机电一体化技术基础高职课题二.pptx
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1、课题二 学习机械基础案例导入门座起重机是港口码头数量和使用最多、结构复杂、机构最多的典型装卸机械,如图2-1所示。它具有较好的工作性能和独特的优越结构,通用性好,被广泛地用在港口杂货码头。门座起重机主要由金属结构、工作机构(起升、运行、变幅及回转机构)、动力装置和控制系统组成,如图2-1所示。门座起重机可实现环形圆柱体空间货物的升降、移动,并可调整整机的工作位置,故可在较大的作业范围内满足货物的装卸。返回第1页/共102页学习任务一 认识常用机构机构主要用以传递运动和动力或改变运动形式、运动轨迹等。如图2-4所示,门座起重机作业过程中货物的水平移动主要通过变幅机构实现,那么门座起重机的变幅机构
2、为机械中哪类常用机构呢?其又如何实现货物水平移动的呢?本任务主要学习以下几种常用机构:平面连杆机构、凸轮机构及其他常用机构。1.平面连杆机构平面连杆机构是所有机构全部用低副连接而成的平面机构,又称平面低副机构。低副是面接触,压强低、磨损小;两构件接触表面为圆柱面和平面,制造比较简单,易获得高精度;此外,这类机构容易实现常见的转动、移动及其转换。下一页返回第2页/共102页学习任务一 认识常用机构因而平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛使用。其缺点是低副中的间隙会引起运动误差,连杆机构不易精确地实现复杂的运动规律,构件惯性力难以平衡,不宜高速运行。平面连杆机构中,最常见的是由4个构件组成的四杆
3、机构。门座起重机的变幅机构就是四连杆机构(臂架、象鼻梁、拉杆及机架)组成,通过臂架围绕其下铰点的转动从而实现俯仰动作,最终带动起吊的货物实现水平移动,即变幅。(1)铰链四杆机构各构件之间均以转动副相连的四杆机构称为铰链四杆机构,如图2-5所示。其中,AD为机架,与机架相连的杆AB、CD称为连架杆。上一页 下一页返回第3页/共102页学习任务一 认识常用机构连架杆相对于机架能作3600整周回转的称为曲柄,只能在一定角度(3600)范围内作往复摇摆的称为摇杆。不与机架相连的杆BC称为连杆。根据铰链四杆机构中两连架杆运动形式的不同,铰链四杆机构有三种基本形式:曲柄摇杆机构、双曲柄机构和摇杆机构。曲柄
4、摇杆机构。在铰链四杆机构中,两连架杆一个为曲柄,另一个为摇杆的铰链四杆机构,称为曲柄摇杆机构。它可将曲柄的连续转动转换成摇杆的往复摆动,如图2-6所示雷达天线和图2-7所示的汽车刮雨器机构;也可将摇杆的往复摆动转换为曲柄的连续转动,如图2-8所示的缝纫机踏板机构。上一页 下一页返回第4页/共102页学习任务一 认识常用机构双曲柄机构。两连架杆均是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。通常主动曲柄连续转动时,从动曲柄也能作连续转动。如图2-9所示的惯性筛机构,它是以双曲柄机构为基础扩展而成的六杆机构。在双曲柄机构中,常见的还有平行四边形机构和反平行四边形机构。若相对两杆件互相平行且长度相等时,称为平
5、行双曲柄机构。若另外两杆也互相平行且相等,则称为正平行四边形机构。如图2-10所示的机车车轮联动机构即是利用正平行四边形机构的实例,这种机构运动时,两曲柄转向相同,角速度相等,连杆作平移运动。如图2-11所示铲斗机构正是利用了连杆平动的特点,使铲斗中的土石不致泼出。上一页 下一页返回第5页/共102页学习任务一 认识常用机构若另外两杆长度相等但不平行,则称为反平行四边形机构,如图2-12所示车门机构。反平行四边形机构的运动特点是:两曲柄转向相反,角速度不相等。双摇杆机构。在铰链四杆机构中,两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。它可将主动摇杆的往复摆动经连杆转换为从动摇杆的往复摆动(如图
