54883《機(jī)械原理（漢語）（第2版）》（基本課件）第11章 機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第11章機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.簡單機(jī)構(gòu)組成的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)

11.1機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述使用簡單機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，利用機(jī)構(gòu)的演化與變異原理，可提高機(jī)械的力學(xué)性能和使用壽命。圖11-1a所示的剪床機(jī)構(gòu)中，擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副B和移動(dòng)副C，得到圖11-1b所示的剪床機(jī)構(gòu)，可提高曲柄強(qiáng)度并提高剪刀的力學(xué)性能。Fig.11-1Shearingmachine

(剪床機(jī)構(gòu))2.多個(gè)獨(dú)立工作的簡單機(jī)構(gòu)組成的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)Fig.11-2Motionharmonizationofmechanism

(機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào))圖11-2所示液壓機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中，液壓缸1和液壓缸2是兩個(gè)獨(dú)立的簡單機(jī)構(gòu)。液壓缸1把工件送到位置2，觸動(dòng)液壓缸2的開關(guān)后，即刻返回原位。液壓缸2再把工件送到位置3。兩個(gè)液壓缸的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)才能完成即定的工作要求，其運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)依靠行程開關(guān)控制液壓換向油路即可實(shí)現(xiàn)。3.簡單機(jī)構(gòu)連接組成的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)

各種簡單機(jī)構(gòu)通過連接桿組、串聯(lián)組合、并聯(lián)組合、疊加組合和封閉組合，可形成的一系列的復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。實(shí)際機(jī)械中，這類機(jī)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。圖11-3所示的機(jī)構(gòu)是由帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、蝸桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和正切機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成的，實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)夾取與送料運(yùn)動(dòng)。Fig.11-3Automaticfeedingmachine

(自動(dòng)送料機(jī))1.機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)Fig.11-4Punchingmechanism

(壓力機(jī)機(jī)構(gòu))11.2機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)圖11-4所示壓力機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖中，機(jī)構(gòu)ABC為沖壓機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)FGH為送料機(jī)構(gòu)。要求在沖壓結(jié)束后，沖壓頭回升過程中開始送料，到?jīng)_壓頭下降過程的某一時(shí)刻完成送料并返回原位。沖壓機(jī)構(gòu)與送料機(jī)構(gòu)的動(dòng)作必須協(xié)調(diào)。沖壓機(jī)構(gòu)ABC的設(shè)計(jì)可按沖壓要求設(shè)計(jì)，送料機(jī)構(gòu)FGH不但要滿足送料位移要求，其尺寸與位置必須滿足運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的條件。設(shè)計(jì)時(shí)可通過連桿DE連接兩個(gè)機(jī)構(gòu)。2.運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的設(shè)計(jì)

圖11-5所示的壓力機(jī)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖中，AB為工作行程，BC為回程，其中GF為沖壓過程。送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖中，EC為開始送料階段，AD為退出送料階段。在沖壓階段，送料機(jī)構(gòu)在DE階段不動(dòng)，使其運(yùn)動(dòng)不發(fā)生干涉，其條件必須滿足T5＞T2。根據(jù)擬定的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，設(shè)計(jì)送料機(jī)構(gòu)的尺寸和位置。Fig.11-5Motioncirculationdiagramofapunchingmachine

(壓力機(jī)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖)3.機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)1)按機(jī)械功能目標(biāo)選擇各簡單機(jī)構(gòu)。

