【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)又分為連續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)兩類。有些運(yùn)動(dòng)是單程的，有些運(yùn)動(dòng)是往復(fù)式的，不同的運(yùn)動(dòng)應(yīng)由不同的機(jī)構(gòu)或多種機(jī)構(gòu)的組合乃至整個(gè)機(jī)器 來實(shí)現(xiàn)。 第四步：方案的比較與決策。一個(gè)設(shè)計(jì)可以由多個(gè)方案來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)方案所使用的機(jī)構(gòu)也不盡相同，有時(shí)只是迥異。在達(dá)到性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)組合的復(fù)雜程度對(duì)精度所造成的影響，并根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和易維修性對(duì)不同方案進(jìn)行比較和決策 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 步進(jìn)送料機(jī)常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 常用的送料機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有以下幾種：齒輪機(jī)構(gòu)；螺旋機(jī)構(gòu)；帶傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)：連桿機(jī)構(gòu)；凸輪機(jī)構(gòu)。 【 13】 凸輪機(jī)構(gòu)是一種高副機(jī)構(gòu)。 一般由凸輪，從動(dòng)件和機(jī)架三部分組成，凸輪大都為原動(dòng)件，當(dāng)其運(yùn)動(dòng) (一般為等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，也有擺動(dòng)或往復(fù) 移動(dòng) )時(shí)，通過其上一定的衄線輪廓線或凹槽使從動(dòng)件得到連續(xù)的或間歇的往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)。 送料機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 由于送料機(jī)的加工過程中要求若干個(gè)相同的被輸送的工件間隔相等的距離 350mm，在導(dǎo)軌上向左依次間歇移動(dòng)，即每個(gè)零件耗時(shí) 1 s移動(dòng)距離 350mm 后間歇時(shí)間 3 s。考慮到動(dòng)停時(shí)間之比 K=t1/t2 之值較特殊，以及耐用性、成本、維修方便等因素，不宜采用槽輪、凸輪等高副機(jī)構(gòu)，而應(yīng)設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)。 由于設(shè)計(jì)要求構(gòu)件實(shí)現(xiàn)軌跡復(fù)雜并且封閉的曲線，所以輸出構(gòu)件采用連桿機(jī)構(gòu)中的連桿比較合適。 平面四 桿機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，如可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面或空間復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，從而可用于實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知軌跡。此外，低副面接觸的結(jié)構(gòu)使連桿機(jī)構(gòu)具有以本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 13 下一些優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減?。恢圃旆奖悖撰@得較高的精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不象凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需利用彈簧等力封閉來保持接觸。因此，平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電產(chǎn)品中。平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是：一般情況下，只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，且設(shè)計(jì)較為 復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或較復(fù)雜時(shí)，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中作復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場(chǎng)合。 連桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 近年來，隨著連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用以及有關(guān)設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)精度有了較大的提高，而且在滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)要求的同時(shí)，還可考慮到動(dòng)力學(xué)特性。 尤其是微電子技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的引入，多自由度連桿機(jī)構(gòu)的采用，使連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化，使用范圍更為廣泛。 根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)或空間運(yùn)動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)可分為平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目的多少分為四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等，一般將五桿及五桿以上的連桿機(jī)構(gòu)稱為多桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)的自由度為 1時(shí)，稱為單自由度連桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)自由度大于 1時(shí)，稱為多自由度連桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)形成連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)情_鏈還是閉鏈，亦可將相應(yīng)的連桿機(jī)構(gòu)分為開鏈連桿機(jī)構(gòu)（機(jī)械手通常是運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副的空間開 鏈連桿機(jī)構(gòu)）和閉鏈連桿機(jī)構(gòu)。單閉環(huán)的平面連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為 4，因而最簡(jiǎn)單的平面閉鏈連桿機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)，其他多桿閉鏈機(jī)構(gòu)無非是在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充桿組而成；單閉環(huán)的空間連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為 3，因而可由三個(gè)構(gòu)件組成空間三桿機(jī)構(gòu)。 【 14】 所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) ，它是平面四桿機(jī)構(gòu)的最基本的型式，其他型式的平面四桿機(jī)構(gòu)都可看作是在它的基礎(chǔ)上通過演化而成的。