机械电子工程原理第三章机械执行机构

1、机械电子工程原理机械电子工程原理第三章第三章 执行机构执行机构 2定义及特征定义及特征n机械类执行器是一大类执行器，也称为执行机构。机械类执行器是一大类执行器，也称为执行机构。一个机电系统中往往有一个或若干个执行机构进一个机电系统中往往有一个或若干个执行机构进行着有序的运动，将力或力矩施加到需要的部位，行着有序的运动，将力或力矩施加到需要的部位，实现某个动作或改变某个物理状态。实现某个动作或改变某个物理状态。 n机械类执行器的材料种类繁多，设计制造手段灵机械类执行器的材料种类繁多，设计制造手段灵活。但是机械类执行器的参数调整缺乏灵活性，活。但是机械类执行器的参数调整缺乏灵活性，运动轨迹单一，构

2、件易磨损，金属材料易疲劳，运动轨迹单一，构件易磨损，金属材料易疲劳，润滑繁复。润滑繁复。n使执行机构运动起来需要动力来驱动，机电系统使执行机构运动起来需要动力来驱动，机电系统中常见的驱动方式是电气、液压与气动。中常见的驱动方式是电气、液压与气动。 33.1基本概念基本概念几个常用术语几个常用术语 n在机械工程领域，具备以下三种特征的装置称为在机械工程领域，具备以下三种特征的装置称为机器：机器：n第一，由两个以上实体组合而成；第一，由两个以上实体组合而成；n第二，实体之间以一定几何形状的表面互相接触，第二，实体之间以一定几何形状的表面互相接触，形成可动联接，且各实体之间有确定的相对运动形成可动联

3、接，且各实体之间有确定的相对运动规律；规律；n第三，能够实现能量转换并输出机械功。第三，能够实现能量转换并输出机械功。仅仅具有前两种特征的装置称为机构；仅仅具有前两种特征的装置称为机构；构成机构的实体称为构件；构成机构的实体称为构件；组成构件的实体称为零件，组成构件的实体称为零件，构件可以是一个零件，也可以是若干个彼此没有相对构件可以是一个零件，也可以是若干个彼此没有相对运动的零件联接而成。运动的零件联接而成。4机器的组成机器的组成n从机械学的立场看，机器的基本功能是通过机械从机械学的立场看，机器的基本功能是通过机械运动来实现物质或能量的传递及变换。运动来实现物质或能量的传递及变换。n机器的基

4、本单位是机构，一台机器由一种或一种机器的基本单位是机构，一台机器由一种或一种以上机构组成。以上机构组成。n一个机构至少有两个构件，一个构件至少有一个一个机构至少有两个构件，一个构件至少有一个零件，零件是构造或制造的最小单元实体。零件，零件是构造或制造的最小单元实体。n机械是机器和机构的总称。机械是机器和机构的总称。n例如，柴油机是一台机器，活塞杆与曲轴形成机例如，柴油机是一台机器，活塞杆与曲轴形成机构，一个活塞和活塞杆形成一个构件，一根曲轴、构，一个活塞和活塞杆形成一个构件，一根曲轴、一个螺钉、一个齿轮是零件。一个螺钉、一个齿轮是零件。 5构件构件n构件在运动时视为一个整体，是运动的最小单元实

5、体，也构件在运动时视为一个整体，是运动的最小单元实体，也是机构的最基本元件。是机构的最基本元件。凡是能传递运动和力并在运动时可凡是能传递运动和力并在运动时可视为一个整体的物理介质都可称为构件视为一个整体的物理介质都可称为构件。构件可以是刚体，。构件可以是刚体，也可以是挠性体，如带、链、绳，也称为中间件。构件还也可以是挠性体，如带、链、绳，也称为中间件。构件还可以是流体，如液压油、水、气体，也称为介质。可以是流体，如液压油、水、气体，也称为介质。n机构是工业系统中执行器的基本承担者。机构是工业系统中执行器的基本承担者。n机构中的构件分为原动构件和被动构件。原动构件也称为机构中的构件分为原动构件和

6、被动构件。原动构件也称为主动构件、输入构件，它的运动由外部输入决定。被动构主动构件、输入构件，它的运动由外部输入决定。被动构件也称为从动构件，直接向外输出运动或力、力矩的构件件也称为从动构件，直接向外输出运动或力、力矩的构件称为输出构件。输出构件的运动应是所需的运动。称为输出构件。输出构件的运动应是所需的运动。6构件的关系构件的关系n为了描述运动的传递和变换关系，必须选定其中一个构件为了描述运动的传递和变换关系，必须选定其中一个构件作为参照体，将这个构件视为静止的，称为机架。换言之，作为参照体，将这个构件视为静止的，称为机架。换言之，必须有一个构件作为机架。同时，要有至少一个构件作为必须有一个

