1、機械電子工程原理機械電子工程原理第三章第三章 執行機構執行機構 2定義及特征定義及特征n機械類執行器是一大類執行器，也稱為執行機構。機械類執行器是一大類執行器，也稱為執行機構。一個機電系統中往往有一個或若干個執行機構進一個機電系統中往往有一個或若干個執行機構進行著有序的運動，將力或力矩施加到需要的部位，行著有序的運動，將力或力矩施加到需要的部位，實現某個動作或改變某個物理狀態。實現某個動作或改變某個物理狀態。 n機械類執行器的材料種類繁多，設計制造手段靈機械類執行器的材料種類繁多，設計制造手段靈活。但是機械類執行器的參數調整缺乏靈活性，活。但是機械類執行器的參數調整缺乏靈活性，運動軌跡單一，構

2、件易磨損，金屬材料易疲勞，運動軌跡單一，構件易磨損，金屬材料易疲勞，潤滑繁復。潤滑繁復。n使執行機構運動起來需要動力來驅動，機電系統使執行機構運動起來需要動力來驅動，機電系統中常見的驅動方式是電氣、液壓與氣動。中常見的驅動方式是電氣、液壓與氣動。 33.1基本概念基本概念幾個常用術語幾個常用術語 n在機械工程領域，具備以下三種特征的裝置稱為在機械工程領域，具備以下三種特征的裝置稱為機器：機器：n第一，由兩個以上實體組合而成；第一，由兩個以上實體組合而成；n第二，實體之間以一定幾何形狀的表面互相接觸，第二，實體之間以一定幾何形狀的表面互相接觸，形成可動聯接，且各實體之間有確定的相對運動形成可動聯

3、接，且各實體之間有確定的相對運動規律；規律；n第三，能夠實現能量轉換并輸出機械功。第三，能夠實現能量轉換并輸出機械功。僅僅具有前兩種特征的裝置稱為機構；僅僅具有前兩種特征的裝置稱為機構；構成機構的實體稱為構件；構成機構的實體稱為構件；組成構件的實體稱為零件，組成構件的實體稱為零件，構件可以是一個零件，也可以是若干個彼此沒有相對構件可以是一個零件，也可以是若干個彼此沒有相對運動的零件聯接而成。運動的零件聯接而成。4機器的組成機器的組成n從機械學的立場看，機器的基本功能是通過機械從機械學的立場看，機器的基本功能是通過機械運動來實現物質或能量的傳遞及變換。運動來實現物質或能量的傳遞及變換。n機器的基

4、本單位是機構，一臺機器由一種或一種機器的基本單位是機構，一臺機器由一種或一種以上機構組成。以上機構組成。n一個機構至少有兩個構件，一個構件至少有一個一個機構至少有兩個構件，一個構件至少有一個零件，零件是構造或制造的最小單元實體。零件，零件是構造或制造的最小單元實體。n機械是機器和機構的總稱。機械是機器和機構的總稱。n例如，柴油機是一臺機器，活塞桿與曲軸形成機例如，柴油機是一臺機器，活塞桿與曲軸形成機構，一個活塞和活塞桿形成一個構件，一根曲軸、構，一個活塞和活塞桿形成一個構件，一根曲軸、一個螺釘、一個齒輪是零件。一個螺釘、一個齒輪是零件。 5構件構件n構件在運動時視為一個整體，是運動的最小單元實

5、體，也構件在運動時視為一個整體，是運動的最小單元實體，也是機構的最基本元件。是機構的最基本元件。凡是能傳遞運動和力并在運動時可凡是能傳遞運動和力并在運動時可視為一個整體的物理介質都可稱為構件視為一個整體的物理介質都可稱為構件。構件可以是剛體，。構件可以是剛體，也可以是撓性體，如帶、鏈、繩，也稱為中間件。構件還也可以是撓性體，如帶、鏈、繩，也稱為中間件。構件還可以是流體，如液壓油、水、氣體，也稱為介質。可以是流體，如液壓油、水、氣體，也稱為介質。n機構是工業系統中執行器的基本承擔者。機構是工業系統中執行器的基本承擔者。n機構中的構件分為原動構件和被動構件。原動構件也稱為機構中的構件分為原動構件和

6、被動構件。原動構件也稱為主動構件、輸入構件，它的運動由外部輸入決定。被動構主動構件、輸入構件，它的運動由外部輸入決定。被動構件也稱為從動構件，直接向外輸出運動或力、力矩的構件件也稱為從動構件，直接向外輸出運動或力、力矩的構件稱為輸出構件。輸出構件的運動應是所需的運動。稱為輸出構件。輸出構件的運動應是所需的運動。6構件的關系構件的關系n為了描述運動的傳遞和變換關系，必須選定其中一個構件為了描述運動的傳遞和變換關系，必須選定其中一個構件作為參照體，將這個構件視為靜止的，稱為機架。換言之，作為參照體，將這個構件視為靜止的，稱為機架。換言之，必須有一個構件作為機架。同時，要有至少一個構件作為必須有一個

