机械系统设计第4章_执行系统设计

1、第四章第四章 执行系统设计执行系统设计 第一节第一节 执行系统的组成、功能及分类执行系统的组成、功能及分类 执行系统（也叫工作机械或工作装置）是机械系统主要的组成部分，执行系统（也叫工作机械或工作装置）是机械系统主要的组成部分，是是机械系统中直接完成预期功能的部分机械系统中直接完成预期功能的部分。它直接和作业对象。它直接和作业对象物料接触，对机物料接触，对机械系统的作业质量起到关键作用。械系统的作业质量起到关键作用。一、执行系统的组成一、执行系统的组成执行系统是由执行系统是由执行构件执行构件和和执行机构执行机构组成。组成。 有些执行构件携带作业对象完成一定有些执行构件携带作业对象完成一定的动作

2、，如筛子携带物料作往复变速运动；的动作，如筛子携带物料作往复变速运动；有些执行构件对作业对象完成一定的动作，有些执行构件对作业对象完成一定的动作，如颚板完成对作业对象的挤压。如颚板完成对作业对象的挤压。 执行构件是执行机构中的一个或几个执行构件是执行机构中的一个或几个构件，构件，是是执行系统中直接完成功能的零部执行系统中直接完成功能的零部件件。在颚式破碎机中动颚和静颚就是执行。在颚式破碎机中动颚和静颚就是执行构件。构件。 执行机构则是执行机构则是带动执行构件运动所需要的机构带动执行构件运动所需要的机构。如振动筛中的筛子就是。如振动筛中的筛子就是执行构件，它的运动需要由双曲柄机构和曲柄滑块机构组

3、成的执行机构来带执行构件，它的运动需要由双曲柄机构和曲柄滑块机构组成的执行机构来带动。动。 二、执行系统的功能二、执行系统的功能 执行系统的作用是执行系统的作用是传递或变换传递或变换运动和动力运动和动力，把传动系统传来的运，把传动系统传来的运动或动力进行变换后传递给执行构动或动力进行变换后传递给执行构件，满足其要求。件，满足其要求。 最常见的执行机构有：最常见的执行机构有：变移动或变移动或摆动为转动摆动为转动，如内燃机、缝纫机；，如内燃机、缝纫机；变变移动为摆动移动为摆动，如自卸汽车；，如自卸汽车；变连续转变连续转动为间歇移动动为间歇移动，如气门机构；，如气门机构；变转动变转动为移动或摆动为移

4、动或摆动，如振动筛、颚式破碎，如振动筛、颚式破碎机；机；变摆动为移动变摆动为移动，如手压水泵。，如手压水泵。 执行系统的功能是多种多样的，归纳起来有：执行系统的功能是多种多样的，归纳起来有：夹持夹持、搬运搬运、输送输送、分度分度与转位与转位、检测检测、实现运动形式或运动规律的变换实现运动形式或运动规律的变换、完成工艺性复杂的动作完成工艺性复杂的动作等。等。 在加工或搬运工件时，夹持动作是不可在加工或搬运工件时，夹持动作是不可缺少的。如在自动换刀数据加工中心，利用缺少的。如在自动换刀数据加工中心，利用机械手从刀库中抓取并夹持刀具，实现自动机械手从刀库中抓取并夹持刀具，实现自动换刀。在各种搬运设备

5、中，也要抓取并夹持换刀。在各种搬运设备中，也要抓取并夹持各种物品。各种物品。（一）夹持（一）夹持夹持动作常用夹持器来完成，夹持器又叫机械手。夹持动作常用夹持器来完成，夹持器又叫机械手。 夹持功能可分解为：夹持功能可分解为：抓取抓取、夹持夹持和和放开放开三个过程。三个过程。1、弹簧杠杆式夹持器（见图、弹簧杠杆式夹持器（见图P74图图4-1） 常用的夹持器有：常用的夹持器有： 它由弹簧它由弹簧4、回转轴、挡块、回转轴、挡块2、手指、手指3等构件等构件组成。弹簧组成。弹簧4使手指使手指3闭合，挡块闭合，挡块2使手指保持初使手指保持初始间隙。它实现抓取、夹持和放开三个动作的过始间隙。它实现抓取、夹持和

6、放开三个动作的过程如下：程如下： 夹持动作：夹持器继续向下运动，手指伸入夹持动作：夹持器继续向下运动，手指伸入工件后，在弹簧工件后，在弹簧4作用下，手指闭合，夹持工件。作用下，手指闭合，夹持工件。 抓取动作：夹持器向下运动，手指碰上工件抓取动作：夹持器向下运动，手指碰上工件1后，在工件对手指反力的作用下，压缩弹簧后，在工件对手指反力的作用下，压缩弹簧4，使手指使手指3张开，完成抓取动作。张开，完成抓取动作。 弹簧杠杆夹持器的特点：弹簧杠杆夹持器的特点：抓取力受弹簧限抓取力受弹簧限制制，常用来，常用来抓取小零件抓取小零件，如螺钉、销轴等。，如螺钉、销轴等。 放开动作：这种夹持器不能单独放开工件，

7、放开动作：这种夹持器不能单独放开工件，要由其它装置夹持工件后，夹持器向上运动，在要由其它装置夹持工件后，夹持器向上运动，在工件反作用力下，手指打开，才能将工件卸下。工件反作用力下，手指打开，才能将工件卸下。2、斜楔杠杆式夹持器（见、斜楔杠杆式夹持器（见P75图图4-2） 通过斜楔通过斜楔3在凸轮机构或曲柄滑在凸轮机构或曲柄滑块机构带动下作上下往复直线运动来块机构带动下作上下往复直线运动来完成抓取、夹持和放下三个动作。完成抓取、夹持和放下三个动作。 放开动作：斜楔放开动作：斜楔3向上运动，两滚向上运动，两滚子的间隙变小，拉簧子的间隙变小，拉簧1使手指使手指4、5张开，张开，放开工件放开工件5。

