机械原理14传动系统的方案设计工程课件

第第1414章章 机械传动系统的方案设计机械传动系统的方案设计 主讲：曹国忠主讲：曹国忠第第14章章 机械传动系统的方案设计机械传动系统的方案设计 14-1 14-1 概述概述概述概述 14-2 14-2 机械工作原理的拟定机械工作原理的拟定机械工作原理的拟定机械工作原理的拟定 14-3 14-3 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 14-4 14-4 机构的选型和变异机构的选型和变异机构的选型和变异机构的选型和变异 14-5 14-5 机构的组合机构的组合机构的组合机构的组合14-6 14-6 机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定 14-7 14-7 机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例 1.1.机械传动系统简介机械传动系统简介机械传动系统简介机械传动系统简介 机械传动系统机械传动系统机械传动系统机械传动系统，是指将原动机的运动和动力传递到执行构件的中间环，是指将原动机的运动和动力传递到执行构件的中间环，是指将原动机的运动和动力传递到执行构件的中间环，是指将原动机的运动和动力传递到执行构件的中间环节，它是机械的重要组成部分。节，它是机械的重要组成部分。节，它是机械的重要组成部分。节，它是机械的重要组成部分。机械传动系统的作用不仅是转换运动形式，改变运动大小和保证各执机械传动系统的作用不仅是转换运动形式，改变运动大小和保证各执机械传动系统的作用不仅是转换运动形式，改变运动大小和保证各执机械传动系统的作用不仅是转换运动形式，改变运动大小和保证各执行构件的协调配合工作等，而且还要将原动机的功率和转矩传递给执行构行构件的协调配合工作等，而且还要将原动机的功率和转矩传递给执行构行构件的协调配合工作等，而且还要将原动机的功率和转矩传递给执行构行构件的协调配合工作等，而且还要将原动机的功率和转矩传递给执行构件，以克服生产阻力。件，以克服生产阻力。件，以克服生产阻力。件，以克服生产阻力。机械传动系统的设计是机械设计中极其重要的一环，设计得正确和合机械传动系统的设计是机械设计中极其重要的一环，设计得正确和合机械传动系统的设计是机械设计中极其重要的一环，设计得正确和合机械传动系统的设计是机械设计中极其重要的一环，设计得正确和合理与否，对提高机械的性能和质量，降低制造成本与维护费用等影响很大。理与否，对提高机械的性能和质量，降低制造成本与维护费用等影响很大。理与否，对提高机械的性能和质量，降低制造成本与维护费用等影响很大。理与否，对提高机械的性能和质量，降低制造成本与维护费用等影响很大。机械传动系统方案的设计是一项创造性活动，要求设计者善于运用已机械传动系统方案的设计是一项创造性活动，要求设计者善于运用已机械传动系统方案的设计是一项创造性活动，要求设计者善于运用已机械传动系统方案的设计是一项创造性活动，要求设计者善于运用已有知识和实践经验，认真总结过去的有关工作，广泛收集、了解国内外的有知识和实践经验，认真总结过去的有关工作，广泛收集、了解国内外的有知识和实践经验，认真总结过去的有关工作，广泛收集、了解国内外的有知识和实践经验，认真总结过去的有关工作，广泛收集、了解国内外的有关信息，充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设计方法和技巧，有关信息，充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设计方法和技巧，有关信息，充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设计方法和技巧，有关信息，充分发挥创造思维和想象能力，灵活应用各种设计方法和技巧，以便设计出新颖、灵巧、高效的传动系统。以便设计出新颖、灵巧、高效的传动系统。以便设计出新颖、灵巧、高效的传动系统。以便设计出新颖、灵巧、高效的传动系统。14-1 14-1 概述概述概述概述 机械传动系统方案设计步骤机械传动系统方案设计步骤机械传动系统方案设计步骤机械传动系统方案设计步骤功能原理设计功能原理设计根根据据需需要要制制定定机机械械的的总总功功能能，拟拟定定实实现现总总功功能能的的工工作作原原理理和和技技术术手手段段，确确定定机机械械所所要要实实现现的的工工艺艺动作动作运动规律设计运动规律设计通通过过对对工工作作原原理理所所提提出出的的工工艺艺动动作作进进行行分分解解，决决定定采采用用何何种种运运动动规规律律来来实实现现工工作作原原理理执行机构型式设计执行机构型式设计决决定定选选择择何何种种机机构构实实现现给给定定的的运运动动规律规律执行系统协调设计执行系统协调设计执行机构型式设计执行机构型式设计根根据据工工艺艺过过程程对对各各动动作作的的要要求求，分分析析各各执执行行机机构构应应当当如如何何协协调调配配合合，设设计计出出机机械械运运动循环图动循环图确确定定各各执执行行机机构构的的运运动动尺尺寸寸，绘绘制制出出各各执执行行机机构构的的运运动动简简图图运动和动力分析运动和动力分析检检验验执执行行系系统统是是否否满满足足运运动动要要求求和和动动力力性性能能方方面的要求面的要求方案评价与决策方案评价与决策对对方方案案进进行行定定性性评评价价和和定定量量评评价价并并从从中中选选出出最最佳佳设计方案设计方案14-2 14-2 机械工作原理的拟定机械工作原理的拟定机械工作原理的拟定机械工作原理的拟定 产品功能是指根据人们的生产或生活需要提出来的产品的产品功能是指根据人们的生产或生活需要提出来的产品的产品功能是指根据人们的生产或生活需要提出来的产品的产品功能是指根据人们的生产或生活需要提出来的产品的 用途、性能及使用要求。