機(jī)械工程 機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu)PPT課件

.,1,第2講機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)器結(jié)構(gòu),.,2,主要內(nèi)容,機(jī)械系統(tǒng)的基本概念機(jī)器的功能、性能與組成機(jī)器的功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系機(jī)械運(yùn)動(dòng)形態(tài)與變換機(jī)械運(yùn)動(dòng)與控制,.,3,2.1機(jī)械系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)是指具有特定功能的、相互間具有一定聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個(gè)整體，即由兩個(gè)或兩個(gè)以上的要素組成的具有一定結(jié)構(gòu)和特定功能的整體都是系統(tǒng)。系統(tǒng)本身可分成若干個(gè)子系統(tǒng)，反之，系統(tǒng)本身可作為更大系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。任何機(jī)械產(chǎn)品是由若干個(gè)零件、部件及裝置組成的一個(gè)特定系統(tǒng)。,.,4,機(jī)器的功能與性能,機(jī)器是具有一定用途、功能的機(jī)械設(shè)備或機(jī)電一體化設(shè)備，它實(shí)際上就是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。,機(jī)器的功能,功能即某種產(chǎn)品使用中表現(xiàn)出來(lái)的具體功用。功能分為必要功能和非必要功能。必要功能又分為基本功能和附加功能。,機(jī)器的功能總是以成本為代價(jià)的，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)機(jī)器需要哪些必要功能，去掉哪些非必要功能作出明確的決定。,.,5,.,6,同樣用途、同樣基本功能的機(jī)器存在的差別主要集中在規(guī)格與性能的差異上。產(chǎn)品的規(guī)格反映了該產(chǎn)品適合的工作能力與范圍。產(chǎn)品的性能反映了產(chǎn)品的工作能力與工作質(zhì)量方面的差異，經(jīng)常用一系列技術(shù)指標(biāo)將其表現(xiàn)出來(lái)。,2.機(jī)器的規(guī)格和性能,各種機(jī)器實(shí)現(xiàn)其功能的性能要求大體可歸納為：1）運(yùn)動(dòng)要求，如速度、加速度等；2）動(dòng)力要求，包括傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩等；3）可靠性和壽命要求，如零部件的耐磨性和使用壽命等；4）安全性要求，包括系統(tǒng)工作安全性及操作人員安全性等；5）體積和質(zhì)量要求，如尺寸、質(zhì)量等；6）經(jīng)濟(jì)性要求；7）環(huán)境保護(hù)要求；8）產(chǎn)品造型要求；9）其他特殊要求。,.,7,2.2機(jī)器的組成,機(jī)器主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、功能執(zhí)行系統(tǒng)和操作與控制系統(tǒng)。,.,8,1.動(dòng)力系統(tǒng),動(dòng)力系統(tǒng)包括動(dòng)力機(jī)及其配套裝置，是整個(gè)機(jī)器工作的動(dòng)力源。按能量轉(zhuǎn)換性質(zhì)的不同，動(dòng)力機(jī)可分為一次動(dòng)力機(jī)和二次動(dòng)力機(jī)。一次動(dòng)力機(jī)是把自然界的能源（一次能源）直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)械；二次動(dòng)力機(jī)是把二次能源（電能）或由電能產(chǎn)生的液壓能、氣壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)械。,傳動(dòng)系統(tǒng)是把動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給功能執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置，是連接動(dòng)力系統(tǒng)和功能執(zhí)行系統(tǒng)的“橋梁”。傳動(dòng)系統(tǒng)的主要功能有：1）減速或增速。2）變速。3）改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律形式。4）傳遞動(dòng)力。,2.傳動(dòng)系統(tǒng),.,9,操作和控制系統(tǒng)是使動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、功能執(zhí)行系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)運(yùn)行，并準(zhǔn)確可靠地完成整機(jī)功能的裝置。它的功能是控制或操作上述各子系統(tǒng)的起動(dòng)、離合、制動(dòng)、變速、換向或各部件間運(yùn)動(dòng)的先后次序及行程。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)通常由接觸器、繼電器、按鈕開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、電磁鐵等電器組成。,3.功能執(zhí)行系統(tǒng),4.操作和控制系統(tǒng),功能執(zhí)行系統(tǒng)由執(zhí)行構(gòu)件和與其相連的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，是直接完成機(jī)器本身所具有功能的部分。功能執(zhí)行系統(tǒng)通常處在機(jī)械系統(tǒng)的末端，直接與作業(yè)對(duì)象接觸，其輸出也是機(jī)械系統(tǒng)的主要輸出。,.,10,2.2機(jī)器的結(jié)構(gòu),機(jī)器設(shè)備的用途、功能與性能的實(shí)現(xiàn)是靠機(jī)器的結(jié)構(gòu)來(lái)保證的。,2.2.1機(jī)器的功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系,1.機(jī)器的表達(dá),在分析機(jī)器組成時(shí)，常需要特定符號(hào)、線條等圖形語(yǔ)言來(lái)表明機(jī)器內(nèi)部的構(gòu)成及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳遞情況，這樣的圖形稱(chēng)為機(jī)器的表達(dá)，簡(jiǎn)稱(chēng)機(jī)器簡(jiǎn)圖。