3连续转动到王复摆动的运动变换与实现机构
及其的工作机构部分是往复摆动的例子也是比较多的。实现连续转动到往复摆动的运动变换机构主要有曲柄摇杆机构、曲柄摇块机构、摆动从动件凸轮机构等。图2-27为简图，对其进行机构设计后，可得到多种执行机构。特别是图2-28所示鄂式破碎机是一个曲柄摇杆机构，运动由电动机传给带轮5，带动与带轮固联在一起的偏心轴2绕回转中心A旋转，偏心轴2带动鄂3运动。由于在鄂3与机架1之间装有肘板4，从而使动鄂作复杂的摆动，不断挫挤矿石，完成碎矿工作。
鄂式破碎机是一个由机架1、主动件偏心轴2、从动件鄂3和肘板4组成的曲柄摇杆机构，当曲柄2为主动件时，曲柄2转一周，可使摇杆3往复摇动1次，即将原动机输出的来连续转动变成了工作机的往复摆动。鄂式破碎机简图如2-29所示。
4连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构
有很多机器都是以电动机作动力源的，二电动机输出的运动形式是连续的转动，当执行机构要求作直线运动时，这就需要将转动变成直线运动。如图2-30所示，实现连续转动到往复直线移动的运动变换机构有曲柄滑块机构、正弦机构、凸轮机构、代或链传动机构、齿轮条传动机构、螺旋传动机构以及一些机构的组合。
（1）螺旋传动机构如图2-30g所示螺旋传动由螺杆和螺母组成，螺杆置于螺母中。当转动螺杆时，螺杆上的螺旋沿着螺母的螺旋槽运动，从而将旋转运动变换为直线运
动，同时传递运动及动力。螺旋传动按其用途可分为三类：
1）传力螺旋。传力螺旋以传递动力为主，通常的紧固螺钉、螺母属于这一种。它要求用较小的转矩螺旋（或螺母），从而使螺母（或螺旋）产生轴向运动和较大的轴向力，这个轴向力可以把两个物体牢固地连接在一起，也可以用来做各种施力的工作，如图2-31所示的千斤顶和压力机都是传力螺旋。
2）传导螺旋。传导螺旋以传递运动为主，要求具有较高的运动精度，如机床刀架或工作台的进给机构。
3）调整螺旋。调整螺旋用以调整移动构件和固定零部件间的相对位置，如车床尾座螺旋、螺旋测微器等。
（2）齿轮齿条传动机构齿轮齿条机构由齿轮与齿条组成，当齿轮为主动件时，它可以将旋转运动变为直线运动，如台式钻床钻头的轴向进给机构。
（3）凸轮机构凸轮机构由凸轮、从动件和支持整个机构的机架三个主要部分组成。一班凸轮作匀速回转运动，通过它特定的形状轮廓与从动件相接触，使从动件实现某
种预定规律的运动。图2-33所示为自动上料凸轮机构。当具有凹槽的凸轮1转动
时，通过槽中滚子3使从动件2往复运动，凸轮转一圈，从动件推动一个工件4
到工作位置。
（4）曲柄滑块机构曲柄滑块机构由曲柄、连杆、滑块以及机架组成。当曲柄为主动件作匀速运动时，可通过连杆，使滑块作往复的直线运动。由于曲柄滑块机构结构简
单、制造方便、滑块行程准确，因此，它在生产中得到广泛的应用。如图2-34所
示的搓丝机曲柄滑块机构就是这种机构应用的实例之一。
5．直线移动转换为直线移动的运动变换与实现机构
直线移动转换为直线移动的机构大多采用液压机构，用在送料、夹紧等装置中。
各类液压阀芯、电磁阀芯机构也采用了直线移动到直线移动的运动变换，斜面机
构、具有两个移动副的连杆机构、移动凸轮机构、直线电动机等有时也可以应用
于此。最常用的直线运动变换机构如图2-35所示。
6直线移动转换为定轴转动或往复摆动的运动变换与实现机构
直线移动转换为定轴转动的最典型机构就是内燃机中的曲柄滑块机构。而以齿条
为主动件的齿轮齿条机构也能实现这种运动变换。直线移动转换为往复摆动的机
构主要用在开关机构或微调机构中，如图2-36所示。
能实现各种运动变换的机构种类很多，本节只介绍了一些常见的机构，一些新机构往往是在一些基本机构的基础上进行了演化与变异，进而完成机械创新的
目标。
2.2.3 机、电、液机构组合的运动与控制
随着科学技术的飞速发展，机械的构成也发生了很大的变化。现在机械已不再是纯机械系统，集机、电、液一体化得产品越来越普及，机、光、电、液、传感器与微机控制的智能化机械显示出强大的生命力。因此，简要了解有关机、电、液机构组合运动形态对设计更加先进的产品有很大的帮助。
1.机、液机构组合的运动形态
机、液机构组合主要是液压缸系统系统与两岸机构系统的组合，可满足执行机构的位置、行程、摆角、速度及复杂运动规律等多方面的工作要求，在机械、冶金、矿山、建筑、轻工、交通运输、国防等领域得到广泛的应用。
（1）机、液机构组合的基本型机、液机构组合中，液压缸一班是主动件，并驱动各种连杆机构完成预定的动作。其基本型有图2-37a所示的单出杆固定刚、图2-37b所示双出杆固定刚以及图2-37c所示的百度刚三种。单出杆固定刚提供绝对移动，常用在夹紧、定位于送料装置中，双出杆固定刚常用在机床工作台的往复移动装置中，摆动缸在工程机械、交通运输机械等许多领域中都有广泛的应用。
（2）机、液机构组合常见的运动形式由于液压传动可以容易地实现顺序动作、转向动作、速度调节、压力调节与压力保持等多种复杂的工作，而且容易实现自动控制，所以机、液一体化正在迅速发展。
1）固定液压缸式机构。单出杆固定缸可直接应用于夹紧、送料、进给等工作，实现移动到的运动变换，也可和来能干机构组合，上极限移动到摆动的运动变换。