用途、性能及使用要求。用途、性能及使用要求。用途、性能及使用要求。实现机械功能的工作原理，决定着机械产品的技术水平、实现机械功能的工作原理，决定着机械产品的技术水平、实现机械功能的工作原理，决定着机械产品的技术水平、实现机械功能的工作原理，决定着机械产品的技术水平、工工工工 作质量、传动方案、结构形式和成本等。作质量、传动方案、结构形式和成本等。作质量、传动方案、结构形式和成本等。作质量、传动方案、结构形式和成本等。实现同一功能要求，不同的工作原理和许多不同的运实现同一功能要求，不同的工作原理和许多不同的运实现同一功能要求，不同的工作原理和许多不同的运实现同一功能要求，不同的工作原理和许多不同的运 动方动方动方动方案。则其中必有好坏优劣之分。案。则其中必有好坏优劣之分。案。则其中必有好坏优劣之分。案。则其中必有好坏优劣之分。因此，在设计机械时，要其因此，在设计机械时，要其因此，在设计机械时，要其因此，在设计机械时，要其 工作原理和运动方案进行综合工作原理和运动方案进行综合工作原理和运动方案进行综合工作原理和运动方案进行综合评价，从中选出最佳设计方案。评价，从中选出最佳设计方案。评价，从中选出最佳设计方案。评价，从中选出最佳设计方案。确定方案时应注意两点确定方案时应注意两点 用最简单的方法实现用最简单的方法实现同一功能。同一功能。注意光、机、电、流注意光、机、电、流体等知识的综合运用。体等知识的综合运用。设设计计一一台台彩彩色色电电视视机机阴阴极极盘盘用用的的金金属属片片的的冲冲裁裁机机器器，圆圆片片直直径径 10mm，厚厚度度0.8mm。100.8功能分解功能分解送料送料 冲制冲制 退回退回B用最简单的方法实现功能举例用最简单的方法实现功能举例按摩按摩轮轮 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，同时实现三维方个偏心空间凸轮，同时实现三维方向的按摩作用向的按摩作用径向振动挤压、向径向振动挤压、向下推拉和横向推拉，构思巧妙，结下推拉和横向推拉，构思巧妙，结构非常简单。构非常简单。r 光、机、电、流体等知识的综光、机、电、流体等知识的综合运用举例合运用举例指针指针玛瑙玛瑙支撑支撑K向向刀口刀口活动游标活动游标 图示分析天平，要求图示分析天平，要求精度达到精度达到0.01g，但靠目力但靠目力读指针的微小偏角已不可读指针的微小偏角已不可能。能。活动游标活动游标光源光源透镜透镜读数窗读数窗 增加了一级光学放增加了一级光学放大镜，将读数放大大镜，将读数放大。14-3 14-3 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 机械传动系统的作用机械传动系统的作用机械传动系统的作用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就是将原动机的运动和动力传递到执行构就是将原动机的运动和动力传递到执行构就是将原动机的运动和动力传递到执行构件，故原动机类型和执行构件的运动形式、运动参数及运动方件，故原动机类型和执行构件的运动形式、运动参数及运动方件，故原动机类型和执行构件的运动形式、运动参数及运动方件，故原动机类型和执行构件的运动形式、运动参数及运动方位等都决定着传动系统的方案。位等都决定着传动系统的方案。位等都决定着传动系统的方案。位等都决定着传动系统的方案。执行构件和原动机的运动设计和选择执行构件和原动机的运动设计和选择执行构件和原动机的运动设计和选择执行构件和原动机的运动设计和选择，就是根据拟定的工作原，就是根据拟定的工作原，就是根据拟定的工作原，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、运动参理和工艺动作过程，确定执行构件的数目、运动形式、运动参理和工艺动作过程，确定执行构件的数目、运动形式、运动参理和工艺动作过程，确定执行构件的数目、运动形式、运动参数及运动协调关系，并选择恰当的原动机的类型和运动参数与数及运动协调关系，并选择恰当的原动机的类型和运动参数与数及运动协调关系，并选择恰当的原动机的类型和运动参数与数及运动协调关系，并选择恰当的原动机的类型和运动参数与之匹配，从而为机械传动系统方案设计奠定基础。之匹配，从而为机械传动系统方案设计奠定基础。之匹配，从而为机械传动系统方案设计奠定基础。之匹配，从而为机械传动系统方案设计奠定基础。1.执行构件的运动设计执行构件的运动设计 (1)执行构件的数目执行构件的数目 执行构件的数目取决于机械分功能或分动作的数目的多少，但执行构件的数目取决于机械分功能或分动作的数目的多少，但执行构件的数目取决于机械分功能或分动作的数目的多少，但执行构件的数目取决于机械分功能或分动作的数目的多少，但两者不一定相等，要针对机械的工艺过程及结构复杂性等进行具体两者不一定相等，要针对机械的工艺过程及结构复杂性等进行具体两者不一定相等，要针对机械的工艺过程及结构复杂性等进行具体两者不一定相等，要针对机械的工艺过程及结构复杂性等进行具体分析。分析。分析。分析。(2)(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转动间歇转动停歇往复直线运动停歇往复直线运动停歇单向直线运动停歇单向直线运动沿可变曲线运动沿可变曲线运动连续转动连续转动沿固定曲线运动沿固定曲线运动往复直线运动往复直线运动每分钟转位次数、转角大小、运动系数每分钟转位次数、转角大小、运动系数每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变化系数化系数每分钟行程数、大小、行程每分钟行程数、大小、行程速度变化系数速度变化系数每次进给量的大小每次进给量的大小每循环停歇次数、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2.