7、构件作为机架。同时，要有至少一个构件作为原动构件，至少一个构件作为被动构件。原动构件，至少一个构件作为被动构件。n在有些系统中，需要的运动形式与原动构件的运动形式不在有些系统中，需要的运动形式与原动构件的运动形式不同，或原动构件不便于直接作用于被动构件，或原动构件同，或原动构件不便于直接作用于被动构件，或原动构件输出的力、力矩不符合要求，这些情况下就需要某种机构输出的力、力矩不符合要求，这些情况下就需要某种机构实现实现运动变换或传递运动变换或传递。n为了便于说明两个构件接触所形成的关系，引入运动副的为了便于说明两个构件接触所形成的关系，引入运动副的概念。运动副是两个构件以一定几何形状和尺寸的表

8、面互概念。运动副是两个构件以一定几何形状和尺寸的表面互相接触所形成的可动联接，如直线导轨副、蜗轮蜗杆副、相接触所形成的可动联接，如直线导轨副、蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副。构件就是通过运动副的两个零件的接触面传丝杠螺母副。构件就是通过运动副的两个零件的接触面传递力和运动的。递力和运动的。 7传动传动n广义的传动有机械传动、电气传动、流体传动三广义的传动有机械传动、电气传动、流体传动三类，它们的区别是介质不同、输入能量形式不同，类，它们的区别是介质不同、输入能量形式不同，它们的共同点是输出运动、力或力矩。流体传动它们的共同点是输出运动、力或力矩。流体传动中的缸、阀、马达等装置常被称为执行元件。中的缸、

9、阀、马达等装置常被称为执行元件。“传动机构传动机构”一词常指机械传动中的机构。一词常指机械传动中的机构。n在工程实际的很多场合中，不论机械、电气、液在工程实际的很多场合中，不论机械、电气、液压还是气动传动，一个装置同时承担执行与传动压还是气动传动，一个装置同时承担执行与传动两个作用，传动的目的是执行某种动作，或产生两个作用，传动的目的是执行某种动作，或产生某种运动，或输出力、力矩。某种运动，或输出力、力矩。8执行机构的基本作用执行机构的基本作用 n执行机构的作用是输出机械运动、力或力矩。执行机构的作用是输出机械运动、力或力矩。 n工业系统中，需要执行的运动形式除工业系统中，需要执行的运动形式除

10、旋转运动旋转运动和和直线往复直线往复运动运动两大类外，还有摆动往复、各种平面或空间曲线运动。两大类外，还有摆动往复、各种平面或空间曲线运动。n各种运动形式必须用执行机构来实现，不同运动形式之间各种运动形式必须用执行机构来实现，不同运动形式之间还需要进行适当的转换，因此执行机构在实现运动时往往还需要进行适当的转换，因此执行机构在实现运动时往往还必须完成运动转换和传递。还必须完成运动转换和传递。 n在工业系统中往往有这种情况：所需的运动形式与原动机在工业系统中往往有这种情况：所需的运动形式与原动机的运动形式不同，这就需要执行机构能实现运动的传递和的运动形式不同，这就需要执行机构能实现运动的传递和转

11、换。有的系统中，需要施加力、力矩或运动的部位与动转换。有的系统中，需要施加力、力矩或运动的部位与动力源之间有一定空间距离，就需要在动力源与执行器之间力源之间有一定空间距离，就需要在动力源与执行器之间设计专门的运动转换和传递机构，也称为传动机构。设计专门的运动转换和传递机构，也称为传动机构。9执行机构的分类执行机构的分类 n按各运动构件上各点的运动平面是否相互平行可按各运动构件上各点的运动平面是否相互平行可分为平面机构和空间机构两类：分为平面机构和空间机构两类：平面机构平面机构如圆柱齿轮机构、平面连杆机构等；如圆柱齿轮机构、平面连杆机构等；空间机构空间机构如圆锥齿轮机构、空间连杆机构等。如圆锥齿