在此機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件 4 為機(jī)架，與機(jī)架構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件 3 稱為 連架桿 ，不與機(jī)架組成運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件 2稱為 連桿 。若組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件能作整周相對(duì) 轉(zhuǎn)動(dòng)，則該轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為 整轉(zhuǎn)副 ，否則稱為 擺動(dòng)副 。與機(jī)架組成整轉(zhuǎn)副的連架桿稱為 曲柄 ，與機(jī)架組成擺動(dòng)副的連架桿稱為 搖桿 。因此，根據(jù)兩連架桿為曲柄或搖桿的不同， 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為三種基本型式： 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) : 其中兩連架桿中有一桿是曲柄另一桿是搖桿 雙曲柄機(jī)構(gòu) ：其中兩連架桿均為曲柄； 雙搖桿機(jī)構(gòu) ：其中兩連架桿均為搖桿。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 14 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 對(duì)于 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) ，由下一節(jié)整轉(zhuǎn)副存在條件可知，曲柄所聯(lián)接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副，而搖桿所聯(lián)接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副。由于機(jī)構(gòu)中任意兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不因其中哪個(gè)構(gòu)件是固定 件而改變，所以當(dāng)將該機(jī)構(gòu)的機(jī)架由 4改換為構(gòu)件 1時(shí)，則構(gòu)件 4 均變?yōu)榍?，從而成為雙曲柄機(jī)構(gòu)；當(dāng)取構(gòu)件 3 為機(jī)架時(shí)，則成為雙搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)取構(gòu)件 2為機(jī)架時(shí)，則仍為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。這種通過更換機(jī)架而得到的機(jī)構(gòu)稱為原機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)。 需注意的是雙搖桿機(jī)構(gòu)有兩種類型：一種為上圖曲柄搖桿機(jī)構(gòu)取構(gòu)件 3 為機(jī)架的倒置機(jī)構(gòu)， 電扇搖頭機(jī)構(gòu) ，即采用這種含兩個(gè)整轉(zhuǎn)副的雙搖桿機(jī)構(gòu)，其中電機(jī)安裝在搖桿4上，轉(zhuǎn)動(dòng)副 A 處裝有一與連桿 1 固結(jié)成一體的蝸輪，蝸輪與電機(jī)軸上的蝸桿相嚙合。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過蝸桿和蝸輪使連桿 1和搖桿 4作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使 連架桿 2和 4作往復(fù)擺動(dòng)，達(dá)到風(fēng)扇搖頭的目的；對(duì)于機(jī)構(gòu)中四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，則屬另一種雙搖桿機(jī)構(gòu)，其三種倒置機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 【 15】 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題和方法 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)通常包括選型、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、承載能力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪制機(jī)構(gòu)裝配圖與零件工作圖等內(nèi)容，其中選型是確定連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成，包括構(gòu)件數(shù)目以及運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目；運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)是確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的參數(shù)，包括各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置尺寸以及描繪連桿曲線的點(diǎn)的位置尺寸等等；承載能力計(jì)算是基于強(qiáng)度理論，確定關(guān)鍵零件的主要結(jié)構(gòu)參 數(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在綜合考慮安裝、調(diào)整、加工工藝性等因素情況下對(duì)各零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的全面細(xì)化。 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)是我們主要研究的內(nèi)容，它一般可歸納為以下三類基本問題： 實(shí)現(xiàn)構(gòu)件給定位置（亦稱剛體導(dǎo)引），即要求連桿機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)某構(gòu)件按規(guī)定順序精確或近似地經(jīng)過給定的若干位置。 2) 實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律（亦稱函數(shù)生成），即要求主、從動(dòng)件滿足已知的若干組對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，包括滿足一定的急回特性要求，或者在主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定時(shí)，從動(dòng)件能精確或近似地按給定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 3) 實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)軌跡（亦稱軌跡生成），即要求連桿機(jī)構(gòu)中作平面 運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件上某一點(diǎn)精確或近似地沿著給定的軌跡運(yùn)動(dòng)。 在進(jìn)行平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，往往是以上述運(yùn)動(dòng)要求為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)還要兼顧一些運(yùn)動(dòng)特性和傳力特性等方面的要求，如整轉(zhuǎn)副要求、壓力角或傳動(dòng)角要求、機(jī)構(gòu)占據(jù)空間位置要求等。另外，設(shè)計(jì)結(jié)果還應(yīng)滿足運(yùn)動(dòng)連續(xù)性要求，即當(dāng)主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件也能連續(xù)地占據(jù)預(yù)定的各個(gè)位置，而不能出現(xiàn)錯(cuò)位或錯(cuò)序等現(xiàn)象。 平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的方法主要是幾何法和解析法，此外還有圖譜法和模型實(shí)驗(yàn)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 15 法。