機械工程概論第2章-機械工程基礎課件

1、 第2章 機械工程基礎2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成2.2機器的結構2.3工程材料 2.4零件的種類及表面組成 2.5零件的互換性與公差2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成 所謂系統(tǒng),是指具有特定功能的、相互間具有一定聯(lián)系的許多要素構成的一個整體,即由兩個或兩個以上的要素組成的具有一定結構和特定功能的整體都是系統(tǒng)。 任何機械產(chǎn)品都是由若干個零、部件及裝置組成的一個特定系統(tǒng)。機械系統(tǒng)可能是一臺機器,如機床、紡織機、收割機等,系統(tǒng)中包含有能量的轉(zhuǎn)換、運動形式的轉(zhuǎn)換等;也可能是一臺設備,如化工容器、反應塔、變壓器等,系統(tǒng)中主要包含有能量、物料形態(tài)與性質(zhì)的轉(zhuǎn)變;還可能是一臺儀器,如應變儀、流量儀、振動試驗臺等,

2、主要包含了信息與信號的變換。2.1.1機械系統(tǒng)2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成機械系統(tǒng)不論在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防以及人們的日常生活中都無所不在。圖2-1所示為國產(chǎn)紅旗HQ3轎車,它既是一種典型的機械產(chǎn)品,也是一種典型的機械系統(tǒng)。由此我們可以知道機械系統(tǒng)應用的廣泛性。圖2-1國產(chǎn)紅旗HQ3轎車2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成1.機器的功能 任何一種產(chǎn)品的出現(xiàn)總是以社會需要為前提。無需要就無市場,產(chǎn)品也就喪失了存在的價值。所謂需要,即是功能的需要。所謂功能,是某種產(chǎn)品使用中表現(xiàn)出來的具體功用,它首先是以“功能”這個概念體現(xiàn)出來。1947年美國工程師L.D.麥爾斯(Miles)在他的價值工程一書中首先明確地指出

3、:“顧客購買的不是產(chǎn)品本身,而是產(chǎn)品所具有的功能”,這說明了功能是產(chǎn)品的核心和本質(zhì)。2.1.2機器的功能與性能2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成這句話在美國技術界經(jīng)過了足足30多年才被人們完全理解和接受。盡管如此,在20世紀60年代,歐、美各國先后開展的設計學研究中,仍把功能這一概念明確地作為設計學的一個基本概念,人們開始意識到,設計的最主要工作并不只是選用某種機械或設計某種結構,更重要的是要進行功能原理的構思。功能是系統(tǒng)必須實現(xiàn)的任務,每個系統(tǒng)都有自己的功能,如運輸工具的功能是運貨或運客,電動機的功能是能量轉(zhuǎn)換等。機器功能的分類如圖2-2所示。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成 在圖2-2所示的各功能中

4、,基本功能必須保證,且在設計中不能改變,附加功能可隨技術條件或結構方式的改變而取舍或改變,而非必要功能可能是設計者主觀加上去的,因此可有可無。由于機器的功能總是以成本為代價的,所以設計時應對機器需要哪些必要功能,去掉哪些非必要功能作出明確的決定。下面舉例來說明。圖2-2機器功能的分類2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成 圖2-3所示為一種全自動洗衣機的基本結構圖。該設備起動之后,就能自動完成從洗滌到甩干的全部工作,因此其功能可以歸納為以下4條:洗滌功能、漂洗功能、脫水功能和自動程序控制功能。另外,還有所謂附加功能。例如,設計全自動洗衣機時考慮增加對洗滌用水加熱的功能,以提高洗滌效果,這樣的功能應該稱為

5、“附加功能”。一般來講,附加功能不會影響產(chǎn)品的正常使用,但可以改善該產(chǎn)品的性能。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成圖2-3全自動洗衣機的基本結構2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成2. 機器的規(guī)格與性能產(chǎn)品的規(guī)格反映了該產(chǎn)品適合的工作能力與范圍。例如,同樣是載貨的汽車,重型車、中型車、輕型車、微型車之間差別很大。重型車可一次運載10t、20t或更重的貨物,而微型車最大載重一般不超過1t。因此,不同規(guī)格的汽車從汽車的體積、質(zhì)量、結構和價格上都不會相同。用戶購買機器設備時,必須首先明確該設備的規(guī)格和工作能力范圍,如果選擇的規(guī)格超過了使用需要,出現(xiàn)“大馬拉小車”的問題,必然會增加購置成本和使用成本;而選擇的規(guī)格小

6、于使用范圍,則有些工作不能在這臺設備上完成,這也會給用戶帶來損失。因此,要了解機器,就不要忽視它們在規(guī)格上的差異。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成產(chǎn)品的性能,粗略地說反映了產(chǎn)品的工作能力與工作質(zhì)量方面的差異,經(jīng)常用一系列技術指標將其表現(xiàn)出來。因此設備的規(guī)格其實也是工作能力的一種,機器工作時可以提供的功率、力、速度、尺寸范圍都反映了機器設備的工作能力。力、速度越大,一般機器設備的工作效率也越高。以汽車為例,除載重外,汽車的動力性(最高車速、最大爬坡度等)也是汽車工作能力的表現(xiàn)。工作質(zhì)量的內(nèi)容應視不同機械設備的要求而有不同。例如,反映汽車工作質(zhì)量的有平順性(乘坐舒適)、操縱穩(wěn)定性(便于操縱而不感到緊張

7、疲勞)、制動性(制動有效、不易跑偏以保證安全)、經(jīng)濟性(油耗少)等。而對于機床來說,加工零件的尺寸精確度及加工表面粗糙度則是反映機床工作質(zhì)量的重要指標。任何產(chǎn)品的生產(chǎn)按規(guī)定都有一定的質(zhì)量標準(國際標準、國家標準、企業(yè)標準),并有配套的統(tǒng)一檢驗方法。產(chǎn)品出廠時,必須通過該產(chǎn)品的質(zhì)量標準。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成 機器除了具有上述的功能以外,還應具有可靠性、安全性、經(jīng)濟性、造型、環(huán)境保護性等各種功能。各種機器實現(xiàn)其功能的性能要求大體可歸納為:運動要求,如速度、加速度、轉(zhuǎn)速、調(diào)速范圍、行程、運動軌跡以及運動的精確性等。動力要求,包括傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩、力、壓力等?？煽啃院蛪勖?包括機械和零部件

8、執(zhí)行功能的可靠性、零部件的耐磨性和使用壽命等。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成安全性要求,包括強度、剛度、熱力學性能、摩擦學特性、振動穩(wěn)定性、系統(tǒng)工作的安全性及操作人員的安全性等。體積和質(zhì)量要求,如尺寸、質(zhì)量、功率質(zhì)量比等。經(jīng)濟性要求,包括設計和制造的經(jīng)濟性、使用和維修的經(jīng)濟性等。環(huán)境保護要求,如噪聲、振動、防塵、防毒、“三廢”(廢氣、廢水和廢渣)的排放。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成產(chǎn)品造型要求,如外觀、色彩、裝飾、形體及比例、人機環(huán)境的協(xié)調(diào)性和宜人性等。其他要求,不同機械還可有一些特殊要求,如精密機械要求能長期保持其精度并有良好的防振性;經(jīng)常搬運的機械要求安裝、拆卸、運輸方便;戶外型機械要求良好

