第六章 机械组成原理

1、回章首回章首退出退出6-2 6-2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图 6-3 6-3 机构的类型机构的类型 6-1 6-1 机器的组成机器的组成 第六章第六章 机械组成原理机械组成原理6-4 6-4 机构应用机构应用 回章首回章首退出退出机器机器 是是 执行机械运动的装置执行机械运动的装置， 用来用来变换或传递能量、物料与信息变换或传递能量、物料与信息。 机器机器由由 、 和和 组成。组成。 6-1 6-1 机器的组成机器的组成电动大门示意图电动大门示意图 汽车、火车、拖拉机、起重机、坦克、飞机、汽车、火车、拖拉机、起重机、坦克、飞机、车床、铣床、刨床、机器人、传真机、打印机等车床、铣床、

2、刨床、机器人、传真机、打印机等 原动机原动机 机械运动系统机械运动系统控制系统控制系统机器组成示意图机器组成示意图 回章首回章首退出退出机机器器示示例例回章首回章首退出退出机器组成示意图机器组成示意图 原动机原动机传动装置传动装置工作执行装置工作执行装置控制系统控制系统回章首回章首退出退出电动大门示意图电动大门示意图门柱减速器电动机连杆机构大门围墙回章首回章首退出退出（1 1）电动机电动机：把电能转换为机械能的机器把电能转换为机械能的机器 （2 2）内燃机：内燃机：把热能转换为机械能的机器把热能转换为机械能的机器 （3 3）一次能源型原动机：一次能源型原动机：直接利用自然界中能直接利用自然界中

3、能源的机器源的机器 1.1.原动机原动机把其它形式的能量转化为机械能的机器。把其它形式的能量转化为机械能的机器。原动机为机器的运转提供动力原动机为机器的运转提供动力 分类分类 回章首回章首退出退出( (图图) )电动机、内燃机、风力机电动机、内燃机、风力机回章首回章首退出退出2.2.机械运动系统机械运动系统机器的传动系统和工作执行系统统称机器的传动系统和工作执行系统统称机械的运动系统机械的运动系统 装载车和汽车吊对比图装载车和汽车吊对比图 回章首回章首退出退出3 3. .机械的控制系统机械的控制系统 （1）电气控制系统的基本要求）电气控制系统的基本要求 （2）控制对象）控制对象 （3）机械控制

4、系统的发展趋势）机械控制系统的发展趋势 软件伺服控制原理框图软件伺服控制原理框图 1）满足机械的动作要求或工艺条件。）满足机械的动作要求或工艺条件。2）电气、电子元件合理，工作安全可靠。）电气、电子元件合理，工作安全可靠。3）停机时，控制系统的电子元器件不应长期带电。）停机时，控制系统的电子元器件不应长期带电。4）有较强的抗干扰能力，避免误操作现象发生。）有较强的抗干扰能力，避免误操作现象发生。5）便于维护与管理，经济指标好。）便于维护与管理，经济指标好。6）使用寿命长。）使用寿命长。7）自动控制系统中应设置紧急手动控制装置。）自动控制系统中应设置紧急手动控制装置。 1）对原动机进行控制）对原

5、动机进行控制 三相异步电三相异步电机控制电路原理图三相异步电三相异步电机控制电路原理图 2）对电磁铁的控制）对电磁铁的控制 直流电机的控制电路原理图直流电机的控制电路原理图 回章首回章首退出退出三三相相异异步步电电机机控控制制电电路路原原理理图图 三相异步电机控制电路原理图三相异步电机控制电路原理图 回章首回章首退出退出直直流流电电机机的的控控制制电电路路原原理理图图 直流电机的控制电路原理图直流电机的控制电路原理图 回章首回章首退出退出软件伺服控制原理框图软件伺服控制原理框图 微微 型型 计计 算算 机机D/A转换转换A/D转换转换伺服放大器伺服放大器伺服电机伺服电机速度发电机速度发电机脉冲

