹 典型的实例:送布机构中的轨迹生成机构，它是以二自由度的轨迹发生机构为基础机构，然而采用两个单自由度的凸轮机构作为其两个输入而并行接入，经基础机构叠加后得到任意的轨迹。如将上述送布机构，略去送布调节机构和运动传动机构，并把两个控制凸轮安装在同一主轴上。即得图423a所示机构示意图，图

41、中构件l、2、4、5组成二自由度基础机构。凸轮8与构件5及凸轮8与构件2组成两个单自由度机构，并行输入这个二自由度基础机构，它将这两个输入运动叠加后得到一个期望的输出轨迹。这种经二自由度基础机构叠加而得到一个新的运动的原理也可用到运动特性的改变上。如要求旋转运动中有停歇，变速运动中有等速部分等。,八、利用机构组成原理发现新的机构 机构组成原理：机构是由若干个构件组成，其最基本的形式是构件间全部用转动副组成。用相同数目的构件组合起来完成给定的运动规律的机构将不止一种，研究机构组成的结构形式，探讨其组成原理，用不同的组合方法，将可演变出具有各种不同运动特性的各种机构。,“0”表示：不分配n2构件而

42、直接连接； 用“1”、“2”分别表示连接两顶点间n2构件数。 318a、b所示的9个变型结构： 其中方形排列为三种，如图318a所示，分别用111100、 112000、220000表示之； 图318b为Y形排列的6种变型结构。 在方案II中，因缩图中只有5个可能的n2构件连接两个n3顶点和一个n4顶点、故用5个数字表示其不同的变型结构，如图318c所示。方案III只有两种独立的结构形式，如图318d所示。 以上组成8杆单自由度机构的运动链，共得16种变型结构。在这些结构中选用不同的构件作机架，就可得到各种不同的机构，在这些机构中可找出最优的机构供选用。,图4-24a其特征号为“111100” 如把其中6、7、8三构件代换成高副，以构件1为机架，构件5为凸轮作主动构件，