9、的防護性、耐蝕性和密封性;食品和藥品加工機械要求不污染被加工產(chǎn)品等。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成有人也許認為一臺機器設備的功能越多,給人們的使用帶來的好處也越多。但由于產(chǎn)品的功能又與技術、經(jīng)濟等因素密切相關,功能越多則產(chǎn)品越復雜、設計越困難,價格費用就越大,產(chǎn)品成本也就越高。而產(chǎn)品功能的減少又可能造成沒有市場,因此在確定產(chǎn)品功能時,應保證基本功能,滿足使用功能,剔除多余功能,增加新穎及外觀功能,而各種功能的最終取舍應按價值工程原理進行技術可行性分析來定奪。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成機器的種類是多種多樣的,其結構也不盡相同。但任何一種機器,從功能的角度來看都可以分為以下幾個部分,如圖2-4所示

10、。2.1.3機器的組成圖2-4機器的組成2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成1.動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)包括動力機及其配套裝置,是整個機器工作的動力源。按能量轉(zhuǎn)換性質(zhì)的不同,動力機可分為一次動力機和二次動力機。一次動力機是把自然界的能源(一次能源)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的機械,如內(nèi)燃機、汽輪機、燃氣輪機等,其中內(nèi)燃機廣泛用于各種車輛、船舶、農(nóng)業(yè)機械、工程機械等移動作業(yè)機械,汽輪機、燃氣輪機多用于大功率高速驅(qū)動的機械。以一次動力機為動力源的機器比較多,比如汽車、飛機、輪船、潛艇等。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成二次動力機是把二次能源(電能)或由電能產(chǎn)生的液壓能、氣壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的機械,如電動機、液壓馬達、氣動馬達等。

11、它們在各類機械中都有廣泛應用,其中尤以電動機應用更為普遍。比如,各種類型的機床、洗衣機、電風扇、水泵、油泵等,都是以二次動力機作為機器的動力源的。由于經(jīng)濟上的原因,動力機輸出的運動通常為轉(zhuǎn)動,而且轉(zhuǎn)速較高。選擇動力機時,應全面考慮現(xiàn)場的能源條件,按照執(zhí)行機構的動作要求、工作載荷等實際情況,來選擇動力機的類型和型號。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成2.傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)是把動力機的動力和運動傳遞給功能執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置,是連接動力系統(tǒng)和功能執(zhí)行系統(tǒng)的“橋梁”。每個功能執(zhí)行系統(tǒng)中執(zhí)行構件與動力機之間有一個傳動聯(lián)系,有時執(zhí)行機構與執(zhí)行構件之間也有傳動聯(lián)系。組成傳動聯(lián)系的一系列傳動件稱為傳動鏈。所有傳動鏈以

12、及它們之間的相互聯(lián)系組成傳動系統(tǒng)。機械的種類繁多,用途也各種各樣,因此各種機械的傳動系統(tǒng)千變?nèi)f化,但它們通常由下列幾個部分組成:變速裝置、起停和換向裝置、制動裝置及安全保護裝置等。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成傳動系統(tǒng)有下列主要功能:1)減速或增速。把動力機的速度降低或增高,以適應執(zhí)行系統(tǒng)工作的需要。 2)變速。當用動力機進行變速不經(jīng)濟、不可能或不能滿足要求時,通過傳動系統(tǒng)實行變速(有級或無級),以滿足執(zhí)行系統(tǒng)多種速度的要求。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成 3)改變運動規(guī)律或形式。把動力機輸出的均勻連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榘茨撤N規(guī)律變化的旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)、連續(xù)或間歇的運動,或改變運動方向,以滿足執(zhí)行系統(tǒng)的運

13、動要求。 4)傳遞動力。把動力機輸出的動力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng),供給執(zhí)行系統(tǒng)完成預定任務所需的功率、轉(zhuǎn)矩或力。傳動系統(tǒng)在滿足執(zhí)行系統(tǒng)上述要求的同時,應能適應動力機的機械特性。如果動力機的工作性能完全符合執(zhí)行系統(tǒng)工作的要求,傳動系統(tǒng)也可省略,可將動力機與執(zhí)行系統(tǒng)直接連接。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成執(zhí)行機構的作用是傳遞和變換運動與動力,即把傳動系統(tǒng)傳遞過來的運動與動力進行必要的轉(zhuǎn)換,以滿足執(zhí)行部件的要求。執(zhí)行機構的變換運動,就其變換形式來說,常見的有將轉(zhuǎn)動變換為移動或擺動,或反之。就變換的節(jié)拍來看,則可分為將連續(xù)運動變換為不同形式的連續(xù)運動或間歇運動。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成3.功能執(zhí)行系統(tǒng) 功能

14、執(zhí)行系統(tǒng)由執(zhí)行構件和與其相連的執(zhí)行機構組成,是直接完成機器本身所具有功能的部分,常出現(xiàn)在機械系統(tǒng)的末端,直接與作業(yè)對象接觸,如攪拌機的葉輪、洗衣機的波輪、割草機夾固刀片的夾持器、車床的刀架等。通過它們完成機器預定的功能,因此是直接影響機器工作質(zhì)量的重要部分。例如,為了提高洗衣機洗凈衣服的效果,對作為執(zhí)行構件的波輪,不同的廠家開發(fā)了“棒式波輪”“碟形波輪”“凸形波輪”“偏心波輪”等多種形式。機器人的執(zhí)行機構是抓取機構,為了能可靠抓起不同形狀的物體,抓取機構有各種結構形式。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成 功能執(zhí)行系統(tǒng)是在執(zhí)行構件和執(zhí)行機構協(xié)調(diào)工作下完成任務的。雖然工作任務多種多樣,但功能執(zhí)行系統(tǒng)的功

15、能歸納起來有以下幾種:夾持、搬運、輸送、分度與轉(zhuǎn)位、檢測、施力。根據(jù)機械系統(tǒng)工作要求,往往一個功能執(zhí)行系統(tǒng)需要具備多種功能要求。 功能執(zhí)行系統(tǒng)通常處在機械系統(tǒng)的末端,直接與作業(yè)對象接觸,其輸出也是機械系統(tǒng)的主要輸出。因此,功能執(zhí)行系統(tǒng)工作性能的好壞,直接影響整個系統(tǒng)的性能,除能滿足強度、剛度、壽命等要求外,還應充分注意其運動精度和動力學特性等要求。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成4.操作與控制系統(tǒng) 操作與控制系統(tǒng)是使動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、功能執(zhí)行系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)運行,并準確可靠地完成整機功能的裝置。它的功能是控制或操作上述各子系統(tǒng)的起動、離合、制動、變速、換向或各部件間運動的先后次序、運動軌跡及行程。此

16、外,還有控制換刀、測量、冷卻與潤滑的供應與停止工作等一系列動作。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)通常由接觸器、繼電器、按鈕開關、行程開關、電磁鐵等電器組成。而隨著計算機技術、微電子技術的發(fā)展,現(xiàn)代機械正朝著自動化、精密化、智能化的方向發(fā)展,計算機控制的機電產(chǎn)品從生產(chǎn)機械(如數(shù)控機床)到家用電器越來越普遍。因此控制系統(tǒng)在整臺機器設備中的作用顯得日益重要,在整機成本中的份額也越來越大。例如,圖2-3所示為全自動洗衣機中的程序控制器,早期的方案多用“機械定時器”作為該控制器的基本結構,而現(xiàn)在的洗衣機更多采用計算機(微處理器)作為控制的核心。另外,一些機器還具有其他一些系統(tǒng),如支承系統(tǒng),潤