7、構件作為機架。同時，要有至少一個構件作為原動構件，至少一個構件作為被動構件。原動構件，至少一個構件作為被動構件。n在有些系統中，需要的運動形式與原動構件的運動形式不在有些系統中，需要的運動形式與原動構件的運動形式不同，或原動構件不便于直接作用于被動構件，或原動構件同，或原動構件不便于直接作用于被動構件，或原動構件輸出的力、力矩不符合要求，這些情況下就需要某種機構輸出的力、力矩不符合要求，這些情況下就需要某種機構實現實現運動變換或傳遞運動變換或傳遞。n為了便于說明兩個構件接觸所形成的關系，引入運動副的為了便于說明兩個構件接觸所形成的關系，引入運動副的概念。運動副是兩個構件以一定幾何形狀和尺寸的表

8、面互概念。運動副是兩個構件以一定幾何形狀和尺寸的表面互相接觸所形成的可動聯接，如直線導軌副、蝸輪蝸桿副、相接觸所形成的可動聯接，如直線導軌副、蝸輪蝸桿副、絲杠螺母副。構件就是通過運動副的兩個零件的接觸面傳絲杠螺母副。構件就是通過運動副的兩個零件的接觸面傳遞力和運動的。遞力和運動的。 7傳動傳動n廣義的傳動有機械傳動、電氣傳動、流體傳動三廣義的傳動有機械傳動、電氣傳動、流體傳動三類，它們的區別是介質不同、輸入能量形式不同，類，它們的區別是介質不同、輸入能量形式不同，它們的共同點是輸出運動、力或力矩。流體傳動它們的共同點是輸出運動、力或力矩。流體傳動中的缸、閥、馬達等裝置常被稱為執行元件。中的缸、

9、閥、馬達等裝置常被稱為執行元件。“傳動機構傳動機構”一詞常指機械傳動中的機構。一詞常指機械傳動中的機構。n在工程實際的很多場合中，不論機械、電氣、液在工程實際的很多場合中，不論機械、電氣、液壓還是氣動傳動，一個裝置同時承擔執行與傳動壓還是氣動傳動，一個裝置同時承擔執行與傳動兩個作用，傳動的目的是執行某種動作，或產生兩個作用，傳動的目的是執行某種動作，或產生某種運動，或輸出力、力矩。某種運動，或輸出力、力矩。8執行機構的基本作用執行機構的基本作用 n執行機構的作用是輸出機械運動、力或力矩。執行機構的作用是輸出機械運動、力或力矩。 n工業系統中，需要執行的運動形式除工業系統中，需要執行的運動形式除

10、旋轉運動旋轉運動和和直線往復直線往復運動運動兩大類外，還有擺動往復、各種平面或空間曲線運動。兩大類外，還有擺動往復、各種平面或空間曲線運動。n各種運動形式必須用執行機構來實現，不同運動形式之間各種運動形式必須用執行機構來實現，不同運動形式之間還需要進行適當的轉換，因此執行機構在實現運動時往往還需要進行適當的轉換，因此執行機構在實現運動時往往還必須完成運動轉換和傳遞。還必須完成運動轉換和傳遞。 n在工業系統中往往有這種情況：所需的運動形式與原動機在工業系統中往往有這種情況：所需的運動形式與原動機的運動形式不同，這就需要執行機構能實現運動的傳遞和的運動形式不同，這就需要執行機構能實現運動的傳遞和轉

11、換。有的系統中，需要施加力、力矩或運動的部位與動轉換。有的系統中，需要施加力、力矩或運動的部位與動力源之間有一定空間距離，就需要在動力源與執行器之間力源之間有一定空間距離，就需要在動力源與執行器之間設計專門的運動轉換和傳遞機構，也稱為傳動機構。設計專門的運動轉換和傳遞機構，也稱為傳動機構。9執行機構的分類執行機構的分類 n按各運動構件上各點的運動平面是否相互平行可按各運動構件上各點的運動平面是否相互平行可分為平面機構和空間機構兩類：分為平面機構和空間機構兩類：平面機構平面機構如圓柱齒輪機構、平面連桿機構等；如圓柱齒輪機構、平面連桿機構等；空間機構空間機構如圓錐齒輪機構、空間連桿機構等。如圓錐齒

