山东大学
硕士学位论文
增力机构在机床夹具设计中的应用研究
姓名：宋强
申请学位级别：硕士
专业：机械制造及自动化
指导教师：张进生
20071120
第ｌ章概述
图１－３偏心夹紧机构
圆偏心轮的增力系数按下式进行计算：
ｉｐ２雨雨蠹瓜司‘１ｑ式中三——力臂的长度；
ｐ——回转中心至接触点的距离；
口——接触点的曲线升角；
仍——工件与圆偏心轮之间的摩擦角；
仍——圆偏心轮与转轴之间的摩擦角。
（４）端面凸轮增力机构
端面凸轮增力机构其实是斜楔增力机构的变型（见图１４），在此不再讨论。
１．支座２．端面凸轮３．工件
图ｌ－４端面凸轮夹紧机构
第ｌ章概述
图Ｉ．６铰链夹紧机构
他们属于两种本质不同的基本增力机构。“铰链增力机构”其实是铰支的二力杆，称为“铰杆增力机构”更确切，它的增力效果是根据角度变化的；而“杠杆增力机构”的增力效果是根据动力臂和阻力臂的长度变化的。“铰杆增力机构’ｏ阳“杠杆增力机构”分别可以与其他增力机构组合出不同的复合增力机构。
图１－７单边单向输入铰杆增力机构
图１．７所示是单边单向输入铰杆增力机构的力学模型，其理论增力系数为：
‘＝二（１－６）
１
锄口
铰杆增力机构在工作的过程中，其压力角口不断的变化，压力角越小，增力比越大，所以在工作过程中会出现越夹越紧的情况。
铰杆增力机构，其结构简单，增力比大，摩擦损失小，但一般不具备自锁性能，常与具有自锁性能的机构组成复合夹紧机构。所以铰链夹紧机构适用于多点、
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多件夹紧，在气动、液压夹具中获得广泛应用。
（７）钢球增力机构
钢球增力机构是利用钢球作为增力组件的机构，但使用时应与其它机构联用。钢球增力机构（图１．８）实质上也是一种铰杆增力机构，是铰杆的长度比较小的情况，图１－８所示为钢球增力机构的简图。钢球增力机构的工作原理和增力系数的计算公式与铰杆增力机构相似，在此不再单独叙述。
图１．８单边单向输入铰杆增力机构
（８）菱形块增力机构响
菱形块增力机构实质上也是铰杆增力机构，见图１－９，与双杠杆双作用铰链夹紧机构工作原理相同，此处不再赘述。
图１．９菱形块夹紧机构
增力机构中的夹具设计 作者：孙俊杰，指导教师：赵冉 （山东农业大学,讲师） 【摘要】本文介绍了手动夹具的现状及发展方向，针对污染较为严重的液压夹具，提出了手动夹具替代机动夹具改进与替代方法。本文主要内容是创新增力机构、增力机构的组合及类型，手动夹具绿色化程度最高，而其能提供的初始作用力较小，通过采用多级串联增力机构，将手动作用力进行放大以达到工作要求;另外利用手动冲击方式来得到相对大得多的初始作用力，以弥补手动作用力不足的缺陷。 关键词：夹具增力机构初始作用力
The Force of the Institutions For Fixture Design Author:Sun Junjie, Supervisor:Zhao Ran (Shandong Agricultural University , lecturer) Abstract This paper describes the manual fixture status and development for more polluting hydraulic clamp, made a manual alternative to motorized fixture fixture improvements and alternatives.This article contents is an innovative force amplifier, by a combination of force and type of institution, highest degree of manual clamps green, and its initial force can provide a smaller, growing through the use of multi-level power sector in series, the manual force toamplification to achieve the work requirements; another way to use manual to get a relatively larger impact of the initial force, enough force to compensate for hand defects. Keywords: fixture force amplifier initial force
摘要 在工程技术领域，经常会遇到一些需要反复操作，重复性很高的工作，如果能有一个供反复操作且操作简单的专用工具，图形用户界面就是最好的选择。如在本设计中对于牛头刨床平面六杆机构来说，为了保证结构参数与运动参数不同的牛头刨床的运动特性，即刨刀在切削过程中接近于等速运动从而保证加工质量和延长刀具寿命，以及刀具的急回性能从而提高生产率，这样的问题如果能够通过设计一个模型平台，之后只需改变参量就可以解决预期的问题，这将大大的提高设计效率。本设计中正是通过建立牛头刨床六杆机构的数学模型，然后用MA TLAB程序设计出一个友好的人机交互的图形界面，并将数学模型参数化，使用户只需改变牛头刨床的参数就可以方便的实现运动分析和运动仿真，用户可以形象直观地观察到牛头刨床的运动轨迹、速度变化及加速度变化规律。 关键词：牛头刨床六杆机构MA TLAB 运动仿真程序开发
Abstract In the engineering area, often repeatedly encountered some operational needs, repetitive highly, and if the operation can be repeated for a simple operation and dedicated tool graphical user interface is the best choice. As in the planer graphic design for six pole bodies, and campaigns to ensure the structural parameters of different parameters planer movement characteristics, planning tool in the process of cutting close to equal campaign to ensure processing quality and extended life cutlery and cutlery rush back to the performance enhancing productivity, If such issues can be adopted to design a model platform parameter can be changed only after the expected settlement, which will greatly enhance the efficiency of the design. It is through the establishment of this design planer six pole bodies mathematical model, and then use MATLAB to devise procedures of a friendly aircraft in the world graphics interface, and mathematical models of the parameters, so that users only need to change the parameters planer can facilitate the realization of movement analysis and sports simulation, Users can visual image observed in planer movement trajectories, speed changes and acceleration changes. Keywords：Planer 6 pole bodies MATLAB Campaign simulation Procedure development.
