第2章 机械系统2
第2章 机电控制中常用的传动机构与装置§2-3 连杆机构一、平面连杆机构平面连杆机构中广泛应用四杆机构，只有在实现某些特殊要求时才用多杆机构。最基本的四杆机构是具有四个转动副的铰链四杆机构曲柄摇杆机构铰链四杆机构中，与机架相连的构件能否成为曲柄的条件：1)最短杆长度+最长杆长度其他两杆长度之和2)连架杆或机架中有一个为最短杆1按传动角设计四杆机构2按输入杆与输出杆位置关系设计四杆机构(几何法、分析法、实验法)3按连杆及连杆点位置设计四杆机构1)已知连杆两个位置设计四杆机构2)已知连杆三个位置设计四杆机构3)已知连杆四个位置设计四杆机构4)已知连杆上点的位置设计四杆机构铰链四杆机构的演化四个转动副：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构(最短杆长度+最长杆长度其他两杆长度之和)三个转动副+一个移动副：曲柄滑块机构、移动导杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构两个转动副+两个移动副：正弦机构、正切机构、椭圆仪机构二、四杆机构基本性质1急回性质曲柄作等角速度旋转时，从动件作变速运动输入曲柄AB在转动一周中两次与连杆BC共线，B1AC1与AB2C2的夹角极位夹角标志机构有无急回性质的重要参数曲柄以等速沿顺时针方向从ABl位置转到AB2位置时，摇杆从C1D位置不等速地移到C2D位置进程曲柄继续转动，从AB2位置转到AB1位置，摇杆从C2D位置回到C1D位置回程进程时间比回程时间长回程的平均速度高于进程急回性质机构的急回程度取决于极位夹角的大小越大，机构的急回程度越高2死点若摇杆3为主动件，曲杆1为从动件，当主动件处于两个极限位置C1D和C2D时，连杆2与曲柄1两次共线通过连杆2推动从动曲柄l的力通过曲柄1的转动中心，使曲柄1上受到的作用力矩为零从动件不能被驱动死点位置从动件出现卡死克服死点位置/利用死点特性牛头刨床旋转导杆机构机架AB曲柄BC，主动曲柄匀速旋转，转换为旋转导杆CD的非匀速转动行程S=2AD近于等速切削，快速返回夹具装置利用死点特性工作用力F压下手柄(连杆BC)，带动杆AB逆时针转动，压头压紧工件5杆CD与杆AB成直线死点位置夹紧汽车前轮转向机构双摇杆机构等腰梯形ABCD的腰CD上带一拐臂，在E点与操纵杆相连操纵杆使双摇杆摆动车轮转向双摇杆控制的两车轮转向角不等，汽车转弯时两车轮的轴线交点P落在后轮轴线的延长线附近轮胎与地面纯滚动装载机装载机构曲柄摇杆机构利用曲柄摇杆机构ABCD中连杆端部E点(扒爪)的环形轨迹扒取物料§2-4 凸轮机构组成：凸轮、从动件、机架分类按凸轮的运动分：转动凸轮、移动凸轮转动凸轮常见盘形凸轮和圆柱凸轮，移动凸轮一般属于盘形凸轮按从动件的运动分：直动从动件、摆动从动件按从动件与凸轮接触部分的形状分：尖底从动件、滚子从动件、平底从动件发动机配气机构曲轴，凸轮，气门弹簧座，气门，气门导管，缸体功用：按照发动机各缸工作过程的需要，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时排出气缸上置凸轮轴式配气机构(下置式、中置式)凸轮轴布置在气缸盖上，凸轮轴(直接通过摇臂)来驱动气门，往复运动质量大大减小，适用于高速发动机§2-5 