原动机的类型及其运动参数的选择原动机的类型及其运动参数的选择 原动机的运动形式主要是回转运动、往复摆动和往复直线运动原动机的运动形式主要是回转运动、往复摆动和往复直线运动等。等。l 当采用电动机、液压马达、气动马达和内燃机等原动机时，当采用电动机、液压马达、气动马达和内燃机等原动机时，原动件作连续回转运动；原动件作连续回转运动；l 液压马达和气动马达也可作往复摆动；液压马达和气动马达也可作往复摆动；l 当采用油缸、气缸或直线电动机等原动机时，原动件作往复当采用油缸、气缸或直线电动机等原动机时，原动件作往复直线运动。直线运动。l 有时也用重锤、发条、电磁铁等作原动机。有时也用重锤、发条、电磁铁等作原动机。原动机选择得是否恰当，对整个机械的性能及成本、对机原动机选择得是否恰当，对整个机械的性能及成本、对机械传动系统的组成及其繁简程度将有直接影械传动系统的组成及其繁简程度将有直接影 常用原动机的类型及主要特点常用原动机的类型及主要特点 原动机类型原动机类型主要特点主要特点三相异步电动机三相异步电动机 结构简单、价格便宜、体积小、运行可靠、维护方便、结构简单、价格便宜、体积小、运行可靠、维护方便、坚固耐用；能保持恒速运行及经受较频繁的启动、反坚固耐用；能保持恒速运行及经受较频繁的启动、反转及制动；但启动转矩小，调速困难。一般机械系统转及制动；但启动转矩小，调速困难。一般机械系统中应用最多。中应用最多。同步电动机同步电动机 能在功率因子能在功率因子cos 1的状态下运行，不从电网吸收的状态下运行，不从电网吸收无功功率，运行可靠，保持恒速运行；但结构较异步无功功率，运行可靠，保持恒速运行；但结构较异步电动机复杂，造价较高，转速不能调节。适用于大功电动机复杂，造价较高，转速不能调节。适用于大功率离心式水泵和通风机等。率离心式水泵和通风机等。直流电动机直流电动机 能在恒功率下进行调速，调速性能好，调速范围宽，能在恒功率下进行调速，调速性能好，调速范围宽，启动转矩大；但结构较复杂、维护工作量较大、价格启动转矩大；但结构较复杂、维护工作量较大、价格较高；机械特性较软、需直流电源。较高；机械特性较软、需直流电源。常用原动机的类型及主要特点常用原动机的类型及主要特点 原动机类型原动机类型主要特点主要特点控制电动机控制电动机 能精密控制系统位置和角度、体积小、重量轻；具有宽广而能精密控制系统位置和角度、体积小、重量轻；具有宽广而平滑的调速范围和快速响应能力，其理想的机械特性和调速平滑的调速范围和快速响应能力，其理想的机械特性和调速特性均为直线。广泛用于工业控制、军事、航空航天等领域。特性均为直线。广泛用于工业控制、军事、航空航天等领域。内燃机内燃机 功率范围宽、操作简便、启动迅速；但对燃油要求高、排气功率范围宽、操作简便、启动迅速；但对燃油要求高、排气污染环境、噪声大、结构复杂。多用于工程机械、农业机械、污染环境、噪声大、结构复杂。多用于工程机械、农业机械、船舶、车辆等。船舶、车辆等。液压马达液压马达 可获得很大的动力和转矩，运动速度和输出动力、转矩调整可获得很大的动力和转矩，运动速度和输出动力、转矩调整控制方便，易实现复杂工艺过程的动作要求；但需要有高压控制方便，易实现复杂工艺过程的动作要求；但需要有高压油的供给系统，油温变化较大时，影响工作稳定性；密封不油的供给系统，油温变化较大时，影响工作稳定性；密封不良时，污染工作环境；液压系统制造装配要求高。良时，污染工作环境；液压系统制造装配要求高。气动马达气动马达 工作介质为空气，易远距离输送、无污染，能适应恶劣环境、工作介质为空气，易远距离输送、无污染，能适应恶劣环境、动作速度快；但工作稳定性较差，噪声大；输出转矩不大，动作速度快；但工作稳定性较差，噪声大；输出转矩不大，传动时速度较难控制。适用于小型轻载的工作机械。传动时速度较难控制。适用于小型轻载的工作机械。3.3.各执行构件间运动的协调配合和机械的工作循环图各执行构件间运动的协调配合和机械的工作循环图 执行系统协调设计原则执行系统协调设计原则 满足各执行机构动作先后的顺序性要求满足各执行机构动作先后的顺序性要求 满足各执行机构动作在时间上的同步性要求满足各执行机构动作在时间上的同步性要求 满足各执行机构在空间布置上的协调性要求满足各执行机构在空间布置上的协调性要求 满足各执行机构在操作上的协同性要求满足各执行机构在操作上的协同性要求 各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率 各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高执行构件动作的协调配合执行构件动作的协调配合 送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压 冲头上移一段距离后，进行下次送料动作冲头上移一段距离后，进行下次送料动作折叠包装机构的两个执行构件折叠包装机构的两个执行构件 两个构件不能同时位于区两个构件不能同时位于区域域MAB中，以免干涉。中，以免干涉。饼干饼干1342饼干饼干21左左折边构件折边构件饼干饼干32包装纸包装纸4右折边构件右折边构件饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342包装纸包装纸右折边构件右折边构件右折边构件右折边构件MBA让刀运动让刀运动 执行构件运动速度的协调配合执行构件运动速度的协调配合 0范成运动范成运动切切削削运运动动i 0 齿轮插刀加工齿轮插刀加工 0让刀运动让刀运动 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。