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1、xxxxx436仅供参考广义机构应用案例分析报告姓名：xxx学号:xxxxx436日期：2011-12-31xxxxx436目录1. 柔顺机构应用案例分析12. 振动与惯性机构应用案例分析3. 微动机构应用案例分析4. 可变自由度机构应用案例分析5. 变胞机构应用案例分析xxxxx4361、柔顺机构应用案例分析实例一：四冲程内燃机工作中配气系统要定时打卡和关闭吸气门和排气门。内燃机采用一套凸轮-挺杆机构控制吸、排气门的定时开启和关闭，用一套齿轮机构实现曲轴与凸轮轴之间的正时传动。与内燃机有类似工作要求的空气压缩机配气系统设计中采用了如图 1-1 所示的结构，结构中国采用具有良好弹性的薄金属片（
2、图中的进气阀片和排气阀片）取代内燃机配气系统中的气门和气门弹簧，依靠活塞在气缸中运动所形成的内、外压差打开、关闭阀片。结构中省去了凸轮挺杆机构和正时齿轮机构，极大地简化了结构。图 1-1 空气压缩机配气机构实例二：计算机使用的软盘驱动器中多处采用铰链机构。早起的软驱设计中所有铰链均由如图 1-2（a）所示的普通铰链机构，不但结构复杂、占用空间大，而且教练的制造误差、配合间隙和磨损等因素会严重影响教练的工作性能。现在的软驱中多处重要的教练采用如图 1-2（b ）所示的柔性铰链结构，不但简化了结构，而且消除了由于铰链间隙造成的运动误差。图 1-2 铰链机构xxxxx436柔性铰链是实现小范围偏转产
3、生微位移的结构，它具有高精度、高稳定性、无间隙和无机械摩擦等特点，并在近十几年来广泛用于微定位系统中。柔性铰链是一种圆弧切口结构，由柔性铰链这种弹性导轨可组成新型的微定位系统，利用其受力弯曲产生的有限角位移，可以达到精密定位的目的；柔性铰链可以设计成多种形式进行饶轴的复杂角运动或构成柔性系统形成直线运动。柔性铰链的基本图形如图 1-3 所示。组成柔性工作系统主要的基本形式是在 MZ 作用下绕 Z 轴的转动，其转角 z 及转角 的基本公式为：zk 3()cos(2/3)(/2)zzxzdydEIrdbt1zzMbk式中 3cos8(/2)rd同时，在柔性铰链组成工作台系统时受到约束，将会有沿 x
4、 轴方向的伸缩，即Fx 存在，而且由于柔性系统加工不对称或存在自重等原因，将会存在 My 作用，这样会产生沿 x、y、z 方向的线位移，其基本变形公式为：Fx 作用下产生的沿 X 轴位移 为：xcoscos()2(/)xxFrFrdEAbtxxxxx436Mz 作用下产生的沿 Y 轴位移 为：ycoszxdrMy 作用下产生的沿 Z 轴位移为 yxz参考资料：1、高志, 刘莹. 机械创新设计.北京：清华大学出版社，20092、振动与惯性机构应用案例分析实例一：振动夯土机械是利用冲击和冲击振动作用分层夯实回填土的压实机械。分火力夯、蛙式夯和快速冲击夯等。图 2-1 夯土机图 2-1 所示的为蛙式
5、夯土机。其利用旋转惯性力的原理制成，由夯锤、夯架、偏心块、皮带轮和电动机等组成。电动机及传动部分装在橇座上，夯架后端与传动轴铰接，在偏心块离心力作用下，夯架可绕此轴上下摆动。夯架前端装有夯锤，当夯架向下方摆动时就夯击土壤，向上方摆动时使橇座前移。因此，蛙式夯夯锤每冲击一次，机身即向前移动一步。这种机构主要用于建筑工程中夯实灰土和地基以及完成场地的平整工作。图中电动机通过两级 V 带 7、3 使带有偏心块 10 的带囵回转。当偏心块 10 回转至某一角度时，夯头 1 被抬起，在离心力作用下，夯头 1 被提升到一定的高度，同时整台机器向前移动一定的距离；当偏心块转到一定位置后，夯头开始下落，且下落
