机械创新设计(第三章)

第三章机械运动形态与控制机械的主要特征就是要有运动的变换和运动的传递。第一节机械运动形态与变换定轴转动(含摆动和间歇转动)运动部件的基本运动形式往复移动平面运动机构：广义机构，能实现各种不同的运动形态一、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构外啮合内啮合圆锥齿轮蜗轮蜗杆齿轮系机构渐开线摆线圆弧线渐开线轮系摆线针轮楔波传动轮系活齿传动轮系1．齿轮传动机构：22121121cos21eeeAPBPi13．瞬心线机构：实现连续的、周期性的、变速传动输出（1）椭圆型瞬心线机构图3-4a平行轴圆柱摩擦轮类型圆锥摩擦轮图3-3垂直轴圆柱摩擦轮为轮1的转角，e为椭圆的偏心率2．摩擦轮传动机构：传递的力较小，主要应用于仪器中传递运动。长轴直径焦距e图3-1齿轮传动机构图3-2齿轮系机构图3-3摩擦轮传动机构1212RRi1212sinsini1212RRi2）四叶卵型线轮传动图3-4bApBPi2112瞬心线机构可以靠摩擦传递运动和动力，也可在瞬心线上制成轮齿4．连杆机构：图3-5双曲柄机构：变传动比，急回运动特征平行四边形机构：定传动比，运动不确定，虚约束转动导杆机构：急回运动特征双转块机构：AB=AB’=AC，i12=25．带传动机构图3-66．链传动机构图3-4瞬心线机构图3-5实现连续转动的连杆机构图3-6带传动机构示意图7．绳索传动机构：不能传递较大的载荷，图3-7图3-7为绳索传动示意图8．液力传动，液力藕合器图3-8a9．钢丝软轴传动机构图3-8b图3-8液力藕合器与钢丝软轴示意图10．万向联轴器：空间连杆机构，图3-9单万向联轴器11223cossin1cos双万向联轴器：等速传动变速传动图3-9万向联轴器示意图二、连续转动到步进转动的运动变换与实现机构1．棘轮机构2．槽轮机构3．不完全齿轮机构4．分度凸轮机构图3-10三、连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构，图3-11曲柄摇杆机构，曲柄摇块机构，摆动导杆机构摆动从动件凸轮机构四、连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构曲柄滑块机构、正弦机构、直动从动件凸轮机构、带或链传动机构、齿轮齿条机构、螺旋传动机构及一些组合机构、摩擦滚轮送料机构图3-12图3-10步进机构示意图图3-11转动到摆动变换的机构示意图五、直线移动转换为直线移动的运动变换与实现液压机构，斜面机构，具有二个移动副的连杆机构移动凸轮机构，直线电机，弹簧机构图3-13直线移动转换为直线移动的变换机构六、直线移动转换为定轴转动或往复摆动的运动变换与实现机构曲柄滑块，齿轮齿条，摆臂移动凸轮，螺旋组合机构图3-14直动到摆动的运动变换机构第二节机、电、液机构组合的运动及控制一、机、液机构组合的运动形态液压缸与连杆机构系统的组合1．机、液机构组合的基本型a.单出杆固定缸；b.双出杆固定缸；c.摆缸2．机、液机构组合的常见运动形式液压传动容易实现顺序动作、换向动作、速度调节、压力调节和压力保持等多种复杂的要求，且易于实现自动控制所以机、液一体化的机械正在迅速发展。（1）固定液压缸式机构（2）摆动式液压缸机构图3-15机、液机构组合的基本型图3-16单出杆固定缸机构的直接应用图a)实现夹紧工作的原理图图b)送料工作原理图单出杆固定缸和连杆机构组合的实例图3-17固定缸式机构应用举例图a)为驱动机器人升降工作示意图图b)机械手夹持机构图b)机械手夹持机构图3-18摆动式液压缸机构示意图图a)控制机械臂俯仰图b)飞机起落架（空间机构）图3-19液压挖掘机图3-22电磁机构3．机、液机构的控制系统机、液机构，一般，液压元件动力元件，控制元件控制方法：手动、机动和微机控制。（1）手动控制：换向阀，流量阀（2）机动控制：档块实现换向（3）微机控制：由于液压阀心的动作可由电磁力来完成，以通电与断电的方式来控制阀心的动作，给实施微机控制提供了很大的方便。图3-20手动换向阀二、电磁机构：电磁机械运动图3-32（正）电磁机构：开关机构，电磁振动机构反电磁机构：磁电式位移传感器或速度传感器三、机电组合机构机、电一体，集自动控制、智能、机械运动为一体的柔性机械系统典型代表：计算机外设（打印机、传真机、绘图机……）微机→接口→输出通道→电磁阀图3-21微机控制框图图3-23针式打印机机构示意图图3-24为打印机控制原理图图3-25为机械系统微机控制框图总之，机电机构组合中的运动形态由机构的结构来实现，而机械的运动参数（位置、位移、速度、加速度等）和各执行机构的运动协调关系是靠微机系统（微机、接口电路、各种电子元件组成的硬件及软件）来实现的。进行创新设计机电组合机械时，根据工艺动作要求设计出机械系统，必须同时充分考虑到控制元件的选择以及控制方法的确定。机械系统、微机系统以及传感系统要作为一体来考虑，力求机械系统的简化，更好地发挥软件的优势，以降低机器的成本。第三节机械运动与控制一、机械运动的换向与控制1．旋转运动的换向与控制（正、反转控制）（1）改变电机转向（2）限位开关换向限位开关：机械式，光电式，磁开关对液压传动，通过限位开关控制电磁换向阀线圈的通电与断电，改变液流的方向而达到旋转油缸换向的目的。（3）介轮换向（4）棘轮换向改变棘爪的棘齿方向（5）摩擦轮换向（6）自身换向机械：曲柄摇杆，摆动凸轮图3-26三相交流异步电动机的换向控制电路图图3-27利用限位开关控制电机的换向的原理图图3-28介轮换向示意图图3-29棘轮换向示意图图3-30摩擦轮换向图3-31自身换向机构示例2．直线移动的换向与控制（1）改变电机转向来实现往复的直线移动丝杆传动，电动大门图3-32直线电机（2）液压换向：控制换向阀图3-33改变液流方向实现油缸的往复运动。软件定时（3）自身换向机构曲柄滑块机构、正弦机构、双滑块机构、直线凸轮机构等二、机械运动的调速与控制减速器，变速器（1）调速电机：目标，低速大扭矩直流电机调速中小功率已商品化交流电机调速（2）齿轮减速器普通齿轮减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、谐波减速器图3-32电动大门示意图图3-33液压换向控制原理图图3-34工作台换向示意图图3-35自身移动换向机构（4）变速器：有级变速器：图3-37无级变速器：摩擦传动功率≤20KW链式连杆脉动（3）其它减速装置：带传动、链传动、摩擦传动图3-36减速器示意图图3-37齿轮变速器简图表中L为离合器，Z为制动器。“+”号表示接合状态，“-”为松开状态图3-38无级变速器示意图表3-1T38坦克行星变速器LZ1Z2Z3Z4Z-1传动比1-+----10.242--+---4.083---+--2.544----+-1.65+-----1.0-1-----+-6.9三、机械运动的离合与控制实现原动机与执行机构的离合手动的操作方式电磁的图3-39电液的液压的四、机械运动的制动与控制缩短机械的停车时间种类：机械式、电磁式、液压制动器、液力制动器、气动制动器图3-40机械式制动器图3-41电磁与气动制动器