[高等教育]机械设计学第四章.ppt

第一节 机构能实现的动作功能 一、机构能实现那些动作功能 机械产品的动作功能要通过一系列的机构和电气电子装置去具体实现。随着机械技术的发展，机构的含义也在不断扩展，机构的范畴不再停留在过去纯刚性体的意义上了。机构一般能实现下列各种动作功能： ⒈ 利用机构实现运动形式或运动规律变换的动作功能 ⒉ 利用机构实现开关、联锁和检测等的动作功能 ⒊ 利用机构实现程序控制或手动控制的功能 第三节 按机械动作功能原理要求作机械运动系统的方案设计 一、功能原理解与机械运动系统的方案设计 机械产品的功能原理设计完成后，得到一个“功能结构图”，图中列出了完成这个机械产品总功能的各个分功能和它们之间的关系。按本章第一节的原理就可以分析这些分功能中哪些适合用机械功能来完成；按第二节的原理分析这些功能是属于传动类型还是属于执行类型，再根据选择机构的原则从已有的机构中选出能完成这些分功能的最佳机构。 在这些工作中将会产生以下两个问题： ⒈在功能结构图中，有的分功能比较复杂，不可能用一个已知的机构来完成。这就要根据分功能的特点，选择几个机构组成一个机械运动系统，由这些机构共同完成这个分功能的机械动作。这就是所谓的“机械运动系统的方案设计”或称为“机构的创新设计”。 ⒉当功能结构图中的各机械分功能均已根据分功能的要求选择好相应的机构后，怎样使这些分散的机构组成一个协调运动的整体，这也称为“机械运动系统的方案设计”，只是这个系统比较大，其 综合后完成的机械功能，就是整个机械产品的总功能中的全部机械功能。这种机械系统方案设计也称为“机械运动系统的协调设计”。显然上述两种机械运动系统的方案设计的优劣，直接影响到整个机器的性能。 二、功能原理的分解和机构的选择 当分功能比较复杂，不能用单一机构完成时，就要将此分功能分解成几个分功能，分解的原则是所分解出的分功能能够用一个简单机构去完成。经常将这复杂的动作功能分解成一组由直线和圆弧组成的运动。因为直线和圆弧是机构能够最容易且最精确完成的运动。 能完成同一功能的机构有很多，选哪一个机构，除了按第二节的原则外，还要看这些机构能否组合在一起，即所谓的机构间的相容问题。如在要求精密运动的系统中，不能插入摩擦传动；在高速旋转传动中不能插入双曲柄机构等等。虽然这样，每个分功能还均有几种机构可选择，因而能完成这复杂功能组成的机械运动系统的方案就有很多个。这时应用机械原理的知识，将这些方案进行详细的运动学和动力学分析，比较各个方案的优缺点，选择其中最优的。如有必要，还应该进行实验验证。 例如工厂备料车间用的锯床，其锯弓所要求的锯断分功能至少应包含三个运动特性要求：旋转运动变换成直线运动；工作行程的时间大于回程时间的急回特性；防止锯齿在工作时受到冲击载荷，要求在工作行程的中间段具有近似的等速运动。有多种机构满足此三个运动要求，如： ①转动（或摆动）变成移动的机构有：曲柄（或摆杆）滑块机构、正弦机构、凸轮机构、齿轮齿条机构等。 ②具有急回特性的机构有：偏置曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、凸轮机构、曲柄导杆机构等。 ③工作行程具有近似等速段的机构：这个功能特性要求除凸轮机构能单独完成外，其余机构均需相互配合才行，现设想转动(或摆动)变换成移动的机构是采用曲柄(或摆杆)滑块机构(图4-12a)在工作行程的中间是等速运动，如将这一段等分几份，每份走过的时间Δt必相等，相应这时曲柄（或摆杆）的转角为Δψ1，Δψ2，…，Δψn必不相等，假设设计一个双曲柄（或曲柄导杆）机构，当曲柄在等速转动时，输出的连架杆的转角或摆动角在给定的条件下也是不相等的，且为Δψ’1，Δψ’2，…，Δψ’n（如图4-12b所示）。 若这机构的输出转角在给定范围内恰好满足Δψ1= Δψ’1 ，Δψ2=Δψ’2 ， …， Δψn= Δψ’n时，将这两个机构相互固结串联后，就能满足具有等速工作段的功能特性要求。 根据这个设想，能满足等速段分功能的机构，除凸轮机构外还有曲柄摇杆机构、双曲柄机构、曲柄导杆机构及椭圆齿轮机构等与曲柄（或摇杆）滑块机构、正弦机构等的组合。 在众多的机构中，根据上节的原则，如力求机构简单，则应选凸轮机构。但是由于锯床的工作行程长，这凸轮就需要做得很大；其次要保证凸轮的高副接触，还需增加一些辅助结构。不论力封闭还是形封闭，都会产生一些问题。 除凸轮机构外，其它方案均由两个以上机构组合而成，有双曲柄机构—偏置曲柄滑块机构、椭圆 齿轮—正弦机构、椭圆齿轮—偏置曲柄滑块机构、曲柄导杆机构—摇杆滑块机构等近十种方案，有些方案如齿轮齿条机构来完成摆动变成移动的分功能，因结构上、性能上均有明显不合适故未列出。经运