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畢業(yè)設(shè)計(jì) 課題名稱 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 系 別 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 1 頁(yè) 共 31 頁(yè) 目 錄 摘 要 2 ABSTRACT 2 第一章 緒論 3 1 1 教學(xué)模型用具的發(fā)展背景及意義 3 1 2 四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)模型設(shè)計(jì)的內(nèi)容 3 1 3 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求 3 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 4 2 1 四桿機(jī)構(gòu)概述 4 2 1 1 連桿機(jī)構(gòu)類型 5 2 1 2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 5 2 2 連桿教具設(shè)計(jì)要求分析 8 2 2 1 設(shè)計(jì)要求 8 2 2 2 設(shè)計(jì)思路 8 2 3 連桿教具方案設(shè)計(jì) 8 第三章 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 3 1 機(jī)構(gòu)分析 9 3 1 1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 9 3 1 2 雙曲柄機(jī)構(gòu) 9 3 1 3 雙搖桿機(jī)構(gòu) 10 3 1 4 其他機(jī)構(gòu)的演化方法 10 3 2 運(yùn)動(dòng)分析 11 3 2 1 運(yùn)動(dòng)特性參數(shù) 11 3 2 2 運(yùn)動(dòng)特性方程 14 3 3 連桿教具尺寸的確定 17 3 3 1 總體尺寸的確定 17 3 3 2 各構(gòu)件尺寸的確定 17 3 4 連桿教具材料的選擇 18 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 2 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第四章 零件制造和裝配工藝 20 4 1 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 20 4 2 零件裝配和維修結(jié)構(gòu)工藝性 22 第五章 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具使用說(shuō)明 23 5 1 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具構(gòu)成 24 5 2 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具使用說(shuō)明 24 5 2 1 鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)類使用說(shuō)明 25 5 2 1 含移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)使用說(shuō)明 26 總 結(jié) 27 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 29 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 3 頁(yè) 共 31 頁(yè) 摘 要 平面連桿機(jī)構(gòu)在重型機(jī)械 紡織機(jī)械 食品機(jī)械 包裝機(jī)械 農(nóng)業(yè)機(jī)械中都有廣 泛的應(yīng)用 在三種基本機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上通過改變幾家構(gòu)件和改善桿件長(zhǎng)度就可以達(dá)到改變 運(yùn)動(dòng)形式的目的 為了能在教學(xué)中直觀顯現(xiàn)這一特性 本設(shè)計(jì)的連桿教學(xué)用具 可以 通過調(diào)整教學(xué)模型各部件之間的位置關(guān)系 可以實(shí)現(xiàn)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙 搖桿機(jī)構(gòu) 平行四邊形機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖塊機(jī) 構(gòu) 移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的功能 方便直觀的實(shí)現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換的各種功能的演示 關(guān)鍵詞 連桿機(jī)構(gòu) 教學(xué)模型 制圖 制造工藝 Abstract Plane linkage mechanism in heavy machinery textile machinery food machinery packaging machinery agricultural machinery have wide applications On the basis of three basic institutions on several components by changing the length of the rod and the improvement we can achieve the purpose of changing the form of movement in order to visually show this feature in teaching designed to link the teaching aids teaching model can be adjusted the positional relationship between the various components can be achieved rocker mechanism double crank mechanism double rocker mechanism parallelogram mechanism slider crank rotate the guide rod mechanism swing guide rod mechanism crank block mechanism move the guide rod functional institutions convenient and intuitive realization demonstrates linkage to convert various functions Keywords Linkage Teaching model Mapping Manufacturing processes 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 4 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第一章 緒論 1 1 教學(xué)模型用具的發(fā)展背景及意義 隨著知識(shí)面的提升 傳統(tǒng)的 我教你學(xué) 我講你聽 我念你寫 的教學(xué)方法已經(jīng)很 難適應(yīng)現(xiàn)在的教學(xué)模式了 隨著專業(yè)領(lǐng)域的拓展 在教學(xué)中的各種抽象的 微觀的事 物越來(lái)越不能讓學(xué)生們直觀的去理解了 例如 生物學(xué) 分子學(xué) 解剖學(xué) 以及在我 們機(jī)械行業(yè)中不常見的機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu) 所以在課堂上引進(jìn)了實(shí)體教學(xué) 現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等各 類教學(xué)手段 而用的最多的就是掛圖和模型類了 它可以讓學(xué)生跟直觀的去理解抽象 的事物 例如分子形式 生物內(nèi)部構(gòu)成 機(jī)械的內(nèi)部構(gòu)造以及運(yùn)動(dòng)形式 所以教學(xué)模型在基礎(chǔ)教學(xué)上有事半功倍 舉一反三的教學(xué)意義 1 2 四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)模型設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1 擬定和分析連桿教具的設(shè)計(jì)方案 2 選擇合適尺寸與材料加工 3 繪制零件與裝配圖 4 編制零件的制造與裝配工藝 5 制造教具 6 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 準(zhǔn)備答辯 1 3 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求 1 檢索連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具相關(guān)資料 制定詳細(xì)設(shè)計(jì)方案 完成設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì) 2 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 形成成套產(chǎn)品圖紙 裝配圖 零件圖 