定义 有些机械，就其机构情况分析是可以运动的，但 由于摩擦的存在，却会出现无论驱动力如何增大，也 无法使其运动的现象，这种现象称为机械的自锁。 机械的自锁的实质是作用力在构件上的驱动力的 有效分力总是小于由其所引起的同方向上的最大摩擦 力。 如图所示构件1在构件2上,作用于构件1上的外力为 F,其与接触面法线之间夹角为β。若两构件之间的摩 擦系数为f,则有f=tgφ. 由外力F而产生的摩擦阻力为 F f21=fFcosβ=Fcosβtgφ F在水平方向上的分力为:Fsinβ 当 Fsinβ≤ 4) 根据自锁的实质来确定，即根据作用在构件上的驱动力的有效分力总是小于或等于由其所引起的同方向上的最大摩擦力来确定。 例题 图示为一焊接用楔形夹具，利用这个夹具把要焊接的 工件1和1＇预先夹妥，以便焊接。图中2为夹具，3 为楔块，若已知各接触面间的摩擦系数均为f,试确定 此夹具的自锁条件。 此题是判定机构的自锁条件，下面选用多种方法求解。 增力机构 ——增力夹紧装置 张浩（苏州大学机电工程学院08材料班学号： 0829401080） 摘要：在生活和生产当中，我们经常会遇见这样的情况：我们需要用比较小的输入力来换得较大的输出力。当然，我们可以借用机械的优点，但很多情况下，我们只能通过人或者比较简单轻小的机械来提供输出力。所以我们需要设计一些机构来实现大的输出力。通常我们常见的增力机构有很多种，如：杠杆增力机构、斜面滑块增力机构、液气压增力机构、丝杠螺母增力机构等。我们生活中最常用的应该是杠杆增力机构了，但是这里设计的机构有所不同，虽然也运用了杠杆原理，但比杠杆来的更加小巧实用，可以满足很多生活生产情况，方便应用。 关键词：增力、杠杆原理、增力角 Force Amplifier ——Force Clamping Device Abstract:Among the life and production, we often encounter such a situation: we need a relatively small input power in exchange for a larger output force. Of course, we can draw on the advantages of machinery, but in many cases, we are only using a small or relatively simple mechanical to provide light output power. So we need to design a number of agencies to achieve large output power. Force usually common there are many organizations, such as: lever force amplifier, slope slider force amplifier, the liquid pressure force amplifier, screw nut Force organizations. We live in the most commonly used by power sector should be leveraged, but there are different body design, although use of leverage, but leverage to the more compact than the practical, to meet a lot of living and production conditions to facilitate the application. Keywords: Force,Leverage,Force angle 平面六杆机构运动分析 2111306008 王健 1、 曲柄摇杆串RRP 型II 级杆组平面六杆机构数学模型 如图1所示，当曲柄1做匀速转动时，滑块5做往复移动，该机构的行程速比系数大于1，有急回特性，且传动角较大。设曲柄1的角速度为ω，并在铰链C 建立坐标oxy 。由图可知，该机构由构件1、2、3、6组成的曲柄导杆机构和构件3、4、5、6组成的摆动滑块机构组成。机构中错误！未找到引用源。 (i=1，2，3，4)分别表示曲柄l 、机架2、导杆3、连杆4的长度及滑块5的行程用5s 表示。曲柄转动中心A 的坐标（y x H H ,）。 图1 六杆机构运动简图 对构件1、2、3、6组成的曲柄导杆机构进行运动分析。曲柄1转动角度 ?、连杆2转动角度 错误！未找到引用源。 及摇杆3转动角度错误！未找到引用源。都是以X 轴正方向为起始边的度量角度,单位为rad 。并设机构初始位置为曲柄1转角 0=?的位置。该机构的位置方程为： ?θδππi i i i x i y e L e L e L e H e H 1232/+=++ （1） 式(1)中x 、y 轴的分量等式为： { θ?δθ?δcos cos cos cos sin sin 213213L L L H L L L H x y +=+-+=+ （2） 当 错误！未找到引用源。 在 3600-作匀速变化时，就可以求出对应的连杆2的转角 错误！未找到引用源。 