第14章-机构的选型、组合及机械传动系统的设计

第十四章机械传动系统的方案设计及机构的选型、组合§14—1概述一、机械传动系统的概念及作用机械传动系统，是指将原动机的运动和动力传递到执行构件的中间环节，它是机械的重要组成部分。其作用有：转换运动形式，改变运动大小和保证各执行构件协调配合工作；将原动机的功率和转矩传递给执行构件，以克服生产阻力。二、机械传动系统设计的内容和步骤机械传动系统设计是机械设计中极其重要的一个环节。正确、合理地设计机械传动系统，对提高机械的性能和质量，降低机械的制造成本和使用费用等都是至关重要的。1、拟定机械的工作原理：根据机器所要完成的生产任务，制定机械的总功能，拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定出机械所要实现的工艺动作。2、执行构件和原动机的运动设计：确定各执行构件的运动参数（行程、速度、加速度）和生产阻力，并选择原动机，确定其类型、运动参数和功率。

原动机的类型有电动机（交流异步、直流、交流变频、伺服、步进、直线等）、液压马达、气动马达、液压缸。机械传动系统方案设计一般经过如下几个步骤：3、机构的选型、变异和组合：根据要实现的功能选择机构的类型，必要时可对机构进行变异和组合，制定工作循环图，绘制传动系统的示意图。4、机构的尺寸综合：确定各构件的运动尺寸，绘制传动系统的机构运动简图。5、方案分析：对传动系统进行运动学和动力学分析，考察其是否满足要求，必要时进行适当调整。6、方案评审：通过对多个方案的评比，从中选出最佳方案。§14—2机构的选型在初步拟定出机械传动系统的方案后，为了使传动方案逐步具体化，必然要涉及到机构类型的选择问题。下面我们就来对各种常用机构的工作特点、性能和适用场合等作一简略的归纳、比较。运动方式1、单向运动（一般是回转运动）：2、往复运动(肯定是变速的)：1）连续运动两轴同向、两轴反向；匀速、变速2）间歇运动（也有变向的，但某一区段的时间内调整之前一直是单向的）1）往复移动；间歇运动肯定是变速的2）往复摆动；一、传递回转运动的机构1、摩擦传动机构：带传动、摩擦轮传动等。优点：构造简单、传动平稳、易实现无级变速、有过载保护作用。缺点：传动比不准确、传递功率小、传动效率低等。2、啮合传动机构：齿轮、蜗杆、链传动等。链传动常用在对精度要求不高而工作条件恶劣的地方。3、连杆传动机构：双曲柄机构、平行四边形机构等。用于有特殊需要的地方。1）两平行轴同向连续转动的机构：B)主轴匀速转动、从动轴变速转动的，如：双曲柄机构；转动导杆机构；齿轮连杆组合机构。2）两平行轴反向连续转动的机构：A)主从两轴匀速转动的，如：平行四边形机构；内啮合齿轮机构；链传动机构；带传动机构；双万向联轴节；十字滑块联轴器。A)主从两轴匀速转动的，如：外啮合齿轮机构；逆（或反）平行四边形机构；摩擦轮传动。B)主轴匀速转动、从动轴变速转动的，如：椭圆齿轮机构；齿轮连杆组合机构。表14-1列举了摩擦传动和啮合传动机构常用的圆周速度和减速比范围，以及现已达到的最大传动功率，供选型时参考。传动机构类型平型带V带摩擦轮齿轮蜗杆链圆周速度(m/s)5~25(30)5~30≤15~25≤15~120≤15~35≤15~40减速比≤5≤8~15≤7~10≤4~8(30)≤80≤6~10最大功率(KW)2000750~1200150~250500005503250表14-1二、实现单向间歇运动的机构槽轮机构：用于转动角度为固定值的转位运动。棘轮机构：用于转动角度很小或要求能调节转角的大小，且常用于低速场合。不完全齿轮机构：转动角度可在较大范围内变动。凸轮式间歇机构：运动平稳、分度准确且自身有定位锁定作用，但制造困难。用于速度较高或定位精度要求较高的转位装置中。三、实现往复移动和往复摆动的机构1、往复移动：1）连杆机构中的曲柄滑块、正弦机构等：制造容易，但难以实现任意指定的运动规律。多用于无严格的运动规律要求的地方。2）凸轮机构：能实现指定的运动规律，多用于受力不很大的场合。3）螺旋机构：可获得很大的减速比和较高的制造精度。用于低速进给和精密微调机构中，或用于反行程具有自锁性的地方。4）齿轮齿条机构：用于移动速度较高的场合，但不宜用于精确传动及平稳性要求高的场合。2、往复摆动：四、实现再现轨迹的机构四连杆机构：一般只能近似实现预期的轨迹。结构简单、制造容易。多杆机构或齿轮—连杆组合机构：能实现预期的轨迹。制造困难、成本高。凸轮—连杆组合机构：几乎可完全准确实现任意的轨迹。制造凸轮成本高。