圖紙要符合機(jī)械制 圖標(biāo)準(zhǔn) 3 編制相關(guān)零件的制造和裝配工藝 計(jì)算論文 大致 30 業(yè)以上 1 萬(wàn)字左右 5 按照裝配工藝制造教具 要求有成品 6 要翻譯 5000 字左右的外文文獻(xiàn)資料 7 閱讀 15 篇以上的參考文獻(xiàn) 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 5 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 2 1 四桿機(jī)構(gòu)概述 平面連桿機(jī)構(gòu)是將各構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu) 最簡(jiǎn)單的平面 連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的 簡(jiǎn)稱平面四桿機(jī)構(gòu) 它的應(yīng)用非常廣泛 而且是組成 多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ) 平面四桿機(jī)構(gòu)可分為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和含有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu) 全部用回轉(zhuǎn)副組成 的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 如圖 3 1 所示 機(jī)構(gòu)的固定件 4 稱為機(jī)架 與機(jī) 架用回轉(zhuǎn)副相聯(lián)接的桿 1 和桿 3 稱為連架桿 不與機(jī)架直接聯(lián)接的桿 2 稱為連桿 能 作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿 稱為曲柄 僅能在某一角度擺動(dòng)的連架桿 稱為搖桿 對(duì)于鉸 鏈四桿機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō) 機(jī)架和連桿總是存在的 因此可按照連架桿是曲柄還是搖桿 將鉸 鏈四桿機(jī)構(gòu)分為三種基本型式 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu) 圖 2 1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件 1 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中 曲柄是最短桿 2 最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和 以上兩條件是曲柄 存在的必要條件 因此 當(dāng)各桿長(zhǎng)度不變而取不同桿為機(jī)架時(shí) 可以得到不同類型的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) a 取最短桿相鄰的構(gòu)件 如桿 2 為機(jī)架時(shí) 最短桿 1 為曲柄 而另一連架桿 3 為搖桿 故圖 2 1 所示的機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu) b 取最短桿為機(jī)架 其連架桿 2 和 4 均為曲柄 c 取最短桿的對(duì)邊 桿 3 為機(jī)架 則兩連架桿 2 和 4 都不能作整周轉(zhuǎn)動(dòng) 如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和 則該機(jī) 構(gòu)中不可能存在曲柄 無(wú)論取哪個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架 都只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu) 由上述分析可知 最短桿和最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和是鉸鏈 四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的必要條件 滿足這個(gè)條件的機(jī)構(gòu)究竟有一個(gè)曲柄 兩個(gè)曲柄或沒 有曲柄 還需根據(jù)取何桿為機(jī)架來(lái)判斷 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 6 頁(yè) 共 31 頁(yè) 2 1 1 連桿機(jī)構(gòu)類型 1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中 若兩個(gè)連架桿中 一個(gè)為曲柄 另一個(gè)為搖桿 則此鉸鏈四 桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 2 雙曲柄機(jī)構(gòu) 兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu) 在雙曲柄機(jī)構(gòu)中 通常主動(dòng) 曲柄作等速轉(zhuǎn)動(dòng) 從動(dòng)曲柄作變速轉(zhuǎn)動(dòng) 雙曲柄機(jī)構(gòu)中 用得最多的是平行雙曲柄機(jī)構(gòu) 或稱平行四邊形機(jī)構(gòu) 它的連桿 與機(jī)架的長(zhǎng)度相等 且兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同 長(zhǎng)度也相等 由于這種機(jī)構(gòu)兩曲柄的角速 度始終保持相等 且連桿始終作平動(dòng) 故應(yīng)用較廣 例如在圖 2 2a 中 當(dāng)曲柄 1 由 AB2 轉(zhuǎn)到 AB3 時(shí) 從動(dòng)曲柄 3 可能轉(zhuǎn)到 DC3 也可能轉(zhuǎn)到 DC3 為了消除這種運(yùn) 動(dòng)不確定現(xiàn)象 除可利用從動(dòng)件本身或其上的飛輪慣性導(dǎo)向外 還可利用錯(cuò)列機(jī)構(gòu) 圖 3 3 或輔助曲柄等措施來(lái)解決 如圖 2 2 不所示機(jī)車驅(qū)動(dòng)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu) 就是利用 第三個(gè)平行曲柄 輔助曲柄 來(lái)消除平行四邊形機(jī)構(gòu)在這個(gè)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)的不確定狀態(tài) a b 圖 2 2 平行四邊形機(jī)構(gòu) 3 雙搖桿機(jī)構(gòu) 兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu) 兩搖桿長(zhǎng)度相等的雙搖桿機(jī) 構(gòu) 稱為等腰梯形機(jī)構(gòu) 2 1 2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 在實(shí)際機(jī)械中 平面連桿機(jī)構(gòu)的型式是多種多樣的 但其中絕大多數(shù)是在鉸鏈四 桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展和演化而成 1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 如圖 2 3a 所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中 搖桿 3 上 C 點(diǎn)的軌跡是以 D 為圓心 桿 3 的長(zhǎng) 度 L3 為半徑的圓弧 mm 如將轉(zhuǎn)動(dòng)副 D 擴(kuò)大 使其半徑等于 L 3 并在機(jī)架上按 C 點(diǎn) 的近似軌跡 mm 做成一弧形槽 搖桿 3 做成與弧形槽相配的弧形塊 如圖 2 3b 所示 此時(shí)雖然轉(zhuǎn)動(dòng)副 D 的外形改變 但機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性并沒有改變 若將弧形槽的半徑增 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 7 頁(yè) 共 31 頁(yè) 至無(wú)窮大 則轉(zhuǎn)動(dòng)副 D 的中心移至無(wú)窮遠(yuǎn)處 弧形槽變?yōu)橹辈?