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1、第十四章第十四章 机构的选型、组合及机械机构的选型、组合及机械 传动系统方案的传动系统方案的设计141 概述概述142 机械工作原理的方案拟定机械工作原理的方案拟定144 机构的选型和变异机构的选型和变异 147 机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例143 执行构件的运动设计和原动机的选择执行构件的运动设计和原动机的选择145 机构的组合机构的组合 146 机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定宁夏大学专用 作者：潘存云教授 机械传动系统的组成：机械传动系统的组成：由由若若干干种种不不同同机机构构组组合合而而成成，能能实实现现机机械械工工艺艺过过程程所需运动的系统。所需运动的系统。作
2、用：作用：1.实现预期运动实现预期运动 减减速速(或或增增速速)、变变速速、转转换换运运动动形形式式和和使使执执行行构构件件协调配合工作等运动要求。协调配合工作等运动要求。2.传递动力传递动力 把把原原动动机机输输出出的的功功率率或或转转矩矩传传递递到到执执行行构构件件上上去去，以克服生产阻力。以克服生产阻力。141 概概 述述3.运动操纵与控制运动操纵与控制 指现代机械 将将光光、机机、电电、液液有有机机结结合合，借借助助于于微微机机控控制制，自自动实现机械所需的完整的工作过程。动实现机械所需的完整的工作过程。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 提高机械的性能与质量提高机械的性能与质量正确、合正
3、确、合理的设计理的设计减少维护费用减少维护费用 故应予以高度重视降低制造成本降低制造成本机机械械传传动动系系统统设设计计的的特特点点-创造性的思维活动。创造性的思维活动。要求：要求：1)注重多学科知识的综合应用；注重多学科知识的综合应用；2)注重总结与实践经验的积累；注重总结与实践经验的积累；3)充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设 计方法与技巧。计方法与技巧。以便设计出新颖、灵活、高效的机械传动系统宁夏大学专用 作者：潘存云教授 3)机构选型、变异与组合机构选型、变异与组合;4)机构的尺寸综合机构的尺寸综合;5)方案分析方案分析;1)拟定机械的
4、工作原理拟定机械的工作原理;2)执行机构的运动设计和原动机的选择执行机构的运动设计和原动机的选择;6)方案评审。方案评审。1)拟定机械的工作原理拟定机械的工作原理-根据需要制定机械的总功能，根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械 所要实现的工艺动作。所要实现的工艺动作。2)执执行行机机构构的的运运动动设设计计和和原原动动机机的的选选择择-根根据据功功能能和和 工艺动作，确定各执行构件的数目、运动形式、运工艺动作，确定各执行构件的数目、运动形式、运 动参数以及运动协调配合关系，生产阻力等，确定动参数以及运动协调配合关系，
5、生产阻力等，确定 原动机的类型和功率。原动机的类型和功率。设计设计步骤步骤宁夏大学专用 作者：潘存云教授 3)机构选型、变异与组合机构选型、变异与组合;4)机构的尺寸综合机构的尺寸综合;5)方案分析方案分析;1)拟定机械的工作原理拟定机械的工作原理;2)执行机构的运动设计和原动机的选择执行机构的运动设计和原动机的选择;6)方案评审。方案评审。设计设计步骤步骤3)机机构构选选型型、变变异异与与组组合合-根根据据机机械械的的动动力力与与功功能能要要求求，合合理理选选择择机机构构类类型型，拟拟定定机机构构的的组组合合方方案案，形形成成能能满满足足运运动动和和动动力力要要求求的的机机械械传传动动系系统
6、统方方案案。绘绘制制机械传动系统的示意图。机械传动系统的示意图。4)机机构构的的尺尺寸寸综综合合-根根据据执执行行构构件件和和原原动动件件的的运运动动参参数数，以以及及各各执执行行构构件件运运动动的的协协调调配配合合的的要要求求，确确定定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图。各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 3)机构选型、变异与组合机构选型、变异与组合;4)机构的尺寸综合机构的尺寸综合;5)方案分析方案分析;1)拟定机械的工作原理拟定机械的工作原理;2)执行机构的运动设计和原动机的选择执行机构的运动设计和原动机的选择;6)方案评审。方案评审。设计设计步骤步骤5)