6、编码器脉冲编码器回章首回章首退出退出6-26-2平面机构的运动简图平面机构的运动简图1.1.构件的基本概念构件的基本概念 2.2.运动副的基本概念运动副的基本概念 3.3.运动链运动链 4.4.机构机构 5.5.机构运动简图机构运动简图 6.6.平面机构的自由度计算平面机构的自由度计算 回章首回章首退出退出1. 1. 构件的基本概念构件的基本概念（1）零件零件：指组成机器的最小制造单元。指组成机器的最小制造单元。 （2）构件构件：指组成机器的最小运动单元。指组成机器的最小运动单元。 构件可能是一个零件，也可能是几个零件构件可能是一个零件，也可能是几个零件的刚性组合。的刚性组合。 构构 件件回章

7、首回章首退出退出构构 件件回章首回章首退出退出转动副：转动副：两构件之间的相对运动为转动两构件之间的相对运动为转动移动副：移动副：两构件之间的相对运动为移动两构件之间的相对运动为移动运动副元素运动副元素：形成运动副的点、线、面部分：形成运动副的点、线、面部分 元素元素运动副的代表符号：运动副的代表符号：在绘制机构运动简图时在绘制机构运动简图时 常用圆圈表示转动副，常用圆圈表示转动副， 方块表示移动副，方块表示移动副， 两曲线表示高副。两曲线表示高副。2. 2. 运动副的基本概念运动副的基本概念两构件之间的可动联接，叫做两构件之间的可动联接，叫做 运动副运动副按按接触方式接触方式 按两构件之间的

8、按两构件之间的相对运动方式相对运动方式 低副：低副：两构件之间以面接触形式形成的运动副两构件之间以面接触形式形成的运动副 高副：高副：两构件之间以点或线形式接触而形成的两构件之间以点或线形式接触而形成的 运动副运动副 分分类类 运动副表示方法运动副表示方法回章首回章首退出退出运动副表示方法运动副表示方法 回章首回章首退出退出3. 3. 运动链运动链 分分类类运动链运动链 是是 若干构件通过运动副相联接后组成的可动系统若干构件通过运动副相联接后组成的可动系统 1 1）按构件间的相对运动方式）按构件间的相对运动方式 2 2）按各个构件是否封闭）按各个构件是否封闭 平面运动链：平面运动链：各构件在一

9、个平面或平行平面内运动的运各构件在一个平面或平行平面内运动的运 动链，称为平面运动链。动链，称为平面运动链。空间运动链：空间运动链：各构件不在一个平面或平行平面内运动的各构件不在一个平面或平行平面内运动的 运动链，称为空间运动链。运动链，称为空间运动链。 闭链：闭链：各构件首尾封闭的运动链，称为闭链。各构件首尾封闭的运动链，称为闭链。开链：开链：各构件首尾不封闭的运动链，称为开链。各构件首尾不封闭的运动链，称为开链。 运动链的表示方法运动链的表示方法回章首回章首退出退出运动链表示方法运动链表示方法 图（图（a a）为闭链；）为闭链；图（图（b b）为开链；）为开链；图（图（c c）不是运动链，

10、为桁架。（构件间无相对运动）不是运动链，为桁架。（构件间无相对运动） 回章首回章首退出退出4. .机构机构机构机构 是是 具有一个固定构件的可动运动链。具有一个固定构件的可动运动链。 图（图（a a）中，固定构件）中，固定构件4 4，可得到闭链机构。，可得到闭链机构。图（图（b b）中，固定构件）中，固定构件1 1，可得到开链机构。，可得到开链机构。 回章首回章首退出退出5. .机构运动简图机构运动简图 用简单的线条和运动副的代表符号表示机器的组成用简单的线条和运动副的代表符号表示机器的组成情况和运动情况的图形情况和运动情况的图形, ,如按比例尺画出，则称之为如按比例尺画出，则称之为机构机构运

