機械創(chuàng)新設計(第三章)

1、第三章第三章 機械運動形態(tài)與控制機械運動形態(tài)與控制 機械的主要特征就是要有運動的變換和運動的傳遞。 第一節(jié)第一節(jié) 機械運動形態(tài)與變換機械運動形態(tài)與變換 定軸轉動(含擺動和間歇轉動) 運動部件的基本運動形式 往復移動 平面運動 機構：廣義機構，能實現各種不同的運動形態(tài) 一、連續(xù)轉動到連續(xù)轉動的運動變換與實現機構一、連續(xù)轉動到連續(xù)轉動的運動變換與實現機構 外嚙合 內嚙合 圓錐齒輪 蝸輪蝸桿 齒輪系機構 漸開線 擺線 圓弧線 漸開線輪系 擺線針輪 楔波傳動輪系 活齒傳動輪系 1齒輪傳動機構： 2 2 1 2 1 12 1 cos21 e ee AP BP i 1 3瞬心線機構：實現連續(xù)的、周期性的、

2、變速傳動輸出 （1）橢圓型瞬心線機構 圖3-4a 平行軸圓柱摩擦輪 類型 圓錐摩擦輪 圖3-3 垂直軸圓柱摩擦輪 為輪1的轉角，e為橢圓的偏心率 2摩擦輪傳動機構：傳遞的力較小，主要應用于儀器中傳遞 運動。 長軸直徑 焦距 e 圖3-1 齒輪傳動機構 圖3-2 齒輪系機構 圖3-3 摩擦輪傳動機構 1 2 12 R R i 1 2 12 sin sin i 1 2 12 R R i 2）四葉卵型線輪傳動 圖3-4b Ap BP i 2 1 12 瞬心線機構可以靠摩擦傳遞運動和動力，也可在瞬心線上制成 輪齒 4連桿機構：圖3-5 雙曲柄機構：變傳動比，急回運動特征 平行四邊形機構：定傳動比，運動

3、不確定，虛約束 轉動導桿機構：急回運動特征 雙轉塊機構：AB=AB=AC，i12=2 5帶傳動機構 圖3-6 6鏈傳動機構 圖3-4 瞬心線機構 圖3-5 實現連續(xù)轉動的連桿機構 圖3-6 帶傳動機構示意圖 7繩索傳動機構：不能傳遞較大的載荷，圖3-7 圖3-7 為繩索傳動示意圖 8液力傳動，液力藕合器 圖3-8a 9鋼絲軟軸傳動機構 圖3-8b 圖3-8 液力藕合器與鋼絲軟軸示意圖 10萬向聯(lián)軸器：空間連桿機構，圖3-9 單萬向聯(lián)軸器 1 1 22 3 cossin1 cos 雙萬向聯(lián)軸器：等速傳動 變速傳動 圖3-9 萬向聯(lián)軸器示意圖 二、連續(xù)轉動到步進轉動的運動變換與實現機構二、連續(xù)轉動

4、到步進轉動的運動變換與實現機構 1棘輪機構 2槽輪機構 3不完全齒輪機構 4分度凸輪機構 圖3-10 三、連續(xù)轉動到往復擺動的運動變換與實現機構，三、連續(xù)轉動到往復擺動的運動變換與實現機構，圖3-11 曲柄搖桿機構，曲柄搖塊機構，擺動導桿機構 擺動從動件凸輪機構 四、連續(xù)轉動到往復直線移動的運動變換與實現機構四、連續(xù)轉動到往復直線移動的運動變換與實現機構 曲柄滑塊機構、正弦機構、直動從動件凸輪機構、帶或鏈傳 動機構、齒輪齒條機構、螺旋傳動機構及一些組合機構、摩擦 滾輪送料機構 圖3-12 圖3-10 步進機構示意圖 圖3-11 轉動到擺動變換的機構示意圖 五、直線移動轉換為直線移動的運動變換與

5、實現五、直線移動轉換為直線移動的運動變換與實現 液壓機構，斜面機構，具有二個移動副的連桿機構 移動凸輪機構，直線電機，彈簧機構 圖3-13 直線移動轉換為直線移動的變換機構 六、直線移動轉換為定軸轉動或往復擺動的運動變換與實六、直線移動轉換為定軸轉動或往復擺動的運動變換與實 現機構現機構 曲柄滑塊，齒輪齒條，擺臂移動凸輪，螺旋組合機構 圖3-14 直動到擺動的運動變換機構 第二節(jié)第二節(jié) 機、電、液機構組合的運動及控制機、電、液機構組合的運動及控制 一、機、液機構組合的運動形態(tài)一、機、液機構組合的運動形態(tài) 液壓缸與連桿機構系統(tǒng)的組合 1機、液機構組合的基本型 a. 單出桿固定缸； b. 雙出桿固