7、方方案案分分析析-根根据据机机械械的的生生产产阻阻力力或或原原动动机机的的额额定定转转矩矩，进进行行机机械械中中力力的的计计算算，作作为为下下一一步步零零件件强强度度计计算的依据。算的依据。6)方方案案评评审审-通通过过对对众众多多方方案案的的评评比比，选选择择最最佳佳方方案。案。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 设计机械产品时，首先应根据使用要求、技术条件及工作环境等情况，明确提出机械所要达到总功能，然后拟定实现这些功能工作原理及技术手段；最后设计出机械系统传动方案。142 机械工作原理的方案拟定机械工作原理的方案拟定产品的功能产品的功能-用途、性能使用价值等，它是根据人用途、性能使用价值等，
8、它是根据人 们生产或生活需要提出来的。们生产或生活需要提出来的。可行性可行性经济性经济性确确定定功功能能指指标标应应考考虑虑-先进性先进性工作质量工作质量传动方案传动方案结构形式结构形式制造成本制造成本实现产品功能的实现产品功能的工作原理决定了工作原理决定了技术水平技术水平 确定工作原确定工作原理应利用各种创造技法，借鉴同类产品理应利用各种创造技法，借鉴同类产品的成功的经验和最新科技成果。的成功的经验和最新科技成果。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 应应根根据据机机械械的的功功能能要要求求，根根据据不不同同的的工工作作原原理理拟拟定定出出多多种种运运动动方方案案，进进行行综综合合评评价价，从从中
9、中选选择择一一个个最最佳方案。佳方案。实现同一种功能可以采用多种工作原理。实现同一种功能可以采用多种工作原理。套丝套丝搓丝搓丝如螺纹加工：如螺纹加工：车削车削插齿插齿剃齿剃齿如齿轮加工：如齿轮加工：滚齿滚齿工工作作原原理理不不同同，运动方案也不同。运动方案也不同。即使工作原理相同，也可以有不同的运动方案。即使工作原理相同，也可以有不同的运动方案。加加工工刀刀具具不不同同，运动方案也不同。运动方案也不同。为了便于设计，应将机械的功能进行分解。为了便于设计，应将机械的功能进行分解。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 设计一台彩色电视机阴极盘用的金属片的冲裁机设计一台彩色电视机阴极盘用的金属片的冲裁机器
10、，圆片直径器，圆片直径10mm，厚度。，厚度。功能分解：送料功能分解：送料 冲制冲制 退回退回确定方案时应注意两点：确定方案时应注意两点：1）用最简单的方法实现同一功能。）用最简单的方法实现同一功能。100.8图示按摩椅中的按摩轮利用一图示按摩椅中的按摩轮利用一个偏心空间凸轮同时实现三维个偏心空间凸轮同时实现三维方向的按摩作用：径向振动挤方向的按摩作用：径向振动挤压、向下推拉、和横向推拉，压、向下推拉、和横向推拉，构思巧妙，结构非常简单。构思巧妙，结构非常简单。Br按摩轮宁夏大学专用 作者：潘存云教授 活动游标活动游标光源光源透镜透镜读数窗读数窗2）注意光、机、电、流体等知识的综合运用。）注意
11、光、机、电、流体等知识的综合运用。确定方案时应注意两点：确定方案时应注意两点：1）用最简单的方法实现同一功能。）用最简单的方法实现同一功能。指针指针玛瑙玛瑙支撑支撑K向向刀口刀口活动活动游标游标图示分析天平，要求精图示分析天平，要求精度达到度达到0.01g,但靠目力但靠目力读指针的微小偏角已不读指针的微小偏角已不可能。可能。增加了一级光学杠杆，增加了一级光学杠杆，将读数放大。将读数放大。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 一个执行构件一个执行构件两个执行构件两个执行构件机械传动系统的作用就是将原动机的运动和动力传递到执行构件，故原动机的类型和执行构件的运动形式、运动参数、运动方位等都决定了传动系统
12、的方案。执行构件的运动设计和原动机的选择,就是根据拟定的工作原理和工艺动作过程，确定执行构件的数目、运动形式、运动参数、运动协调关系，并选择适当的原动机的类型和运动参数与之相配。一、执行构件的运动设计一、执行构件的运动设计1)执行构件的数目执行构件的数目143 执行构件的运动设计和原动机的选择执行构件的运动设计和原动机的选择根据工作原理根据工作原理工艺动作过程工艺动作过程执行构件的数目执行构件的数目运动形式运动形式运动参数运动参数运动协调关系运动协调关系原动机的类型和运动参数原动机的类型和运动参数-取取决决于于机机械械分分功功能能或或分分动动作作的的多多少少，两两者者不不一一定定相相等等，要要
13、具体分析确定。具体分析确定。如立式钻有两种方案如立式钻有两种方案:宁夏大学专用 作者：潘存云教授 2)执行构件的运动形式和运动参数执行构件的运动形式和运动参数直线运动直线运动曲线运动曲线运动复合运动复合运动往复摆动往复摆动执执行行构构件件运运动动形形式式回转运动回转运动每分钟转数每分钟转数 rpm-由两个以上单一运动合成由两个以上单一运动合成间歇回转间歇回转停歇往复直线停歇往复直线停歇单向直线停歇单向直线沿可变曲线运动沿可变曲线运动连续回转连续回转沿固定曲线运动沿固定曲线运动往复直线往复直线每分钟转位次数、转角大每分钟转位次数、转角大小、运动系数小、运动系数每分钟摆动次数、转角大小、每分钟摆动