12、轮机构、空间连杆机构等。n按构件接触的方式可分为摩擦和啮合两类：按构件接触的方式可分为摩擦和啮合两类：摩擦传动摩擦传动又分为直接接触的摩擦轮传动和经过中间件又分为直接接触的摩擦轮传动和经过中间件的带传动；的带传动；啮合传动啮合传动也有直接接触的齿轮、蜗轮蜗杆传动、齿轮也有直接接触的齿轮、蜗轮蜗杆传动、齿轮齿条传动和经过中间件的同步齿形带传动、链传动。齿条传动和经过中间件的同步齿形带传动、链传动。 10执行机构的分类执行机构的分类n按机构的结构特征可分为连杆机构、斜面机构、按机构的结构特征可分为连杆机构、斜面机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。 n按输出的运动特

13、征可分为匀速机构、非匀速转动按输出的运动特征可分为匀速机构、非匀速转动机构、往复运动机构、直线运动机构、换向机构、机构、往复运动机构、直线运动机构、换向机构、间歇运动机构和差动机构等。间歇运动机构和差动机构等。 n按实现的功用可分为安全保险机构、联锁机构、按实现的功用可分为安全保险机构、联锁机构、定位夹紧机构、擒纵机构和实现某种数学运算的定位夹紧机构、擒纵机构和实现某种数学运算的机构等。机构等。 11执行机构的几个例子执行机构的几个例子 n执行机构输出运动、力或力矩，可以实现改变运执行机构输出运动、力或力矩，可以实现改变运动方向、改变速度、力的放大和反馈、几个零件动方向、改变速度、力的放大和反

14、馈、几个零件间的运动同步、物料传送、远距离传动等功能。间的运动同步、物料传送、远距离传动等功能。执行机构可以改变物体的位置（包括角位置）执行机构可以改变物体的位置（包括角位置） 12执行机构的几个例子执行机构的几个例子n执行机构可以改变运动速度和方向。例如用曲柄执行机构可以改变运动速度和方向。例如用曲柄摇杆机构实现牛头刨床的直线往复运动，可以使摇杆机构实现牛头刨床的直线往复运动，可以使刨刀的正程速度较慢，而返程速度较快。刨刀的正程速度较慢，而返程速度较快。牛头刨主传动机构牛头刨主传动机构 13执行机构的几个例子执行机构的几个例子n执行机构可以从一个坐标点沿某一轨迹运动到另执行机构可以从一个坐标

15、点沿某一轨迹运动到另一坐标点。如关节式机器人执行点焊工序，移动一坐标点。如关节式机器人执行点焊工序，移动机器人执行船壳钢板切割任务。机器人执行船壳钢板切割任务。 14执行机构的几个例子执行机构的几个例子n执行机构可以将力、力矩放大输出。例如在飞机、执行机构可以将力、力矩放大输出。例如在飞机、船舶、重型汽车的方向操纵、汽车刹车伺服系统船舶、重型汽车的方向操纵、汽车刹车伺服系统中，又如主从式机械手中，人不可能直接施加足中，又如主从式机械手中，人不可能直接施加足够大的力，常采用杠杆机构或液压机构实现力、够大的力，常采用杠杆机构或液压机构实现力、力矩的放大。力矩的放大。 15执行机构的几个例子执行机构

16、的几个例子n执行机构可以实现运动间的执行机构可以实现运动间的跟随或同步。譬如仿形车床跟随或同步。譬如仿形车床或仿形铣床用的一类机构，或仿形铣床用的一类机构，可以使刀具跟随模板边界形可以使刀具跟随模板边界形状行走。状行走。n执行机构能够完成物料传送。执行机构能够完成物料传送。如传送带、悬挂输送链、传如传送带、悬挂输送链、传送梁等是专门用来传送物料送梁等是专门用来传送物料的。的。16执行机构的几个例子执行机构的几个例子n机构可以在较远距离上传动。当原动力设备体积机构可以在较远距离上传动。当原动力设备体积过于庞大或过重，不能直接安置于需要运动的部过于庞大或过重，不能直接安置于需要运动的部位，就需要将

17、运动越过一定距离进行传动，这种位，就需要将运动越过一定距离进行传动，这种传运常用弹性金属缆索、连杆、皮带、链条、液传运常用弹性金属缆索、连杆、皮带、链条、液压或气压管道来实现。压或气压管道来实现。手术机器人手术机器人17执行机构的几个例子执行机构的几个例子n机构可以实现一些曲线运动。例如用凸轮、偏心机构可以实现一些曲线运动。例如用凸轮、偏心轮、曲柄、连杆等组合可以使执行件走出不同的轮、曲柄、连杆等组合可以使执行件走出不同的平面或空间曲线。平面或空间曲线。 发动机的凸轮发动机的凸轮-气门机构和曲柄气门机构和曲柄-连杆机构连杆机构 曲柄曲柄-连杆机构连杆机构 183.2带轮机构带轮机构 n带是挠性

