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1、第四章 精密仪器机械系统的设计精密仪器机械系统的设计 了解精密仪器常用的机械机构(传动机构、导 向机构、执行机构)的作用、组成、特点及设计方 法。掌握精密仪器常用的传动机构、导向机构、执 行机构的结构分析方法。 本章基本内容本章基本内容 一、机械传动机构一、机械传动机构 二、导向部件 三、精密执行机构 第一节第一节 机械传动机构机械传动机构 1、基本概念 2、齿轮传动副 3、螺旋传动副 4 4、连杆机构、连杆机构 5 5、凸轮机构、凸轮机构 6 6、举例、举例 四、连杆机构四、连杆机构 （1）组成）组成 （2）分类）分类 （3）特点）特点 （4）四连杆机构）四连杆机构 1、组成、组成:四连杆四
2、连杆 AB-连架杆连架杆 BC-连杆连杆 CD-连架杆连架杆 AD-机架机架 连架杆：连架杆：直接与机架相连的构件， 有两种形式： 曲柄：曲柄：整周回转。 摇杆：摇杆：在一定角度范围内摆动。 1、组成、组成:四连杆四连杆 AB-连架杆连架杆 BC-连杆连杆 CD-连架杆连架杆 AD-机架机架 连杆：连杆：用来联系机构的原动 件和从动件，不直接与机架 相连的中间构件。 2、分类、分类 按运动形式：空间连杆按运动形式：空间连杆、平面连杆平面连杆. 按构件数目：四连杆、六连杆按构件数目：四连杆、六连杆. 3、特点、特点 1）磨损轻，承载大磨损轻，承载大，用于重型机械。结构简单简单，制造简单。 2）实
3、现不同的运动形式。实现不同的运动形式。 3）实现复杂的运动轨迹实现复杂的运动轨迹。 4）增力增力，扩大行程扩大行程。 5）设计比较繁难。多数情况下只能近似满足设计要求（运动规 律和轨迹）。 6）运动链长，累计误差大，效率低。 7）不宜做高速传动。 4、四连杆机构、四连杆机构 1）基本形式 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。 双曲柄机构双曲柄机构。 双摇杆机构双摇杆机构。 搅拌机 4、四连杆机构、四连杆机构 1）基本形式 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。 双曲柄机构双曲柄机构。 双摇杆机构双摇杆机构。 搅拌机 4、四连杆机构、四连杆机构 天平 机车车轮 1）基本形式 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。 双曲柄机构双曲
4、柄机构。 双摇杆机构双摇杆机构。 (平行四边形机构平行四边形机构) 4、四连杆机构、四连杆机构 天平 机车车轮 1）基本形式 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。 双曲柄机构双曲柄机构。 双摇杆机构双摇杆机构。 (平行四边形机构平行四边形机构) 4、四连杆机构、四连杆机构 鹤式起重机 飞机起落架 1）基本形式 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。 双曲柄机构双曲柄机构。 双摇杆机构双摇杆机构。 4、四连杆机构、四连杆机构 鹤式起重机 飞机起落架 1）基本形式 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。 双曲柄机构双曲柄机构。 双摇杆机构双摇杆机构。 四连杆机构的演化四连杆机构的演化 改变改变某些某些构件的形状构件的形状、相对长度
5、相对长度、尺寸尺寸或或选择不同的选择不同的 构件做机架构件做机架，从而不仅满足运动方面的要求从而不仅满足运动方面的要求，而且改善受而且改善受 力状况力状况，满足设计上的需要满足设计上的需要。如改变构件的形状如改变构件的形状、相对尺相对尺 寸的演化：曲柄摇杆寸的演化：曲柄摇杆正弦机构正弦机构 四连杆机构有曲柄的条件四连杆机构有曲柄的条件 当a d时， (A)BCD： cbda 四连杆机构有曲柄的条件四连杆机构有曲柄的条件 当a d 时， (A)BCD： (A)B”C”D： 则： 同理，当a d 时，得： 条件为 1）连架杆和机架中必有一最短杆（连杆不应最短）。 2）最短杆与最长杆之长度和小于其它
6、两杆长度之和。 cbda bcad ba ca cd bd cbad cdba bdca 五、凸轮机构五、凸轮机构 （1）组成）组成 （2）特点）特点 （3）分类）分类 （4）推杆的运动规律（凸轮设计）推杆的运动规律（凸轮设计） 1、凸轮组成、凸轮组成 1 1、凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的、凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的 构件。常作等速转动，也有作往复构件。常作等速转动，也有作往复 摆动或直线运动。摆动或直线运动。 2 2、推杆：被凸轮直接推动的构件，、推杆：被凸轮直接推动的构件， 可作往复直线运动，摆动。可作往复直线运动，摆动。 3 3、机架。、机架。 车床进刀机构车床进刀机构 内燃机的配气机构内
