第14章-機(jī)構(gòu)的選型、組合及機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計

第十四章機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計及機(jī)構(gòu)的選型、組合§14—1概述一、機(jī)械傳動系統(tǒng)的概念及作用機(jī)械傳動系統(tǒng)，是指將原動機(jī)的運(yùn)動和動力傳遞到執(zhí)行構(gòu)件的中間環(huán)節(jié)，它是機(jī)械的重要組成部分。其作用有：轉(zhuǎn)換運(yùn)動形式，改變運(yùn)動大小和保證各執(zhí)行構(gòu)件協(xié)調(diào)配合工作；將原動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩傳遞給執(zhí)行構(gòu)件，以克服生產(chǎn)阻力。二、機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計是機(jī)械設(shè)計中極其重要的一個環(huán)節(jié)。正確、合理地設(shè)計機(jī)械傳動系統(tǒng)，對提高機(jī)械的性能和質(zhì)量，降低機(jī)械的制造成本和使用費用等都是至關(guān)重要的。1、擬定機(jī)械的工作原理：根據(jù)機(jī)器所要完成的生產(chǎn)任務(wù)，制定機(jī)械的總功能，擬定實現(xiàn)總功能的工作原理和技術(shù)手段，確定出機(jī)械所要實現(xiàn)的工藝動作。2、執(zhí)行構(gòu)件和原動機(jī)的運(yùn)動設(shè)計：確定各執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動參數(shù)（行程、速度、加速度）和生產(chǎn)阻力，并選擇原動機(jī)，確定其類型、運(yùn)動參數(shù)和功率。

原動機(jī)的類型有電動機(jī)（交流異步、直流、交流變頻、伺服、步進(jìn)、直線等）、液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)、液壓缸。機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計一般經(jīng)過如下幾個步驟：3、機(jī)構(gòu)的選型、變異和組合：根據(jù)要實現(xiàn)的功能選擇機(jī)構(gòu)的類型，必要時可對機(jī)構(gòu)進(jìn)行變異和組合，制定工作循環(huán)圖，繪制傳動系統(tǒng)的示意圖。4、機(jī)構(gòu)的尺寸綜合：確定各構(gòu)件的運(yùn)動尺寸，繪制傳動系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。5、方案分析：對傳動系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，考察其是否滿足要求，必要時進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。6、方案評審：通過對多個方案的評比，從中選出最佳方案。§14—2機(jī)構(gòu)的選型在初步擬定出機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案后，為了使傳動方案逐步具體化，必然要涉及到機(jī)構(gòu)類型的選擇問題。下面我們就來對各種常用機(jī)構(gòu)的工作特點、性能和適用場合等作一簡略的歸納、比較。運(yùn)動方式1、單向運(yùn)動（一般是回轉(zhuǎn)運(yùn)動）：2、往復(fù)運(yùn)動(肯定是變速的)：1）連續(xù)運(yùn)動兩軸同向、兩軸反向；勻速、變速2）間歇運(yùn)動（也有變向的，但某一區(qū)段的時間內(nèi)調(diào)整之前一直是單向的）1）往復(fù)移動；間歇運(yùn)動肯定是變速的2）往復(fù)擺動；一、傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)1、摩擦傳動機(jī)構(gòu)：帶傳動、摩擦輪傳動等。優(yōu)點：構(gòu)造簡單、傳動平穩(wěn)、易實現(xiàn)無級變速、有過載保護(hù)作用。缺點：傳動比不準(zhǔn)確、傳遞功率小、傳動效率低等。2、嚙合傳動機(jī)構(gòu)：齒輪、蝸桿、鏈傳動等。鏈傳動常用在對精度要求不高而工作條件惡劣的地方。