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机械设计学 华北电力大学机械设计教研室 花广如 第四章 机械功能原理的实现——机械运动系统的方案设计 §4-1机构能实现的动作功能 §4-2传动机构和执行机构 §4-3按机械动作功能原理要求作机械运动系统的方案设计 §4-4 发挥机构固有潜力的方法——机构的创新设计 §4-5机械运动的协调设计和运动循环图 §4-1机构能实现的动作功能 一、机构能实现那些动作功能 1．利用机构实现运动形式或运动规律变换的动作功能 输入：转动 输出 1）匀速运动（平动、转动）与非匀速运动（平动、转动或摆动）的变换 2）连续转动与间歇式的转动或摆动的变换 3）实现预期的运动轨迹运动 2．利用机构实现开关、联锁或检测等的动作功能 检测机构可以检查最后的成品也可以检测中间工序，以自动校正与规定标准间的差异。控制连锁机构的用途，则是在机器工作过程中发现控制和检测机构所不能排除的缺陷时停止或限制机器的工作。例如： §4-2传动机构和执行机构 一、传动机构 1．作用：将原动机的运动和动力传递给工作机，以完成预期的功能 2．常用的传动机构：齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、楔块机构、棘轮机构、槽轮机构、摩擦轮机构、挠性件机构、弹性件机构、液气动机构、电气机构以及利用以上一些常用机构进行组合而产生的组合机构。 3．目的：实现速度或力的变换，或实现特定运动规律的要求 4．运动速度或力的大小变换 由p=fv可以看出，在p一定的情况下，若想得到一个大的f，则可以降低v，若要f按一定规律变化，则可通过调整输出速度按某一种规律变化来得以实现。 常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构主要有： * * 1）用来实现运动离合或开停 2）用来换向、超越和反向止动 3）用来实现连锁、过载保护、安全制动 4）实现锁止、定位、夹压等 5）实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等 3．利用机构实现程序控制或手动控制的功能 1）利用时间的序列进行控制（凸轮程序装置） 2)利用动作的序列进行控制（电磁阀控制液压缸） 3)利用运动的变化等进行控制 二、选择机构来实现功能原理的原则和范围（探讨在什么情况下选用机构来完成这些功能） 原则：工作可靠、运行安全、操作方便、制造和运行的经济性 1.实现功率性的机械运动形式或规律的变换功能 交直流变速电动机——各种转速要求——运动特性不理想，会受到载荷的变化而变化或转换的效率较低——使用运动特性号，交换效率高的鼠笼型异步电动机——各种减速、变速机构 非功率性的微小摆动或移动，除了机构之外，还可以用电磁原理来获得；2002年高维技术公司推出了国内首台直线电动机驱动电火花成型机床 2.实现固定轨迹或简单可调的轨迹功能 各种自动机上的上、下料，加工、检测等工序上需要的运动轨迹，均可全部用机构来完成，对于要实现可任意变动的复杂轨迹，虽然一般采用电子或电气来控制，但其轨迹动作部分也还必须使用机构 3.在特定条件下能优质的实现开关、联锁和检测等功能 这些功能一般用电或机械均能实现，但究竟用那一种好，需要设计者仔细分析研究 4.实现简单的固定程序或可变程序的控制功能 以上几种均适宜用机构实现，但究竟如何选择，要注意科技的发展动向 直线电动机-直线运动（超导的出现） 电视机的频道-机械式转变为遥控式的。 1）通过啮合方式进行传动（例如：齿轮、蜗轮蜗杆、链传动、同步齿形带等）其中，齿轮传动可以在平行轴或交错轴间实现准确的定传动比传动，适用功率和速度范围广，结构紧凑、传动效率高，工作可靠，寿命长，互换性好，因而得到广泛应用 2）通过摩擦方式进行传动（例如：摩擦轮传动、摩擦式无级变速器、带传动、滑轮传动等）这类机构结构简单，维修方便，成本低廉，由于带具有柔软性，有吸收振动的特性，且有缓冲和安全保护的作用特性使带传动适用于两轴中心距较大的传动。 3）利用楔块原理进行传动（例如：螺旋机构等）。螺旋传动主要由螺杆、螺母、机架组成，螺旋传动的优点是增力效果大，可用较小的转距得到较大的轴向力，结构简单，传动精度高，平稳无噪声等。 4）利用流体作用原理进行传动（例如：液压、气动传动等）。液体可以看作是一种不可压缩物体，因而液压传动能传动较大的力，经常用于传动比不需十分精确，但载荷很大的情况下，但液压传动速度较慢。例如液压千斤顶、液压挖掘机的推杆等。相反气动传动机构一般用于传递较小的力，但作用速度快。 5 运动形式或传力方式的变换：将原动机输出的匀速转动变换成工作机的需求的输出。 1）常见的运动形式：转动、平动、摆动。 2）常见的变换机构：凸轮、螺旋、连杆、齿轮、