【文章內容簡介】 動又分為連續(xù)運動和間歇運動兩類。有些運動是單程的，有些運動是往復式的，不同的運動應由不同的機構或多種機構的組合乃至整個機器 來實現(xiàn)。 第四步：方案的比較與決策。一個設計可以由多個方案來實現(xiàn)，每個方案所使用的機構也不盡相同，有時只是迥異。在達到性能指標的前提下，應根據機構組合的復雜程度對精度所造成的影響，并根據經濟性和易維修性對不同方案進行比較和決策 傳動機構的選擇 步進送料機常用的傳動機構 常用的送料機的傳動機構有以下幾種：齒輪機構；螺旋機構；帶傳動及鏈傳動：連桿機構；凸輪機構。 【 13】 凸輪機構是一種高副機構。 一般由凸輪，從動件和機架三部分組成，凸輪大都為原動件，當其運動 (一般為等速連續(xù)轉動，也有擺動或往復 移動 )時，通過其上一定的衄線輪廓線或凹槽使從動件得到連續(xù)的或間歇的往復移動或擺動。 送料機傳動機構的選擇 由于送料機的加工過程中要求若干個相同的被輸送的工件間隔相等的距離 350mm，在導軌上向左依次間歇移動，即每個零件耗時 1 s移動距離 350mm 后間歇時間 3 s?？紤]到動停時間之比 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、凸輪等高副機構，而應設計平面連桿機構。 由于設計要求構件實現(xiàn)軌跡復雜并且封閉的曲線，所以輸出構件采用連桿機構中的連桿比較合適。 平面四 桿機構 連桿機構的特點 連桿機構構件運動形式多樣，如可實現(xiàn)轉動、擺動、移動和平面或空間復雜運動，從而可用于實現(xiàn)已知運動規(guī)律和已知軌跡。此外，低副面接觸的結構使連桿機構具有以本科畢業(yè)設計說明書（論文） 13 下一些優(yōu)點：運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減??；制造方便，易獲得較高的精度；兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不象凸輪機構有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。因此，平面連桿機構廣泛應用于各種機械、儀表和機電產品中。平面連桿機構的缺點是：一般情況下，只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡，且設計較為 復雜；當給定的運動要求較多或較復雜時，需要的構件數(shù)和運動副數(shù)往往較多，這樣就使機構結構復雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機構運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加；機構中作復雜運動和作往復運動的構件所產生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故連桿機構常用于速度較低的場合。 連桿機構的類型及應用 近年來，隨著連桿機構設計方法的發(fā)展，電子計算機的普及應用以及有關設計軟件的開發(fā)，連桿機構的設計速度和設計精度有了較大的提高，而且在滿足運動學要求的同時，還可考慮到動力學特性。 尤其是微電子技術及自動控制技術的引入，多自由度連桿機構的采用，使連桿機構的結構和設計大為簡化，使用范圍更為廣泛。 根據構件之間的相對運動為平面運動或空間運動，連桿機構可分為平面連桿機構和空間連桿機構。根據機構中構件數(shù)目的多少分為四桿機構、五桿機構、六桿機構等，一般將五桿及五桿以上的連桿機構稱為多桿機構。當連桿機構的自由度為 1時，稱為單自由度連桿機構；當自由度大于 1時，稱為多自由度連桿機構。根據形成連桿機構的運動鏈是開鏈還是閉鏈，亦可將相應的連桿機構分為開鏈連桿機構（機械手通常是運動副為轉動副或移動副的空間開 鏈連桿機構）和閉鏈連桿機構。單閉環(huán)的平面連桿機構的構件數(shù)至少為 4，因而最簡單的平面閉鏈連桿機構是四桿機構，其他多桿閉鏈機構無非是在其基礎上擴充桿組而成；單閉環(huán)的空間連桿機構的構件數(shù)至少為 3，因而可由三個構件組成空間三桿機構。 