机械原理第十章

机械原理

哈尔滨工业大学第十章机械的运动方案及机构的创新设计课设时间：2016.7.4-2016.7.10指导教师及课设地点：1401401(前一半)赵继俊(N253)1401401(后一半)吴健(N253)1401402(前一半)赵继俊（N255）1401402(后一半)吴健(N255)1401703(前一半)游斌弟(N249)1401703(后一半)赵继俊(N249)1401704(前一半)游斌弟(N251)1401704(后一半)吴健(N251)要求（具体详见指导书p3~5页）一、说明书一份（参考指导书）二、A3图纸3张（1、机械系统运动简图和构件尺寸表；2、凸轮工作图；3、间歇运动机构工作图）机械原理课程研究的领域1.机械设计的一般过程需求分析机械方案设计机械方案运动分析机械方案动力分析机械造型设计机械工作能力设计确定工艺方案确定工艺参数机械结构设计§10-1概述机械设计课程研究的领域2.机械系统运动方案设计的逻辑过程工艺方法分析工艺动作分析运动方案拟定运动尺寸确定运动、动力分析方案评价提出功能从使用者的角度看，机械系统实现系统功能的逻辑关系从设计者的角度看，根据系统的功能设计机械系统的逻辑关系工艺动作工艺方法系统功能机械系统工艺方法工艺动作机械系统系统功能产品功能——产品的目的，即产品具有的特定用途或作用。产品的物质功能：产品的技术功能和使用功能产品的精神功能：产品的审美功能和象征功能产品技术——产品功能实现的基础。产品造型——产品功能显现的手段，是具备特定功能的产品实体形态。产品的结构形态、色彩和材料等。产品有三大要素§10-2机械系统的功能功能是产品的核心。技术是产品的基础。§10-3工艺方法（功能原理）设计

所谓“工艺方法”是指实现机械功能的方法，又称为“功能原理”。

“工艺方法”或“功能原理”是产品中最具有知识性的部分，最能体现设计者聪明才智的部分。新产品往往都是伴随着新的“功能原理”或“工艺方法”出现的。重要的发明和创造都是在这一部分。自动送板料装置的工艺方法设计摩擦传动(摩擦板)工艺方法举例机械推拉摩擦传动原理(摩擦轮)气吸原理(底吸法)气吸原理(顶吸法)洗衣机揉搓原理

刷擦原理

捶打原理

设计模仿人手的机械手，难度大

易损坏衣物

很难把衣物各处都刷洗到洗衣机的工艺方法设计内孔加工常用的工艺方法车床

拉床

钻床

镗床

齿轮切削工艺方法插齿工艺齿轮型刀具插齿工艺齿条型刀具插齿工艺滚齿工艺§10-4工艺动作分析

工艺方法是由执行构件的动作实现的，执行构件的这些动作称为工艺动作。根据工艺方法的不同，执行构件的数目以及执行构件的动作也不同。当工艺动作需要多个执行构件的动作实现时，往往需要各个工艺动作之间的运动协调。

为了表示多个工艺动作之间的运动协调关系，可以应用简洁方便的机械运动循环图。刨刀

工作台

图中所示是牛头刨床的功能描述简图。刨刀水平作往复直线运动切削安装在工作台上的工件，刨刀每切削一次，工作台沿着刨刀运动的水平垂直方向进给5mm。刨刀行程300mm，每分钟切削60次。机械运动循环图的绘制方法

以机械中的原动件或某个运动特征明显的构件作为参考构件。直线式运动循环图刨头工作行程空回行程工作台停止进给直线式运动循环图:动作时序清晰明了。以刨头作为参考构件直角坐标式运动循环图刨头工作行程空回行程工作台停止进给直角坐标式运动循环图:用直角坐标的位移线图表示其运动时序，将其工作行程、空行程及停歇区段分别以上升、下降及水平线表示。圆周式运动循环图圆周式运动循环图:各执行构件的运动以机械原动件的相位关系清楚。

刨头工作行程工作台停止工作台进给刨头程行空回直角坐标式运动循环图原动件刨头工作行程空回行程工作台停止进给以原动件为参考构件注意：1.机械运动循环图描述了在一个机器周期内各个执行构件及其他关键构件之间的时序协调关系。2.所谓“一个机器周期”是指运动周期最长的执行构件的周期。§10-5机械系统方案拟定1.机械系统功能系统框图