14、次数、转角大小、行程速比系数行程速比系数每分钟行程数目、大小、每分钟行程数目、大小、行程速比系数行程速比系数每循环停歇次数、位置、时每循环停歇次数、位置、时间、行程大小和工作速度。间、行程大小和工作速度。-每次进给量的大小。每次进给量的大小。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 往复摆动往复摆动电电 动动 机机气缸气缸原原动动件件运运动动形形式式连续回转连续回转往复直线往复直线二、原动件的类型及其运动参数的选择二、原动件的类型及其运动参数的选择液压马达液压马达气动马达气动马达内内 燃燃 机机液压马达液压马达气动马达气动马达直线电机直线电机油缸油缸柴油机柴油机燃气轮机燃气轮机汽油机汽油机直流电动机直流
15、电动机交流变频变速电动机交流变频变速电动机伺服电动机伺服电动机步进电动机步进电动机力矩电动机力矩电动机交流异步电动机交流异步电动机交流异步电动机的运动参数交流异步电动机的运动参数-同步转数：同步转数：3000，1500，1000，750，600 rpm宁夏大学专用 作者：潘存云教授 砂轮砂轮工件工件砂轮架砂轮架三、各执行构件间运动的协调配合和机械的工作循环图三、各执行构件间运动的协调配合和机械的工作循环图1）各执行构件间运动的协调配合关系）各执行构件间运动的协调配合关系a)运动彼此独立无需协调配合：运动彼此独立无需协调配合：外外圆圆磨磨床床的的砂砂轮轮和和工工件件的的四四个个运运动动彼彼此此独
16、独立立。故故应应为每个运动单独设计各自的运动链。为每个运动单独设计各自的运动链。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 b)动作协调配合：动作协调配合：图示冲床的两个执行构件中，要求：图示冲床的两个执行构件中，要求：送料构件将原料送入模孔上方后，冲头才可进入模送料构件将原料送入模孔上方后，冲头才可进入模孔进行冲压；孔进行冲压；图示折叠包装机构的两个执行构件中，要求：图示折叠包装机构的两个执行构件中，要求：饼干饼干1342饼干饼干2右折边构件右折边构件43包装纸包装纸左折边构件左折边构件1饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342左折边构件左折边构件右折边构件右折边构件饼干饼干1342包装纸包装纸
17、MBA两个构件不能同时位于区域两个构件不能同时位于区域M把把MAB中，以免干涉。中，以免干涉。当冲头上移一段距离后，才能进行下次送料动作。当冲头上移一段距离后，才能进行下次送料动作。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 c)各执行构件运动速度的协调配合：各执行构件运动速度的协调配合：范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。作者：潘存云教授作者：潘存云教授0 00 0齿轮插刀加工齿轮插刀加工i=0 0/=z/z/=z/z0 0共轭齿廓互为包络线共轭齿廓互为包络线切切削削运运动动0 0范成运动范成运动让刀运动让刀运动 对于有运动协调配合要求的构
18、件，往往采用以一台对于有运动协调配合要求的构件，往往采用以一台原动机，原动机，通过传动系统分配运动，实现协调动作。通过传动系统分配运动，实现协调动作。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 2）机械的工作（运动）循环图）机械的工作（运动）循环图定义：定义：设计机械时，用以表示机械在一个工作循环过设计机械时，用以表示机械在一个工作循环过 程中，各执行构件之间运动配合关系的图形。程中，各执行构件之间运动配合关系的图形。定标件：定标件：用其运动位置（转角或位移）作为确定其它用其运动位置（转角或位移）作为确定其它 执行构件运动先后次序的基准。执行构件运动先后次序的基准。形式：形式：直线式、圆周式、直角坐标式三
19、种。直线式、圆周式、直角坐标式三种。直线式工作循环图直线式工作循环图 退回退回停停 止止冲冲 制制 进给进给冲头冲头送料器送料器曲柄转角曲柄转角 0 90 180 270 360此例中主轴作为定标件。此例中主轴作为定标件。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 圆周式工作循环图圆周式工作循环图 图示为单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴图示为单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴为定标件，转为定标件，转2圈为一个工作循环。圈为一个工作循环。启启排排气气门门开开启启进进气气门门开开进进气气排排气气压压缩缩膨膨胀胀闭闭进进气气门门关关火火点点曲轴曲轴0 540 360 180 排排门门闭闭关关气气宁夏大学专用