18、体，作为中间件张紧在主动轮和从动轮带是挠性体，作为中间件张紧在主动轮和从动轮的轮缘上，构成带轮机构。的轮缘上，构成带轮机构。n带轮有摩擦型和啮合型两类。摩擦型带又有圆形带轮有摩擦型和啮合型两类。摩擦型带又有圆形带、平带、带、平带、V形带（又称为三角带）和多楔形带形带（又称为三角带）和多楔形带等几种截面形状。等几种截面形状。 (a) 平带平带 (b) V形带形带 (c) 多楔形带多楔形带 (d) 圆形带圆形带 (e) 原理图原理图摩擦型带轮机构的原理和几种截面形状摩擦型带轮机构的原理和几种截面形状19摩擦型和啮合型带轮摩擦型和啮合型带轮n由于存在滑动，摩擦型带轮的传动比精度低，传由于存在滑动，摩

19、擦型带轮的传动比精度低，传动效率低。动效率低。n摩擦型带轮机构具有缓冲和吸振作用，过载能力摩擦型带轮机构具有缓冲和吸振作用，过载能力较强，传动平稳，噪声低，能够在较大的轴距上较强，传动平稳，噪声低，能够在较大的轴距上传送转矩。传送转矩。n啮合型带轮也称为同步齿形带轮，传动比的精度啮合型带轮也称为同步齿形带轮，传动比的精度较高，有较高的传动效率，且运动平稳，振动小，较高，有较高的传动效率，且运动平稳，振动小，噪声低。噪声低。 203.3链轮机构链轮机构 n链是挠性体，作为中间件张紧在主动链轮和从动链轮上，链是挠性体，作为中间件张紧在主动链轮和从动链轮上，链轮与链啮合，主动轴与从动轴平行链轮与链啮

20、合，主动轴与从动轴平行 。n因为不存在打滑现象，所以链轮机构能保证准确的传动比。因为不存在打滑现象，所以链轮机构能保证准确的传动比。链的张紧程度可以比带的张紧程度低，因此作用于轴的径链的张紧程度可以比带的张紧程度低，因此作用于轴的径向力小。链轮机构的效率高，能够在较大的轴距上传送转向力小。链轮机构的效率高，能够在较大的轴距上传送转矩。矩。 n链轮机构不能吸收冲击和振动，高速传动时平稳性差，不链轮机构不能吸收冲击和振动，高速传动时平稳性差，不适于载荷变化大的场合，不能用于非平行轴传动。适于载荷变化大的场合，不能用于非平行轴传动。 213.4齿轮机构齿轮机构 n齿轮机构以啮合方式在两个轴之间传递运

21、动和动齿轮机构以啮合方式在两个轴之间传递运动和动力，轮齿受力的情况类似悬臂梁，且应力是交变力，轮齿受力的情况类似悬臂梁，且应力是交变的。的。n常见的齿轮有圆柱齿轮和锥形齿轮两大类。常见的齿轮有圆柱齿轮和锥形齿轮两大类。 n圆柱齿轮用于在平行轴之间传递力矩，也可实现圆柱齿轮用于在平行轴之间传递力矩，也可实现分档的转速变换和转矩传递，如普通机床、汽车分档的转速变换和转矩传递，如普通机床、汽车的变速箱中。的变速箱中。 22圆柱齿轮圆柱齿轮n圆柱齿轮按齿轮的齿廓形状可分为渐开线、摆线、圆柱齿轮按齿轮的齿廓形状可分为渐开线、摆线、圆弧等，按齿轮的齿线形状可分为直齿、斜齿、圆弧等，按齿轮的齿线形状可分为直

