機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(第三章)

1、第三章第三章 機(jī)械運動形態(tài)與控制機(jī)械運動形態(tài)與控制機(jī)械的主要特征就是要有運動的變換和運動的傳遞。第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械運動形態(tài)與變換機(jī)械運動形態(tài)與變換 定軸轉(zhuǎn)動(含擺動和間歇轉(zhuǎn)動)運動部件的基本運動形式 往復(fù)移動 平面運動機(jī)構(gòu)：廣義機(jī)構(gòu)，能實現(xiàn)各種不同的運動形態(tài)一、連續(xù)轉(zhuǎn)動到連續(xù)轉(zhuǎn)動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)一、連續(xù)轉(zhuǎn)動到連續(xù)轉(zhuǎn)動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)外嚙合內(nèi)嚙合圓錐齒輪蝸輪蝸桿齒輪系機(jī)構(gòu)漸開線擺線圓弧線漸開線輪系擺線針輪楔波傳動輪系活齒傳動輪系1齒輪傳動機(jī)構(gòu)：22121121cos21eeeAPBPi13瞬心線機(jī)構(gòu)：實現(xiàn)連續(xù)的、周期性的、變速傳動輸出（1）橢圓型瞬心線機(jī)構(gòu) 圖3-4a 平行軸圓柱摩擦輪類

2、型 圓錐摩擦輪 圖3-3 垂直軸圓柱摩擦輪 為輪1的轉(zhuǎn)角，e為橢圓的偏心率2摩擦輪傳動機(jī)構(gòu)：傳遞的力較小，主要應(yīng)用于儀器中傳遞運動。長軸直徑焦距e圖3-1 齒輪傳動機(jī)構(gòu)圖3-2 齒輪系機(jī)構(gòu)圖3-3 摩擦輪傳動機(jī)構(gòu)1212RRi1212sinsini1212RRi2）四葉卵型線輪傳動 圖3-4bApBPi2112瞬心線機(jī)構(gòu)可以靠摩擦傳遞運動和動力，也可在瞬心線上制成輪齒4連桿機(jī)構(gòu)：圖3-5雙曲柄機(jī)構(gòu)：變傳動比，急回運動特征平行四邊形機(jī)構(gòu)：定傳動比，運動不確定，虛約束轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：急回運動特征雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)：AB=AB=AC，i12=25帶傳動機(jī)構(gòu) 圖3-66鏈傳動機(jī)構(gòu)圖3-4 瞬心線機(jī)構(gòu)圖3-5 實

3、現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動的連桿機(jī)構(gòu)圖3-6 帶傳動機(jī)構(gòu)示意圖7繩索傳動機(jī)構(gòu)：不能傳遞較大的載荷，圖3-7圖3-7 為繩索傳動示意圖8液力傳動，液力藕合器 圖3-8a9鋼絲軟軸傳動機(jī)構(gòu) 圖3-8b 圖3-8 液力藕合器與鋼絲軟軸示意圖10萬向聯(lián)軸器：空間連桿機(jī)構(gòu)，圖3-9單萬向聯(lián)軸器 11223cossin1cos雙萬向聯(lián)軸器：等速傳動 變速傳動圖3-9 萬向聯(lián)軸器示意圖二、連續(xù)轉(zhuǎn)動到步進(jìn)轉(zhuǎn)動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)二、連續(xù)轉(zhuǎn)動到步進(jìn)轉(zhuǎn)動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)1棘輪機(jī)構(gòu)2槽輪機(jī)構(gòu)3不完全齒輪機(jī)構(gòu)4分度凸輪機(jī)構(gòu) 圖3-10三、連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復(fù)擺動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)，三、連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復(fù)擺動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)，圖3-1