6、2-13所示臂架起重机变幅机构),也可将连杆的整周转动转换为两摇杆的往复摆动(如图2-14所示汽车前轮的转向机构)。(2)平面连杆机构的结构和维护上一页 下一页返回第6页/共102页学习任务一 认识常用机构平面连杆机构是面接触的低副机构,低副中的间隙会引起运动误差,所以要注意保证良好的润滑以减少摩擦、磨损。要定期检查运动副的润滑和磨损情况,以避免运动副严重磨损后间隙增大,进而导致运动精度丧失、承载能力下降。维护机构的主要工作有清洁、检查、测试调整间隙、紧固紧固件、更换易损件、加润滑剂等。2.凸轮机构凸轮机构为机械常用机构、应用广泛,如图2-15所示的内燃机内部结构图,活塞在活塞缸内的伸缩运动及
7、图2-16所示的缝纫机的紧线机构中从动紧线爪的往复运动都是通过凸轮机构实现的。图2-17所示为一凸轮机构,通常有原动件凸轮1、从动件2和机架3组成。上一页 下一页返回第7页/共102页学习任务一 认识常用机构(1)凸轮机构的分类凸轮机构按构件形状与运动形式分为不同类型。按凸轮的形状分类:盘形凸轮是凸轮的基本形式;圆柱凸轮;移动凸轮。按从动件形式分类,如图2-18所示:尖端从动件,适用于作用力不大和速度较低的场合,如仪器仪表中的凸轮控制机构等;滚子从动件,应用广泛;平底从动件,润滑较好,适用于高速传动。按从动件的运动形式分类:直动从动件与摆动从动件。按锁合方式分类:力锁合与形锁合。(2)凸轮机构
8、的应用上一页 下一页返回第8页/共102页学习任务一 认识常用机构凸轮机构的结构简单紧凑,易于设计,只要适当地设计凸轮轮廓,就可以使从动件实现特殊的或复杂的运动规律;缺点是凸轮轮廓曲线的加工比较复杂,且凸轮与从动件为点、线接触的高副机构,易磨损,不便润滑,故传力不大。在自动机或半自动机中,广泛应用着凸轮机构。图2-19所示为凸轮机构可以使机构5实现预期运动规律的往复移动。利用图2-20所示的凸轮机构可以使构件4实现预期运动规律的往复摆动。而利用图2-21所示的所谓双凸轮机构不仅可以使构件4实现预期的运动要求,而且可以使构件4上的F点按照所需要的轨迹运动。上一页 下一页返回第9页/共102页学习
9、任务一 认识常用机构凸轮机构中凸轮轮廓与从动件构成的高副是点或线接触,难以形成润滑油膜,所以易磨损。一般凸轮多用在传递动力不大的场所。3.其他常用机构在机械中,除前面介绍的平面连杆机构、凸轮机构外,还经常会用到螺旋机构和间歇运动机构等类型繁多、功能各异的机构。(1)螺旋机构螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成(一般把螺杆和螺母之一作成机架),其主要功用是将旋转运动变换为直线运动,并同时传递运动和动力,是机械设备和仪器仪表中广泛应用的一种传动机构。上一页 下一页返回第10页/共102页学习任务一 认识常用机构按用途和受力情况,螺旋机构又可分为以下几类:传力螺旋:以传递轴向力为主,如起重螺旋或加压装置的
10、螺旋。这种螺旋一般工作速度不高,通常要求有自锁能力。如图2-22所示的螺旋起重机构。传导螺旋:以传递运动为主,如机床的进给丝杠等。这种螺旋通常速度较高,要求有较高的传动精度,如图2-23所示。调整螺旋:用于调整零件的相对位置,如机床、仪器中的微调机构。如图2-24所示为虎钳钳口调节机构,可改变虎钳钳口距离,以夹紧或松开工件。上一页 下一页返回第11页/共102页学习任务一 认识常用机构螺旋机构具有结构简单、工作连续平稳、传动比大、承载能力强、传递运动准确,易实现自锁等优点,故应用广泛。螺旋机构的缺点是摩擦损耗大、传动效率低。随着滚珠螺纹的出现,这些缺点已得到很大的改善。(2)棘轮机构如图2-2