12、輪機構、空間連桿機構等。n按構件接觸的方式可分為摩擦和嚙合兩類：按構件接觸的方式可分為摩擦和嚙合兩類：摩擦傳動摩擦傳動又分為直接接觸的摩擦輪傳動和經過中間件又分為直接接觸的摩擦輪傳動和經過中間件的帶傳動；的帶傳動；嚙合傳動嚙合傳動也有直接接觸的齒輪、蝸輪蝸桿傳動、齒輪也有直接接觸的齒輪、蝸輪蝸桿傳動、齒輪齒條傳動和經過中間件的同步齒形帶傳動、鏈傳動。齒條傳動和經過中間件的同步齒形帶傳動、鏈傳動。 10執行機構的分類執行機構的分類n按機構的結構特征可分為連桿機構、斜面機構、按機構的結構特征可分為連桿機構、斜面機構、凸輪機構、棘輪機構、槽輪機構等。凸輪機構、棘輪機構、槽輪機構等。 n按輸出的運動特

13、征可分為勻速機構、非勻速轉動按輸出的運動特征可分為勻速機構、非勻速轉動機構、往復運動機構、直線運動機構、換向機構、機構、往復運動機構、直線運動機構、換向機構、間歇運動機構和差動機構等。間歇運動機構和差動機構等。 n按實現的功用可分為安全保險機構、聯鎖機構、按實現的功用可分為安全保險機構、聯鎖機構、定位夾緊機構、擒縱機構和實現某種數學運算的定位夾緊機構、擒縱機構和實現某種數學運算的機構等。機構等。 11執行機構的幾個例子執行機構的幾個例子 n執行機構輸出運動、力或力矩，可以實現改變運執行機構輸出運動、力或力矩，可以實現改變運動方向、改變速度、力的放大和反饋、幾個零件動方向、改變速度、力的放大和反

14、饋、幾個零件間的運動同步、物料傳送、遠距離傳動等功能。間的運動同步、物料傳送、遠距離傳動等功能。執行機構可以改變物體的位置（包括角位置）執行機構可以改變物體的位置（包括角位置） 12執行機構的幾個例子執行機構的幾個例子n執行機構可以改變運動速度和方向。例如用曲柄執行機構可以改變運動速度和方向。例如用曲柄搖桿機構實現牛頭刨床的直線往復運動，可以使搖桿機構實現牛頭刨床的直線往復運動，可以使刨刀的正程速度較慢，而返程速度較快。刨刀的正程速度較慢，而返程速度較快。牛頭刨主傳動機構牛頭刨主傳動機構 13執行機構的幾個例子執行機構的幾個例子n執行機構可以從一個坐標點沿某一軌跡運動到另執行機構可以從一個坐標

15、點沿某一軌跡運動到另一坐標點。如關節式機器人執行點焊工序，移動一坐標點。如關節式機器人執行點焊工序，移動機器人執行船殼鋼板切割任務。機器人執行船殼鋼板切割任務。 14執行機構的幾個例子執行機構的幾個例子n執行機構可以將力、力矩放大輸出。例如在飛機、執行機構可以將力、力矩放大輸出。例如在飛機、船舶、重型汽車的方向操縱、汽車剎車伺服系統船舶、重型汽車的方向操縱、汽車剎車伺服系統中，又如主從式機械手中，人不可能直接施加足中，又如主從式機械手中，人不可能直接施加足夠大的力，常采用杠桿機構或液壓機構實現力、夠大的力，常采用杠桿機構或液壓機構實現力、力矩的放大。力矩的放大。 15執行機構的幾個例子執行機構

16、的幾個例子n執行機構可以實現運動間的執行機構可以實現運動間的跟隨或同步。譬如仿形車床跟隨或同步。譬如仿形車床或仿形銑床用的一類機構，或仿形銑床用的一類機構，可以使刀具跟隨模板邊界形可以使刀具跟隨模板邊界形狀行走。狀行走。n執行機構能夠完成物料傳送。執行機構能夠完成物料傳送。如傳送帶、懸掛輸送鏈、傳如傳送帶、懸掛輸送鏈、傳送梁等是專門用來傳送物料送梁等是專門用來傳送物料的。的。16執行機構的幾個例子執行機構的幾個例子n機構可以在較遠距離上傳動。當原動力設備體積機構可以在較遠距離上傳動。當原動力設備體積過于龐大或過重，不能直接安置于需要運動的部過于龐大或過重，不能直接安置于需要運動的部位，就需要將