任何一个复杂的机械系统都可以看作是由一系列简单的具有一定运动变换功能的基本单元组成。这些基本单元称为机械系统的“元功能”。

1-1.元功能的表达方式

常用的运动形式及其表达符号

(1)连续转动表达符号

(2)间歇转动表达符号(3)往复摆动表达符号可以实现该运动功能单元的载体有：三相交流电动机、步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机、内燃机、液压马达、气动马达等。可以实现该运动功能单元的载体有：步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机、液压马达等。可以实现该运动功能单元的载体有：步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机、液压马达等。(4)间歇摆动表达符号(5)直线移动表达符号(6)往复移动表达符号(7)间歇往复移动表达符号可以实现该运动功能单元的载体有：步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机、液压马达等。可以实现该运动功能单元的载体有：直线电机、液压油缸、气缸等。可以实现该运动功能单元的载体有：直线电机、液压油缸、气缸等。可以实现该运动功能单元的载体有：直线电机、液压油缸、气缸等。

这些运动功能单元符号主要用于表达原动机的运动功能。

常见运动转换的运动功能单元表达符号(1)连续转动转换为连续转动输入运动输出运动相对关系

可以实现该运动功能单元的载体有：圆柱齿轮机构、非圆齿轮机构、圆锥齿轮机构、蜗杆机构、交错轴斜齿轮机构、皮带传动、链传动、双曲柄铰链四杆机构、转动导杆机构等。

(3)连续转动转换为连续摆动

(2)连续转动转换为间歇转动

可以实现该运动功能单元的载体有：平面槽轮机构、空间槽轮机构、不完全齿轮机构、针轮间歇转动机构、圆柱凸轮分度机构、蜗杆凸轮分度机构、偏心轮分度定位机构、内啮合行星轮间歇机构、组合机构等。

可以实现该运动功能单元的载体有：平面曲柄摇杆机构、空间曲柄摇杆机构、摆动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件圆柱凸轮机构、曲柄摇块机构、电风扇摇头机构、摆动导杆机构、曲柄六连杆机构、组合机构等。(4)连续转动转换为间歇摆动

可以实现该运动功能单元的载体有：摆动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件圆柱凸轮机构、连杆曲线间歇摆动机构、曲线槽导杆机构、六杆机构两极限位置停歇摆动机构、四杆扇形齿轮双侧停歇摆动机构、组合机构等。(5)连续转动转换为预定轨迹

可以实现该运动功能单元的载体有：连杆机构、连杆凸轮机构、行星轮直线机构、联动凸轮机构、起重机近似直线机构、铰链六杆椭圆轨迹机构、曲柄凸轮式直线机构、行星轮摆线正多边形轨迹机构、组合机构等。(6)连续摆动转换为间歇转动

(7)连续转动转换为单向连续直线移动

(8)连续转动转换为往复连续直线移动

可以实现该运动功能单元的载体有：棘轮机构、组合机构等。

可以实现该运动功能单元的载体有：齿轮齿条机构、螺旋机构、带传动机构、链传动机构、组合机构等。

可以实现该运动功能单元的载体有：曲柄滑块机构、六连凸轮杆滑块机构、移动从动件凸轮机构、不完全齿轮齿条机构、连杆组合机构、正弦机构、正切机构、组合机构等。(9)连续转动转换为往复间歇直线移动

可以实现该运动功能单元的载体有：连杆单侧停歇曲线槽导杆机构、移动凸轮间歇移动机构、行星轮内摆线间歇移动机构、不完全齿轮齿条往复间歇移动机构、不完全齿轮导杆往复间歇移动机构(用于印刷机)、移动从动件凸轮机构、八连杆滑块上下端停歇机构(用于喷气织机开口机构)、组合机构等。(10)连续转动的运动缩小

可以实现该运动功能单元的载体有：齿轮传动机构、谐波传动机构、带传动机构、链传动机构、行星传动机构、摆线针轮传动机构、摩擦轮传动机构、蜗杆机构、螺旋传动机构、连杆机构等。(11)连续转动的运动放大(12)连续直线移动的运动缩小