轉(zhuǎn)動(dòng)副 D 則轉(zhuǎn)化為移 動(dòng)副 構(gòu)件 3 由搖桿變成了滑塊 于是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)就演化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 如圖 2 2c 所示 此時(shí)移動(dòng)方位線 mm 不通過曲柄回轉(zhuǎn)中心 故稱為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄 轉(zhuǎn)動(dòng)中心至其移動(dòng)方位線 mm 的垂直距離稱為偏距 e 當(dāng)移動(dòng)方位線 mm 通過曲柄轉(zhuǎn) 動(dòng)中心 A 時(shí) 即 e 0 則稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖 2 3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化 2 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可以看作是在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中選取不同構(gòu)件為機(jī)架演化而成 圖 2 3a 所示為曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 如將其中的曲柄 1 作為機(jī)架 連桿 2 作為主動(dòng)件 則連桿 2 和構(gòu)件 4 將分別繞鉸鏈 B 和 A 作轉(zhuǎn)動(dòng) 如圖 2 4b 所示 若 ABBC 則桿 4 只能作往復(fù)擺動(dòng) 故稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 圖 2 4 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)相導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的演化 a 搖塊機(jī)構(gòu) 在圖 2 4a 所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中 若取桿 2 為固定件 即可得圖 2 4c 所示的擺動(dòng) 滑塊機(jī)構(gòu) 或稱搖塊機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi) 如 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 8 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 2 5 所示自卸卡車翻斗機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 在該機(jī)構(gòu)中 因?yàn)橐簤河透?3 繞鉸鏈 C 擺動(dòng) 故稱為搖塊 圖 2 5 自卸卡車翻斗機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 b 定塊機(jī)構(gòu) 在圖 2 4a 所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中 若取桿 3 為固定件 即可得圖 2 4d 所示的固定滑 塊機(jī)構(gòu)或稱定塊機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)常用于抽水唧筒等機(jī)構(gòu)中 3 偏心輪機(jī)構(gòu) 圖 2 6a 所示為偏心輪機(jī)構(gòu) 桿 1 為圓盤 其幾何中心為 B 因運(yùn)動(dòng)時(shí)該圓盤繞偏 心 A 轉(zhuǎn)動(dòng) 故稱偏心輪 A B 之間的距離 e 稱為偏心距 按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系 可畫 出該機(jī)構(gòu)的 圖 2 6 偏心輪機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 如圖 2 6b 所示 由圖可知 偏心輪是回轉(zhuǎn)副 B 擴(kuò)大到包括回轉(zhuǎn)副 A 而 形成的 偏心距 e 即是曲柄的長(zhǎng)度 當(dāng)曲柄長(zhǎng)度很小時(shí) 通常都把曲柄做成偏心輪 這樣不僅增大了軸頸的尺寸 提 高偏心軸的強(qiáng)度和剛度 而且當(dāng)軸頸位于中部時(shí) 還可以安裝整體式連桿 使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 化 因此 偏心輪廣泛應(yīng)用于傳力較大的剪床 沖床 顎式破碎機(jī) 內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械中 2 2 連桿教具設(shè)計(jì)要求分析 教學(xué)模型作為教學(xué)手段的重要組成部分 在教學(xué)活動(dòng)中發(fā)揮著積極的輔助作用 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 9 頁(yè) 共 31 頁(yè) 模型的探究式應(yīng)用進(jìn)一步拓展了模型的使用空間 在使用方式上更具備靈活性 多元 性 更加有效地激發(fā)了學(xué)生對(duì)課程的興趣 培養(yǎng)了學(xué)生空間現(xiàn)象能力 幫助學(xué)生更深 層次理解教學(xué)內(nèi)容 連桿機(jī)構(gòu)是機(jī)械產(chǎn)品中應(yīng)用比較廣泛的一種機(jī)構(gòu) 在三種基本機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上通過改 變幾家構(gòu)件和改善桿件長(zhǎng)度就可以達(dá)到改變運(yùn)動(dòng)形式的目的 平面連桿機(jī)構(gòu)中最常用 的是四桿機(jī)構(gòu) 它的構(gòu)件數(shù)目最少 且能轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng) 多于四桿的平面連桿機(jī)構(gòu)稱多桿 機(jī)構(gòu) 它能實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng) 但桿多且穩(wěn)定性差 所以針對(duì)四桿平面機(jī)構(gòu)為此我 們要設(shè)計(jì)一種教學(xué)用具 通過改變構(gòu)件或者連桿長(zhǎng)度就可以改變其運(yùn)動(dòng)形式的教學(xué)模 型 2 2 1 設(shè)計(jì)要求 1 直觀 學(xué)生通過教具可以直觀的看到各連桿之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 2 快捷 老師在課堂上可以快捷的調(diào)整連桿的長(zhǎng)度 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的轉(zhuǎn)變 縮 短占用時(shí)間 3 方便 拆裝簡(jiǎn)單 便于攜帶以及日常護(hù)理 3 實(shí)用 結(jié)構(gòu)合理性 經(jīng)濟(jì)可行性 2 2 2 設(shè)計(jì)思路 在三種基本機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上通過改變機(jī)架位置和改善桿件長(zhǎng)度達(dá)到改變運(yùn)動(dòng)形式的目 的 2 3 連桿教具方案設(shè)計(jì) 為了能在教學(xué)中直觀顯現(xiàn)四桿結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 結(jié)合上述對(duì)四桿機(jī)構(gòu)類型及 演化規(guī)律的分析本次設(shè)計(jì)選用如下九種機(jī)構(gòu)作為本次設(shè)計(jì)方案 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 平行四邊形機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo) 桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 根據(jù)上述對(duì)四桿機(jī)構(gòu)演化規(guī)律的分析可知 如果想集曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 平行四邊形機(jī)構(gòu)于一個(gè)模型 必須使三個(gè)連桿長(zhǎng)度可調(diào) 如果想集曲柄 滑塊 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)于一個(gè)模型必須 使四個(gè)連桿都可以固定 也就是說(shuō)要使該模型實(shí)現(xiàn)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙搖 桿機(jī)構(gòu) 平行四邊形機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的功能必須同時(shí)滿足如下兩個(gè)條件 1 三個(gè)連桿長(zhǎng)度可調(diào) 2 四個(gè)連桿都可以固定 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 10 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第三章 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 機(jī)構(gòu)分析 3 1 1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 平面四桿機(jī)構(gòu)最基本的型式為圖 1 1 所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 圖 1 1 中 AD 為機(jī)架 AB 和 DC 為連架桿 其中構(gòu)件 AB 能繞其固定鉸鏈中心 A 作整周轉(zhuǎn)動(dòng)而稱為曲柄 構(gòu) 件 DC 只能繞其固定鉸鏈中心 D 在一定范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)而稱為搖桿 構(gòu)件 BC 不與機(jī) 架直接相聯(lián)而僅僅連接兩連架桿 AB 和 DC 因而稱為連桿 連桿機(jī)構(gòu)正是因?yàn)檫B桿的 存在而得名 圖 3 1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 通過分析 我們可以得到曲柄搖桿共有四個(gè)旋轉(zhuǎn)副 四個(gè)節(jié)點(diǎn) 并且 AB DC BC 3 1 2 