8、抓取动作：斜楔抓取动作：斜楔3向下运动，两滚向下运动，两滚子的间隙加大，使拉簧子的间隙加大，使拉簧1伸长，手指伸长，手指4抓住工件抓住工件5。 夹持动作：斜楔夹持动作：斜楔3继续向下运动，继续向下运动，手指手指4对工件对工件5的夹持力加大。的夹持力加大。 斜楔杠杆式夹持器的特点：斜楔杠杆式夹持器的特点：夹持夹持力决定于斜楔力决定于斜楔3与滚子与滚子2之间的作用力之间的作用力，这个作用力大于弹簧力，可夹持较大这个作用力大于弹簧力，可夹持较大的工件。的工件。 将斜楔和滚轮组成的运动副改成了齿条和扇形齿轮组成的运动副将斜楔和滚轮组成的运动副改成了齿条和扇形齿轮组成的运动副, ,斜楔杠斜楔杠杆夹持器就

9、变成了齿条式夹持器。齿条上下移动，带动扇形齿轮运动，通过杆夹持器就变成了齿条式夹持器。齿条上下移动，带动扇形齿轮运动，通过手指完成抓取、夹持和放开功能。手指完成抓取、夹持和放开功能。3、液压连杆传动夹持器（见、液压连杆传动夹持器（见P75图图4-3） 抓取动作：活塞抓取动作：活塞4向下运动，通过活向下运动，通过活塞杆塞杆4及连杆及连杆5使手指使手指2绕固定销轴转动，绕固定销轴转动，抓取工件抓取工件1。 放开动作：活塞放开动作：活塞4向上运动，通过活塞向上运动，通过活塞杆及连杆杆及连杆5使手指绕固定销轴反向转动，放使手指绕固定销轴反向转动，放开工件开工件1。 夹持动作：活塞夹持动作：活塞4继续向

10、下运动，使继续向下运动，使手指手指2以较大的力夹持工件以较大的力夹持工件1。 液压连杆传动夹持器靠液压力夹持液压连杆传动夹持器靠液压力夹持工件，与上面夹持器相比较，工件，与上面夹持器相比较，夹持力较夹持力较大，可夹持较大的工件大，可夹持较大的工件。手指的形状也。手指的形状也适合夹持大型圆截面的工件适合夹持大型圆截面的工件。 4、液压电气控制夹持器（见、液压电气控制夹持器（见P75图图4-4） 夹持动作：转臂继续向内摆动，夹持动作：转臂继续向内摆动，手指手指1以较大的力夹持工件。以较大的力夹持工件。 手指手指1固连在平行四边形机构的固连在平行四边形机构的连杆上，转臂连杆上，转臂2在液压油缸带动下

11、摆在液压油缸带动下摆动，从而带动手指动，从而带动手指1运动。运动。 抓取动作：转臂向内摆动，手指抓取动作：转臂向内摆动，手指1向着工件平动，完成抓取动作。向着工件平动，完成抓取动作。 液压电气夹持器采用了平行四边形机构，液压电气夹持器采用了平行四边形机构，手指手指1作平动，作平动，可夹持方形或棱形工件可夹持方形或棱形工件。 放开动作：转臂向外摆动，手指放开动作：转臂向外摆动，手指1远离工件平动，完成放开动作。远离工件平动，完成放开动作。 由上述由上述4种夹持器可以看出，完成相同的种夹持器可以看出，完成相同的“抓取抓取夹持夹持放开放开”功能功能 ，所采用的夹持器的结构却不同。采用哪一种夹持器，决

12、定于被夹持物料的重所采用的夹持器的结构却不同。采用哪一种夹持器，决定于被夹持物料的重量以及对自动化程度要求的高低。当被夹持物的形状不同时，应配置不同的量以及对自动化程度要求的高低。当被夹持物的形状不同时，应配置不同的“手指手指”。（二）搬运（二）搬运 搬运是把一个工件从一个位置移动到另一个位置，搬运是把一个工件从一个位置移动到另一个位置，对搬运路线没有明确对搬运路线没有明确要求要求。工件的初始位置工件的初始位置工件的最终位置工件的最终位置（对路线没要求）（对路线没要求） 搬运工件时，工件的初始位置和最终位置明确，可以用一个机构来实现搬运工件时，工件的初始位置和最终位置明确，可以用一个机构来实现

13、上述两个位置，同时整个过程对搬运路线没有明确要求。上述两个位置，同时整个过程对搬运路线没有明确要求。 与输送功能有相似之处和不同之处。与输送功能有相似之处和不同之处。 P76图图4-5所示的车门开启机所示的车门开启机构，构，车门关闭时位置在车门关闭时位置在BB，这，这是初始位置；是初始位置；车门开启时位置在车门开启时位置在B1B1，这是最终位置。用摆杆摇，这是最终位置。用摆杆摇块机构（块机构（1-2-3-5）和摆杆滑块机）和摆杆滑块机构（构（3-4-6-5）组合，可实现车门）组合，可实现车门的两个位置。原动件为活塞的两个位置。原动件为活塞2，它作往复运动；车门装在连杆它作往复运动；车门装在连杆

14、4上，它随连杆上，它随连杆4作平面运动。活作平面运动。活塞塞2伸缩到两个极限位置，车门伸缩到两个极限位置，车门就会从初始位置运动到最终位置。就会从初始位置运动到最终位置。 用用齿轮齿轮-齿条机构和正弦机构组齿条机构和正弦机构组合合，来实现，来实现a）、）、b）两个位置。齿）两个位置。齿条在活塞带动下往复直线运动，与条在活塞带动下往复直线运动，与齿条相啮合的齿轮作往复齿条相啮合的齿轮作往复180的摆的摆动；摇杆动；摇杆8与齿轮固连，可摆动与齿轮固连，可摆动180，正弦机构的框架，正弦机构的框架9作往复直作往复直线运动，框架上有吸头线运动，框架上有吸头10，吸住工，吸住工件从位置件从位置a）移动到

15、位置）移动到位置b）。）。 位置位置b）是工件的最终位置。）是工件的最终位置。位置位置a）是工件的初始位置）是工件的初始位置 输送是按给定的路线将工件从一个位置移动到另一个位置。工作过程可输送是按给定的路线将工件从一个位置移动到另一个位置。工作过程可表示为：表示为：（三）输送（三）输送工件的初始位置工件的初始位置工件的最终位置工件的最终位置（路线确定）（路线确定） 连续输送：各种型式的皮带运输机、链条运输机、螺旋运输机都可实现连续输送：各种型式的皮带运输机、链条运输机、螺旋运输机都可实现连续直线或连续环形输送，将其组合，也可实现连续空间输送。这些输送方连续直线或连续环形输送，将其组合，也可实现