4、1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，曲柄搖塊機(jī)構(gòu)，擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)四、連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復(fù)直線移動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)四、連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復(fù)直線移動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)、直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)、帶或鏈傳動機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、螺旋傳動機(jī)構(gòu)及一些組合機(jī)構(gòu)、摩擦滾輪送料機(jī)構(gòu)圖3-12圖3-10 步進(jìn)機(jī)構(gòu)示意圖圖3-11 轉(zhuǎn)動到擺動變換的機(jī)構(gòu)示意圖 五、直線移動轉(zhuǎn)換為直線移動的運動變換與實現(xiàn)五、直線移動轉(zhuǎn)換為直線移動的運動變換與實現(xiàn)液壓機(jī)構(gòu)，斜面機(jī)構(gòu)，具有二個移動副的連桿機(jī)構(gòu)移動凸輪機(jī)構(gòu)，直線電機(jī)，彈簧機(jī)構(gòu)圖3-13 直線移動轉(zhuǎn)換為直線移動的變換機(jī)構(gòu)六、直線移動轉(zhuǎn)換為定軸轉(zhuǎn)動或往復(fù)擺動的運動變換與實

5、六、直線移動轉(zhuǎn)換為定軸轉(zhuǎn)動或往復(fù)擺動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)現(xiàn)機(jī)構(gòu)曲柄滑塊，齒輪齒條，擺臂移動凸輪，螺旋組合機(jī)構(gòu)圖3-14 直動到擺動的運動變換機(jī)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)、電、液機(jī)構(gòu)組合的運動及控制機(jī)、電、液機(jī)構(gòu)組合的運動及控制一、機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的運動形態(tài)一、機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的運動形態(tài)液壓缸與連桿機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的組合1機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的基本型a. 單出桿固定缸； b. 雙出桿固定缸； c. 擺缸2機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的常見運動形式 液壓傳動容易實現(xiàn)順序動作、換向動作、速度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)和壓力保持等多種復(fù)雜的要求，且易于實現(xiàn)自動控制所以機(jī)、液一體化的機(jī)械正在迅速發(fā)展。（1）固定液壓缸式機(jī)構(gòu) （2）擺動式液壓缸機(jī)構(gòu)圖3-1

6、5 機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的基本型圖3-16 單出桿固定缸機(jī)構(gòu)的直接應(yīng)用圖a) 實現(xiàn)夾緊工作的原理圖圖b) 送料工作原理圖單出桿固定缸和連桿機(jī)構(gòu)組合的實例圖3-17 固定缸式機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例圖a) 為驅(qū)動機(jī)器人升降工作示意圖圖b) 機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)圖b) 機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)圖3-18 擺動式液壓缸機(jī)構(gòu)示意圖圖a) 控制機(jī)械臂俯仰 圖b) 飛機(jī)起落架（空間機(jī)構(gòu)）圖3-19液壓挖掘機(jī)圖3-22 電磁機(jī)構(gòu)3機(jī)、液機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)機(jī)、液機(jī)構(gòu)，一般，液壓元件 動力元件，控制元件 控制方法：手動、機(jī)動和微機(jī)控制。（1）手動控制：換向閥，流量閥（2）機(jī)動控制：檔塊實現(xiàn)換向（3）微機(jī)控制：由于液壓閥心的動作可由電磁力來完成，以通

7、電與斷電的方式來控制閥心的動作，給實施微機(jī)控制提供了很大的方便。圖3-20 手動換向閥 二、電磁機(jī)構(gòu)：二、電磁機(jī)構(gòu)：電磁機(jī)械運動 圖3-32（正）電磁機(jī)構(gòu)：開關(guān)機(jī)構(gòu)，電磁振動機(jī)構(gòu)反電磁機(jī)構(gòu)：磁電式位移傳感器或速度傳感器三、機(jī)電組合機(jī)構(gòu)三、機(jī)電組合機(jī)構(gòu)機(jī)、電一體，集自動控制、智能、機(jī)械運動為一體的柔性機(jī)械系統(tǒng)典型代表：計算機(jī)外設(shè)（打印機(jī)、傳真機(jī)、繪圖機(jī)） 微機(jī)接口輸出通道電磁閥圖3-21 微機(jī)控制框圖 圖3-23針式打印機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖圖3-24為打印機(jī)控制原理圖圖3-25為機(jī)械系統(tǒng)微機(jī)控制框圖 總之，機(jī)電機(jī)構(gòu)組合中的運動形態(tài)由機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，而機(jī)械的運動參數(shù)（位置、位移、速度、加速度等）和各執(zhí)行