幾何法是利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中各運(yùn)動(dòng)副位置之間的幾何關(guān)系，通過作圖獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸，所以幾 何法直觀形象，幾何關(guān)系清晰，對(duì)于一些簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)問題的處理是有效而快捷的，但由于作圖誤差的存在，所以設(shè)計(jì)精度較低。解析法是將運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)問題用數(shù)學(xué)方程加以描述，通過方程的求解獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸，故其直觀性差，但設(shè)計(jì)精度高。隨著數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，解析法已成為各類平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的一種有效方法。 【 16】 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算過程 各桿長(zhǎng)計(jì)算 已知 t1 、 t2 則行程速度變化系數(shù) K=21tt 本設(shè)計(jì)中 t1=1 t2=3 則 K=1/3 然后根據(jù)行 程速度變化系數(shù) K，求極位夾角θ )1/()1(180 o ??? KK? 【 1】 （ 41） 將 K=1/3 帶入， ? =90176。 已知搖桿最大的搖擺距離為 350mm，又知極位夾角為 90176。，我們根據(jù)給定的急回要求設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)。 根據(jù)急回運(yùn)動(dòng)要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，主要利用機(jī)構(gòu)在極位時(shí)的幾何關(guān)系。 設(shè)計(jì)時(shí)，先利用公式 41 算出極位夾角，并畫出及最大擺程的直線 C1 C2。下面來求固定鉸鏈 A 。為此，分別做 C2M 垂直于 C1C2 和 ∠ C2C1N =90? ,C2M 與 C1N 交于點(diǎn)P，再做△ PC1C2 的外接圓，則圓弧 21PCC 上任意一 A都滿足∠ C1AC2=? ，所以固定鉸鏈應(yīng)選在此段位置上。由于本設(shè)計(jì)中 ? =90176。，故 P 點(diǎn)與 C1C2 直線重合，則 C1C2 即為該圓的直徑。在圓弧上任選一點(diǎn) A，連接 AC1 和 AC2 ，以 A 為圓心畫一圓，該圓交 AC1 和AC2于點(diǎn) B1和 B2（由于 C2D 為左側(cè)極值位置 ，故 B點(diǎn)在 C2A延長(zhǎng)線上），最后確定 D點(diǎn)，由于 CD桿所走的軌跡為一對(duì)稱圖形，故 D 點(diǎn)應(yīng)該在 C1C2 的中垂線上，最后所確定的各桿長(zhǎng)應(yīng)該滿足曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)特點(diǎn)： 最長(zhǎng)桿 +最短桿≤其余連桿之和 【 1】 （ 42） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 16 根據(jù)這一方法畫出圖 42，其中 AB=72 BC=163 CD=252 AD=164 CE=102 C1C2=250 E1E2 =350 將本機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)帶入公式 42中： 72+252≤ 163+164 符合曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)條件經(jīng)過驗(yàn)證，軌跡曲線的 E1E2 段的最高點(diǎn)高于直線段 AB的 距離為 46，避免了零件停歇時(shí)受到輸送架的不應(yīng)有的回碰 BE E 圖 42 四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模擬圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 17 5． 其他部件的設(shè)計(jì)及其計(jì)算 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)，齒型 1）確定齒輪類型．兩齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)圓柱斜齒輪 2）材料選擇 : 小齒輪材料為 40CR（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS。 大齒輪材料為 45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS。 二者材料硬度差為 40HBS。 3） 運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7級(jí)精度 4）選小齒輪齒數(shù) Ｚ 1＝２４， 大齒輪齒數(shù) Ｚ 2＝ｉ 1178。 Ｚ 1＝ 179。24=, 取 Z2=101。 5）選取螺旋角。初選螺旋角 ?14?? 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 18 ．按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按公式試算，即 3 21 )][(12HEHdttt ZZuuTkd ??????? （ 51） 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （ 1） 試選 ?tK （ 2） 選取區(qū)域系數(shù) ?HZ （ 3） 由 設(shè)計(jì)手冊(cè) 查得 ??? 2 ?? ? 12 ? ? ?? ? ?? ? ? （ 4） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 5 5 41 1 195 .5 10 / 95 .5 10 4. 24 4 / 14 40 2. 81 46 10T P n? ? ? ? ? ? ? Nmm? （ 52） （ 5） 由表選取齒寬系數(shù) 1??d （ 6） 由表查得材料的彈性影響系數(shù) 2/ MPaZ E ? （ 7） 由圖按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極 限 MPaH 6001lim ?? ， 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 lim 2 550H MPa? ? （ 8） 由公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91 60 60 14 40 1 ( 16 30 0 8 ) 3. 32 10hN njL? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 53） 992 3. 32 10 / 4. 2 0. 79 0 10N ? ? ? ? （ 9） 由圖查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) ?HNK ?HNK 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 19 （ 10） 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力 取失效概率為１％，安全系數(shù)為 S=1，由式得 MP aMP aSK HHNH ][ 1lim11 ???? ?? MP aMP aSK HHNH ][ 2lim22 ???? ?? （ 54） M P aM P aHHH )(2/])[]([][ 21 ????? ??? 2 計(jì)算 （ 1） 試算小齒輪分度圓直徑 td1 ，由計(jì)算公式得 2431 2 1 . 6 2 . 8 1 4 6 1 0 5 . 2 2 . 4 3 3 1 8 9 . 8 3 7 . 1 01 1 . 6 5 4 . 2 5 3 1 . 2 5td m m? ? ? ???? ? ? ???? ?? （ 2） 計(jì)算圓周速度 11 3 7 . 1 0 1 4 4 0 2 . 8 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tdnv m s? ? ??? ? ??? （ 55） （ 3） 計(jì)算齒寬ｂ及模數(shù) ntm 1 1 37. 10 37. 10dtb d m m? ? ? ? ? （ 56） 11c o s 3 7 .1 0 c o s 1 4 1 .5 024tnt dm m mZ ? ??