第三章 机械运动形态与控制

1、LOGOClick to add your text河北联合大学机械工程学院工程训练中心机械创新设计机械创新设计第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第一节第一节 机械运动形态与变换机械运动形态与变换第二节第二节 机、电、液机构组合的运动及控制机、电、液机构组合的运动及控制第三节第三节 机械运动与控制机械运动与控制第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第一节第一节 机械运动形态与变换机械运动形态与变换 组成机械运动部件的运动形态有组成机械运动部件的运动形态有定轴转动定轴转动（含摆（含摆动和间歇转动），动和间歇转动），往复移动往复移动及及平面运动平面运动三种。三种。 实现

2、这三种基本运动形态的机构种类很多，它们实现这三种基本运动形态的机构种类很多，它们起到运动形式变换、运动速度变换、运动的传递，运起到运动形式变换、运动速度变换、运动的传递，运动的合成及分解的作用。动的合成及分解的作用。 一、连续转动到连续转动一、连续转动到连续转动 转动到转动的运动变换是机械中最常见的运动形转动到转动的运动变换是机械中最常见的运动形式，用于运动、动力的传递和运动速度的变换。能实式，用于运动、动力的传递和运动速度的变换。能实现这种运动形式变换的机构有齿轮机构、摩擦轮传动现这种运动形式变换的机构有齿轮机构、摩擦轮传动机构、瞬心线机构、连杆机构、带传动机构、链传动机构、瞬心线机构、连杆

3、机构、带传动机构、链传动机构、绳索传动机构、液力传动、钢丝软轴传动机构机构、绳索传动机构、液力传动、钢丝软轴传动机构等。等。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制1 1齿轮传动机构齿轮传动机构 外啮合的圆柱齿轮机构传递反向运动、内啮合的外啮合的圆柱齿轮机构传递反向运动、内啮合的圆柱齿轮机构传递同向运动、圆锥齿轮机构传递相交圆柱齿轮机构传递同向运动、圆锥齿轮机构传递相交轴之间的运动、蜗杆蜗轮机构传递垂直交错轴之间的轴之间的运动、蜗杆蜗轮机构传递垂直交错轴之间的运动。运动。 齿轮机构的齿形曲线有渐开线、摆线、圆弧线。齿轮机构的齿形曲线有渐开线、摆线、圆弧线。齿轮系还有渐开线行星轮系、

4、摆线针轮轮系、谐波传齿轮系还有渐开线行星轮系、摆线针轮轮系、谐波传动轮系、活齿传动轮系、滚珠传动轮系等。动轮系、活齿传动轮系、滚珠传动轮系等。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制2 2摩擦轮传动机构摩擦轮传动机构 摩擦轮传动难以传递过大的动力，主要应用在仪摩擦轮传动难以传递过大的动力，主要应用在仪器中传递运动。器中传递运动。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制3 3瞬心线机构瞬心线机构 瞬心线机构种类很多，但其设计原理基本相同。瞬心线机构种类很多，但其设计原理基本

5、相同。第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制 瞬心线机构可以靠摩擦传递运动或动力，也可在瞬心线机构可以靠摩擦传递运动或动力，也可在瞬心线上制成轮齿，形成啮合传动。瞬心线机构可以瞬心线上制成轮齿，形成啮合传动。瞬心线机构可以实现连续的、周期性的、变速转动输出。实现连续的、周期性的、变速转动输出。 4 4连杆机构连杆机构 能实现转动到转动运动变换的连杆机构有双曲柄机能实现转动到转动运动变换的连杆机构有双曲柄机构、平行四边形机构、转动导杆机构以及双转块机构等。构、平行四边形机构、转动导杆机构以及双转块机构等。第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制5 5带传动机构带传动机构 带

6、传动机构分为平带传动、圆带传动、带传动机构分为平带传动、圆带传动、V V带传动、带传动、同步齿形带传动等多种形式。其中平带传动和圆带传动同步齿形带传动等多种形式。其中平带传动和圆带传动可交叉安装、实现反向传动。可交叉安装、实现反向传动。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制6 6链传动机构链传动机构 链传动机构也是一种适合较大中心距的传动机构。链传动机构也是一种适合较大中心距的传动机构。常用的套筒滚子链有单排和多排之分。其传动比为二链常用的套筒滚子链有单排和多排之分。其传动比为二链轮齿数之反比，输出同向的减速或增速连续转动。轮齿数之反比，输出同向的减速或增速连续转动。第三章第三章

