机械原理第3版课件第六章

常取单头螺杆凸轮z2≥6，从动盘按正弦加速度规律设计， 可控制中心距消除间隙，承载能力高，间歇频率为1200次/分， 分度精度为30″。
（3）共轭凸轮式间歇机构
动力特性好，分度精度高，成本较低。
圆柱凸轮间歇运动机构
蜗杆凸轮间歇运动机构
凸轮式间歇机构的特点和应用
• 结构简单，运转可靠，无需专门定位装置；
电影放映机的 间歇卷片机构
间歇转位机构
二、棘轮机构
一)、棘轮机构的工作原理和类型
右图所示的为常见的外啮合齿式棘轮 机构，它主要由棘轮3，主动棘爪2， 止回棘爪4和机架组成。当主动摆杆1 逆时针摆动时，摆杆上铰接的主动棘 爪2插入棘轮3的齿内，推动棘轮同向 转动一定角度。当主动摆杆顺时针摆 动时，止回棘爪4阻止棘轮反向转动。 此时主动棘爪在棘轮的齿背上滑回原 位，棘轮静止不动，从而实现将主动 件的连续摆动转换为从动棘轮的单向 步进转动。为保证棘爪工作可靠，常 利用弹簧6使棘爪紧压齿面。
1、齿式棘轮机构
常用棘轮机构可分为齿式与摩擦式两大类 单动式棘轮机构 单向式棘轮机构 齿棘 式轮 双动式棘轮机构 机 棘 双向式棘轮机构 构 轮 机 构 偏心楔块式棘轮机构 摩棘 擦轮 式机 滚子楔紧式棘轮机构 构
齿式棘轮机构
内啮合棘轮机构
棘齿条机构
当棘轮的直径为无穷大时，变为棘齿条，此时， 棘轮的单向转动变为棘齿条的单向移动。
4)适于恶劣的工作环境下工作，特别是在易燃、易爆、
多尘埃、强磁、强振、潮湿、有辐射和温度变化大的恶 劣环境中工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气机 构。 5)易于实现过载保护。
图6-33 可移动式气动通用 机械手结构示意图 1—真空吸头 2—水平缸 3—垂直缸 4—齿轮齿条副 5—回转缸
二、电磁传动机构
串联机器人: 由机座、机身、臂部(大臂和小臂)、腕部和手 是一种多自由度、多杆的、开链型空间机构 部构成。
机器人应用及其前景展望
应用： 1. 柔性制造系统及计算机集成制造系统； 2. 微电子及制药业中；
3. 军事、矿冶、核电工业和排险救灾；
4. 恶劣环境下的工作； 前景： 1. 办公用机器人； 2. 医疗机器人；
图6-31 液压系统示意图 1—油箱 2—电动机 3—液压泵 4—压力控制阀 5—方向控制阀 6—液压缸 7—工作机构 8—流量控制阀
2.液动机构的特点 1)体积小、质量轻，输出功率大。 2)工作平稳，冲击、振动和噪声较小，易于实现快速、
频繁的起动、制动和换向。
3)无级调速方便，调速范围大，调速比可达5000。 4)操纵简单，控制方便，便于实现自动化。 5)易于实现过载保护，工作安全可靠。 6)由于液压元件自润滑、磨损小、工作寿命长。
3. 康复机器人；
4. 家务劳动机器人；
• 一、开式链机构的结构分析
• 1、机器人操作器
• 具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或 进行其它操作的装置。
2、机器人操作器的组成
组成：机身、臂部、腕 部和手部（末端 执行器）等。
3、 机器人操作器的自由度
• 每个关节具有一个自由度，
A段螺纹 螺杆 螺母
1
3 机架
2
动画
B段螺纹
因lA、lB 相差很小时，位移s可能很小，故这种螺旋机构称 为微动螺旋机构
螺旋机构(3/4)
如用于调节 此种机构常用测微计、分度机构及调节机构中。 镗刀进刀量的螺旋机构。
（2）复式螺旋机构 如果螺旋机构的两段螺旋导 程分别为lA、lB，且两端螺旋的旋 向相反。这种螺旋机构称为复式 螺旋机构。 则 s＝(lA＋lB)φ /(2π） 此种螺旋机构常用于车辆的联接。
3
2
A
1
B
动画
螺旋机构(4/4)
3．螺旋机构的设计要点 螺旋设计的关键是选择确定合适的螺旋导程角、导程及头数 等参数。根据不同的工作要求，螺旋机构应选择不同的几何参数。
若要求螺旋具有自锁性或具有较大的减速比（微动）时，宜 选用单头螺旋，宜选用较小的导程及导程角，但效率较低。 若要求传递大的功率或快速运动的螺旋机构时，宜采用具有 较大导程角的多头螺旋。