单触感固定缸和连杆机构组合的应用实例很多。一般情况下，单出杆固定缸驱动连杆机构中的移动构件。图2-38a为驱动机器人工作示意图，图2-38b为驱动机械手加持机构示意图。图2-39所示的液压挖掘机有三个液压缸共同完成铲斗的挖掘动作，控制三个液压缸的不同位置，可完成不同的挖掘任务。
2）摆动液压缸式机构。摆动液压缸式机构与连杆机构的组合中，活塞相对于缸体的移动转换为从动构件的摆动和缸体本身的摆动。控制活塞的相对移动速度和液压缸中的压力，可达到控制机械运动和动力的目的。图2-40a中，机器人的摆动缸驱动手臂绕A点作旋转运动，控制手臂的仰俯。图2-40b所示飞机起落架中，摆动缸驱动连杆机构ABCD中的AB杆，从而实现起落架的收起的放下的工作要求。有些机械中，可设置多个摆动缸驱动多个摆臂，完成复杂的运动。
（3）机、液机构的控制系统机、液机构中，通常是液压元件为动力元件和控制元件，其控制方法有手动、机动和微机控制。
1）手动控制。手动控制主要指利用换向阀和流量阀的手工操作，实现机械位置与速度的控制。
2）机动控制。机械的往复运动使用机动控制换向阀更为方便，而用手工控制流量阀来达到调速的目的，可提高工作效率。
3）微机控制。由于液压阀芯的动作可由电磁力来完成，以通电与断电的方式控制阀芯的动作，给实施微机控制提供了很大的方便。不同阀的顺序动作可用延时软件或硬件来实现。
2.电磁机构
电磁机构可用于开关机构、电磁振动机构等电动机械中，如电动按摩器、电动理发器、电动剃须刀中，都广泛又能应用了电磁机构。其工作原理是利用电磁效应
产生的磁力来完成机械运动。图2-41a所示机构为电磁开关。电磁铁4通电后，吸
合杆5接通电路开关6.断电后，吸合杆5在返位弹簧7作用下，脱离电磁跌，电路
断开。
反电磁机构利用机械运动的切割力线作用产生信号，对电信号进行处理后可判断机械振动位移大小和频率。反电磁机构多用于磁电式位移或速度传感器中。
电磁机构的运动形态变换为电→磁→机械运动。
2.2.4 机械运动与控制
机械的运动形态由机械的组成形式和机械的控制方式所决定。如鼓风机之类的机械仅需单向转动，并没有调速要求。车床主轴的转动不但有调速要求，还有正、反转的要求，其转向的改变是靠改变电动机的转向来实现的。还有的机械运动位置是通过限位开光和各类传感器来控制电动机转向而实现的。液压传动则通过换向阀或调速阀改变其运动形态。特别是现代机械，其机械运动形态的改变与控制方法的关系更为密切。本节内容主要介绍机械运动与控制形式的基本知识。
1.机械运动的换向与控制
要求不断改变机械运动方向的机械很多，如各种车辆的前进与后退、旋转机械的正传与反转等。
（1）旋转运动的转向与控制旋转运动的转向是工程中常见的运动变换，很多机器都有正传、反转或正向转过某一角度再反向转过某一角度的要求。旋转运动的
换向方式主要有如下几种：
1）改变电动机转向。改变电动机转向使机械换向是一种最常用的简单易行的换向方法。
2）限位开光换向。限位开光换向是最常用的控制换向方法。限位开光的种类很多，有机械式开关、光电式开关、磁开关等。对于液压传动，通过限位开关
控制电磁换向阀线圈的通电与断电，改变液流的方向而达到旋转液压缸换向
的目的。利用机动换向阀也可达到换向的目的。
3）介轮换向。在齿轮传动中常用介轮换向，汽车上的前进与倒退运动就是利用变速箱中的介轮来实现的。图2-42是采用介轮换向示意图。图2-42a中，齿
轮齿合路线是齿轮1、2、3、4，有两个介轮参与齿合，轮1，轮4同向运动。
图2-42b中，齿合路线是齿轮1、3、4，有一个介轮参与齿合，轮1、轮4反
向运转。
4）棘轮转向。利用改变棘爪的方向地阿东棘轮转向在牛头刨床的寄给系统中有广泛的应用。图2-43为棘轮转向示意图。图2-43a中，棘爪带动棘轮逆时针
方向旋转。图2-43b中，棘爪带动棘轮顺时针方向旋转。
5）摩擦轮转向。图2-44中，控制摩擦轮A、B在轴上的滑动位置，利用摩擦轮A与C、B与C的交替接触，实现C轮的正反转，完成螺旋D的往复移动。
该机构广泛应用在摩擦压力机上。
（2）直线移动的转向与控制要求往复直线移动的机械种类很多，内燃机、压缩机的活塞运动，刨床、插床的刀具运动，推到电动大门的启闭运动，机床工作台
的运动等均需要往复的直线移动。直线移动的转向方法主要有以下几种：1）改变电动机转向来实现往复的直线移动。利用直线电动机可直接完成直线移动，其转向控制方法同转动电动机。图2-45a为推拉式电动大门开启闭合示意
图。电动机正反转，经齿轮驱动固定在大门上的齿条，使大门往复移动。图2-45b
为电动感应推拉门示意图，两扇门固定在带的上下两侧，利用电动机的正反转和上下传动带的反向运动完成门得开启与关闭动作。
2）液压换向。在液压传动中，改变液流方向可实现液压缸的往复直线运动。其移动的距离、移动速度、移动过程中所克服的阻力都可以进行调节。近几年来，利用定时软件控制电动机的运转时间和方向，在机电一体化机械中的应用日渐普及。
3）自动换向机构。自动进行往复直线移动的转向机构种类主要有曲柄滑块机构、正弦机构、双滑块机构、直动凸轮机构以及一些特殊设计的机构等，这些机构的特点就是主动件连续转动，从动件作往复的直线移动。图2-46a中，曲柄转过一周，滑块往复移动一次。图2-46b所示的双滑块机构中，曲柄转过一周，两滑块各往复移动两倍的长度。图2-46c所示凸轮机构中，凸轮转动一周，从动件往复一次。
2. 机械运动的调速与控制