雙曲柄機(jī)構(gòu) 兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu) 圖 3 2 中 AD 為機(jī)架 AB 和 DC 為曲柄 其中構(gòu)件 AB DC 能繞其固定鉸鏈中心 A D 作整周轉(zhuǎn)動(dòng)而稱為曲柄 若兩對(duì)邊構(gòu)件長(zhǎng)度相等且平行 則稱為正平行四邊形機(jī)構(gòu) 圖 3 2 雙曲柄機(jī)構(gòu) 通過分析 我們可以得到雙曲柄搖桿共有四個(gè)旋轉(zhuǎn)副 四個(gè)節(jié)點(diǎn) 且可以整周旋 轉(zhuǎn) 平行四邊形連桿機(jī)構(gòu) AB DC 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 11 頁(yè) 共 31 頁(yè) 3 1 3 雙搖桿機(jī)構(gòu) 兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu) 如圖 3 3 中 AD 為機(jī)架 構(gòu) 件 AB DC 只能繞其固定鉸鏈中心 A D 在一定范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)而稱為搖桿 圖 3 3 雙搖桿機(jī)構(gòu) 通過分析 我們可以得到雙搖桿共有四個(gè)旋轉(zhuǎn)副 四個(gè)節(jié)點(diǎn) 不能做整周旋轉(zhuǎn) 3 1 4 其他機(jī)構(gòu)的演化方法 方案中提到平行四邊形機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖 塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)均可通過上述 3 種機(jī)構(gòu)演化得到 演化方法如下 1 取不同的構(gòu)件為機(jī)架 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本型式 可看作是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)改變機(jī)架而得到的 如 圖 1 5 所示 圖 3 4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的演化過程 對(duì)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 若選取不同構(gòu)件為機(jī)架 同樣也可以得到不同型式的機(jī)構(gòu) 如圖 3 5 所示 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 搖塊機(jī)構(gòu) 直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu) 圖 3 5 改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的機(jī)架得到的不同型式 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 12 頁(yè) 共 31 頁(yè) 1 變換四個(gè)連桿之間長(zhǎng)度 分析鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種形式 也可以理解成四個(gè)連桿長(zhǎng)度之間的變換 分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的三種形式 也可以理解成四個(gè)連桿長(zhǎng)度之間的變換 3 2 運(yùn)動(dòng)分析 3 2 1 運(yùn)動(dòng)特性參數(shù) 1 行程速度變化系數(shù) 當(dāng)原動(dòng)件 曲柄 做勻速定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 從動(dòng)件相對(duì)于機(jī)架作往復(fù)運(yùn)動(dòng) 擺動(dòng)或移 動(dòng) 的連桿機(jī)構(gòu) 從動(dòng)件正行程和反行程的位移量相同 而所需的時(shí)間一般并不相等 正反兩個(gè)行程的平均速度也就不相等 這種現(xiàn)象稱為機(jī)構(gòu)的急回特性 在工程實(shí)際中 為了提高生產(chǎn)率 保證產(chǎn)品質(zhì)量 常常使從動(dòng)件的慢速運(yùn)動(dòng)行程為工作行程 而從動(dòng) 件的快速運(yùn)動(dòng)行程為空回行程 因此 正確分析平面連桿機(jī)構(gòu)的急回特性 在機(jī)構(gòu)分 析和設(shè)計(jì)中具有很重要意義 為反應(yīng)急回特性的相對(duì)程度 引入從動(dòng)件行程速度變化 系數(shù) 用 K 表示 其值為從動(dòng)件快行程平均速度與從動(dòng)件慢行程平均速度的比值 K 1 在圖 3 6 所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中 曲柄與連桿重疊共線的 AB1 和拉直共線的 AB2 分別對(duì)應(yīng)于從動(dòng)件的兩個(gè)極限位置 C1D 和 C2D 矢徑 AB1 和 AB2 將以 A 為圓心 曲 柄長(zhǎng)為半徑的圓分割為圓心角不等的兩部分 其中圓心角較大的用 1 180 表示 小者用 2 180 表示 由 1 180 2 180 可得 1 2 2 若曲柄以勻速轉(zhuǎn)過 1 和 2 對(duì)應(yīng)的時(shí)間為 t1 對(duì)應(yīng)于從動(dòng)件慢行程 和 t2 對(duì)應(yīng) 于從動(dòng)件快行程 則根據(jù)行程速度變化系數(shù)的定義 有 180k 因此 機(jī)構(gòu)的急回特性也可以用 角來(lái)表示 由于 與從動(dòng)件極限位置對(duì)應(yīng)的曲 柄位置有關(guān) 故稱其為極位夾角 對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 極位夾角即為 C1AC2 其值 與機(jī)構(gòu)尺寸有關(guān) 可能小于 90 也可能大于 90 一般范圍為 0 到 180 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 13 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3 6 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)分析 除曲柄搖桿機(jī)構(gòu)外 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)也有急回特性 如圖 3 7 所示 的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 極位夾角為 C1AC2 90 滑塊慢行程的方向與曲柄的轉(zhuǎn)向和 偏置方向有關(guān) 當(dāng)偏距 e 0 時(shí) 0 即對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性 圖 3 7 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖 3 8 表示了擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角 其取值范圍為 0 180 并有 導(dǎo)桿慢行程擺動(dòng)方向總是與曲柄轉(zhuǎn)向相同 8 圖 3 8 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 2 壓力角和傳動(dòng)角 在圖 3 9 所示的曲柄搖桿 ABCD 中 若不考慮構(gòu)件的慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力 的影響 當(dāng)曲柄 AB 為主動(dòng)件時(shí) 則通過連桿 BC 作用于從動(dòng)件搖桿 CD 上的力 P 即沿 BC 方向 該力 P 的作用線與其作用點(diǎn) C 的絕對(duì)速度 c 之間所夾的銳角 稱為壓力角 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 14 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3 9 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角分析 由圖可見 力 P 可分解為沿點(diǎn) C 絕對(duì)速度 c 方向的分力 Pt 及沿構(gòu)件 CD 方向的 分力 Pn Pn 只能使鉸鏈 C 及 D 產(chǎn)生徑向壓力 而分力 Pt 才是推動(dòng)從動(dòng)件 CD 運(yùn)動(dòng)的 有效分力 其值 Pt Pcos Psin 顯然 壓力角 越小 其有效分力 Pt 則越大 亦即機(jī) 構(gòu)的傳動(dòng)效益越高 為了便于度量 引入壓力角 的余角 90 該角 稱為傳動(dòng) 角 顯然 角 越大 則有效分力 Pt 則越大而 Pn 就越小 因此在機(jī)構(gòu)中常用其傳動(dòng) 角 的大小及其變化情況來(lái)表示機(jī)構(gòu)的傳力性能 傳動(dòng)角 的大小是隨機(jī)構(gòu)位置的不同而變化的 為了保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳動(dòng)性 能 綜合機(jī)構(gòu)時(shí) 通常應(yīng)使 max 40 尤其對(duì)于一些具有短暫高峰載荷的機(jī)構(gòu) 可利 用其傳動(dòng)角接近 max 時(shí)進(jìn)行工作 從而節(jié)省動(dòng)力 3 死點(diǎn) 