11、动简图运动简图。否则为。否则为机构示意图机构示意图 长度比例尺长度比例尺 或或m/mmm/mm )mm()m(图中尺寸实际尺寸l（1 1）画法：）画法：1 1）找出原动件和从动件）找出原动件和从动件2 2）使机构缓缓运动，观察其组成情况和运动情况）使机构缓缓运动，观察其组成情况和运动情况3 3）沿主）沿主从动件的传递路线找出构件数目和运动副的数目与种类从动件的传递路线找出构件数目和运动副的数目与种类4 4）选择大多数构件所在平面为投影面）选择大多数构件所在平面为投影面5 5）测量各运动副之间的尺寸，用运动副表示各构件的联接，选比）测量各运动副之间的尺寸，用运动副表示各构件的联接，选比例尺画出各

12、构件，从而完成机构运动简图的设计。例尺画出各构件，从而完成机构运动简图的设计。 （2）实例：）实例： 鄂式破碎机的机构运动简图鄂式破碎机的机构运动简图 回章首回章首退出退出鄂式破碎机的机构运动简图鄂式破碎机的机构运动简图 回章首回章首退出退出 自由构件在平面内有三个自由度，自由构件在平面内有三个自由度，n n个构件有个构件有3n3n个自个自由度。与其它构件联接后就受到约束。由度。与其它构件联接后就受到约束。 一个平面低副提供一个平面低副提供2 2个约束，个约束， 个低副提供个低副提供2 2 个约个约束束; ; 一个平面高副提供一个平面高副提供1 1个约束，个约束， 个高副提供个高副提供 个约个

13、约束，则机构自由度为：束，则机构自由度为： F F = =6. .平面机构的自由度计算平面机构的自由度计算lPlPhPhPhL23PPn（2 2）机构具有确定运动的条件）机构具有确定运动的条件 （1 1）自由度计算）自由度计算 机构的自由度等于机构的原动件数目，机构具有确定的机构的自由度等于机构的原动件数目，机构具有确定的运动。机构的自由度由机构的属性决定，而机构的原动件由运动。机构的自由度由机构的属性决定，而机构的原动件由人来确定。人来确定。 回章首回章首退出退出物体在平面坐标系中的运动物体在平面坐标系中的运动 回章首回章首退出退出机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件图（图（a a）

14、中，）中，F F =1=1，有一个原动件即有确定的运动，有一个原动件即有确定的运动图（图（b b）中，）中，F F =2=2，有二个原动件即有确定的运动，有二个原动件即有确定的运动 回章首回章首退出退出6-3 6-3 机构的类型机构的类型 1.1.机构的基本型机构的基本型 2.2.机构的组合机构的组合 1)1)机构的基本型（一）机构的基本型（一）2)2)机构的基本型（二）机构的基本型（二）回章首回章首退出退出（3 3）含有二个移动副四杆机构的基本型）含有二个移动副四杆机构的基本型 （4 4）圆柱齿轮传动机构的基本型）圆柱齿轮传动机构的基本型 （5 5）圆锥齿轮传动机构的基本型）圆锥齿轮传动机构

15、的基本型 （6 6）蜗杆传动机构的基本型）蜗杆传动机构的基本型 （7 7）内啮合行星齿轮传动机构的基本型）内啮合行星齿轮传动机构的基本型 （8 8）直动从动件平面凸轮机构的基本型）直动从动件平面凸轮机构的基本型 （9 9）摆动从动件平面凸轮机构的基本型）摆动从动件平面凸轮机构的基本型 回章首回章首退出退出（1）全转动副四杆机构的基本型）全转动副四杆机构的基本型 曲柄摇杆机构的机构简图曲柄摇杆机构的机构简图 回章首回章首退出退出（2）含有一个移动副四杆机构的基本型）含有一个移动副四杆机构的基本型 曲柄滑块机构的机构简图。曲柄滑块机构的机构简图。回章首回章首退出退出（3）含有二个移动副四杆机构的基