以及摇杆3的转角δ的值。将式消去 错误！未找到引用 源。 ，得到： ()()22213213cos cos sin sin L L H L L H L x y =--+-+?δ?δ （3） 将（3）式分解，并分别定义： ()212122231cos )sin (??L H L H L L A x y ++-+-= )sin (2131?L H L B y -= )cos (2131?L H L C x += 摇杆3的角位移 ()]/)tan[(2112121211C A C A B B a --+-+=δ （4） 由（2）式可得连杆 2 的角位移 ]/)sin sin arcsin[(213L L L H y ?δθ-+= （5） 假设曲柄作匀角速度dt d /φω=是常数，对式2求时间导数，得到连杆2的角速度2ω以及摇杆3角速度3ω，方程式如下： ( )()][sin cos sin cos sin cos 11233322?ω?ωωωδδθθL L L L L L =-- （6） 对式（6）求时间导数, 得到连杆 2 的角加速度及摇杆 3 的角加速度2a ，方程式 如下： ()()] [cos cos cos sin sin sin sin cos sin cos 3232221232322212233322δωθ?ωδωθ?ωδ δθθL L w L L L w L a a L L L L -+-----= （7） 再对构件3、4、5、6 组成的摆动滑块机构进行运动分析。首先建立机构位置方程，方程如下： 2/3543πφδi i i e S e L e L += （8） 式中5S 为滑块的行程。 按同样的方法可分别得到滑块 5 的位置、速度、加速度方程。连杆4和滑块5的位置方程为： 机械原理课程设计 六杆机构运动分析 学院：工程机械 专业：机械设计制造及其自动化 班级：25041004 设计者：王东升于新宇 2013年 1月8日一、分析题目 如图1所示六杆机构，对其进行运动和动力分析。已知数据如表1所示。 r1=r3=L2=110mm ,L4=600mm ,L AD=39mm ,n1=40r/min ,L CS4=220mm. 图1 六杆机构 二、分析内容 （1）进行机构的结构分析； 如2图所示，建立直角坐标系。机构中活动构件为1、2、3、4、5，即活动构件数n=5。A、C、B、D、E处运动副为低副（6个转动副，1个移动副），共7个，即P l=7。则机构的自由度为：F=3n-2P l=3Χ5-2Χ7=1。 图2（a）图2(b) 图2(c) 如图2，拆出基本杆组，(a)为原动件，（b）、（c）为二级杆组，该机构是由机架0、原动件1和2个Ⅱ级杆组组成，故该机构是Ⅱ级机构。 （2）绘制滑块E的运行线图； 利用JYCAE软件求解。 1、将题设所给的原始数据（机构的活动构件数、转动副数、移动副数、己知长度值总数 和机构的自由度）分别输入JYCAE软件中，如图3： 图3—1 图3—2 图3—3 图3—4 2、机构的运动分析 输入完所有的原始数据以后，开始运动分析。求E点的运动线图，要选取基本单元5，但是利用基本单元5的条件是已知C点的运动状态，所以先利用基本单元1、2求得C点的运动状态，然后求的E点运动线图。如图4。 图4—1 解得B点运动参数 图4—2 解得C点运动参数 图4—3 解得E点运动参数共选取3个基本单元，如图4—4，然后运算。 机械自锁式气动夹紧机构 摘要：对于刚性较差的工件，如何在机械加工过程中保持合适的压紧力大小是一个十分棘手的工艺难题。过紧或过松都会造成工件的加工精度达不到设计要求，甚至造成工件报废。机械自锁式气动夹紧机构是通过液压与气动连锁压紧后卸去液压的方式实现工件夹紧，并在气动锁紧状态下完成工件的机械加工，从而实现工件加工的稳定性。 关键词：液压活塞缸；气压活塞杆；自锁 一、问题的提出 我们在设计液压夹具时，经常会遇到刚性差、夹紧易变形的工件。譬如，在柴油机机体的三大孔精加工工序中，我们通常都会把夹紧点位置放在机体顶面上。夹紧力太大会导致机体变形，镗出来的孔也会因机体的变形恢复而变成椭圆，位置度也会有影响；夹紧力太小，镗削过程中机体容易产生振动，加工出来的零件无论是加工精度还是形位公差都过不到设计要求。为了解决上述加工过程中出现的问题，我们设计一种机械自锁式气动夹紧机构，此机构能有效解决以上机体加工中出现的问题。 二、夹具的工作原理 在机床加工零件中，工件的夹紧一般都是采用机械式、液压式和气动式。而对于刚性较差的工件，单一采用上述夹紧方法则容易产生变形，进而影响加工工件的尺寸精度。 我们现以柴油机机体的缸孔加工来说明此夹具的工作原理： 如图一，首先将工件（9）推到夹具的升降机构（11）上，升降机构（11）下降，工件（9）通过定位销（10）实现“一面两销”定位。工件定位后，液压油进入液压活塞缸(6)并推动液压活塞杆（5）向上运动，继而推动压板（7）向上运动，再通过压板支架（8）上的支点带动压板（7）压在工件（9）的顶面，液压缸上的压力继电器发出信号给气压活塞缸（1）上的接近开关（3），气压活塞缸（1）通气，气动活塞杆（2）在气压作用下向左移动，气动活塞杆（2）的中间斜面与液压活塞杆（6）下端的斜面接触，并通过活动销（4）上平面的调整，在两自锁斜面形成自锁后卸去液压，从而保证了工件在夹紧不变形的情况下完成机械加工，实现工件加工的稳定性。 