,.,11,機(jī)器的功能主要由機(jī)械的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而機(jī)械的運(yùn)動(dòng)又需要具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)完成。機(jī)械結(jié)構(gòu)由各種機(jī)構(gòu)組成。以下機(jī)構(gòu)的基本型是最基本、最常用的機(jī)構(gòu)形式。,2.工程中常用的基本類(lèi)型,（1）四桿機(jī)構(gòu)的基本型包括：a）全轉(zhuǎn)動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)的基本型；b）含有一個(gè)移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)的基本型；c）含有兩個(gè)移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)的基本型。,.,12,包括：a）圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型；b）錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型；c）蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基本型；d）內(nèi)嚙合行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型。,（2）齒輪機(jī)構(gòu)的基本型,.,13,行星齒輪,蝸輪蝸桿傳動(dòng),.,14,包括：,（3）凸輪機(jī)構(gòu)的基本型,c）直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的基本型；d）擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的基本型。,a）直動(dòng)從動(dòng)件平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本型；b）擺動(dòng)從動(dòng)件平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本型；,.,15,包括：a）帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型；b）鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型。,（4）帶、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型,包括：a）液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型；b）氣壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型。,（5）液壓、氣壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型,.,16,（6）螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型,（7）電磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型,車(chē)床進(jìn)給箱,.,17,（8）間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本型,.,18,3、機(jī)構(gòu)的組合,單一的機(jī)構(gòu)經(jīng)常不能滿(mǎn)足不同的工作需要。把一些基本機(jī)構(gòu)通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞竭B接起來(lái)，從而組成一個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，稱(chēng)之為機(jī)構(gòu)的組合。,.,19,2.2.2機(jī)械運(yùn)動(dòng)形態(tài)與變換,機(jī)械的主要特征就是要有運(yùn)動(dòng)的變換和傳遞。機(jī)械的運(yùn)動(dòng)形態(tài)只有定軸傳動(dòng)（含擺動(dòng)和間歇轉(zhuǎn)動(dòng)）、往復(fù)移動(dòng)及平面運(yùn)動(dòng)三種。實(shí)現(xiàn)這三種基本運(yùn)動(dòng)形態(tài)的機(jī)構(gòu)種類(lèi)有很多，它們起到變換運(yùn)動(dòng)形式、變換運(yùn)動(dòng)速度、傳遞運(yùn)動(dòng)、合成及分解運(yùn)動(dòng)的作用。其中，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)為基本運(yùn)動(dòng)形式的變換最為常用。,.,20,1.連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)動(dòng)到轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換是機(jī)械中最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式，用于運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力的傳遞和速度的轉(zhuǎn)換。能實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)形式變換的機(jī)構(gòu)有：,（1）齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),齒輪傳動(dòng)是兩齒輪輪齒之間直接接觸的嚙合傳動(dòng)。它可以傳遞平行軸和交叉軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。前者如圓柱齒輪機(jī)構(gòu)，后者如錐齒輪機(jī)構(gòu)。,（2）蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu),蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由蝸桿和蝸輪組成。蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是用來(lái)傳遞兩空間相錯(cuò)90度軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。,.,21,（3）帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu),帶傳動(dòng)分為平帶傳動(dòng)、圓帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、同步齒形帶傳動(dòng)等多種形式。