16、本型）含有二个移动副四杆机构的基本型 正弦机构的机构简图正弦机构的机构简图 回章首回章首退出退出（4）圆柱齿轮传动机构的基本型）圆柱齿轮传动机构的基本型圆柱齿轮传动机构的基本型圆柱齿轮传动机构的基本型 回章首回章首退出退出（5）圆锥齿轮传动机构的基本型）圆锥齿轮传动机构的基本型斜齿圆锥齿轮传动机构和曲齿圆锥齿轮传动机构斜齿圆锥齿轮传动机构和曲齿圆锥齿轮传动机构回章首回章首退出退出（6）蜗杆传动机构的基本型）蜗杆传动机构的基本型延伸渐开线圆柱蜗杆传动机构，渐开线圆柱蜗杆传动机构延伸渐开线圆柱蜗杆传动机构，渐开线圆柱蜗杆传动机构 回章首回章首退出退出（7）内啮合行星齿轮传动机构的基本型）内啮合行星

17、齿轮传动机构的基本型 摆线针轮传动机构、谐波传动机构、内平动齿轮传动机构、活齿传动机构摆线针轮传动机构、谐波传动机构、内平动齿轮传动机构、活齿传动机构 回章首回章首退出退出（8）直动从动件平面凸轮机构的基本型）直动从动件平面凸轮机构的基本型直动从动件平面凸轮机构的基本型直动从动件平面凸轮机构的基本型回章首回章首退出退出（9）摆动从动件平面凸轮机构的基本型）摆动从动件平面凸轮机构的基本型摆动从动件平面凸轮机构的基本型摆动从动件平面凸轮机构的基本型 回章首回章首退出退出（1616）电磁传动机构的基本型）电磁传动机构的基本型 （1414）液、气传动机构的基本型）液、气传动机构的基本型 （1212）带

18、传动机构的基本型）带传动机构的基本型 （1313）链传动机构的基本型）链传动机构的基本型 （1111）摆动从动件圆柱凸轮机构的基本型）摆动从动件圆柱凸轮机构的基本型 （1010）直动从动件圆柱凸轮机构的基本型）直动从动件圆柱凸轮机构的基本型 回章首回章首退出退出圆柱凸轮机构的基本型圆柱凸轮机构的基本型回章首回章首退出退出带传动带传动 b) 链链传动传动 回章首回章首退出退出液、气传动的基本型液、气传动的基本型 回章首回章首退出退出传动机构传动机构的基本型的基本型图图 b) b) 电磁传动机构的基本型电磁传动机构的基本型 a) a) 螺旋传动机构的基本型螺旋传动机构的基本型传动机构的基本型传动机

19、构的基本型回章首回章首退出退出间歇运动机构的基本型间歇运动机构的基本型 b) b) 为外槽轮机构的基本型为外槽轮机构的基本型 a) a) 为外棘轮机构的基本型，为外棘轮机构的基本型，回章首回章首退出退出2.2.机构的组合机构的组合 各种机构的巧妙组合是机械创新设计的重要手段之各种机构的巧妙组合是机械创新设计的重要手段之一。其组合方法可分为各类基本机构的一。其组合方法可分为各类基本机构的串行联接、并行串行联接、并行联接联接、 封闭式联接、叠加联接封闭式联接、叠加联接五种。五种。 不同的联接方式所产生的机构系统不同，串行联接、不同的联接方式所产生的机构系统不同，串行联接、并行联接、混合联接、叠加联

20、接所组成的机构系统称为并行联接、混合联接、叠加联接所组成的机构系统称为机构组合系统机构组合系统，封闭式联接所组成的机构系统称为，封闭式联接所组成的机构系统称为组合组合机构系统。机构系统。 回章首回章首退出退出串联组合串联组合: : 前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件联前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件联 接在一起接在一起 。特特 征征: : 基础机构和附加机构都是单自由度机构，组合后各基础机构和附加机构都是单自由度机构，组合后各 机构的特征保持不变。机构的特征保持不变。串联组合方法串联组合方法: : I I型串联型串联: : 联接点选在作简单运动的构件上联接点选在作简单运动的构

