武汉工业学院武汉工业学院机机 械械 原原 理理 教师：教师： 宋少云宋少云手机：手机： 1329415211813294152118E-mail: E-mail: songshaoyunwhpu.edu.cnsongshaoyunwhpu.edu.cn内容提要内容提要研究内容： 机械的基本理论机构的结构分析机构的设计机构的力学分析机器动力学方案设计机构机器内容提要内容提要1 绪论2 机构的结构分析3 平面机构的运动分析4 平面机构的力分析5 机械的效率和自锁6 机械的平衡7机械的运转及 速度波动的调节8 平面连杆机构9 凸轮机构10 齿轮机构11 轮系12 其它常用机构13 工业机器人14 机械系统的方案设计机械系统的方案设计机构的结构分析机构的设计方案设计机构的力学分析机器动力学14 14 机械系统的方案设计机械系统的方案设计1 机械总体方案设计2 现代设计观念与创新设计简介3 机械执行系统运动方案设计4 机械传动系统方案设计和原动件选择5 机械系统运动方案设计举例14.3 14.3 机械传动系统方案设计和原动机选择机械传动系统方案设计和原动机选择1.1.机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计确定传动系统总传动比确定传动系统总传动比选择传动类型选择传动类型拟定传动链布置方案拟定传动链布置方案分配传动比分配传动比确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数算传动系统的各项运动学和动力学参数绘制传动系统运动简图绘制传动系统运动简图（1 1） 设计过程设计过程14.3 14.3 机械传动系统方案设计和原动机选择机械传动系统方案设计和原动机选择1.1.机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计（2 2） 传动类型的选择传动类型的选择挠性挠性( (件件) )传动传动 摩擦轮传动摩擦轮传动 绳传动绳传动 圆形齿轮传动圆形齿轮传动 挠性啮合传动挠性啮合传动 带传动带传动 啮合传动啮合传动 机械机械传动传动摩擦传动摩擦传动单级齿轮传动单级齿轮传动 齿轮系传动齿轮系传动 同步齿形带传动同步齿形带传动 螺旋齿轮传动螺旋齿轮传动 蜗杆蜗轮传动蜗杆蜗轮传动 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动 圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动 定轴轮系传动定轴轮系传动 周转轮系传动周转轮系传动 链传动链传动 非圆齿轮传动非圆齿轮传动 行星轮系传动行星轮系传动 差动轮系传动差动轮系传动 14.3 14.3 机械传动系统方案设计和原动机选择机械传动系统方案设计和原动机选择1.1.机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计（2 2） 传动类型的选择传动类型的选择 液压、液力传动液压、液力传动 利用液压泵、阀、执行器等元件实现的传动。利用液压泵、阀、执行器等元件实现的传动。 气压传动气压传动 以压缩空气为工作介质的传动以压缩空气为工作介质的传动 电气传动电气传动 利用电动机和电气装置实现的传动利用电动机和电气装置实现的传动14.3 14.3 机械传动系统方案设计和原动机选择机械传动系统方案设计和原动机选择1.1.机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计（3 3） 传动比的合理分配传动比的合理分配14.3 14.3 机械传动系统方案设计和原动机选择机械传动系统方案设计和原动机选择2.2.原动机选择原动机选择14.3 14.3 机械传动系统方案设计和原动机选择机械传动系统方案设计和原动机选择2.2.原动机选择原动机选择14 14 机械系统的方案设计机械系统的方案设计1 机械总体方案设计2 现代设计观念与创新设计简介3 机械执行系统运动方案设计4 机械传动系统方案设计和原动件选择5 机械系统运动方案设计举例多头专用钻多头专用钻床床机械传动系统设计机械传动系统设计 设计任务设计任务设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。并能自动送料。3020382020502010 运动方案选择运动方案选择 工艺动作工艺动作钻头一边旋转，同时相对于工件作移动钻头一边旋转，同时相对于工件作移动三种运动方案三种运动方案 钻头旋转，同时轴向进给，工作钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止台静止 钻头旋转，工作台带动工件进给钻头旋转，工作台带动工件进给 工作台旋转，钻头作轴向进给工作台旋转，钻头作轴向进给一般的钻床多采用第一种方案，但本例是三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。 