16、连续空间输送。这些输送方式常用来输送颗粒状物料式常用来输送颗粒状物料矿砂、煤、谷物等，也可输送其它物料，如食品、矿砂、煤、谷物等，也可输送其它物料，如食品、水果等。水果等。按照输送路线的不同，可分为按照输送路线的不同，可分为直线输送直线输送，环形输送环形输送，空间输送空间输送。按照输送的方式不同，可分为按照输送的方式不同，可分为连续输送连续输送和和间歇输送间歇输送。 间歇输送：常用在生产线上，它要求工件在某一位置静止一段时间，以间歇输送：常用在生产线上，它要求工件在某一位置静止一段时间，以便对其进行工艺操作。便对其进行工艺操作。 P77图图4-7是一个间歇式的直线是一个间歇式的直线输送装置。气

17、缸输送装置。气缸4的活塞是主动件，的活塞是主动件，它作往复直线运动。当活塞向左运它作往复直线运动。当活塞向左运动时，推动棘爪压缩弹簧向左移动，动时，推动棘爪压缩弹簧向左移动，棘爪拨动棘轮逆时针转动，与棘轮棘爪拨动棘轮逆时针转动，与棘轮装在一根轴上的链条输送装置的链装在一根轴上的链条输送装置的链轮，就带动链条轮，就带动链条1运动，从而实现运动，从而实现装在链条上的装配输送带的运动。装在链条上的装配输送带的运动。当活塞向右运动时，棘爪在弹簧作当活塞向右运动时，棘爪在弹簧作用下回位，棘轮不转，装配输送带用下回位，棘轮不转，装配输送带静止。这样就可实现装配输送带的静止。这样就可实现装配输送带的间歇运动

18、。间歇运动。 工件工件1被振动式贮料斗送到直线被振动式贮料斗送到直线振动器中，然后进入导轨振动器中，然后进入导轨3，通过曲，通过曲柄摇杆机构使摇杆柄摇杆机构使摇杆4往复摆动，与曲往复摆动，与曲柄摇杆机构相连的是摇杆滑块机构，柄摇杆机构相连的是摇杆滑块机构，可使滑块即棘爪可使滑块即棘爪2往复移动，实现工往复移动，实现工件的间歇移动。件的间歇移动。（四）分度与转位（四）分度与转位 在铣床上加工齿轮时用分度头分度，在数控机床上加工较复杂的曲面时，在铣床上加工齿轮时用分度头分度，在数控机床上加工较复杂的曲面时，用回转工作台分度；转塔车床的刀架能转位换刀，转台式装配机械的工作台用回转工作台分度；转塔车床

19、的刀架能转位换刀，转台式装配机械的工作台以及四工位专用机床的工作台等都能够实现转位。以及四工位专用机床的工作台等都能够实现转位。 分度与转位相同点：使工件转动一个角度。不同点：分度对转动的角度分度与转位相同点：使工件转动一个角度。不同点：分度对转动的角度要求较精确，转位对转动角度要求不太严。要求较精确，转位对转动角度要求不太严。使工件转下一个角度。使工件转下一个角度。分度与转位过程要完成下面一些技术动作：分度与转位过程要完成下面一些技术动作：使工件转动一个角度；使工件转动一个角度；对工件进行定位；对工件进行定位；松开工件；松开工件； P77图图4-9是用棘轮机构带动是用棘轮机构带动的回转工作台

20、。棘轮的回转工作台。棘轮2、分度盘、分度盘1和工作台装在同一个立轴上；有和工作台装在同一个立轴上；有两个气缸两个气缸4和和5；气缸；气缸4通过棘爪通过棘爪3推动棘轮推动棘轮2每次转过若干个齿每次转过若干个齿（转过的齿数可以改变）；气缸（转过的齿数可以改变）；气缸5使定位栓使定位栓6深入分度盘深入分度盘1的槽中的槽中进行定位，也可以使定位栓进行定位，也可以使定位栓6从从分度盘分度盘1的槽中取出，使分度盘的槽中取出，使分度盘松动。松动。 松开工作台松开工作台气缸气缸5使定位栓使定位栓6从分度盘从分度盘1的槽中退出的槽中退出 工作台定位工作台定位气缸气缸5使定位栓使定位栓6伸入分度盘伸入分度盘1的的

21、槽中槽中 工作台转动角度工作台转动角度定位栓定位栓6已从分度盘已从分度盘1的槽中取出的槽中取出气缸气缸4通过棘爪通过棘爪3使使棘轮棘轮2转动转动回转工作台的工作过程如下：回转工作台的工作过程如下：P77图图4-10是凸轮机构带动的回转工作台。是凸轮机构带动的回转工作台。 机构中采用的是圆柱凸轮机构机构中采用的是圆柱凸轮机构（图中未画出），凸轮转动使推杆作（图中未画出），凸轮转动使推杆作摆动。凸轮每转一圈，与推杆通过铰摆动。凸轮每转一圈，与推杆通过铰链铰接的连杆链铰接的连杆5，便可以带动驱动板，便可以带动驱动板4的手柄有间歇的往复摆动一次。分度的手柄有间歇的往复摆动一次。分度盘盘3通过驱动销通过

22、驱动销2与驱动板与驱动板4周向固定。周向固定。气缸带动定位栓气缸带动定位栓1作往复运动，可完作往复运动，可完成成3个动作：驱动销个动作：驱动销2压入驱动板压入驱动板4的槽中，使分度盘的槽中，使分度盘3与驱动盘与驱动盘4分离；分离；定位栓定位栓1伸入分度盘伸入分度盘3的凹槽中，对的凹槽中，对分度盘分度盘3定位；定位栓定位；定位栓1退出时，弹退出时，弹簧使驱动销簧使驱动销2复位，分度盘复位，分度盘3与驱动板与驱动板又周向固定。又周向固定。 凸轮机构带动的回转工作台工作过程如下：凸轮机构带动的回转工作台工作过程如下： 定位栓定位栓1 1从分度盘凹槽里退开，弹从分度盘凹槽里退开，弹簧将驱动销簧将驱动销