20、作者：潘存云教授 进进退退 静止静止 静止静止 静止静止 进进退退 MM左执行机构左执行机构1 左执行机构左执行机构2 分配轴转角分配轴转角 0 90 180 270 360 直角坐标式工作循环图直角坐标式工作循环图 饼干包装机工作循环图中，饼干包装机工作循环图中，横轴表示定标件的转角，纵横轴表示定标件的转角，纵轴表示轴表示 执行构件的转角。执行构件的转角。饼干饼干1342饼干饼干2右折边构件右折边构件43包装纸包装纸左折边构件左折边构件1饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342左折边构件左折边构件右折边构件右折边构件饼干饼干1342包装纸包装纸MBA两个构件不能同时位于区域M把MAB
21、中，以免干涉。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 144 机构的选型和变异机构的选型和变异 一、机构的选型一、机构的选型-选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机构。构。1）传递连续回转运动的机构）传递连续回转运动的机构啮合传动机构啮合传动机构 连杆机构连杆机构 传递连续传递连续回转运动回转运动的机构的机构:摩擦传动机构摩擦传动机构 摩擦轮传动摩擦轮传动 带传动带传动 蜗杆传动蜗杆传动 链传动链传动 齿轮传动齿轮传动 平行四边形机构平行四边形机构 双曲柄机构双曲柄机构 摩擦传动机构的优缺点：摩擦传动机构的优缺点：优点：优点：结构简单、传动平稳、易于实现无
22、级变速、过载保护。结构简单、传动平稳、易于实现无级变速、过载保护。缺点：缺点：传动比不准确、传递功率小、效率低。传动比不准确、传递功率小、效率低。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 12摩擦轮传动摩擦轮传动 123平板式无级变速器平板式无级变速器 123圆锥式无级变速器圆锥式无级变速器 2）实现单向间歇回转运动的机构）实现单向间歇回转运动的机构棘轮机构棘轮机构 齿轮齿轮-连杆机构连杆机构 单向间歇单向间歇回转运动回转运动槽轮机构槽轮机构 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构-适用于转角固定的转位运动。适用于转角固定的转位运动。-每次转角小，或转角大小可调每次转角小，或
23、转角大小可调的低速场合。的低速场合。-大转角而速度不高的场合大转角而速度不高的场合-运动平稳、分度、定运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、位准确，但制造困难、高精度定位、高速场合。高精度定位、高速场合。-特殊要求的输送机构。特殊要求的输送机构。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 3）实现往复移动往复摆动运动的机构）实现往复移动往复摆动运动的机构凸轮机构凸轮机构 组合机构组合机构 往复运动往复运动连杆机构连杆机构 螺旋机构螺旋机构 齿轮齿条机构齿轮齿条机构 液压缸、气缸液压缸、气缸 正弦机构正弦机构 正切机构正切机构 六连杆机构六连杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 连杆机构的特点：连杆机构的特点：
24、制造容易、承载能力大，但难以实制造容易、承载能力大，但难以实现精确运动，适用于无严格运动规律的场合。现精确运动，适用于无严格运动规律的场合。凸轮机构的特点：凸轮机构的特点：能实现任意复杂的运动和各构件之能实现任意复杂的运动和各构件之间的运动协调，承载能力不大。间的运动协调，承载能力不大。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 3）实现往复移动往复摆动运动的机构）实现往复移动往复摆动运动的机构凸轮机构凸轮机构 组合机构组合机构 往复运动往复运动连杆机构连杆机构 螺旋机构螺旋机构 齿轮齿条机构齿轮齿条机构 液压缸、气缸液压缸、气缸 正弦机构正弦机构 正切机构正切机构 六连杆机构六连杆机构 曲柄滑块机构曲柄
