機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì) 5

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)第一節(jié)

常見機(jī)構(gòu)分析第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介

第五章機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

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一個(gè)機(jī)械的工作功能，通常是要通過傳動(dòng)裝置和機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。本章主要介紹機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)例。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有多樣性和復(fù)雜性，一般在滿足工作要求的條件下，可采用不同的機(jī)構(gòu)類型。我們?cè)谶M(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了要考慮滿足基本的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡等工作要求外，還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的要求：3（1）機(jī)構(gòu)盡可能簡單可通過選用構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副較少的機(jī)構(gòu)、適當(dāng)選擇運(yùn)動(dòng)副、適當(dāng)選用原動(dòng)機(jī)等方法來實(shí)現(xiàn)；（2）盡量縮小機(jī)構(gòu)尺寸，以減少重量和提高機(jī)動(dòng)性能；（3）應(yīng)使機(jī)構(gòu)具有較好的動(dòng)力學(xué)性能，提高效率。4第一節(jié)常見機(jī)構(gòu)分析在實(shí)際的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要求所選用的機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)或某些功能，表5-1、表5-2簡要介紹了常見機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、性能、特點(diǎn)等，為我們的設(shè)計(jì)提供參考。5第一節(jié)常見機(jī)構(gòu)分析67第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介一、增力機(jī)構(gòu)1.杠桿“給我一個(gè)支點(diǎn)，我將推動(dòng)地球”這句名言實(shí)際上就是杠桿原理的經(jīng)典描述、人們?cè)诠糯鸵逊浅Ｇ宄軛U增力原理。如圖5-1所示，其計(jì)算公式為：8當(dāng)l1<l2時(shí)，用較小的P可得到較大的力F。如圖5-2所示下水道蓋板的開啟工具就是其中一例。人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫募舻?、鉗子、扳手等工具也都是利用了杠桿增力原理。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介9第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介10第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介11王第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介12立第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介136.滑輪圖5-7所示滑輪機(jī)構(gòu)，F(xiàn)與P關(guān)系F=2P(5-6)第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介147.液壓增力圖5-8所示液壓增力機(jī)構(gòu)，F(xiàn)與P的關(guān)系為：第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介15二、夾緊機(jī)構(gòu)1.虎鉗的快速夾緊機(jī)構(gòu)圖5-13所示為一種快速夾緊機(jī)構(gòu)，它可以提高虎鉗夾持工件效率，這種快速夾緊機(jī)構(gòu)采用了一對(duì)具有相同曲面的轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪和固定凸輪，手柄轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪快進(jìn)到預(yù)定位置，然后螺旋機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊?；Q的鉗口位置可以借助夾壓間距調(diào)節(jié)手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適宜不同的材料厚度，同時(shí)也可以調(diào)整夾緊力。該機(jī)構(gòu)可用作銑床、鏜床、裝配夾具的夾壓機(jī)構(gòu)，是一種夾緊力調(diào)節(jié)簡單的快速夾緊裝置。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介162.銑床夾緊機(jī)構(gòu)圖5-14所示為一銑床快動(dòng)夾具，它利用兩螺紋旋向相反的螺旋副使左右兩構(gòu)件同步移動(dòng)。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介17圖5-15所示為另一種銑床快動(dòng)夾具，當(dāng)工件被夾緊后，因夾具BCD成一直線，機(jī)構(gòu)（夾具）處于死點(diǎn)位置，無論反力Fa有多大，夾具不會(huì)自動(dòng)松脫，保證了夾緊工件的牢固性。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介18圖5-16所示為三種雙向快動(dòng)夾具，它們的操作簡單，裝夾方便。利用夾具體各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，工件在一方向受力夾緊時(shí)，另一方向也同時(shí)夾緊，構(gòu)思巧妙。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介19三、自鎖機(jī)構(gòu)電工攀登的套鉤（圖5-17），為保證電工的安全，必需具有自鎖特性，應(yīng)滿足的自鎖條件：a≤2bf式中f為套鉤與電桿之間的摩擦系數(shù)。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介20螺旋千斤頂如圖5-18所示，在手柄加上不大的轉(zhuǎn)矩可以獲得很大的軸向推力。在設(shè)計(jì)時(shí)，螺旋應(yīng)具有自鎖特性，以保證工件時(shí)的安全。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介21圖5-19所示簡易夾磚裝置，為保持磚在裝夾搬運(yùn)過程中不掉下，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具有自鎖特性，其自鎖條件為：a≤f（1-b）式中：f為磚夾與磚之間在接觸處的摩擦系數(shù)。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介22爬桿機(jī)器人是由清華大學(xué)的學(xué)生設(shè)計(jì)制造的。這種機(jī)器人模仿尺蠖（huo)的動(dòng)作向上爬行，其爬行機(jī)構(gòu)只是簡單的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖5-20所示）。其中電機(jī)與曲柄轉(zhuǎn)接，驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)。上下兩個(gè)自鎖套是實(shí)現(xiàn)上爬的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。當(dāng)自鎖套有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢時(shí)，錐套、鋼球與圓桿之間會(huì)形成可靠的自鎖，使裝置不下滑，而且上行時(shí)自鎖解除。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介23爬桿機(jī)器人的爬行過程如圖5-21所示，圖（a）為初始狀態(tài)，上下自鎖套位于最遠(yuǎn)極限位置，同時(shí)鎖緊；圖（b）狀態(tài)曲柄逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)運(yùn)上自鎖套鎖緊，下自鎖套松開，被曲柄連桿帶動(dòng)上爬；圖（c）狀態(tài)曲柄已越過最高點(diǎn)，下自鎖套鎖緊，上自鎖套松開，被曲柄帶動(dòng)上爬。如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)爬桿。用完些簡單的機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)巧妙地使機(jī)器人爬桿，體現(xiàn)了獨(dú)創(chuàng)性。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介24四、泵機(jī)構(gòu)1.曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)型擺式葉片泵