在一般情况下，机械中的工作机转速不等于原动机转速，所以很多机械中都需要协调原动机和工作机之间速度的装置。用于降低速度增大转矩的装置，称之为减速器。在特殊场合，也有用来增速的装置，称之为增速器。需要不断变换速度的装置称之为变速器。根据传动比和工作条件的不同，常用的减速方式有许多种，以下介绍几种最基本的减、变速方式。
1）调速电动机。改变电动机的工作速度，使电动机能在低速大转矩的条件下工作，是最理想的调速方式。目前发展很快。
2）齿轮减速器。齿轮减速器的特点是传动效率高、使用寿命长、工作可靠性好，维护简便、制造成本低，因而得到广泛应用。其产品已标准化、系列化。设计时可直接选用。
3）其他减速器装置。各类带传动、链传动、摩擦传动都可以起到减速作用。带传动、链传动多用在传动比不大、中心距较大的场合。
4）变速器。变速器可分为有级变速器和无级变速器。有级变速器主要是通过控制不同齿轮的啮合来实现的。目前的无级变速器大都通过摩擦传动来实现，因此不能传递过大的功率（≤20kW）。此外还有链式无级变速器、连杆式脉动无级变速器等多种其他形式的变速器。
3. 机械运动的离合与控制
机械中，有时需要在不停止原动机运转的状况下，暂时中止执行机构的工作。因此，离合器在机械中得到广泛的应用。离合器的种类也有很多，但常用的离合器主要有手动离合器和电磁离合器。常用离合器示意图如图2-47所示，图2-47a 为两端面有牙的压嵌式离合器，移动它的右半部，可实现运动的分离或结合。图2-47b为多片式摩擦离合器，移动其右半部的滑环，可使摩擦片压紧或脱开，从而实现运动的分离或结合。图2-47c为电磁离合器，空套在轴上的左半部的线圈通电后，可吸住右半部上的衔铁，实现运动的结合，反之则脱开。
4.机械运动的制动与控制
为缩短机械的停车时间，许多机械小红都有制动器。制动器的种类有机械式制动器、电磁式制动器、液压式制动器、液力制动器、气动制动器等多种类型。机械式制动器中，还可分为摩擦式、楔块式、棘轮式等多种。图2-48是集中最简单的制动器示意图。工程中，经常使用电磁式或气动控制的制动器，如图2-49所示。
制动器可用于制动、防止逆转，其控制方式根据在机械中的作用不同有很大差别。为防止控制系统失灵造成的破坏作用，一班机械中都有采取手动或脚踏的
紧急制动装置，机械的运动形式与控制方式有关。
2.3工程材料
2.3.1工程材料概况
1材料与人类文明
材料的开发、利用始终贯穿于人类进化史中。从天然材料的使用
到陶器制造，从钢铁冶炼到材料合成，人类成功地生产出满足自身
需求的材料，进而使自身走出深山、洞穴，奔向茫茫平原、辽阔海
洋，飞向广阔太空。
在与自然界交互作用的过程中，人类首先协会了生产和使用工具。史学家用石器时代、青铜时代和铁器时代作为人类文明进化的
标志。
有人认为21世纪将是信息时代、知识经济时代，但是，在这样的时代中，材料的基石作用仍然无法改变。同时，材料的另一作
用—高新技术的先导，将展现得更加淋漓尽致。例如，支撑微电子
工业的集成电路近10年来发展迅速，更新换代块，集成度遵循著
名的摩尔定律：每18 个月翻一翻。而同时线宽以30%的比例递降，
1992年—1994年为0.15um，1995年—1997年为0.35um，1998—
2000年则为0.25um。然而，采用现有的材料和加工技术，集成度
将很快达到极限，若要继续提高集成度必须另辟蹊径。在众多的材
料和加工技术中，纳米材料和纳米加工是最有希望的。利用纳米材
料和纳米加工技术可实现集成电路的三维集成和加工，实现在原子
和分子尺度上的集成。又如，由于控制环境污染方面的要求，在21
世纪中，地面运输工具将使用高比强度、高比刚度的材料，以减轻
自重，汽车每减重100kg，每升可多行驶0.5km。美国2003的单位
体积燃料的里程数由12km/l提高到35km/l，这个目标的实现，37%
靠车辆的轻量化，40%靠提高热效率，而这两项均与使用新材料直
接相关。此外，太阳能的高效率利用、高功率燃料电池发电，均是
以高性能材料的研制和开发为先导的。
新材料的开发和使用给人类生活带来的便利是实实在在的。在21世纪，人类在推进文明发展的同时将会更加注重自身生活质量的
提高和周围环境的改善。因此，生物材料和环境相容性材料的开发
和使用将会受到重视。利用生物材料，人们可以生产出人造肝、人
造肾、人造胰、人造皮肤和人造血管等，还可以制造出药物缓释系
统材料，以控制药物的释放时间和速度。
长期以来，人类材料的提取、制备、生产以及制品的使用与废弃的过程中，消耗了大量的资源和能源，并排放出废气、废水和废
渣，污染着人类自身的生存环境。实现要求人类从节约资源和能源、
保护环境、可持续发展的角度出发，重新评价过去研究、开发、生
产和使用材料的活动，改变单纯追求高性能、高附加值的材料而忽
视生存环境恶化的做法，探索发展既有良好性能或功能、又对资源
和能源消耗较低，并且与环境协调较好的材料及其制品。此外，从
原子、分子、显微和复合结构等不同尺度精心设计和人工合成高性
能材料，减少对地球矿藏的依赖，也是降低环境污染的有效措施。
目前人们正在研制开发的复合材料、纳米材料、超合金、信息功能
材料等，都具有这种特征。
2.工程材料的种类
材料是为人类制造有用器件的物质。工程材料是在各工程领域中使用的材料。工程材料的种类繁多，有许多不同的分类方法。