17、滑、冷卻與密封系統(tǒng)等。2.1機械系統(tǒng)及其功能與組成根據(jù)上述方法,可以對自己家里的或熟悉的小機械、小電器產(chǎn)品進行分析,了解它們的性能和組成。同時我們也應知道機械產(chǎn)品的設計是根據(jù)產(chǎn)品功能要求來決定對各子系統(tǒng)的取舍,因此并不是機械系統(tǒng)中的所有子系統(tǒng)都必須存在于任何產(chǎn)品中。例如工程中,有些機械沒有傳動機構,而是由原動機直接驅(qū)動執(zhí)行機構,水力發(fā)電機組、電風扇、鼓風機以及一些用直流電動機驅(qū)動的機械,都沒有傳動機構。隨著電動機調(diào)速技術的發(fā)展,無傳動機構的機械有增加的趨勢。2.2機器的結構1.機器的表達在分析機器的組成時,常常需要用特定的符號、線條等圖形語言來表明機器內(nèi)部的構成及機構運動的傳遞情況,這樣的圖形

18、稱為機器的表達,簡稱機器簡圖或機構簡圖。在繪制機器簡圖時,不必嚴格地按比例確定機器中各組成部分或傳動機構的相對位置尺寸,只需將機器各部分的構成情況及運動的傳遞關系表示清楚即可。2.2.1機器的功能與結構的關系2.2機器的結構(2)含有一個移動副四桿機構的基本型含有一個移動副四桿機構的基本型為曲柄滑塊機構,可演化為轉(zhuǎn)動導桿機構、移動導桿機構、曲柄搖塊機構、擺動導桿機構。圖2-5b為曲柄滑塊機構的機構簡圖。(3)含有兩個移動副四桿機構的基本型含有兩個移動副四桿機構的基本型為正弦機構,可演化為正切機構、雙轉(zhuǎn)塊機構、雙滑塊機構。圖2-5c為正弦機構的機構簡圖。2.2機器的結構圖2-5四桿機構的基本型圖

19、2-6齒輪機構的基本型2.2機器的結構(5)錐齒輪傳動機構的基本型錐齒輪傳動機構的基本型為外嚙合直齒錐齒輪傳動機構,可演化為斜齒錐齒輪傳動機構和曲齒錐齒輪傳動機構。其基本型如圖2-6b所示。(6)蝸桿傳動機構的基本型蝸桿傳動機構的基本型為阿基米德圓柱蝸桿傳動機構,可演化為延伸漸開線圓柱蝸桿傳動機構、漸開線圓柱蝸桿傳動機構。其基本型如圖2-6c所示。(7)內(nèi)嚙合行星齒輪傳動機構的基本型內(nèi)嚙合行星齒輪傳動機構的基本型是指漸開線圓柱齒輪少齒差行星傳動機構,可演化為擺線針輪傳動機構、諧波傳動機構、內(nèi)平動齒輪傳動機構、活齒傳動機構。其基本型如圖2-6d所示。2.2機器的結構(10)直動從動件圓柱凸輪機構

20、的基本型直動從動件圓柱凸輪機構的基本型主要指直動滾子從動件圓柱凸輪機構。其基本型如圖2-8a所示。(11)擺動從動件圓柱凸輪機構的基本型擺動從動件圓柱凸輪機構的基本型主要指擺動滾子從動件圓柱凸輪機構。其基本型如圖2-8b所示。2.2機器的結構圖2-7平面凸輪機構的基本型a)直動從動件平面凸輪機構b)擺動從動件平面凸輪機構 圖2-8圓柱凸輪機構的基本型a)直動從動件圓柱凸輪機構b)擺動從動件圓柱凸輪機構2.2機器的結構(12)帶傳動機構的基本型帶傳動機構的基本型是指平帶傳動機構,可演化為V帶傳動機構、圓帶傳動機構、活絡V帶傳動機構、同步齒形帶傳動機構。其基本型如圖2-9a所示。(13)鏈傳動機構

21、的基本型鏈傳動機構的基本型是指套筒滾子鏈條傳動機構,可演化為多排套筒滾子鏈條傳動機構、齒形鏈條傳動機構。其基本型如圖2-9b所示。2.2機器的結構(14)液壓、氣壓傳動機構的基本型液壓、氣壓傳動機構的基本型是指缸體不動的液壓缸和氣動缸,它們可轉(zhuǎn)化為擺動缸。液壓傳動機構的基本型如圖2-10所示。圖2-9帶、鏈傳動機構的基本型a)帶傳動b)鏈傳動圖2-10液壓傳動機構的基本型2.2機器的結構(15)螺旋傳動機構的基本型 螺旋傳動機構的基本型是指三角形螺旋傳動機構,可演化為梯形螺旋傳動機構、矩形螺旋傳動機構、滾珠絲杠傳動機構。其基本型如圖2-11所示。(16)電磁傳動機構的基本型電磁傳動機構的基本型

22、如圖2-12所示。電磁傳動機構的基本型廣泛應用在開關電路中。2.2機器的結構圖2-11螺旋傳動機構的基本型圖2-12電磁傳動機構的基本型2.2機器的結構(17)間歇運動機構的基本型 間歇運動機構的基本型有外棘輪機構、外槽輪機構。圖2-13a所示為外棘輪機構的基本型,圖2-13b所示為外槽輪機構的基本型。圖2-13間歇運動機構的基本型a)外棘輪機構b)外槽輪機構2.2機器的結構3.機構的組合單一的機構經(jīng)常不能滿足不同的工作需要。把一些基本機構通過適當?shù)姆绞竭B接起來,從而組成一個機構系統(tǒng),稱之為機構的組合。在機構的組合系統(tǒng)中,各基本機構都保持原來的結構和運動特性,都有自己的獨立性。在機械運動系統(tǒng)中

23、,機構的組合系統(tǒng)應用很多。圖2-14所示為機構組合的應用實例。2.2機器的結構如圖2-14所示,鉸鏈四桿機構ABCD與曲柄滑塊機構DEF串聯(lián)在一起,前者的輸出構件CD桿與后者的輸入構件DE桿連接在一起,二者均保持自己的特性。不同機構串聯(lián)的機械運動系統(tǒng)應用非常廣泛。由于機構組合系統(tǒng)中的各機構均保持其原來的特性,機構的分析和設計方法仍然適合機構組合系統(tǒng)中的各個機構。圖2-14機構的組合系統(tǒng)2.2機器的結構機械的主要特征就是要有運動的變換和傳遞,沒有運動的裝置不是機械?？梢姍C械的本質(zhì)離不開機械運動。盡管機械中的傳動機構、工作執(zhí)行機構的種類很多,但其運動形式卻是有限的。因此,了解基本的運動形式及其實現(xiàn)