23、2 2压入分度盘的孔中，分度压入分度盘的孔中，分度盘盘3 3和驱动板和驱动板4 4周向固定。连杆周向固定。连杆5 5开始向开始向左运动，分度盘与驱动板一起开始逆时左运动，分度盘与驱动板一起开始逆时针转动，分度开始。针转动，分度开始。开始分度转位开始分度转位：见图见图a a ） 定位栓定位栓1 1伸入分度盘凹槽进行定位，伸入分度盘凹槽进行定位，并将驱动销压出分度盘孔，将分度盘与并将驱动销压出分度盘孔，将分度盘与驱动板分开。驱动板分开。分度转位结束：见图分度转位结束：见图b b ） 驱动板驱动板4 4带动分度盘带动分度盘3 3转了一个角度转了一个角度后，连杆后，连杆5 5停止运动，驱动板停止运动，

24、驱动板4 4、分度盘、分度盘3 3也停止转动。也停止转动。定位定位：见图见图c c） 拉杆向右运动，驱动盘顺时针转动，拉杆向右运动，驱动盘顺时针转动，分度盘在定位栓作用下不动，直到图分度盘在定位栓作用下不动，直到图a)a)位位置。置。返回：见图返回：见图d d ） 定位装置对分度和转位机构来说是必不可少的，它使分度和转位构件定位装置对分度和转位机构来说是必不可少的，它使分度和转位构件在转动一定角度后，能停留在所要求的位置上不动，当对工件进行操作时，在转动一定角度后，能停留在所要求的位置上不动，当对工件进行操作时，工件的位置不受外界的影响而偏移。定位装置的精度和可靠性直接影响执行工件的位置不受外

25、界的影响而偏移。定位装置的精度和可靠性直接影响执行系统的质量。系统的质量。 检测的检测的目的目的是通过对工件的尺寸、形状及性能进行测量，分出合格及不是通过对工件的尺寸、形状及性能进行测量，分出合格及不合格的工件，或者分出不同质量的工件。合格的工件，或者分出不同质量的工件。（五）检测（五）检测（2）用检测探头对工件进行检测；）用检测探头对工件进行检测； 要完成检测的功能，执行机构应能实现如下一些动作：要完成检测的功能，执行机构应能实现如下一些动作：（1）使工件顺序到达检测部位，并使工件）使工件顺序到达检测部位，并使工件“浮动浮动”；（3）把合格件和不合格件分开。）把合格件和不合格件分开。 P78

26、图图4-12是垫圈内径的自动检是垫圈内径的自动检测装置。被检测的垫圈沿一条倾斜测装置。被检测的垫圈沿一条倾斜的轨道的轨道5连续送进，直到被止动臂连续送进，直到被止动臂8的止动挡销挡住而停止，这时最前的止动挡销挡住而停止，这时最前面的垫圈就处于检测位置。凸轮轴面的垫圈就处于检测位置。凸轮轴1上有两个盘型凸轮，左端凸轮可使上有两个盘型凸轮，左端凸轮可使止动臂止动臂8摆动，止动臂摆动，止动臂8下摆时，止下摆时，止动挡销离开动挡销离开垫圈垫圈7，使垫圈处于，使垫圈处于“浮浮动动”位置。这就完成了检测的第一位置。这就完成了检测的第一个动作。个动作。 凸轮轴凸轮轴1上另一个盘型凸轮可实上另一个盘型凸轮可实

27、现其推杆摆动。当止动挡销离开垫现其推杆摆动。当止动挡销离开垫圈时，推杆下摆，带动有测头的压圈时，推杆下摆，带动有测头的压杆杆4向下运动，完成检测动作。向下运动，完成检测动作。 检测装置中采用的测头是一个圆锥形零件，检测装置中采用的测头是一个圆锥形零件，垫圈垫圈内孔尺寸决定了带测头内孔尺寸决定了带测头的压杆的压杆2的位置。的位置。垫圈垫圈内孔尺寸合格，压杆内孔尺寸合格，压杆2位于图位于图4-13a)位置，微动开关位置，微动开关3的的探头插入压杆的环形槽中，微动开关探头插入压杆的环形槽中，微动开关3断开，发出信号给控制系统，压杆离开断开，发出信号给控制系统，压杆离开后，后，垫圈垫圈被送入合格品槽中

28、。如被送入合格品槽中。如垫圈垫圈内孔尺寸太小，压杆行程小，走到图内孔尺寸太小，压杆行程小，走到图4-13b)的位置，如的位置，如垫圈垫圈内孔尺寸太大，压杆行程大，走到图内孔尺寸太大，压杆行程大，走到图4-13c)的位置，在这的位置，在这两个位置微动开关两个位置微动开关3的探头都不能插入压杆的探头都不能插入压杆3的槽中，微动开关的槽中，微动开关3闭合。控制系闭合。控制系统把工件送入废品槽中。这样就完成了检测和分开合格品和不合格品的工作。统把工件送入废品槽中。这样就完成了检测和分开合格品和不合格品的工作。 螺钉以头部支承放在导轨螺钉以头部支承放在导轨4里，里，依靠导轨依靠导轨4上方的驱动皮带上方的

29、驱动皮带5与螺钉与螺钉头表面间的摩擦力实现螺钉的送进。头表面间的摩擦力实现螺钉的送进。导轨导轨4下方有可绕销轴下方有可绕销轴3转动的检测转动的检测杆杆2，过长的螺钉可使检测杆，过长的螺钉可使检测杆2摆动，摆动，这时微动开关这时微动开关1发出指令，气缸发出指令，气缸6推推动偏转板转动到红线位置，将其送动偏转板转动到红线位置，将其送入废品箱。长度不过长的螺钉不会入废品箱。长度不过长的螺钉不会碰到检测杆碰到检测杆2，偏转板，偏转板9不动作，在不动作，在黑线位置将其送入成品箱。黑线位置将其送入成品箱。 导轨下导轨下设置两套检测装置设置两套检测装置，先，先检测出长的，令其掉入废品箱，不检测出长的，令其掉