按化学成分、结构键的特点，可将工程材料分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。金属材料可分为钢铁材料和非铁金属。钢铁材料是铁基金属合金，包括碳素钢、合金钢、铸铁等。其余金属材料都属于非铁金属，包括轻金属及其合金、重金属及其合金等。而非金属材料可分为无机非金属材料和有机高分子材料，有机高分子材料包括塑料、橡胶、合成纤维等。由这些材料合成的材料称为复合材料。
链轮一链条式直线往复机构 1.所属技术领域： 本实用新型涉及机械传动技术领域 2.背景技术： 在机械传动技术领域，如机床、举升机、内燃机、柱塞泵、石油开采抽油机等行业，为实现将旋转运动转换成直线往复运动，常采用的方式有：曲柄滑杆（活塞）机构、凸轮滑杆机构、齿轮齿条机构、螺杆螺母（滚珠丝杠）机构，或特殊意义下的直线电机等。 曲柄滑杆（活塞）机构具有结构简单、承载能力强、工作可靠等优点，但曲柄滑杆（活塞）机构存在急回特性、传动效率较低等不足，其行程增加也受到很大限制，如需增加行程，就要按比例增加曲柄的回转半径和滑杆（活塞）的长度，结果将导致整机重量的急剧增加，而出现大幅度增加生产制造成本、影响运输和安装等一系列问题。 凸轮滑杆机构是结构简单的高副机构，存在着行程短、磨损严重、传动效率低等缺点，主要应用传递较小动力的机械，如内燃机的配气系统等。 齿轮齿条机构具有配比自由、制造容易、承载能力强、移动平稳、安装定位精度不高等优点，在现代机械中得到广泛应用。但齿轮齿条容易出现磨损而需要补偿、其行程大小也受到一定限制。 螺杆螺母（滚珠丝杠）机构的加工精度和定位要求比较高，需动力机的正反旋转来实现而导致传动效率低，还存在承载能力小、容易出现磨损而需要补偿等缺点。 直线电机主要运用在高精密机床上，其外部配套的电气控制系统太复杂。用于往复机构的直线电机存在频繁启动，而启动电流数倍于正常运行电流，以致铜损铁损消耗大而传动效率低等缺点。 3.实用新型内容： 本实用新型的目的，旨在提供一种结构简单、成本低、安装维护方便、可靠性高、承载能力强、运转平稳、传动效率高、体积小、行程大的直线往复机构，以克服以往常规技术的不足，满足一些直线往复机械传动的需要。 链轮一链条式直线往复机构将填补机械传动技术领域一大空白，在机床、举升机、内燃机、柱塞泵、石油开采抽油机等行业得到推广应用。 4.附图说明：
3连续转动到王复摆动的运动变换与实现机构 及其的工作机构部分是往复摆动的例子也是比较多的。实现连续转动到往复摆动的运动变换机构主要有曲柄摇杆机构、曲柄摇块机构、摆动从动件凸轮机构等。图2-27为简图，对其进行机构设计后，可得到多种执行机构。特别是图2-28所示鄂式破碎机是一个曲柄摇杆机构，运动由电动机传给带轮5，带动与带轮固联在一起的偏心轴2绕回转中心A旋转，偏心轴2带动鄂3运动。由于在鄂3与机架1之间装有肘板4，从而使动鄂作复杂的摆动，不断挫挤矿石，完成碎矿工作。 鄂式破碎机是一个由机架1、主动件偏心轴2、从动件鄂3和肘板4组成的曲柄摇杆机构，当曲柄2为主动件时，曲柄2转一周，可使摇杆3往复摇动1次，即将原动机输出的来连续转动变成了工作机的往复摆动。鄂式破碎机简图如2-29所示。 4连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构 有很多机器都是以电动机作动力源的，二电动机输出的运动形式是连续的转动，当执行机构要求作直线运动时，这就需要将转动变成直线运动。如图2-30所示，实现连续转动到往复直线移动的运动变换机构有曲柄滑块机构、正弦机构、凸轮机构、代或链传动机构、齿轮条传动机构、螺旋传动机构以及一些机构的组合。 （1）螺旋传动机构如图2-30g所示螺旋传动由螺杆和螺母组成，螺杆置于螺母中。当转动螺杆时，螺杆上的螺旋沿着螺母的螺旋槽运动，从而将旋转运动变换为直线运 动，同时传递运动及动力。螺旋传动按其用途可分为三类： 1）传力螺旋。传力螺旋以传递动力为主，通常的紧固螺钉、螺母属于这一种。它要求用较小的转矩螺旋（或螺母），从而使螺母（或螺旋）产生轴向运动和较大的轴向力，这个轴向力可以把两个物体牢固地连接在一起，也可以用来做各种施力的工作，如图2-31所示的千斤顶和压力机都是传力螺旋。 2）传导螺旋。传导螺旋以传递运动为主，要求具有较高的运动精度，如机床刀架或工作台的进给机构。 3）调整螺旋。调整螺旋用以调整移动构件和固定零部件间的相对位置，如车床尾座螺旋、螺旋测微器等。 （2）齿轮齿条传动机构齿轮齿条机构由齿轮与齿条组成，当齿轮为主动件时，它可以将旋转运动变为直线运动，如台式钻床钻头的轴向进给机构。 （3）凸轮机构凸轮机构由凸轮、从动件和支持整个机构的机架三个主要部分组成。一班凸轮作匀速回转运动，通过它特定的形状轮廓与从动件相接触，使从动件实现某 种预定规律的运动。图2-33所示为自动上料凸轮机构。当具有凹槽的凸轮1转动 时，通过槽中滚子3使从动件2往复运动，凸轮转一圈，从动件推动一个工件4 到工作位置。 （4）曲柄滑块机构曲柄滑块机构由曲柄、连杆、滑块以及机架组成。当曲柄为主动件作匀速运动时，可通过连杆，使滑块作往复的直线运动。由于曲柄滑块机构结构简 单、制造方便、滑块行程准确，因此，它在生产中得到广泛的应用。如图2-34所 示的搓丝机曲柄滑块机构就是这种机构应用的实例之一。 5．直线移动转换为直线移动的运动变换与实现机构 直线移动转换为直线移动的机构大多采用液压机构，用在送料、夹紧等装置中。 各类液压阀芯、电磁阀芯机构也采用了直线移动到直线移动的运动变换，斜面机 构、具有两个移动副的连杆机构、移动凸轮机构、直线电动机等有时也可以应用 于此。最常用的直线运动变换机构如图2-35所示。 6直线移动转换为定轴转动或往复摆动的运动变换与实现机构 直线移动转换为定轴转动的最典型机构就是内燃机中的曲柄滑块机构。而以齿条
