第三章-机械创新设计的技术基础

回章首退出内容回顾1、思维有哪些特性？2、思维的类型有哪些？3、创造性思维形成过程的三个阶段？4、“635法”属于哪种创新方法，它的模式又是怎样的呢？间接性和概括性多层性自觉性与创造性形象、抽象、发散、收敛、动态、有序、直接、创造性、质疑、灵感酝酿准备阶段潜心加工阶段顿悟阶段“635法”属于群体集智法中的书面集智法，它的模式是每次会议6个人，每人在卡片上写三个设想，每轮限定时间为5分钟。回章首退出第2章机械创新设计的技术基础第一节机器的组成分析第二节机构及其机械运动形态分析第三节机械的控制系统第四节机械运动及其控制第五节机械系统及其发展回章首退出一、机械及其分类机器－机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。机构－执行机械运动的装置。机械运动学观点看二者等同，统称为机械。第一节机器的组成分析1.概念回章首退出第一节机器的组成分析2.机械的分类根据机械的特点（能量物料信息主次）动力机－以能量转换为主的机械。（原动机）工作机－以物料转换为主的机械。（机床、收割机、起重机等）信息机－以信息转换为主的机械。（打印机、传真机等）行业——作业机械、交通运输机械、起重机械、印刷机械、纺织机械等回章首退出原动机电动机内燃机一次能源动力机：水力机、风力机（环保！）液压马达（采矿、冶金、建筑机械）三相交流异步电动机（工、矿、企业动力设备）直流电动机(机电一体化设备）步进电动机（要求分度或步进运动时）汽油机（远离电源、功率小－小汽车）柴油机（功率大、远离电源－重载车辆）原动机线性原动机非线性原动机单相交流异步电动机（电冰箱、洗衣机、空调）回章首退出机械创新设计的内容主要涉及到机械运动系统。原动机传动机构控制系统执行机构第一节机器的组成分析二机器的组成机械运动系统回章首退出第一节机器的组成分析图3-2无传动机构的机械图3-3油田抽油机机构简图1-电动机2-带传动3-减速箱4-ABCDE连杆机构5-抽油杆传动机构起缓冲、过载保护、减速的作用。回章首退出第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态常用的机构齿轮机构连杆机构凸轮机构螺旋机构间歇运动机构带传动和链传动机构组合机构回章首退出1、齿轮传动机构直齿轮传动斜齿轮传动人字齿轮传动内齿轮传动蜗杆传动锥齿轮传动第二节机构及其机械运动形态分析回章首退出1、齿轮传动机构第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态轮系：转动→转动完成齿轮增速减速转动方向的改变回章首退出2、连杆机构第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态①全转动副四杆机构的基本型②含有一个移动副四杆机构的基本型③含有二个移动副四杆机构的基本型四杆机构回章首退出2、连杆机构第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态①全转动副四杆机构的基本型ABCD回章首退出adbc13adbc13回章首退出第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态②含有一个移动副四杆机构的基本型2413曲柄滑块转动导杆机构回章首退出2、连杆机构第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态③含有两个移动副四杆机构的基本型1φI1sinφA2B4D3123DA4双转块机构正弦机构回章首退出3、凸轮机构－实现各种形式运动规律，转动移动相互转换，以及转动向摆动转化。第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态①直动从动件平面凸轮机构②摆动从动件平面凸轮机构③直动从动件圆柱凸轮机构④摆动从动件圆柱凸轮机构凸轮机构回章首退出3、凸轮机构第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态①直动从动件平面凸轮机构②摆动从动件平面凸轮机构回章首退出3、凸轮机构第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态③直动从动件圆柱凸轮机构④摆动从动件圆柱凸轮机构回章首退出4、螺旋传动机构－连续转动到往复直线移动，基本型——三角形螺旋传动机构第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态回章首退出5.