22、齿、斜齿、人字齿、圆弧齿等。人字齿、圆弧齿等。 (a) 直齿圆柱齿轮 (b) 斜齿圆柱齿轮 (c) 交错轴斜齿轮23锥齿轮锥齿轮n锥齿轮能够在相交轴或交错轴之间传递力矩，主锥齿轮能够在相交轴或交错轴之间传递力矩，主动轴和从动轴的相对位置有正交、斜交、偏置几动轴和从动轴的相对位置有正交、斜交、偏置几种。锥齿轮按齿面节线可分为直齿、斜齿、圆弧种。锥齿轮按齿面节线可分为直齿、斜齿、圆弧齿、摆线齿、准双曲面齿。齿、摆线齿、准双曲面齿。 (d) 直齿锥齿轮 (e) 斜齿锥齿轮 (f) 曲线齿锥齿轮 24行星齿轮系和齿轮齿条行星齿轮系和齿轮齿条n行星齿轮系能实现某些具有周期性、对称性的运行星齿轮系能实现某

23、些具有周期性、对称性的运动轨迹；谐波齿轮能实现主动轴与从动轴同轴的动轨迹；谐波齿轮能实现主动轴与从动轴同轴的执行机构，多用于结构紧凑的减速机；齿轮齿条执行机构，多用于结构紧凑的减速机；齿轮齿条机构能够实现转动与直线运动之间的运动转换。机构能够实现转动与直线运动之间的运动转换。 齿轮齿条行星齿轮系25齿轮机构的特点齿轮机构的特点n齿轮机构优点是：效率高，寿命长，瞬时传动比齿轮机构优点是：效率高，寿命长，瞬时传动比稳定，结构紧凑，传递功率和圆周速度的范围宽。稳定，结构紧凑，传递功率和圆周速度的范围宽。n齿轮机构的缺点是：不能吸收冲击和振动，轮齿齿轮机构的缺点是：不能吸收冲击和振动，轮齿易磨损，过载

24、或疲劳会使轮齿发生塑性变形或折易磨损，过载或疲劳会使轮齿发生塑性变形或折断，因而过载能力差，反向时因游隙而出现回差断，因而过载能力差，反向时因游隙而出现回差（空行程），高速运行时噪声大，齿面硬度和齿（空行程），高速运行时噪声大，齿面硬度和齿形精度要求高，制造困难，安装精度要求高，不形精度要求高，制造困难，安装精度要求高，不适于远轴距传动。适于远轴距传动。263.5螺旋机构螺旋机构 n螺旋机构将丝杠的回转运动变换为螺母的直线运螺旋机构将丝杠的回转运动变换为螺母的直线运动，同时将转矩变换成沿丝杠轴向推力或拉力。动，同时将转矩变换成沿丝杠轴向推力或拉力。n螺旋机构结构紧凑，传动准确，运动均匀平稳，螺

25、旋机构结构紧凑，传动准确，运动均匀平稳，易于自锁。易于自锁。n按照用途可将螺旋机构分为传力螺旋、传导螺旋、按照用途可将螺旋机构分为传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋。调整螺旋。 n按照摩擦形式可将螺旋机构分为滑动摩擦螺旋机按照摩擦形式可将螺旋机构分为滑动摩擦螺旋机构、滚动摩擦螺旋机构、静压滑动摩擦螺旋机构。构、滚动摩擦螺旋机构、静压滑动摩擦螺旋机构。 27滑动摩擦螺旋机构滑动摩擦螺旋机构n滑动摩擦螺旋机构的优点是：结构简单，制造方滑动摩擦螺旋机构的优点是：结构简单，制造方便，易于实现自锁，运转平稳。便，易于实现自锁，运转平稳。n滑动摩擦螺旋机构的缺点是：低速运动中或微小滑动摩擦螺旋机构的缺点是：低速

26、运动中或微小运动时可能出现爬行现象，摩擦阻力大，传动效运动时可能出现爬行现象，摩擦阻力大，传动效率率仅为仅为0.30.6，磨损大，螺纹间有间隙，换向时，磨损大，螺纹间有间隙，换向时有空行程，造成滞环。虽然有这些缺点，滑动螺有空行程，造成滞环。虽然有这些缺点，滑动螺旋机构仍然是使用最广泛的螺旋机构，传力、传旋机构仍然是使用最广泛的螺旋机构，传力、传导和调整三类用途均有滑动摩擦螺旋机构。导和调整三类用途均有滑动摩擦螺旋机构。 28滚动摩擦螺旋机构滚动摩擦螺旋机构 n滚动摩擦螺旋机构中的滚动体多为钢球，也有圆滚动摩擦螺旋机构中的滚动体多为钢球，也有圆柱滚子或圆锥滚子，又称为滚珠丝杠。它的优点柱滚子或