机械原理课程设计 计算说明书 课题名称：牛头刨床刨刀的往复运动机构 姓名： 院别：工学院 学号： 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机设1201 指导教师： 2014年6月7日工学院课程设计评审表
目录 一．设计任务书 (4) 设计题目 (4) 牛头刨床简介 (4) 牛头刨床工作原理 (4) 设计要求及设计参数 (6) 设计任务 (7) 二．导杆机构的设计及运动分析 (8) 机构运动简图 (8) 机构运动速度多边形 (9)
机构运动加速度多边形 (11) 三．导杆机构动态静力分析 (14) 静态图 (14) 惯性力及惯性力偶矩 (14) 杆组拆分及用力多边形和力矩平衡求各运动反力和曲柄平衡力 (15) 心得与体会 (21) 参考文献 (22) 一、设计任务书 设计题目：牛头刨床刨刀的往复运动机构 牛头刨床简介： 牛头刨床是用 牛头刨床外形图 于加工中小尺寸的 平面或直槽的金属 切削机床，多用于单 件或小批量生产。 为了适用不同 材料和不同尺寸工 件的粗、精加工，要 求主执行构件—刨 刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的
加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。 牛头刨床工作原理： 牛头刨床是一种刨削式加工平面的机床，图1所示为较常见的一种机械运动的牛头刨床。电动机经皮带传动和两对齿轮传动，带动曲柄2和曲柄相固结的凸轮转动，由曲柄2驱动导杆2－3－4－5－6，最后带动刨头和刨刀作往复运动。当刨头右行时，刨刀进行切削，称为工作行程。当刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程。当刨头在工作行程时，为减少电动机容量和提高切削质量，要求刨削速度较低，且接近于匀速切削。在空回行程中，为节约时间和提高生产效率，采用了具有急回运动特性的导杆机构。此外，当刨刀每完成一次刨削后，要求刨床能利用空回行程的时间，使工作台连同工件作一次进给运动，以便于刨刀下一次切削。为此，该刨床采用凸轮机构，双摇杆机构经棘轮机构和螺旋机构（图中未示出），带动工作台作横向进给运动。 Y
第三部分机械原理与设计课程设计 常用资料与参考图例 第七章常见运动功能的机构选型 第一节连续回转机构选型 能实现连续回转的机构除了教材中讲到的齿轮机构、摩擦轮机构、双曲柄机构、转动导杆机构、双万向铰链机构、反平行四边形机构、带传动、链传动、行星轮系等以外，实际中还用到下面一些机构。 1）平行四边形机构（图7-1） 图7-1中ABCD是一个平行四边形机构，两连架杆AB、CD作同速转动，连杆BC作平动。图示机构为多个平行四边形机构的组合，在多头钻床中就应用了此机构。
图7-1 图7-2 2）摆动齿轮行星减速机构（图7-2） 图7-2中主动件1与导杆3，上的内齿轮3固联，而齿轮2从动。当曲柄1匀速回转时，齿轮2变速回转，其平均转速为： 式中为主动件1的转速，、为齿轮2、3的齿数。 3）极限四杆机构（图7-3） 图7-3中构件长度l1= l2，l3= l4。构件1和3的转向相同。杆1转一周时，杆3转两周。 图7-3 图7-4 4）以曲柄滑块为基础的转动导杆机构（图7-4） 图7-4中的曲柄滑块机构ABC与导杆机构CDE串接在一起。当
时，导杆5可作整周转动。 5）齿轮－连杆机构（图7-5） 图7-5a）中的四杆机构ABCD上装有一对齿轮2'和5。行星齿轮2'和连杆2固联，而中心轮5与曲柄1共轴线并可分别自由转动。当主动曲柄1以ω1等速转动时，从动齿轮5作非匀速转动，其角速度为： 式中为连件2的角速度，、为齿轮2'、5的齿数。 通过改变杆长和齿轮节圆半径，可是从动齿轮5作单方向的非匀速转动，或作瞬时停歇的转动或带逆转的转动。 图7-5b）所示为用于铁板传输机构中的齿轮－连杆组合机构。齿轮1与曲柄固联，齿轮2、3、4及构件DE组成差动论系。该轮系的中心论2由齿轮1带动，而系杆DE由四杆机构带动作变速运动，因此，使从动轮4实现变速转动。
XX大学 毕业设计(论文) 长距离匀速往复运动机构设计 所在学院 专业 班级 姓名 学号 指导老师 年月日
摘要 本文介绍一种新型的长距离输送装置。与以前常见的输送方式相比较，往复距离很长（比如1M，2M）那么曲柄机构就不能实现。在两轴之间安装皮带或链条作为传动机构，那么往复距离就可以设计的相当的大。在皮带或链条上安装一传动销，与工作台上的滑动长孔相配合，那么就可以带动工作台长距离往复运动。此系统的特点是不但往复距离可以相当的长，并且往复两端的加速和减速是相当平稳的，至于驱动电机则可以使用无级变速电机。 本文对这种机构进行了详细的设计与计算，经过分析该机构是可行和合理的，对以后选择长距离输送机构有了新的一种选择方案。 关键词：长距离，输送装置，往复运动，机构设计 I
