产品结构设计-第三章幻灯片.ppt

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产品结构设计-第三章幻灯片

第三章、连续运动结构设计 3.1概述 3.2旋转机构设计 3.3直线运动机构 3.4曲线运动机构 3.1概述 一、常用运动结构的功能与种类 运动机构种类繁多,产品的设计功能决定所选择和采用的机构。 根据运动机构在产品中的作用,可分为执行机构和传动机构。 如图3-1,以自行车为例。车轮的转动前轮的左右摆动、车闸的 摆动抱合和变速拨叉的摆动是设计要求的基本运动,是实现自 行车功能需要执行的运动。直接保证这些运动的相应机构是飞 轮、前叉合件、车闸组件及拨链器,按功能称为执行机构。为 实现这些运动,需要相应的机构和装置将源动力和运动传递到 执行机构,按功能称为传动机构。车轮的旋转通过曲柄链轮链 条将脚蹬动力传递给飞轮实现,车闸和拨链器的运动通过柔性 钢丝(本质是连杆)将作用在闸把和控制器上的运动和动力传 递给相应的执行机构完成。曲柄链轮和链条、闸把和钢丝、变 速控制器和钢丝等即为所谓的传动机构。 图3-2为一药片 包装机数片机 头结构示意图。 由图3-2可知,在产品或机械系统中,执行机构的主要作用是实 现所需功能动作(包括执行运动和执行力),而传动机构(传 动链)则负责传递、变换、调节运动和动力,以适应不同产品 的功能需要。无论是执行机构还是传动机构,实现产品设定运 动功能可选择和采用的具体机构种类和形式都不是唯一的。 一个具体产品中的运动机构通常可能由多个结构环节组成,为 了研究、分析和设计方便,可将其分解为一个个相对独立的结 构环节或简单机构,如图3-2中的齿轮、蜗轮和蜗杆。运动结构 设计通常就是选择、配置、组合、设计这些简单机构。 运动机构的种类可按照运动构件的运动规律或轨迹分为平面机 构和空间机构两种。空间机构的运动构件可在三维空间中运 动,其运动自由度至少在两个以上,如图3-3中的筛子。平面机 构的运动构件在某一平面内运动。 按照机构运动构件的运动规律特征,运动机构又可分为转动机 构、直线运动机构、曲线运动机构、往复运动机构、间歇运动 机构 。 最常用的是按照机构的结构特点分类的运动机构,即分为齿轮 机构、链传动机构、槽轮机构、曲柄滑块机构、连杆机构等。 二、机构学基础 机构通常由相互间有规律相对运动的刚性体组成,这些刚性体 称为机构的构件。机构中自身相对静止的构件称为机架,其他 构件称为运动构件。构件可以是一个零件,也可是由若干零件 组成的刚性系统。 机构的构件间允许相对运动,构件间需采用活动连接。这种使 构件间保持接触又允许相对运动的连接成为运动副。面接触的 运动副称为低副,点或线接触的运动副称为高副。运动副按运 动范围可分为空间运动副和平面运动副两类,常用的是平面运 动副。平面运动副按运动形式特征又可分为转动副、移动副、 螺旋副、圆柱副等。 在机构分析中,运动副常采用简图符号表示,如图3-4所示。 运动副决定了所连接构件间的相互运动关系,运动副将构件连 接起来,同时也限制了被连接构件的自由度。机架固定,运动 自由度为0.一个通过转动副与机架相连的构件,只有相对机架 转动一个自由度,如图3-5(a),整个机构仅需一个独立参数 即可确定机构各构件的位置,此机构有一个自由度;在此运动 构件末端,再通过转动副连接一个运动构件,如图3-5(b), 则第二个运动构件相对第一个运动构件有一个运动自由度,加 上随同第一个运动构件的一个转动自由度,共有二个自由度, 机构也需要二个独立参数确定各构件的相对位置,机构自由度 为2;同理,图3-5(c)的机构有三个自由度。 确定运动机构各构件位置所需独立参数的总个数称为机构的自 由度。一个机构的自由度数应大于0,否则机构无法运动、不成 立。 机构中用于输入驱动力的构件称为驱动构件(也称原动件 或主动件),驱动构件数应与机构的自由度数相同;其他运动 构件称为传动构件(也称从动件);将运动和动力向外传递的 构件又称为输出构件(也称执行构件)。 在机构学中,一 般利用构件和运 动副符号及一些 简单的线条、图 形表示机构的结 构组成、几何形 状、相对位置关 系等,称为机构 运动图,如图3- 6所示。 绘制机构运动简图时,一般是在分析清楚机构工作原理的基础 上,分析运动副的种类和数目,确定出机架、驱动件和从动 件,然后将构件简化为杆件,用线条图表示出各构件、运动副 及相对位置关系。机构运动简图不仅表示机构的结构和尺寸, 也可表示出构件的相对运动关系,最好按比例绘制 。 3.2旋转运动机构 齿轮机构 齿轮机构是最常用的转动机构,通常由两个齿轮组成一组,依 靠齿轮的啮合传递转动和扭矩。齿轮机构传动准确可靠、传递 功率大、效率高结构紧凑且使用寿命长。齿轮形式种类很多, 常见的齿轮形式如图3-7所示。 齿轮按轮齿齿廓曲线形式可分为渐开线齿轮、摆线齿轮、圆弧 齿轮、正玄曲线齿轮等,

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