30、入废品箱，不过长的继续沿轨道前进，再检测出过长的继续沿轨道前进，再检测出过短的，这样两道检测可一次完成。过短的，这样两道检测可一次完成。 调整检测杆位置，让调整检测杆位置，让成品箱成品箱中的中的螺钉再一次通过检测装置，就螺钉再一次通过检测装置，就可检测出过短的螺钉，不过这时碰可检测出过短的螺钉，不过这时碰到检测杆到检测杆2的是的是合格品合格品，不接触检，不接触检测杆的是测杆的是不合格品不合格品。 最终的检测结果，即合格品与次品的分离，可以根据检测指令，利用偏最终的检测结果，即合格品与次品的分离，可以根据检测指令，利用偏转板具有的不同的偏转角度，使两者加以分离和分选。如有必要，还可以将转板具有的

31、不同的偏转角度，使两者加以分离和分选。如有必要，还可以将不合格品继续分选为可修复产品和废品，这个过程可以采用不合格品继续分选为可修复产品和废品，这个过程可以采用P79图图4-15所示的所示的偏转板分选装置。偏转板分选装置。 （六）施力（六）施力 前面讲述的执行机构，主要功前面讲述的执行机构，主要功能是实现一定的运动或动作。还有能是实现一定的运动或动作。还有许多执行机构许多执行机构以给作业对象施力或以给作业对象施力或力矩为主要功能力矩为主要功能。这些以施力为主。这些以施力为主要目的的执行机构，其各构件所承要目的的执行机构，其各构件所承受的载荷较大。如前面列举的颚式受的载荷较大。如前面列举的颚式破

32、碎机、冲床、重物起吊与搬运设破碎机、冲床、重物起吊与搬运设备，都要求执行系统是具有施力的备，都要求执行系统是具有施力的功能。对以施力为主要功能的执行功能。对以施力为主要功能的执行机构，要机构，要通过机构设计产生较明显通过机构设计产生较明显的增力效果的增力效果。 对于图示的冲床机构，作冲床的对于图示的冲床机构，作冲床的执行机构的受力分析，由执行机构的受力分析，由D点受力可点受力可得：得：Q654321ABECDL1L2FPDQPFnQ=Pcos12cosLQFL 当当E、C、D三点接近共线时，即三点接近共线时，即冲床达到下死点时完成冲压动作。此冲床达到下死点时完成冲压动作。此时时=0，就可产生较

33、大的增力比，就可产生较大的增力比。则增力比：则增力比：Q654321ABECDL2L1FPDQPFn由杆由杆3的的C点受力可得：点受力可得：PL2 = FL1 有些执行机构要求同时具有多种功能，如插齿机上带动插刀的执行系统，有些执行机构要求同时具有多种功能，如插齿机上带动插刀的执行系统，要同时具有施力和分度两项功能；搬运重物的机械，要同时具有搬运和施力要同时具有施力和分度两项功能；搬运重物的机械，要同时具有搬运和施力两项功能。两项功能。 如图联动凸轮机构可以实现如图联动凸轮机构可以实现预定的运动轨迹。凸轮预定的运动轨迹。凸轮1给推杆给推杆2输入输入X方向位移，凸轮方向位移，凸轮1给推杆给推杆3

34、输入输入Y方向的位移，只要合理决方向的位移，只要合理决定凸轮定凸轮1、 1的轮廓，滑块的的轮廓，滑块的M点点就可实现预定的轨迹。就可实现预定的轨迹。（七）实现运动形式与运动规律变化（七）实现运动形式与运动规律变化 有一些执行机构工作过程中传递的力不大，但对传递的运动参数有较高有一些执行机构工作过程中传递的力不大，但对传递的运动参数有较高要求，这类执行机构一般具有以下要求，这类执行机构一般具有以下3方面的功能：方面的功能： 1、实现预定轨迹的功能：、实现预定轨迹的功能：对执行构件的对执行构件的运动轨迹运动轨迹有较高的要求有较高的要求。 在牛头刨床中应用的摆动导杆机构，在牛头刨床中应用的摆动导杆机

35、构，它可将曲柄的匀速运动改变为刨刀的它可将曲柄的匀速运动改变为刨刀的有急回特性的非匀速运动。有急回特性的非匀速运动。 2、实现匀速运动变换为非匀速运动的功能：、实现匀速运动变换为非匀速运动的功能：对执行构件的对执行构件的运动速度运动速度有较有较高要求高要求。匀速运动可能是转动或平动，非匀速运动可能是转动、摆动或平动。匀速运动可能是转动或平动，非匀速运动可能是转动、摆动或平动。 3、实现变连续运动为间歇运动的功能：、实现变连续运动为间歇运动的功能：对执行构件的对执行构件的运动规律运动规律有较高要有较高要求求，连续运动一般为转动，间歇运动可以是转动或平动。，连续运动一般为转动，间歇运动可以是转动或

36、平动。 曲柄摇杆机构和棘轮机构的组合，在刨床中也有应用曲柄摇杆机构和棘轮机构的组合，在刨床中也有应用, ,可将曲可将曲柄的连续转动，变为棘轮的间歇转动，棘轮可带动丝杠做间歇转柄的连续转动，变为棘轮的间歇转动，棘轮可带动丝杠做间歇转动，通过螺旋机构使刨床工作台间歇移动。动，通过螺旋机构使刨床工作台间歇移动。 （八）完成工艺性复杂动作（八）完成工艺性复杂动作 执行系统除可以完成单一的功能外，有时还需要完成各种工艺性的复执行系统除可以完成单一的功能外，有时还需要完成各种工艺性的复杂动作，这时执行系统较为复杂，由多个执行机构和执行构件组成。杂动作，这时执行系统较为复杂，由多个执行机构和执行构件组成。工