执行系统协调设计方法执行系统协调设计方法 确定机械的工作循环周期确定机械的工作循环周期 确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及其所需时间其所需时间 确定各执行构件动作间的配合关系确定各执行构件动作间的配合关系 机械运动循环图机械运动循环图用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互协调配合的图。协调配合的图。通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其它执行产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其它执行构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。运动循环图形式运动循环图形式直线式直线式圆周式圆周式直角坐标式直角坐标式 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直线式工作循环图直线式工作循环图主轴作为参考构件主轴作为参考构件 圆周式工作循环图圆周式工作循环图 图示单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴为参考构件，图示单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴为参考构件，转动转动2 2转为一个工作循环。转为一个工作循环。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直角坐标式工作循环图直角坐标式工作循环图 饼饼干干包包装装机机工工作作循循环环图图中中，横横坐坐标标表表示示参参考考构构件件的的转转角角，纵坐标表示执行构件的转角。纵坐标表示执行构件的转角。进进退退 静止静止 静止静止 静止静止 进进退退 MM饼干饼干1342饼干饼干21左左折边构件折边构件饼干饼干32包装纸包装纸4右折边构件右折边构件饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342饼干饼干1342包装纸包装纸右折边构件右折边构件右折边构件右折边构件MBA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目的目的选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机构。选择或创造出满足执行构件运动和动力要求的机构。传递连续转动的机构传递连续转动的机构啮合传动机构啮合传动机构 连杆机构连杆机构 传递连续传递连续转动机构转动机构摩擦传动机构摩擦传动机构 摩擦轮传动摩擦轮传动 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 带传动带传动 14-4 14-4 机构的选型和变异机构的选型和变异机构的选型和变异机构的选型和变异 12摩擦轮传动摩擦轮传动 摩擦传动机构的优缺点摩擦传动机构的优缺点结构简单、传动平稳、易于实现无级变速、过载保护。结构简单、传动平稳、易于实现无级变速、过载保护。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。123平面盘式无级变速器平面盘式无级变速器 123圆锥式无级变速器圆锥式无级变速器 实现单向间歇转动的机构实现单向间歇转动的机构棘轮机构棘轮机构 齿轮齿轮-连杆机构连杆机构 单向间歇单向间歇转动机构转动机构槽轮机构槽轮机构 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，或转角大小可调的低速场合每次转角小，或转角大小可调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、定位准确，运动平稳、分度、定位准确，但制造困难、高精度定位、高但制造困难、高精度定位、高速场合速场合特殊要求的输送机构特殊要求的输送机构 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 往复运动往复运动机构机构连杆机构连杆机构 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 多杆机构多杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 连杆机构特点连杆机构特点制造容易、承载能力大，但难以实现精确运制造容易、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。动，适用于无严格运动规律的场合。凸轮机构特点凸轮机构特点能实现任意复杂的运动和各构件之间的运动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。协调，承载能力不大。螺旋机构特点螺旋机构特点可获得大的减速比和较高的运动精度，常用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。作低速进给和精密微调机构。齿轮齿条机构特点齿轮齿条机构特点适用于移动速度较高的场合，精密齿条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。制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。