11、5所示的棘轮机构,由棘轮3、棘爪2,摇杆1、弹簧5及止动爪4组成。曲柄摇杆机构将曲柄的连续转动换成摇杆的往复摆动。机构可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。齿式棘轮机构有外啮合与内啮合两种形式。按棘轮齿形分,可分为锯齿形齿和矩形齿两种。矩形齿用于双向转动的棘轮机构。上一页 下一页返回第12页/共102页学习任务一 认识常用机构(3)槽轮机构槽轮机构是利用圆销插入轮槽时拨动槽轮,脱离轮槽槽轮停止转动的一种间歇运动机构。可分为外槽轮机构和内槽轮机构,其结构分别如图2-26所示。槽轮机械结构简单,转位方便,工作可靠,传动平稳性较好,能准确控制槽轮转动的角度。但槽轮的转角大小受槽数Z的限制,不能调
12、整,且在槽轮转动的始、末位置存在冲击,因此,槽轮机构一般应用于转速较低,要求间歇地转动一定角度的自动机的转位或分度装置中。如图2-27所示的槽轮机构是用于六角车床刀架转位。刀架3装有6把刀具,与刀架一体的是六槽外槽轮2,拨盘1回转一周,槽轮转过600,使下一道工序所需的刀具转换到工作位置上。上一页 下一页返回第13页/共102页学习任务一 认识常用机构图2-27所示为自动机中的自动传送链装置,拨盘1使六槽外槽轮2间歇传动,并通过齿轮传至链轮,从而得到传送链的间歇运动,以满足自动流水线上装配作业的要求。(4)不完全齿轮机构不完全齿轮机构是在一对齿轮传动中的主动齿轮上只保留1个或几个轮齿。不完全齿
13、轮机构是由渐开线齿轮机构演变而成的与棘轮机构、槽轮机构一样,属于间歇运动机构。不完全齿轮机构有外啮合和内啮合两种,如图2-28所示。上一页 下一页返回第14页/共102页学习任务一 认识常用机构4.分度定位机构(1)蜗形凸轮分度定位机构蜗形凸轮分度定位机构如图2-29所示,其主动件是蜗形凸轮1,从动件是滚子盘2。滚子盘回转轴线与凸轮回转轴线呈直角相错,中心距为a。滚子盘上沿径向均布若干滚子。各滚子的轴线及凸轮的轴线在统一平面内。凸轮工作表面是与滚子工作表面(外圆柱面)相共扼的曲面。由分度曲面(蜗形)与定位曲面(环形)两部分光滑相接。在无侧隙的理想状态下,始终有两个滚子与凸轮相啮合。当滚子与环形
14、定位曲面啮合时,滚子盘处于定位状态;当滚子与蜗形分度曲面啮合时,滚子盘处于分度过程。上一页 下一页返回第15页/共102页学习任务一 认识常用机构凸轮也可以作断续回转运动,此时,滚子盘的分度与定位时间以及分度过程的运动规律,不仅与凸轮的工作表面有关,而且与凸轮断续回转的运动参数有关。(2)圆柱凸轮分度定位机构圆柱凸轮分度定位机构如图2-30所示,其主动件是圆柱凸轮1,从动件是滚子盘2。滚子盘回转轴线与凸轮回转轴线呈直角相错,中心距为a。滚子盘上均布若干滚子,各滚子的轴线与滚子盘轴线平行。凸轮工作表面由分度曲面与定位环面两部分光滑相接。上一页 下一页返回第16页/共102页学习任务一 认识常用机
15、构分度曲面与滚子啮合的过程实现滚子盘分度转位,在此过程中只有一个滚子与分度曲面相接触。分度曲面也可以设计成始终与两个滚子接触的形状,此时凸轮轴向尺寸较小。上一页返回第17页/共102页学习任务二 认识传动机构1.齿轮传动齿轮传动是机械传动中最重要的一种传动形式,各种机械设备几乎都离不开齿轮传动,包括汽车、飞机、发电设备等。齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。(1)齿轮传动的类型通常可按齿轮轴线的相对位置、齿轮啮合的情况、齿轮曲线的形状、齿轮传动的工作条件及齿面的硬度等进行分类。齿轮传动根据齿廓形式不同,有渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动、圆弧齿轮传动等。下一页返回第18页/
