机械设计学课件第四章机械产品的功能原理的实现

1、1第四章第四章 机械功能原理的实现机械功能原理的实现 机械运动系统的方案设计机械运动系统的方案设计2机构能实现哪机构能实现哪些动作功能？些动作功能？第一节第一节 机构能实现的动作功能机构能实现的动作功能3 1) 匀速运动匀速运动(平动、转动平动、转动)与非匀速运动与非匀速运动 (平动转动或摆动平动转动或摆动)的变换的变换 2) 连续转动与间歇式的转动或摆动的变连续转动与间歇式的转动或摆动的变换换 3）实现预期的运动轨迹实现预期的运动轨迹1运动形式或运动规律变换运动形式或运动规律变换41）用来实现运动离合或开停用来实现运动离合或开停。2）用来换向、）用来换向、超越超越和反向止动。和反向止动。3）

2、用来实现联锁、过载保护、安全制动用来实现联锁、过载保护、安全制动4) 实现锁止、定位、夹压等实现锁止、定位、夹压等。5) 实现测量、放大、比较、显示、记录、实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等。运算等。2实现开关、联锁和检测等实现开关、联锁和检测等51)1)利用时间的利用时间的序列进行控制序列进行控制3.实现程序控制或手动控制实现程序控制或手动控制6直列四缸发动机 V型六缸发动机 水平对置发动机 利用时间的序利用时间的序列进行控制列进行控制7 2) 2)利用动作的序列进行控制利用动作的序列进行控制电磁阀控制电磁阀控制液压缸的顺液压缸的顺序操作过程序操作过程8 3) 3)利用运动的变化利用运

3、动的变化等进行控制等进行控制 汽车发动机的离汽车发动机的离心调速器心调速器利用速度变化进行控制的汽车发动机调速器1-主动盘 2、3-齿轮 4-拉杆 5-供油量调节臂 6-调节弹簧 7-定轴 8-杠杆 9-平板 10-滑套 11-调速器轴9选择机构实现选择机构实现功能原理的原功能原理的原则和范围？则和范围？101实现功率性的机械运动形式或规律实现功率性的机械运动形式或规律的变换功能的变换功能各式各样的交直流变速电动机和直线各式各样的交直流变速电动机和直线电机电机 vsvs. .鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机+ +变速机构变速机构 or or 曲柄滑块机构、正弦机构曲柄滑块机构、正弦机构11 例

4、如各种自动机上的上、下料，加工、检测等工序需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，均可全部用机构来完成。对于复杂轨要的运动轨迹，均可全部用机构来完成。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。绘图仪的绘图笔的动作等。2实现固定轨迹或简单可调的轨迹功能实现固定轨迹或简单可调的轨迹功能12如电灯开关，一般是用机械式的，但如电灯开关，一般是用机械式的，但也有触模式、光电式的开关，都能安也有触模式、光电式的

5、开关，都能安全可靠地完成开关任务，至于操作方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便和经济性只能在特定条件下作具体的分析。的分析。3在特定条件下能优质地实现开在特定条件下能优质地实现开关、联锁和检测等功能关、联锁和检测等功能134实现简单的固定程序或可变程序的控制实现简单的固定程序或可变程序的控制145. 5. 具体情况，具体对待具体情况，具体对待由于超导的发现，磁悬浮技术的成熟，直线电动机将由于超导的发现，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。使用在磁悬浮的高速列车上。电视机最初出现时，采用机械式频道变换开关，已被电视机最初出现时，采用机械式频道变

6、换开关，已被遥控开关所取代。遥控开关所取代。电子技术的发展虽然能控制许多复杂的自动化机器和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、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。作安全可靠的手动控制装置。15LD50轮式液压钻车轮式液压钻车16

7、特点：特点：工作腔和压油腔容积大频率高，冲击能小结构简单17液压马达旋转时，配油阀就把压力油周期性的交替通入冲击活塞 冲击频率决定于配流装置的切换频率18192021第二节第二节 传动机构和执行机构传动机构和执行机构22传动机构传动机构v将原动机的运动和动力传给执行机构，以完将原动机的运动和动力传给执行机构，以完成预期的功能。成预期的功能。v齿轮机构齿轮机构 连杆机构连杆机构 凸轮机构凸轮机构 螺旋机构螺旋机构 楔块楔块机构机构 棘轮机构棘轮机构 槽轮机构槽轮机构 摩擦轮机构摩擦轮机构 挠性件挠性件机构机构 弹性件机构弹性件机构 液气动机构液气动机构 电器机构电器机构 及各及各种基本构件的组合