曲柄摇杆、摆动导杆(如在牛头刨床中)、摆动推杆凸轮机构、组合机构等。§14—3机构的组合和变异一、机构的组合一）概念1、基本机构——原动件+（0~1个）杆组+机架的机构。2、组合机构——n（≥2）个基本机构按一定的组合方式连接而成的机构。二）组合方式1、串联组合：前后几种机构依次联接的组合方式。根据被串接构件的不同，又可分为：1）一般串联组合：后一级机构的主动件固接在前一级机构的一个连架杆上的组合方式。图14-16所示的连杆与凸轮机构的组合。图8-3所示的多杆机构和图11-6所示的定轴轮系都属于一般串联组合。图14-16一般串联组合机构的示意框图2）特殊串联组合：后一级机构串接在前一级机构不与机架相联的浮动构件上的组合方式。图14-17所示的六杆机构，后一级杆机构MEF铰接在前一级四杆机构ABCD的连杆BC上的M点。图14-17图14-18所示的织布机上的开口机构，后一级导杆机构的滑块4铰接在前一级曲柄滑块机构ABC的连杆BC上的M点。图14-19所示为齿轮与连杆机构的组合，后一级连杆机构CDE铰接在前一级行星齿轮机构的行星轮上。图14-18图14-19特殊串联组合机构的示意框图2、并联组合：一个机构产生若干个分支后续机构，或者若干个分支机构汇合于一个后续机构的组合方式。前者可进一步分为：一般并联组合和特殊并联组合。1）一般并联组合：各分支机构间无任何严格的运动协调配合关系的组合方式。如：某航空发动机的附件传动系统。2）特殊并联组合：各分支机构间有运动协调要求的组合方式。分为：有速比要求者、有轨迹配合要求者（图12-48的联动凸轮机构）、有时序要求者。一般并联组合和特殊并联组合机构的示意框图：3）汇集式并联：若干个分支机构汇集一道共同驱动一后续机构的组合方式。图14-20所示为用若干个小电机和小齿轮来驱动中间的大齿轮。图14-20汇集式并联组合机构的示意框图3、封闭式组合将一个多自由度（通常为2）的机构（称为基础机构）中某两个构件的运动用另一机构（称为约束机构）将其联系起来，使整个机构成为一个单自由度的组合机构，使从动件获得预期的运动规律或轨迹。分：1）一般封闭式组合：将基础机构的两个主动件或从动件用约束机构封闭起来的组合方式。如图所示为五杆机构ABCDE的两个主动件用四杆机构AGFE封闭。封闭式组合机构的示意框图2）反馈封闭式组合：通过约束机构使从动件的运动反馈回基础机构的组合方式。图12-49所示的滚齿机上所用的校正机构。其组合的示意框图为：4、装载式组合：将一个机构装载在另一个机构的某一活动构件上的组合方式。根据自由度的多少可分为：1）单自由度的装载式组合如图所示的摇头风扇的摇摆机构，风扇装载在双摇杆机构的一个摇杆上。组