【文章內(nèi)容簡介】 不僅能清楚地表示各執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序，而且能表示各執(zhí)行構(gòu)件在各區(qū)段的運(yùn)動規(guī)律 2)機(jī)械的工作循環(huán)圖 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 第四節(jié) 機(jī)構(gòu)的選型和變異 首先根據(jù)已知的設(shè)計要求，按執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式及運(yùn)動功能要求，先在 基本機(jī)構(gòu) 中進(jìn)行類比選擇，當(dāng)基本機(jī)構(gòu)不能滿足運(yùn)動或動力要求時，才考慮對基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合、變異等方法形成新的機(jī)構(gòu)，或選用組合機(jī)構(gòu)。有時很難找到滿足工作要求的現(xiàn)有機(jī)構(gòu)，這時要求改變機(jī)械的工作原理和工藝動作，或創(chuàng)造新型機(jī)構(gòu)。 選型分為選出與選定。 Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 機(jī)構(gòu)選型時應(yīng)注意原則 1）按已擬定的工作原理進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型時，應(yīng)盡量滿足或接近運(yùn)動形式要求； 2）機(jī)構(gòu)選型時應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單、尺寸適度、在整體布置上占的空間小，達(dá)到布局緊湊； 3）機(jī)構(gòu)選型時要注意選擇那些加工制造簡單、容易保證較高的配合精度的機(jī)構(gòu)； 4）機(jī)構(gòu)選型時要保證在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時有良好的動力特性； 5）機(jī)構(gòu)選型時應(yīng)考慮機(jī)械效率等問題； 6）機(jī)構(gòu)選型時還要考慮動力源的形式。 Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 各種運(yùn)動與實(shí)現(xiàn)對應(yīng)運(yùn)動要求的機(jī)構(gòu)類型 運(yùn) 動 形 態(tài) 機(jī) 構(gòu) 類 型 1. 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為連續(xù)轉(zhuǎn)動 齒輪機(jī)構(gòu)；帶傳動機(jī)構(gòu)；鏈傳動機(jī)構(gòu)；平行四邊形機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)等 2. 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)擺動 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；擺動凸輪機(jī)構(gòu)等 3. 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動 棘輪機(jī)構(gòu)；槽輪機(jī)構(gòu)；不完全齒輪機(jī)構(gòu)；分度凸輪機(jī)構(gòu)等 4. 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)移動 齒輪齒條機(jī)構(gòu)；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；正弦機(jī)構(gòu)；凸輪機(jī)構(gòu)；螺旋傳動機(jī)構(gòu)等 5. 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為平面運(yùn)動 平面連桿機(jī)構(gòu)；行星輪系機(jī)構(gòu) 6. 移動轉(zhuǎn)換為連續(xù)轉(zhuǎn)動 齒輪齒條機(jī)構(gòu)（齒條主動）；曲柄滑塊機(jī)構(gòu) (滑塊主動 )；反凸輪機(jī)構(gòu) 7. 移動轉(zhuǎn)換為往復(fù)擺動 反凸輪機(jī)構(gòu)；滑塊機(jī)構(gòu)（滑塊主動） 8. 移動轉(zhuǎn)換為移動 反凸輪機(jī)構(gòu)；雙滑塊機(jī)構(gòu) Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 各種功能要求與對應(yīng)該要求的機(jī)構(gòu)類型 功能要求 機(jī) 構(gòu) 類 型 1. 軌跡要求 平面連桿機(jī)構(gòu)；行星輪系機(jī)構(gòu) 2. 自鎖要求 蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)；螺旋機(jī)構(gòu) 3. 