7、 机械运动形态与控制机械运动形态与控制7 7绳索传动机构绳索传动机构 除具有带传动的功能外，绳索传动机构还具有独特除具有带传动的功能外，绳索传动机构还具有独特的作用。由于一轮缠绕，另一轮退绕，二轮中间可有多的作用。由于一轮缠绕，另一轮退绕，二轮中间可有多个中间轮。个中间轮。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制8 8液力传动液力传动 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制 液力传动是利用液力传动是利用液体的动能把主动轮的液体的动能把主动轮的转动传递到从动轮，也转动传递到从动轮，也称为液力藕合器。称为液力藕合器。9 9钢丝软轴传动机构钢丝软轴传动机构 第三章第三章 机械

8、运动形态与控制机械运动形态与控制 钢丝软轴的内钢丝软轴的内部由钢丝分多层缠部由钢丝分多层缠绕而成。由于用软绕而成。由于用软轴相联接，主、从轴相联接，主、从动件的位置具有随动件的位置具有随意性。意性。1010万向联轴器万向联轴器 万向联轴器实际上是一种空间连杆机构，可分为单万向联轴器实际上是一种空间连杆机构，可分为单万向联轴器和双万向联轴器。广泛应用在不同轴线的传万向联轴器和双万向联轴器。广泛应用在不同轴线的传动机构中。动机构中。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制二、连续转动到步进转动二、连续转动到步进转动 连续转动变换为步进转动的运动变换在包装机械等连续转动变换为步进转动的运

9、动变换在包装机械等自动机中应用较广泛。自动机中应用较广泛。 常见的转换机构有棘轮机构、槽轮机构、不完全齿常见的转换机构有棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、分度凸轮机构等。轮机构、分度凸轮机构等。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制三、连续转动到往复摆动三、连续转动到往复摆动 实现连续转动到往复摆动的运动变换机构主要有曲实现连续转动到往复摆动的运动变换机构主要有曲柄摇杆机构、曲柄摇块机构、摆动导杆机构、摆动从动柄摇杆机构、曲柄摇块机构、摆动导杆机构、摆动从动件凸轮机构等。件凸轮机构等。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形

10、态与控制四、连续转动到往复直线移动四、连续转动到往复直线移动 实现连续转动到往复直线移动的运动变换机构有曲实现连续转动到往复直线移动的运动变换机构有曲柄滑块机构、正弦机构、直动从动件凸轮机构、带或链柄滑块机构、正弦机构、直动从动件凸轮机构、带或链传动机构、齿轮齿条机构、螺旋传动机构以及一些机构传动机构、齿轮齿条机构、螺旋传动机构以及一些机构的组合。的组合。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制五、直线移动转换为直线移动五、直线移动转换为直线移动 直线移动转换为直线移动的机构大多采用液压机构，直线移动转换为直线移动的机构大多采用液压

11、机构，用于送料、夹紧等装置中。各类液压阀心、电磁阀心机用于送料、夹紧等装置中。各类液压阀心、电磁阀心机构也采用了直动到直动的运动变换。构也采用了直动到直动的运动变换。 斜面机构、具有两个移动副的连杆机构、移动凸轮斜面机构、具有两个移动副的连杆机构、移动凸轮机构有时也可以应用于线性运动变换，还可以用直线电机构有时也可以应用于线性运动变换，还可以用直线电机直接实现直线移动。弹簧机构也是一种最常用的直线机直接实现直线移动。弹簧机构也是一种最常用的直线运动变换机构。运动变换机构。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制六、直线移动转换为定轴

