机械设计学第四章

例2 过载保护装置：
常用的安全保护装置有以下几种： 1．销钉安全联轴器
2．钢珠安全离合器
3．摩擦式安全离合器 图示为单圆锥形擦安全离合器。摩擦面由内圆锥摩擦盘1和 外圆锥面摩擦盘2组成。在弹簧3作用下使两个锥面压紧，由 此产生酌摩擦力矩即为该离台器允许的输出转矩。螺母5用 来调整压紧力。ຫໍສະໝຸດ 举例3 斜楔杠杆式夹持 器。
1）用来实现运动离合或开停。 2）用来换向、超越和反向制动。
3）用来实现联锁、过载保护、安全制动
4) 实现锁止、定位、夹压等。 5) 实现测量、放大、比较、显示、记录、运算等。
例1 制动机构：
制动装置的基本要求是：工作可靠，操作方便，制动平稳且时间 短，结构简单，尺寸小，重量轻，磨损小，散热性好。
一切机器都包含有四个部分：动力源、传动机构、执行机构和控制部分。
一、传动机构 1．定义:传动机构是将原动机的运动和动力传给执行机构 （工作机），以完成预期的功能的中间装置。原动机与执 行机构间组成传动联系的一系列传动件称为传动链，所有 传动链以及它们之间的相互联系组成传动机构（系统）。 2．传动机构按工作原理分类:机械传动机构(齿轮机构、连 杆机构、凸轮机构、螺旋机构、楔块机构、棘轮机构、槽 轮机构、摩擦轮机构、挠性件机构、弹性件机构)、液气动 传动机构、电力和磁力传动机构以及利用以上一些常用机 构进行组合而产生的组合机构。
图示的曲柄压力机只有一个执 行机构，即曲柄滑块机构，电 机9通过齿轮副8、7及离合器6 带动曲轴4旋转，再通过连杆3 使滑块2在机身10的导轨中作 往复运动，操纵杆1使离合器 接合或脱开，控制曲柄滑块机 构的运动或停止。制动器5与 离合器6的动作要协调配合： 工作前，制动器先放松，离合 器后接合；停车前，离合器先 脱开，制动器后接合。
但是也应看到电子技术的发展虽然能控制许多复杂的自动化机器和设备，但 其本身的结构也日趋复杂，因而引起可靠性、安全性的下降。例如飞机上的 自动导航仪，可以自动按给走路线飞行，而不需驾驶员动手，但是为了保证 绝对安全可靠，这种飞机上还是安装了结构简单、工作安全可靠的手动控制 装置。
§4-2传动机构和执行机构
4、传动机构的几个组成部分 变速装置，启动、停止和换向装置，制动装置 及安全保护装置等。
1)变速装置及 其机构
2)启动、停止和换向装置 常用的启停和换向装置有两类： 一类是通过按钮或操纵杆直接控制原动机实现启停和换向，
另一类是用离合器实现启停和换向。选择方案时应考虑执行机 构所要求的启停和换向的频繁程度、原动机的类型与功率。
2)连续转动与间歇式的转动或摆动的变换。 3）实现预期的运动轨迹。
简谐运动:
非匀速转动机构
非匀速转动机构包括 双曲柄机构、非圆齿 轮机构、曲柄导杆及 组合机构等。
曲柄滑块机构
2．利用机构实现开关、联锁和检测等动作功能
检测机构可以检查最后的成品也可以检测中间工序，以自动 校正与规定标准间的差异。 控制联锁机构的用途，则是在机器工作过程中发现控制和检 测机构所不能排除的缺陷时停止或限制机器的工作。例如：
用电动机起停和换向时，常采用反接法制动。它具有操作方便、 制动时间短等优点。但，反接时的制动电流大，传动系统受的惯 性冲击力也较大。故它只适用于制动不频繁、传动系统惯性较小 或电动机功率较小的系统。 用离合器进行起停或换向时，必须在传动链中安装制动装置。 制动器和离合器的操纵机构必须互锁。当离合器脱开时，制动器 应制动 。接通离合器前，制动器必须可靠地放松，以免损坏传动 件或造成过大的功率损失。
（1)原动机为电动机时，电动机允许在负载下启动，可以正 反运转，但电动机的启动电流通常是额定电流的5—7倍，因此 在功率大、启停和换向频繁的情况下，将导致因发热大而缩短 电机的使用寿命，同时因电流过大影响局部电网的正常供电。 其优点是操作方便，能简化机械结构。
用离合器启停和换向： 中等以上功率且启停和换向频繁时， 常采用各种离合器启动和换向。若执行机构的旋转速度高时可 采用摩擦离合器，若执行机构的旋转速度较低时可采用刚性的 啮合式离合器。
常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构主 要有以下几种：
1)通过啮合方式进行传动(例如；齿轮、蜗轮蜗 杆、链传动、同步齿形带等)。其中．齿轮传动可以 在平行轴或交错轴间实现准确的定传动比传动，适 用功率和速度范围广，结构紧凑，传动效率高，工 作可靠，寿命长，互换性好，因而得到广泛应用。
2)通过摩擦方式进行传动(例如：摩擦轮传动、 摩擦式无级变速器、带传动、滑轮传动等)。这类机 构结构简单，维修方便，成本低廉，由于带具有柔 软性、吸收振动的特性．且有缓冲和安全保护的作 用特性使带传动适用于两轴中心距较大的传动。
第四章 机械功能原理的实现——机 械运动系统的方案设计
§4-1机构能实现的动作功能 §4-2传动机构和执行机构 §4-3按机械动作功能原理要求作机械运动 系统的方案设计 §4-4 发挥机构固有潜力的方法——机构的 创新设计 §4-5机械运动的协调设计和运动循环图