25、滑块机构 螺旋机构的特点：螺旋机构的特点：可获得大的减速比和较高的运动精可获得大的减速比和较高的运动精度，常用作低速进给和精密微调机构。度，常用作低速进给和精密微调机构。齿轮齿条机构的特点：齿轮齿条机构的特点：适用于移动速度较高的场合，适用于移动速度较高的场合，精密齿条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。精密齿条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 凸轮机构的推杆行程一般较小，否则会使压力角凸轮机构的推杆行程一般较小，否则会使压力角过大或尺寸过大。过大或尺寸过大。连杆机构可以获得较大行程，但不能太大，否连杆机构可以获得较大行程，但不能太大，否则机构尺寸会过
26、于庞大。则机构尺寸会过于庞大。齿轮齿条机构或螺旋机构可满足大行程的要求。齿轮齿条机构或螺旋机构可满足大行程的要求。4）再现轨迹的机构）再现轨迹的机构齿轮齿轮-连杆组合机构连杆组合机构联动凸轮机构联动凸轮机构 再现轨迹再现轨迹连杆机构连杆机构 凸轮凸轮-连杆组合机构连杆组合机构 一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之外，其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。迹之外，其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 齿轮齿轮-连杆组合机构连杆组合机构作者：潘存云教授搅拌机构搅拌机构CBADE凸轮凸轮-连杆组合机构连杆组合机构联动凸轮
27、机构联动凸轮机构 宁夏大学专用 作者：潘存云教授 二、机构的变异二、机构的变异当所选机构不能满足机械提出的运动和动力要求时，或者为了改善所选机构的性能或结构时，可以通过改变机构中某些构件结构形状、运动尺寸、更换机架或原动件、增加辅助构件等方法获得新的机构或特性。此称为机构的变异构件结构形状构件结构形状运动尺寸运动尺寸更换机架更换机架或原动件或原动件增加辅助构件增加辅助构件目的：目的：获得新的机构或特性，已满足使用要求。获得新的机构或特性，已满足使用要求。机构的变异机构的变异1）改变构件结构形状）改变构件结构形状 若将摆动导杆机构中的直线导若将摆动导杆机构中的直线导槽改为圆弧导槽，运动到左侧槽改
28、为圆弧导槽，运动到左侧时，可获得较长时间的停歇。时，可获得较长时间的停歇。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 2）改变构件运动尺寸）改变构件运动尺寸 槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时,槽条机构槽条机构3）选不同的构件作为机架）选不同的构件作为机架 -机构的倒置机构的倒置 摆动凸轮机构摆动凸轮机构123123连杆连杆-凸轮机构凸轮机构A1BCO234罐头封口机构罐头封口机构要求C点沿接合缝运动。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 4）选不同的构件作为原动件）选不同的构件作为原动件作者：潘存云教授ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗
29、轮蜗杆蜗杆电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆双摇杆机构中，选连杆作为双摇杆机构中，选连杆作为原动件，可把风扇转子的旋原动件，可把风扇转子的旋转转化为连架杆的摇动。转转化为连架杆的摇动。5）增加辅助构件作为原动件）增加辅助构件作为原动件图示手动插秧机分图示手动插秧机分秧、插秧机构中增秧、插秧机构中增加了一个辅助构件加了一个辅助构件活活舌舌3，从而使，从而使M点实现预定轨迹。点实现预定轨迹。123B654M3宁夏大学专用 作者：潘存云教授 231453aa”6）用最小阻力原理简化机构）用最小阻力原理简化机构 最小阻力定律最小阻力定律-在自由状态下，刚体总是沿阻力最在自由状态下，刚体总是沿
30、阻力最小小 的方向运动。的方向运动。当原动件数目小于机构自由度数目时，机构遵循当原动件数目小于机构自由度数目时，机构遵循最小阻力定律，用此可以简化机构。最小阻力定律，用此可以简化机构。虽然理论上机构运动仍不确定工作原理：送料机构的自由度为2，推程时因转动摩擦力比滑动摩擦力小而构件3先逆时针转动，碰到下挡销时止。这一过程使推爪向下运动，并插入工件的凹槽中。此后推杆、工件、滑块三者为一体，向左推送工件。回程时，推杆先顺时针转动，推杆与工件脱离，碰到上挡销时，推杆与滑块一起返回。自由度：自由度：F=2送料机构送料机构机构简单，但运动不是强制性机构简单，但运动不是强制性的，故存在以外干扰的可能。的，故