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中 如圖 3 10 所示 若取搖桿作為原動(dòng)件 則搖桿在兩極限位置 時(shí) 通過連桿加于曲柄的力 P 將經(jīng)過鉸鏈 A 的中心 此時(shí)傳動(dòng)角 0 即 90 故 Pt 0 它不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng) 而使整個(gè)機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài) 這種位置稱為死點(diǎn) 對(duì)傳 動(dòng)而言 機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)是一個(gè)缺陷 需設(shè)法加以克服 例如可利用構(gòu)件的慣性通過死點(diǎn) 縫紉機(jī)在運(yùn)動(dòng)中就是依靠皮帶輪的慣性來(lái)通過死點(diǎn)的 也可以采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的辦 法 即將兩組以上的機(jī)構(gòu)組合起來(lái) 使各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)錯(cuò)開 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 15 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3 10 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置 構(gòu)件的死點(diǎn)位置并非總是起消極作用 在工程中 也常利用死點(diǎn)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)一定 的工作要求 例如圖 3 11 所示工件夾緊機(jī)構(gòu) 當(dāng)在 P 力作用下夾緊工件時(shí) 鉸鏈中心 B C D 共線 機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置 此時(shí)工件加在構(gòu)件 1 上的反作用力 Q 無(wú)論多大 也不能使構(gòu)件 3 轉(zhuǎn)動(dòng) 這就保證在去掉外力 P 之后 仍能可靠夾緊工件 當(dāng)需要取出 工件時(shí) 只要在手柄上施加向上的外力 就可以使機(jī)構(gòu)離開死點(diǎn)位置 從而松脫工件 圖 3 11 工件夾緊機(jī)構(gòu) 3 2 2 運(yùn)動(dòng)特性方程 假設(shè)已知 兩桿長(zhǎng) li lj 和兩外運(yùn)動(dòng)副 B D 的位置 xB yB xD yD 速度 和加速度 求 內(nèi)運(yùn)動(dòng)副 C 的位置 xc yc 速度 Byx DByx 加速度 c cyx 以及兩桿的角位置 i j 和角速度 和角加速度 ji ji 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 16 頁(yè) 共 31 頁(yè) 1 位置方程 C 位置方程 jDiBclrlr 得 xC xB licos i xD ljcos j yC yB lisin i yD ljsin j 求 i 上兩式移項(xiàng)后平方相加 消去 j 得 0sinco00 CBAi 163 其中 BDixlA20iy 220jBDillC DByxl 由 得 163 有兩種位置 兩解0 20arctn2CAi 其中 表示 B C D 三運(yùn)動(dòng)副順時(shí)針排列 實(shí)線 表示 B C D 三運(yùn)動(dòng)副逆時(shí)針排列 虛線 求 將 代入 3 16 可求得 代入下式j(luò) i Cxy Rt 中 D j arctn O 2 速度方程 將式 3 16 求導(dǎo) 1GSxCyiBDijj BDjjii 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 17 頁(yè) 共 31 頁(yè) 式中 ijjiSCG 1 iil cosiil sn jjj jjj jjDiiBCyx lylvx coscosin 3 加速度方程 132GSaiijj jjii 式中 jiBDCx 22 jiSy23 iiiiBCy iiiix lla sncosco2 3 3 連桿教具尺寸的確定 3 3 1 總體尺寸的確定 圖 3 1 為連桿教具的結(jié)構(gòu)示意圖 1 為動(dòng)滑塊 連桿 2 可以繞著 1 動(dòng)滑塊做圓周運(yùn) 動(dòng) 動(dòng)滑塊 1 可以沿著橫梁 6 滑動(dòng) 搖桿 3 可以通過面板后的手輪最搖桿施加一個(gè)驅(qū) 動(dòng) 可以做圓周運(yùn)動(dòng) 4 長(zhǎng)連桿 可以繞著連桿 2 做圓周運(yùn)動(dòng) 也可以燃著搖桿 3 做圓 周運(yùn)動(dòng) 定滑塊 5 可以沿著橫梁 6 滑動(dòng) 連桿 4 可以沿著定滑塊做豎直方向的滑動(dòng) 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 18 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3 12 連桿教具結(jié)構(gòu)示意圖 教學(xué)用具一般都采用易攜帶 拆卸方便 且教學(xué)直觀的模型 所以我們把尺寸定 為了高 775mm 長(zhǎng) 900mm 的尺寸 這樣連桿在做運(yùn)動(dòng)的時(shí)候行程超不過面板的邊界 便于老師在面板上做標(biāo)記直觀教學(xué) 3 3 2 各構(gòu)件尺寸的確定 由于該四桿機(jī)構(gòu)是用于教學(xué)演示的模型 構(gòu)件運(yùn)動(dòng)過程中受力非常小幾乎可以忽 略不計(jì) 因此構(gòu)件尺寸的選取不需要考慮構(gòu)件強(qiáng)度因素帶來(lái)的影響 只需要從運(yùn)動(dòng)角 度來(lái)確定構(gòu)件尺寸大小 下面從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度結(jié)合三維設(shè)計(jì)模擬確定個(gè)構(gòu)件尺寸 研究如圖所示的機(jī)構(gòu) 當(dāng)角度 1 和 2 給定時(shí) 3 和 4 由下式給出 L2cos 2 L3cos 3 L4cos 4 L1cos 1 0 L2sin 2 L3sin 3 L4sin 4 L1sin 1 0 為方便起見 令 1 0 如果連桿 2 的角速度給定 則連桿 3 和連桿 4 的角速度 分別是 sin 4323 L sin 34224 L 其中 3 4 由公式 1 得到 連桿 2 端部的線速度是 2 2 2 連桿端部 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 19 頁(yè) 共 31 頁(yè) 的線速度是 sin 4342 Lv 每一速度在角速度 j 的方向上分別垂直于桿 j 連桿 3 和連桿 4 的角加速度是 sin cos co sin 43 24342322242 LLaL i i 434 23432222324 用代數(shù)求解法求解 結(jié)合 Pro E 的三維設(shè)計(jì)確定個(gè)構(gòu)件尺寸如下 1 長(zhǎng)連桿 長(zhǎng) 寬 高 300mm 17mm 4mm 2 短連桿 長(zhǎng) 寬 高 80mm 17mm 4mm 3 主動(dòng)桿 長(zhǎng) 寬 高 125mm 50mm 12mm 4 滑桿 橫梁 長(zhǎng) 寬 高 900mm 25mm 10mm 其他構(gòu)件主要是寫輔助滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)用的滑塊和銷軸 詳細(xì)尺寸見圖紙標(biāo)注 3 4 連桿教具材料的選擇 由于教學(xué)用具的載荷低 環(huán)境干凈 所以我們要采用材質(zhì)輕且經(jīng)濟(jì)的材料 滑動(dòng) 連桿之間的耐磨性要好 鋁合金密度低 但強(qiáng)度比較高 接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼 塑性好 可加工成各種型材 具有優(yōu)良的導(dǎo)電性 導(dǎo)熱性和抗蝕性 工業(yè)上廣泛使用 使用量?jī)H次于鋼 鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料 在航空 航天 汽車 機(jī) 械制造 船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用 隨著科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展 對(duì) 鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多 使鋁合金的焊接性研究也隨之深入 鋁合金的廣 泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展 同時(shí)焊接技術(shù)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng) 域 因此鋁合金的焊接技術(shù)正成為研究的熱點(diǎn)之一 純鋁的密度小 2 7g cm3 大約是鐵的 1 3 熔點(diǎn) 低 660 鋁是面心立方 結(jié)構(gòu) 故具有很高的塑性 32 40 70 90 易于加工 可制成各種型材 板 材 抗腐蝕性能好 但是純鋁的強(qiáng)度很低 退火狀態(tài) b 值約為 8kgf mm2 故不宜作 結(jié)構(gòu)材料 