运动方案选择运动方案选择 方案选择方案选择 执行系统运动规律设计执行系统运动规律设计工作台工作台送料杆送料杆料仓料仓 三个执行构件三个执行构件送料杆钻头工作台头 执行系统运动规律设计执行系统运动规律设计工作台工作台送料杆送料杆料仓料仓 送送料料：送送料料杆杆往往右右推推出出零零件件，并并顶顶出出加加工好的零件工好的零件 夹紧：夹紧：夹具将工件定夹具将工件定位并夹紧。位并夹紧。 快进：快进：送料杆返回，工作台带动工件送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头。快速上移接近钻头。 钻孔：钻孔：工作台慢速工进；工作台慢速工进； 返回：返回：钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环 工艺过程工艺过程 工作台带动工件快速上移接近钻头工作台带动工件快速上移接近钻头 工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到 一定一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，故进给深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，故进给速度应减小。速度应减小。 钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环。钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环。 钻孔的工艺要求钻孔的工艺要求 - 对工作台运动的要求对工作台运动的要求工作循环图工作循环图（1）钻头转速的计算）钻头转速的计算 d钻钻头直径，头直径，d 8 mm v 切削速度，选切削速度，选v 12.5m min根据：根据： nc 1000v ( d)nc 500 rpm结论：结论：工作循环图工作循环图（2）工作台运动速度的计算）工作台运动速度的计算工作台一个工作循环总时间工作台一个工作循环总时间 T1 t1 t2 t3 t4 t5 24.6 s工作台每分钟工作循环数工作台每分钟工作循环数 n1 60 T1 2.44工作循环图工作循环图（3）送料杆运动速度的计算）送料杆运动速度的计算送料杆的运动为往复直动，运动循环时间与工作台相同送料杆的运动为往复直动，运动循环时间与工作台相同 Ts 24.6 s工作循环图工作循环图（4）行程的计算）行程的计算工作台的行程工作台的行程 Hf h0 h1 h2h1 单单孔钻削深度，取孔钻削深度，取h1 13 mmh2 三三孔同时钻削深度，取孔同时钻削深度，取h2 13 mm送料杆的行程取工件的两倍送料杆的行程取工件的两倍Hs 100 mmh0 工作台快速趋近钻头的运动距离，取工作台快速趋近钻头的运动距离，取h0 15 mm工作循环图工作循环图凸轮转角凸轮转角 0 70 90 180 270 360 送料杆送料杆 送料送料 静静 止止 工作台工作台 停止停止 单孔钻单孔钻 三孔钻三孔钻 快退快退快快进进 钻头钻头 旋转旋转 （5）绘制工作循环图）绘制工作循环图 原动机的选择原动机的选择类型类型交流异步感应电动机交流异步感应电动机 。 由机床的工作要求确定为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。转速转速额定转速额定转速 nn 1440 rpm 计算运动链的总传动比计算运动链的总传动比切削运动链的总传动比（钻头的运动）切削运动链的总传动比（钻头的运动）ic nn nc 1440 500 2.88 进给运动链的总传动比（工作台的运动）进给运动链的总传动比（工作台的运动）if is nn nf 1440 2.44 563 机构选型机构选型 钻削运动链的设计钻削运动链的设计 运动形式：运动形式：钻头作连续回转运动，运动链的总传动比钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为为2.88，无需运动转换，但需要减速，无需运动转换，但需要减速 钻头间的协调运动：钻头间的协调运动：三个钻头应同向旋转，且各钻头三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，即要求具有运动分解功能，其尺寸之间的距离很小，即要求具有运动分解功能，其尺寸受到限制受到限制 