6、速度逐渐增大，并以较大的冲击力夯实土壤。实例二：圆筒回转振动筛，简称圆筒筛，依靠筒的回转使砂石料在筒内运动，并通过筒表面的筛孔。图 2-2 为其结构图。xxxxx436圆筒筛一般都水平放置，由于物料在简体饰面上有翻动，产生轻微抖动故筛分效率较高。圆筒筛由支架，筒体、传动装置和进料槽 9 等组成。筒体有内外两个，是圆筒筛的筛面、内简体 6、8 分两段，各段的筛孔孔径大小不一，外筒体 7 同轴地套装在内圆筒外面，长度较短，筒上孔眼尺寸一致。筒体的一端支承在滚子 10 上，另一端装有十字撑架 5，撑架有轴颈支承在机架轴承中。由电动机 2 通过减速器 3 和齿轮 4 带动圆筒旋转。筒体向出料端向下倾斜
7、。物料由进料槽装入筒内，随着回转的筒体作螺旋运动最小的石料先从内筒第一段筛孔中筛出，较大的物料落在内筒第二层上进行筛分，剩下的大块物料则通过内筒边缘卸出。圆筒筛的优点是：转动缓慢均匀，冲击和振动很小，工作平稳，不需要特殊的基础，可以直接安装在楼面上或料仓下面；易于密闭收尘，维修方便，使用寿命长。其主要缺点是：筛面利用率低，工作面积仅为整个筛面的1/61/8，设备体积庞大，金属用量多；筛孔容易堵塞，筛分效率低，动力消耗大；不适于筛分含水量较高的物料。3、微动机构应用案例分析电致伸缩微位移器一般由 PLZ Z 陶瓷材料,独石叠层工艺制作而成。它是一种高分辨率电压控制微小应变的器件。其位移量由叠层数
8、和电场大小控制具有工作电压低、体积小、结构紧凑、分辨率高、响应快、滞后小、控制简便、回零再现性好、无老化现象、稳定性好等突出优点。同时,它没有发热问题,对精密机械系统无因发热而引起的附加误差及尺寸飘移。WTDS-1A 型电致伸缩微动器外形和特性曲线如图 3-1 所示。xxxxx436在单位阶跃电压输入作用下，其位移输出响应： 12 mtTmytkeTRC式中：R 为等效电阻，C 为等效电容，Km 为电压转换系数。该微动器简化模型如图 3-2 所示。利用该微动器可进行刀具微进给装置结构设计，其结构如图 3-3 所示。xxxxx436为保证刀具装夹的精度要求，采用液体静压夹紧刀套将刀杆夹紧，微动器
9、一头与刀套连接，另一头与芯轴连接，芯轴连接在刀体上，微动器带动夹刀套顺滑套移动，碟形弹簧用来回位助力。确定液体静压夹紧刀套薄壁部分厚度 h（cm）.2pDh式中：p 为液体压力（一般取 20MPa） ；D 为刀套内径（cm） ；为刀套材料的许用应力。刀套夹紧力矩 M 的计算公式为： 2W式中： （N）510mghD式中： ， ， 为刀套定位表面与工作表面直径gmo2pEo上的最大间隙（cm） 。随着科技发展，在制造领域中采用的尺度将由微米级迈向纳米级。在这个进程中，高精度的微进给/微动是解决定位与加工的关键技术。参考资料：李维谦，杨俊英. 电致伸缩微位移器在机床刀具微进给系统的应用. 机械研究
10、与应用，2007.xxxxx4364. 可变自由度机构应用案例分析在农业机械中，我们常常可以看到“可变自由度机构” ，即机构的自由度在工作过程中是可以变化的。有些农业机构是利用机构构件某一点的运动轨迹来完成工作的，如水稻插秧机的分插机构。图 4-1 为某插秧机构的分插机构，凸轮槽固定在摆臂 1 上而滚销 A 在长控制杆 4 上。当摆臂 l 从上极限位置向下摆时，A、B、C 三点不成一直线,1-2-3-4-5 是铰链五杆机构，其自由度为：F=34-25-10=2，故当摆臂 l 为原动件时，2、3、4 杆的位置不确定。但是，该机构在 K 点处对长控制杆有摩擦力，使长控制难于转动。因此，当摆臂 l