8、机构种基本构件的组合机构 23汽车变速器运动速度或力的大小变换啮合方式摩擦方式楔块原理流体作用原理12摩擦轮传动摩擦轮传动 123平面盘式无级变速器平面盘式无级变速器 123圆锥式无级变速器圆锥式无级变速器 24运动形式或传力方式的变换转动、平动、摆动25 执行机构执行机构 带动工作头进行工作并使之获得工作力或力矩的机构26执行机构最常见的运动变换是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，而空气压缩机中曲旋转运动，而空气压缩机中曲轴、连杆和滑块执行机构则是轴、连杆和滑块执行机构则是将旋转运动变换

9、成活塞的往复将旋转运动变换成活塞的往复直线运动。直线运动。直列四缸发动机 V型六缸发动机 水平对置发动机 271、实现特定、实现特定运动规律运动规律 等速输出等速输出，瞬时或长时间瞬时或长时间停歇停歇，有，有急回急回特性特性、周期性周期性转位转位和和步进分步进分度动作度动作等。等。28 2实现特定的运动轨迹实现特定的运动轨迹 29按摩按摩轮轮CBADE3031 采用联动凸轮机采用联动凸轮机构，通过两凸轮的联构，通过两凸轮的联动作用，使抓片爪按动作用，使抓片爪按矩形轨迹运动，从而矩形轨迹运动，从而达 到 间 歇 抓 片 的 目达 到 间 歇 抓 片 的 目的。的。 采用联动凸轮机采用联动凸轮机构

10、，使笔芯托架沿着矩构，使笔芯托架沿着矩形轨迹运动，从而达到形轨迹运动，从而达到使圆珠笔芯步进式地向使圆珠笔芯步进式地向前送进的目的。前送进的目的。抓片机构抓片机构圆珠笔装配线圆珠笔装配线32 3实现某种特殊的信息传实现某种特殊的信息传递递 利用机构不仅能完成机械运利用机构不仅能完成机械运动和动力的传递，还能完成诸动和动力的传递，还能完成诸如检测、计数、定时、显示或如检测、计数、定时、显示或控制等功能。这一类应用很多，控制等功能。这一类应用很多，例如杠杆千分尺、家用水表、例如杠杆千分尺、家用水表、电表等使用的机械式计数器，电表等使用的机械式计数器，家用洗衣机、电风扇等使用机家用洗衣机、电风扇等使

11、用机械式定时器。还可以用机构来械式定时器。还可以用机构来实现速度、加速度等的测量和实现速度、加速度等的测量和数据记忆等功能。数据记忆等功能。差压计测液位33三、工作头三、工作头1什么是工作头什么是工作头 各种工艺类机械都有一定的工艺功能，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，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人的

12、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工作对象完成一定的工作(例如：夹持、搬例如：夹持、搬运、转位等运、转位等)，或是在其上完成一定的工艺，或是在其上完成一定的工艺动作动作(例如喷涂、洗涤、锻压等例如喷涂、洗涤、锻压等)。342、工作头的作用、工作头的作用 (1)夹持：夹持： 工作头要对工件进行操作，要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。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。的功能，必须先将铲斗深入土中。 (2)搬运、输送及转换工位搬运、输送

13、及转换工位 (3)施力：施力： 工作头有时要对工作对象施加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。料的压力加工与实验，重物起吊与搬运等。35四、选择机构类型和拟定机构简图中的几个问题四、选择机构类型和拟定机构简图中的几个问题两种移动从动件机构的比较1 在满足工艺功能动作和运动要求的情况下应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。使机构最简单，传动链最短。36 2使机构有有利的传力条件使机构有有利的传力条件37 3使机构有尽可能好的动力性能使机构有尽可能好的动力性能 384

14、 4使机器操纵方便，调整使机器操纵方便，调整容易，安全耐用容易，安全耐用适当地加入一些开、适当地加入一些开、停、离合、正反转、停、离合、正反转、刹车、手动装置，可刹车、手动装置，可使操纵方便，调整容使操纵方便，调整容易；机器中加入过载易；机器中加入过载保护装置，可预防机保护装置，可预防机器的损坏等。器的损坏等。39第三节第三节 按机械动作功能原理要按机械动作功能原理要求做机械运动系统的方案设计求做机械运动系统的方案设计40功能结构图传动类型 or 执行类型机械功能 or 非机械功能41驾驶室行走部分 底盘工作装置和平台总成挖掘机的结构挖掘机的结构回转支承“斗”功能结构图？机械功能/非机械功能传