三、夹具的实施效果 该机械自锁式气动夹紧机构能够实现刚性较差的工件夹紧不变形的情况下完成机械加工，在实现工件夹紧可靠性的同时，保证了工件的加工精度。 机械原理大作业（一）平面六杆机构的运动分析 班级： 学号： 姓名： 同组者: 完成时间： 一．题目 1．1 说明 如图所示为一片面六杆机构各构件尺寸如表格1所示，又知原动件1以等角速度ω=1rad/s沿逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角加速度以及E点的位移、速度及加速度的变化情况。1．2 数据 组号L1L2L’2L3L4L5L6 x G y G 1-A 26.5 105.6 65.0 67.5 87.5 34.4 25.0 600 153.5 41.7 表格1 条件数据 1．3 要求 三人一组，编程计算出原动件从0~360o时（计算点数N=36）所要求各运动变量的大小，并绘制运动线图及点的轨迹曲线。 二．解题步骤 由封闭图形ABCD可得： 由封闭图形AGFECD可得 于是有： 112233 1122433 sin sin sin1 cos cos sin2 l l l l l l l θθθ θθθ +=-------- +=+----- / 1122225566 / 1122225566 cos cos sin cos cos153.53 sin sin cos sin sin41.74 l l l l l l l l l l θθθθθ θθθθθ +++=+---- +-+=+----- 对以上1到4导可得- 222333111 222333111 / 55566611122222 / 55566611122222 cos cos cos sin sin sin sin sin sin(sin cos) cos cos cos(cos sin) l l l l l l l l l l l l l l l l θωθωθω θωθωθω θωθωθωωθθ θωθωθωωθθ-+= -=- -=--- -=--+ 曲柄摇杆机构 曲柄AB为原动件作匀速转动，当它由AB1转到AB2位置时，转角φ1=180°+θ，摇杆由右极限位置C1D摆到左极限位置C2D摆角为ψ，当曲柄从AB2转到AB1时，转角φ2=180°-θ，摇杆由位置C2D返回C1D，其摆角仍为ψ,因为φ1>φ2 ，对应时间t1>t2,因此摇杆从C2D转到C1D较快，即具有急回特性，其中θ为摇杆处于两极限位置时曲柄两个位置之间所夹的锐角，称为极位夹角。 双摇杆机构 摇杆AB为原动件，通过连杆BC带动从动件CD也作往复摆动，虚线AB1、AB2为摇杆AB的两极限位置，也是当摇杆AB为原动件 时，机构的两死点位置。 双曲柄机构 当曲柄AB为原动件作匀速回转时，曲柄CD跟随作周期性的匀速圆周回转，当曲柄从位置AB1转过φ1角到位置AB2时，从动件CD转过180°，当曲柄从位置AB2转过φ2角到位置AB1时，从动件CD转过180°，因为φ1>φ2 ，即t1>t2,从动曲柄的角速度不是常数，而是作变角速度回转。 平行双曲柄机构 当机构处于AB1C1D和AB2C2D时，机构的传动角γ=0，即为死点位置，若在此位置由于偶然外力的影响，则可能使曲柄转向不定，出现误动作。 当原动件曲柄作匀速回转，从动曲柄也以相同角速度匀速同向回转，连杆作平移运动。 平行机构 该机构为机车驱动轮联动机构，是利用平行曲柄来消除机构死点位置的运动不确定状态的。 搅拌机 该机构是一曲柄摇杆机构的应用实例，利用连杆上E点的轨迹来进行搅拌。 夹具机构 当工件被夹紧后，BCD成一直线，机构处于死点位置，即使工件的反力很大，夹具也不会自动松脱，该例为利用死点位置的自锁特性来实现工作要求的。 K=1的曲柄摇杆机构 从动件摇杆处于两极限位置时，对应主动件曲柄位置AB1、AB2共线，即极位夹角θ=0，K=1，机构没有急回特性。 一、填空题： 1．速度瞬心是两刚体上瞬时速度相等的重合点。 2．若瞬心的绝对速度为零，则该瞬心称为绝对瞬心； 若瞬心的绝对速度不为零，则该瞬心称为相对瞬心。 3．当两个构件组成移动副时，其瞬心位于垂直于导路方向的无穷远处。当两构件组成高副时，两个高副元素作纯滚动，则其瞬心就在接触点处；若两个高副元素间有相对滑动时，则其瞬心在过接触点两高副元素的公法线上。 4．当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用三心定理来求。 5．3个彼此作平面平行运动的构件间共有 3 个速度瞬心，这几个瞬心必定位于一条直线上。 6．机构瞬心的数目K与机构的构件数N的关系是K＝N(N－1)/2 。 7．铰链四杆机构共有6个速度瞬心，其中3个是绝对瞬心。 8．速度比例尺μν表示图上每单位长度所代表的速度大小，单位为：(m/s)/mm 。 加速度比例尺μa表示图上每单位长度所代表的加速度大小，单位为(m/s2)/mm。 9．速度影像的相似原理只能应用于构件，而不能应用于整个机构。 10．在摆动导杆机构中，当导杆和滑块的相对运动为平动，牵连运动为转动时（以上两空格填转动或平动），两构件的重合点之间将有哥氏加速度。哥氏加速度的大小为2×相对速度×牵连角速度；方向为相对速度沿牵连角速度的方向转过90°之后的方向。 