交叉安裝可實(shí)現(xiàn)反向傳動(dòng)。,.,22,（5）繩索傳動(dòng)機(jī)構(gòu),除具有帶傳動(dòng)功能外，還可以在兩輪中間加入多個(gè)中間輪，但不能傳遞較大載荷。,（4）鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu),鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪和鏈條組成，它是通過(guò)鏈條的鏈節(jié)與鏈輪上的輪齒相嚙合來(lái)傳動(dòng)來(lái)傳遞兩平行軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。,.,23,（6）液力傳動(dòng)機(jī)構(gòu),液力傳動(dòng)利用液體的動(dòng)能把主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到從動(dòng)輪。,由于用軟軸相連接，主、從動(dòng)件的位置具有隨意性。,（7）鋼絲軟軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu),.,24,瞬心線機(jī)構(gòu)如橢圓形瞬心線機(jī)構(gòu)和四葉卵形瞬心線機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的周期性的、變速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。,（8）瞬心線機(jī)構(gòu),.,25,能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)到轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)變換的連桿機(jī)構(gòu)有雙曲柄機(jī)構(gòu)、平行四邊形機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)及雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)等。,（9）連桿機(jī)構(gòu),.,26,萬(wàn)向聯(lián)軸器是一種空間連桿機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在不同軸線的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)?？煞譃閱稳f(wàn)向聯(lián)軸器和雙萬(wàn)向聯(lián)軸器，分別提供變速和等速轉(zhuǎn)動(dòng)。,（10）萬(wàn)向聯(lián)軸器,.,27,2.連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到間歇運(yùn)動(dòng)的變換與實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu),在生產(chǎn)中某些機(jī)構(gòu)常需要時(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)有棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、分度凸輪機(jī)構(gòu)等。,（1）槽輪機(jī)構(gòu),槽輪機(jī)構(gòu)由裝有圓柱撥銷(xiāo)的撥盤(pán)1和具有徑向槽的槽輪2以及機(jī)架組成。撥盤(pán)是主動(dòng)件，作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。槽輪是從動(dòng)件，是而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)而靜止，作間歇運(yùn)動(dòng)。,.,28,棘輪機(jī)構(gòu)主要由棘輪、棘爪和機(jī)架組成。當(dāng)原動(dòng)件逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度；當(dāng)原動(dòng)件順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，棘輪靜止不動(dòng)。故當(dāng)原動(dòng)件連續(xù)地往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪作單向的間歇運(yùn)動(dòng)。,（2）棘輪機(jī)構(gòu),.,29,3.連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)主要有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄搖塊機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)等。如鄂式破碎機(jī)將原動(dòng)機(jī)輸出的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變成工作機(jī)的往復(fù)擺動(dòng)。,.,30,4.連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到往復(fù)直線移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到往復(fù)直線移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)有：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、帶或鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及一些機(jī)構(gòu)的組合。,螺旋傳動(dòng)由螺桿和螺母組成，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺桿上的螺旋沿著螺母的螺旋槽運(yùn)動(dòng)，從而將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線移動(dòng)。螺旋傳動(dòng)按用途可分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋三類(lèi)。,(3)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu),.,31,(4)齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(5)凸輪機(jī)構(gòu)(6)曲柄滑塊機(jī)構(gòu),.,32,5.