运动方向：运动方向：电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，即要求具有改变运动轴线方向的功能不一致，即要求具有改变运动轴线方向的功能 运动链长度：运动链长度：电动机与钻头之间有较大的传动距离，电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运动链作远距离传动即要求运动链作远距离传动 机构选型机构选型 钻削运动链的设计钻削运动链的设计 运动形式：运动形式：钻头作连续回转运动，运动链的总传动比钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为为2.88，无需运动转换，但需要减速，无需运动转换，但需要减速具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传动、链传 动。考虑到速度较高，距离动。考虑到速度较高，距离较远等因素，选用较远等因素，选用 V带传动带传动 机构选型机构选型 钻削运动链的设计钻削运动链的设计 运动方向：运动方向：电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一致，即要求具有改变运动轴线方向的功能不一致，即要求具有改变运动轴线方向的功能能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交错轴斜传动、蜗杆传动。轮传动、交错轴斜传动、蜗杆传动。考虑到两轴线垂直相交且传动比较小，考虑到两轴线垂直相交且传动比较小，选择圆锥齿轮传动选择圆锥齿轮传动 机构选型机构选型 钻削运动链的设计钻削运动链的设计 运动链长度：运动链长度：电动机与钻头之间有较大的传动距离，电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运动链作远距离传动即要求运动链作远距离传动具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传动、链传 动。考虑到速度较高，距离动。考虑到速度较高，距离较远等因素，选用较远等因素，选用 V带传动带传动 机构选型机构选型 钻削运动链的设计钻削运动链的设计 钻头间的协调运动：钻头间的协调运动：三个钻头应同向旋转，且各钻头三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，即要求具有运动分解功能，其尺寸之间的距离很小，即要求具有运动分解功能，其尺寸受到限制受到限制 三个钻头应同向旋转，选择一个中心三个钻头应同向旋转，选择一个中心齿轮带动周围三个从动齿轮的定轴齿轮带动周围三个从动齿轮的定轴轮系轮系 机构选型机构选型 钻削运动链的设计钻削运动链的设计进给运动链的设计进给运动链的设计 运动形式：运动形式：工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但行程不大，选用凸轮机构但行程不大，选用凸轮机构 传动比：传动比：进给运动链应实现很大的传动比进给运动链应实现很大的传动比563，但进给力，但进给力不需要太大，选用带传动与蜗杆传动实现二级减速不需要太大，选用带传动与蜗杆传动实现二级减速 运动方向：运动方向：进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用蜗杆传动实现回转轴线方向的变化蜗杆传动实现回转轴线方向的变化 机构选型机构选型进给运动链的设计进给运动链的设计 机构选型机构选型送料运动链的设计送料运动链的设计 减速比：减速比：送料运动链减速比与进给运动链相同送料运动链减速比与进给运动链相同 ，故直接，故直接由蜗杆轴带动由蜗杆轴带动 运动形式：运动形式：送料运动规律较复杂，故选用凸轮机构送料运动规律较复杂，故选用凸轮机构 行程：行程：送料杆行程较大，采用连杆机构将行程放大送料杆行程较大，采用连杆机构将行程放大 机构选型机构选型送料运动链的设计送料运动链的设计 机构选型机构选型 机构的组合机构的组合 将以上所选机构组合，将以上所选机构组合，得到图示自动钻床的机得到图示自动钻床的机械传动系统。械传动系统。工作台工作台156432109871211131514机构组合示意框图机构组合示意框图电电动动机机带带传传动动( (2) )凸轮机构凸轮机构( (10) )带传动带传动( (8) )带传动带传动( (3) )锥齿轮传锥齿轮传动动( (4) )圆柱圆柱齿轮齿轮传动传动( (5) )工作台工作台凸轮机构凸轮机构( (12) )连杆连杆机构机构送料杆送料杆蜗杆蜗杆传动传动( (9) )万向联轴节万向联轴节钻头钻头万向联轴节万向联轴节钻头钻头万向联轴节万向联轴节钻头钻头谢 谢 机构的组合机构的组合工作台工作台156432109871211131514