【 14】 所有運動副均為轉動副的平面四桿機構稱為 鉸鏈四桿機構 ，它是平面四桿機構的最基本的型式，其他型式的平面四桿機構都可看作是在它的基礎上通過演化而成的。在此機構中，構件 4 為機架，與機架構成運動副的構件 3 稱為 連架桿 ，不與機架組成運動副的構件 2稱為 連桿 。若組成轉動副的兩構件能作整周相對 轉動，則該轉動副稱為 整轉副 ，否則稱為 擺動副 。與機架組成整轉副的連架桿稱為 曲柄 ，與機架組成擺動副的連架桿稱為 搖桿 。因此，根據兩連架桿為曲柄或搖桿的不同， 鉸鏈四桿機構可分為三種基本型式： 曲柄搖桿機構 : 其中兩連架桿中有一桿是曲柄另一桿是搖桿 雙曲柄機構 ：其中兩連架桿均為曲柄； 雙搖桿機構 ：其中兩連架桿均為搖桿。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 14 鉸鏈四桿機構 對于 曲柄搖桿機構 ，由下一節(jié)整轉副存在條件可知，曲柄所聯(lián)接的兩個轉動副均為整轉副，而搖桿所聯(lián)接的兩個轉動副均為擺動副。由于機構中任意兩構件之間的相對運動關系不因其中哪個構件是固定 件而改變，所以當將該機構的機架由 4改換為構件 1時，則構件 4 均變?yōu)榍?，從而成為雙曲柄機構；當取構件 3 為機架時，則成為雙搖桿機構；當取構件 2為機架時，則仍為曲柄搖桿機構。這種通過更換機架而得到的機構稱為原機構的倒置機構。 需注意的是雙搖桿機構有兩種類型：一種為上圖曲柄搖桿機構取構件 3 為機架的倒置機構， 電扇搖頭機構 ，即采用這種含兩個整轉副的雙搖桿機構，其中電機安裝在搖桿4上，轉動副 A 處裝有一與連桿 1 固結成一體的蝸輪，蝸輪與電機軸上的蝸桿相嚙合。電機轉動時，通過蝸桿和蝸輪使連桿 1和搖桿 4作整周相對轉動，從而使 連架桿 2和 4作往復擺動，達到風扇搖頭的目的；對于機構中四個轉動副均為擺動副的鉸鏈四桿機構，則屬另一種雙搖桿機構，其三種倒置機構均為雙搖桿機構。 【 15】 鉸鏈四桿機構設計的基本問題和方法 連桿機構設計通常包括選型、運動設計、承載能力計算、結構設計和繪制機構裝配圖與零件工作圖等內容，其中選型是確定連桿機構的結構組成，包括構件數(shù)目以及運動副的類型和數(shù)目；運動設計是確定機構運動簡圖的參數(shù)，包括各運動副之間的相對位置尺寸以及描繪連桿曲線的點的位置尺寸等等；承載能力計算是基于強度理論，確定關鍵零件的主要結構參 數(shù)；結構設計是在綜合考慮安裝、調整、加工工藝性等因素情況下對各零件結構參數(shù)的全面細化。 平面連桿機構的運動設計是我們主要研究的內容，它一般可歸納為以下三類基本問題： 實現(xiàn)構件給定位置（亦稱剛體導引），即要求連桿機構能引導某構件按規(guī)定順序精確或近似地經過給定的若干位置。 2) 實現(xiàn)已知運動規(guī)律（亦稱函數(shù)生成），即要求主、從動件滿足已知的若干組對應位置關系，包括滿足一定的急回特性要求，或者在主動件運動規(guī)律一定時，從動件能精確或近似地按給定規(guī)律運動。 3) 實現(xiàn)已知運動軌跡（亦稱軌跡生成），即要求連桿機構中作平面 運動的構件上某一點精確或近似地沿著給定的軌跡運動。 在進行平面連桿機構運動設計時，往往是以上述運動要求為主要設計目標，同時還要兼顧一些運動特性和傳力特性等方面的要求，如整轉副要求、壓力角或傳動角要求、機構占據空間位置要求等。另外，設計結果還應滿足運動連續(xù)性要求，即當主動件連續(xù)運動時，從動件也能連續(xù)地占據預定的各個位置，而不能出現(xiàn)錯位或錯序等現(xiàn)象。 平面連桿機構運動設計的方法主要是幾何法和解析法，此外還有圖譜法和模型實驗本科畢業(yè)設計說明書（論文） 15 法。幾何法是利用機構運動過程中各運動副位置之間的幾何關系，通過作圖獲得有關運動尺寸，所以幾 何法直觀形象，幾何關系清晰，對于一些簡單設計問題的處理是有效而快捷的，但由于作圖誤差的存在，所以設計精度較低。