24、方法將為機械創(chuàng)新設計提供良好的基礎,有助于增強以知識為核心的潛創(chuàng)造力。2.2.2機械運動形態(tài)與變換2.2機器的結構 機械是通過機械運動來實現(xiàn)某種動作從而達到預定目的的。而組成機械運動的運動形態(tài)只有定軸轉(zhuǎn)動(含擺動和間歇轉(zhuǎn)動)、往復移動及平面運動三種。實現(xiàn)這三種基本運動形態(tài)的機構種類有很多,它們起到變換運動形式、變換運動速度、傳遞運動、合成及分解運動的作用。這里的機構指廣義機構,它們能實現(xiàn)各種不同的運動形態(tài)。 因機械中的原動機大多是電動機或內(nèi)燃機,它們的輸出均是定軸轉(zhuǎn)動,故以定軸轉(zhuǎn)動為基本運動形式的變換最為常用。2.2機器的結構 1.連續(xù)轉(zhuǎn)動到連續(xù)轉(zhuǎn)動的運動變換與實現(xiàn)機構 轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)動的運動變換是

25、機械中最常見的運動形式,用于運動、動力的傳遞和速度的變換。能實現(xiàn)這種運動形式變換的機構有齒輪機構、摩擦輪傳動機構、瞬心線機構、連桿機構、帶傳動機構、鏈傳動機構、繩索傳動機構、液力傳動機構、鋼絲軟軸傳動機構等。(1)齒輪傳動機構由于機械中作為原動機的電動機或內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速較高,而工作機構的速度一般較低,為協(xié)調(diào)原動機和執(zhí)行機構之間的運動關系,齒輪傳動機構成為機械中應用最廣泛的傳動機構,用于運動、速度的變換并傳遞動力。它常用于各種減速器、汽車變速箱和各種機床中。2.2機器的結構齒輪傳動是兩齒輪輪齒之間直接接觸的嚙合傳動。它可以傳遞平行軸和交叉軸之間的運動和動力。齒輪傳動與其他傳動形式(如帶傳動、鏈傳動)

26、相比,具有如下優(yōu)點:能保證瞬時傳動比恒定不變,傳動效率高,允許的載荷大,結構緊湊,工作可靠且使用壽命長。齒輪傳動的主要缺點是:對齒輪的制造和安裝精度要求較高,因此成本高;當兩軸之間距離較大時,不宜采用齒輪傳動。齒輪傳動機構的類型很多,如圓柱齒輪傳動機構、錐齒輪傳動機構等,其形式如圖2-15和圖2-16a、b、c所示。2.2機器的結構圖2-15典型的齒輪傳動機構示意圖2.2機器的結構圖2-16齒輪傳動機構和蝸桿傳動機構a)外嚙合圓柱齒輪機構b)內(nèi)嚙合圓柱齒輪機構c)錐齒輪機構d)蝸桿傳動機構2.2機器的結構(2)蝸桿傳動機構蝸桿傳動機構主要由蝸桿和蝸輪組成。蝸桿傳動機構是用來傳遞兩空間相錯90軸

27、之間的運動和動力的,在傳動過程中,通常蝸桿是主動的,蝸輪是被動的。就工作原理來講,蝸桿傳動是通過蝸桿和蝸輪輪齒的直接接觸進行的嚙合傳動。其優(yōu)點是可以獲得較大的降速比,且結構緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲小,但是它的傳動效率低,在工作時需要良好的滑潤。其基本型如圖2-16d所示。2.2機器的結構(3)帶傳動機構帶傳動機構如圖2-17所示。帶傳動分為平帶傳動、圓帶傳動、V帶傳動、同步帶傳動等多種形式。其中平帶傳動和圓帶傳動可交叉安裝,實現(xiàn)反向傳動,如圖2-17c所示。圖2-17b中傳動帶下方的小輪為張緊輪。帶傳動的優(yōu)點:結構簡單,成本低廉;由于傳動帶具有良好的彈性,所以能緩和沖擊,減輕振動;由于是摩擦傳動,

28、過載時傳動帶在帶輪上打滑,因而又可以防止機器損壞。帶傳動適用于主動軸和從動軸間中心距較大的傳動。但帶傳動不能保證準確的傳動比,并且摩擦損失大,傳動效率較低,外廓尺寸也較大。2.2機器的結構(4)鏈傳動機構如圖2-18所示,鏈傳動機構由主動鏈輪、從動鏈輪和鏈條組成,在傳動過程中通過鏈條的鏈節(jié)與鏈輪上的輪齒相嚙合來傳遞兩平行軸間的運動和動力,因此鏈傳動是一種依靠中間撓性件(鏈條)的嚙合運動。由于鏈傳動是嚙合傳動,所以它可以保證傳動過程中的平均傳動比不變。但鏈傳動的瞬時傳動比是變化的,因此在鏈傳動中存在沖擊、振動和噪聲。2.2機器的結構圖2-17帶傳動機構簡圖a)普通帶傳動機構b)含有張緊輪的帶傳動

29、c)交叉安裝的帶傳動1主動輪2從動輪3傳動帶圖2-18鏈傳動2.2機器的結構(5)繩索傳動機構除具有帶傳動的功能外,繩索傳動機構還具有獨特的作用:由于一輪纏繞,另一輪退繞,所以兩輪中間可有多個中間輪。但不能傳遞較大的載荷。圖2-19所示為繩索傳動示意圖。(6)液力傳動液力傳動利用液體的動能把主動輪的轉(zhuǎn)動傳遞到從動輪。在以內(nèi)燃機為原動機的車輛中常使用液力傳動裝置。在圖2-20a所示的液力耦合器中,殼體3內(nèi)充滿油液,主動輪1的轉(zhuǎn)動帶動油液隨之轉(zhuǎn)動,從而驅(qū)動從動輪2轉(zhuǎn)動。2.2機器的結構圖2-19繩索傳動示意圖圖2-20液力耦合器與鋼絲軟軸傳動機構示意圖a)液力耦合器b)鋼絲軟軸傳動機構1主動輪2從

30、動輪3殼體4動力源5、6接頭7被驅(qū)動裝置8軟軸2.2機器的結構(7)鋼絲軟軸傳動機構鋼絲軟軸的內(nèi)部由鋼絲分多層纏繞而成。由于用軟軸相連接,主、從動件的位置具有隨意性。圖2-20b所示為鋼絲軟軸傳動機構。(8)瞬心線機構瞬心線機構種類很多,這里僅列舉兩種瞬心線機構。圖2-21a所示為橢圓形瞬心線機構。圖2-21b所示為四葉卵形瞬心線機構。瞬心線機構可以實現(xiàn)連續(xù)的、周期性的變速轉(zhuǎn)動輸出。2.2機器的結構(9)連桿機構能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)動運動變換的連桿機構有雙曲柄機構、平行四邊形機構、轉(zhuǎn)動導桿機構及雙轉(zhuǎn)塊機構等。圖2-22a所示為雙曲柄機構,其傳動比為變量。圖2-22b所示為平行四邊形機構,可實現(xiàn)等速輸