31、存在以外干扰的可能。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 一、机构的串联组合一、机构的串联组合145 机构的组合机构的组合 为了实现执行机构的运动形式、运动参数以及运动协调关系，或者为了改善机械的动力特性，需要将选定的各种机构组合在一起。前一个机构的输出，作为下一个机构的输入，前一个机构的输出，作为下一个机构的输入，依次串联。依次串联。一般串联组合：一般串联组合：后一级机构的主动件固连后一级机构的主动件固连在前一级机构的一个连架在前一级机构的一个连架杆上。杆上。512341III1s3s4III特殊串联组合：特殊串联组合：后一级机构的主动件串接在后一级机构的主动件串接在前一级机构的一个连杆上。前一级
32、机构的一个连杆上。123A54DCBFEM宁夏大学专用 作者：潘存云教授 123A54DCBM123A4DCBE 织布机开口机构。织布机开口机构。M点点通过直线段时，从动导杆作通过直线段时，从动导杆作较长时间的停歇。较长时间的停歇。III 齿轮机构与连杆机构的齿轮机构与连杆机构的串联组合。行星轮上各不同串联组合。行星轮上各不同点的轨迹是各种内摆线，故点的轨迹是各种内摆线，故选择不同点选择不同点C可使从动杆可使从动杆4获获得不同的运动规律。得不同的运动规律。特殊串联组合的表示符号：特殊串联组合的表示符号：宁夏大学专用 作者：潘存云教授 二、机构的并联组合二、机构的并联组合 一个机构产生若干个分支
33、后续机构，或若干个一个机构产生若干个分支后续机构，或若干个分支机构汇合后于一个后续机构的组合方式。分支机构汇合后于一个后续机构的组合方式。1)一般并联组合：一般并联组合：各分支机构间无任何严格的运动各分支机构间无任何严格的运动协调配合关系。各分支部分可独立设计。协调配合关系。各分支部分可独立设计。表示框图表示框图某航空发动机某航空发动机附件传动系统附件传动系统主动轴主动轴VI宁夏大学专用 作者：潘存云教授 2)特殊并联组合：特殊并联组合：各分支机构间有严格的运动协调配各分支机构间有严格的运动协调配 合关系。合关系。(1)有速比要求有速比要求 各分支部分常共用一台原动机（或集中数控），各分支部分
34、常共用一台原动机（或集中数控），各部分严格按速比设计。各部分严格按速比设计。(2)有轨迹配合要求有轨迹配合要求图示联动凸轮机构中，图示联动凸轮机构中，两个分支凸轮共同驱两个分支凸轮共同驱动一个从动件，实现动一个从动件，实现矩形轨迹完成送料。矩形轨迹完成送料。圆珠笔芯自动送料机构圆珠笔芯自动送料机构15432611宁夏大学专用 作者：潘存云教授(3)有时序要求有时序要求 各分支机构在各分支机构在动作的先后次序上动作的先后次序上有严格的要求。有严格的要求。如自动车床上三个如自动车床上三个并联凸轮的工作顺并联凸轮的工作顺序有先后要求。序有先后要求。凸轮凸轮I凸轮凸轮II凸轮凸轮III凸轮凸轮转角转角
35、0 90 180 270 360 放松放松(送料送料)车外圆道角车外圆道角挡料挡料切断切断夹夹 紧紧工件（铆钉）工件（铆钉）外圆车刀外圆车刀棒料棒料切断刀切断刀倒角刀倒角刀凸轮轴凸轮轴挡挡板板IIIIII主轴主轴宁夏大学专用 作者：潘存云教授(4)有运动形式配合要求有运动形式配合要求 左图所示搅拌机除了左图所示搅拌机除了E点按曲线运动外，还要点按曲线运动外，还要求搅拌釜作自旋运动，但两者无速比要求。求搅拌釜作自旋运动，但两者无速比要求。砂轮砂轮工件工件砂轮架砂轮架作者：潘存云教授搅拌机构搅拌机构 如右图磨床中的主轴回转、砂轮回转、工件进如右图磨床中的主轴回转、砂轮回转、工件进给也属于运动形式上
36、的配合。给也属于运动形式上的配合。CBADE宁夏大学专用 作者：潘存云教授 3)汇集式并联组合：汇集式并联组合：若干分支机构汇集一道共同驱动若干分支机构汇集一道共同驱动 一后续机构。常用于重型机械传动。一后续机构。常用于重型机械传动。直线电机直线电机禁翼禁翼直线电机直线电机某型飞机的禁翼某型飞机的禁翼操纵机构操纵机构大型船舶主传动机构大型船舶主传动机构汇集式并联组合的符号框图：汇集式并联组合的符号框图：一个直线电机失灵后，另外一个仍能工作宁夏大学专用 作者：潘存云教授 三、机构的封闭式组合三、机构的封闭式组合 将一个多自由度机构（称基础机构）中的某两将一个多自由度机构（称基础机构）中的某两个构
37、件的运动用另外一机构（称约束机构）将其联个构件的运动用另外一机构（称约束机构）将其联系起来，使其成为一个单自由度机构的组合。系起来，使其成为一个单自由度机构的组合。1)一般封闭一般封闭式组合式组合cdIabIIIabcdII1234AB6BDC5GF 将基础机构的两个主动构件或两个从动构件用将基础机构的两个主动构件或两个从动构件用约束机构封闭起来。约束机构封闭起来。IabII114C(x,y)a1bII宁夏大学专用 作者：潘存云教授 2)反馈封闭反馈封闭式组合式组合通过约束机构使从动件的运动反馈到基础机构。通过约束机构使从动件的运动反馈到基础机构。校正原理：校正原理：蜗杆主动，因制造误差使蜗轮