Abstract This paper introduces a new type long distance conveying device. With the previously common conveying means photograph is compared, reciprocating long distance ( such as 1M, 2M ) then the crank mechanism cannot be achieved. In between the two shafts mounted belt or chain as the transmission mechanism, so the reciprocating distance can design is quite large. In a belt or chain is mounted on a drive pin, and the working table with sliding long Kong Xiang, then it can drive the reciprocating movement of long distance. The characteristic of this system is not only the reciprocating distance can be quite long, and back ends of the acceleration and deceleration is quite smooth, can be used as driving motor stepless speed variable motor. The organization has carried on the detailed design and calculation, through the analysis of the mechanism is feasible and reasonable to select, after long distance conveying mechanism is a new kind of options. Key Words: Long distance, conveying device, the reciprocating motion, mechanism design II
摆动机构的设计 班级：09机械 姓名：陈志坤 学号：20906071006
设计背景： 四杆机构是我们生活中最常见，应用最广泛的机构。具有运动灵活，设计方便，功能多等特点。此次设计我们将会实现轨迹的验证，通过实验来验证我们的设计正确性。 设计内容： 先将会进行 一、 平面连杆机构运动分析 1） 四杆机构的矢量方程 1234F L ? （,L ,L ,L ）=0其中1234L ,L ,L ,L 全为矢量，且矢量1234L 0=+L +L +L 分量形式： 1122334L cos cos L cos 0???+--=L L 112233L sin sin L sin 0???+-=L 2） 位置，已知1?为已知的 222 2tan()2D D E F E F ?±+-= - 22 23tan()2 A A B C B C ?±+-=- 1212sin D l l ?= 21142(cos )E l l l ?=- 222212341412cos F l l l l l l ?=+-+- 1312sin A l l ?= 31142(cos )B l l l ?=- 22222134141 2cos C l l l l l l ?=---+ 二、曲柄滑块 1）矢量方程 120L E S =+L +- 分量方程 1122cos cos 0l l s ??+-= 1122sin sin 0l l e ??++= 2） 求位置 1122 sin sin l e l ??+=- 1122cos cos s l l ??=+ 三、曲柄摇杆
1）矢量方程 10L H S +-= 分量方程 113sin sin 0l s ??-= 113cos cos 0l s ??+= 3） 求位置 11 311 sin tan cos h l l ???+= 221112sin s h l hl ?=++ 四、根据上述的所给的公式计算下列结果 算例1.四杆机构如图， 其中1150l mm =，2220l mm =，3250l mm =， 4400l mm =，550l mm =，30β=?，给出主动件的五个不同的角度位置，计算P 点的坐标。 C B A O φ1 φ2L2P β L4 L3 L1X Y
链轮—链条式直线往复机构 1. 所属技术领域： 本实用新型涉及机械传动技术领域 2. 背景技术： 在机械传动技术领域，如机床、举升机、内燃机、柱塞泵、石油开采抽油机等行业，为实现将旋转运动转换成直线往复运动，常采用的方式有：曲柄滑杆（活塞）机构、凸轮滑杆机构、齿轮齿条机构、螺杆螺母（滚珠丝杠）机构，或特殊意义下的直线电机等。 曲柄滑杆（活塞）机构具有结构简单、承载能力强、工作可靠等优点，但曲柄滑杆（活塞）机构存在急回特性、传动效率较低等不足，其行程增加也受到很大限制，如需增加行程，就要按比例增加曲柄的回转半径和滑杆（活塞）的长度，结果将导致整机重量的急剧增加，而出现大幅度增加生产制造成本、影响运输和安装等一系列问题。 凸轮滑杆机构是结构简单的高副机构，存在着行程短、磨损严重、传动效率低等缺点，主要应用传递较小动力的机械，如内燃机的配气系统等。 