第14章-機構的選型、組合及機械傳動系統(tǒng)的設計

第十四章機械傳動系統(tǒng)的方案設計及機構的選型、組合§14—1概述一、機械傳動系統(tǒng)的概念及作用機械傳動系統(tǒng)，是指將原動機的運動和動力傳遞到執(zhí)行構件的中間環(huán)節(jié)，它是機械的重要組成部分。其作用有：轉換運動形式，改變運動大小和保證各執(zhí)行構件協(xié)調配合工作；將原動機的功率和轉矩傳遞給執(zhí)行構件，以克服生產阻力。二、機械傳動系統(tǒng)設計的內容和步驟機械傳動系統(tǒng)設計是機械設計中極其重要的一個環(huán)節(jié)。正確、合理地設計機械傳動系統(tǒng)，對提高機械的性能和質量，降低機械的制造成本和使用費用等都是至關重要的。1、擬定機械的工作原理：根據機器所要完成的生產任務，制定機械的總功能，擬定實現總功能的工作原理和技術手段，確定出機械所要實現的工藝動作。2、執(zhí)行構件和原動機的運動設計：確定各執(zhí)行構件的運動參數（行程、速度、加速度）和生產阻力，并選擇原動機，確定其類型、運動參數和功率。

原動機的類型有電動機（交流異步、直流、交流變頻、伺服、步進、直線等）、液壓馬達、氣動馬達、液壓缸。機械傳動系統(tǒng)方案設計一般經過如下幾個步驟：3、機構的選型、變異和組合：根據要實現的功能選擇機構的類型，必要時可對機構進行變異和組合，制定工作循環(huán)圖，繪制傳動系統(tǒng)的示意圖。4、機構的尺寸綜合：確定各構件的運動尺寸，繪制傳動系統(tǒng)的機構運動簡圖。5、方案分析：對傳動系統(tǒng)進行運動學和動力學分析，考察其是否滿足要求，必要時進行適當調整。6、方案評審：通過對多個方案的評比，從中選出最佳方案?！?4—2機構的選型在初步擬定出機械傳動系統(tǒng)的方案后，為了使傳動方案逐步具體化，必然要涉及到機構類型的選擇問題。下面我們就來對各種常用機構的工作特點、性能和適用場合等作一簡略的歸納、比較。運動方式1、單向運動（一般是回轉運動）：2、往復運動(肯定是變速的)：1）連續(xù)運動兩軸同向、兩軸反向；勻速、變速2）間歇運動（也有變向的，但某一區(qū)段的時間內調整之前一直是單向的）1）往復移動；間歇運動肯定是變速的2）往復擺動；一、傳遞回轉運動的機構1、摩擦傳動機構：帶傳動、摩擦輪傳動等。優(yōu)點：構造簡單、傳動平穩(wěn)、易實現無級變速、有過載保護作用。缺點：傳動比不準確、傳遞功率小、傳動效率低等。2、嚙合傳動機構：齒輪、蝸桿、鏈傳動等。鏈傳動常用在對精度要求不高而工作條件惡劣的地方。3、連桿傳動機構：雙曲柄機構、平行四邊形機構等。用于有特殊需要的地方。1）兩平行軸同向連續(xù)轉動的機構：B)主軸勻速轉動、從動軸變速轉動的，如：雙曲柄機構；轉動導桿機構；齒輪連桿組合機構。2）兩平行軸反向連續(xù)轉動的機構：A)主從兩軸勻速轉動的，如：平行四邊形機構；內嚙合齒輪機構；鏈傳動機構；帶傳動機構；雙萬向聯軸節(jié)；十字滑塊聯軸器。A)主從兩軸勻速轉動的，如：外嚙合齒輪機構；逆（或反）平行四邊形機構；摩擦輪傳動。B)主軸勻速轉動、從動軸變速轉動的，如：橢圓齒輪機構；齒輪連桿組合機構。表14-1列舉了摩擦傳動和嚙合傳動機構常用的圓周速度和減速比范圍，以及現已達到的最大傳動功率，供選型時參考。傳動機構類型平型帶V帶摩擦輪齒輪蝸桿鏈圓周速度(m/s)5~25(30)5~30≤15~25≤15~120≤15~35≤15~40減速比≤5≤8~15≤7~10≤4~8(30)≤80≤6~10最大功率(KW)2000750~1200150~250500005503250表14-1二、實現單向間歇運動的機構槽輪機構：用于轉動角度為固定值的轉位運動。棘輪機構：用于轉動角度很小或要求能調節(jié)轉角的大小，且常用于低速場合。不完全齒輪機構：轉動角度可在較大范圍內變動。凸輪式間歇機構：運動平穩(wěn)、分度準確且自身有定位鎖定作用，但制造困難。用于速度較高或定位精度要求較高的轉位裝置中。三、實現往復移動和往復擺動的機構1、往復移動：1）連桿機構中的曲柄滑塊、正弦機構等：制造容易，但難以實現任意指定的運動規(guī)律。多用于無嚴格的運動規(guī)律要求的地方。2）凸輪機構：能實現指定的運動規(guī)律，多用于受力不很大的場合。3）螺旋機構：可獲得很大的減速比和較高的制造精度。用于低速進給和精密微調機構中，或用于反行程具有自鎖性的地方。4）齒輪齒條機構：用于移動速度較高的場合，但不宜用于精確傳動及平穩(wěn)性要求高的場合。2、往復擺動：四、實現再現軌跡的機構四連桿機構：一般只能近似實現預期的軌跡。結構簡單、制造容易。多桿機構或齒輪—連桿組合機構：能實現預期的軌跡。制造困難、成本高。凸輪—連桿組合機構：幾乎可完全準確實現任意的軌跡。制造凸輪成本高。