（1）单向式棘轮机构
单向式棘轮机构的特点是摇杆向一个方向摆动时，棘轮沿同 方向转过某一角度；而摇杆反向摆动时，棘轮静止不动。 单动式棘轮机构 双动式棘轮机构
（2）双向式棘轮机构
2、摩擦式棘轮机构
1
2 3
摩擦棘轮
二)、棘轮机构的设计 1、齿面倾斜角的选取
棘轮齿面与径向线所夹 角α 称为齿面倾斜角
α
R1
2j20
α
2j10
α
R1
内槽轮机构 外槽轮机构
空间槽轮机构
二)、槽轮机构的设计 1、槽数z和圆销数n的选取
在外槽轮机构中，当主动销轮1 t2 回转一周时，从动槽轮2的运动时间 与主动销轮1的运动时间 t 1 之比， 称为该槽轮机构的运动系数，用τ 表示，即 2j 10 t2 1 1 2 z t1 2 2 2 z
优点：结构紧凑，工作范围大，能完成地面提取 工件的任务。
缺点：结构较复杂。
• 多关节型
4、机器人操作器的结构分类
三个基本关节均为转动型。 工作空间：复杂的几何形体．
优点：占据空间最小，工作范围最大，动作灵活。
3.液动机构应用实例
图6-32 机械手手臂伸缩液动机构
(二)气动机构
１.气动系统的组成及工作原理
1)气压发生装置。
2)执行元件及工作机构(即气动机构)。
3)控制元件。 4)辅助元件。
２.气动机构的特点及应用 1)以空气为工作介质，易于获取和排放，不污染环境。 2)空气的粘度小，在管路中流动时压力损失小，适于集 中供气和远距离输送。 3)比液压传动响应快、维护简单。
2j20
α
2j10
α
R1
设圆销数为n，则
n
z 2 2z n 2z z2
2、基本参数的设计
三)、槽轮机构的特点和应用
槽轮机构的优点是结构简单，制造容易，工作可靠，能准 确控制转角，机械效率高。缺点主要为动程不可调节，转 角不可太小，且槽轮在起动和停止是加速度变化大、有冲 击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，不适用 于高速。
一、摩擦轮机构的工作原理和特点 利用主、从动轮接触处的摩擦力来传递运动和动力 优点：结构简单、制造容易；超载时轮间自动 打滑，防止零件损坏；工作平稳，噪声小， 能无级改变传动比。 缺点：压紧力大、零件磨损严重；传动比不稳 定，承载能力低；效率较低；
二、摩擦轮机构的类型和应用 圆柱摩擦轮机构 圆锥摩擦轮机构 带内滚轮的摩擦轮机构 带中间滚轮的摩擦轮机构
二、螺旋机构的特点、功能和应用 优点： 结构简单，制造方便，运动准确，降 速比大，可传递很大的轴向力，工作 平稳，无噪音，自锁。 缺点：效率低，需有反向机构才能反向传动。
• 螺旋机构的主要功能
转变运动形式 传递运动和动力 用于微调和测量 用于机构调整 回转 直线运动
第三节
摩擦传动机构
第四节 液、气动机构及电磁传动机构
一、液、气动机构
(一)液动机构
1.液压系统的组成及工作原理
(1)动力元件(液压泵) 其作用是提供压力油，是系统的动力源，将电动机输 出的机械能转变成液压能的能量转换装置。 (2)执行元件(液压缸或液压马达)及工作机构(即液压机构) 它将液体的压力能 转换为机械能，用以驱动负载。 (3)控制元件(包括压力、流量、方向等控制阀) 分别用于控制系统的压力、 流量和液流方向，以满足执行元件对力、速度和运动方向的要求。 (4)辅助元件(如油管、油箱等) 在系统中起着输送、储存、散热等作用。
三)、棘轮机构的特点和应用
棘轮机构的优点是结构简单，制造方便，运动角可在 工作过程中并可在较大范围内调整等优点，缺点主要 是棘爪在棘轮齿面滑行时引起噪声，冲击和齿尖摩损， 传动精度较差等，不宜用于高速。棘轮机构所具有的 单向步进运动特性，在生产实践中常用于以下几种工 作要求中。
1、步进运动
为了实现工件台的双向间 歇步进运动，由齿轮机构、 曲柄摇杆机构和双向式棘 轮机构组成了工作台横向 进给机构，如右图所示
4、 机器人操作器的结构分类
•三个基本关节： 2个移动关节， １个转动关节 •工作空间：空心圆柱体． •优点：占据空间较小，结构紧凑，工作范围大。 •缺点：受升降机构的限制，一般不能提升地面或 较低位置的工件。