P直接标注在图上)。 二、试求出图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号 ij 12 三、 在图a 所示的四杆机构中，l AB =60mm,l CD =90mm ，l AD =l BC =120mm ，ω2=10rad/s ，试用瞬心法求： 1）当φ＝165°时，点C 的速度v C ； 2）当φ＝165°时，构件3的BC 线上速度 a ) 24） 14（P 13） P 24 P 23→∞ 机械原理课程设计 设计题目：基于矢量图解法的平面六杆机构运动分析姓名： 专业班级： 学号： 指导老师： 目录 目录 (1) 一、设计说明 (2) 二、设计内容及数据 (2) 1.构件位置的确定及相应尺寸 (3) 2.速度分析 (3) 3.加速度分析 (5) 三、数据汇总 (9) 四、参考文献 (10) 一、设计说明 机构的运动分析，是指原动件的运动规律已知时，求解其余构件的运动规律，确定指定构件上点的位移、轨迹、速度与加速度。 对机构作运动分析的方法很多，本课程设计采用矢量方程图解法。 对机构作运动分析的目的是确定机构的运动空间、检验相关构件的运动规律是否符合设计要求以及为构件的强度设计、运动副的尺寸设计提供计算惯性力与惯性力矩的参数。 矢量方程图解法，也称相对运动图解法，其依据的原理是将动点的运动划分为伴随参考构件的运动以及相对于参考构件的运动。 二、设计内容及数据 图（a）为一平面六杆机构，主动件1的杆长r =AB=0.122m, 1?==40°，角速度ωL=10rad/s，机架6上的h1=AC=0.280m，=0.164m，比例尺μl=实际尺寸/图上尺寸=2。试用相对运动图解 h 2 法求移动从动件5的速度V5与加速度a5。 μ= 图（a）AUTOCAD绘制图2 L 1.构件位置的确定及相应尺寸 由图（a ）得导杆3上B 、C 两点之间的实际长度BC L = 381.6mm ，C 、D 两点之间的实际长度 CD L =167.45mm; B 、C 两点之间的图上长度BC=190.8mm , C 、D 两点之间的图上长度CD=83.7mm 。 2.速度分析 列出方程，进行分析，对两个位置点的分析。 （1）根据两构件上重合点之间的速度合成原理，得导杆3上的B 3点与滑块2上的B 2点之间的速度方程为： B3V = B2V + B3B2V 1BA : //: ? ? BC BA CB ωl ⊥⊥方向大小 （1）式 （2）根据两构件上重合点之间的速度合成原理及已知条件，速度分析应由B 点开始，滑块2上的B 2点的速度为： 2B V =1B V =1 ω1r =10?0.122=1.22 m/s 其方向垂直于AB ，指向与1ω的转向一致。 （3）取速度比例尺，v μ=实际速度（m/s ）/图上尺寸（m ）=10。取任意一点 p 作为作图的起点，作2pb AB ⊥，由 2v pb μ?=1ω1r （2）式 可得：2pb =1ω1r /v μ=10?0.122/10=0.122m=122mm ， 作3pb ⊥BC ，作23b b //CD ，得交点3b ，如图（b ）所示。 在一个论坛上看到的,忘了作者是谁,向作者致谢. 机构设计——锁紧与防松 此处所讲的锁紧与防松仅适于可拆结构。对不不可拆结构，一般从配合上或用不可拆联接达到要求。锁紧机构主要工作原理相关是力学上的死点、压力角和摩擦角。其实际机构非常多，常用的有螺纹锁紧、偏心轮锁紧、斜面锁紧、四杆机构锁紧。 螺纹锁紧是最常用的，其产品已经标准化。在一般情况下推荐使用。使用螺纹锁紧时应注意配合的螺纹长度。一般说来，超过八个牙后多余的配合长度意义不大，少于三个牙则联接不可靠。螺纹锁紧的一个最大优点是行程长，全行程均可作为有效作用点，且各处增力均匀。其缺陷是当工作行程要求较长时，操作起来较麻烦。一般情况下均可采用，但在要求快换的情况下不宜单独使用。 偏心轮锁紧机构能快速锁紧，但其锁紧作用点较为固定且行程很小，对零件精度有一定的要求。对于塑胶件来说，因其容易产生蠕变而影响锁紧效果。对于锁紧点常作小范围变动的情况，可能偏心轮与螺纹锁紧配合使用。 斜面锁紧增力较小，行程较小，但行程有一定的调节能力，一般以斜锲的方式使用。在实际设计中，常利用塑胶的弹性在较小的锁紧力情况下使用。另外，也常用于调节零件间的间隙。一般不用于较大锁紧力的情况。 四杆机构锁紧行程可设计得很大，锁紧点较为固定。对于精度较高的机构可单独使用。除行程可以设计得较大外其它情况与偏心轮相似。一般与螺纹锁紧配合使用。其结构较为复杂，应用于经常使用的快换机构。 除以上常用的锁紧机构外，还有一类机构没有锁紧作用，但能在作用点附近自锁。这类机构常与锁紧机构配合，扩展锁紧机构的功能。这类机构除棘轮外没有固定的方式，一般是临时设计。压力角是机构中不考虑构件的惯性力和不计运动副的摩擦力的情况下,机构运动时从动件所受到的驱动力的作用线与该力作用点处运动的绝对速度方向线之间所夹的锐角。压力角越大，驱动越困难。当压力角的余角小于接触面间的摩擦角时，机构就能自锁。在设计自锁机构时，对摩擦角的取值应是机构工作所有可能环境的最小值。除此之外，此类机构还要求能在一定情况下能方便的解锁。此类机构与锁紧机构配合使用时可先解除锁紧，在没有锁紧力时一般可过改变驱动力的作用点的方式轻松解锁。在做自锁与锁紧机构设计时，一定要注意零件的刚度问题。