11、开始下摆时，4 杆由于摩擦阻力而不动，即 B 点固定不动，这时机构变成了相当于 BCDE 四杆机构工作，运动为确定的。D 点绕 E 点转动，C 点绕 B 点转动，秧爪由 a 到 b，从而推动秧爪迅速进入秧帘。此后短控制杆 3 左端的钩子勾住滚销 A, ABC 成为一直线，当摆臂 1 继续下摆时,4、3 杆成为一体，机构又变成了 KCDE 四杆机构，自由度为 1，因而克服了 K 处摩擦力，C 点就绕 K 点转动。这样，秧爪运动轨迹有较大变化，由 b 到 c 分秧进行下插。当摆臂 1 摆到一定位置时，长控制杆上的滚销 A 受摆臂上的凸轮槽控制，迫使短控制杆上的钩子脱开滚销，A、B、C 不再成为一直
12、线，这时机构成为带高付的五杆机构，其自由度为：F=34-25-11=1,因而，C 点以后的入土部分轨迹受凸轮槽上臂控制。当摆臂 1 由下极限位置往上摆时，滚轮一直受凸轮槽下壁控制，秧爪轨迹向后退出穴孔和让开钢丝帘回到上极点 a，完成一个工作循环。参考资料：张学义，高明玲.可变自由度机构在农业机构中的应用.机械研究与应用. xxxxx43694No.3.5. 变胞机构应用案例分析变胞机构的本质特征是：当变胞机构由一个构态转变到下一个构态是，必将发生机构有效构件数或者自由度的变化。对变胞机构进行构态分析时，需确定其自由度 F 和有效构件数 n。变胞机构的自由度可表达为 coF式中：Fo 为变胞机构
13、中开环自由度；Fc 为变胞机构中闭环自由度。若变胞机构中的运动副志包含转动副或移动副，则有 oj()ccFbn式中： 为开环职工运动副数目，也等于开环中的活动构件数 （即cj on） ；b 为闭环机构的阶数，对于空间机构 b=6，对于平面机构 b=3； 为onj c闭环中的活动构件数； 为闭环中的运动副数目。cj因此，变胞机构的自由度 F、有效构件（包括机架和活动构件）数 n 分别为 ()1ccoobnjj实例：可折叠雨伞可用于实际生活中的一款自行车折叠雨伞，也是一个典型的变胞机构。如图 5-1 所示，该机构的初始状态有构件 1,2，6 等 6 个构件组成的雨伞被约束装置固定为一个整体，且被另
14、外的约束装置固定与自行车机架上，与机架构成一个自由度为 0 的固定机构，亦即雨伞用于所连接的机架构成一个构件。构态 1 变化的示意图如图 5-2 所示。此时自由度为 F=1.在构态 1 中，雨伞运动到一定位子后被约束装置再次固定，雨伞和机架又一次成为一个结构，构件数减少为 1，运动副消失。图 5-3 所示，雨伞本省的约束解除，构件 4 和机架合并为一个构件，雨伞机构启动，此过程为构态 2.此时，机构的活动构件数增加为 3，运动副数增加为 4.机构成为一个具有 3 个活动构件的闭环机构，因为机构的阶数为 3，毂机xxxxx436构的自由度为 F=3*（3-4）+4=1.当机构最终展开到预定状态时，雨伞 的锁紧装置生效，机构成为一个固定的结构， 自由度消失。机构示意图如图 5-3 所示的实 现部分。参考资料：金国光，高峰，丁希仑. 变胞机构的分类及构态分析. 机械科学与技术. 2005,第 24卷第 7 期.
