机械创新设计 5

机械(jīxiè)创新设计精品资料第一节常见(chánɡjiàn)机构分析第二节各类机构(jīgòu)简介

第五章机构的创新设计

2精品资料一个机械的工作功能，通常是要通过传动装置和机构来实现。本章主要(zhǔyào)介绍机构创新设计的实例。机构设计具有多样性和复杂性，一般在满足工作要求的条件下，可采用不同的机构类型。我们在进行机构设计时，除了要考虑满足基本的运动形式、运动规律或运动轨迹等工作要求外，还应注意以下几个方面的要求：3精品资料（1）机构尽可能简单可通过选用构件数和运动副较少的机构、适当选择运动副、适当选用原动机等方法来实现；（2）尽量缩小机构尺寸，以减少重量和提高(tígāo)机动性能；（3）应使机构具有较好的动力学性能，提高(tígāo)效率。4精品资料第一节常见机构(jīgòu)分析在实际的机构设计时，要求所选用的机构能实现某种运动或某些功能，表5-1、表5-2简要介绍了常见机构的运动、性能、特点等，为我们(wǒmen)的设计提供参考。5精品资料第一节常见机构(jīgòu)分析6精品资料7精品资料第二节各类机构(jīgòu)简介一、增力机构1.杠杆“给我一个(yīɡè)支点，我将推动地球”这句名言实际上就是杠杆原理的经典描述、人们在古代就已非常清楚杠杆增力原理。如图5-1所示，其计算公式为：8精品资料当l1<l2时，用较小的P可得到较大的力F。如图5-2所示下水道盖板的开启(kāiqǐ)工具就是其中一例。人们日常生活中使用的剪刀、钳子、扳手等工具也都是利用了杠杆增力原理。第二节各类机构(jīgòu)简介9精品资料第二节各类机构(jīgòu)简介10精品资料第二节各类机构(jīgòu)简介11精品资料王第二节各类机构(jīgòu)简介12精品资料立第二节各类机构(jīgòu)简介13精品资料6.滑轮图5-7所示滑轮机构(jīgòu)，F与P关系F=2P(5-6)第二节各类机构(jīgòu)简介14精品资料7.液压增力图5-8所示液压增力机构(jīgòu)，F与P的关系为：第二节各类机构(jīgòu)简介15精品资料二、夹紧机构1.虎钳的快速夹紧机构图5-13所示为一种快速夹紧机构，它可以提高虎钳夹持(jiāchí)工件效率，这种快速夹紧机构采用了一对具有相同曲面的转动凸轮和固定凸轮，手柄转动凸轮快进到预定位置，然后螺旋机构进行夹紧。虎钳的钳口位置可以借助夹压间距调节手轮进行调节，以适宜不同的材料厚度，同时也可以调整夹紧力。该机构可用作铣床、镗床、装配夹具的夹压机构，是一种夹紧力调节简单的快速夹紧装置。第二节各类机构(jīgòu)简介16精品资料2.铣床夹紧机构图5-14所示为一铣床快动夹具，它利用两螺纹旋向相反的螺旋(luóxuán)副使左右两构件同步移动。第二节各类机构(jīgòu)简介17精品资料图5-15所示为另一种铣床快动夹具，当工件被夹紧(jiājǐn)后，因夹具BCD成一直线，机构（夹具）处于死点位置，无论反力Fa有多大，夹具不会自动松脱，保证了夹紧(jiājǐn)工件的牢固性。第二节各类机构(jīgòu)简介18精品资料图5-16所示为三种双向快动夹具(jiājù)，它们的操作简单，装夹方便。利用夹具(jiājù)体各构件的运动关系，工件在一方向受力夹紧时，另一方向也同时夹紧，构思巧妙。第二节各类机构(jīgòu)简介19精品资料三、自锁机构电工(diàngōng)攀登的套钩（图5-17），为保证电工(diàngōng)的安全，必需具有自锁特性，应满足的自锁条件：a≤2bf式中f为套钩与电杆之间的摩擦系数。第二节各类机构(jīgòu)简介20精品资料螺旋千斤顶如图5-18所示，在手柄加上不大的转矩可以获得很大的轴向推力。在设计时，螺旋应具有(jùyǒu)自锁特性，以保证工件时的安全。第二节各类机构(jīgòu)简介21精品资料图5-19所示简易夹砖装置(zhuāngzhì)，为保持砖在装夹搬运过程中不掉下，在设计时应具有自锁特性，其自锁条件为：a≤f（1-b）式中：f为砖夹与砖之间在接触处的摩擦系数。第二节各类机构(jīgòu)简介22精品资料爬杆机器人是由清华大学的学生设计制造的。这种机器人模仿尺蠖（huo)的动作向上爬行，其爬行机构只是简单的曲柄滑块机构（图5-20所示）。其中电机与曲柄转接，驱动装置运动(yùndòng)。上下两个自锁套是实现上爬的关键结构。当自锁套有向下运动(yùndòng)的趋势时，锥套、钢球与圆杆之间会形成可靠的自锁，使装置不下滑，而且上行时自锁解除。第二节各类机构(jīgòu)简介23精品资料爬杆机器人的爬行过程如图5-21所示，图（a）为初始状态，上下自锁套位于(wèiyú)最远极限位置，同时锁紧；图（b）状态曲柄逆时针方向转运上自锁套锁紧，下自锁套松开，被曲柄连杆带动上爬；图（c）状态曲柄已越过最高点，下自锁套锁紧，上自锁套松开，被曲柄带动上爬。如此周而复始，实现自动爬杆。用完些简单的机构、结构巧妙地使机器人爬杆，体现了独创性。第二节各类机构(jīgòu)简介24精品资料四、泵机构1.曲柄(qūbǐng)摆动导杆机构型摆式叶片泵如图5-22所示，圆盘1绕固定轴线B旋转，并与导块2用转运副D连接，导块2在叶片3的导槽a中往复移动，叶片3绕固定轴线A摆。当叶片3向右摆时，液体由吸入口b进入，由输出口c流出。当叶片向左摆时，液体经过叶片3上的止回阀（图中未表示(biǎoshì)）流到叶片右方的输出腔中，而吸入口b被另一个止回阀（图中亦未画出）关闭，以阻止液体倒流。图5-22曲柄摆动导杆机构型摆式叶片泵25精品资料2.摇块机构摆动油泵如图5-23所示，曲柄1带动滑块2在摇块3内上下移动时，摇块的腔设计成在左右摆动时正好与进出口相对应，并完成(wánchéng)吸油和输出动作。其结构简单，设计巧妙。图（a）为运动简图。第二节各类机构(jīgòu)简介26精品资料3.铰链(jiǎoliàn)四杆机构型旋转叶片泵图5-24所示为单腔半圈旋转式叶片泵，曲柄1固定轴线A旋转，叶片2固定轴线D摆动，连杆3与曲柄1和叶片2分别用回转副B和C铰接，泵有单腔d，当曲柄2转动时，叶片3使液体顺时针方向流动，并将吸入腔和输出腔隔开。叶片2上有一止回阀（图中未画出），用以在回程中使液体流回第二节各类机构(jīgòu)简介27精品资料图5-25所示为双腔半圈旋转式叶片泵，其工作原理(yuánlǐ)与单腔式相同，泵有双腔：a腔与吸入腔相连，b腔与输出腔相连。第二节各类机构(jīgòu)简介28精品资料四、泵机构(jīgòu)4.两轮同形的齿轮泵