37、步工步：从两端将包装纸拧紧。：从两端将包装纸拧紧。如包装糖果的工艺性动作如下：如包装糖果的工艺性动作如下：工步工步：将糖果：将糖果1推入包装纸推入包装纸2中；中；工步工步：将下边包装纸推到糖果侧面；：将下边包装纸推到糖果侧面；工步工步：将上边包装纸推到糖果侧面；：将上边包装纸推到糖果侧面；工步工步 回转型糖果扭结式包装机利用四个执行机构和执行构件完成上述回转型糖果扭结式包装机利用四个执行机构和执行构件完成上述4个工个工艺性的动作：推糖果的构件；下拆边板艺性的动作：推糖果的构件；下拆边板4；侧上边固定折边器；侧上边固定折边器3；扭；扭结爪结爪7。糖块糖块糖纸糖纸12 要求执行系统能实现精确的动作

38、，各构件受力较小，如缝纫机、糖果包要求执行系统能实现精确的动作，各构件受力较小，如缝纫机、糖果包装机、印刷机等。对这类执行系统的精度要求较高，对执行构件的运动参数：装机、印刷机等。对这类执行系统的精度要求较高，对执行构件的运动参数：位移、速度、加速度有较精确的要求。但对各构件的强度和刚度无特殊要求。位移、速度、加速度有较精确的要求。但对各构件的强度和刚度无特殊要求。三、执行系统的分类三、执行系统的分类（一）按对运动和动力的要求分类（一）按对运动和动力的要求分类 按对运动和动力的要求不同执行系统可以分为：按对运动和动力的要求不同执行系统可以分为：动作型、动力型和动作动作型、动力型和动作-动力型。

39、动力型。1、动作型、动作型 既要求执行系统能实现预期精度的动作，又要克服较大的生产阻力。如既要求执行系统能实现预期精度的动作，又要克服较大的生产阻力。如滚齿机、插齿机等一些机械加工设备，对执行构件既有强度和刚度的要求，滚齿机、插齿机等一些机械加工设备，对执行构件既有强度和刚度的要求，又有精度方面的要求。又有精度方面的要求。 2、动力型、动力型 要求执行系统能克服生产阻力做一定的功，对执行构件的运动参数没有要求执行系统能克服生产阻力做一定的功，对执行构件的运动参数没有严格要求，如压力机、冲床、推土机、挖掘机、碎石机等，对系统中的各构严格要求，如压力机、冲床、推土机、挖掘机、碎石机等，对系统中的各

40、构件有严格的强度和刚度要求，而对各构件的精度没有过高要求。件有严格的强度和刚度要求，而对各构件的精度没有过高要求。3、动作、动作-动力型动力型 按执行机构的数目和相互联系，执行系统可分成按执行机构的数目和相互联系，执行系统可分成3类：类：单一型、相互独单一型、相互独立型和相互联系型。立型和相互联系型。（二）按执行机构的数目和相互联系分类（二）按执行机构的数目和相互联系分类 执行系统中有多个执行机构，但它们之间相互独立，没有相互联系。如执行系统中有多个执行机构，但它们之间相互独立，没有相互联系。如起重机的起吊机构和行走机构，大型龙门铣床的刀具转动和移动机构等。起重机的起吊机构和行走机构，大型龙门

41、铣床的刀具转动和移动机构等。1、单一型：、单一型：执行系统中只有一个执行机构。如搅拌机、碎石机、皮带运输机等。执行系统中只有一个执行机构。如搅拌机、碎石机、皮带运输机等。2、相互独立型：、相互独立型： 执行系统中有多个执行机构，它们之间相互联系和制约。如印刷机、包执行系统中有多个执行机构，它们之间相互联系和制约。如印刷机、包装机、缝纫机、纺织机、谷物联合收割机、四工位专用机床等，这些执行系装机、缝纫机、纺织机、谷物联合收割机、四工位专用机床等，这些执行系统较复杂，设计时要考虑各执行机构的相互配合问题。统较复杂，设计时要考虑各执行机构的相互配合问题。3、相互联系型：、相互联系型：四、执行构件的运

42、动形式四、执行构件的运动形式 对执行构件运动形式的要求，取决于执行系统要完成的工作任务。不同对执行构件运动形式的要求，取决于执行系统要完成的工作任务。不同机械完成的工作任务多种多样，因此执行构件的运动形式也是多种多样的。机械完成的工作任务多种多样，因此执行构件的运动形式也是多种多样的。归纳起来：平面运动和空间运动；归纳起来：平面运动和空间运动；移动和转动；连续运动和间歇运动移动和转动；连续运动和间歇运动等。可等。可以用下表表示执行构件的基本运动形式：以用下表表示执行构件的基本运动形式：其他复杂的运动都可看成是上述基本运动的组合。其他复杂的运动都可看成是上述基本运动的组合。 P81表表4-2列出

43、了执行构件常见运动形式及主要运动参数。列出了执行构件常见运动形式及主要运动参数。基本运动基本运动移动移动转动转动间歇移动间歇移动连续移动连续移动往复移动往复移动间歇转动间歇转动连续转动连续转动往复摆动往复摆动思考题：思考题：1、执行机构有哪些功能？对各功能举一实例说、执行机构有哪些功能？对各功能举一实例说明。明。2、对动作型、动力型、动作、对动作型、动力型、动作-动力型执行机构动力型执行机构各有什么要求？各有什么要求？3、举例说明何为单一型、相互独立性、相互联、举例说明何为单一型、相互独立性、相互联系性的执行系统。系性的执行系统。 第二节第二节 机构选型及常见机构的主要性能特点机构选型及常见机

44、构的主要性能特点 执行机构的选型执行机构的选型影响着机械系统的总体布局以及机械系统的工作质量影响着机械系统的总体布局以及机械系统的工作质量。选择机构形式时，选择机构形式时，首先考虑选择基本机构首先考虑选择基本机构。一、机构选型一、机构选型在设计执行系统时，需要解决的两个问题在设计执行系统时，需要解决的两个问题: : （2）选择合适的执行机构选择合适的执行机构，实现所制定的运动规律，实现所制定的运动规律。 其中第二个问题就是机构选型问题。其中第二个问题就是机构选型问题。（1）根据使用要求和工艺要求，为执行构件制定合理的运动规律；）根据使用要求和工艺要求，为执行构件制定合理的运动规律； 同一个运动