通過長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn) 人們逐漸以加入合金元素及運(yùn)用熱處理 等方法來(lái)強(qiáng)化鋁 這就得到了一系列的鋁合金 添加一定元素形成的合金在保持純鋁質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還能具有較高的強(qiáng)度 b 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 20 頁(yè) 共 31 頁(yè) 值分別可達(dá) 24 60kgf mm2 這樣使得其 比強(qiáng)度 強(qiáng)度與比重的比值 b 勝過很 多合金鋼 成為理想的結(jié)構(gòu)材料 廣泛用于機(jī)械制造 運(yùn)輸機(jī)械 動(dòng)力機(jī)械及航空工 業(yè)等方面 飛機(jī)的機(jī)身 蒙皮 壓氣機(jī)等常以鋁合金制造 以減輕自重 采用鋁合金 代替鋼板材料的焊接 結(jié)構(gòu)重量可減輕 50 以上 球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨 有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能 特別是提高了塑性和韌性 從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度 球墨鑄鐵是 20 世紀(jì)五十年代 發(fā)展起來(lái)的一種高強(qiáng)度鑄鐵材料 其綜合性能接近于鋼 正是基于其優(yōu)異的性能 已 成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜 強(qiáng)度 韌性 耐磨性要求較高的零件 球墨鑄鐵已迅 速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的 應(yīng)用十分廣泛的鑄鐵材料 所謂 以鐵代鋼 主要指球墨 鑄鐵 球鐵鑄件差不多已在所有主要工業(yè)部門中得到應(yīng)用 這些部門要求高的強(qiáng)度 塑 性 韌性 耐磨性 耐嚴(yán)重的熱和機(jī)械沖擊 耐高溫或低溫 耐腐蝕以及尺寸穩(wěn)定性 等 為了滿足使用條件的這些變化 球墨鑄鐵現(xiàn)有許多牌號(hào) 提供了機(jī)械性能和物理 性能的一個(gè)很寬的范圍 如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO1083 所規(guī)定的大多數(shù)球墨鑄鐵鑄件 主要是以非合金態(tài)生 產(chǎn)的 顯然 這個(gè)范圍包括抗拉強(qiáng)度大于 800 牛頓 平方毫米 延伸率為 2 的高強(qiáng)度 牌號(hào) 另一個(gè)極端是高塑性牌號(hào) 其延伸率大于 17 而相應(yīng)的強(qiáng)度較低 最低為 370 牛頓 平方毫米 強(qiáng)度和延伸率并不是設(shè)計(jì)者選擇材料的唯一根據(jù) 而其它決定性的重 要性能還包括屈服強(qiáng)度 彈性模數(shù) 耐磨性和疲勞強(qiáng)度 硬度和沖擊性能等 另外 耐蝕性和抗氧化以及電磁性能對(duì)于設(shè)計(jì)者也許是關(guān)鍵的 為了滿足這些特殊使用 研 制了一組奧氏體球鐵 通常叫 Ni 一 Resis 球鐵 這些奧氏體球鐵 主要用鎳 鉻和錳 合金化 并且列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 常用中碳調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 該鋼冷塑性一般 退火 正火比調(diào)質(zhì)時(shí)要稍好 具有較高 的強(qiáng)度和較好的切削加工性 經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性 塑性和耐磨性 材料來(lái)源方便 適合于氫焊和氬弧焊 不太適合于氣焊 焊前需預(yù)熱 焊后應(yīng)進(jìn)行去 應(yīng)力退火 正火可改善硬度小于 160HBS 毛坯的切削性能 該鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后 其綜 合力學(xué)性能要優(yōu)化于其他中碳結(jié)構(gòu)鋼 但該鋼淬透性較低 水中臨界淬透直徑為 12 17mm 水淬時(shí)有開裂傾向 當(dāng)直徑大于 80mm 時(shí) 經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火后 其力學(xué)性能 相近 對(duì)中 小型模具零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后可獲得較高的強(qiáng)度和韌性 而大型零件 則以正火處理為宜 所以 此鋼通常在調(diào)質(zhì)或正火狀態(tài)下使用 綜上所述導(dǎo)軌我們可以選擇 45 鋼不易變形 滑塊我們可以選擇球墨鑄鐵耐磨性好 降低成本 增加使用壽命 其余的用鋁合金減輕重量 提高實(shí)用性 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 21 頁(yè) 共 31 頁(yè) 第四章 零件制造和裝配工藝 4 1 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 在機(jī)械設(shè)計(jì)中 不僅要保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備具有良好的工作性能 而且還要考 慮能否制造 便于制造和盡可能降低制造成本 這種在機(jī)械設(shè)計(jì)中綜合考慮制造 裝 配工藝 維修及成本等方面的技術(shù) 稱為機(jī)械設(shè)計(jì)工藝性 機(jī)器及其零部件的工藝性 主要體現(xiàn)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中 所以又稱為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性 簡(jiǎn)稱 零件結(jié)構(gòu)工藝性 是指所設(shè)計(jì)的零件在滿足使用要求的條件下制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性 零件結(jié)構(gòu)工藝性存在于零部件生產(chǎn)和使用的全過程 包括 材料選擇 毛坯生產(chǎn) 機(jī)械加工 熱處理 機(jī)器裝配 機(jī)器使用 維護(hù) 直至報(bào)廢 回收和再利用等 1 影響結(jié)構(gòu)工藝性的因素 影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性的因素主要有 生產(chǎn)類型 制造條件和工藝技術(shù)的發(fā)展三個(gè) 方面 生產(chǎn)類型是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性的首要因素 當(dāng)單件 小批生產(chǎn)零件時(shí) 大都采 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 22 頁(yè) 共 31 頁(yè) 用生產(chǎn)效率較低 通用性較強(qiáng)的設(shè)備和工藝裝備 采用普通的制造方法 因此 機(jī)器 和零部件的結(jié)構(gòu)應(yīng)與這類工藝裝備和工藝方法相適應(yīng) 在大批大量生產(chǎn)時(shí) 往往采用 高效 自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備和工藝裝備 以及先進(jìn)的工藝方法 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)高速 自動(dòng)化生產(chǎn)的要求 常常同一種結(jié)構(gòu) 在單件小批生產(chǎn)中工藝性良好 在大批大量生 產(chǎn)中未必也好 反之亦然 機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)必須與制造廠的生產(chǎn)條件相適應(yīng) 具體生產(chǎn)條件應(yīng)包括 毛坯 的生產(chǎn)能力及技術(shù)水平 機(jī)械加工設(shè)備和工藝裝備的規(guī)格及性能 熱處理設(shè)備條件與 能力 技術(shù)人員和工人的技術(shù)水平以及輔助部門的制造能力和技術(shù)力量等 隨著生產(chǎn)不斷發(fā)展 新的加工設(shè)備和工藝方法的不斷出現(xiàn) 以往認(rèn)為工藝性不好 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在采用了先進(jìn)的制造工藝后 可能變得簡(jiǎn)便 經(jīng)濟(jì) 例如電火花 電解 激光 電子束 超聲波加工等特種加工技術(shù)的發(fā)展 使諸如陶瓷等難加工材料 復(fù)雜 形面 精密微孔等加工變得容易 精密鑄造 軋制成形 粉末冶金等先進(jìn)工藝的不斷 采用 使毛坯制造精度大大提高 真空技術(shù) 離子氮化 鍍滲技術(shù)使零件表面質(zhì)量有 了很大的改善 2 零件結(jié)構(gòu)工藝性的基本要求 a 機(jī)器零部件是為整機(jī)工作性能服務(wù)的 零部件結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)服從整機(jī)的工 藝性 b 在滿足工作性能的前提下 零件造型應(yīng)盡量簡(jiǎn)單 同時(shí)應(yīng)盡量減少零件的 加工表面數(shù)量和加工面積 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件 通用件和外購(gòu)件 