凸轮机构凸轮机构 连杆机构连杆机构 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组合机构组合机构 往复运动往复运动机构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 多杆机构多杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 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 再现轨迹再现轨迹机构机构连杆机构连杆机构 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迹之外，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。其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。齿轮齿轮连杆组合机构连杆组合机构搅拌机构搅拌机构CBADE联动凸轮机构联动凸轮机构凸轮凸轮连杆组合机构连杆组合机构 此此抓抓片片机机构构采采用用了了联联动动凸凸轮轮机机构构，通通过过两两凸凸轮轮的的联联动动作作用用，使使抓抓片片爪爪按按矩矩形形轨轨迹迹运运动动，从从而而达到间歇抓片的目的。达到间歇抓片的目的。此此装装配配线线采采用用了了联联动动凸凸轮轮机机构构，使使笔笔芯芯托托架架沿沿着着矩矩形形轨轨迹迹运运动动，从从而而达达到到使使圆圆珠珠笔笔芯芯步步进进式式地向前送进的目的。地向前送进的目的。2.2.机构的变异机构的变异 目的目的当所选择的机构型式不能完全实现预期要求，或虽能实当所选择的机构型式不能完全实现预期要求，或虽能实现功能要求但存在着或结构较复杂、或运动精度不当和动力现功能要求但存在着或结构较复杂、或运动精度不当和动力性能欠佳，可在常用机构中选择一种功能和原理与工作要求性能欠佳，可在常用机构中选择一种功能和原理与工作要求相近的机构，在此基础上重新构筑机构的型式。相近的机构，在此基础上重新构筑机构的型式。14-5 14-5 机构的选型和变异机构的选型和变异机构的选型和变异机构的选型和变异 串联组合串联组合前一级子机构的输出构件，作为后一级子机构的输入构前一级子机构的输出构件，作为后一级子机构的输入构件，依次串联的组合方式。件，依次串联的组合方式。输入输入输出输出子机构子机构II子机构子机构I 后一级子机构的主动件后一级子机构的主动件为前一级子机构的一个连架为前一级子机构的一个连架杆。杆。后一级机构的子主动件后一级机构的子主动件为在前一级子机构的连杆。为在前一级子机构的连杆。III51234 1123A54DCBFEM 并联组合并联组合几几个个子子机机构构共共用用同同一一个个输输入入构构件件，而而它它们们的的输输出出运运动动又又同同时时输输入入给给一一个个多多自自由由度度的的子子机机构构，从从而而形形成成一一个个自自由由度度为为1的机构系统的组合方式。的机构系统的组合方式。子机构子机构n 1子机构子机构III子机构子机构I子机构子机构II子子机机构构n输入输入输出输出直线电机直线电机襟翼襟翼直线电机直线电机某型飞机的襟翼操纵机构某型飞机的襟翼操纵机构大型船舶主传动机构大型船舶主传动机构某航空发动机附件传动系统某航空发动机附件传动系统主动轴主动轴IVIIIVVIIII各子机构间无严格各子机构间无严格的运动协调配合关系的运动协调配合关系 各子机构在动各子机构在动作的先后次序上有作的先后次序上有严格的要求严格的要求 自动车床上自动车床上三个并联凸轮的三个并联凸轮的工作顺序有先后工作顺序有先后要求。要求。工件工件(铆钉铆钉)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主轴主轴凸轮凸轮I凸轮凸轮II凸轮凸轮III凸轮凸轮转角转角0 90 180 270 360 放松放松(送料送料)切断切断夹夹 紧紧车外圆倒角车外圆倒角挡料挡料 各子机构有运各子机构有运动形式配合要求动形式配合要求 磨床中的主轴运动、砂轮运动和、工件运动在运动形式磨床中的主轴运动、砂轮运动和、工件运动在运动形式上有配合要求。上有配合要求。砂轮砂轮砂轮架砂轮架工件工件 反馈式组合反馈式组合在在机机构构组组合合系系统统中中，其其多多自自由由度度子子机机构构的的一一个个输输入入运运动动，是是通通过过单单自自由由度度子子机机构构从从该该多多自自由由度度子子机机构构的的输输出出构构件件回回授授的组合方式。的组合方式。校正原理校正原理蜗杆主动，因制造误差使蜗轮运动精度达不到要蜗杆主动，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、差动机构求，由误差设计一凸轮机构，经齿轮齿条、差动机构K使蜗使蜗杆得到一附加运动，以校正误差。杆得到一附加运动，以校正误差。输入输入输出输出 4凸轮机构凸轮机构2自由度蜗自由度蜗杆蜗轮机构杆蜗轮机构机床校正机构机床校正机构输入输入4 1 42 13K2 复合式组合复合式组合由由一一个个或或几几个个串串联联的的基基本本机机构构去去封封闭闭一一个个具具有有两两个个或或多多个自由度的基本机构的组合方式个自由度的基本机构的组合方式5杆杆机构机构输入输入输出输出凸轮机构凸轮机构1.设计过程设计过程 确定传动系统总传动比确定传动系统总传动比 选择传动类型选择传动类型 拟定传动链布置方案拟定传动链布置方案 分配传动比分配传动比 确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数传动系统的各项运动学和动力学参数 绘制传动系统运动简图绘制传动系统运动简图14-6 14-6 机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定 2.拟定机械传动系统方案的一般原则拟定机械传动系统方案的一般原则 (1)(1)采用尽可能简短的运动链采用尽可能简短的运动链 (2)(2)优先选用基本机构优先选用基本机构 。