15、动类型/执行类型42没有突出部件没有突出部件没有管路没有管路底盘底盘链轮链轮行星驱动行星驱动-涨紧调整涨紧调整 链条导向链条导向43工作装置工作装置组成组成 动臂销轴动臂销轴 小臂缸小臂缸动臂叉头动臂叉头小臂小臂铲斗铲斗,液压锤等液压锤等连杆连杆 摇杆摇杆连杆组件连杆组件动臂动臂动臂缸动臂缸动臂缸销轴动臂缸销轴铲斗缸铲斗缸44v将一个基本机构装在另一个基本机构的输出构件上。将一个基本机构装在另一个基本机构的输出构件上。 1）每一个）每一个基本基本机构都有一个动力源。机构都有一个动力源。 2）后一个基本机构的相对机架是前一个机构的输出构件。）后一个基本机构的相对机架是前一个机构的输出构件。454

16、6471213459101314151617181978Kba6112018126 卧式卧式多工多工位冷位冷墩机墩机1210911666141351415161）完成工序）完成工序：进料进料截料截料整形整形压角压角冲孔冷墩冲孔冷墩978齿齿 轮机构轮机构2）选型）选型（1）进料机构）进料机构机机构构系系统统曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构棘轮机构棘轮机构2）选型）选型（2）断料机构）断料机构机机构构系系统统直动从动件凸直动从动件凸 轮机构轮机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构482）选型）选型（3）冷墩冷墩机构机构机构系统机构系统 I：曲柄滑块机构曲柄滑块机构（+阴模），阴模），完成整完成整 形、压角、形、压

17、角、冲孔冲孔1213459101314151617181978Kba6112018126 卧式卧式多工多工位冷位冷墩机墩机2）选型）选型（4）顶料机构）顶料机构机构系统机构系统 ： 铰链四杆机构铰链四杆机构；完成顶料完成顶料19201312齿齿 轮机构轮机构2）选型）选型（5）运料机构）运料机构机机构构系系统统 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构棘轮机构棘轮机构18181749冷镦机构冷镦机构的运动循的运动循环图环图机构机构 执行件执行件工工 艺艺 动动 作作冲头冲头断料刀断料刀辊轮辊轮顶杆顶杆钳架钳架向向 前前向向 后后前停前停后后 停停停停停停停停停停切刀向前切刀向前切刀后退切刀后退切刀前停切刀前停

18、切刀向前切刀向前切刀后停切刀后停停停送料送料摆摆 动动摆摆 动动S1 0180360 0向前向前向后向后50机机械械运运动动循循环环图图前前摆摆动动停停切切料料送送停停刀刀后后切切停停刀刀切切 前前切切 停停前前刀刀动动后后刀刀后后退退顶顶 摆摆停停停停O向向向向后后向向前前51进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮圆柱凸轮机构机构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613C1325自动车床刀架自动车床刀架系统系统自动换刀自动换刀轴向进给轴向进给功能

19、分解功能分解 让刀让刀转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉 转位转位转塔刀架每次转过转塔刀架每次转过60 定位定位转位之前拔出保证加工精度的定位销转位之前拔出保证加工精度的定位销 进、退刀进、退刀不转时，精确实现预定的进退刀运动。不转时，精确实现预定的进退刀运动。52某航空发动机附件传某航空发动机附件传动系统动系统主动轴主动轴IVIIIVVIIII各子机构间无严格各子机构间无严格的运动协调配合关的运动协调配合关系系53各子机构在动作的各子机构在动作的先后次序上有严格先后次序上有严格的要求的要求 自动车床上自动车床上三个并联凸轮的三个并联凸轮的工作顺序有先后工

20、作顺序有先后要求。要求。工件工件( (铆钉铆钉) )外圆车刀外圆车刀棒料棒料切断刀切断刀倒角刀倒角刀凸轮轴凸轮轴挡挡板板IIIIII主轴主轴凸轮凸轮I凸轮凸轮II凸轮凸轮III凸轮凸轮转角转角0 90 180 270 360 放松放松( (送料送料) )切断切断夹夹 紧紧车外圆倒角车外圆倒角挡料挡料54 1) 选用现成的机构； 2）机构组合与创新； 3) 机械运动系统的协调设计。5556功能原理的分解和机构的选择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。如直线运动就有曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮齿条机构等。机构间的相容问题如