增加相同形狀和相同 元素 如直徑 圓角半徑 配合 螺紋 鍵 齒輪模數(shù)等 的數(shù)量 c 零件設(shè)計(jì)時(shí)在保證零件使用功能和充分考慮加工可能性 方便性 精確性的 前提下應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)性要求 即應(yīng)盡量降低零件的技術(shù)要求 加工精度和表面質(zhì)量 以 使零件便于制造 d 盡量減少零件的機(jī)械加工余量 力求實(shí)現(xiàn)少或無(wú)切屑加工 以降低零件的生 產(chǎn)成本 e 合理選擇零件材料 使其機(jī)械性能適應(yīng)零件的工作條件 且成本較低 f 符合環(huán)境保護(hù)要求 使零件制造和使用過程中無(wú)污染 省能源 便于報(bào)廢 回收和再利用 4 2 零件裝配和維修結(jié)構(gòu)工藝性 零件裝配和維修結(jié)構(gòu)工藝性對(duì)于產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程有很大影響 它是評(píng)定機(jī)器 設(shè)計(jì)好壞的標(biāo)志之一 裝配過程的難易 成本的高低 以及機(jī)器使用質(zhì)量是否良好 在很大程度上取決于它本身的結(jié)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 23 頁(yè) 共 31 頁(yè) 機(jī)器的裝配工藝性要求機(jī)器結(jié)構(gòu)在裝配過程中 使相互聯(lián)接的零部件不用或少用 修配和機(jī)械加工 就能按要求順利地 花比較少的勞動(dòng)量裝配起來(lái)并達(dá)到規(guī)定的裝配 精度 裝配對(duì)零部件結(jié)構(gòu)工藝性的要求 主要是使裝配周期最短 勞動(dòng)量最少 而且操 作方便容易達(dá)到裝配精度要求 為此 應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面 1 將結(jié)構(gòu)分拆成若干個(gè)獨(dú)立的裝配單元 為了多快好省地裝配機(jī)器 必須最大限度縮短裝配周期 而把機(jī)器分成若干個(gè)裝 配單元是縮短裝配周期的基本措施 因?yàn)闄C(jī)器分拆成若干個(gè)裝配單元后 可以在裝配 工作上組織平行裝配作業(yè) 擴(kuò)大裝配工作面 而且能使裝配按流水線組織生產(chǎn) 同時(shí) 各裝配單元能預(yù)先調(diào)整試驗(yàn) 各部分能以較完善的狀態(tài)送去總裝 有利于保證機(jī)器的 最終質(zhì)量 以機(jī)床生產(chǎn)實(shí)踐為例 一般機(jī)床都是由若干個(gè)部件組成 如普通車床由床頭箱 進(jìn)給箱 溜板箱 刀架 尾架和床身等部件組成 在裝配時(shí)可以對(duì)各部件 裝配單元 平行進(jìn)行裝配 而互不干擾 這些獨(dú)立的部件 裝配好之后 便可到專門的試驗(yàn)臺(tái)上 試車和試驗(yàn) 合格后送去進(jìn)行總裝配 將機(jī)器分拆成若干獨(dú)立裝配單元 除上述優(yōu)點(diǎn)外 還有 1 便于部件規(guī)格化 系列化和標(biāo)準(zhǔn)化 并可減少勞動(dòng)量 提高裝配生產(chǎn)率和降低 成本 2 有利于機(jī)器質(zhì)量不斷的改進(jìn)和提高 這對(duì)重型機(jī)器尤為重要 因?yàn)樗鼈儔勖?期較長(zhǎng) 不會(huì)輕易報(bào)廢 隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和要求的不斷提高 經(jīng)常在使用過程中需 加以改進(jìn) 若機(jī)器具有獨(dú)立裝配單元 則改進(jìn)起來(lái)很方便 3 便于協(xié)作生產(chǎn) 可由各專業(yè)工廠分別生產(chǎn)獨(dú)立單元 然后再集中進(jìn)行裝配 4 給重型機(jī)械包裝運(yùn)輸帶來(lái)很大方便 5 裝配工作中 可在組織平行裝配作業(yè)基礎(chǔ)上安排流水作業(yè)生產(chǎn) 6 各獨(dú)立裝配單元可預(yù)先進(jìn)行調(diào)整實(shí)驗(yàn) 各部分以比較完善狀態(tài)進(jìn)入總裝 有利 于保證產(chǎn)品質(zhì)量和總裝順利進(jìn)行 2 盡量減少裝配時(shí)的修配和機(jī)械加工裝配時(shí)的修配工作 不僅要求技術(shù)高 而 且多半是手工操作 既費(fèi)工又難以確定工作量 因此 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中就應(yīng)考慮到如何 將裝配時(shí)的修配工作減少到最低限度 3 盡量使裝配和拆卸方便 設(shè)計(jì)機(jī)器結(jié)構(gòu)時(shí) 必須考慮裝配工作簡(jiǎn)單方便 很重要的一點(diǎn)是套件的幾個(gè)表面 不應(yīng)該是同時(shí)地裝入基準(zhǔn)零件 如箱體零件 的配合孔中 而應(yīng)該按先后次序 依次 裝入 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 24 頁(yè) 共 31 頁(yè) 綜上所述 一般裝配和維修對(duì)零件結(jié)構(gòu)工藝性的要求主要包括 能夠組成單獨(dú)的 部件或裝配單元 應(yīng)具有合適的裝配基面 考慮裝配和拆卸的方便性 考慮設(shè)備維護(hù) 的方便性 選擇合理的調(diào)整或補(bǔ)償環(huán)以及盡量減少修配工作量等 所以在安裝的時(shí)候 我們可以把面板搖桿軸 搖桿部分先裝配 再把滑塊裝在橫 梁上 最后固定橫梁 由于各連桿是活動(dòng)的 所以我們可以在用的時(shí)候再裝 這樣教 學(xué)演示起來(lái)也比較直觀方便 第五章 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具使用說(shuō)明 5 1 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具構(gòu)成 該連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具主要由動(dòng)滑塊 短連桿 搖桿 長(zhǎng)連桿 定滑塊和面板及支 架組成 如下圖示 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 25 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 5 1 連桿教具結(jié)構(gòu)示意圖 1 動(dòng)滑塊 2 短連桿 3 搖桿 4 長(zhǎng)連桿 5 定滑塊 5 2 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具使用說(shuō)明 該連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具可實(shí)現(xiàn)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 平行四邊 形機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的 功能 現(xiàn)一一說(shuō)明如下 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 26 頁(yè) 共 31 頁(yè) 5 2 1 鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)類使用說(shuō)明 鉸鏈連桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 平行四邊形機(jī)構(gòu) 主 要由圖 5 1 中 構(gòu)件構(gòu)成 演示各機(jī)構(gòu)時(shí)按照下述說(shuō)明進(jìn)行 1 連桿之間采用燕尾槽與燕尾塊結(jié)構(gòu) 方便各部件間的運(yùn)動(dòng)與銜接 通過頂 絲來(lái)固定連桿的相互位置 圖 5 2 示 圖 5 2 燕尾槽與燕尾塊結(jié)構(gòu) 2 在圖 3 1 中 3 為搖桿 在 3 中又有一個(gè)小滑塊圖 5 3 中的 1 我們可以通過 調(diào)整滑塊的方向或者位置來(lái)實(shí)現(xiàn)搖桿的長(zhǎng)度與短連桿相等 大于或者小于 短連桿兩 旋轉(zhuǎn)軸的中心距為 50 圖 5 3 3 圖 5 4 中 為連桿節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)副 1 2 3 4 為連桿 其中 4 為假設(shè)的 連桿 2 為一個(gè)固定長(zhǎng)的連桿 靠調(diào)整 1 3 4 連桿的長(zhǎng)度 實(shí)現(xiàn)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲 柄機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 平行四邊形機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 27 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 5 4 連桿位置 5 2 1 含移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)使用說(shuō)明 含移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)導(dǎo)桿 機(jī)構(gòu) 主要由圖 5 1 中 構(gòu)件構(gòu)成 在圖 5 1 中豎直長(zhǎng)連桿 可以沿著定滑塊 滑動(dòng)做運(yùn)動(dòng) 