直線移動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu),這類(lèi)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)大多采用液壓機(jī)構(gòu)，用于送料、夾緊等裝置。如各類(lèi)液壓閥芯機(jī)構(gòu)，還有如斜面機(jī)構(gòu)、移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)等。,.,33,6.直線移動(dòng)轉(zhuǎn)換為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu),直線到擺線的運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)有擺臂移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)、直線螺旋到擺動(dòng)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)等。,.,34,機(jī)、電、液機(jī)構(gòu)組合的運(yùn)動(dòng)與控制,機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合中，液壓缸一般是主動(dòng)件，并驅(qū)動(dòng)各種連桿機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的動(dòng)作。其基本型包括單出桿固定缸、雙出桿固定缸和擺動(dòng)缸等。,1.機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的運(yùn)動(dòng)形態(tài),機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合主要是液壓缸系統(tǒng)與連桿機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的組合。,（1）機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的基本型,.,35,單出桿固定缸和連桿機(jī)構(gòu)組合的應(yīng)用實(shí)例很多?？蓪?shí)現(xiàn)移動(dòng)到移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換，也可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)到擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換。,（2）機(jī)、液機(jī)構(gòu)組合的常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)形式,1）固定液壓缸式機(jī)構(gòu),活塞相對(duì)于缸體的移動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)構(gòu)件的擺動(dòng)和缸體本身的擺動(dòng)。,2）擺動(dòng)液壓缸式機(jī)構(gòu),.,36,2、電磁機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)可用于開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)、單磁振動(dòng)機(jī)構(gòu)等，其運(yùn)動(dòng)形態(tài)變換為電磁機(jī)械運(yùn)動(dòng)。,.,37,1)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向。2)限位開(kāi)關(guān)換向：限位開(kāi)關(guān)有機(jī)械式、光電式、磁式等。3)介輪換向：汽車(chē)的前進(jìn)與倒退就是利用變速箱中的介輪來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,2.2.4機(jī)械運(yùn)動(dòng)與控制,機(jī)械的運(yùn)動(dòng)形態(tài)由機(jī)械的組成形式和機(jī)械的控制方式所決定。特別是現(xiàn)代機(jī)械，其機(jī)械運(yùn)動(dòng)形態(tài)的改變與控制方法的關(guān)系更為密切。,1.機(jī)械運(yùn)動(dòng)的換向與控制,（1）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的換向與控制,很多機(jī)器都有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)一定角度再反轉(zhuǎn)一定角度的要求。,.,38,4)棘輪換向,5)摩擦輪換向,.,39,1)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)。如推拉式電動(dòng)大門(mén)啟動(dòng)，電動(dòng)感應(yīng)推拉門(mén)。,(2)直線移動(dòng)的換向與控制,2)液壓換向在液壓傳動(dòng)中，改變液流方向可實(shí)現(xiàn)液壓缸的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。,.,40,(2)直線移動(dòng)的換向與控制,這類(lèi)機(jī)構(gòu)有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、雙滑塊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等。這里機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是主動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件作往復(fù)直線移動(dòng)。,3)自動(dòng)換向機(jī)構(gòu),.,41,2.機(jī)械運(yùn)動(dòng)的調(diào)速與控制,在一般情況下，機(jī)械中的工作機(jī)轉(zhuǎn)速不等于原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，所以很多機(jī)械中都需要協(xié)調(diào)原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間速度的裝置。即有減速器、增速器和變速器等。常見(jiàn)的減、變速方式有：,1）調(diào)速電動(dòng)機(jī)；2）齒輪減速器；3）其他減速裝置；4）變速器。,.,42,3.機(jī)械運(yùn)動(dòng)的離合與控制,機(jī)械中，有時(shí)需要在不停止原動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，暫時(shí)中止執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作。常用的離合器有壓嵌式離合器、多片式摩