间歇运动机构--主动件连续转动，从动件间歇转动或间歇移动第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态棘轮机构槽轮机构（可用于分拣物品）回章首退出5,间歇运动机构第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态分度凸轮机构不完全齿轮机构回章首退出6,摩擦轮传动机构－传递动力小（仪器—磁带的前进后退）第二节机构及其机械运动形态分析③垂直轴圆柱摩擦轮1212RRi1212sinsini1212RRi①平行轴圆柱摩擦轮②圆锥摩擦轮回章首退出（1）椭圆型瞬心线机构7,瞬心线机构－主动轮的转动转换为不等速的从动轮的转动。瞬心线机构可以实现连续的周期性的、变速转动输出。第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态22121121cos21eeeAPBPi1长轴直径焦距e为轮1的转角，e为椭圆的偏心率回章首退出2）四叶卵型线轮传动7,瞬心线机构－主动轮的转动转换为不等速的从动轮的转动。瞬心线机构可以实现连续的周期性的、变速转动输出。第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态APBPi2112回章首退出8,带传动机构－主动轮转动增速或减速为从动轮的转动适用于较大中心距的场合第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态回章首退出9,链传动机构－主动轮转动增速或减速为从动轮的转动适用于较大中心距的场合，输出同向的减速增速转动第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态回章首退出10.绳索传动机构－主动轮转动变换到从动轮的转动不能传递较大载荷。第二节机构及其机械运动形态分析一、机构及其运动形态回章首退出11.液、汽传动机构－利用液体或气体的动能把主动件的运动传递到从动件。基本型－刚体不动的液压油缸和气动缸及转化的摆动缸。第二节机构及其机械运动形态分析12.钢丝软轴传动机构－软轴相连接，主从动件位置具有随意性。图3-14液、气传动机构与钢丝软轴示意图1-动力源2、3-接头4-被驱动装置5-软轴回章首退出13.万向联轴器－空间连杆机构单万向联轴器第二节机构及其机械运动形态分析11223cossin1cos双万向联轴器：等速传动变速传动图3-15万向联轴器1-主动叉2-中间连接件3-从动叉回章首退出14.电磁机构－利用电磁转换原理，实现从动件的转动或移动，常用于开关机构、电磁振动机构等电动机械中。如电磁离合器接触器等新领域,利用超导现象控制导磁物体的悬浮.第二节机构及其机械运动形态分析图3-16电磁机构1、2-线圈3-锤头4-电磁铁5-吸和杆6-电路7-弹簧回章首退出15.机构的组合－把一些基本机构通过适当的方式连接起来，从而组成一个机构系统。各机构保持原有结构和运动特性，有自身独立性。第二节机构及其机械运动形态分析图3-17机构的组合系统回章首退出16.机、液机构的组合－主要是液压缸系统与连杆系统的组合，可满足执行机构的位置、行程、摆角、速度及复杂运动规律等多种要求。液压缸－主动件。第二节机构及其机械运动形态分析17.机电一体化机构－在信息指令下实现机械运动。集自动控制、人工智能、机械运动为一体的新系统。a.单出杆固定缸；b.双出杆固定缸；c.摆缸回章首退出第二节机构及其机械运动形态分析二、机构及其功能机械运动系统的主要作用是为了实现速度或力的变化、实现特定运动规律、实现特定运动轨迹、实现某种特殊信息的传递要求。机械运动系统运动形式变化运动性质变化运动速度变化运动方向变化运动合成分解传动辅助系统信息传递回章首退出1、转动到转动的功能变换齿轮传动机构－最理想，从动轮的转速可按选定传动比计算。