机械产品的功能原理的实现

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1、1,第四章 机械功能原理的实现 机械运动系统的方案设计,第一节 机构能实现的动作功能 第二节 传动机构和执行机构 第三节 按机械动作功能原理要求作机械运动系统的方案设计 第四节 发挥机构固有潜力的方法 机构的创新设计 第五节 机械运动的协调设计和运动循环图,2,一、机构能实现的动作功能通过一系列机构和电气电子装置实现。机构一般能实现下列动作功能： 1实现运动形式或运动规律变换的动作功能 原动机的转动通过机构进行构件运动形式变换，例如：1)匀速运动(平动、转动)与非匀速运动(平动转动或摆动)的变换2)连续转动与间歇式的转动或摆动的变换。3）实现预期的运动轨迹。,第一节 机构能实现的动作功能,3,

2、第一节 机构能实现的动作功能,4,简谐运动:,第一节 机构能实现的动作功能,5,曲柄滑块机构,从动轴又转又移的蜗轮连杆机构：图中5为蜗轮箱体，蜗杆4和轴1以滑键连接，蜗轮3与杆2铰接。当轴1转动时，从动蜗轮3又转又移。印刷机色辊的运动即用此机构实现。,图5,第一节 机构能实现的动作功能,6,2利用机构实现开关、联锁和检测等动作功能 1）用来实现运动离合或开停。 2）用来换向、超越和反向止动。 3）用来实现联锁、过载保护、安全制动 4) 实现锁止、定位、夹压等。 5) 实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等。,第一节 机构能实现的动作功能,7,例1 起停和换向时的制动机构：电动机反接法制动：

3、优点：操作方便、制动时间短等。 缺点：反接时的制动电流大，传动系统受的惯性冲击力大。离合器进行起停或换向时，必须在传动链中安装制动装置。制动器和离合器的操纵机构必须互锁。,第一节 机构能实现的动作功能,8,图示为曲柄压力机： 操纵杆1使离合器接合或脱开，控制曲柄滑块机构的运动或停止。 制动器5与离合器6的动作要协调配合：工作前，制动器先放松，离合器后接合；停车前，离合器先脱开，制动器后接合。,第一节 机构能实现的动作功能,9,例2 过载保护装置： 常用的安全保护装置有以下几种： 1销钉安全联轴器,第一节 机构能实现的动作功能,10,2钢珠安全离合器,第一节 机构能实现的动作功能,11,第一节

4、机构能实现的动作功能,12,3摩擦式安全离合器 单圆锥形摩擦安全离合器。摩擦面由内圆锥摩擦盘1和外圆锥面摩擦盘2组成。在弹簧3作用下使两个锥面压紧，由此产生的摩擦力矩即为该离台器允许的输出转矩。螺母5用来调整压紧力。,第一节 机构能实现的动作功能,13,第一节 机构能实现的动作功能,14,斜楔杠杆式夹持器：,第一节 机构能实现的动作功能,15,3.利用机构实现程序控制或手动控制的功能1)利用时间的序列进行控制 图示一种凸轮程序装置。它由一系列的微动开关和凸轮组成。凸轮轴由同步电动机驱动。凸轮旋转一周，对应着工件的整个加工循环。,第一节 机构能实现的动作功能,16,2)利用动作的序列进行控制 图

5、示一种利用电磁阀控制液压缸进行工作的顺序操作过程。,第一节 机构能实现的动作功能,17,3)利用运动的变化等进行控制 汽车发动机的离心调速器：,第一节 机构能实现的动作功能,18,二、选择机构来实现功能原理的原则和范围 上述机构实现的动作功能，也可用电气或电子的原则来实现 在什么情况下选用机构来完成这些功能呢? 考虑因素;1)完成设计时提出的功能目标。2)考虑工作可靠，运行安全，操作方便，制造和运 行的经济性等。 根据目前科学技术的条件，下列几方面的动作功能，一般较宜用机构来实现: 1实现功率性的机械运动形式或规律的变换功能鼠笼型异步电动机+变速机构,第一节 机构能实现的动作功能,19,2实现