解析法是將運動設計問題用數(shù)學方程加以描述，通過方程的求解獲得有關運動尺寸，故其直觀性差，但設計精度高。隨著數(shù)值計算方法的發(fā)展和計算機的普及應用，解析法已成為各類平面連桿機構運動設計的一種有效方法。 【 16】 傳動機構的計算過程 各桿長計算 已知 t1 、 t2 則行程速度變化系數(shù) K=21tt 本設計中 t1=1 t2=3 則 K=1/3 然后根據行 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。，我們根據給定的急回要求設計四連桿機構。 根據急回運動要求設計四桿機構，主要利用機構在極位時的幾何關系。 設計時，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=? ，所以固定鉸鏈應選在此段位置上。由于本設計中 ? =90176。，故 P 點與 C1C2 直線重合，則 C1C2 即為該圓的直徑。在圓弧上任選一點 A，連接 AC1 和 AC2 ，以 A 為圓心畫一圓，該圓交 AC1 和AC2于點 B1和 B2（由于 C2D 為左側極值位置 ，故 B點在 C2A延長線上），最后確定 D點，由于 CD桿所走的軌跡為一對稱圖形，故 D 點應該在 C1C2 的中垂線上，最后所確定的各桿長應該滿足曲柄搖桿機構的桿長特點： 最長桿 +最短桿≤其余連桿之和 【 1】 （ 42） 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 16 根據這一方法畫出圖 42，其中 AB=72 BC=163 CD=252 AD=164 CE=102 C1C2=250 E1E2 =350 將本機構各桿長帶入公式 42中： 72+252≤ 163+164 符合曲柄搖桿機構的桿長條件經過驗證，軌跡曲線的 E1E2 段的最高點高于直線段 AB的 距離為 46，避免了零件停歇時受到輸送架的不應有的回碰 BE E 圖 42 四桿機構設計模擬圖 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 17 5． 其他部件的設計及其計算 傳動齒輪的設計 選精度等級、材料及齒數(shù)，齒型 1）確定齒輪類型．兩齒輪均為標準圓柱斜齒輪 2）材料選擇 : 小齒輪材料為 40CR（調質），硬度為 280HBS。 大齒輪材料為 45鋼（調質），硬度為 240HBS。 二者材料硬度差為 40HBS。 3） 運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用 7級精度 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)設計說明書（論文） 18 ．按齒面接觸強度設計 按公式試算，即 3 21 )][(12HEHdttt ZZuuTkd ??????? （ 51） 1 確定公式內的各計算數(shù)值 （ 1） 試選 ?tK （ 2） 選取區(qū)域系數(shù) ?HZ （ 3） 由 設計手冊 查得 ??? 2 ?? ? 12 ? ? ?? ? ?? ? ? （ 4） 計算小齒輪傳遞的轉矩 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度極 限 MPaH 6001lim ?? ， 大齒輪的接觸疲勞強度極限 lim 2 550H MPa? ? （ 8） 由公式計算應力循環(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度壽命系數(shù) ?HNK ?HNK 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 19 （ 10） 計算接觸疲勞強度許用應力 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 計算 （ 1） 試算小齒輪分度圓直徑 td1 ，由計算公式得 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 ? ??