3、連桿傳動機(jī)構(gòu)：雙曲柄機(jī)構(gòu)、平行四邊形機(jī)構(gòu)等。用于有特殊需要的地方。1）兩平行軸同向連續(xù)轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)：B)主軸勻速轉(zhuǎn)動、從動軸變速轉(zhuǎn)動的，如：雙曲柄機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；齒輪連桿組合機(jī)構(gòu)。2）兩平行軸反向連續(xù)轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)：A)主從兩軸勻速轉(zhuǎn)動的，如：平行四邊形機(jī)構(gòu)；內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)；鏈傳動機(jī)構(gòu)；帶傳動機(jī)構(gòu)；雙萬向聯(lián)軸節(jié)；十字滑塊聯(lián)軸器。A)主從兩軸勻速轉(zhuǎn)動的，如：外嚙合齒輪機(jī)構(gòu)；逆（或反）平行四邊形機(jī)構(gòu)；摩擦輪傳動。B)主軸勻速轉(zhuǎn)動、從動軸變速轉(zhuǎn)動的，如：橢圓齒輪機(jī)構(gòu)；齒輪連桿組合機(jī)構(gòu)。表14-1列舉了摩擦傳動和嚙合傳動機(jī)構(gòu)常用的圓周速度和減速比范圍，以及現(xiàn)已達(dá)到的最大傳動功率，供選型時參考。傳動機(jī)構(gòu)類型平型帶V帶摩擦輪齒輪蝸桿鏈圓周速度(m/s)5~25(30)5~30≤15~25≤15~120≤15~35≤15~40減速比≤5≤8~15≤7~10≤4~8(30)≤80≤6~10最大功率(KW)2000750~1200150~250500005503250表14-1二、實現(xiàn)單向間歇運(yùn)動的機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)：用于轉(zhuǎn)動角度為固定值的轉(zhuǎn)位運(yùn)動。棘輪機(jī)構(gòu)：用于轉(zhuǎn)動角度很小或要求能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小，且常用于低速場合。不完全齒輪機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)動角度可在較大范圍內(nèi)變動。凸輪式間歇機(jī)構(gòu)：運(yùn)動平穩(wěn)、分度準(zhǔn)確且自身有定位鎖定作用，但制造困難。用于速度較高或定位精度要求較高的轉(zhuǎn)位裝置中。三、實現(xiàn)往復(fù)移動和往復(fù)擺動的機(jī)構(gòu)1、往復(fù)移動：1）連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄滑塊、正弦機(jī)構(gòu)等：制造容易，但難以實現(xiàn)任意指定的運(yùn)動規(guī)律。多用于無嚴(yán)格的運(yùn)動規(guī)律要求的地方。2）凸輪機(jī)構(gòu)：能實現(xiàn)指定的運(yùn)動規(guī)律，多用于受力不很大的場合。3）螺旋機(jī)構(gòu)：可獲得很大的減速比和較高的制造精度。用于低速進(jìn)給和精密微調(diào)機(jī)構(gòu)中，或用于反行程具有自鎖性的地方。4）齒輪齒條機(jī)構(gòu)：用于移動速度較高的場合，但不宜用于精確傳動及平穩(wěn)性要求高的場合。2、往復(fù)擺動：四、實現(xiàn)再現(xiàn)軌跡的機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)：一般只能近似實現(xiàn)預(yù)期的軌跡。結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。多桿機(jī)構(gòu)或齒輪—連桿組合機(jī)構(gòu)：能實現(xiàn)預(yù)期的軌跡。制造困難、成本高。凸輪—連桿組合機(jī)構(gòu)：幾乎可完全準(zhǔn)確實現(xiàn)任意的軌跡。制造凸輪成本高。