如机构零件在作用过程中产生较大的变形，则很可能会达不到设计效果。 防松不仅对锁紧机构重要，对较恶劣环境下工作的联接也很重要。对于一般情况下的螺纹防松在《机械设计手册》上有所介绍，此处只考虑复杂受力环境下的机构防松。 防松的重要原理一个是固定；一个是弹性；还有一个是隔离作用力。对于固定防松的方式较为极端，也最有较。比如，一些狙击手用盐水将瞄准器与枪上的固定座浸泡，使之生锈。这种方式可使联接在受枪强大的反冲力的情况下仍不松动。在设计上，有用胶水固定，甚至在机构锁紧后直接焊接固定的极端情况。在要求可拆的情况下，也有附加一固定机构将锁紧部分固定起来的情况。但对于要求有一定调节量的情况这些方案就不适用了，这时一般利用弹性来达到防松的目的。机构（包括锁紧机构、联接机构、自锁机构）之所以在复杂受力情况下会松驰，主要原因是机构在复杂受力情况下产生少量的位移（这很正常，除用极端方式固定外不可避免）后，因其在锁紧方向的力要大于解锁方向的作用力，所以机构返回原位置较偏移原位置困难。在多次作用积累下，就会产生较大的位移，从而产使机构松驰，达不到预定设计效果。而在锁紧机构中加处弹性元件，则可起到两个作用。一是弹性元件可起到复位的作用，将产生的位移以弹性形变的方式出现。当外力情况变化时，弹性元件则以相应的弹性形变应对。在这种情况下，机构中的元件并无实质 机械原理 课程设计说明书 题目六杆机构运动分析 学院工程机械学院 专业机械设计制造及其自动化 班级机制三班 设计者秦湖 指导老师陈世斌 2014年1月15日 目录 一、题目说明??????????????????????????????????????????????????? 2 1、题目要求????????????????????????????????????????????? 3 2、原理图????????????????????????????????????????????? 3 3、原始数据????????????????????????????????????????????? 3 二、结构分析??????????????????????????????????????????????????? 4 三、运动分析????????????????????????????????????????????????? 5 1、D点运动分析?????????????????????????????????? 8 2、构件3运动分析??????????????????????????????????9 3、构件4运动分析??????????????????????????????????9 4、点S4运动分析??????????????????????????????????10 四、结论?????????????????????????????????????????????????????10 五、心得体会?????????????????????????????????????????????????????10 六、参考文献?????????????????????????????????????????????????????11 第2 章夹持装置中的增力机构 不同的增力机构，由于结构形式的不同，其力传递效率、自锁程度以及其他技术性能都存在着一定的差异。目前，机械中较为常用的增力机构主要有基于长度效应、角度效应、面积效应的增力机构以及其他一些组合增力机构等等。 2.1 一次增力机构 2.1.1 基于长度效应的增力机构 2.1.1.1 杠杆机构 在长度效应装置的逻辑分类体系中，杠杆机构不是通常意义上的杠杆，而是一类与普 通杠杆具有相同增力特性的装置的总称。它包括平面杠杆，即一般所谓的杠杆机构和轮 轴杠杆机构。轮轴杠杆机构的种类太多，为了研究的方便，本文只涉及轮轴杠杆机构最常出现的形式——同轴杠杆机构。由于在增力系数的计算方面，平面杠杆机构和同轴杠杆机构都可以直接用公式i=nl1/l2 来求解，所以把它归为一类，总称杠杆机构。 (1)同轴杠杆机构 同轴杠杆机构是轮轴机构中作用构件绕在同一轴转动的装置，可以看作是杠杆的一种 变形机构，其力传递实质是杠杆效应。同轴杠杆包括常见的齿轮机构、挠性机构、间歇机构和摩擦传动机构等，它们的特点是都可以分解出主动臂和被动臂，而其旋转轴就相当于普通杠杆机构的支点。它们的增力系数的计算公式都可以由下式得出： i=nLl1/l2 式中：nL——同轴机构主动臂； l1——同轴机构被动臂； l2——同轴杠杆传递效率。 （2)平面杠杆机构 利用杠杆使原动力转变为夹紧力的机构称为平面杠杆机构。平面杠杆机构一般不能自锁，所以大多和斜楔、螺栓、凸轮组合使用，或以气压或液压作为夹紧动力源。平面杠杆机构结构紧凑，并且容易变换作用力的方向，因此在复合夹紧机构中应用十分广泛。这种杠杆机构有三种形式，结构如图所示。 一般杠杆机构的支点在杠杆的受力点和夹紧点之间，因此它的增力系数和行程比有时大于1，有时等于1，有时则可能小于1；恒增力杠杆机构的主动臂l1 总大于被动臂l2 因此它的增力系数i 永远大于1，而行程比is 则小于1。 杠杆原理作为一种省力原理，一直贯穿于我们的生活当中，从新石器时代的简单器具一直贯穿到现在仍然在使用的复杂器具。