曲柄搖桿、擺動導桿(如在牛頭刨床中)、擺動推桿凸輪機構、組合機構等。§14—3機構的組合和變異一、機構的組合一）概念1、基本機構——原動件+（0~1個）桿組+機架的機構。2、組合機構——n（≥2）個基本機構按一定的組合方式連接而成的機構。二）組合方式1、串聯組合：前后幾種機構依次聯接的組合方式。根據被串接構件的不同，又可分為：1）一般串聯組合：后一級機構的主動件固接在前一級機構的一個連架桿上的組合方式。圖14-16所示的連桿與凸輪機構的組合。圖8-3所示的多桿機構和圖11-6所示的定軸輪系都屬于一般串聯組合。圖14-16一般串聯組合機構的示意框圖2）特殊串聯組合：后一級機構串接在前一級機構不與機架相聯的浮動構件上的組合方式。圖14-17所示的六桿機構，后一級桿機構MEF鉸接在前一級四桿機構ABCD的連桿BC上的M點。圖14-17圖14-18所示的織布機上的開口機構，后一級導桿機構的滑塊4鉸接在前一級曲柄滑塊機構ABC的連桿BC上的M點。圖14-19所示為齒輪與連桿機構的組合，后一級連桿機構CDE鉸接在前一級行星齒輪機構的行星輪上。圖14-18圖14-19特殊串聯組合機構的示意框圖2、并聯組合：一個機構產生若干個分支后續(xù)機構，或者若干個分支機構匯合于一個后續(xù)機構的組合方式。前者可進一步分為：一般并聯組合和特殊并聯組合。1）一般并聯組合：各分支機構間無任何嚴格的運動協(xié)調配合關系的組合方式。如：某航空發(fā)動機的附件傳動系統(tǒng)。2）特殊并聯組合：各分支機構間有運動協(xié)調要求的組合方式。分為：有速比要求者、有軌跡配合要求者（圖12-48的聯動凸輪機構）、有時序要求者。一般并聯組合和特殊并聯組合機構的示意框圖：3）匯集式并聯：若干個分支機構匯集一道共同驅動一后續(xù)機構的組合方式。圖14-20所示為用若干個小電機和小齒輪來驅動中間的大齒輪。圖14-20匯集式并聯組合機構的示意框圖3、封閉式組合將一個多自由度（通常為2）的機構（稱為基礎機構）中某兩個構件的運動用另一機構（稱為約束機構）將其聯系起來，使整個機構成為一個單自由度的組合機構，使從動件獲得預期的運動規(guī)律或軌跡。分：1）一般封閉式組合：將基礎機構的兩個主動件或從動件用約束機構封閉起來的組合方式。如圖所示為五桿機構ABCDE的兩個主動件用四桿機構AGFE封閉。封閉式組合機構的示意框圖2）反饋封閉式組合：通過約束機構使從動件的運動反饋回基礎機構的組合方式。圖12-49所示的滾齒機上所用的校正機構。其組合的示意框圖為：4、裝載式組合：將一個機構裝載在另一個機構的某一活動構件上的組合方式。根據自由度的多少可分為：1）單自由度的裝載式組合如圖所示的搖頭風扇的搖擺機構，風扇裝載在雙搖桿機構的一個搖桿上。組