可以实现该运动功能单元的载体有：齿轮传动机构、谐波传动机构、带传动机构、链传动机构、行星传动机构、摆线针轮传动机构、摩擦轮传动机构、蜗杆机构、螺旋传动机构、连杆机构等。(13)连续直线移动的运动放大

(14)运动合成

可以实现该运动功能单元的载体有：差动螺旋机构、差动轮系、差动连杆机构等。(15)运动分解

(16)有级变速

可以实现该运动功能单元的载体有：差动轮系、2自由度机构等。

可以实现该运动功能单元的载体有：塔轮变速机构、配换挂轮变速机构等。(17)无级变速(18)运动分支

(19)运动联接

可以实现该运动功能单元的载体有：带式无级变速器、钢球无级变速器、摩擦盘无级变速器等。可以实现该运动功能单元的载体有：弹性联轴节、十字滑块联轴节、齿式联轴器、套筒联轴节、凸缘联轴节、万向联轴节等。(20)运动离合(21)过载保护

可以实现该运动功能单元的载体有：摩擦离合器、电磁离合器、牙嵌离合器、自动离合器、超越离合器等。可以实现该运动功能单元的载体有：带传动、摩擦轮传动、安全联轴节、安全离合器等。带传动1-2.机械系统的运动功能系统图绘制举例刨刀

工作台刨头工作行程空回行程工作台停止进给曲柄转角(1)确定原动机及其运动形式一般情况在工厂应用的金属加工机床的原动机为三相交流电动机。(2)确定机械传动功能单元

根据牛头刨床的功能描述，牛头刨床每分钟切削60次。需要减速。

(3)确定过载保护功能单元

一般情况下，金属加工机床的原动机于传动单元之间有一个过载保护单元，以便在过载时保护机床免遭损坏。

(4)确定运动分支功能单元

原动机只为牛头刨床提供了1个驱动运动，而牛头刨床有两个执行构件需要驱动。为此，在机械传动功能单元之后加一个运动分支功能单元，把一个运动分解为2个运动。(5)确定驱动刨刀运动的运动转换功能单元牛头刨床刨刀的运动形式为连续往复直线运动，并且，每分钟往复运动60次。

(6)确定驱动工作台运动的运动转换功能单元

牛头刨床工作台的运动形式为间歇单向直线运动。牛头刨床工作台须与刨刀协调动作，在刨刀切削运动时工作台停止运动，在刨刀空回运动时工作台才运动。因此，工作台每分钟停歇60次，运动60次。工作台的运动平面与刨刀的运动平面相互垂。(7)牛头刨床运动功能系统图1-３.机械系统的运动方案拟定功能1由电动机实现可以实现该运动功能单元的载体有：带传动、摩擦轮传动、安全联轴节、安全离合器等。功能2由带传动实现

用相关的机构替代功能系统图中的运动功能单元。每个替代机构的运动输出构件与下一个替代机构的运动输入构件固联。可以实现该运动功能单元的载体有：齿轮传动机构、谐波传动机构、带传动机构、链传动机构、行星传动机构、摆线针轮传动机构、摩擦轮传动机构、蜗杆机构、螺旋传动机构等。功能3由圆柱齿轮传动实现功能4的实现可以实现该运动功能单元的载体有：曲柄滑块机构、六连杆滑块机构、移动从动件凸轮机构、不完全齿轮齿条机构、连杆组合机构、正弦机构、正切机构、组合机构等。功能5由曲柄摆动导杆滑块机构实现可以实现该运动功能单元的载体有：平面曲柄摇杆机构、空间曲柄摇杆机构、摆动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件圆柱凸轮机构、曲柄摇块机构、电风扇摇头机构、摆动导杆机构、曲柄六连杆机构、组合机构等。功能6由摆动从动件盘形凸轮机构、平面曲柄摇杆机构实现可以实现该运动功能单元的载体有：棘轮机构、组合机构等。功能7由棘轮机构实现可以实现该运动功能单元的载体有：齿轮齿条机构、螺旋机构、带传动机构、链传动机构