21、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。571合理安排传动机构的顺序主运动链：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三轴钻床中，传动机构的顺序58在机构的排列顺序上一般遵循的规律是：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转变运动方式的机构( (如凸轮机构如凸轮机构) )通常总是安置在运动链的末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。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，与其他传皮带传动及其他摩擦传动在传递同样转矩的条

22、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。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。为减小尺寸和重量，这些传动机构一般安装在靠近原动机的地为减小尺寸和重量，这些传动机构一般安装在靠近原动机的地方。方。2 2合理分配传动比合理分配传动比 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

23、高的转速下工作，使各级中间轴上的转矩较小，这样可使轴较高的转速下工作，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。和轴上零件尺寸较小，从而获得较为紧凑的机构。59 3 3、机构组合举例：工厂备料车间用的锯床、机构组合举例：工厂备料车间用的锯床60将整根元钢锯成小段送到各制造车间加工。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。61 1)转动转动(或摆动或摆动)变成移动的机构有：曲柄变成移动的

24、机构有：曲柄(或摆杆或摆杆)滑滑块机构、正弦机构、凸轮机构、齿轮齿条机构等。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具有急回特性的机构有：偏置曲柄滑块机构有：偏置曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、凸轮、曲柄摇杆机构、凸轮机构、曲柄导杆机构等。机构、曲柄导杆机构等。623）工作行程具有近似等速段的机构：这个功能）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。需要相互配合才能完成。633）工作行程）工作行程具有近似等速具有近似等速段的机构段的机构组合机构组合机构那些机构可以实现？

25、凸轮机构凸轮机构具有近似等速运动的机构构思a)摇杆滑块机构 b)曲柄滑块机构 和a)串联用64 除凸轮机构外，其它方案均由两个以上机除凸轮机构外，其它方案均由两个以上机构组合而成，如：构组合而成，如：双曲柄机构双曲柄机构偏置曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、双曲柄机构双曲柄机构正弦机构、正弦机构、椭圆齿轮椭圆齿轮正弦机构、正弦机构、椭圆齿轮椭圆齿轮偏置曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、曲柄导杆机构曲柄导杆机构摇杆滑块机构等近十种方摇杆滑块机构等近十种方案。案。 65方案优选方案优选“双曲柄机构双曲柄机构偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构”在工作在工作行程的行程的70%范围内有良好的等速运动性能。且范

26、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。有较好的急回特性，结构尺寸也合理。其次是曲柄导杆机构其次是曲柄导杆机构摆动滑块机构。其运摆动滑块机构。其运动性能与上述机构不相上下，但结构尺寸比较动性能与上述机构不相上下，但结构尺寸比较大，制造比较复杂，用在锯床中有点大材小用。大，制造比较复杂，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。但却广泛用于各种类型的牛头刨床中。661家用缝纫机送布机构的功能原理要求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。）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

27、送进阶段应是近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。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作无级调节三、机械运动系统方案设计举例三、机械运动系统方案设计举例 家用缝纫机的家用缝纫机的送布机构送布机构设计设计67轨迹生成机构轨迹控制机构传动机构送布牙的调节机构输出分配轴（输入）手动调节（输入）2 送布机构的功能分解送布机构的功能分解1）发生矩形轨迹的子功能。）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）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制子功能3)改变送布

28、牙送进量的调节子功能。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。送布机构与传动轴之间的运动传递子功能。683 3实现子功能的机构选择实现子功能的机构选择()()矩形轨迹生成机构矩形轨迹生成机构 送布牙送料时的工作情况1-压脚 2-缝料 3-送布牙 4-送布牙槽 4-针板送布牙运动轨迹a)理想轨迹 b)实际轨迹四杆全移动副二自由度机构1、2-主动件 3-从动件四杆低幅机构69全铰链四杆及五杆机构送布机构的演化低副高代 位置调整全铰链四杆机构全铰链五杆机构带有高副的四杆机构其它？70 (2) (2)矩形轨迹生成的控制机构矩形轨迹生成的控制机构 1.1.凸轮机构凸轮机构