45、规律，常常可以用不同的基本机构来实现同一个运动规律，常常可以用不同的基本机构来实现(多解性多解性)，这时应根，这时应根据其它性能和条件，如外廓尺寸、重量、结构限制、动力特性、传动精度、据其它性能和条件，如外廓尺寸、重量、结构限制、动力特性、传动精度、生产率、制造难易程度、工作环境要求及经济性等方面进行分析和比较，选生产率、制造难易程度、工作环境要求及经济性等方面进行分析和比较，选择最合理的机构方案。择最合理的机构方案。 基本机构有基本机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构、间歇机构等，：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构、间歇机构等，它们的运动特性各不相同。当基本机构不满足要求时，

46、可以通过变异和组合，它们的运动特性各不相同。当基本机构不满足要求时，可以通过变异和组合，得到一些具有新运动特性的机构。对基本机构变异的方法有：得到一些具有新运动特性的机构。对基本机构变异的方法有：机构倒置机构倒置（用（用不同的构件作机架）、不同的构件作机架）、改变运动副形状改变运动副形状、改变某些构件的结构改变某些构件的结构。同时也可以同时也可以把把基本机构组合基本机构组合起来，完成较复杂的运动。起来，完成较复杂的运动。 基本机构是基础基本机构是基础，课本课本P82P100讲述了常用机构的基本特点，讲述了常用机构的基本特点，可供自学可供自学。 根据内容和学习的需要，以下着重介绍一下根据内容和学

47、习的需要，以下着重介绍一下有关机构组合有关机构组合特点和结构设计的问题特点和结构设计的问题： 连杆机构的基本型式和演化型式连杆机构的基本型式和演化型式 由四个连杆连接的机构叫四连杆机构由四个连杆连接的机构叫四连杆机构. .对基本四连杆机构对基本四连杆机构进行变化的方法进行变化的方法: :1 1、改变构件长度、改变构件长度2 2、改变运动副类型、改变运动副类型3 3、以连杆的不同点输出运动、以连杆的不同点输出运动4 4、改变构件的数目、改变构件的数目5 5、把平面连杆机构变为空间连杆机构、把平面连杆机构变为空间连杆机构1.1.改变构件长度改变构件长度, ,以不同构件为机架以不同构件为机架 如表如

48、表4-34-3所示所示. . 杆长条件杆长条件: :最短杆长度最短杆长度+ +最长杆长度最长杆长度其余两杆长度之和其余两杆长度之和. .满足杆长条件时满足杆长条件时, ,以某一杆作机架以某一杆作机架, ,可得到曲柄摇杆机构、双曲柄机构、可得到曲柄摇杆机构、双曲柄机构、曲柄摇杆机构、双摇杆机构曲柄摇杆机构、双摇杆机构. .不满足杆长条件时不满足杆长条件时, ,任一杆作机架均为双摇杆机构任一杆作机架均为双摇杆机构. .2.2.改变运动副类型改变运动副类型 表表4-3中第二排和第三排中机构中第二排和第三排中机构,转动副变为移动副转动副变为移动副.得到不同机构得到不同机构.3.3.以连杆的不同点输出运

49、动以连杆的不同点输出运动 四连杆机构中作平面运动的那个构件叫做连杆四连杆机构中作平面运动的那个构件叫做连杆.连杆上不同的点有不同的运动轨迹连杆上不同的点有不同的运动轨迹.4.4.改变构件数目改变构件数目 表表4-4,六杆机构六杆机构.5.5.平面连杆机构变为空间连杆机构平面连杆机构变为空间连杆机构 表表4-5.机构组合和组合机构机构组合和组合机构 一种一种机构组合机构组合的定义的定义: :将两种以上基本机构通过串联、并联等组合方式组合将两种以上基本机构通过串联、并联等组合方式组合起来的机构联合体起来的机构联合体, ,以完成较复杂的运动变换。机构组合只是基本机构的延伸以完成较复杂的运动变换。机构

50、组合只是基本机构的延伸, ,是是几个运动的简单叠加几个运动的简单叠加, ,机构组合中基本机构均具有相对独立性机构组合中基本机构均具有相对独立性. . 现有的现有的“组合机构组合机构”的定义内涵不明确的定义内涵不明确, ,邹慧君教授给出一个定义邹慧君教授给出一个定义: :组合机构组合机构是由两个或两个以上基本运动链融合而成是由两个或两个以上基本运动链融合而成, ,具有一定结构特点的特殊机构具有一定结构特点的特殊机构. .组合机组合机构的构成要素构的构成要素基本运动链是相互融合基本运动链是相互融合, ,有机联接有机联接, ,成为一个有机融合体成为一个有机融合体. .1、机构串联式组合、机构串联式组

51、合 I型串联型串联 （构件固接式串联）（构件固接式串联） 一、一、 机构组合机构组合 将两个或两个以上单一机构顺序连接将两个或两个以上单一机构顺序连接, ,前置机构的输出运动是其后续机构的输入前置机构的输出运动是其后续机构的输入运动运动. .根据被传接构件的不同又分为两种形式根据被传接构件的不同又分为两种形式. .又叫一般串联组合又叫一般串联组合, 后一机构串联在前一机构的与机架相连的构件上后一机构串联在前一机构的与机架相连的构件上.若干自由度为若干自由度为1的机构的机构,前一个机构的输出构件与另一个机构的输入构件连起来前一个机构的输出构件与另一个机构的输入构件连起来.例例:12345661-

52、2-3-6:双曲柄机构双曲柄机构3-4-5-6:曲柄滑块机构曲柄滑块机构 与下面单一的曲柄滑块机构比较与下面单一的曲柄滑块机构比较, ,两两种情况中滑块种情况中滑块5 5的运动规律是不一样的的运动规律是不一样的. .前置机构前置机构 后置机构后置机构II型串联型串联 （轨迹点串联）（轨迹点串联）机构机构1 1机构机构2 2又叫特殊串联组合又叫特殊串联组合,后一机构串接在前一机构不与机架相连的浮动构件上后一机构串接在前一机构不与机架相连的浮动构件上.浮动运浮动运动构件动构件输入输入构件构件在前一基本机构中浮动的构件上找一点在前一基本机构中浮动的构件上找一点M,与后一基本机构串联与后一基本机构串联