曲柄搖桿、擺動導(dǎo)桿(如在牛頭刨床中)、擺動推桿凸輪機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)等?！?4—3機(jī)構(gòu)的組合和變異一、機(jī)構(gòu)的組合一）概念1、基本機(jī)構(gòu)——原動件+（0~1個）桿組+機(jī)架的機(jī)構(gòu)。2、組合機(jī)構(gòu)——n（≥2）個基本機(jī)構(gòu)按一定的組合方式連接而成的機(jī)構(gòu)。二）組合方式1、串聯(lián)組合：前后幾種機(jī)構(gòu)依次聯(lián)接的組合方式。根據(jù)被串接構(gòu)件的不同，又可分為：1）一般串聯(lián)組合：后一級機(jī)構(gòu)的主動件固接在前一級機(jī)構(gòu)的一個連架桿上的組合方式。圖14-16所示的連桿與凸輪機(jī)構(gòu)的組合。圖8-3所示的多桿機(jī)構(gòu)和圖11-6所示的定軸輪系都屬于一般串聯(lián)組合。圖14-16一般串聯(lián)組合機(jī)構(gòu)的示意框圖2）特殊串聯(lián)組合：后一級機(jī)構(gòu)串接在前一級機(jī)構(gòu)不與機(jī)架相聯(lián)的浮動構(gòu)件上的組合方式。圖14-17所示的六桿機(jī)構(gòu)，后一級桿機(jī)構(gòu)MEF鉸接在前一級四桿機(jī)構(gòu)ABCD的連桿BC上的M點。圖14-17圖14-18所示的織布機(jī)上的開口機(jī)構(gòu)，后一級導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的滑塊4鉸接在前一級曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ABC的連桿BC上的M點。圖14-19所示為齒輪與連桿機(jī)構(gòu)的組合，后一級連桿機(jī)構(gòu)CDE鉸接在前一級行星齒輪機(jī)構(gòu)的行星輪上。圖14-18圖14-19特殊串聯(lián)組合機(jī)構(gòu)的示意框圖2、并聯(lián)組合：一個機(jī)構(gòu)產(chǎn)生若干個分支后續(xù)機(jī)構(gòu)，或者若干個分支機(jī)構(gòu)匯合于一個后續(xù)機(jī)構(gòu)的組合方式。前者可進(jìn)一步分為：一般并聯(lián)組合和特殊并聯(lián)組合。1）一般并聯(lián)組合：各分支機(jī)構(gòu)間無任何嚴(yán)格的運(yùn)動協(xié)調(diào)配合關(guān)系的組合方式。如：某航空發(fā)動機(jī)的附件傳動系統(tǒng)。2）特殊并聯(lián)組合：各分支機(jī)構(gòu)間有運(yùn)動協(xié)調(diào)要求的組合方式。分為：有速比要求者、有軌跡配合要求者（圖12-48的聯(lián)動凸輪機(jī)構(gòu)）、有時序要求者。一般并聯(lián)組合和特殊并聯(lián)組合機(jī)構(gòu)的示意框圖：3）匯集式并聯(lián)：若干個分支機(jī)構(gòu)匯集一道共同驅(qū)動一后續(xù)機(jī)構(gòu)的組合方式。圖14-20所示為用若干個小電機(jī)和小齒輪來驅(qū)動中間的大齒輪。圖14-20匯集式并聯(lián)組合機(jī)構(gòu)的示意框圖3、封閉式組合將一個多自由度（通常為2）的機(jī)構(gòu)（稱為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)）中某兩個構(gòu)件的運(yùn)動用另一機(jī)構(gòu)（稱為約束機(jī)構(gòu)）將其聯(lián)系起來，使整個機(jī)構(gòu)成為一個單自由度的組合機(jī)構(gòu)，使從動件獲得預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律或軌跡。分：1）一般封閉式組合：將基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的兩個主動件或從動件用約束機(jī)構(gòu)封閉起來的組合方式。如圖所示為五桿機(jī)構(gòu)ABCDE的兩個主動件用四桿機(jī)構(gòu)AGFE封閉。封閉式組合機(jī)構(gòu)的示意框圖2）反饋封閉式組合：通過約束機(jī)構(gòu)使從動件的運(yùn)動反饋回基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的組合方式。圖12-49所示的滾齒機(jī)上所用的校正機(jī)構(gòu)。其組合的示意框圖為：4、裝載式組合：將一個機(jī)構(gòu)裝載在另一個機(jī)構(gòu)的某一活動構(gòu)件上的組合方式。根據(jù)自由度的多少可分為：1）單自由度的裝載式組合如圖所示的搖頭風(fēng)扇的搖擺機(jī)構(gòu)，風(fēng)扇裝載在雙搖桿機(jī)構(gòu)的一個搖桿上。組