29、2.2.四连杆铰链机构四连杆铰链机构（无长时间停歇，只能得到近似的（无长时间停歇，只能得到近似的椭圆轨迹）椭圆轨迹）3.3.多杆铰链机构多杆铰链机构（能得到精确的轨迹，但构件多，（能得到精确的轨迹，但构件多，削弱了四杆机构的优点）削弱了四杆机构的优点）71(3)(3)传动机构传动机构从分配轴到轨迹生成机构之间的传动不用或用铰链四杆机构和它的变异机构72(4)送布量的调节机构送布量的调节机构 调节机构的任务是调节机构的任务是将摆杆将摆杆BB的送布输的送布输出信息出信息，改变成大小，改变成大小可调的送布多少的参可调的送布多少的参数数 。四杆调节机构控制送布量的凸轮机构a)等宽凸轮 b)家用缝纫机的

30、送布调节机构734、机械运动系统的方案设计、机械运动系统的方案设计运 动 传 递运 动 传 递机构机构3控 制 前 、控 制 前 、后 运 动 的后 运 动 的凸轮机构凸轮机构5控 制 上 、控 制 上 、下 运 动 的下 运 动 的凸轮机构凸轮机构2送 布 量 的送 布 量 的调节机构调节机构4输出输出主轴（分配轴）主轴（分配轴）轨迹发生机构轨迹发生机构1输入输入A-A机械运动的方案框图74机械运动机构示意图高速缝纫机送布机构示意图轨迹控制机构CDEF，手动调节E点的位置（调完后成为固定铰链），E点位于BC杆上时，B点不动，送布量为零。E点偏离BC杆越多，B点上下移动量越大。轨迹发生机构未变

31、75第四节第四节 发挥机构固有潜力的方法发挥机构固有潜力的方法 机构的创新设计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很重解和按分解后的分功能选择设计机构是一个很重要的工作，分解得不合理，选择机构不当，都会要的工作，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，能否设计出构是一个创造性的工作，能否设计出个优秀的个优秀的新机构是方案设计中的一项重要工作。新机构是方案设计中的一项重要工作。76一、简单机构运动特点

32、的利用一、简单机构运动特点的利用 1平行四边形移动式抓取机构平行四边形移动式抓取机构当活塞当活塞1带动推杆带动推杆2上移时，通过扇形齿轮上移时，通过扇形齿轮3带动平行四边形带动平行四边形机构机构OABO1，使手爪，使手爪5、6作平行移动，而夹紧工件。图作平行移动，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。为通过蜗杆、蜗轮带动平行四边形机构的移动式抓取机构。77自加热炉图1-17 双摇杆铸锭供应机构AC图1-16 摇杆滑块抓取机构78图1-18 铰链四杆分送工件机构图1-19 转轮系抓斗机构79二、链传动的变异与创新二、链传动的变异与创新将导轨链传动设计成各种输出机

33、，导轨链传动中没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。有从动轮。链传动导轨链传动80三、三、无死点机构无死点机构 无死点机构812、图、图429所示为一种巧妙的无死点机构，其巧妙之处是：滑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死点问题。曲线形长孔的倾

34、斜方向确定了曲柄轴的旋转方构的死点问题。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。向，并使其保持固定的旋转方向。82 四、连杆机构四、连杆机构1、曲柄滑块与齿轮齿条机构、曲柄滑块与齿轮齿条机构上齿条往复运动的行程是齿轮转动中心点上齿条往复运动的行程是齿轮转动中心点C往复运动行程的往复运动行程的两倍。两倍。曲柄滑块与齿轮齿条机构83 2凸轮凸轮连杆机构连杆机构用于订扣机工作台纵向运动的凸轮用于订扣机工作台纵向运动的凸轮连杆机构，原动件为凸连杆机构，原动件为凸轮轮1，从动件为工作台，从动件为工作台5，被订的钮扣夹紧在该工作台上，随，被订的钮扣夹紧在该工作台上，随工作台作

35、往复运动，同时缝针工作台作往复运动，同时缝针(图中未画出图中未画出)作上下往复运动，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运动次数(即订扣针数即订扣针数)，构件，构件CB的长度可调节，以增大工作的长度可调节，以增大工作台的往复行程。台的往复行程。凸轮-连杆机构84 3齿轮齿轮连杆机构连杆机构包装机推包机构中，机构在凸轮包装机推包机构中，机构在凸轮1的驱动下，使推板的驱动下，使推板5按一按一定的运动规律往复移动，将工件推到包装位置。其中，齿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