21、件上 . . IIII型串联型串联: : 联接点选在作复杂平面运动的构件上联接点选在作复杂平面运动的构件上 。 机构的串联组合框图机构的串联组合框图串联机构示意图串联机构示意图回章首回章首退出退出机构的串联组合框图机构的串联组合框图 a) I型串联型串联 b) II型串联型串联 机构机构1机构机构2机构机构1机构机构2回章首回章首退出退出a)a)图：齿轮图：齿轮 、 组成的齿轮机构为附加机构，连杆机构组成的齿轮机构为附加机构，连杆机构ABCDABCD为基础机为基础机构。附加齿轮机构中的输出齿轮构。附加齿轮机构中的输出齿轮2 2与基础连杆机构输入件与基础连杆机构输入件ABAB固接，形成固接，形成

22、I I型型串联机构。串联机构。 B)B)图：齿轮图：齿轮 、 和系杆和系杆OAOA组成的行星轮系机构为基础机构，滑块机构组成的行星轮系机构为基础机构，滑块机构ABCABC为附加机构。曲柄为附加机构。曲柄ABAB与作复杂平面运动的行星轮固接，称为与作复杂平面运动的行星轮固接，称为IIII型串联型串联机构机构 串联机构示意图串联机构示意图 a) b) 1Z2Z1Z2Z回章首回章首退出退出并行联接并行联接: :若干个单自由度基本机构的输入构件连接在一起，保留各自的若干个单自由度基本机构的输入构件连接在一起，保留各自的 输出运动；或若干个单自由度机构的输出构件连接在一起，保输出运动；或若干个单自由度机

23、构的输出构件连接在一起，保 留各自的输入运动；或有共同的输入构件与输出构件的联接留各自的输入运动；或有共同的输入构件与输出构件的联接 。特征特征: :各基本机构具有相同的自由度，且各机构特征不变。并联组合中。各基本机构具有相同的自由度，且各机构特征不变。并联组合中。 各基本机构的特性不变，其组合结果仍为机构的组合系统。各基本机构的特性不变，其组合结果仍为机构的组合系统。I I型并联型并联 各机构有共同的输入件，保留各自输出运动的联接方式各机构有共同的输入件，保留各自输出运动的联接方式 ； IIII型并联型并联: :各机构有不同的输入件，保留相同输出运动的联接方式各机构有不同的输入件，保留相同输

24、出运动的联接方式 ； IIIIII型并联型并联: :各机构有共同的输入运动和共同的输出运动的联接方式各机构有共同的输入运动和共同的输出运动的联接方式. . （2 2） 机构的并联组合机构的并联组合 并联组合示意框图并联组合示意框图并联组合机构示意图并联组合机构示意图回章首回章首退出退出并联组合示意框图并联组合示意框图 a) I型并联型并联 b) II型并联型并联 c) III型并联型并联 图图6-26 并联组合示意框图并联组合示意框图 机构机构1机构机构j机构机构1机构机构j机构机构1机构机构j回章首回章首退出退出并联组合机构示意图并联组合机构示意图 回章首回章首退出退出（3 3）机构的封闭式

25、联接组合）机构的封闭式联接组合 机构的封闭式组合示意框图机构的封闭式组合示意框图封闭组合机构示意图封闭组合机构示意图回章首回章首退出退出机构的封闭式组合示意框图机构的封闭式组合示意框图 基础机构基础机构附加机构附加机构基础机构基础机构基础机构基础机构附加机构附加机构附加机构附加机构附加机构附加机构 c) IIIc) III型封闭组合机构型封闭组合机构 I I型封闭组合机构型封闭组合机构 b) IIb) II型封闭组合机构型封闭组合机构 回章首回章首退出退出 封闭组合机构示意图封闭组合机构示意图 a） b） c） 回章首回章首退出退出机构的叠加组合机构的叠加组合I I型叠加机构示例型叠加机构示例II