齿轮齿条机构具有配比自由、制造容易、承载能力强、移动平稳、安装定位精度不高等优点，在现代机械中得到广泛应用。但齿轮齿条容易出现磨损而需要补偿、其行程大小也受到一定限制。 螺杆螺母（滚珠丝杠）机构的加工精度和定位要求比较高，需动力机的正反旋转来实现而导致传动效率低，还存在承载能力小、容易出现磨损而需要补偿等缺点。 直线电机主要运用在高精密机床上，其外部配套的电气控制系统太复杂。用于往复机构的直线电机存在频繁启动，而启动电流数倍于正常运行电流，以致铜损铁损消耗大而传动效率低等缺点。 3. 实用新型内容： 本实用新型的目的，旨在提供一种结构简单、成本低、安装维护方便、可靠性高、承载能力强、运转平稳、传动效率高、体积小、行程大的直线往复机构，以克服以往常规技术的不足，满足一些直线往复机械传动的需要。 链轮—链条式直线往复机构将填补机械传动技术领域一大空白，在机床、举升机、内燃机、柱塞泵、石油开采抽油机等行业得到推广应用。 4. 附图说明：
产生间歇转动与摆动的机构 1棘轮间歇机构 棘轮机构的组成、工作原理和基本类型 棘轮机构如右上图所示，主要由棘轮、棘爪、摇杆、止回棘爪和机架组成。弹簧用来使止回棘爪与棘轮保持接触。棘轮装在轴上，用键与轴联接在一起。棘爪铰接于摇杆上，摇杆可绕棘轮轴摆动。当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮齿顶滑过，棘轮静止不动；当摇杆逆时针方向摆动时，棘爪插入棘轮齿间推动棘轮转过一定角度。这样，摇杆连续往复摆动，棘轮即可实现单向的间歇运动。 常用的棘轮机构可分为齿啮式和摩擦式两大类。下面我们进行单独分析介绍： （1）齿啮式棘轮机构 齿啮式棘轮机构机构是靠棘爪和棘轮齿啮合传动，转角只能有级调节。根据棘轮机构的运动情况，它可分为：
单动式棘轮机构钩头双动式棘轮机构双止动式棘轮机构 可变向棘轮机构A 可变向棘轮机构B 内啮合棘轮机构 1）单动式棘轮机构。如图所示，当主动摇杆往复摆动一次时，棘轮只能单向间歇地转过某一角度。 2）双动式棘轮机构。如图所示，其特点是摇杆往复摆动时都能使棘轮沿同一方向作间歇运动。 3）可变向棘轮机构。如图所示，可变向棘轮机构A的主动摇杆与棘爪既可以使棘轮向逆时针方向作间歇运动；又可以使棘轮向顺时针方向作间歇运动。可变向棘轮机构B的棘轮可以逆时针方向作单向间歇转动；若将棘爪提起并绕其轴线转180°后放下，则能使棘轮向顺时针方向作单向间歇转动；若将棘爪提起并绕其轴线转90°后，使棘爪搁置在壳体的平台上，则棘爪和棘轮脱开，主动摇杆往复摆动时，棘轮静止不动。 4）内啮合棘轮机构。如图所示为单向间歇转动的内啮合棘轮机构。 （2）摩擦式棘轮机构 外摩擦式棘轮机构摩擦式棘轮机构内摩擦式棘轮机构 摩擦式棘轮机构，其工作原理与齿式棘轮机构相似，棘爪与棘轮之间的摩擦力传动，棘轮转角作无级调节。为了增加摩擦力，一般将棘轮作成槽形，使棘爪嵌在棘轮槽内。 2. 棘轮机构的特点和应用 优点：棘轮机构具有结构简单、制造方便和运动可靠，并且棘轮的转角可以根据需要进行调节等。 缺点：棘轮机构传力小，工作时有冲击和噪声。因此，棘轮机构只适用于转速不高，转胆不大及小功率的场合。 应用:棘轮机构在生产中可满足进给、制动、超越和转位分度等要求。
摆动机构设计 院系: 信息工程学院学科:机械设计姓名:丁龙 学工号:20906071010 指导教师:杨咸启
一、平面连杆机构运动分析 1）四杆机构的矢量方程 1234F L ? （,L ,L ,L ）=0其中1234L ,L ,L ,L 全为矢量，且矢量1234L 0=+L +L +L 分量形式： 1122334L cos cos L cos 0???+--=L L 112233L sin sin L sin 0???+-=L 2）位置，已知1?为已知的 2tan()2?= 3tan()2 ?= 1212sin D l l ?= 21142(cos )E l l l ?=- 222212341412cos F l l l l l l ?=+-+- 1312sin A l l ?= 31142(cos )B l l l ?=- 222221341412cos C l l l l l l ?=---+ 二、曲柄滑块 1）矢量方程 120L E S =+L +- X Y Y
分量方程 1122cos cos 0l l s ??+-= 1122sin sin 0l l e ??++= 2）求位置 1122 sin sin l e l ??+=- 1122cos cos s l l ??=+ 三、曲柄摇杆 1）矢量方程 10L H S +-= 分量方程 113sin sin 0l s ??-= 113cos cos 0l s ??+= 3）求位置 11 311 sin tan cos h l l ???+= s = 四、根据上述的所给的公式计算下列结果 算例1.四杆机构如图，其中1150l mm =，2220l mm =，3250l mm =，4400l mm =， 550l mm =，30β=?，给出主动件的五个不同的角度位置，计算P 点的坐标。
摆动机构的设计班级：09机械 姓名：陈志坤 学号：20906071006