17、運動越過一定距離進行傳動，這種位，就需要將運動越過一定距離進行傳動，這種傳運常用彈性金屬纜索、連桿、皮帶、鏈條、液傳運常用彈性金屬纜索、連桿、皮帶、鏈條、液壓或氣壓管道來實現。壓或氣壓管道來實現。手術機器人手術機器人17執行機構的幾個例子執行機構的幾個例子n機構可以實現一些曲線運動。例如用凸輪、偏心機構可以實現一些曲線運動。例如用凸輪、偏心輪、曲柄、連桿等組合可以使執行件走出不同的輪、曲柄、連桿等組合可以使執行件走出不同的平面或空間曲線。平面或空間曲線。 發動機的凸輪發動機的凸輪-氣門機構和曲柄氣門機構和曲柄-連桿機構連桿機構 曲柄曲柄-連桿機構連桿機構 183.2帶輪機構帶輪機構 n帶是撓性

18、體，作為中間件張緊在主動輪和從動輪帶是撓性體，作為中間件張緊在主動輪和從動輪的輪緣上，構成帶輪機構。的輪緣上，構成帶輪機構。n帶輪有摩擦型和嚙合型兩類。摩擦型帶又有圓形帶輪有摩擦型和嚙合型兩類。摩擦型帶又有圓形帶、平帶、帶、平帶、V形帶（又稱為三角帶）和多楔形帶形帶（又稱為三角帶）和多楔形帶等幾種截面形狀。等幾種截面形狀。 (a) 平帶平帶 (b) V形帶形帶 (c) 多楔形帶多楔形帶 (d) 圓形帶圓形帶 (e) 原理圖原理圖摩擦型帶輪機構的原理和幾種截面形狀摩擦型帶輪機構的原理和幾種截面形狀19摩擦型和嚙合型帶輪摩擦型和嚙合型帶輪n由于存在滑動，摩擦型帶輪的傳動比精度低，傳由于存在滑動，摩

19、擦型帶輪的傳動比精度低，傳動效率低。動效率低。n摩擦型帶輪機構具有緩沖和吸振作用，過載能力摩擦型帶輪機構具有緩沖和吸振作用，過載能力較強，傳動平穩，噪聲低，能夠在較大的軸距上較強，傳動平穩，噪聲低，能夠在較大的軸距上傳送轉矩。傳送轉矩。n嚙合型帶輪也稱為同步齒形帶輪，傳動比的精度嚙合型帶輪也稱為同步齒形帶輪，傳動比的精度較高，有較高的傳動效率，且運動平穩，振動小，較高，有較高的傳動效率，且運動平穩，振動小，噪聲低。噪聲低。 203.3鏈輪機構鏈輪機構 n鏈是撓性體，作為中間件張緊在主動鏈輪和從動鏈輪上，鏈是撓性體，作為中間件張緊在主動鏈輪和從動鏈輪上，鏈輪與鏈嚙合，主動軸與從動軸平行鏈輪與鏈嚙

20、合，主動軸與從動軸平行 。n因為不存在打滑現象，所以鏈輪機構能保證準確的傳動比。因為不存在打滑現象，所以鏈輪機構能保證準確的傳動比。鏈的張緊程度可以比帶的張緊程度低，因此作用于軸的徑鏈的張緊程度可以比帶的張緊程度低，因此作用于軸的徑向力小。鏈輪機構的效率高，能夠在較大的軸距上傳送轉向力小。鏈輪機構的效率高，能夠在較大的軸距上傳送轉矩。矩。 n鏈輪機構不能吸收沖擊和振動，高速傳動時平穩性差，不鏈輪機構不能吸收沖擊和振動，高速傳動時平穩性差，不適于載荷變化大的場合，不能用于非平行軸傳動。適于載荷變化大的場合，不能用于非平行軸傳動。 213.4齒輪機構齒輪機構 n齒輪機構以嚙合方式在兩個軸之間傳遞運

21、動和動齒輪機構以嚙合方式在兩個軸之間傳遞運動和動力，輪齒受力的情況類似懸臂梁，且應力是交變力，輪齒受力的情況類似懸臂梁，且應力是交變的。的。n常見的齒輪有圓柱齒輪和錐形齒輪兩大類。常見的齒輪有圓柱齒輪和錐形齒輪兩大類。 n圓柱齒輪用于在平行軸之間傳遞力矩，也可實現圓柱齒輪用于在平行軸之間傳遞力矩，也可實現分檔的轉速變換和轉矩傳遞，如普通機床、汽車分檔的轉速變換和轉矩傳遞，如普通機床、汽車的變速箱中。的變速箱中。 22圓柱齒輪圓柱齒輪n圓柱齒輪按齒輪的齒廓形狀可分為漸開線、擺線、圓柱齒輪按齒輪的齒廓形狀可分為漸開線、擺線、圓弧等，按齒輪的齒線形狀可分為直齒、斜齒、圓弧等，按齒輪的齒線形狀可分為直