8、機(jī)構(gòu)的運動協(xié)調(diào)關(guān)系是靠微機(jī)系統(tǒng)（微機(jī)、接口電路、各種電子元件組成的硬件及軟件）來實現(xiàn)的。 進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計機(jī)電組合機(jī)械時，根據(jù)工藝動作要求設(shè)計出機(jī)械系統(tǒng)，必須同時充分考慮到控制元件的選擇以及控制方法的確定。 機(jī)械系統(tǒng)、微機(jī)系統(tǒng)以及傳感系統(tǒng)要作為一體來考慮，力求機(jī)械系統(tǒng)的簡化，更好地發(fā)揮軟件的優(yōu)勢，以降低機(jī)器的成本。第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械運動與控制機(jī)械運動與控制一、機(jī)械運動的換向與控制一、機(jī)械運動的換向與控制1旋轉(zhuǎn)運動的換向與控制（正、反轉(zhuǎn)控制）（1）改變電機(jī)轉(zhuǎn)向 （2）限位開關(guān)換向 限位開關(guān)：機(jī)械式，光電式，磁開關(guān)對液壓傳動，通過限位開關(guān)控制電磁換向閥線圈的通電與斷電，改變液流的方向而達(dá)到旋轉(zhuǎn)油缸換向

9、的目的。（3）介輪換向 （4）棘輪換向 改變棘爪的棘齒方向 （5）摩擦輪換向 （6）自身換向機(jī)械：曲柄搖桿，擺動凸輪 圖3-26 三相交流異步電動機(jī)的換向控制電路圖 圖3-27 利用限位開關(guān)控制電機(jī)的換向的原理圖圖3-28 介輪換向示意圖圖3-29 棘輪換向示意圖 圖3-30 摩擦輪換向 圖3-31 自身換向機(jī)構(gòu)示例2直線移動的換向與控制（1）改變電機(jī)轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)往復(fù)的直線移動絲桿傳動，電動大門 圖3-32 直線電機(jī)（2）液壓換向：控制換向閥 圖3-33改變液流方向?qū)崿F(xiàn)油缸的往復(fù)運動。軟件定時（3）自身換向機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)、雙滑塊機(jī)構(gòu)、直線凸輪機(jī)構(gòu)等二、機(jī)械運動的調(diào)速與控制二、機(jī)械運

10、動的調(diào)速與控制減速器，變速器（1）調(diào)速電機(jī)：目標(biāo)，低速大扭矩 直流電機(jī)調(diào)速 中小功率已商品化 交流電機(jī)調(diào)速（2）齒輪減速器普通齒輪減速器、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、諧波減速器圖3-32 電動大門示意圖圖3-33 液壓換向控制原理圖圖3-34 工作臺換向示意圖圖3-35 自身移動換向機(jī)構(gòu) （4）變速器： 有級變速器： 圖3-37 無級變速器： 摩擦傳動 功率20KW 鏈?zhǔn)?連桿脈動 （3）其它減速裝置：帶傳動、鏈傳動、摩擦傳動圖3-36 減速器示意圖圖3-37 齒輪變速器簡圖表中L為離合器，Z為制動器。“+”號表示接合狀態(tài)，“-”為松開狀態(tài)圖3-38 無級變速器示意圖表3-1 T38坦克行星變速器LZ1Z2Z3Z4Z-1傳動比1-+-10.242-+-4.083-+-2.544-+-1.65+-1