7、燃机的配气机构 2、凸轮特点、凸轮特点 优点：只要适当地设计凸轮的轮廓曲线，就可使推杆得到各优点：只要适当地设计凸轮的轮廓曲线，就可使推杆得到各 种预期的运动规律，机构紧凑。种预期的运动规律，机构紧凑。 缺点：凸轮与推杆间为点或线接触，易磨损缺点：凸轮与推杆间为点或线接触，易磨损 传动力小。传动力小。 3、凸轮分类、凸轮分类 按凸轮形状分按凸轮形状分： 盘形凸轮盘形凸轮：具有变化向径的盘形构件，当其绕固定轴转动时，推杆在垂直 凸轮轴的平面内运动。 特点：结构简单，推杆行程不能太大（否则凸轮径向尺寸变化 过大，不利于工作）。 特例：移动凸轮：盘轴，凸轮作往复直线运动。 圆柱凸轮圆柱凸轮：圆柱面上
8、开有曲线的凹槽或在其端面上作曲线轮廓。转动时， 使推杆在平行于其轴线的平面内运动，可看作移动凸轮卷于圆柱体上。 特点：推杆的行程大。 3、凸轮分类、凸轮分类 按凸轮形状分按凸轮形状分： 盘形凸轮盘形凸轮：具有变化向径的盘形构件，当其绕固定轴转动时，推杆在垂直 凸轮轴的平面内运动。 特点：结构简单，推杆行程不能太大（否则凸轮径向尺寸变化 过大，不利于工作）。 特例：移动凸轮：盘轴，凸轮作往复直线运动。 圆柱凸轮圆柱凸轮：圆柱面上开有曲线的凹槽或在其端面上作曲线轮廓。转动时， 使推杆在平行于其轴线的平面内运动，可看作移动凸轮卷于圆柱体上。 特点：推杆的行程大。 3、凸轮分类、凸轮分类 按凸轮形状分
9、按凸轮形状分： 盘形凸轮盘形凸轮：具有变化向径的盘形构件，当其绕固定轴转动时，推杆在垂直 凸轮轴的平面内运动。 特点：结构简单，推杆行程不能太大（否则凸轮径向尺寸变化 过大，不利于工作）。 特例：移动凸轮：盘轴，凸轮作往复直线运动。 圆柱凸轮圆柱凸轮：圆柱面上开有曲线的凹槽或在其端面上作曲线轮廓。转动时， 使推杆在平行于其轴线的平面内运动，可看作移动凸轮卷于圆柱体上。 特点：推杆的行程大。 按推杆形状分按推杆形状分 尖端凸轮尖端凸轮：构造简单，易磨损作用力小，速度 低，用于仪表机构。 滚子凸轮滚子凸轮：磨损小传递较大的动力，应用较广。 平底凸轮平底凸轮：作用力始终垂直于推杆底边，受力平 稳,润
10、滑较好，用于高速运动。 按推杆形状分按推杆形状分 尖端凸轮尖端凸轮：构造简单，易磨损作用力小，速度 低，用于仪表机构。 滚子凸轮滚子凸轮：磨损小传递较大的动力，应用较广。 平底凸轮平底凸轮：作用力始终垂直于推杆底边，受力平 稳,润滑较好，用于高速运动。 按推杆形状分按推杆形状分 尖端凸轮尖端凸轮：构造简单，易磨损作用力小，速度 低，用于仪表机构。 滚子凸轮滚子凸轮：磨损小传递较大的动力，应用较广。 平底凸轮平底凸轮：作用力始终垂直于推杆底边，受力平 稳,润滑较好，用于高速运动。 按凸轮与推杆维持接触的方法分按凸轮与推杆维持接触的方法分 (1) (1) 力锁合力锁合弹簧力、从动件重力或其它外力。
11、 (2) (2) 型锁合型锁合利用组成元素本身的几何形状。 4、推杆的运动规律（凸轮曲线）、推杆的运动规律（凸轮曲线） r0 基圆半径，凸轮的最小半径。 B0 凸轮曲线的起始点。 推程h ：推杆最低位置（与接触B0）到最 高位置（与接触C0）。 推程运动角0 ：对应凸轮的转动角。 回程h ：推杆由最高位置到最低位置。 回程运动角0 ：0不一定等于0 。 O 4、推杆的运动规律（凸轮曲线）、推杆的运动规律（凸轮曲线） 推杆的位移： 若要求推杆匀速运动，则只有当凸轮等速运动时，s为匀速推程/回程 推程： 回程： 凸轮曲线： 0 )(rtrs w h v h s 0 0 w h v hs 0 0 )
12、 1 ( )()( 0 01 t h rtr )( )( 0 02 t h hrtr O 六六、传动机构分析举例、传动机构分析举例 例例1、光栅扫描驱动机构光栅扫描驱动机构传动比计算传动比计算 例例2、小型压力机小型压力机传动机构结构分析传动机构结构分析 例例1、传动系数计算、传动系数计算 1 5 4 3 2 7 6 1-螺杆 2-螺母 3-销 4-滑槽 5-摆杆 6-轴 7-光栅 光栅扫描驱动机构光栅扫描驱动机构 例例1、传动系数计算、传动系数计算 光栅扫描驱动机构简图光栅扫描驱动机构简图 主动件：螺杆（丝杠）。 从动件：摆杆。 二级中间传动： （1）螺旋： Pds d i 2 1 例例1、传动系数计算、传动系数计算 光栅扫描驱动机构光栅扫描驱动机构 例例1、传动系数计算、传动系数计算 光栅扫描驱动机构光栅扫描驱动机构 主动件：螺杆（丝杠）。 从动件：摆杆。 二级中间传动： （1）螺旋： （2）正弦机构：螺母+滑块+摆杆 Pds d i 2 1 cos 2 l d ds i cos 2 21 P l iii