38、运动精度达蜗杆主动，因制造误差使蜗轮运动精度达不到要求，由误差设计一凸轮机构，经齿轮齿条、差不到要求，由误差设计一凸轮机构，经齿轮齿条、差动机构动机构K使蜗杆得到一附加转动，以校正误差。使蜗杆得到一附加转动，以校正误差。机床校正机构机床校正机构1414213K2114组合示意框图组合示意框图宁夏大学专用 作者：潘存云教授 III四、机构的装载式组合四、机构的装载式组合将一个机构装在另一个机构的活动构件上。将一个机构装在另一个机构的活动构件上。1）单自由度的装载式组合）单自由度的装载式组合作者：潘存云教授ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机
39、电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电动木马机构中的摇块机构电动木马机构中的摇块机构装在一个双杆机构上。装在一个双杆机构上。2）双自由度的装载式组合）双自由度的装载式组合风扇转子（双杆机构）装在曲柄风扇转子（双杆机构）装在曲柄摇杆机构上。摇杆机构上。III宁夏大学专用 作者：潘存云教授 在确定了机械的工作原理，并完成了执行机构构件和原动机的运动设计之后，通过进行机构的选型、变异及组合，即可形成机械传动系统方案。最后通过分析与评价，从众多的方案中选出最佳方案。146 机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定一、拟定机械传动方案的一般原则一、拟定机械传动方案的一般原则1）采用尽可能短的运动
40、链采用尽可能短的运动链理由：理由：降低重量和制造成本、提高效率、减少累计误差。降低重量和制造成本、提高效率、减少累计误差。方法：方法：在无严格速比要求时，各分支选用独立原动机。在无严格速比要求时，各分支选用独立原动机。2）优先选用基本机构优先选用基本机构理由：理由：基本机构结构简单、设计方便、技术成熟。在不基本机构结构简单、设计方便、技术成熟。在不 满足要求时，才考虑变异或组合。满足要求时，才考虑变异或组合。3）应使机械有较高的机械效率应使机械有较高的机械效率4）合理安排不同类型传动机构的顺序合理安排不同类型传动机构的顺序转变运动形式的机构（如凸轮机构、连杆机构、螺转变运动形式的机构（如凸轮机
41、构、连杆机构、螺旋机构等）通常安排运动链的末端，与执行机构靠近。旋机构等）通常安排运动链的末端，与执行机构靠近。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 带传动和摩擦传动一般应安排转速较高的运动链的带传动和摩擦传动一般应安排转速较高的运动链的 起始端，以减小传动的扭矩，并减小外形尺寸。起始端，以减小传动的扭矩，并减小外形尺寸。5）合理分配传动比合理分配传动比（1）每一级传动比应在合理范围内选取；每一级传动比应在合理范围内选取；（2）减速传动时，按前小后大的原则分配，有利于减速传动时，按前小后大的原则分配，有利于 减小尺寸；减小尺寸；传动机构种类传动机构种类 平带平带 V带带 摩擦轮摩擦轮 齿轮齿轮 蜗杆
42、蜗杆 链链圆周速度圆周速度 m/s 525 530 1525 15120 1535 1540减速比减速比 5 815 710 48 80 610最大最大 功率功率 kw 2000 7501200 150250 50000 550 3750常用传动机构的合理取值范围常用传动机构的合理取值范围宁夏大学专用 作者：潘存云教授 6）保证机械的安全运转保证机械的安全运转 为防止倒转可采用自锁装置或制动器，防止过载为防止倒转可采用自锁装置或制动器，防止过载损坏可采用摩擦传动或安全联轴器。损坏可采用摩擦传动或安全联轴器。二、拟定机械传动方案的方法二、拟定机械传动方案的方法1）功能分解组合法）功能分解组合法基
43、本思路：基本思路：将总功能分解成若干分功能，再细分解成元功能；将总功能分解成若干分功能，再细分解成元功能；为每一个元功能选择一个完成此功能的机构；为每一个元功能选择一个完成此功能的机构；将各种机构加以适当组合或变异得到一个运动方案；将各种机构加以适当组合或变异得到一个运动方案；由于实现元功能的机构是多样的，根据排列组合由于实现元功能的机构是多样的，根据排列组合原理可得到若干种运动方案。原理可得到若干种运动方案。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 100.8冲床功能分解：送料冲床功能分解：送料 冲制冲制 退回退回冲头功能细分：往复运动、增力、急回、减速；冲头功能细分：往复运动、增力、急回、减速；送料