摩擦轮传动机构－传力很小时可用带传动机构、链传动机构－中心距较大时钢丝软轴传动机构－两可动件之间转动连接万向节传动机构－两交叉轴之间连续转动双转块机构－相近平行轴之间转动转动导杆机构－从动件变速运动，急回特性回章首退出直齿轮传动斜齿轮传动人字齿轮传动内齿轮传动螺旋齿轮传动蜗杆传动锥齿轮传动回章首退出带传动机构液力传动机构绳索传动机构钢丝软轴传动机构摩擦轮传动机构同步带传动机构回章首退出曲柄滑块机构（空压机、内燃机）正弦机构直动从动件凸轮机构齿轮齿条机构螺旋机构(自锁，机床工作台的移动）2、转动到移动的功能变换回章首退出曲柄滑块机构直动凸轮机构正弦机构回章首退出3、转动到摆动的功能变换曲柄摇杆机构－死点摆动导杆机构－死点摆动从动件凸轮机构曲柄摇杆机构曲柄导杆机构曲柄摇块机构摆动凸轮机构回章首退出4.摆动到移动功能变换正切机构摆动液压缸机构φAH4D132CHtanφ回章首退出5.间歇运动变换槽轮机构棘轮机构不完全齿轮机构分度凸轮机构回章首退出外棘轮机构换向棘轮机构摩擦棘轮机构外槽轮机构内棘轮机构棘条机构回章首退出空间槽轮机构棘轮机构应用槽轮机构应用分度凸轮轮机构不完全齿轮机构回章首退出回章首退出6.实现特殊功能位移缩放机构、微位移机构、自锁机构，力的放大机构平行四边形图3-20位移缩放机构示意图图3-21自锁机构回章首退出7.实现特定运动轨迹图3-22实现特定的运动轨迹回章首退出8.实现某种特殊的信息传递检测、计数，定时显示控制等功能。机械计数器机械定时器图3-23实现特定信息的传递1-薄膜2-连杆3-齿条4-齿轮5-指针回章首退出第三节机械的控制系统机械控制系统的主要任务:1.使各执行机构按一定规律和顺序动作2.改变各运动构件的位置、速度、加速度等3.协调各运动构件的运动和动作，完成给定的作业环节要求4.对整个系统进行监控及防止事故，对工作中出现的不正常现象及时报警并消除回章首退出一、机械控制系统的类型(元器件及装置）机械式控制系统液压式控制系统气压式控制系统电气控制系统智能控制系统第三节机械的控制系统回章首退出第三节机械的控制系统一、机械控制系统的类型1.机械式控制系统精确度高，微动开关可以任意放置。但凸轮制成后，程序不能改变。凸轮鼓轮图3-24凸轮程序控制装置回章首退出第三节机械的控制系统一、机械控制系统的类型1.机械式控制系统纯机械控制实现复杂运动轨迹，结构庞大，可调整性差。图3-25利用速度变化进行控制的汽车发动机调速器1-主动盘2、3-齿轮4-拉杆5-供油量调节臂6-调节弹簧7-固定轴8-杠杆9-平板10-滑套11-调速器轴回章首退出第三节机械的控制系统一、机械控制系统的类型2.液压式控制系统液压控制元件液压执行机构根据液压原理建立起来的控制系统图3-26利用动作序列进行控制的液压系统1、8-换向阀2/5-液压阀3、4、6、7-行程开关9-溢流阀回章首退出第三节机械的控制系统一、机械控制系统的类型3.气压式控制系统由于采用压缩空气为工作介质，气压控制对环境污染小，适合易燃、易爆和多尘工作场所，安全性、可靠性大大超过液压和电气控制系统，气动元件速度高于液压元件。图3-27工业机械手电气-气压伺服控制系统回章首退出第三节机械的控制系统一、机械控制系统的类型4.电气式控制系统电气控制系统的基本要求：1.满足机械的动作要求或工艺条件；2.电气、电子元件合理，工作安全可靠；3.停机时，控制系统的电子元器件不应长期带电；4.有较强的抗干扰能力，避免误操作现象发生；5.便于维护与管理，经济指标好；6.使用寿命长；7.自动控制系统中应设置紧急手动控制装置。电气控制系统体积小，操作方便、无污染、安全可靠，可进行远距离控制。通过不同传感器可把位移、速度、加速度、温度、压力等转变为电量变化，然后由控制系统进行处理。回章首退出第三节机械的控制系统5.智能控制系统将计算机技术、电子技术、传感器技术和控制技术融为一体的先进控制手段。图3-30打印机控制原理图回章首退出第三节机械的控制系统一、机械控制系统的类型机械系统微机控制框图机械系统、微机系统、传感器系统要做为一体来考虑，力求机械系统简化，更好的发挥软件的优势，可降低机器的成本。回章首退出第三节机械的控制系统二、机械控制系统的发展趋势应用计算机技术和自动控制技术的发展，使控制对象不断增加，控制系统更加复杂、可靠性增加。两类控制对象：（1）位移、速度、加速度、温度、压力……数量的大小为控制对象按表示数量的种类分：模拟控制数字控制（2）以