Ch03 第三章 机械执行机构.ppt

机械电子工程原理 第三章 执行机构 定义及特征 机械类执行器是一大类执行器，也称为执行机构。一个机电系统中往往有一个或若干个执行机构进行着有序的运动，将力或力矩施加到需要的部位，实现某个动作或改变某个物理状态。 机械类执行器的材料种类繁多，设计制造手段灵活。但是机械类执行器的参数调整缺乏灵活性，运动轨迹单一，构件易磨损，金属材料易疲劳，润滑繁复。 使执行机构运动起来需要动力来驱动，机电系统中常见的驱动方式是电气、液压与气动。 3.1基本概念——几个常用术语 在机械工程领域，具备以下三种特征的装置称为机器： 第一，由两个以上实体组合而成； 第二，实体之间以一定几何形状的表面互相接触，形成可动联接，且各实体之间有确定的相对运动规律； 第三，能够实现能量转换并输出机械功。 仅仅具有前两种特征的装置称为机构； 构成机构的实体称为构件； 组成构件的实体称为零件， 构件可以是一个零件，也可以是若干个彼此没有相对运动的零件联接而成。 机器的组成 从机械学的立场看，机器的基本功能是通过机械运动来实现物质或能量的传递及变换。 机器的基本单位是机构，一台机器由一种或一种以上机构组成。 一个机构至少有两个构件，一个构件至少有一个零件，零件是构造或制造的最小单元实体。 机械是机器和机构的总称。 例如，柴油机是一台机器，活塞杆与曲轴形成机构，一个活塞和活塞杆形成一个构件，一根曲轴、一个螺钉、一个齿轮是零件。 构件 构件在运动时视为一个整体，是运动的最小单元实体，也是机构的最基本元件。凡是能传递运动和力并在运动时可视为一个整体的物理介质都可称为构件。构件可以是刚体，也可以是挠性体，如带、链、绳，也称为中间件。构件还可以是流体，如液压油、水、气体，也称为介质。 机构是工业系统中执行器的基本承担者。 机构中的构件分为原动构件和被动构件。原动构件也称为主动构件、输入构件，它的运动由外部输入决定。被动构件也称为从动构件，直接向外输出运动或力、力矩的构件称为输出构件。输出构件的运动应是所需的运动。 构件的关系 为了描述运动的传递和变换关系，必须选定其中一个构件作为参照体，将这个构件视为静止的，称为机架。换言之，必须有一个构件作为机架。同时，要有至少一个构件作为原动构件，至少一个构件作为被动构件。 在有些系统中，需要的运动形式与原动构件的运动形式不同，或原动构件不便于直接作用于被动构件，或原动构件输出的力、力矩不符合要求，这些情况下就需要某种机构实现运动变换或传递。 为了便于说明两个构件接触所形成的关系，引入运动副的概念。运动副是两个构件以一定几何形状和尺寸的表面互相接触所形成的可动联接，如直线导轨副、蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副。构件就是通过运动副的两个零件的接触面传递力和运动的。 传动 广义的传动有机械传动、电气传动、流体传动三类，它们的区别是介质不同、输入能量形式不同，它们的共同点是输出运动、力或力矩。流体传动中的缸、阀、马达等装置常被称为执行元件。“传动机构”一词常指机械传动中的机构。 在工程实际的很多场合中，不论机械、电气、液压还是气动传动，一个装置同时承担执行与传动两个作用，传动的目的是执行某种动作，或产生某种运动，或输出力、力矩。 执行机构的基本作用 执行机构的作用是输出机械运动、力或力矩。 工业系统中，需要执行的运动形式除旋转运动和直线往复运动两大类外，还有摆动往复、各种平面或空间曲线运动。 各种运动形式必须用执行机构来实现，不同运动形式之间还需要进行适当的转换，因此执行机构在实现运动时往往还必须完成运动转换和传递。 在工业系统中往往有这种情况：所需的运动形式与原动机的运动形式不同，这就需要执行机构能实现运动的传递和转换。有的系统中，需要施加力、力矩或运动的部位与动力源之间有一定空间距离，就需要在动力源与执行器之间设计专门的运动转换和传递机构，也称为传动机构。 执行机构的分类 按各运动构件上各点的运动平面是否相互平行可分为平面机构和空间机构两类： 平面机构如圆柱齿轮机构、平面连杆机构等； 空间机构如圆锥齿轮机构、空间连杆机构等。 按构件接触的方式可分为摩擦和啮合两类： 摩擦传动又分为直接接触的摩擦轮传动和经过中间件的带传动； 啮合传动也有直接接触的齿轮、蜗轮蜗杆传动、齿轮齿条传动和经过中间件的同步齿形带传动、链传动。 执行机构的分类 按机构的结构特征可分为连杆机构、斜面机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。 按输出的运动特征可分为匀速机构、非匀速转动机构、往复运动机构、直线运动机构、换向机构、间歇运动机构和差动机构等。 按实现的功用可分为安全保险机构、联锁机构、定位夹紧机构、擒纵机构和实现某种数学运算的机构等。 执行机构的几个例子 执行机构输出运动、力或力矩，可以实现改变运动方向、改变速度、力的放大和反馈、几个