• 球坐标型
4、 机器人操作器的结构分类
三个基本关节： 2个转动关节， １个移动关节 工作空间：空心球体．
2、转位、分度
右图所示为利用棘轮机构做转 位和分度用的一种装置，油缸 内的液体推动齿条1作直线移动， 通过齿轮2及铰接在其上的棘爪 3，推动棘轮4并使从动轴5作单 向步进转动，从而带动工件转 位或分度运动。
C D
B
A
3、制动
图示为棘轮机构。
4、超越离合 例：钻床 在车床中以棘轮 机构作为传动中 的超越离合器， 实现自动进给和 快慢速进给功能。 5、计数
第六章
其他常用机构
第一节 间歇运动机构
第二节 螺 旋 机 构 第三节 第四节 第五节 第六节 摩擦传动机构 液、气动机构及电磁传动机构 机器人机构 万向联轴器
第一节 一、槽轮机构
间歇运动机构
一)、槽轮机构的工作原理和类型
外槽轮机构 槽 平面槽轮机构
2j20
轮
机 构 空间槽轮机构
内槽轮机构
2j10
α
j
2
• 差动螺旋机构
s ( pA pB )
j
2
• 复式螺旋机构
s ( pA pB )
j
2
应用
滑动螺旋机构 按摩擦状态分 滚动螺旋机构
螺旋机构(2/4)
2．螺旋机构的运动分析 当螺杆转过φ 时，螺母沿其轴向移动的距离为
s ＝ lφ /(2π)
其中l为螺旋的导程 mm。 （1）微动螺旋机构 设螺旋机构中A、B段的螺旋导 程分别为lA、lB , 且两端螺旋的旋向 相同（即同为左旋或右旋），则当 螺杆1转过φ时，螺母2的位移s 为 s＝(lA－lB)φ /(2π）
图6-34 电磁回转机构
图6-35 电锤机构
第五节
机器人机构
机器人和机器人机构
ISO定义：A robot is a maБайду номын сангаасhine which can be programmed
to perform some tasks which involve manipulative or locomotive actions under automatic control 。 机器人是一种可编程的、能执行某些操作或移 动作业的自动控制的机械。
三、不完全齿轮机构
内啮合
外啮合
齿轮齿条啮合
不完全齿轮机构的特点和应用
• 设计灵活，从动轮的运动角范围大；
• 一个周期内实现多次动、停时间不等的间歇运动；
• 加工复杂；
• 刚性冲击，不适于高速。
四、凸轮式间歇运动机构
1．机构的工作原理及特点 （1）工作原理
由主动轮和从动盘组成，主动凸轮作连续转动，通过其凸轮 廓线推动从动盘作预期的间歇分度运动。
（2）工作特点
动载荷小，无刚性和柔性冲击，适合高速运转，无需定位装 置，定位精度高，结构紧凑； 但加工成本高，装配与调整的要求。
凸轮式间歇运动机构(2/2)
2．机构的类型及应用 （1）圆柱凸轮式间歇运动机构 常取凸轮槽数为1，柱销数一般取z2≥6，在轻载下间歇频率 为1500次/分。 （2）蜗杆凸轮式间歇运动机构
• 通过选择合适的运动规律，减小动载荷，适于高 速运转； • 精度要求高，加工复杂，安装调整困难。
第二节 螺 旋 机 构 一、螺旋机构的工作原理及类型
1．螺旋机构的组成及特点
（1）螺旋机构的组成 螺旋机构是由螺杆、螺母和机架组成。通常它是将旋转运动 转换为直线运动。但当导程角大于当量摩擦角时，它还可以将直 线运动转换为旋转运动。
（2）螺旋机构的特点
主要优点：能获得很多的减速比和力的增益；选择合适的螺 旋机构导程角，可获得机构的自锁性。
主要缺点：效率较低，特别是具有自锁性的螺旋机构效率低 于50％。 因此，螺旋机构常用于起重机、压力机以及功率不大的进给 系统和微调装置中。
• 螺旋机构的类型 • 普通螺旋机构 运动分析
s p
F E 肘关节 D C
• 机构的自由度等于关节数。
• 该机构具有6个自由度
肩关节 扭转 腰座 B
腰关节 A
基座
4、 机器人操作器的结构分类
• 直角坐标型
特点： • 三个基本关节均为移动关节。
• 运动图形：长方体
• 占据空间大，相应的工作范围小 优点：
结构简单，运动直观性强，便于实现高精度。
• 圆柱坐标型