步进运动机构主动件连续运动，从动件作具有周期性停歇间隔的单向运动步进运动常见步进运动机构：棘轮机构与槽轮机构一、棘轮机构齿式、摩擦式棘轮机构1齿式棘轮机构外啮合齿式棘轮机构组成摆杆1、棘轮2、棘爪3、4棘轮2外缘(也可以在内缘、端部等)上有棘齿；摆杆1可以自由摆动摆杆1作逆时针摆动时，与摆杆铰接的驱动棘爪3借助弹簧或自重插入棘轮齿槽，推动棘轮逆时针转过一定角度摆杆按顺时针方向摆回时，由于制动棘爪4的作用，阻止棘轮顺时针转动，使驱动棘爪3沿棘轮齿背上滑过棘轮单向式步进运动齿式棘轮机构特点：结构简单，制造方便，运动可靠棘轮齿数可以很多，易于控制摆杆每次推过的齿数，适于要求停歇转角很小或经常调节转角大小的场合缺点：运动开始和终止的瞬时有刚性冲击，运动平稳性差，棘爪在棘齿上滑过时会产生噪音和引起齿尖磨损齿式棘轮机构不宜用于高速传动设计要点：1)为使棘轮克服同样的阻力矩时棘爪工作面受力最小，应使O2AO1A(A为棘轮齿顶点)及工作面沿径向线O1A(=0)为使棘爪在工作负荷下，能自动啮入而不被推出，应使齿廓工作面在齿尖A点处的法线NN与O2A间的夹角大于棘爪和棘轮工作面间的摩擦角(常取=15200)外接时，法线NN应通过O1O2之间若取O2AO1A，则=若取=0，则O2的位置应离开棘轮切线向外取，保证>内接时，法线NN应在O1O2之外2)棘爪数一般棘轮机构=1，双动式棘轮机构=2当载荷较大，且棘轮尺寸受限，齿数z较少，摆杆摆角小于齿距角时，采用多爪棘轮机构，一般不大于3当取3时，三个爪在齿面上相互错开4t/3摆杆摆动三次棘轮转过一个齿角3)材料棘轮：45、40Cr，HRC4550棘爪：45、40Cr，HRC52562摩擦式棘轮机构齿式棘轮机构的棘轮转角是相邻两齿所夹中心角的倍数有级转角摩擦式棘轮机构实现转角无级改变外接式、内接式组成：外环1，星轮3和若干滚子2外环l顺时针方向转动时，外环对滚子的摩擦作用使滚子2向外环与星轮之间的狭窄处楔紧，楔紧所产生的摩擦力带动星轮3与外环一起转动外环逆时针方向转动时，滚子从狭窄处退出，外环与星轮3相互松开，使星轮静止不动实现外环正反转动时星轮的单向步进式运动星轮为主动件，外环也可实现单向式步进运动特点：结构简单、紧凑，传动平稳，无噪音，从动件的转角在传动中可无级变化，精度不高，传递扭矩有限摩擦式棘轮机构的原理常用于超越离合器机构二、槽轮机构1组成与工作原理槽轮2、装有圆销的拨盘(曲柄)1和机架组成主动拨盘1等速转动时，圆销A开始进入槽轮2的径向槽，槽轮受圆销驱动作反向转动当圆销A转过21，圆销脱出槽轮的径向槽，槽轮2由于其内凹锁止弧被拨盘1的外凸圆弧卡住而静止不动拨盘继续转动2-21，圆销A再次进入槽轮2的下一个径向槽，锁止弧被松开，重复运动槽轮2作间歇步进转动2槽轮机构特点结构简单，工作可靠，机械效率高，在进入和退出啮合时运动较为平稳槽轮每次转过的槽间角22与槽轮的槽数z有关，222/z要改变转角大小，更换具有相应槽数的槽轮多用来实现不需要经常改变转角的转位运动槽轮槽数不能过多不适合实现要求停歇很小转角的运动电影放映机槽轮机构有4个径向槽，拨盘每转动一周，圆销拨动槽轮转过1/4周，胶片移动一个画格，并停留一定时间，再放映下一格3槽轮机构运动系数在一个运动循环中，槽轮的运动时间t与拨盘的运动时间T的比值拨盘等角速转动时，也可用转角比表示仅有一个圆销的槽轮机构，t和T各对应于拨盘转角21和2z为槽轮2上均布的径向槽数结论：1)因必须大于零，径向槽数z32)单个圆销槽轮机构的值总小于0.5槽轮的运动时间总小于停歇时间3)如要求槽轮每次运动时间大于停歇时间(>0.5)在拨盘上装多个圆销设k为均布在拨盘上的圆销数，则因运动系数应小于14