36、于放大推板的行程，所需的放大比例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，构件可根据实际需要确定。其中，构件2为扇形齿轮、为扇形齿轮、3为齿轮、为齿轮、4为摆杆。为摆杆。齿轮-连杆机构854凸轮移动式行程放大机构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。的结构空间，不然就要求有很大的凸轮机构。图示的机构，与盘状凸轮相关的轴销带动滑杆左右移动，图示的机构，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移动距离为凸轮升程S，滑杆上装有可摆

37、动的扇形齿轮，滑杆上装有可摆动的扇形齿轮，扇形齿轮与齿条相啮合。由于扇形齿轮与齿条相啮合。由于滑杆的移动使扇形齿轮摆动，滑杆的移动使扇形齿轮摆动，而扇形齿轮另一侧的臂杆摆动，而扇形齿轮另一侧的臂杆摆动，将带动上边的滑杆将带动上边的滑杆(滑块滑块)滑移，滑移，其滑移距离将依杆长与齿轮扇形其滑移距离将依杆长与齿轮扇形半径之比而放大。半径之比而放大。凸轮移动行程放大机构86五、改变机构的某些尺寸参数，使机构出现一种新的功能五、改变机构的某些尺寸参数，使机构出现一种新的功能1）a)图图AB小功率的旋转运动时，滑块能产生巨大的冲压力。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：的尺寸

38、增加：“瞬时停歇瞬时停歇”现象。有利于被冲压工件的现象。有利于被冲压工件的永永久变形，提高冲压零久变形，提高冲压零件的尺寸精度。件的尺寸精度。3）若把）若把AB的尺寸继的尺寸继续增加，曲柄相应的续增加，曲柄相应的转角也增大，这时可转角也增大，这时可看到滑块有明显的上、看到滑块有明显的上、下二次运动。利用此下二次运动。利用此运动特性制成的压力运动特性制成的压力机称为机称为“二次压印机二次压印机”87六、运用机构的串联组合，改变机构的运动特性六、运用机构的串联组合，改变机构的运动特性整个压边周期约占拉延周期的1/3882）设计思路：）设计思路：就是利用机构的串联组合拓宽机构原有的瞬就是利用机构的串

39、联组合拓宽机构原有的瞬时停歇特性，图时停歇特性，图422a中的六杆增力机构中的六杆增力机构ABCDE，当主动构件转过，当主动构件转过20时，滑块时，滑块作瞬时停歇运动作瞬时停歇运动(图图422中为了作图清楚将中为了作图清楚将 放大到放大到40 )。如将滑块。如将滑块E用作压边机构，用作压边机构，只要滑块二次摆动的升距不超过只要滑块二次摆动的升距不超过0.05mm，就可，就可以看作滑块以看作滑块E是作连续压紧动作，但问题是这是作连续压紧动作，但问题是这个停歇时间太短，与个停歇时间太短，与100 相比还差得太多。相比还差得太多。若把主动连架杆改成摆动、滑块在最下面的位若把主动连架杆改成摆动、滑块在

40、最下面的位置时，作为主动摆杆的一个极限位置，如粗实置时，作为主动摆杆的一个极限位置，如粗实线线ABCDE； ABCDE（细实线）为主动摆杆（细实线）为主动摆杆的另一个极限位置。压边角度：的另一个极限位置。压边角度：A1转到转到AB，经过四次微小摆动（位移经过四次微小摆动（位移0.05mm）拓宽停歇时间：增加曲柄摇杆机构拓宽停歇时间：增加曲柄摇杆机构FGHA。8990机构的组合机构的组合工作台工作台15643210987121113151491机构组合示意框图机构组合示意框图电电动动机机带带传传动动( (2) )凸轮机构凸轮机构( (10) )带传动带传动( (8) )带传动带传动( (3) )

41、锥齿轮传锥齿轮传动动( (4) )圆柱圆柱齿轮齿轮传动传动( (5) )工作台工作台凸轮机构凸轮机构( (12) )连杆连杆机构机构送料杆送料杆蜗杆蜗杆传动传动( (9) )万向联轴节万向联轴节钻头钻头万向联轴节万向联轴节钻头钻头万向联轴节万向联轴节钻头钻头92七、运用机构的并联组合，得到某种特殊的运动规律或七、运用机构的并联组合，得到某种特殊的运动规律或轨迹轨迹 9394八、利用机构组成原理发现新的机构八、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。用相同最基本的形式是构件间全部用转动副组