22、齒、斜齒、人字齒、圓弧齒等。人字齒、圓弧齒等。 (a) 直齒圓柱齒輪 (b) 斜齒圓柱齒輪 (c) 交錯軸斜齒輪23錐齒輪錐齒輪n錐齒輪能夠在相交軸或交錯軸之間傳遞力矩，主錐齒輪能夠在相交軸或交錯軸之間傳遞力矩，主動軸和從動軸的相對位置有正交、斜交、偏置幾動軸和從動軸的相對位置有正交、斜交、偏置幾種。錐齒輪按齒面節線可分為直齒、斜齒、圓弧種。錐齒輪按齒面節線可分為直齒、斜齒、圓弧齒、擺線齒、準雙曲面齒。齒、擺線齒、準雙曲面齒。 (d) 直齒錐齒輪 (e) 斜齒錐齒輪 (f) 曲線齒錐齒輪 24行星齒輪系和齒輪齒條行星齒輪系和齒輪齒條n行星齒輪系能實現某些具有周期性、對稱性的運行星齒輪系能實現某

23、些具有周期性、對稱性的運動軌跡；諧波齒輪能實現主動軸與從動軸同軸的動軌跡；諧波齒輪能實現主動軸與從動軸同軸的執行機構，多用于結構緊湊的減速機；齒輪齒條執行機構，多用于結構緊湊的減速機；齒輪齒條機構能夠實現轉動與直線運動之間的運動轉換。機構能夠實現轉動與直線運動之間的運動轉換。 齒輪齒條行星齒輪系25齒輪機構的特點齒輪機構的特點n齒輪機構優點是：效率高，壽命長，瞬時傳動比齒輪機構優點是：效率高，壽命長，瞬時傳動比穩定，結構緊湊，傳遞功率和圓周速度的范圍寬。穩定，結構緊湊，傳遞功率和圓周速度的范圍寬。n齒輪機構的缺點是：不能吸收沖擊和振動，輪齒齒輪機構的缺點是：不能吸收沖擊和振動，輪齒易磨損，過載

24、或疲勞會使輪齒發生塑性變形或折易磨損，過載或疲勞會使輪齒發生塑性變形或折斷，因而過載能力差，反向時因游隙而出現回差斷，因而過載能力差，反向時因游隙而出現回差（空行程），高速運行時噪聲大，齒面硬度和齒（空行程），高速運行時噪聲大，齒面硬度和齒形精度要求高，制造困難，安裝精度要求高，不形精度要求高，制造困難，安裝精度要求高，不適于遠軸距傳動。適于遠軸距傳動。263.5螺旋機構螺旋機構 n螺旋機構將絲杠的回轉運動變換為螺母的直線運螺旋機構將絲杠的回轉運動變換為螺母的直線運動，同時將轉矩變換成沿絲杠軸向推力或拉力。動，同時將轉矩變換成沿絲杠軸向推力或拉力。n螺旋機構結構緊湊，傳動準確，運動均勻平穩，螺

25、旋機構結構緊湊，傳動準確，運動均勻平穩，易于自鎖。易于自鎖。n按照用途可將螺旋機構分為傳力螺旋、傳導螺旋、按照用途可將螺旋機構分為傳力螺旋、傳導螺旋、調整螺旋。調整螺旋。 n按照摩擦形式可將螺旋機構分為滑動摩擦螺旋機按照摩擦形式可將螺旋機構分為滑動摩擦螺旋機構、滾動摩擦螺旋機構、靜壓滑動摩擦螺旋機構。構、滾動摩擦螺旋機構、靜壓滑動摩擦螺旋機構。 27滑動摩擦螺旋機構滑動摩擦螺旋機構n滑動摩擦螺旋機構的優點是：結構簡單，制造方滑動摩擦螺旋機構的優點是：結構簡單，制造方便，易于實現自鎖，運轉平穩。便，易于實現自鎖，運轉平穩。n滑動摩擦螺旋機構的缺點是：低速運動中或微小滑動摩擦螺旋機構的缺點是：低速

26、運動中或微小運動時可能出現爬行現象，摩擦阻力大，傳動效運動時可能出現爬行現象，摩擦阻力大，傳動效率率僅為僅為0.30.6，磨損大，螺紋間有間隙，換向時，磨損大，螺紋間有間隙，換向時有空行程，造成滯環。雖然有這些缺點，滑動螺有空行程，造成滯環。雖然有這些缺點，滑動螺旋機構仍然是使用最廣泛的螺旋機構，傳力、傳旋機構仍然是使用最廣泛的螺旋機構，傳力、傳導和調整三類用途均有滑動摩擦螺旋機構。導和調整三類用途均有滑動摩擦螺旋機構。 28滾動摩擦螺旋機構滾動摩擦螺旋機構 n滾動摩擦螺旋機構中的滾動體多為鋼球，也有圓滾動摩擦螺旋機構中的滾動體多為鋼球，也有圓柱滾子或圓錐滾子，又稱為滾珠絲杠。它的優點柱滾子或