6、定缸； c. 擺缸 2機、液機構組合的常見運動形式 液壓傳動容易實現順序動作、換向動作、速度調節(jié)、壓 力調節(jié)和壓力保持等多種復雜的要求，且易于實現自動控制 所以機、液一體化的機械正在迅速發(fā)展。 （1）固定液壓缸式機構 （2）擺動式液壓缸機構 圖3-15 機、液機構組合的基本型 圖3-16 單出桿固定缸機構的直接應用 圖a) 實現夾緊工作的原理圖 圖b) 送料工作原理圖 單出桿固定缸和連桿機構組合的實例 圖3-17 固定缸式機構應用舉例 圖a) 為驅動機器人升降工作示意圖 圖b) 機械手夾持機構 圖b) 機械手夾持機構 圖3-18 擺動式液壓缸機構示意圖 圖a) 控制機械臂俯仰 圖b) 飛機起落

7、架（空間機構） 圖3-19液壓挖掘機 圖3-22 電磁機構 3機、液機構的控制系統(tǒng) 機、液機構，一般，液壓元件 動力元件，控制元件 控制方法：手動、機動和微機控制。 （1）手動控制：換向閥，流量閥 （2）機動控制：檔塊實現換向 （3）微機控制：由于液壓閥心的動作可由電磁力來完成 ，以通電與斷電的方式來控制閥心的動作，給實施微機控制 提供了很大的方便。 圖3-20 手動換向閥 二、電磁機構：二、電磁機構： 電 磁 機械運動 圖3-32 （正）電磁機構：開關機構，電磁振動機構 反電磁機構：磁電式位移傳感器或速度傳感器 三、機電組合機構三、機電組合機構 機、電一體，集自動控制、智能、機械運動為一體的

8、柔 性機械系統(tǒng) 典型代表：計算機外設（打印機、傳真機、繪圖機） 微機接口 輸出通道電磁閥 圖3-21 微機控制框圖 圖3-23針式打印機機構示意圖 圖3-24為打印機控制原理圖 圖3-25為機械系統(tǒng)微機控制框圖 總之，機電機構組合中的運動形態(tài)由機構的結構來實 現，而機械的運動參數（位置、位移、速度、加速度等） 和各執(zhí)行機構的運動協(xié)調關系是靠微機系統(tǒng)（微機、接口 電路、各種電子元件組成的硬件及軟件）來實現的。 進行創(chuàng)新設計機電組合機械時，根據工藝動作要求設 計出機械系統(tǒng)，必須同時充分考慮到控制元件的選擇以 及控制方法的確定。 機械系統(tǒng)、微機系統(tǒng)以及傳感系統(tǒng)要作為一體來考慮， 力求機械系統(tǒng)的簡化，

9、更好地發(fā)揮軟件的優(yōu)勢，以降低機 器的成本。 第三節(jié)第三節(jié) 機械運動與控制機械運動與控制 一、機械運動的換向與控制一、機械運動的換向與控制 1旋轉運動的換向與控制（正、反轉控制） （1）改變電機轉向 （2）限位開關換向 限位開關：機械式，光電式，磁開關 對液壓傳動，通過限位開關控制電磁換向閥線圈的通電與斷 電，改變液流的方向而達到旋轉油缸換向的目的。 （3）介輪換向 （4）棘輪換向 改變棘爪的棘齒方向 （5）摩擦輪換向 （6）自身換向機械：曲柄搖桿，擺動凸輪 圖3-26 三相交流異步電動機的換向控制電路圖 圖3-27 利用限位開關控制電機的換向的原理圖 圖3-28 介輪換向示意圖 圖3-29 棘

10、輪換向示意圖 圖3-30 摩擦輪換向 圖3-31 自身換向機構示例 2直線移動的換向與控制 （1）改變電機轉向來實現往復的直線移動 絲桿傳動，電動大門 圖3-32 直線電機 （2）液壓換向：控制換向閥 圖3-33改變液流方向實現油缸 的往復運動。軟件定時 （3）自身換向機構 曲柄滑塊機構、正弦機構、雙滑塊機構、 直線凸輪機構等 二、機械運動的調速與控制二、機械運動的調速與控制 減速器，變速器 （1）調速電機：目標，低速大扭矩 直流電機調速 中小功率已商品化 交流電機調速 （2）齒輪減速器 普通齒輪減速器、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、諧 波減速器 圖3-32 電動大門示意圖 圖3-33 液壓換向控制原理圖 圖3-34 工作臺換向示意圖 圖3-35 自身移動換向機構 （4）變速器： 有級變速器： 圖3-37 無級變速器： 摩擦傳動 功率20KW 鏈式 連桿脈動 （3）其它減速裝置：帶傳動、鏈傳動、摩擦傳動 圖3-36 減速器示意圖 圖3-37 齒輪變速器簡圖 表中L為離合器，Z為制動器?！?”號表示接合狀態(tài)，“-”為松開狀態(tài) 圖3-38 無級變速器示意圖 表3-1 T38坦克行星變速器 L Z1Z2Z3Z4Z-1傳動比 1-+-10.24 2-+-4.08 3-+-2.54 4-+-1.6 5+-