27、圆锥滚子，又称为滚珠丝杠。它的优点是摩擦阻力小，传动效率可达是摩擦阻力小，传动效率可达0.9以上，运行平稳，以上，运行平稳，低速运动时没有爬行现象，启动时没有抖动，能低速运动时没有爬行现象，启动时没有抖动，能够实现高精度定位。够实现高精度定位。n滚珠丝杠的缺点是结构复杂，制造成本高，抗冲滚珠丝杠的缺点是结构复杂，制造成本高，抗冲击能力差。滚珠丝杠用于精密数控机床、测试机击能力差。滚珠丝杠用于精密数控机床、测试机械和仪器。械和仪器。29静压螺旋机构静压螺旋机构 n静压螺旋机构的丝杠与螺母之间有油膜隔开，因而摩擦小，静压螺旋机构的丝杠与螺母之间有油膜隔开，因而摩擦小，磨损小，寿命长，传动效率高达磨

28、损小，寿命长，传动效率高达0.99，运动平稳，无爬行，运动平稳，无爬行现象，可逆向传动，运动换向时空行程小，定位精度高，现象，可逆向传动，运动换向时空行程小，定位精度高，轴向刚度大。缺点是结构复杂，制造成本高，供油系统要轴向刚度大。缺点是结构复杂，制造成本高，供油系统要求高。这种机构用于精密机床的进给机构或分度机构。求高。这种机构用于精密机床的进给机构或分度机构。303.6蜗轮蜗杆机构蜗轮蜗杆机构 n蜗轮蜗杆机构中，蜗轮轴与蜗杆轴的交角为蜗轮蜗杆机构中，蜗轮轴与蜗杆轴的交角为90 ，这种机构是从交错轴斜齿的圆柱齿轮演变而来的。这种机构是从交错轴斜齿的圆柱齿轮演变而来的。 n由于运动中有至少两对

29、齿同时啮合，所以运行平由于运动中有至少两对齿同时啮合，所以运行平稳，噪声低。这种机构可以具有自锁能力，即只稳，噪声低。这种机构可以具有自锁能力，即只能蜗杆作为主动轮，而蜗轮作为从动轮，反向传能蜗杆作为主动轮，而蜗轮作为从动轮，反向传动不能实现。动不能实现。n蜗轮蜗杆机构有一个与圆弧齿轮相同的缺点：齿蜗轮蜗杆机构有一个与圆弧齿轮相同的缺点：齿间存在相对滑动。因此，运行中磨损较严重，摩间存在相对滑动。因此，运行中磨损较严重，摩擦损耗大，导致工作效率低。擦损耗大，导致工作效率低。 n由于以上特点，蜗轮蜗杆机构通常用于两轴交错、由于以上特点，蜗轮蜗杆机构通常用于两轴交错、传动比大、要求结构紧凑或必须自

30、锁的系统中。传动比大、要求结构紧凑或必须自锁的系统中。 313.7直线导轨直线导轨 n直线导轨常简称为导轨，它的作用是支承并引导直线导轨常简称为导轨，它的作用是支承并引导运动部件沿给定轨迹和行程作直线往复运动。运动部件沿给定轨迹和行程作直线往复运动。n导轨由两个相对运动的部件组成，一个部件固定导轨由两个相对运动的部件组成，一个部件固定在机架上，称为定轨，另一个在定轨上移动，称在机架上，称为定轨，另一个在定轨上移动，称为动轨。为动轨。n导轨多用于需要作直线往复运动的执行器。导轨多用于需要作直线往复运动的执行器。n按轨面摩擦性质可将导轨分为滑动导轨、滚动导按轨面摩擦性质可将导轨分为滑动导轨、滚动导

31、轨、液体静压导轨、气浮导轨、磁浮导轨。轨、液体静压导轨、气浮导轨、磁浮导轨。 32滑动导轨滑动导轨n滑动导轨结构简单，刚性好，摩擦阻力大，连续滑动导轨结构简单，刚性好，摩擦阻力大，连续运行磨损快，制造中轨面刮研工序的要求很高。运行磨损快，制造中轨面刮研工序的要求很高。滑动导轨的静摩擦系数与动摩擦系数差别大，因滑动导轨的静摩擦系数与动摩擦系数差别大，因此低速运动时可能产生爬行现象。滑动导轨常用此低速运动时可能产生爬行现象。滑动导轨常用于各种机床的工作台或床身导轨，装配在动轨上于各种机床的工作台或床身导轨，装配在动轨上的多是工作台、滑台、滑板、导靴、头架等。导的多是工作台、滑台、滑板、导靴、头架等