27、圓錐滾子，又稱為滾珠絲杠。它的優點是摩擦阻力小，傳動效率可達是摩擦阻力小，傳動效率可達0.9以上，運行平穩，以上，運行平穩，低速運動時沒有爬行現象，啟動時沒有抖動，能低速運動時沒有爬行現象，啟動時沒有抖動，能夠實現高精度定位。夠實現高精度定位。n滾珠絲杠的缺點是結構復雜，制造成本高，抗沖滾珠絲杠的缺點是結構復雜，制造成本高，抗沖擊能力差。滾珠絲杠用于精密數控機床、測試機擊能力差。滾珠絲杠用于精密數控機床、測試機械和儀器。械和儀器。29靜壓螺旋機構靜壓螺旋機構 n靜壓螺旋機構的絲杠與螺母之間有油膜隔開，因而摩擦小，靜壓螺旋機構的絲杠與螺母之間有油膜隔開，因而摩擦小，磨損小，壽命長，傳動效率高達磨

28、損小，壽命長，傳動效率高達0.99，運動平穩，無爬行，運動平穩，無爬行現象，可逆向傳動，運動換向時空行程小，定位精度高，現象，可逆向傳動，運動換向時空行程小，定位精度高，軸向剛度大。缺點是結構復雜，制造成本高，供油系統要軸向剛度大。缺點是結構復雜，制造成本高，供油系統要求高。這種機構用于精密機床的進給機構或分度機構。求高。這種機構用于精密機床的進給機構或分度機構。303.6蝸輪蝸桿機構蝸輪蝸桿機構 n蝸輪蝸桿機構中，蝸輪軸與蝸桿軸的交角為蝸輪蝸桿機構中，蝸輪軸與蝸桿軸的交角為90 ，這種機構是從交錯軸斜齒的圓柱齒輪演變而來的。這種機構是從交錯軸斜齒的圓柱齒輪演變而來的。 n由于運動中有至少兩對

29、齒同時嚙合，所以運行平由于運動中有至少兩對齒同時嚙合，所以運行平穩，噪聲低。這種機構可以具有自鎖能力，即只穩，噪聲低。這種機構可以具有自鎖能力，即只能蝸桿作為主動輪，而蝸輪作為從動輪，反向傳能蝸桿作為主動輪，而蝸輪作為從動輪，反向傳動不能實現。動不能實現。n蝸輪蝸桿機構有一個與圓弧齒輪相同的缺點：齒蝸輪蝸桿機構有一個與圓弧齒輪相同的缺點：齒間存在相對滑動。因此，運行中磨損較嚴重，摩間存在相對滑動。因此，運行中磨損較嚴重，摩擦損耗大，導致工作效率低。擦損耗大，導致工作效率低。 n由于以上特點，蝸輪蝸桿機構通常用于兩軸交錯、由于以上特點，蝸輪蝸桿機構通常用于兩軸交錯、傳動比大、要求結構緊湊或必須自

30、鎖的系統中。傳動比大、要求結構緊湊或必須自鎖的系統中。 313.7直線導軌直線導軌 n直線導軌常簡稱為導軌，它的作用是支承并引導直線導軌常簡稱為導軌，它的作用是支承并引導運動部件沿給定軌跡和行程作直線往復運動。運動部件沿給定軌跡和行程作直線往復運動。n導軌由兩個相對運動的部件組成，一個部件固定導軌由兩個相對運動的部件組成，一個部件固定在機架上，稱為定軌，另一個在定軌上移動，稱在機架上，稱為定軌，另一個在定軌上移動，稱為動軌。為動軌。n導軌多用于需要作直線往復運動的執行器。導軌多用于需要作直線往復運動的執行器。n按軌面摩擦性質可將導軌分為滑動導軌、滾動導按軌面摩擦性質可將導軌分為滑動導軌、滾動導

31、軌、液體靜壓導軌、氣浮導軌、磁浮導軌。軌、液體靜壓導軌、氣浮導軌、磁浮導軌。 32滑動導軌滑動導軌n滑動導軌結構簡單，剛性好，摩擦阻力大，連續滑動導軌結構簡單，剛性好，摩擦阻力大，連續運行磨損快，制造中軌面刮研工序的要求很高。運行磨損快，制造中軌面刮研工序的要求很高。滑動導軌的靜摩擦系數與動摩擦系數差別大，因滑動導軌的靜摩擦系數與動摩擦系數差別大，因此低速運動時可能產生爬行現象。滑動導軌常用此低速運動時可能產生爬行現象。滑動導軌常用于各種機床的工作臺或床身導軌，裝配在動軌上于各種機床的工作臺或床身導軌，裝配在動軌上的多是工作臺、滑臺、滑板、導靴、頭架等。導的多是工作臺、滑臺、滑板、導靴、頭架等