如圖5-22所示，圓盤1繞固定軸線B旋轉(zhuǎn)，并與導(dǎo)塊2用轉(zhuǎn)運(yùn)副D連接，導(dǎo)塊2在葉片3的導(dǎo)槽a中往復(fù)移動(dòng)，葉片3繞固定軸線A擺。當(dāng)葉片3向右擺時(shí)，液體由吸入口b進(jìn)入，由輸出口c流出。當(dāng)葉片向左擺時(shí)，液體經(jīng)過葉片3上的止回閥（圖中未表示）流到葉片右方的輸出腔中，而吸入口b被另一個(gè)止回閥（圖中亦未畫出）關(guān)閉，以阻止液體倒流。圖5-22曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)型擺式葉片泵252.搖塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)油泵

如圖5-23所示，曲柄1帶動(dòng)滑塊2在搖塊3內(nèi)上下移動(dòng)時(shí)，搖塊的腔設(shè)計(jì)成在左右擺動(dòng)時(shí)正好與進(jìn)出口相對(duì)應(yīng)，并完成吸油和輸出動(dòng)作。其結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)巧妙。圖（a）為運(yùn)動(dòng)簡圖。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介263.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型旋轉(zhuǎn)葉片泵圖5-24所示為單腔半圈旋轉(zhuǎn)式葉片泵，曲柄1固定軸線A旋轉(zhuǎn)，葉片2固定軸線D擺動(dòng)，連桿3與曲柄1和葉片2分別用回轉(zhuǎn)副B和C鉸接，泵有單腔d，當(dāng)曲柄2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片3使液體順時(shí)針方向流動(dòng)，并將吸入腔和輸出腔隔開。葉片2上有一止回閥（圖中未畫出），用以在回程中使液體流回第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介27圖5-25所示為雙腔半圈旋轉(zhuǎn)式葉片泵，其工作原理與單腔式相同，泵有雙腔：a腔與吸入腔相連，b腔與輸出腔相連。第二節(jié)各類機(jī)構(gòu)簡介28四、泵機(jī)構(gòu)4.兩輪同形的齒輪泵第