31、出。圖2-22c所示為轉(zhuǎn)動導桿機構,圖2-22d所示為雙轉(zhuǎn)塊機構。雙曲柄機構、轉(zhuǎn)動導桿機構都有運動急回特征,在要求有周期性快、慢動作的機械中有廣泛應用。2.2機器的結構圖2-21瞬心線機構a)橢圓形瞬心線機構b)四葉卵形瞬心線機構圖2-22實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動的連桿機構a)雙曲柄機構b)平行四邊形機構c)轉(zhuǎn)動導桿機構d)雙轉(zhuǎn)塊機構2.2機器的結構(10)萬向聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器實際上是一種空間連桿機構,可分為單萬向聯(lián)軸器和雙萬向聯(lián)軸器。單萬向聯(lián)軸器提供變速轉(zhuǎn)動,雙萬向聯(lián)軸器提供等速轉(zhuǎn)動。萬向聯(lián)軸器廣泛應用在不同軸線的傳動機構中。圖2-23a所示為單萬向聯(lián)軸器,圖2-23b所示為雙萬向聯(lián)軸器。2.2機器的結

32、構圖2-23萬向聯(lián)軸器示意圖a)單萬向聯(lián)軸器b)雙萬向聯(lián)軸器2.2機器的結構 2.連續(xù)轉(zhuǎn)動到間歇運動的變換與實現(xiàn)機構在生產(chǎn)中,某些機構常需要時動時停的間歇運動。如刨床中的進給運動,自動機床中的進給送料、刀架轉(zhuǎn)位、成品輸送等運動都是間歇性的。因此,就需將電動機輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成間歇運動。完成這種運動的機構很多,常見的轉(zhuǎn)換機構有棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構、分度凸輪機構等。下面介紹兩種主要的間歇運動機構。2.2機器的結構(1)槽輪機構如圖2-24所示的槽輪機構,又稱馬氏機構,在自動機械中應用廣泛。槽輪機構由裝有圓柱撥銷的撥盤1和具有徑向槽的槽輪2以及機架組成。撥盤是主動件,做勻速轉(zhuǎn)動。槽輪

33、是從動件,時而轉(zhuǎn)動時而靜止,做間歇運動。當撥盤上的圓柱撥銷進入槽輪2的開口槽中時,撥盤1上的定位圓盤外凸圓弧面與槽輪的內(nèi)凹圓弧面開始脫離接觸,撥盤通過圓柱銷驅(qū)使槽輪轉(zhuǎn)動。當撥盤和槽輪各自轉(zhuǎn)過一定的角度后,圓柱銷與槽輪的開口槽分開,而撥盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動。這時槽輪的內(nèi)凹圓弧面被撥盤上的定位外凸圓弧面卡住,故槽輪靜止不動。當撥盤再繼續(xù)回轉(zhuǎn)一定的角度,圓柱銷即進入槽輪的另一個開口槽中,再次驅(qū)使槽輪轉(zhuǎn)動。這樣周而復始,槽輪便獲得單向的間歇傳動。2.2機器的結構(2)棘輪機構棘輪機構主要由棘輪、棘爪和機架所組成,如圖2-25所示。棘輪2固連在傳動軸4上,其輪齒分布在輪的外緣(也可分布在內(nèi)緣或端面),原動件搖桿1

34、空套在傳動軸4上。當搖桿1逆時針方向擺動時,與它相連的驅(qū)動棘爪3便借助彈簧或自重的作用插入棘輪的齒槽內(nèi),使棘輪隨著轉(zhuǎn)過一定的角度。當搖桿1順時針方向擺動時,驅(qū)動棘爪3便在棘輪齒背上滑過。這時,簧片6迫使制動棘爪5插入棘輪的齒槽,阻止棘輪順時針方向轉(zhuǎn)動,故棘輪靜止不動。當原動件連續(xù)地往復擺動時,棘輪做單向的間歇運動。棘輪機構的優(yōu)點是:結構簡單、制造方便、運動可靠、轉(zhuǎn)角可調(diào);缺點是:工作時有較大的沖擊和噪聲,運動精度較差,適用于速度較低和載荷不大的場合。2.2機器的結構圖2-24槽輪機構1撥盤2槽輪圖2-25棘輪機構1搖桿2棘輪3驅(qū)動棘爪4傳動軸5制動棘爪6簧片圖2-26起重設備中的棘輪制動器1棘

35、輪2棘爪3機架4卷筒2.2機器的結構棘輪機構應用廣泛。例如圖2-26所示起重設備中的棘輪制動器,在提升重物時,與棘輪連接在一起的卷筒逆時針轉(zhuǎn)動,繞在卷筒上的鋼絲繩把重物W向上提起。此時固定在機架3上的棘爪2在棘輪1的齒背上滑過。當需要該重物停在某一位置時,在重力W作用下,棘輪順時針方向轉(zhuǎn)動,此時棘爪將及時插入棘輪的相應齒槽中,實現(xiàn)了制動并防止重物下落。2.2機器的結構 3.連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復擺動的運動變換與實現(xiàn)機構機器的工作機構部分是往復擺動的例子也是比較多的。實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復擺動的運動變換機構主要有曲柄搖桿機構、曲柄搖塊機構、擺動導桿機構、擺動從動件凸輪機構等。圖2-27為其簡圖,對其進行結構

36、設計后,可得到多種執(zhí)行機構。圖2-28所示的顎式破碎機是一個曲柄搖桿機構,運動由電動機(圖中未畫出)傳給帶輪5,帶動與帶輪固聯(lián)在一起的偏心軸2繞回轉(zhuǎn)中心A旋轉(zhuǎn),偏心軸2帶動動顎3運動。2.2機器的結構圖2-27轉(zhuǎn)動到擺動變換的機構示意圖a)曲柄搖桿機構b)曲柄搖塊機構c)擺動導桿機構d)擺動從動件凸輪機構e)擺動從動件圓柱凸輪機構2.2機器的結構顎式破碎機是一個由機架1、主動件偏心軸2、從動件動顎3和肘板4組成的曲柄搖桿機構,當曲柄2為主動件時,曲柄2轉(zhuǎn)一周,可使搖桿3往復搖動1次,即將原動機輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動變成了工作機的往復擺動。顎式破碎機簡圖如圖2-29所示。2.2機器的結構圖2-28顎式破

37、碎機1機架2偏心軸3動顎4肘板 5帶輪圖2-29顎式破碎機簡圖1機架2曲柄3搖桿4擺桿2.2機器的結構 4.連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復直線移動的運動變換與實現(xiàn)機構有很多機器都是以電動機作動力源的,而電動機輸出的運動形式是連續(xù)的轉(zhuǎn)動,當執(zhí)行機構要求作直線運動時,這就需要將轉(zhuǎn)動變成直線運動。如圖2-30所示,實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復直線移動的運動變換機構有曲柄滑塊機構、凸輪機構、帶或鏈傳動機構、正弦機構、齒輪齒條傳動機構、螺旋傳動機構以及一些機構的組合等。2.2機器的結構圖2-30連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復移動的運動變換機構a)、b)曲柄滑塊機構c)凸輪機構d)帶或鏈傳動機構e)正弦機構f)齒輪齒條傳動機構g)螺旋傳動機構h)