32、。导轨截面有矩形、燕尾形、轨截面有矩形、燕尾形、V形、圆形等，形、圆形等， 33滚动导轨滚动导轨n滚动导轨的结构是在运动部件与支承部件之间放滚动导轨的结构是在运动部件与支承部件之间放置滚动体，如滚珠、滚柱、滚针或滚动轴承。置滚动体，如滚珠、滚柱、滚针或滚动轴承。n滚动导轨的优点是：摩擦系数不大于滑动导轨摩滚动导轨的优点是：摩擦系数不大于滑动导轨摩擦系数的擦系数的1/10，静摩擦系数与动摩擦系数差别小，静摩擦系数与动摩擦系数差别小，不易出现爬行现象，可用小功率电动机拖动，定不易出现爬行现象，可用小功率电动机拖动，定位精度高，寿命长。位精度高，寿命长。n滚动导轨的缺点是：阻尼小而容易引起超调或振滚

33、动导轨的缺点是：阻尼小而容易引起超调或振荡，刚度低，制造困难，对脏污和轨面误差较敏荡，刚度低，制造困难，对脏污和轨面误差较敏感。感。n滚动导轨多用于光学机械、精密仪器、数控机床、滚动导轨多用于光学机械、精密仪器、数控机床、纺织机械等。纺织机械等。 34液体静压导轨、气液体静压导轨、气/磁浮导轨磁浮导轨n液体静压导轨和气浮导轨的动轨和定轨之间存在液体静压导轨和气浮导轨的动轨和定轨之间存在有压力流体，而磁悬浮导轨利用磁极有压力流体，而磁悬浮导轨利用磁极“同性相斥同性相斥”的原理，使动轨和定轨之间保持一定的间隙。这的原理，使动轨和定轨之间保持一定的间隙。这些导轨摩擦更小，几乎没有磨损，也无爬行现象，

34、些导轨摩擦更小，几乎没有磨损，也无爬行现象，但是刚度低，阻尼小，设计、制造和运行控制较但是刚度低，阻尼小，设计、制造和运行控制较复杂。复杂。n影响导轨导向精度的主要因素有：导轨本身的直影响导轨导向精度的主要因素有：导轨本身的直线度、两个轨面的平行度、轨面粗糙度、耐磨性线度、两个轨面的平行度、轨面粗糙度、耐磨性能、刚度、润滑措施等。能、刚度、润滑措施等。353.8连杆机构连杆机构 n连杆机构的特点是：原动件的运动总要经过一个连杆机构的特点是：原动件的运动总要经过一个不直接与机架相联的刚性中间件才能将运动传递不直接与机架相联的刚性中间件才能将运动传递到输出构件。平面机构的各个构件都在相互平行到输出

35、构件。平面机构的各个构件都在相互平行的平面内运动，空间连杆机构的各构件运动没有的平面内运动，空间连杆机构的各构件运动没有这一约束。这一约束。n连杆机构中的连杆机构中的“杆杆”可以有多种形状，但最常采可以有多种形状，但最常采用杆状，也统称为用杆状，也统称为“杆杆”。在平面连杆机构中，。在平面连杆机构中，原动件保持运动不变的情况下，通过改变各杆件原动件保持运动不变的情况下，通过改变各杆件的相对长度，就可以使从动件实现不同的运动，的相对长度，就可以使从动件实现不同的运动，而且一个连杆上不同点的轨迹也不同。而且一个连杆上不同点的轨迹也不同。n连杆机构中必有一个构件是机架。连杆机构中必有一个构件是机架。

36、36铰链四杆机构铰链四杆机构 n铰链四杆机构是一种最常见的平面四杆机构。它铰链四杆机构是一种最常见的平面四杆机构。它可以作为曲柄摇杆机构，摇杆作为原动件摆动时，可以作为曲柄摇杆机构，摇杆作为原动件摆动时，曲柄能整周转动。雷达天线俯仰机、缝纫机踏板曲柄能整周转动。雷达天线俯仰机、缝纫机踏板机构、一些农用人力机械中可以见到这种机构。机构、一些农用人力机械中可以见到这种机构。 (a) 原理图 (b) 雷达天线俯仰角调整机构 (c) 缝纫机脚踏板机构37双曲柄机构双曲柄机构 n如果铰链平行四杆机构的两个连杆都作为曲柄，如果铰链平行四杆机构的两个连杆都作为曲柄，就成为双曲柄机构，其中一个曲柄为主动件，另