例如，筷子、剪刀、重量称等等，可以把杠杆原理的运用简单分为三类：最主要一类是省力；另一类是保持平衡，测量物体重量，典型例子就是天平、秤等；还有一类就是改变力的方向，例如跷跷板等。这些机构的设计都用了相同的原理，使之达到造物利人的目的。 2.1.1.2 杠杆机构的变形形式 （1）齿轮传动 一对齿轮是靠主动轮轮齿一次推动从动轮轮齿而实现运动的传递，两个齿轮的平均传动比恒等于其齿数的反比，即： 机械原理课程设计 说明书 题目: 六杆机构运动分析 班级: 2011250403 学号： 201125040337 姓名: 指导教师: 陈世斌 2014年1月15日 目录 一、题目说明 (3) 1.1 分析题目 (3) 1.2 分析内容 (3) 二、机构结构分析 (4) 三、机构运动分析 (5) 3.1 D点的运动分析 (5) 3.2 构件3的运动分析 (6) 3.3 构件4的运动分析: (7) 3.4 点S4的轨迹线图 (8) 四、结论 (9) 五、心得体会 (10) 第2页 一、题目说明 1.1分析题目 对如图2-32所示六杆机构进行运动与动力分析，各构件长度、滑块5的质量G、构件1转速n1、不均匀系数δ的已知数据如表2-32所示。本次分析以方案四设计方案分析. 图2-32 六杆机构 1.2分析内容 （1）对机构进行结构分析； （2）绘制滑块D的运动线图（即位移、速度和加速度线图）； （3）绘制构件3和4的运动线图（即角位移、角速度和角加速度线图）； （4）绘制S4点的运动轨迹。 表1-1 设计数据 第3页 第4页 二、 机构结构分析 如图a 所示，建立直角坐标系。该机构为六杆机构，其中0为机架，活动构件为：1、2、3、4、5。即活动构件数n=5。 A 、B 、C 、D 、E 五处共有7个运动服，并均为低副。其中，转动副有5处，分为：移动铰链类有C 、B 、D 3处，以及固定铰链类有A 、E 2处；移动副有2处，分为连接两活动构件的B 处移动副1个以及连接机架的D 处移动副1个。机构自由度F=3n-2P l =3X5-2X7=1. 拆基本杆组： （1）标出原动件 1，如附图2-1（a ）所示； （2）试拆出Ⅱ级杆组2—3，为RPR 杆组，如附图2-2（b ）所示； （3）拆出Ⅱ级杆组4—5，为RPR 杆组，如附图2-3（c ）所示。 由此可知该机构是由机架0、原动件1和两个Ⅱ级杆组组成，故该机构是Ⅱ级 图2-1（a ） 图2-1（b ） 福州大学 至诚学院 科研实践报告 题目：机械自锁机构的设计 姓名： 学号： 年级： 学院： 专业： 指导教师： 成绩： 2011 年12 月14 日 摘要 自锁现象是力学中的特殊现象，在生活和工业生产当中应用广泛。了解自锁现象产生的机理和生活中常见自锁现象的实质，对与我们学习进步有很大的帮助。自锁现象是可以利用自锁原理可以设计一些机巧的机械，但是有利有弊：破坏了自锁条件即可解除不需要的自锁，而且可以利用自锁原理设计的机械能够解决很多实际问题。通过对力学自锁现象的研究和应用分析，我们可以深入的了解力学中的自锁现象，为自锁现象更为广泛的应用于实际打下理论基础。 关键词:自锁现象；自锁条件；自锁应用 引言 自锁力学是物理学的一个分支。自锁是如果作用于物体的主动力的合力Q 的作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，总有一个全反力R与之平衡，物体保持静止；反之，如果主动力的合力Q的作用线在磨擦角之外，则无论这个力多么小，物体也不可能保持平衡。这种与力大小无关而与摩擦角有关的平衡条件称为自锁条件。物体在这种条件下的平衡现象称之自锁现象。 在如今的生活中，已有很多领域用到自锁机构，并且加以改进做出更适合的。像可以再零度以下使用的自行车自锁脚踏板、自锁螺母等。甚至在电气领域里也用到自锁现象的应用。 经过一个学期的学习实践，我对Pro/E的建模、装配以及运动仿真等模块有了一定程度的了解，同时对自锁现象原理有一定的了解，所以设计了一个自锁机构可用于电钻等各种有进给系统回路中，防止不小心碰触开关而存在的隐患。但还是存在很多不足，在外观上，造型过于粗糙和不完美，机构过于简单，功能还有些欠缺。这都是需要进一步的改进。 机械原理大作业 平面六杆机构的运动分析 （题号：） 班级：05021004 组员：唐岁迎-2010301238 万琦-2010301239 成绩： 完成日期：年月日 平面连杆机构的运动分析 1．题目及原始数据 图示为一平面六杆机构。设已知各构件的尺寸如表1所示，又知原动件1以角速度ω1=1 rad/s 沿逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角速度、角加速度以及E 点的位移、速度及加速度的变化情况。 表1 平面六杆机构的尺寸参数 （mm ） 2、题目分析 (1)建立封闭图形： L 1 + L 2= L 3+ L 4 组号 L ’ 2 L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 α x G y G 1-B 65 24 105.6 67.5 87.5 34.4 25 60° 153.5 41.7 L 1 + L 2= L 5+ L 6+AG (2） 机构运动分析 a 、角位移分析 由图形封闭性得： ??????? ?-?+=+-?-?+??-?+=+-?-?