38、組合機構2.2機器的結構(1)螺旋傳動機構如圖2-30g所示螺旋傳動機構由螺桿(也稱絲桿或螺旋)和螺母組成,螺桿置于螺母中。當轉(zhuǎn)動螺桿時,螺桿上的螺旋沿著螺母的螺旋槽運動,從而將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線移動,同時傳遞運動及動力。螺旋傳動按其用途可分為三類:1)傳力螺旋。傳力螺旋以傳遞動力為主,通常的緊固螺釘、螺母屬于這一種。它要求用較小的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動螺旋(或螺母),從而使螺母(或螺旋)產(chǎn)生軸向運動和較大的軸向力,這個軸向力可以把兩個物體牢固地連接在一起,也可以用來做各種施力的工作,如圖2-31所示的千斤頂和壓力機都是傳力螺旋。2.2機器的結構2)傳導螺旋。傳導螺旋以傳遞運動為主,要求具有較高的運動精度,

39、如機床刀架或工作臺的進給機構。3)調(diào)整螺旋。調(diào)整螺旋用以調(diào)整移動構件和固定零部件間的相對位置,如車床尾座螺旋、螺旋測微器(圖2-32)等。2.2機器的結構圖2-31傳力螺旋a)千斤頂b)壓力機1轉(zhuǎn)矩2抗力3位移方向圖2-32螺旋測微器2.2機器的結構(2)齒輪齒條傳動機構齒輪齒條傳動機構由齒輪與齒條組成,當齒輪為主動件時,它可以將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動,如臺式鉆床鉆頭的軸向進給機構。(3)凸輪機構凸輪機構由凸輪、從動件和支持整個機構的機架三個主要部分組成。一般凸輪作勻速回轉(zhuǎn)運動,通過它特定的形狀輪廓與從動件相接觸,使從動件實現(xiàn)某種預定規(guī)律的運動。圖2-33所示為自動上料凸輪機構。當具有凹槽的凸輪

40、1轉(zhuǎn)動時,通過槽中滾子3使從動件2往復運動,凸輪轉(zhuǎn)一圈,從動件推送一個工件4到工作位置。2.2機器的結構(4)曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構由曲柄、連桿、滑塊以及機架組成。當曲柄為主動件作勻速轉(zhuǎn)動時,可通過連桿,使滑塊做往復的直線運動。由于曲柄滑塊機構結構簡單、制造方便、滑塊行程準確,因此,它在生產(chǎn)中得到廣泛的應用。如圖2-34所示的搓絲機曲柄滑塊機構就是這種機構應用的實例之一。2.2機器的結構圖2-33自動上料凸輪機構1凸輪2從動件3滾子4工件圖2-34搓絲機曲柄滑塊機構1曲柄2連桿3滑塊(活動搓絲板)4固定搓絲板2.2機器的結構5.直線移動轉(zhuǎn)換為直線移動的運動變換與實現(xiàn)機構直線移動轉(zhuǎn)換為直線移動

41、的機構大多采用液壓機構,用在送料、夾緊等裝置中。各類液壓閥芯、電磁閥芯機構也采用了直線移動到直線移動的運動變換,斜面機構、具有兩個移動副的連桿機構、移動凸輪機構、直線電動機等有時也可以應用于此。最常用的直線運動變換機構如圖2-35所示。2.2機器的結構圖2-35直線移動轉(zhuǎn)換為直線移動的變換機構a)液壓缸b)連桿機構c)斜面機構d)移動凸輪機構2.2機器的結構6.直線移動轉(zhuǎn)換為定軸轉(zhuǎn)動或往復擺動的運動變換與實現(xiàn)機構直線移動轉(zhuǎn)換為定軸轉(zhuǎn)動的最典型機構就是內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構。以齒條為主動件的齒輪齒條機構也能實現(xiàn)這種運動變換。直線移動轉(zhuǎn)換為往復擺動的機構主要用在開關機構或微調(diào)機構中,如圖2-36所

42、示。能實現(xiàn)各種運動變換的機構種類很多,本節(jié)只介紹了一些常見的機構,一些新機構往往是在一些基本機構的基礎上進行了演化與變異,進而完成機械創(chuàng)新的目標。2.2機器的結構圖2-36直線到擺線的運動變換機構a)擺臂移動凸輪機構b)直線螺旋到擺動的轉(zhuǎn)換機構2.2機器的結構2.2.3機、電、液機構組合的運動與控制 隨著科學技術的飛速發(fā)展,機械的構成也發(fā)生了很大的變化?，F(xiàn)代機械已不再是純機械系統(tǒng),集機、電、液一體化的產(chǎn)品越來越多,機、光、電、液、傳感器與微機控制的智能化機械顯示出強大的生命力。因此,簡要了解有關機、電、液機構組合的運動形態(tài)對設計更加先進的產(chǎn)品有很大的幫助。1.機、液機構組合的運動形態(tài)機、液機構

43、組合主要是液壓缸系統(tǒng)與連桿機構系統(tǒng)的組合,可滿足執(zhí)行機構的位置、行程、擺角、速度及復雜運動規(guī)律等多方面的工作要求,在機械、冶金、礦山、建筑、輕工、交通運輸、國防等領域得到廣泛的應用。(1)機、液機構組合的基本型機、液機構組合中,液壓缸2.2機器的結構一般是主動件,并驅(qū)動各種連桿機構完成預定的動作。其基本型有圖2-37a所示的單出桿固定缸、圖2-37b所示的雙出桿固定缸以及圖2-37c所示的擺動缸三種。單出桿固定缸提供絕對移動,常用在夾緊、定位與送料裝置中,雙出桿固定缸常用在機床工作臺的往復移動裝置中,擺動缸在工程機械、交通運輸機械等許多領域中都有廣泛的應用。圖2-37機、液機構組合的基本型a)

44、單出桿固定缸b)雙出桿固定缸c)擺動缸2.2機器的結構(2)機、液機構組合的常見運動形式由于液壓傳動可以容易地實現(xiàn)順序動作、換向動作、速度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)與壓力保持等多種復雜的工作,而且容易實現(xiàn)自動控制,所以機、液一體化的機械正在迅速發(fā)展。1)固定液壓缸式機構。單出桿固定缸可直接應用于夾緊、送料、進給等工作,實現(xiàn)移動到移動的運動變換,也可和連桿機構組合,實現(xiàn)移動到擺動的運動變換。 單出桿固定缸和連桿機構組合的應用實例很多。一般情況下,單出桿固定缸驅(qū)動連桿機構中的移動構件。圖2-38a所示為驅(qū)動機器人升降工作示意圖,圖2-38b所示為驅(qū)動機械手夾持機構示意圖。圖2-39所示的液壓挖掘機有三個液壓缸

45、共同完成鏟斗的挖掘動作,控制三個液壓缸的不同位置,可完成不同的挖掘任務。2.2機器的結構2)擺動液壓缸式機構。擺動液壓缸式機構與連桿機構的組合中,活塞相對于缸體的移動轉(zhuǎn)換為從動構件的擺動和缸體本身的擺動?？刂苹钊南鄬σ苿铀俣群鸵簤焊字械膲毫?可達到控制機械運動和動力的目的。在圖2-40a中,機器人的擺動缸驅(qū)動手臂繞A點做旋轉(zhuǎn)運動,控制手臂的俯仰。圖2-40b所示飛機起落架中,擺動缸驅(qū)動連桿機構ABCD圖2-38固定液壓缸式機構應用實例a)驅(qū)動機器人升降工作示意圖b)驅(qū)動機械手夾持機構示意圖2.2機器的結構中的AB桿,從而實現(xiàn)起落架的收起和放下。有些機械中,可設置多個擺動缸驅(qū)動多個擺臂,完成復