37、就成为双曲柄机构，其中一个曲柄为主动件，另一个曲柄为从动件，这样两个曲柄以相同速度同一个曲柄为从动件，这样两个曲柄以相同速度同向转动，连杆作平动。冲床、铁路机车车轮、摄向转动，连杆作平动。冲床、铁路机车车轮、摄影平台升降机、公交车门的双扇门开闭机构都利影平台升降机、公交车门的双扇门开闭机构都利用了这种机构。用了这种机构。 38双摇杆机构双摇杆机构n如果铰链四杆机构的两个连架杆都作为摇杆，则如果铰链四杆机构的两个连架杆都作为摇杆，则成为双摇杆机构，用在车辆的前轮转向机构、大成为双摇杆机构，用在车辆的前轮转向机构、大型造型机的翻箱机构。型造型机的翻箱机构。 港口用起重吊车港口用起重吊车 39平面四

38、杆机构平面四杆机构n平面四杆机构还可以演变为曲柄滑块机构、曲柄平面四杆机构还可以演变为曲柄滑块机构、曲柄摇块机构、转动导杆机构、直动导杆机构、摆动摇块机构、转动导杆机构、直动导杆机构、摆动导杆机构、回转导杆机构、摆线导杆机构、偏心导杆机构、回转导杆机构、摆线导杆机构、偏心轮机构、双滑块四杆机构等。轮机构、双滑块四杆机构等。n在刨床、飞机起落架、轮椅制动装置、拉铆机中在刨床、飞机起落架、轮椅制动装置、拉铆机中等很多机械中采用了平面四杆机构的演变形式。等很多机械中采用了平面四杆机构的演变形式。 (a) 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 (b) 曲柄摇块机构曲柄摇块机构 (c) 转动导杆机构转动导杆机构 (

39、d) 摆动导杆机构摆动导杆机构403.9凸轮、棘轮和槽轮凸轮、棘轮和槽轮 n凸轮和推杆的组合常简称为凸轮机构。凸轮往往凸轮和推杆的组合常简称为凸轮机构。凸轮往往是原动件，作转动或往复摆动，被凸轮直接推动是原动件，作转动或往复摆动，被凸轮直接推动的从动件称为推杆，凸轮与推杆成线接触。凸轮的从动件称为推杆，凸轮与推杆成线接触。凸轮的设计主要是根据推杆的预期运动求出凸轮轮廓的设计主要是根据推杆的预期运动求出凸轮轮廓线。线。 41棘轮机构棘轮机构n棘轮和棘爪构成的机构能将摆动变换为单向的间棘轮和棘爪构成的机构能将摆动变换为单向的间歇运动，棘轮机构可以实现步进、转位、反向制歇运动，棘轮机构可以实现步进、

40、转位、反向制动、超越动作。动、超越动作。n譬如牛头刨床的工作台进给机构就用了棘轮机构，譬如牛头刨床的工作台进给机构就用了棘轮机构，提升机用棘轮作反向制动，自行车后轮用内啮合提升机用棘轮作反向制动，自行车后轮用内啮合棘轮实现超越动作。棘轮实现超越动作。 42槽轮机构槽轮机构 n槽轮也是一种间歇运动机构。槽轮沿径向开有若槽轮也是一种间歇运动机构。槽轮沿径向开有若干的槽，一个圆柱形销在沿槽滑动。如果各槽间干的槽，一个圆柱形销在沿槽滑动。如果各槽间夹角相等，槽数一确定，槽间角便确定。槽轮机夹角相等，槽数一确定，槽间角便确定。槽轮机构用在需要改变转角而又不频繁改变的场合。构用在需要改变转角而又不频繁改变的场合。 43 3.10机架机架 n机架在工业系统中用于支承和容纳各种零部件、机架在工业系统中用于支承和容纳各种零部件、机构。机架本身也是构件，箱体、底座、机身、机构。机架本身也是构件，箱体、底座、机身、基础平台是常见的形式。基础平台是常见的形式。n内燃机机体、变速箱体、车床床身、摇臂钻床底内燃机机体、变速箱体、车床床身、摇臂钻床底板、计算机的磁盘机底板、电梯的轿厢框都是机板、计算机的磁盘机底板、电梯的轿厢框都是机架的例子。机架往往是系统中尺寸最大或质量最架的例子。机架往往是系统中尺寸最大或质量最大的零件。大的零件。 44机架的作用机架的作用n机架的作用是给出静态部件的定位基准和运动部件运机