2)擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。

3)進(jìn)行各簡單機(jī)構(gòu)的尺度綜合，確定各機(jī)構(gòu)尺寸。

4)確定各機(jī)構(gòu)的連接方法與連接件尺寸。

5)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的可靠性。

6)反復(fù)進(jìn)行機(jī)構(gòu)尺寸與位置的修訂，直到滿意為止。1.連接基本桿組Fig.11-6Connectingbasiclinkgroups(基本桿組)11.3機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的組合方法圖11-6a所示，Ⅱ級(jí)桿組BCD的外接副B、D連接到原動(dòng)件AB和機(jī)架上，組成四桿機(jī)構(gòu)ABCD。再把一個(gè)Ⅱ級(jí)桿組中的外接副E、F連接到四桿機(jī)構(gòu)ABCD的桿DC和機(jī)架上，組成了一個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。以此類推，可設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。各連接點(diǎn)的位置可通過機(jī)構(gòu)綜合方法求取。如果把II級(jí)桿組中的外接副B、D連接到兩個(gè)原動(dòng)件上，組成了圖11-6b所示的2自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。2.簡單機(jī)構(gòu)串聯(lián)Fig.11-7Mechanismsintandemconnection1(機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合1)圖11-7a所示齒輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)輪與連桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)曲柄剛性連接，形成了齒輪連桿機(jī)構(gòu)組合系統(tǒng)。該系統(tǒng)可降低連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)速度；圖11-7b中，平行四邊形機(jī)構(gòu)ABCD的連桿與齒輪機(jī)構(gòu)的內(nèi)齒輪剛性連接，形成了連桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)的組合系統(tǒng)。由于內(nèi)齒輪z1作平動(dòng)。當(dāng)滿足O1O2=AB=CD，且互相平行時(shí)，該系統(tǒng)的外齒輪z2作大速比減速輸出。Fig.11-8Mechanismsintandemconnection2(機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合2)圖11-8a中，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的輸出擺桿與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄連接，可得到滑塊的特殊運(yùn)動(dòng)規(guī)律。圖11-8b是齒輪機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。3.簡單機(jī)構(gòu)并聯(lián)并聯(lián)組合也是最為常見的機(jī)構(gòu)組合方法。圖11-9a為兩個(gè)并聯(lián)的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)共同驅(qū)動(dòng)汽車翻斗的示意圖；圖11-9b為將主軸運(yùn)動(dòng)分流到軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的并聯(lián)齒輪機(jī)構(gòu)示意圖。Fig.11-9Mechanismsinparallelconnection1(機(jī)構(gòu)并聯(lián)組合1)圖11-10a所示機(jī)構(gòu)系統(tǒng)為軸向并聯(lián)布置的內(nèi)燃機(jī)。連桿機(jī)構(gòu)的活塞為主動(dòng)件，8套呈Ⅴ型布置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)共同驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力的合成。圖11-10b所示為徑向并聯(lián)布置的內(nèi)燃機(jī)簡圖。4套曲柄滑塊機(jī)構(gòu)共同驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的合成。Fig.11-10Mechanismsinparallelconnection2(機(jī)構(gòu)并聯(lián)組合2)Fig.11-11Mechanismsinparallel

connection3(機(jī)構(gòu)并聯(lián)組合3)圖11-11所示的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)分解為兩路傳動(dòng)，然后再合成一個(gè)蝸桿運(yùn)動(dòng)，形成并聯(lián)機(jī)構(gòu)組合系統(tǒng)。這種并聯(lián)組合系統(tǒng)可提高蝸輪的輸出動(dòng)力。4.簡單機(jī)構(gòu)疊加Fig.11-12Mechanismsinsuperposedconnection1(機(jī)構(gòu)疊加組合1)圖11-12a所示的液壓挖掘機(jī)中，轉(zhuǎn)塔1上安裝擺桿機(jī)構(gòu)。通過液壓缸2、驅(qū)動(dòng)桿3，再驅(qū)動(dòng)大臂4擺動(dòng)。大臂4上又安裝一套同類液壓機(jī)構(gòu)，通過液壓缸5、桿6驅(qū)動(dòng)小臂7擺動(dòng)；小臂7上還安裝一套液壓缸機(jī)構(gòu)，通過鉸鏈機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鏟斗工作。圖11-12b所示的升降機(jī)構(gòu)中，在一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)上疊加另外一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，工作平臺(tái)在升降過程中保持一個(gè)穩(wěn)定姿態(tài)。Fig.11-13Mechanismsinsuperposed

connection2(機(jī)構(gòu)疊加組合2)圖11-13所示機(jī)構(gòu)是在周轉(zhuǎn)輪系系桿上安裝一個(gè)單頭蝸桿機(jī)構(gòu)，由蝸輪給行星輪提供輸入運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)系桿緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸桿驅(qū)動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，又可驅(qū)動(dòng)系桿作360°的慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的全方位運(yùn)動(dòng)。5.簡單機(jī)構(gòu)封閉連接Fig.11-14Me