(3)(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)(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 (5)(5)合理分配传动比合理分配传动比 运动链的总传动比应合理地分配给运动链的总传动比应合理地分配给各级传动机构，具体分配时应注意以下几点：各级传动机构，具体分配时应注意以下几点：1)1)每一级传动的传动比应在常用的范围内选取。每一级传动的传动比应在常用的范围内选取。2)2)一般情况下，按照一般情况下，按照“前小后大前小后大”的原则分配传动比。的原则分配传动比。(6)(6)保证机械的安全运转保证机械的安全运转 14-6 14-6 机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定机械传动系统方案的拟定 3.传动类型选择传动类型选择类型与特点类型与特点挠性挠性(件件)传动传动 摩擦轮传动摩擦轮传动 绳传动绳传动 圆形齿轮传动圆形齿轮传动 挠性啮合传动挠性啮合传动 带传动带传动 啮合传动啮合传动 机械机械传动传动摩擦传动摩擦传动单级齿轮传动单级齿轮传动 齿轮系传动齿轮系传动 同步齿形带传动同步齿形带传动 螺旋齿轮传动螺旋齿轮传动 蜗杆蜗轮传动蜗杆蜗轮传动 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动 圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动 定轴轮系传动定轴轮系传动 周转轮系传动周转轮系传动 链传动链传动 非圆齿轮传动非圆齿轮传动 行星轮系传动行星轮系传动 差动轮系传动差动轮系传动 液压、液力传动液压、液力传动 利用液压泵、阀、执行器等元件实现的传动。利用液压泵、阀、执行器等元件实现的传动。气压传动气压传动 以压缩空气为工作介质的传动以压缩空气为工作介质的传动 电气传动电气传动 利用电动机和电气装置实现的传动利用电动机和电气装置实现的传动按按速度变化情况划分的传动类型速度变化情况划分的传动类型传动类型传动类型原动机原动机输出速度输出速度传动类型举例传动类型举例定定传动比传动传动比传动恒定恒定齿轮传动，带、链传动，螺旋传动，不调齿轮传动，带、链传动，螺旋传动，不调速的电力，液压及气压传动速的电力，液压及气压传动变变传传动动比比传传动动有级变有级变速速恒定恒定带带塔轮的皮带传动，滑移齿轮变速箱塔轮的皮带传动，滑移齿轮变速箱可调可调电力、液压传动中的有级调速传动电力、液压传动中的有级调速传动无级变无级变速速恒定恒定机械无级变速器，液力耦合器及变矩器，机械无级变速器，液力耦合器及变矩器，电磁滑块离合器，磁粉离合器，流体粘性电磁滑块离合器，磁粉离合器，流体粘性传动传动可调可调内燃机调速传动，电力、液压及气压无级内燃机调速传动，电力、液压及气压无级调速传动调速传动周期性周期性变速变速恒定恒定非圆齿轮传动，凸轮机构，连杆机构及组非圆齿轮传动，凸轮机构，连杆机构及组合机构合机构可调可调数控的电力传动数控的电力传动 传动比的合理分配传动比的合理分配传动机构传动机构种类种类平带平带V带带摩擦轮摩擦轮 齿轮齿轮蜗杆蜗杆链链圆周速度圆周速度 m s5 255 3015 2515 12015 3515 40减速比减速比 5 8 157 10 4 8 80 6 10最大功率最大功率 kW200750 1200150 25050000550375014-7 14-7 14-7 14-7 机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例机械传动系统设计举例 1.C1325自动车床刀架自动车床刀架系统的分析系统的分析功能要求功能要求自动换刀自动换刀轴向进给轴向进给进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮圆柱凸轮机构机构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613功能分解功能分解 让刀让刀转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉 转位转位转塔刀架每次转过转塔刀架每次转过60 定位定位转位之前拔出保证加工精度的定位销转位之前拔出保证加工精度的定位销 进、退刀进、退刀不转时，精确实现预定的进退刀运动。不转时，精确实现预定的进退刀运动。进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮圆柱凸轮机构机构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613刀架系统的工作过程刀架系统的工作过程退刀退刀 压簧压簧12推杆推杆13回程回程齿轮齿轮6齿条齿条7活动支架活动支架8向向右完成退刀右完成退刀让刀让刀 退刀的同时，齿轮退刀的同时，齿轮1 的离合器结合并开始转动的离合器结合并开始转动宽齿宽齿轮轮2 圆锥齿轮圆锥齿轮3圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构4拔出销拔出销10；同时，；同时，曲柄曲柄5转动转动支架支架8快速向右让刀快速向右让刀进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮圆柱凸轮机构机构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613转位转位 让刀快结束时，槽轮开始转位让刀快结束时，槽轮开始转位曲柄曲柄5的后半圈的后半圈支架支架8向左移动完成复位向左移动完成复位定位定位 