53、.123A54DCBM M点通过轨迹上直线段时，从点通过轨迹上直线段时，从动导杆动导杆5作较长时间的停歇。作较长时间的停歇。 上图为织布机上用的开口机构上图为织布机上用的开口机构,导杆导杆5作停歇时作停歇时,这时经线保持开口这时经线保持开口状态状态,以便纬线从中穿过以便纬线从中穿过.61-2-3-6:曲柄滑块机构曲柄滑块机构2-4-5-6:转动导杆机构转动导杆机构在杆在杆2上找一点上找一点M与构件与构件4铰接铰接.在满足运动要求的前提下，运动链应尽量短在满足运动要求的前提下，运动链应尽量短 串联组合系统的总机械效率等于各机构的机械效率连乘积，串联组合系统的总机械效率等于各机构的机械效率连乘积，

54、运动链过长会降低系统的机械效率，同时也会导致传动误差的增运动链过长会降低系统的机械效率，同时也会导致传动误差的增大。在进行机构的串联组合时应力求运动链最短。大。在进行机构的串联组合时应力求运动链最短。2、机构并联式组合、机构并联式组合机构机构i i机构机构j j (a) I (a) I型并联型并联 机构机构j j机构机构i i (b) II (b) II型并联型并联 机构机构i i机构机构j j (c) III (c) III型并联型并联 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；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；或若由干个单自由度机构的输出

55、构件连接在一起，而保留各自的输入运动；或若由干个单自由度机构的输出构件连接在一起，而保留各自的输入运动；或有共同的输入构件与输出构件的连接（称为并行连接）。或有共同的输入构件与输出构件的连接（称为并行连接）。(c) II型并联组合型并联组合 (d) III型并联组合型并联组合AOB绕绕O点摆动点摆动, KF上下平动上下平动,用左右两半用左右两半共同承担载荷共同承担载荷KF,左右两半均可看成一个左右两半均可看成一个四杆机构和一个曲柄滑块机构串联在一起四杆机构和一个曲柄滑块机构串联在一起.同类机构可以并联组合，不同类机构也可以并联组合同类机构可以并联组合，不同类机构也可以并联组合 并联组合中的分路

56、机构可以是同类机构，也可以是不同类机构，这为并联并联组合中的分路机构可以是同类机构，也可以是不同类机构，这为并联组合的设计提供了广泛的应用前景。组合的设计提供了广泛的应用前景。 机构叠加组合是指在一个机构的可动构件上再安装一个或多个机构的组机构叠加组合是指在一个机构的可动构件上再安装一个或多个机构的组合方式。把支撑其它机构的机构称为合方式。把支撑其它机构的机构称为基础机构基础机构，安装在基础机构可动构件上，安装在基础机构可动构件上面的机构称为面的机构称为附加机构附加机构。附加机构附加机构基础机构基础机构附加机构附加机构基础机构基础机构 (a) I型叠加机构型叠加机构 (b) II型叠加机构型叠

57、加机构 3、机构的叠加组合、机构的叠加组合 附加机构和基础机构分别有各附加机构和基础机构分别有各自的动力源，或有各自的运动输入自的动力源，或有各自的运动输入构件，最后由附加机构输出运动。构件，最后由附加机构输出运动。 附加机构具有唯一的动力源，附加机构具有唯一的动力源，或有唯一的运动输入构件，最后利或有唯一的运动输入构件，最后利用基础机构中可动构件输出运动。用基础机构中可动构件输出运动。轮系系杆上叠加蜗杆机构轮系系杆上叠加蜗杆机构附加机构附加机构基础机构基础机构 I型叠加机构型叠加机构 大齿轮与BC杆固连 电风扇的机构简图电风扇的机构简图附加机构附加机构基础机构基础机构 ( I型叠加机构型叠加

58、机构 ) 蜗杆轴端有风扇叶片蜗杆轴端有风扇叶片, ,电机通过蜗杆直电机通过蜗杆直接带动叶片旋转接带动叶片旋转, ,蜗杆带动蜗轮转蜗杆带动蜗轮转, ,蜗轮和小蜗轮和小齿轮共轴齿轮共轴, ,从而带动大齿轮旋转从而带动大齿轮旋转, ,大齿轮和四大齿轮和四杆机构杆机构ABCDABCD的连杆的连杆BCBC固联固联. .当连杆当连杆BCBC作整周作整周转动时转动时, ,就带动摇杆就带动摇杆ABAB来回摆动来回摆动, ,最终实现风最终实现风扇旋转时又随摇杆一起摆动扇旋转时又随摇杆一起摆动. . II型叠加机构型叠加机构附加机构附加机构基础机构基础机构 II型叠加机构型叠加机构 II型叠加机构型叠加机构附加机

59、构附加机构基础机构基础机构 II型叠加机构型叠加机构 4、机构的封闭组合机构的封闭组合其特征：基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。其特征：基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。 将一个两自由度机构（称基础机构）中的某两个构件的运动用另将一个两自由度机构（称基础机构）中的某两个构件的运动用另外一机构（称为附加机构或约束机构）将其联系起来，使其成为一个外一机构（称为附加机构或约束机构）将其联系起来，使其成为一个单自由度机构的组合。单自由度机构的组合。 附加机构附加机构基基础础机机构构 I 型封闭组合机构型封闭组合机构 差动轮系差动轮系有两个自由度有两个自由度, ,需要需要两个

60、输入运动两个输入运动. . I I型封闭机构型封闭机构定轴轮系定轴轮系( (左边左边)+)+差动轮系差动轮系( (右边右边) ) z1z1和和z4z4为输入为输入, ,共轴共轴, ,行星架行星架H H为为输出构件输出构件. . 型封闭组合机构型封闭组合机构附加机构附加机构附加机构附加机构基基础础机机构构定轴齿轮机构定轴齿轮机构,曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构,差差动轮系动轮系( (有两个自由度有两个自由度) ) 大齿轮大齿轮4 4为输出构件为输出构件. . 两个子机构共用同一个输两个子机构共用同一个输入构件，而它们的输出运动入构件，而它们的输出运动又同时输入给一个又同时输入给一个2自由度的自由度的子