16、共102页学习任务二 认识传动机构齿轮传动按其工作条件,可以分为开式齿轮传动和闭式齿轮传动。在开式传动中齿轮暴露在外界,杂物容易侵入齿轮啮合区域,不能保证良好的润滑,且传动系统精度和刚度都较低,只适用于低速传动。在闭式传动中,齿轮封闭在刚度很好的箱体内,能保持良好的润滑。根据传动过程中两个齿轮轴线的相对位置,齿轮传动可分为三类:圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动和蜗杆蜗轮传动。圆柱齿轮传动用于两轴线平行时的传动,圆柱齿轮的轮齿有直齿、斜齿和人字齿三种,如图2-31(a)(e)所示。圆锥齿轮传动用于两轴线相交时的传动,如图2-31(f)所示。蜗杆蜗轮传动用于两轴线交错时的传动,如图2-31(g)所示。上
17、一页 下一页返回第19页/共102页学习任务二 认识传动机构(2)齿轮传动的应用齿轮已涉足于各行各业的多种产品,如图2-32所示。如:减速器、汽车及门座起重机等,针对门座起重机的回转机构就是通过大型齿轮传动实现,以扩大货物的装卸范围。2.带传动(1)带传动的定义及组成带传动一般由主动轮1、从动轮2和传动带3组成。带传动以具有弹性和柔的带作为挠性件绕在两个或两个以上的带轮上,依靠带与带轮之间所产生的摩擦(或啮合)来传递运动和动力。如图2-33所示。上一页 下一页返回第20页/共102页学习任务二 认识传动机构(2)带传动的特点由于带具有弹性和柔性而使带传动具有以下优点:吸收振动,缓和冲击,传动平
18、稳,噪声小。摩擦型带传动结构简单,制造和安装精度不像啮合传动那样严格。对于摩擦型带传动,过载时打滑,防止其他机件损坏,起到过载保护作用。中心距可以较大。无须润滑,维护成本低。上一页 下一页返回第21页/共102页学习任务二 认识传动机构其缺点是:摩擦型带与带轮之间存在一定的弹性滑动,故不能保证恒定的传动比,传动精度和传动效率较低。由于摩擦型带工作时需要张紧,带对带轮轴有很大的压轴力。带传动装置外廓尺寸大,结构不够紧凑。带的寿命较短,需经常更换。(3)带传动的类型根据工作原理的不同,带传动分为摩擦型和啮合型两大类。上一页 下一页返回第22页/共102页学习任务二 认识传动机构摩擦型带传动,传动带
19、紧套在带轮上,带与带轮的接触面上产生正压力,当主动轮转动时,带与带轮接触面间产生摩擦力,作用于带上的摩擦力方向和主动轮圆周速度方向相同,驱使带运动。带作用于从动轮上的摩擦力的方向与带的运动方向相同,靠此摩擦力使从动轮转动,从而实现主动轮到从动轮间的运动和动力的传递。在摩擦型带传动中,按传动带的横截面形状的不同可分为平带传动、V带传动、圆带传动、多楔带传动,如图2-34所示。平带横截面为矩形,工作面为宽平面;平带有胶帆布带、编织带、锦纶复合平带。平带传动结构最简单、绕曲性好、易于加工,在传动中心距较大场合应用较多。上一页 下一页返回第23页/共102页学习任务二 认识传动机构 V带横截面为梯形,
20、工作面为两侧面;根据槽面摩擦原理,在同样的张紧力下,V带传动较平带传动能产生更大摩擦力。这是V带传动最主要的优点,V带传动所允许传动比较大,结构更紧凑。多楔带是以平带为基体,在平带基体上由多根V带组成的传动带。其内表面具有等距纵向楔,工作面为楔的侧面,可传递很大的功率。圆带的横截面为圆形,只用于小功率传动。啮合型带传动有梯形齿同步带、圆弧齿同步带。同步带是由一根内周表面设有等间距横向齿形的环行带及具有相应齿槽的带轮所组成。上一页 下一页返回第24页/共102页学习任务二 认识传动机构(4)带传动的应用一般情况下,带传动传递的功率P100 kW,带速v=525 m/s,平均传动比i 5,传动效率
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