转位结束时，凸轮机构转位结束时，凸轮机构4的从动件推杆摆动的从动件推杆摆动插入定插入定位销位销10，齿轮齿轮1离合器脱开并停止运转离合器脱开并停止运转刀架系统的工作过程刀架系统的工作过程进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮圆柱凸轮机构机构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613进给进给 从动件从动件13推程推程齿轮齿轮6 齿条齿条7 活动支架活动支架8向左运向左运动完成进给动完成进给进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9工件工件齿条齿条714压簧压簧12圆柱凸轮圆柱凸轮机构机构4曲柄曲柄5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3宽齿轮宽齿轮2齿轮齿轮1活动支架活动支架8定位销定位销10六槽轮机构六槽轮机构11613刀架系统的工作过程刀架系统的工作过程刀架系统的工作循环图刀架系统的工作循环图定位销定位销转塔转塔活动支架活动支架定位定位拔出拔出静止静止转位转位后退后退复位复位圆柱凸轮转角圆柱凸轮转角0 90 180 270 360刀架系统各机构的组合方式及特点刀架系统各机构的组合方式及特点 组合方式分析组合方式分析 组合方式主要以串联方式为主，但在组合方式主要以串联方式为主，但在I、II处采用了特殊的并联方式。处采用了特殊的并联方式。进刀进刀凸轮机构凸轮机构齿轮齿齿轮齿条机构条机构曲柄滑曲柄滑块机构块机构圆柱凸轮圆柱凸轮机构机构槽轮机构槽轮机构连杆机构连杆机构圆柱圆柱齿轮齿轮机构机构圆锥圆锥齿轮齿轮机构机构活动支架进退活动支架进退转塔刀架转位转塔刀架转位定位销进退定位销进退III 机构功能分析机构功能分析 进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工件需要进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工件需要更换不同的凸轮更换不同的凸轮 后续串联的齿轮齿条机构用于转换运动形式并将运动放大后续串联的齿轮齿条机构用于转换运动形式并将运动放大 后续再串联一曲柄滑块机构，以增大让刀距离后续再串联一曲柄滑块机构，以增大让刀距离 并联槽轮机构用于实现转位并联槽轮机构用于实现转位 并联并联曲柄滑块机构用于实现让位曲柄滑块机构用于实现让位 并联圆柱凸轮机构再串联连杆机构用于实现定位，且容易并联圆柱凸轮机构再串联连杆机构用于实现定位，且容易满足时序要求满足时序要求 圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构用于改变运动方向圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构用于改变运动方向刀架系统各机构的组合方式及特点刀架系统各机构的组合方式及特点进刀进刀凸轮机构凸轮机构齿轮齿齿轮齿条机构条机构曲柄滑曲柄滑块机构块机构圆柱凸轮圆柱凸轮机构机构槽轮机构槽轮机构连杆机构连杆机构圆柱圆柱齿轮齿轮机构机构圆锥圆锥齿轮齿轮机构机构活动支架进退活动支架进退转塔刀架转位转塔刀架转位定位销进退定位销进退III一般的钻床多采用第一种方案，但本例是三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。2.多头专用钻多头专用钻床床机械传动系统设计机械传动系统设计 设计任务设计任务设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。并能自动送料。30203 82020502010 运动方案选择运动方案选择 工艺动作工艺动作钻头一边旋转，同钻头一边旋转，同时相对于工件作移动时相对于工件作移动三种运动方案三种运动方案 钻头旋转，同时轴向进给，钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止工作台静止 钻头旋转，工作台带动工件进给钻头旋转，工作台带动工件进给 工作台旋转，钻头作轴向进给工作台旋转，钻头作轴向进给送料机构采取从料仓推送工件的方式送料机构采取从料仓推送工件的方式 执行系统运动规律设计执行系统运动规律设计工作台工作台送料杆送料杆料仓料仓三个执行构件三个执行构件钻头、工作台、送料杆钻头、工作台、送料杆 工艺过程工艺过程 送送料料杆杆往往右右推推出出零零件件，并并顶顶出出加加工工好好的的零零件件 夹具将工件定位并夹紧夹具将工件定位并夹紧 送料杆返回，工作台带动工件快速上送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头移接近钻头 工作台慢速工进；工作台慢速工进；钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环钻头的转速钻头的转速 nc 1000v(d)d钻钻头直径，头直径，d 8 mm v 切削速度，查手册切削速度，查手册45钢，可选钢，可选v 12.5m minnc 500 rpm工作台为往复运动工作台为往复运动钻孔工艺要求钻孔工艺要求 工作台带动工件快速上移接近钻头工作台带动工件快速上移接近钻头 工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到 一定一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，故进给深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，故进给速度应减小速度应减小 钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环工作台一个工作循环总时间工作台一个工作循环总时间 T1 t1 t2 t3 t4 t5 24.6 s工作台每分钟工作循环数工作台每分钟工作循环数 n1 60 T1 2.44送料杆的运动为往复直动，运动循环时间与工作台相同送料杆的运动为往复直动，运动循环时间与工作台相同 Ts 24.6 s工作台的行程工作台的行程 Hf h0 h1 h2h1 单单孔钻削深度，取孔钻削深度，取h1 13 mmh2 三三孔同时钻削深度，取孔同时钻削深度，取h2 13 mm送料杆的行程取工件的两倍送料杆的行程取工件的两倍Hs 100 mmh0 工作台快速趋近钻头的运动距离，取工作台快速趋近钻头的运动距离，取h0 15 mm工作循环图工作循环图凸轮转角凸轮转角 0 90 180 270 360 送料杆送料杆 送料送料 静静 止止 送料送料工作台工作台 停止停止 单孔钻单孔钻 三孔钻三孔钻 快退快退快快进进 原动机的选择原动机的选择类型类型交流异步感应电动机交流异步感应电动机 由机床的工作要求确定为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。计算运动链的总传动比计算运动链的总传动比切削运动链的总传动比切削运动链的总传动比ic nn nc 1440 500 2.88 进给运动链的总传动比进给运动链的总传动比if is nn nf 1440 2.44 563 转速转速额定转速额定转速 nn 1440 rpm 机构选型机构选型 钻削运动链的设计钻削运动链的设计 钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为2.88，无，无需运动转换，但需要减速需运动转换，但需要减速 三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，即三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，即要求具有运动分解功能，其尺寸受到限制要求具有运动分解功能，其尺寸受到限制 电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，即电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，即要求具有改变运动轴线方向的功能要求具有改变运动轴线方向的功能 电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运动链电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运动链作远距离传动作远距离传动 机构选型机构选型 具有减速功能的传动有：齿轮传动、带具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传传动、链传 动。考虑到速度较高，距动。考虑到速度较高，距离较远等因素，选用离较远等因素，选用 V带传动带传动 能变换运动轴线方向的传动有：圆锥能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交错轴斜传动、蜗杆传动。齿轮传动、交错轴斜传动、蜗杆传动。考虑到两轴线垂直相交且传动比较小，考虑到两轴线垂直相交且传动比较小，选择选择圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动 三个钻头应同向旋转，选择一个中心齿轮带动周围三三个钻头应同向旋转，选择一个中心齿轮带动周围三个从动齿轮的定轴轮系个从动齿轮的定轴轮系 选用万向联轴节或钢丝软轴将运动传递给钻头选用万向联轴节或钢丝软轴将运动传递给钻头将以上所选机构经适当组合，就得到钻削运动链。将以上所选机构经适当组合，就得到钻削运动链。进给运动链的设计进给运动链的设计 工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但行程不大，工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但行程不大，选用选用凸轮机构凸轮机构 进给运动链应实现很大的传动比进给运动链应实现很大的传动比563，但进给力不需要太，但进给力不需要太大，选用带传动与蜗杆传动实现二级减速大，选用带传动与蜗杆传动实现二级减速 进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用蜗杆传动实进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用蜗杆传动实现回转轴线方向的变化现回转轴线方向的变化送料运动链的设计送料运动链的设计 送料运动链减速比与进给运动链相同送料运动链减速比与进给运动链相同，故直接由蜗杆轴，故直接由蜗杆轴带动带动 送料运动规律较复杂，故选用送料运动规律较复杂，故选用凸轮机构凸轮机构 送料杆行程较大，采用连杆机构将行程放大送料杆行程较大，采用连杆机构将行程放大 机构的组合机构的组合 将以上所选机构组合，将以上所选机构组合，得到图示自动钻床的机得到图示自动钻床的机械传动系统。械传动系统。工作台工作台156432109871211131514机构组合示意框图机构组合示意框图电电动动机机带带传传动动(2)凸轮机构凸轮机构(10)带传动带传动(8)带传动带传动(3)锥齿轮传锥齿轮传动动(4)圆柱圆柱齿轮齿轮传动传动(5)工作台工作台凸轮机构凸轮机构(12)连杆连杆机构机构送料杆送料杆蜗杆蜗杆传动传动(9)万向联轴节万向联轴节钻头钻头万向联轴节万向联轴节钻头钻头万向联轴节万向联轴节钻头钻头