微位移要求 差動螺旋機(jī)構(gòu) 4. 運(yùn)動放大要求 平面連桿機(jī)構(gòu) 5. 力的放大要求 平面連桿機(jī)構(gòu) 6. 運(yùn)動合成或分解 差動輪系與而自由度的其他機(jī)構(gòu) Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 摩擦傳動機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、易于實(shí)現(xiàn)無級變速、過載保護(hù)。 缺點(diǎn)：傳動比不準(zhǔn)確、傳遞功率小、效率低。 連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：制造容易、承載能力大，但難以實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動，適用于 無嚴(yán)格運(yùn)動規(guī)律的場合。 連桿機(jī)構(gòu)可以獲得較大行程，但不能太大，否則機(jī)構(gòu)尺寸會過于龐大。 凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的運(yùn)動和各構(gòu)件之間的運(yùn)動協(xié)調(diào)，承載 能力不大。 凸輪機(jī)構(gòu)的推桿行程一般較小，否則會使壓力角過大或尺寸過大。 齒輪齒條機(jī)構(gòu)或螺旋機(jī)構(gòu)可滿足大行程的要求。 一般而言，除了凸輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)精確的曲線軌跡之外，其他機(jī)構(gòu)都只能近似實(shí)現(xiàn)預(yù)定的曲線軌跡。 Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 當(dāng)所選機(jī)構(gòu)不能全面滿足對機(jī)械提出的運(yùn)動和動力要求時，或為了改善所選機(jī)構(gòu)的性能或結(jié)構(gòu)時，可以通過改變機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀、運(yùn)動尺寸、更換機(jī)架或原動件、增加輔助構(gòu)件等方法以獲得新的機(jī)構(gòu)或特性，此稱為 機(jī)構(gòu)的變異 。 構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀 運(yùn)動尺寸 更換機(jī)架或原動件 增加輔助構(gòu)件 機(jī)構(gòu)的變異 Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 1）改變構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀 若將擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的直線導(dǎo)槽改為圓弧導(dǎo)槽（如 圖 145所示 ） ，運(yùn)動到左側(cè)時，可獲得較長時間的停歇。 圖 145 單側(cè)停歇導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 2）改變構(gòu)件運(yùn)動尺寸 槽輪直徑變?yōu)闊o窮大，槽數(shù)無窮多時 , 槽條機(jī)構(gòu)，如 圖 146所示 。 圖 146 槽條機(jī)構(gòu) Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 3）選不同的構(gòu)件作為機(jī)架 —— 機(jī)構(gòu)的倒置 ，如 圖 147所示。 擺動凸輪機(jī)構(gòu) 1 2 3 1 2 3 連桿 凸輪機(jī)構(gòu) A 1 B C O 2 3 4 罐頭封口機(jī)構(gòu) 要求 C點(diǎn)沿接合縫運(yùn)動。 圖 147 Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 4）選不同的構(gòu)件作為原動件 雙搖桿機(jī)構(gòu)中，選連桿作為原動件，可把風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為連架桿的搖動，如 圖 148所示 。 作者：潘存云教授 A B D C 風(fēng)扇座 蝸輪 蝸桿 電機(jī) A B 電機(jī)A B C 風(fēng)扇座蝸輪蝸桿 圖 148 風(fēng)扇 5）增加輔助構(gòu)件作為原動件 圖示手動插秧機(jī)分秧、插秧機(jī)構(gòu)中增加了一個輔助構(gòu)件 —— 活 舌 3，從而使 M點(diǎn)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡，如 圖149所示 。 