46、雜的運動。(3)機、液機構的控制系統(tǒng)機、液機構中,通常是液壓元件為動力元件和控制元件,其控制方法有手動、機動和微機控制。圖2-39三缸液壓挖掘機示意圖2.2機器的結構1)手動控制。手動控制主要指利用換向閥和流量閥的手工操作,實現(xiàn)機械位置與速度的控制。2)機動控制。機械的往復運動使用機動控制換向閥更為方便,而用手工控制流量閥來達到調(diào)速的目的,可提高工作效率。3)微機控制。液壓閥芯的動作可由電磁力通電與斷電的方式來控制,這給實施微機控制提供了很大的方便。不同閥的順序動作可用延時軟件或硬件來實現(xiàn)。圖2-40擺動液壓缸式機構示意圖a)機器人手臂b)飛機起落架2.2機器的結構2.電磁機構 電磁機構可用于

47、開關機構、電磁振動機構等電動機械中,如電動按摩器、電動理發(fā)器、電動剃須刀中,都廣泛應用了電磁機構。其工作原理是利用電磁效應產(chǎn)生的磁力來完成機械運動。在圖2-41a所示的電動錘機構中,利用兩個線圈1、2的交變磁化,使錘頭3產(chǎn)生往復直線運動。圖2-41b所示機構為電磁開關,電磁鐵4通電后,吸合桿5接通電路開關6;斷電后,吸合桿5在返位彈簧7作用下,脫離電磁鐵,電路斷開。 反電磁機構利用機械運動的切割磁力線作用產(chǎn)生電信號,對電信號進行處理后可判斷機械振動位移大小和頻率。 反電磁機構多用于磁電式位移或速度傳感器中。 電磁機構的運動形態(tài)變換為電磁機械運動。2.2機器的結構2.2.4機械運動與控制 機械的

48、運動形態(tài)由機械的組成形式和機械的控制方式所決定。如鼓風機之類的機械僅需單向轉(zhuǎn)動,并有調(diào)速要求。車床主軸的轉(zhuǎn)動不但有調(diào)速要求,還有正、反轉(zhuǎn)的要求,其轉(zhuǎn)向的改變是靠改變電動機的轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)的。而牛頭刨床、壓力機等的換向不是靠電動機,而是靠機械組成的特性來實現(xiàn)的。還有的機械運動位置是通過限位開關和圖2-41電磁機構a)電動錘機構b)電磁開關1、2線圈3錘頭4電磁鐵5吸合桿6電路開關7返位彈簧2.2機器的結構各類傳感器來控制電動機轉(zhuǎn)向而實現(xiàn)的。液壓傳動則通過換向閥或調(diào)速閥改變其運動形態(tài)。特別是現(xiàn)代機械,其機械運動形態(tài)的改變與控制方法的關系更為密切。本節(jié)內(nèi)容主要介紹機械運動與控制形式的基本知識。1.機械運

49、動的換向與控制要求不斷改變機械運動方向的機械很多,如各種車輛的前進與后退、旋轉(zhuǎn)機械的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)等。(1)旋轉(zhuǎn)運動的換向與控制旋轉(zhuǎn)運動的換向是工程中常見的運動變換,很多機器都有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或正向轉(zhuǎn)過某一角度再反向轉(zhuǎn)過某一角度的要求。旋轉(zhuǎn)運動的換向方式主要有如下幾種:1)改變電動機轉(zhuǎn)向。改變電動機的轉(zhuǎn)向使機械換向是一種最常用的簡單易行的換向方法。2.2機器的結構2)限位開關換向。限位開關換向是常用的控制換向方法。限位開關的種類很多,有機械式開關、光電式開關、磁開關等。對于液壓傳動,通過限位開關控制電磁換向閥線圈的通電與斷電,改變液流的方向而達到旋轉(zhuǎn)液壓缸換向的目的。利用機動換向閥也可達到換向的目的。

50、3)介輪換向。在齒輪傳動中常采用介輪換向,汽車的前進與倒退運動就是利用變速箱中的介輪來實現(xiàn)的。圖2-42所示為介輪換向示意圖。在圖2-42a中,齒輪嚙合路線是齒輪1、2、3、4,有兩個介輪參與嚙合,輪1、輪4同向運動。在圖2-42b中,嚙合路線是齒輪1、3、4,有一個介輪參與嚙合,輪1、輪4反向運轉(zhuǎn)。圖2-42介輪換向示意圖2.2機器的結構4)棘輪換向。利用改變棘爪的方向帶動棘輪換向在牛頭刨床的進給系統(tǒng)中有廣泛的應用。圖2-43為棘輪換向示意圖。在圖2-43a中,棘爪帶動棘輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)。在圖2-43b中,棘爪帶動棘輪順時針方向旋轉(zhuǎn)。5)摩擦輪換向。在圖2-44中,控制摩擦輪A、B在軸上的滑

51、動位置,利用摩擦輪A與C、B與C的交替接觸,實現(xiàn)C輪的正反轉(zhuǎn),完成螺旋D的往復移動。該機構廣泛應用在摩擦壓力機上。(2)直線移動的換向與控制要求往復直線移動的機械種類很多,內(nèi)燃機、壓縮機的活塞運動,刨床、插床的刀具運動,推拉電動大門的啟閉運動,機床工作臺的運動等均需要往復的直線移動。直線移動的換向方法主要有以下幾種:2.2機器的結構1)改變電動機轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)往復的直線移動。利用直線電動機可直接完成直線運動,其換向控制方法同轉(zhuǎn)動電動機。圖2-45a為推拉式電動大門開啟閉合示意圖。電動機正反轉(zhuǎn),經(jīng)齒輪驅(qū)動固定在大門上的齒條,使大門往復移動。圖2-45b為電動感應推拉門示意圖,兩扇門固定在帶的上下兩側

52、,利用電動機的正反轉(zhuǎn)和上下傳動帶的反向運動完成門的開啟與關閉動作。圖2-43棘輪換向示意圖a)逆時針方向旋轉(zhuǎn)b)順時針方向旋轉(zhuǎn)圖2-44摩擦輪換向2.2機器的結構2)液壓換向。在液壓傳動中,改變液流方向可實現(xiàn)液壓缸的往復直線運動。其移動的距離、移動速度、移動過程中所克服的阻力都可以進行調(diào)節(jié)。近幾年來,利用定時軟件控制電動機的運轉(zhuǎn)時間和方向,在機電一體化機械中的應用日漸普及。3)自動換向機構。自動進行往復直線移動的換向機構種類主要有曲柄滑塊機構、正弦機構、雙滑塊機構、直動凸輪機構以及一些特殊設計的機構等,這些機構的特點是圖2-45電動大門開啟閉合示意圖a)推拉式電動大門啟閉示意圖b)電動感應推拉