定滑塊可以沿著橫梁做 滑動(dòng)運(yùn)動(dòng) 所以通過長(zhǎng)連桿的固定可以讓模型做鉸接四桿機(jī)構(gòu)的演變運(yùn)動(dòng) 即實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn) 動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的功能 如圖 5 5 所示 而導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)之間的變化是通過改變圖 5 1 中動(dòng)定滑塊 和轉(zhuǎn)位滑塊和轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊之間的位置關(guān)系也就是改變個(gè)桿件長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn) 圖 5 5 含移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)示意圖 總 結(jié) 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 28 頁(yè) 共 31 頁(yè) 隨著畢業(yè)日子的到來(lái) 畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲 經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終 于完成了 在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié) 但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面 畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知 識(shí)的一種檢驗(yàn) 而且也是對(duì)自己能力的一種提高 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己 原來(lái)知識(shí)還比較欠缺 自己要學(xué)習(xí)的東西還太多 以前老是覺得自己什么東西都會(huì) 什么東西都懂 有點(diǎn)眼高手低 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的 過程 在以后的工作 生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí) 努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì) 在此要感謝我的指導(dǎo)老師對(duì)我悉心的指導(dǎo) 感謝老師給我的幫助 在設(shè)計(jì)過程中 我通過查閱大量有關(guān)資料 與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué) 并向老師請(qǐng)教等方式 使自己學(xué) 到了不少知識(shí) 也經(jīng)歷了不少艱辛 但收獲同樣巨大 在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東 西 也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力 樹立了對(duì)自己工作能力的信心 相信會(huì)對(duì)今后的學(xué) 習(xí)工作生活有非常重要的影響 而且大大提高了動(dòng)手的能力 使我充分體會(huì)到了在創(chuàng) 造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅 雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好 但是在設(shè)計(jì)過程 中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富 使我終身受益 推薦閱讀 大學(xué) 三年就會(huì)在這最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)劃上一個(gè)圓滿的句號(hào) 我曾經(jīng)以為時(shí)間是一個(gè)不快不 慢的東西 但現(xiàn)在我感到時(shí)間過的是多么的飛快 三年了 感覺就在一眨眼之間結(jié)束 了我的大學(xué)生涯 畢業(yè) 最重要的一個(gè)過程 最能把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中的過程就 數(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)了 這也是我們從一個(gè)學(xué)生走向社會(huì)的一個(gè)轉(zhuǎn)折 另一個(gè)生命歷程的開始 參考文獻(xiàn) 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 29 頁(yè) 共 31 頁(yè) 1 機(jī)械設(shè)計(jì) 濮良貴 高等教育出版社 2 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 3 孫恒 陳作模 機(jī)械原理 M 北京 高等教育出版社 1999 4 諸文俊 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) M 西安 西安交通大學(xué)出版社 1998 5 孫恒 傅則紹 機(jī)械原理 M 北京 高等教育出版社 1989 6 孫桓 等 機(jī)械原理 M 北京 高等教育出版社 第 5 版 1996 7 沈萬(wàn)年 劉向鋒 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) M 北京 清華大學(xué)出版社 1997 8 張啟先 空間機(jī)構(gòu)的分析與綜合 D 廣州 華南工學(xué)院 1981 9 方鍵 機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 10 王華坤 范云勛 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 上 M 北京 兵器工業(yè)出版社 2001 11 曹惟慶 平面連桿機(jī)構(gòu)分析與綜合 M 北京 科學(xué)出版社 1989 12 鄭建榮 ADAMS 虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2010 13 王國(guó)強(qiáng) 等 虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在 ADAMS 上的實(shí)踐 M 西安 西北工業(yè) 大學(xué)出版社 2003 14 羊有道 錢瑞明 型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能研究 J 機(jī)械制造與自動(dòng) 化 2005 340 1 21 24 15 藍(lán)兆輝 鄒惠君 基于軌跡局部特性的機(jī)構(gòu)并行優(yōu)化綜合 J 機(jī)械工程學(xué)報(bào) 1999 35 5 16 19 16 張啟先 機(jī)構(gòu)組成學(xué)的新探討 J 機(jī)械工程學(xué)報(bào) 1996 9 l 1 3 連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)用具設(shè)計(jì)與制造 第 30 頁(yè) 共 31 頁(yè) 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的全部?jī)?nèi)容是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的 還要感老師 兩位老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予了我很大的知道和幫助 畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及到的知識(shí)面和具體 零件的成形都在此實(shí)習(xí)中得到了認(rèn)識(shí)和鞏固 讓我從畢業(yè)實(shí)習(xí)中得到了很好的鍛煉 老師為我講解了不少難題 在此特別感謝 老師的學(xué)識(shí) 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 平易近人 的作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺 從老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識(shí) 和相關(guān)的設(shè)計(jì)方法 在此 謹(jǐn)向老師表示最真誠(chéng)的感謝 感謝他在百忙中給予我的指 導(dǎo)和幫助 在這次的設(shè)計(jì)過程中也得到了同組同學(xué)的幫助和指導(dǎo) 當(dāng)然還有本院其他 老師的指導(dǎo) 在此我向各位給予我指導(dǎo)和幫助的領(lǐng)導(dǎo) 老師 同學(xué)表示忠心的感謝和 致敬 最后還要感謝的 也是最應(yīng)該感謝的是學(xué)院以及機(jī)電工程學(xué)院 學(xué)院讓我們有這 么好的學(xué)習(xí)條件 通過四年的學(xué)習(xí) 讓我們成為有用之才 也是學(xué)院給我們了這次畢 業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)會(huì) 讓我們?cè)谧呱瞎ぷ鲘徫恢昂煤玫腻憻捯幌伦约?謹(jǐn)此表示最真誠(chéng)的敬意和感謝