+??=?+?+?=?+?55662'22211 55662'22211 3322114332211sin sin )sin(sin sin cos cos )cos(cos cos sin sin sin cos cos cos θθθαπθθθθθαπθθθθθθθθL L y L L L L L x L L L L L L L L L L G G 将上式化简可得： ??????? =?-?+-?+?-=?-?+-?+??-=?-??-=?-?G G y L L L L L x L L L L L L L L L L L 66552'233466552'233 1133221143322sin sin )sin(sin cos cos )cos(cos sin sin sin cos cos cos θθαθθθθαθθθθθθθθ b 、角速度分析 上式对时间求一阶导数，可得速度方程： ??????? =??-??+?-?+??=??+??-?-?-??-??-=??-????=??+??-0cos cos )cos(cos 0sin sin )sin(sin cos cos cos sin sin sin 66655522'2333 66655522'2333 111333222111333222ωθωθωαθωθωθωθωαθωθωθωθωθωθωθωθL L L L L L L L L L L L L L 化为矩阵形式为： 107 C H I N A V E N T U R E C A P I T A L TECHNOLOGY APPLICATION |科技技术应用 一、研究背景 在现实生活中，经常要实现两个活动杆以一定角度的固定。而固定的方式一般有：焊接、螺栓连接或者棘轮机构等。但是，焊接等固定方式固定的杆件，角度固定后不能更改，虽然固定强度比较大，但是不具备可调节性。而运用棘轮机构固定时，杆件的固定的角度只能间歇性的变化，虽然也具备可调节性。但是，不能连续，全角度的固定，适用范围比较窄。 二、机构的工作原理 涡轮蜗杆为机械中的常用机构。制造工艺成熟，制造成本也相对较低。 涡轮蜗杆传动机理：将蜗杆1作为主动件，带动涡轮2的转动定义为正行程，而把当涡轮2作为主动件时，蜗杆1的运动定义为反行程，对于两种运动时蜗杆1的受力情况进行分析（如图2）： 图 1 此时，机构运动的驱动力为：ββtan sin n t F F F == 公式1阻力为摩擦力: ?tan 21n F F = 公式2当β≤φ 恒有：21F F t ≤ 公式3 此时无论驱动力F 多大，两者均不能出现相对滑动，出现自锁现象。此时驱动力作用在摩擦角内。根据这一原理，对涡轮蜗杆机构的正反行程进行受力分析由受力分析图不难发现，在正行程过程中，无论驱动力的角度和大小如何选取，都不会出现自锁现象。而在反行程中，当β≤φ时，则机构会出现自锁现象，即，若选取的涡轮蜗杆的接触角β≤φ且涡轮为主动件时，则无论载荷有多大，都不能带动蜗杆运动。机构会形成自锁。 根据这一基本原理，我们设计出如下的机构（图2）： 图2 在该机构中两杆件分别与蜗杆涡轮机构固结。旋转调节蜗杆，改变蜗杆和涡轮的相对位置。可以实现两个杆件的角度调节。在完成角度调节后，机构形成自锁，此时，无论外部对于 全角度自锁机构设计 西南交通大学机械工程学院 王玉璞 郭弘凌 魏逍遥 杆件的力有多大，两杆件的相对位置都不会改变。而且，如果需要改变两杆件的相对角度，只需要旋转蜗杆就可以。上述机构可以实现360°全角度的自锁，机构设计简单巧妙。 三、机构的应用现实生活中，经常需要实现两个杆件一定角度的固定。如：三角铁支架、展板支架等。常用的方法为焊接、棘轮机构等。但是这些方法的实现过程较为复杂，且无法实现全角度的固定。而该机构可以较为方便快捷的实现360°全角度自锁，机构的设计简单，且涡轮蜗杆的生产技术已经较为成熟，生产成本较低。 该机构的设计简单，且机构的工作强度也较强。可以满足大多数的民用和工业用情况。同时，该机构便于拆卸，可以大量的简约资源，提高资源的重复利用率。如：展板使用完成后，可以将固定机构拆卸，则两固定杆和固定自锁机构都可以重复利用。 参考文献： [1]张春林.机械创新设计[M].机械工业出版社，2007. [2]梁桂明.创造学与新产品开发思路与实例[M].机械工业出版社，2005. [3]谢进.机械原理[M].高等教育出版社，2010.[4]邱宣怀.机械设计[M].高等教育出版社，1997. [5]田卫军.机械设计实例精解——基于Pro/E[M].北京航空航天大学出版社，2009. 作者简介：王玉璞，（1989— ），男，汉族，江苏人，研究方向：机械设计制造及其自动化。 郭弘凌，（1990— ），男，汉族，四川人，研究方向：机械设计制造及其自动化。 魏逍遥，（1991— ），男，汉族，江苏人，研究方向：消防工程。 摘 要：本文介绍作者研究开发出的一种可以实现两个杆件全角度自锁的机构。目前固定两个杆件的方法主要有焊接、棘轮机构等，这些方法固定后的杆件角度均不宜调节。而该机构则主要通过涡轮蜗杆传动的自锁效应，通过调节蜗杆的相对位置实现杆件全角度的自锁固定。 关键词 ：全角度；自锁；涡轮蜗杆；杆件固定增力机构
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