44、功能细分：间歇送料；送料功能细分：间歇送料；1）往复运动、增力、急回元功能可）往复运动、增力、急回元功能可 用以下两种机构来实现：用以下两种机构来实现：凸轮机构凸轮机构六杆肘杆机构六杆肘杆机构宁夏大学专用 作者：潘存云教授 2|）为了实现冲头的减速功能，可以采用如下方案；）为了实现冲头的减速功能，可以采用如下方案；两级带传动；两级带传动；两级齿轮传动；两级齿轮传动；一级带传动一级带传动 一级齿轮传动；一级齿轮传动；3）为了实现间歇送功能料，可以采用如下方案；）为了实现间歇送功能料，可以采用如下方案；间歇滚轮传动间歇滚轮传动棘轮机构棘轮机构推勾式送料机构推勾式送料机构将上述各种机构进行组合，就能
45、得到多种方案。将上述各种机构进行组合，就能得到多种方案。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 2）模仿改造法）模仿改造法先找出完成设计任务的关键技术；先找出完成设计任务的关键技术；然后寻找具有类似技术的设备装置；然后寻找具有类似技术的设备装置；分析利用原装置完成现设计任务的有利分析利用原装置完成现设计任务的有利 条件、不利条件、还缺少哪些条件；条件、不利条件、还缺少哪些条件；保留有利条件，去掉不利条件，增设缺少的条件，保留有利条件，去掉不利条件，增设缺少的条件，对原装置进行改进，使之能满足现设计的需要；对原装置进行改进，使之能满足现设计的需要；注意：注意：为了更好地完成设计，一般应多选几种原型机为了
46、更好地完成设计，一般应多选几种原型机60202560举例：举例：试设计育秧钵制作机传动系统试设计育秧钵制作机传动系统育秧钵如图所示，要求每分钟生产育秧钵如图所示，要求每分钟生产50个。个。工艺过程：工艺过程：填肥土、压实、脱模。填肥土、压实、脱模。核心技术：核心技术：冲制、脱模冲制、脱模原型机：原型机：蜂窝煤制作机蜂窝煤制作机宁夏大学专用 作者：潘存云教授 图示蜂窝煤制作机传动系统中，包括：图示蜂窝煤制作机传动系统中，包括：电机电机带传动带传动圆圆柱齿轮、柱齿轮、圆锥齿圆锥齿轮轮槽轮槽轮实现工实现工作台间歇转动。作台间歇转动。冲头冲头凸轮机构凸轮机构实现清扫实现清扫电机电机带传动带传动圆圆柱齿
47、轮、柱齿轮、曲柄滑曲柄滑块机构块机构 实现冲压实现冲压与脱模。与脱模。1287654311109141312蜂窝煤制作机传动系统蜂窝煤制作机传动系统 1）因为模盘靠槽轮实现间歇回转，周期较长，生产效率低，机构也较复杂，成本较高；可以考虑改成连续旋转2）土壤间粘结性好，改造方案中可以考虑去掉；3）缺混合搅拌装置，新方案拟增加。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 125643育秧钵制作机传动系统育秧钵制作机传动系统 97(8)IIIIII101116151413121413917KK向向改造成育秧钵制作机：改造成育秧钵制作机：电机电机带传动带传动圆柱齿轮、圆柱齿轮、圆锥齿轮圆锥齿轮圆柱齿轮圆柱齿轮实现
48、工作台连续转动。实现工作台连续转动。轴轴III直接驱动搅拌器直接驱动搅拌器。电机电机带传动带传动圆圆柱齿轮、柱齿轮、曲柄滑曲柄滑块机构块机构 实现冲压实现冲压与脱模。与脱模。宁夏大学专用 作者：潘存云教授 三、机械传动方案的评价三、机械传动方案的评价1）评价指标）评价指标机械功能的实现质量机械功能的实现质量 -精确性、稳定性、适应性、扩展性；精确性、稳定性、适应性、扩展性；机械工作性能机械工作性能 -运转的平稳性、传力性能、承载能力等；运转的平稳性、传力性能、承载能力等；机械的动力性能机械的动力性能 -冲击、振动、噪声、耐磨性能等；冲击、振动、噪声、耐磨性能等；机械的经济性机械的经济性 -设计
49、工作量大小、制造成本、维修难易、能耗等设计工作量大小、制造成本、维修难易、能耗等 机械结构的合理性机械结构的合理性 -复杂程度、尺寸及重量大小等。复杂程度、尺寸及重量大小等。2）评价方法）评价方法-记分法记分法宁夏大学专用 作者：潘存云教授 建立评价质量指标体系建立评价质量指标体系 -根据评价对象的特点，确定用哪些指标来衡量各根据评价对象的特点，确定用哪些指标来衡量各方案的优劣。如冲床的增力性能、急回性能、传力性方案的优劣。如冲床的增力性能、急回性能、传力性能、承载能力、能、承载能力、等等；等等；2）评价方法）评价方法-记分法记分法为每个指标确定分值为每个指标确定分值 -总分定为总分定为100
50、分，其余各指标按重要程度分配；分，其余各指标按重要程度分配；聘请专家评分聘请专家评分 -采用五级制：采用五级制：0 0.25 0.5 0.75 1 分别对应于：分别对应于：很差、差、一般、较好、很好很差、差、一般、较好、很好 统计得分统计得分 -计算分项平均值和总分平均值；计算分项平均值和总分平均值；按总得分进行排序，确定最佳方案。按总得分进行排序，确定最佳方案。步骤：步骤：宁夏大学专用 作者：潘存云教授 147 机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例一、一、C1325自动车床刀架自动车床刀架机械传动系统的分析机械传动系统的分析1）功能分析）功能分析功能要求：功能要求：自动换刀，并能沿工件轴