12、转动或往复摆动六、直线移动转换为定轴转动或往复摆动 直线移动转换为定轴转动的最典型机构就是内燃机直线移动转换为定轴转动的最典型机构就是内燃机中的曲柄滑块机构。齿轮齿条机构可实现移动到转动的中的曲柄滑块机构。齿轮齿条机构可实现移动到转动的运动变换。运动变换。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第二节第二节 机、电、液机构组合的机、电、液机构组合的运动及控制运动及控制 现代机械已不再是纯机械系统，集机、液、电现代机械已不再是纯机械系统，集机、液、电一体化的产品越来越普及，机、光、电、液、传感一体化的产品越来越普及，机、光、电、液、传感器与微机控制的智能化机械显示出强大的生命力。器与

13、微机控制的智能化机械显示出强大的生命力。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制一、机、液机构组合的运动形态一、机、液机构组合的运动形态 机、液机构组合主要是液压缸系统与连杆机构系统机、液机构组合主要是液压缸系统与连杆机构系统的组合，可满足执行机构的位置、行程、摆角、速度及的组合，可满足执行机构的位置、行程、摆角、速度及复杂运动规律等多方面的工作要求，在机械、冶金、矿复杂运动规律等多方面的工作要求，在机械、冶金、矿山、建筑、轻工、交通运输、国防等领域得到广泛的应山、建筑、轻工、交通运输、国防等领域得到广泛的应用。用。 第三章第三章

14、机械运动形态与控制机械运动形态与控制1 1机、液机构组合的基本型机、液机构组合的基本型 机、液机构组合中，液压缸一般是主动件，并驱机、液机构组合中，液压缸一般是主动件，并驱动各种连杆机构完成预定的动作要求。动各种连杆机构完成预定的动作要求。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制2 2机、液机构组合的常见运动形式机、液机构组合的常见运动形式（1 1）固定液压缸式机构）固定液压缸式机构第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制（2 2）摆动式液压缸机构）摆动式液压缸机构 摆动式液压缸机构与连杆机构组合中，活塞相对于摆动式液压缸

15、机构与连杆机构组合中，活塞相对于缸体的移动转换为从动构件的摆动和缸体本身的摆动。缸体的移动转换为从动构件的摆动和缸体本身的摆动。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制3 3机、液机构的控制系统机、液机构的控制系统 机、液机构中，通常是液压元件为动力元件和控制机、液机构中，通常是液压元件为动力元件和控制元件，其控制方法有手动、机动和微机控制。元件，其控制方法有手动、机动和微机控制。（1 1）手动控制）手动控制 手动控制主要指利用换向阀和流量阀的手工操作，手动控制主要指利用换向阀和流量阀的手工操作，实现机械位置与速度的控制。实现机械位

16、置与速度的控制。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制（2 2）机动控制）机动控制 机械的往复运动使用机动控制换向阀更方便，手工机械的往复运动使用机动控制换向阀更方便，手工控制流量阀来达到调速的目的，可提高工作效率。控制流量阀来达到调速的目的，可提高工作效率。（3 3）微机控制）微机控制 不同阀的顺序动作可用延时软件或硬件来实现。不同阀的顺序动作可用延时软件或硬件来实现。第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制二、电磁机构二、电磁机构 电磁机构可用于开关机构、电磁振动机构等电动机电磁机构可用于开关机构、电磁振动机构等电动机械中，其工作原理是利用电磁效应产生的磁力来完成机

17、械中，其工作原理是利用电磁效应产生的磁力来完成机械运动。械运动。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制三、机电组合机构三、机电组合机构第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制 机电机构组合中的运动形态由机构的结构来实现，机电机构组合中的运动形态由机构的结构来实现，而机械的运动参数（位置、位移、速度、加速度等）而机械的运动参数（位置、位移、速度、加速度等）和各执行机构的运动协调关系是靠微机系统（微机、和各执行机构的运动协调关系是靠微机系统（微机、接口电路、各种电子元器件组成的硬件及软件）来实接口电路、各种电子元器件组成的硬件及软件）来实现的。现的。 第三节第三节 机械运动

18、与控制机械运动与控制 机械的运动形态由机械的组成形式和机械的控制机械的运动形态由机械的组成形式和机械的控制方式所决定。方式所决定。一、机械运动的换向与控制一、机械运动的换向与控制 要求不断改变机械运动方向的机械很多，各种车要求不断改变机械运动方向的机械很多，各种车辆的前进与后推，旋转机械的正转与反转等许多机械辆的前进与后推，旋转机械的正转与反转等许多机械都有换向的要求。都有换向的要求。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制1 1旋转运动的换向与控制旋转运动的换向与控制 旋转运动的换向问题是常见的运动变换，很多机器旋转运动的换向问题