42、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。同运动特性的各种机构。N=8时的运动副配置方案95N=8时的变形结构96“0”表示：不分配表示：不分配n2构件而直接连接；构件而直接连接；用用“1”、“2”分别表示连接两顶点间分别表示连接两顶点间n2构件数。构件数。图中图中a、b所示的所示的9个变型结构：个变型结构：其中方形排列为三种，如图其中方形排列

43、为三种，如图a所示，分别用所示，分别用111100、112000、220000表示之；表示之；图图b为为Y形排列的形排列的6种变型结构。种变型结构。在方案在方案II中，因缩图中只有中，因缩图中只有5个可能的个可能的n2构件连接两个构件连接两个n3顶点和顶点和一个一个n4顶点、故用顶点、故用5个数字表示其不同的变型结构，如图个数字表示其不同的变型结构，如图c所示。所示。方案方案III只有两种独立的结构形式，如图只有两种独立的结构形式，如图d所示。所示。 以上组成以上组成8杆单自由度机构的运动链，共得杆单自由度机构的运动链，共得16种变型结构。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

44、各种不同的机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。构，在这些机构中可找出最优的机构供选用。97 图图4-24a其特征号为其特征号为“111100” 如把其中如把其中6、7、8三构件代换成三构件代换成高副，以构件高副，以构件1为机架，构件为机架，构件5为凸轮作主动构件，就得到图为凸轮作主动构件，就得到图424b所示的新机构所示的新机构(图为该机构的运动示意图图为该机构的运动示意图)。80年代德国年代德国专利专利其工作原理是：其工作原理是：98九、引进当前的最新技术，使旧的机械功能得到新九、引进当前的最新技术，使旧的机械功能得到新的生命的生命

45、例如机床切削加工是一项古老的机械功能，用以加例如机床切削加工是一项古老的机械功能，用以加工各种机械零件。几十年来，机床的种类、加工精工各种机械零件。几十年来，机床的种类、加工精度等方面虽均有不断的提高，但都没有突破性的进度等方面虽均有不断的提高，但都没有突破性的进展。自从引进了数控技术，根据数控技术的要求，展。自从引进了数控技术，根据数控技术的要求，改进了机床的滚珠丝杠进给系统，使机床行业迅速改进了机床的滚珠丝杠进给系统，使机床行业迅速向高精度，自动控制方向发展。到向高精度，自动控制方向发展。到8080年代、又引进年代、又引进了电子计算机的控制技术，把机床发展成自动加工了电子计算机的控制技术，

46、把机床发展成自动加工中心，因而使机械加工功能不断地提高，也设计出中心，因而使机械加工功能不断地提高，也设计出一大批配合新技术的机构。一大批配合新技术的机构。99第五节第五节 机械运动的协调设计和运动循环图机械运动的协调设计和运动循环图 一、机械运动协调设计一、机械运动协调设计 当功能结构图中各分功能均设计完毕后，怎样将当功能结构图中各分功能均设计完毕后，怎样将这些分功能协调动作，共同完成总功能这些分功能协调动作，共同完成总功能? ?这就需进这就需进行总体范围内的运动系统方案设计行总体范围内的运动系统方案设计机械运动协机械运动协调设计。调设计。 完成各分功能的机构完成各分功能的机构( (执行机构

47、执行机构) )均是相对独立均是相对独立的，其运动动作的先后是根据总功能的要求，在一的，其运动动作的先后是根据总功能的要求，在一个周期中按时间序列安排的。但怎样使各执行机构个周期中按时间序列安排的。但怎样使各执行机构严格按规定的时间运动这就是机械运动协调设计严格按规定的时间运动这就是机械运动协调设计的关键的关键控制方法设计。在控制的方法上，一般控制方法设计。在控制的方法上，一般有如下两种：有如下两种：1001 1集中驱动、分散控制：集中驱动、分散控制： 在比较小型的机器上，一般均采用本方法，它由一个总驱动在比较小型的机器上，一般均采用本方法，它由一个总驱动源源( (一般是电动机一般是电动机) )，经过变速后达到合适的工作转速，作为机器，经过变速后达到合适的工作转速，作为机器的总传动轴，即称为分配轴。执行机构均分散在其应完成分功能的总传动轴，即称为分配轴。执行机构均分散在其应完成分功能的位置上其主