53、門示意圖2.2機器的結構主動件連續(xù)轉(zhuǎn)動,從動件做往復直線移動。圖2-46a中,曲柄轉(zhuǎn)過一周,滑塊往復移動一次。圖2-46b所示的雙滑塊機構中,曲柄轉(zhuǎn)過一周,兩滑塊各往復移動兩倍曲柄的長度。圖2-46c所示凸輪機構中,凸輪轉(zhuǎn)動一周,從動件往復移動一次。2.機械運動的調(diào)速與控制在一般情況下,機械中的工作機轉(zhuǎn)速不等于原動機轉(zhuǎn)速,所以很多機械都需要協(xié)調(diào)原動機和工作機之間速度的裝置。圖2-46自動移動換向機構a)曲柄滑塊機構b)雙滑塊機構c)凸輪機構2.2機器的結構用于降低速度增大轉(zhuǎn)矩的裝置,稱之為減速器。在特殊場合,也有用來增速的裝置,稱之為增速器。需要不斷變換速度的裝置稱之為變速器。根據(jù)傳動比和工作

54、條件的不同,常用的減速方式有許多種,以下介紹幾種最基本的減、變速方式。1)調(diào)速電動機。改變電動機的工作速度,使電動機能在低速大轉(zhuǎn)矩的條件下工作,是最理想的調(diào)速方式,目前發(fā)展很快。2)齒輪減速器。齒輪減速器的特點是傳動效率高、使用壽命長、工作可靠性好、維護簡便、制造成本低,因而得到廣泛應用。其產(chǎn)品已標準化、系列化,設計時可直接選用。3)其他減速裝置。各類帶傳動、鏈傳動、摩擦傳動都可起到減速作用。帶傳動、鏈傳動多用在傳動比不大、中心距2.2機器的結構較大的場合。4)變速器。變速器可分為有級變速器和無級變速器。有級變速器主要是通過控制不同齒輪的嚙合來實現(xiàn)的。目前的無級變速器大都通過摩擦傳動來實現(xiàn),因

55、此不能傳遞過大的功率(20kW)。此外還有鏈式無級變速器、連桿式脈動無級變速器等多種其他形式的變速器。3.機械運動的離合與控制 機械中,有時需要在不停止原動機運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下,暫時中止執(zhí)行機構的工作。因此,離合器在機械中得到廣泛的應用。離合器的種類也有很多,但常用的離合器主要有手動離合器和電磁離合器。常用離合器示意圖如圖2-47所示,圖2-47a所示為兩端面有牙的壓嵌式離合器,移動它的右半部,可實現(xiàn)運動的分離或接合。圖2-47b所示為多片式2.2機器的結構摩擦離合器,移動其右半部的滑環(huán),可使摩擦片壓緊或脫開,從而實現(xiàn)運動的分離或接合。圖2-47c所示為電磁離合器,空套在軸上的左半部的線圈通電后,可

56、吸住右半部上的銜鐵,實現(xiàn)運動的接合,反之則脫開。4.機械運動的制動與控制 為縮短機械的停車時間,許多機械中都有制動器。制動器的種類有機械式制動器、電磁式制動器、液壓制動器、圖2-47離合器示意圖a)壓嵌式離合器b)多片式摩擦離合器c)電磁離合器2.2機器的結構、液力制動器、氣動制動器等多種類型。機械式制動器中,還可分為摩擦式、楔塊式、杠桿式、棘輪式等多種。圖2-48所示為最簡單的制動器示意圖。圖2-48最簡單的制動器示意圖a)杠桿帶式制動器b)閘瓦式制動器c)凸輪楔塊式制動器工程中,經(jīng)常使用電磁式或氣動控制的制動器,如圖2-49所示。圖2-49電磁與氣動制動器示意圖a)電磁制動器b)氣動制動器

57、2.2機器的結構 制動器可用于制動、防止逆轉(zhuǎn),其控制方式根據(jù)在機械中的作用不同有很大差別。為防止控制系統(tǒng)失靈造成的破壞作用,一般機械中都有采取手動或腳踏的緊急制動裝置,機械的運動形式與其控制方式有關。2.3工程材料 2.3.1工程材料概述 1.材料與人類文明 材料的開發(fā)、利用始終貫穿于人類進化史中。從天然材料的使用到陶器和青銅器制造,從鋼鐵冶煉到材料合成,人類成功地生產(chǎn)出滿足自身需求的材料,進而使自身走出深山、洞穴,奔向茫茫平原、遼闊海洋,飛向廣闊太空。在與自然界交互作用的過程中,人類首先學會了生產(chǎn)和使用工具。史學家用石器時代、青銅器時代和鐵器時代作為人類文明進化的標志。 有人認為21世紀將是

58、信息、知識及經(jīng)濟時代,但是,在這樣的時代中,材料的基石作用仍然無法改變。同時,材料的另一作用高新技術的先導,將展現(xiàn)得更加淋漓盡致。任何一種高新技術的突破都必須以該領域的新材料技術2.3工程材料 突破為前提,新材料在第三次工業(yè)革命中將起到無可代替的基礎和支撐作用。新材料既是現(xiàn)代化的一種高新技術,又代表現(xiàn)代化的高新技術產(chǎn)業(yè)。材料工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè),新材料是材料工業(yè)發(fā)展的先導且已被列入國家七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。新材料在第三次工業(yè)革命的地位和作用主要表現(xiàn)在以下方面: 第一,新材料本身就是一種高新技術,又是現(xiàn)代高新技術和產(chǎn)業(yè)的基礎和先導。就我國而言,某些重大工程和項目中出現(xiàn)的問題和困難都可以歸結

59、為材料技術還沒有取得突破。新材料的突破往往會引發(fā)人類劃時代的變革,如高性能碳纖復合材料在今后2030年將迎來新的發(fā)展時期,引發(fā)一場航空工業(yè)革命性的變革(包括設計理念、物流供應鏈及維修服務業(yè))。2.3工程材料 第二,新材料與現(xiàn)代科學技術深度融合是現(xiàn)代科學技術的組成部分,也是制約現(xiàn)代科學技術發(fā)展的瓶頸。第三次工業(yè)革命將以新能源、信息和新材料結合為特征,將有大量的新材料得到開發(fā)應用,如果新材料的性能和質(zhì)量不能突破,將直接影響到其他高新技術的應用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 第三,新材料對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展至關重要。第三次工業(yè)革命的背景是資源、能源問題的全球性緊迫,目標是可持續(xù)發(fā)展。在如何保證可持續(xù)發(fā)展的問題中,新材料起

60、著非常重要的作用。例如:新能源材料是新能源、可再生能源開發(fā)利用的基礎,環(huán)境友好材料對節(jié)約資源、保護環(huán)境、維持生態(tài)平衡將起到重要作用,輕質(zhì)高強的新型結構材料將體現(xiàn)節(jié)能降耗的巨大效益,生物醫(yī)用材料將提高人類生活質(zhì)量和健康水平,新型綠色建材關系到資源充分利用。2.3工程材料 新材料的開發(fā)和使用給人類生活帶來的便利是實實在在的。在21世紀,人類在推進文明發(fā)展的同時將會更加注重自身生活質(zhì)量的提高和周圍環(huán)境的改善。因此,生物材料和環(huán)境相容性材料的開發(fā)和使用將會受到重視。利用生物材料,人們可以生產(chǎn)出人造肝、人造腎、人造胰、人造皮膚和人造血管等,還可以制造出藥物緩釋系統(tǒng)材料,以控制藥物的釋放時間和速度。 長期