6、固定轨迹或简单可调的轨迹功能如:各种自动机的上、下料，加工、检测等工序需要的运动轨迹，均可全部用机构来完成。对于复杂轨迹，采用电子或电气来控制，但其轨迹动作部分还必须使用机构，如机器人的手臂、手腕、手爪、计算机绘图仪的绘图笔的动作等。 3在特定条件下能优质地实现开关、联锁和检测等功能 如:电灯开关一般是用机械式的，但也有触模式、光电式的开关，都能安全可靠地完成开关任务。,第一节 机构能实现的动作功能,20,4实现简单的固定程序或可变程序的控制功能 技术发展决定了采用机构或微电子技术的相对性： 例如目前很少采用直线电动机来实现直线运动，但由于超导的发现，磁悬浮技术的成熟，直线电动机将使用在磁悬浮

7、的高速列车上。 飞机上的自动导航仪，可以自动按给定路线飞行，而不需驾驶员动手，但是为了保证绝对安全可靠，飞机上还是安装了结构简单、工作安全可靠的手动控制装置。,第一节 机构能实现的动作功能,21,一切机器都包含有四个部分：动力源、传动机构、执行机构和控制部分。一、传动机构 传动机构（系统）：将原动机的运动和动力传给执行机构的中间装置，其类型主要有机械传动、流体动力传动、电力和磁力传动等。 作用：实现速度或力的变换，或实现特定运动规律的要求。 传动链：原动机与执行机构间组成传动联系的一系列传动件。,第二节 传动机构和执行机构,22,具体内容：1)把原动机输出的速度降低或增高；2)实现变速传动；3

8、)把原动机输出的转矩、变换为执行机构所需要的转矩或力；4)把原动机输出的等速旋转运动，转变为执行机构所要求的、其速度按某种规律变化的旋转或其它类型的运动；5)由于受机体外形、尺寸的限制，或为了安全和操作方便，执行机构不宜与原动机直联时，也需要用传动装置来联接。,第二节 传动机构和执行机构,23,1、传动机构的类型 变速装置，启动、停止和换向装置，制动装置及安全保护装置等。,1)变速装置及其机构,第二节 传动机构和执行机构,运动由轴输入； 轴输出。,24,2)启动、停止和换向装置（1) 原动机为电动机电动机的启动电流通常是额定电流的57倍，因此在功率大、启停和换向频繁时，发热大而缩短电机的使用寿

9、命。离合器启停和换向： 若执行机构的旋转速度高时可采用摩擦离合器； 若执行机构的旋转速度较低时可采用刚性的啮合式离合器。 （2)原动机为内燃机由于内燃机既不能在负载下启动，也不能反转运行，故必须用摩擦离合器或液力偶合器来实现启动，执行机构需要反向时，应在传动链中设置反向机构。,第二节 传动机构和执行机构,25,第二节 传动机构和执行机构,手动两级变速器：,26,3)制动装置用离合器启停和换向时，必须在传动链中安装制动装置。常用制动器有下列类型：,第二节 传动机构和执行机构,27,4)安全保护装置装在转速高的传动构件上，可使结构尺寸小些。 靠近执行机构安装，发生过载时，能迅速停止运动，使传动链中

10、其它传动构件避免超负荷运行。 所以安全保护装置宜安装在靠近执行机构且转速较高的传动构件上。 （1）销钉安全联轴器 （2）钢珠安全离合器 （3）摩擦式安全离合器,第二节 传动机构和执行机构,28,常用的传动机构有齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构、楔块机构、棘轮机构、槽轮机构、摩擦轮机构、挠性件机构、弹性件机构、液气动机构、电气机构以及利用以上一些常用机构进行组合而产生的组合机构。2运动速度或力的大小变换根据功率、速度、输出力三者之间的关系 P= F v在输出功率一定的情况下：速度与输出力的变化关系,第二节 传动机构和执行机构,29,用于运动速度或力的大小变换的传动机构：1)通过啮合方式进行

11、传动(例如；齿轮、蜗轮蜗杆、链传动、同步齿形带等)。2)通过摩擦方式进行传动(例如：摩擦轮传动、摩擦式无级变速器、带传动、滑轮传动等)。 带传动：具有柔软性、吸收振动的特性且有缓冲和安全保护的作用特性使带传动适用于两轴中心距较大的传动。,第二节 传动机构和执行机构,30,3)利用楔块原理进行传动(例如：螺旋传动、偏心轮传动等)。螺旋传动主要由螺杆、螺母、机架组成。 螺旋传动的优点是增力效果大，可用较小的转矩得到较大的轴向力。4)利用流体作用原理进行传动(例如：液压、气动传动等)。液体可以看作是一种不可压缩物体。因而液压传动能传动较大的力，经常用于传动比不需十分精确但载荷很大的情况。,第二节 传