32、。導軌截面有矩形、燕尾形、軌截面有矩形、燕尾形、V形、圓形等，形、圓形等， 33滾動導軌滾動導軌n滾動導軌的結構是在運動部件與支承部件之間放滾動導軌的結構是在運動部件與支承部件之間放置滾動體，如滾珠、滾柱、滾針或滾動軸承。置滾動體，如滾珠、滾柱、滾針或滾動軸承。n滾動導軌的優點是：摩擦系數不大于滑動導軌摩滾動導軌的優點是：摩擦系數不大于滑動導軌摩擦系數的擦系數的1/10，靜摩擦系數與動摩擦系數差別小，靜摩擦系數與動摩擦系數差別小，不易出現爬行現象，可用小功率電動機拖動，定不易出現爬行現象，可用小功率電動機拖動，定位精度高，壽命長。位精度高，壽命長。n滾動導軌的缺點是：阻尼小而容易引起超調或振滾

33、動導軌的缺點是：阻尼小而容易引起超調或振蕩，剛度低，制造困難，對臟污和軌面誤差較敏蕩，剛度低，制造困難，對臟污和軌面誤差較敏感。感。n滾動導軌多用于光學機械、精密儀器、數控機床、滾動導軌多用于光學機械、精密儀器、數控機床、紡織機械等。紡織機械等。 34液體靜壓導軌、氣液體靜壓導軌、氣/磁浮導軌磁浮導軌n液體靜壓導軌和氣浮導軌的動軌和定軌之間存在液體靜壓導軌和氣浮導軌的動軌和定軌之間存在有壓力流體，而磁懸浮導軌利用磁極有壓力流體，而磁懸浮導軌利用磁極“同性相斥同性相斥”的原理，使動軌和定軌之間保持一定的間隙。這的原理，使動軌和定軌之間保持一定的間隙。這些導軌摩擦更小，幾乎沒有磨損，也無爬行現象，

34、些導軌摩擦更小，幾乎沒有磨損，也無爬行現象，但是剛度低，阻尼小，設計、制造和運行控制較但是剛度低，阻尼小，設計、制造和運行控制較復雜。復雜。n影響導軌導向精度的主要因素有：導軌本身的直影響導軌導向精度的主要因素有：導軌本身的直線度、兩個軌面的平行度、軌面粗糙度、耐磨性線度、兩個軌面的平行度、軌面粗糙度、耐磨性能、剛度、潤滑措施等。能、剛度、潤滑措施等。353.8連桿機構連桿機構 n連桿機構的特點是：原動件的運動總要經過一個連桿機構的特點是：原動件的運動總要經過一個不直接與機架相聯的剛性中間件才能將運動傳遞不直接與機架相聯的剛性中間件才能將運動傳遞到輸出構件。平面機構的各個構件都在相互平行到輸出

35、構件。平面機構的各個構件都在相互平行的平面內運動，空間連桿機構的各構件運動沒有的平面內運動，空間連桿機構的各構件運動沒有這一約束。這一約束。n連桿機構中的連桿機構中的“桿桿”可以有多種形狀，但最常采可以有多種形狀，但最常采用桿狀，也統稱為用桿狀，也統稱為“桿桿”。在平面連桿機構中，。在平面連桿機構中，原動件保持運動不變的情況下，通過改變各桿件原動件保持運動不變的情況下，通過改變各桿件的相對長度，就可以使從動件實現不同的運動，的相對長度，就可以使從動件實現不同的運動，而且一個連桿上不同點的軌跡也不同。而且一個連桿上不同點的軌跡也不同。n連桿機構中必有一個構件是機架。連桿機構中必有一個構件是機架。

36、36鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 n鉸鏈四桿機構是一種最常見的平面四桿機構。它鉸鏈四桿機構是一種最常見的平面四桿機構。它可以作為曲柄搖桿機構，搖桿作為原動件擺動時，可以作為曲柄搖桿機構，搖桿作為原動件擺動時，曲柄能整周轉動。雷達天線俯仰機、縫紉機踏板曲柄能整周轉動。雷達天線俯仰機、縫紉機踏板機構、一些農用人力機械中可以見到這種機構。機構、一些農用人力機械中可以見到這種機構。 (a) 原理圖 (b) 雷達天線俯仰角調整機構 (c) 縫紉機腳踏板機構37雙曲柄機構雙曲柄機構 n如果鉸鏈平行四桿機構的兩個連桿都作為曲柄，如果鉸鏈平行四桿機構的兩個連桿都作為曲柄，就成為雙曲柄機構，其中一個曲柄為主動件，另

