产品结构设计-章(3)

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1、第三章、连续运动结构设计3.1概述3.2旋转机构设计3.3直线运动机构3.4曲线运动机构概述1.常用运动结构的功能与种类运动机构种类繁多，产品的设计功能决定所选择和采用的机构。根据运动机构在产品中的作用，可分为执行机构和传动机构。如图3-1，以自行车为例。车轮的转动前轮的左右摆动、车闸的摆动抱合和变速拨叉的摆动是设计要求的基本运动，是实现自行车功能需要执行的运动。直接保证这些运动的相应机构是飞轮、前叉合件、车闸组件及拨链器，按功能称为执行机构。为实现这些运动，需要相应的机构和装置将源动力和运动传递到执行机构，按

2、功能称为传动机构。车轮的旋转通过曲柄链轮链条将脚蹬动力传递给飞轮实现，车闸和拨链器的运动通过柔性钢丝（本质是连杆）将作用在闸把和控制器上的运动和动力传递给相应的执行机构完成。曲柄链轮和链条、闸把和钢丝、变速控制器和钢丝等即为所谓的传动机构。图3-2为一药片包装机数片机头结构示意图。由图3-2可知，在产品或机械系统中，执行机构的主要作用是实现所需功能动作（包括执行运动和执行力），而传动机构（传动链）则负责传递、变换、调节运动和动力，以适应不同产品的功能需要。无论是执行机构还是传动机构，实现产品设定运动功能可选择和

3、采用的具体机构种类和形式都不是唯一的。一个具体产品中的运动机构通常可能由多个结构环节组成，为了研究、分析和设计方便，可将其分解为一个个相对独立的结构环节或简单机构，如图3-2中的齿轮、蜗轮和蜗杆。运动结构设计通常就是选择、配置、组合、设计这些简单机构。运动机构的种类可按照运动构件的运动规律或轨迹分为平面机构和空间机构两种。空间机构的运动构件可在三维空间中运动，其运动自由度至少在两个以上，如图3-3中的筛子。平面机构的运动构件在某一平面内运动。按照机构运动构件的运动规律特征，运动机构又可分为转动机构、直线运动机构

4、、曲线运动机构、往复运动机构、间歇运动机构。最常用的是按照机构的结构特点分类的运动机构，即分为齿轮机构、链传动机构、槽轮机构、曲柄滑块机构、连杆机构等。2.机构学基础机构通常由相互间有规律相对运动的刚性体组成，这些刚性体称为机构的构件。机构中自身相对静止的构件称为机架，其他构件称为运动构件。构件可以是一个零件，也可是由若干零件组成的刚性系统。机构的构件间允许相对运动，构件间需采用活动连接。这种使构件间保持接触又允许相对运动的连接成为运动副。面接触的运动副称为低副，点或线接触的运动副称为高副。运动副按运动范围可分

5、为空间运动副和平面运动副两类，常用的是平面运动副。平面运动副按运动形式特征又可分为转动副、移动副、螺旋副、圆柱副等。在机构分析中，运动副常采用简图符号表示，如图3-4所示。运动副决定了所连接构件间的相互运动关系，运动副将构件连接起来，同时也限制了被连接构件的自由度。机架固定，运动自由度为0.一个通过转动副与机架相连的构件，只有相对机架转动一个自由度，如图3-5（a），整个机构仅需一个独立参数即可确定机构各构件的位置，此机构有一个自由度；在此运动构件末端，再通过转动副连接一个运动构件，如图3-5（b），则第二个运

6、动构件相对第一个运动构件有一个运动自由度，加上随同第一个运动构件的一个转动自由度，共有二个自由度，机构也需要二个独立参数确定各构件的相对位置，机构自由度为2；同理，图3-5（c）的机构有三个自由度。确定运动机构各构件位置所需独立参数的总个数称为机构的自由度。一个机构的自由度数应大于0，否则机构无法运动、不成立。机构中用于输入驱动力的构件称为驱动构件（也称原动件或主动件），驱动构件数应与机构的自由度数相同；其他运动构件称为传动构件（也称从动件）；将运动和动力向外传递的构件又称为输出构件（也称执行构件）。在机构学中

7、，一般利用构件和运动副符号及一些简单的线条、图形表示机构的结构组成、几何形状、相对位置关系等，称为机构运动图，如图3-6所示。绘制机构运动简图时，一般是在分析清楚机构工作原理的基础上，分析运动副的种类和数目，确定出机架、驱动件和从动件，然后将构件简化为杆件，用线条图表示出各构件、运动副及相对位置关系。机构运动简图不仅表示机构的结构和尺寸，也可表示出构件的相对运动关系，最好按比例绘制。旋转运动机构齿轮机构齿轮机构是最常用的转动机构，通常由两个齿轮组成一组，依靠齿轮的啮合传递转动和扭矩。齿轮机构传动准确可靠、传递功

8、率大、效率高结构紧凑且使用寿命长。齿轮形式种类很多，常见的齿轮形式如图3-7所示。齿轮按轮齿齿廓曲线形式可分为渐开线齿轮、摆线齿轮、圆弧齿轮、正玄曲线齿轮等，其中渐开线齿轮应用最广泛。齿轮可按齿轮外观几何形状、轮齿走向特征等分类，参见图3-7中各齿轮的名称。齿轮传动机构中啮合的轮齿保持紧密接触，配合使用的齿轮轮齿大小和齿廓形状必须一致。轮齿的大小决定齿轮传递扭矩的能力，轮齿越大，能力越