1 2 3 B 6 5 4 M 圖 149 手動插秧機(jī)分秧、插秧機(jī)構(gòu) Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 6)利用最小阻力原理實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的變異 最小阻力定律 —— 在自由狀態(tài)下，剛體總是沿阻力最小的方向運(yùn)動。 當(dāng)原動件數(shù)目小于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目時，機(jī)構(gòu)遵循最小阻力定律，用此可以簡化機(jī)構(gòu)。 2 3 1 4 5 3 ′ a′ a″ 送料機(jī)構(gòu) 工作原理：送料機(jī)構(gòu)的自由度為2，推程時因轉(zhuǎn)動摩擦力比滑動摩擦力小而構(gòu)件 3先逆時針轉(zhuǎn)動，碰到下?lián)蹁N時止。這一過程使推爪向下運(yùn)動，并插入工件的凹槽中。此后推桿、工件、滑塊三者為一體，向左推送工件。回程時，推桿先順時針轉(zhuǎn)動，推桿與工件脫離，碰到上擋銷時，推桿與滑塊一起返回。 理論上機(jī)構(gòu)運(yùn)動不確定 自由度： F=2 Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 第五節(jié) 機(jī)構(gòu)的組合 為了實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式、運(yùn)動參數(shù)以及運(yùn)動協(xié)調(diào)關(guān)系，或者為了改善機(jī)械的動力特性，需要將選定的各種機(jī)構(gòu)組合在一起。 在以下幾個方面常常需機(jī)構(gòu)組合： 3）由于不具備某種動力源，或受其它條件的限制，只有進(jìn)行機(jī)構(gòu)組合才能實(shí)現(xiàn)所要求的工藝動作。 機(jī)構(gòu)組合是指機(jī)構(gòu)選型的基礎(chǔ)上，根據(jù)使用要求或工藝動作要求，將幾個基本機(jī)構(gòu)按一定的原則或規(guī)律組合成一個復(fù)雜的、新的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。 1） 機(jī)構(gòu)的工藝動作較復(fù)雜 若采用簡單的 、 單一的基本機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的工藝動作 ， 這種情況下減小機(jī)構(gòu)組合常采用并聯(lián)式 、 復(fù)合式或疊加式的組合方式 ， 組合時應(yīng)注意各個子工藝動作協(xié)調(diào)配合問題 。 2） 所選擇的機(jī)構(gòu)其運(yùn)動和動力特性不好 ， 但又無更好的機(jī)構(gòu)可選 這種情況下常用串聯(lián)組合方式來改善機(jī)構(gòu)的性能 ， 如增程 、 增力 ， 實(shí)現(xiàn)各種特殊運(yùn)動要求等 。 機(jī)構(gòu)的組合方式可劃分為以下四種： Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 第五節(jié) 機(jī)構(gòu)的組合 前后幾種機(jī)構(gòu)依次聯(lián)接的組合方式稱為機(jī)構(gòu)的 串聯(lián)組合 。 一般串聯(lián)組合：后一級機(jī)構(gòu)的主動件固連在前一級機(jī)構(gòu)的一個連架桿上。 5 1 2 3 4 ω1 II I ω1 s3 s4 II I 一般串聯(lián)組合 1 2 3 A 5 4 D C B F E M 特殊串聯(lián)組合 特殊串聯(lián)組合：后一級機(jī)構(gòu)的主動件串接在前一級機(jī)構(gòu)的一個連桿上。 Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 一個機(jī)構(gòu)產(chǎn)生若干個分支后續(xù)機(jī)構(gòu)，或若干個分支機(jī)構(gòu)匯合后于一個后續(xù)機(jī)構(gòu)的組合方式。 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。各分支部分可獨(dú)立設(shè)計。如 圖 1411所示 某航空發(fā)動機(jī)附件傳動系統(tǒng)。 (b)表示框圖 (a)某航空發(fā)動機(jī)附件傳動系統(tǒng) 主動軸 V I Ⅱ Ⅵ Ⅲ Ⅳ 圖 1411 Northwest AF University 第十四章 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計 ② 特殊并聯(lián)組合：各分支機(jī)構(gòu)間有嚴(yán)格的運(yùn)動協(xié)調(diào)配合關(guān)系。 各分支部分常共用一臺原動機(jī)（或集中數(shù)控），各部分嚴(yán)格按速比設(shè)計。 有軌跡配合要求： 如 圖 1412所示 聯(lián)動凸輪機(jī)構(gòu)中，兩個分支凸輪共同驅(qū)動一個從動件，實(shí)現(xiàn)矩形軌跡完成送料。 圖 1412 圓