§4-1机构能实现的动作功能
一、机构能实现哪些动作功能
机械产品的动作功能要通过一系列的机构和电气电子装置去 具体实现。机构一般能实现下列各种动作功能：
1．利用机构实现运动形式或运动规律变换的动作功能
绝大多数机械中原动机的运动形式为转动，而机构的输出运 动多种多样。故利用机构进行构件运动形式的变换，例如：
1)匀速运动(平动、转动)与非匀速运动(平动转动或摆动)的变 换
3．目的：实现速度或力的变换，或实现特定运动规律的要 求 3.1 实现运动速度或力的大小变换 根据功率、输出力、速度三者之间的关系 P= F× v 得出在输出功率一定的情况下：速度与输出力的变化关 系: 在输出功率p一定的情况下，若想得到一个大的输出力f， 则可以降低输出速度v; 在输出功率p一定的情况下，若要输出力f按一定规律变化， 则可通过调整输出速度v按某一种规律变化来得以实现。
2．作用：是将原动机的运动和动力传递给工作机， 以完成预期的功能。具体内容：
(1)把原动机输出的速度降低或增高，以适合执行机构的需要；
(2)实现变速传动以满足执行机构经常变速的要求；
(3)把原动机输出的转矩、变换为执行机构所需要的转矩或力； (4）把原动机输出的等速旋转运动，转变为执行机构所要求 的、其速度按某种规律变化的旋转或其它类型的运动形式； (5)实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不相同速度的 执行机构； (6)由于受机体外形、尺寸的限制，或为了安全和操作方便， 执行机构不宜与原动机直联时，也需要用传动装置来联接。
3.利用机构实现程序控制或手动控制的功能 程序控制或手动控制是自动机械中不可缺少的一部分，控制 的方法很多，用机构来控制的方法就有； 1)利用时间的序列 进行控制 例如图4-1是一 种凸轮程序装置。它 由一系列的微动开关 和凸轮组成。凸轮轴 由同步电动机驱动。 凸轮旋转一周，对应 着工件的整个加工循 环。
3.2 实现运动形式或传力方式的变换 将原动机输出的匀速转动变换成工作机的需求的 输出。原动机的输出较为常见的运动形式是匀速 转动，而工作机的输出要求是多种多样的，因此 进行运动形式的变换是传动机构的一个很重要的 任务。 1）机械传动机构中常见的运动形式：转动、平 动、摆动。 2）常见的用于运动形式的变换机构：凸轮机构、 螺旋机构、连杆机构、齿轮机构、挠性体机构、 摩擦轮机构、流体机构等。它们能将转动变换成 移动，或反之。出于运动形式的变化，机构的传 力方式也就随之改变。
用离合器启停和换向时，必须在传动链中安装制动装置。 常用制动器有下列类型：
4)安全保护装置
安全保护装置装在转速高的传动构件上，可使结构尺寸小 些。若靠近执行机构安装，则发生过载时，能迅速停止运 动，使传动链中其它传动构件避免超负荷运行。所以安全 保护装置宜故在靠近执行机构且转速较高的传动构件上。
（2)原动机为内燃机 由于内燃机既不能在负载下启动，也不能反转运行， 故必须用摩擦离合器或液力耦合器来实现启动，执行机构 需要反向时，应在传动链中设置反向机构。
离合器启停和换向举例： 图示为齿轮—摩擦离 合器换向机构的传动原理 图，齿轮Z1和Z3均空套在 轴I上，摩擦离合器向左 接合时，通过Z2传动到轴 Ⅱ，摩擦离合器向右接合 时，通过Z0、Z4传动到轴 Ⅱ 、实现反转，摩擦离合 器处于中间位置时，轴Ⅱ 不转。这样就可实现轴Ⅱ 的启动、停止和换向。
Z3
Z0 Z4
3)制动装置 对制动装置的基本要求是：工作可靠，操作方便，制动平稳 且时间短，结构简单，尺寸小，耐磨和散热性能良好。 用电动机启停和换向时，一般采用电动机反接制动，它具 有操作方便．制动时间短等优点，但在反接制动时制动电流 大，传动系统所受的惯性冲击力也较大，故只适用于制动不 频繁、传动系统惯性较小或电动机功率较小的传动系统。
3）利用楔块原理进行传动（例如：螺旋机构、偏心 轮传动等）。螺旋传动主要由螺杆、螺母、机架组成， 螺旋传动的优点是增力效果大，可用较小的转距得到 较大的轴向力，结构简单，传动精度高，平稳无噪声 等。
4）利用流体作用原理进行传动（例如：液压、气压、 液力传动等）。液体可以看作是一种不可压缩物体， 因而液压传动能传动较大的力，经常用于传动比不需 十分精确，但载荷很大的情况下，但液压传动速度较 慢。例如液压千斤顶、液压挖掘机的推杆等。相反气 动传动机构一般用于传递较小的力，但作用速度快。
如电灯开关:一般用机械式的，但也有触摸式、光电式的，都能安全可靠地 完成开关任务，至于操作方便和经济性只能在特定条件下作具体的分析。
4．实现简单的固定程序或可变程序的控制功能 以上几种均适宜用机构实现，但究竟如何选择，要注意科技的发 展动向 例如:电视机的频道-机械式转变为遥控式
电视机最初出现时．当时电视频道少．显象管屏幕也小，因而广 泛使用安全可靠、操作方便、经济性好的机械式频道变换开关; 但当电视机屏幕不断增大，频道不断增多，经济性好的机械式频 道变换开关，愈来愈感到操作的不便而被遥控开关所取代。