设计背景： 四杆机构是我们生活中最常见，应用最广泛的机构。具有运动灵活，设计方便，功能多等特点。此次设计我们将会实现轨迹的验证，通过实验来验证我们的设计正确性。 设计内容： 先将会进行 一、 平面连杆机构运动分析 1） 四杆机构的矢量方程 1234F L ? （,L ,L ,L ）=0 其中1234L ,L ,L ,L 全为矢量，且矢量1234L 0=+L +L +L 分量形式： 1122334L cos cos L cos 0???+--=L L 112233L sin sin L sin 0 ???+-=L 2） 位置，已知1?为已知的 22 22 tan( )2 D D E F E F ?± +-= - 22 23 tan( )2 A A B C B C ?± +-= - 1212sin D l l ?= 21142(cos )E l l l ?=- 2 2 2 2 12341412cos F l l l l l l ?=+-+- 1312sin A l l ?= 31142(cos ) B l l l ?=- 222221341412cos C l l l l l l ?=---+ 二、曲柄滑块 1）矢量方程 120L E S =+L +- 分量方程 1122cos cos 0l l s ??+-= 1122sin sin 0l l e ??++= 2） 求位置 1122 sin sin l e l ??+=- 1122cos cos s l l ??=+
三、曲柄摇杆 1）矢量方程 10L H S +-= 分量方程 113sin sin 0l s ??-= 113cos cos 0l s ??+= 3） 求位置 11311 sin tan cos h l l ???+= 221112sin s h l hl ?=++ 四、根据上述的所给的公式计算下列结果 算例1.四杆机构如图， 其中1150l m m =，2220l mm =，3250l mm =，4400l mm =，550l m m =，30β=?，给出主动件的五个不同的角度位置，计算P 点的坐标。 C B A O φ1 φ2L2P β L4 L3 L1X Y
机构运动简图的绘制 【一】能力目标 能根据实物绘制机构运动简图 【二】知识目标 1.了解机构组成原理 2.理解自由度、运动副、约束的概念及三者的关系 【三】教学的重点与难点 重点：平面机构的运动简图的绘制。 难点：绘制简图时构件及运动副的表示。 【四】教学方法与手段 多媒体教学，采用动画演示、实例分析、启发引导的教学方式。 【五】教学任务及内容 一、 的组 成 （一） 运动 副 a)， 轴承中的滚动体与内外圈的滚道、图b)啮合中的一对齿廓、图c)滑块与导槽，均保持直接 接触，并产生一定的相对运动。因而它们都构成了运动副。构件上参与接触的点、线、面， 称为运动副的元素。 根据运动副对构件运动形式的约束及两构件接触方式的不同，运动副可如下分类： 1、高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。如图所示，凸轮与从动杆及两齿轮分别 在其接触处组成高副。 2、低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面低副可分为转动副和移动副。 （1）转动副若运动副只允许两构件作相对转动，则称该运动副为转动副，也称铰链。 如图所示各构件的联接就是转动副。如果转动副的两构件之一是固定不动的，则称该转 动副为固定铰链。若转动副中两构件都是运动的，则称该转动副为活动铰链。 （2）移动副若运动副只允许两构件沿接触面某一方向相对滑移，则称该运动副为移 动副。如图所示。 y （二）自由度和运动副的约束 O 12
1、构件的自由度 在平面运动中，每一个独立的构件，其运动均可分为三个独立的运动，即沿x轴和y 轴的移动及在xoy平面内的转动。构件的这三种独立的运动称为其自由度，分别用x、y及α为三个独立参数表示。由上述可知：构件的自由度等于构件的独立运动参数。 平面内自由的构件，有3个自由度，而空间内自由的构件，有6个自由度。 2、运动副的约束 当两构件通过运动副联接，任一构件的运动将受到限制，从而使其自由度减少，这种限制就称为约束。每引入一个约束，构件就减少一个自由度。 （1）转动副 2——约束，1——自由度 （2）移动副 2——约束，1——自由度 （3）平面高副 1——约束，2——自由度 （三）运动链和机构 两个以上的构件以运动副联接而构成的系统称为运动链。未构成首末相连的封闭环的运动链称为开链，否则称为闭链。在运动链中选取一个构件固定（称为机架），当另一构件（或少数几个构件）按给定的规律独立运动时，其余构件也随之作一定的运动，这种运动链就成为机构。机构中输入运动的构件称为主动件，其余的可动构件称为从动件。由此可见，机构是由主动件、从动件和机架三部分组成的。 闭链开链 二、平面机构的运动简图 机构的运动简图：撇开那些与运动无关的构件的外形和运动副的具体结构，仅用简单的线条和规定的符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的相对位置，表达机构的各构件间的相对运动关系的简图。 （一）构件的表示方法 1、构件 （1）参与形成两个运动副的构件 （2）参与形成三个运动副的构件 2、转动副构件组成转动副时，其表示方法如图。图面垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一 3