37、就成為雙曲柄機構，其中一個曲柄為主動件，另一個曲柄為從動件，這樣兩個曲柄以相同速度同一個曲柄為從動件，這樣兩個曲柄以相同速度同向轉動，連桿作平動。沖床、鐵路機車車輪、攝向轉動，連桿作平動。沖床、鐵路機車車輪、攝影平臺升降機、公交車門的雙扇門開閉機構都利影平臺升降機、公交車門的雙扇門開閉機構都利用了這種機構。用了這種機構。 38雙搖桿機構雙搖桿機構n如果鉸鏈四桿機構的兩個連架桿都作為搖桿，則如果鉸鏈四桿機構的兩個連架桿都作為搖桿，則成為雙搖桿機構，用在車輛的前輪轉向機構、大成為雙搖桿機構，用在車輛的前輪轉向機構、大型造型機的翻箱機構。型造型機的翻箱機構。 港口用起重吊車港口用起重吊車 39平面四

38、桿機構平面四桿機構n平面四桿機構還可以演變為曲柄滑塊機構、曲柄平面四桿機構還可以演變為曲柄滑塊機構、曲柄搖塊機構、轉動導桿機構、直動導桿機構、擺動搖塊機構、轉動導桿機構、直動導桿機構、擺動導桿機構、回轉導桿機構、擺線導桿機構、偏心導桿機構、回轉導桿機構、擺線導桿機構、偏心輪機構、雙滑塊四桿機構等。輪機構、雙滑塊四桿機構等。n在刨床、飛機起落架、輪椅制動裝置、拉鉚機中在刨床、飛機起落架、輪椅制動裝置、拉鉚機中等很多機械中采用了平面四桿機構的演變形式。等很多機械中采用了平面四桿機構的演變形式。 (a) 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 (b) 曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構 (c) 轉動導桿機構轉動導桿機構 (

39、d) 擺動導桿機構擺動導桿機構403.9凸輪、棘輪和槽輪凸輪、棘輪和槽輪 n凸輪和推桿的組合常簡稱為凸輪機構。凸輪往往凸輪和推桿的組合常簡稱為凸輪機構。凸輪往往是原動件，作轉動或往復擺動，被凸輪直接推動是原動件，作轉動或往復擺動，被凸輪直接推動的從動件稱為推桿，凸輪與推桿成線接觸。凸輪的從動件稱為推桿，凸輪與推桿成線接觸。凸輪的設計主要是根據推桿的預期運動求出凸輪輪廓的設計主要是根據推桿的預期運動求出凸輪輪廓線。線。 41棘輪機構棘輪機構n棘輪和棘爪構成的機構能將擺動變換為單向的間棘輪和棘爪構成的機構能將擺動變換為單向的間歇運動，棘輪機構可以實現步進、轉位、反向制歇運動，棘輪機構可以實現步進、

40、轉位、反向制動、超越動作。動、超越動作。n譬如牛頭刨床的工作臺進給機構就用了棘輪機構，譬如牛頭刨床的工作臺進給機構就用了棘輪機構，提升機用棘輪作反向制動，自行車后輪用內嚙合提升機用棘輪作反向制動，自行車后輪用內嚙合棘輪實現超越動作。棘輪實現超越動作。 42槽輪機構槽輪機構 n槽輪也是一種間歇運動機構。槽輪沿徑向開有若槽輪也是一種間歇運動機構。槽輪沿徑向開有若干的槽，一個圓柱形銷在沿槽滑動。如果各槽間干的槽，一個圓柱形銷在沿槽滑動。如果各槽間夾角相等，槽數一確定，槽間角便確定。槽輪機夾角相等，槽數一確定，槽間角便確定。槽輪機構用在需要改變轉角而又不頻繁改變的場合。構用在需要改變轉角而又不頻繁改變的場合。 43 3.10機架機架 n機架在工業系統中用于支承和容納各種零部件、機架在工業系統中用于支承和容納各種零部件、機構。機架本身也是構件，箱體、底座、機身、機構。機架本身也是構件，箱體、底座、機身、基礎平臺是常見的形式。基礎平臺是常見的形式。n內燃機機體、變速箱體、車床床身、搖臂鉆床底內燃機機體、變速箱體、車床床身、搖臂鉆床底板、計算機的磁盤機底板、電梯的轎廂框都是機板、計算機的磁盤機底板、電梯的轎廂框都是機架的例子。機架往往是系統中尺寸最大或質量最架的例子。機架往往是系統中尺寸最大或質量最大的零件。大的零件。 44機架的作用機架的作用n機架的作用是給出靜態部件的定位基準和運動部件運機