19、是常见的运动变换，很多机器都有正转、反转或正向转过某一角度再反向转过某一角都有正转、反转或正向转过某一角度再反向转过某一角度。度。（1 1）改变电机转向）改变电机转向（2 2）限位开关换向）限位开关换向 限位开关的种类很多，有机械式开关、光电式开关、限位开关的种类很多，有机械式开关、光电式开关、磁开关等。磁开关等。第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制（3 3）介轮换向）介轮换向 在齿轮传动中常采用介轮换向，汽车的前进与倒退在齿轮传动中常采用介轮换向，汽车的前进与倒退运动就是利用变速箱中的介轮来实现的。运动就是利用变速箱中的介轮来实现的。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形

20、态与控制（4 4）棘轮换向）棘轮换向 利用改变棘爪的方向带动棘轮换向在牛头刨床上的利用改变棘爪的方向带动棘轮换向在牛头刨床上的进给系统有广泛的应用。进给系统有广泛的应用。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制（5 5）摩擦轮换向）摩擦轮换向 该机构广泛应用在摩擦压力机上。该机构广泛应用在摩擦压力机上。第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制（6 6）自身换向机构）自身换向机构 利用机构本身的结构特点，使得从动件的运动自动利用机构本身的结构特点，使得从动件的运动自动换向，称之为自身换向机构。曲柄摇杆机构、摆动凸轮换向，称之为自身换向机构。曲柄摇杆机构、摆动凸轮机构以及一些

21、组合机构都能完成自动换向任务。机构以及一些组合机构都能完成自动换向任务。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制2 2直线移动的换向与控制直线移动的换向与控制 要求往复直线移动的机械种类很多，内燃机、压要求往复直线移动的机械种类很多，内燃机、压缩机的活塞运动，刨床、插床的刀具运动，推拉电动缩机的活塞运动，刨床、插床的刀具运动，推拉电动大门的启闭运动，机床工作台的运动等均需要往复的大门的启闭运动，机床工作台的运动等均需要往复的直线移动。直线移动。第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制（1 1）改变电机转向来实现往复的直线移动）改变电机转向来实现往复的直线移动 利用直线电机

22、可直接完成直线运动，其换向控制利用直线电机可直接完成直线运动，其换向控制方法同转动电机。方法同转动电机。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制（2 2）液压换向）液压换向 在液压传动中，改变液流方向可实现油缸的往复在液压传动中，改变液流方向可实现油缸的往复直线运动。其移动的距离、移动速度、移动过程中所直线运动。其移动的距离、移动速度、移动过程中所克服的阻力都可以进行调节。克服的阻力都可以进行调节。第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制（3 3）自身换向机构）自身换向机构 主要有曲柄滑块机构、正弦机构、双滑块机构、直主要有曲柄滑块机构、正弦机构、双滑块机构、直动凸轮机构

23、以及一些特殊设计的机构等，这些机构的特动凸轮机构以及一些特殊设计的机构等，这些机构的特点是主动件连续转动，从动件作往复的直线移动。点是主动件连续转动，从动件作往复的直线移动。第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制二、机械运动的调速与控制二、机械运动的调速与控制 用于降低速度增大扭矩的装置，称之为减速器。用于降低速度增大扭矩的装置，称之为减速器。 用来增速的装置，称之为增速器。用来增速的装置，称之为增速器。 需要不断变换速度的装置称之为变速器。需要不断变换速度的装置称之为变速器。（1 1）调速电机）调速电机 改变电动机的工作速度，使电机能在低速大扭矩改变电动机的工作速度，使电机能在低速大扭矩的条件下工作，是最理想的调速方式。的条件下工作，是最理想的调速方式。 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制（2 2）齿轮减速器）齿轮减速器 第三章第三章 机械运动形态与控制机械运动形态与控制 （3 3）其它减速装置）其它减速装置 各类带传动、链传动、摩擦传动都可