12、动机构和执行机构,31,3运动形式或传力方式的变换原动机的输出较为常见的运动形式是匀速转动，而工作机的输出要求是多种多样的。机械传动机构中常见的运动形式主要有：转动、平动、摆动等。常见的用运动形式的变换机构主要有：凸轮机构、螺旋机构、连杆机构、齿轮机构、挠性体机构、摩擦轮机构、流体机构等。,第二节 传动机构和执行机构,32,二、执行机构带动工作头进行工作并使之获得工作力或力矩的机构称为执行机构。 作用：是给工作头产生工作力，同时带动工作头实现给定的运动规律或特定的运动轨迹等。 如：挖掘机中推动铲斗运动的多杆机构；使起重机吊钩运动的起重臂；使飞机轮子起落的起落架；机器人的手臂等。,第二节 传动机

13、构和执行机构,33,1、基本类型： 夹持、搬运、输送、分度与转位、检测与分类、施力等。 夹持：弹簧杠杆式、斜楔杠杆式、液压连杆式、电气式等型式夹持器，人力夹持器，虎钳等。 图示为JK系列提升机广泛使用的 油压盘闸制动器工作原理图。油 压盘闸成对使用，对称地布置在 制动盘两边。,第二节 传动机构和执行机构,34,分度与转位,第二节 传动机构和执行机构,35,2、实现特定运动规律等速输出，瞬时或长时间停歇，急回特性、周期性转位和步进分度动作等。一般常由多个执行机构组成，图示牛头刨床执行机构。,第二节 传动机构和执行机构,36,3满足特定的运动轨迹机构完成某种特定的运动轨迹，如直线、圆弧。当运动轨迹

14、较复杂时，一般通过连杆机构或通过组合机构来完成。如左图利用两个凸轮A及B的协调配台控制X及y方向的运动轨迹为一“8”,第二节 传动机构和执行机构,37,4满足某种特殊的信息传递利用机构完成检测、计数、定时、显示或控制等功能。 如：杠杆千分尺、家用水表、电表等使用的机械式计数器，家用洗衣机、电风扇等使用机械式定时器。还可以用机构来实现速度、加速度等的测量和数据记忆等功能。,第二节 传动机构和执行机构,38,三. 选择机构类型和拟定机构简图中的几个问题 1.在满足功能动作和运动要求下应使机构最简单，传动链最短。 图4-9a)移动从动件圆柱凸轮机构；图49b）摆动从动件盘状凸轮机构与摇杆滑块机构的组

15、合。,第二节 传动机构和执行机构,39,2使机构具备有利的传力条件 对行程不大但克服工艺阻力很大的连杆机构(如冲压机构)，应采用增力机构，使其在近于死点位置工作。 这种增力机构常用于剪切机、冲压机、破碎机等机械中，在主动件上施加较小的驱动力，可以克服从动构件上很大阻力。注：CD为主动件,第二节 传动机构和执行机构,40,第二节 传动机构和执行机构,41,图示是一快速夹紧机构，当工件被夹紧时连杆BC与摇杆CD成一直线。即在工件的反力F2作用下，连杆与从动杆共线。机构处于死点位置。（这是利用机构在死点位置附近具有自锁特性进行工作的实例 。,第二节 传动机构和执行机构,42,3使机构有尽可能好的动力

16、性能 对于传力机构应尽量增大机构的传动角，以防止机构的自锁，增大机器的传动效益。,第二节 传动机构和执行机构,43,4使机器操纵方便调整容易，安全耐用在拟定机器运动方案时适当地加入一些开、停、离合、正反转、刹车，可使操纵方便，调整容易；机器中加入过载保护装置，可预防机器的损坏等。,第二节 传动机构和执行机构,44,一、功能原理解与机械运动系统的方案设计功能原理设计可得到“功能分解图”与“功能结构图”，表达了总功能的各个分功能及其相互关系。 按第一节的原理就可以分析这些分功能中哪些适合用机械功能来完成； 按第二节的原理分析这些功能是属于传动类型还是属于执行类型。再根据选择机构的原则从已有的机构中选出能完成这些分功能的最佳机构。但在这些工作中将会存在以下两个问题需解决：,