完整版产品结构设计-章4.doc

第四章、往复、间歇运动机构设计
4.1概述
4.2往复运动机构
4.3间歇运动机构
概述

往复运动机构
往复运动从形式上有往复直线运动、往复摆动、往复曲线运动和往复复杂运动等几种，其中往复直线运动和往复百度最常见，应用也最广。
按机构结构特征命名，实现往复运动的常用机构有凸轮机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构等。
利用电磁原理也可实现往复移动和摆动，在现代电子产品特别是数字控制产品中，使用电磁原理的机构可实现精密的运动控制，图4-1为计算机硬盘结构，其寻道机构的运动控制就是利用电磁原理实现的。
往复曲线运动通常由连杆机构实现，主要用于有特殊执行动作要求的连续循环工作机械，如缝纫机的缝纫引线动作、织布机的编织动作等。图4-2为两种实现往复曲线运动的连杆机构，可用于实现缝纫机引线运动的执行机构等。

间歇运动
间歇运动时机构或机械设备，产品随时间的推移顺次规律地执行运动和静止，按一定的工作节拍循环作业或完成工序步骤。
图4-3为裹包机执行的工序动作分解图，这些工序需要一定的时间，很难实现连续运动完成，因此多按间隙运动方式工作。
设计中，将复杂工作分解工序后，需结合各工序的完成时间和顺序安排空间布置，如图4-4所示，进而采用合适的间歇运动机构实现设计。
实现间歇运动的常见机构主要包括槽轮机构，棘轮机构，圆柱凸轮机构、欠齿轮机构、连杆机构和各种组合机构等，可分别实现旋转间歇运动、直线间歇运动、间歇曲线运动及复杂间歇运动等。
往复运动机构

1.凸轮机构
基本的凸轮机构由凸轮和从动杆件组成，凸轮轮缘与从动件紧密接触，凸轮为主动构件，凸轮旋转驱动从动件作往复直线运动，如图4-5所示，杆件上的弹簧是用于保持杆件与凸轮接触作用的。
凸轮机构的种类很多，有不同的性质和特点，使用于不同情况。图4-6为在基本凸轮结构基础上，从动杆接触端头的常用变化形式。
凸轮的形式变化对凸轮机构的功能、性质影响很大如图4-7所示。其中，可调凸轮是在圆柱滚筒表面用螺钉安装一些形成凸轮曲线的零件，调整、更换这些零件即可达到调整凸轮运动的目的；移动凸轮用的主动件运动为移动；反凸轮是将凸轮曲线制作在从动构件上。
在凸轮机构高速运转时，从动件可能存在很大的惯性力，利用施加于从动部件上的弹簧弹力无法确保凸轮和从动件不脱离接触。在凸轮上开设沟槽，将从动件端部夹在凸轮沟槽内，可避免上述现象发生，使凸轮机构准确、稳定、可靠地工作，这种形式的凸轮机构称为确动凸轮机构。圆柱凸轮、圆锥凸轮、球面凸轮、盘形槽凸轮、反凸轮等都属于确动凸轮。
将凸轮机构从动构件解除导向限制，自由端用活动铰链连接固定，从动件可实现往复摆动，如图4-8所示。图4-9所示的凸轮机构属于一类特殊的凸轮机构，称为圆柱分度凸轮机构，其输出为间歇转动，运动准确、可靠，可实现高速、精确分度定位。
利用凸轮机构可由简单的转动、移动获得复杂的往复移动、往复摆动和间歇运动，从动构件的运动规律取决于凸轮曲线形式。凸轮的应用很广，以下列举几个实例。
图4-10为发动机气门启闭的实例，凸轮旋转推动从动杆件往复移动，杆件再通过摇臂压迫气阀开启，气阀的关闭靠弹簧作用。气阀的开启、关闭时间决定凸轮的轮廓曲线。
图4-11为机床床头箱变速的操作机构。两组多联齿轮在变速时各只有一个进入传动链作用，共有六种组合，圆柱凸轮上有两组曲线对应控制两组齿轮，在曲线的不同位置组合对应六种齿轮组合状态，圆柱凸轮与控制手柄相连，旋转手柄转到不同的位置则对应某一速度档位。
图4-12为自动车床刀架进给的机械控制机构。
图4-13为包装机上纸盒折叠成形机构应用凸轮的例子。
图4-14、图4-15为另外两个凸轮在机械设备上的应用实例。

2.连杆机构
往复运动的常用连杆机构主要有曲柄滑块机构、曲柄摇块机构和曲柄摇杆机构，分别可实现往复直线运动和摆动。
如图4-16所示，曲柄滑块机构将来自曲柄1的连续转动转换为滑块3的直线往复运动。反过来，若滑块3作为原动件，曲柄滑块机构可用于将直线移动转化为曲柄1的转动。
如图4-17所示的曲柄摇杆机构，来自曲柄1的转动通过机构转换为摇块3的摆动及杆2的伸缩。若以杆2的伸缩作源驱动，则可获得杆1的转动和摇块3的摆动。
在具体产品设计应用实践中，应根据具体情况灵活运用基本机构原理。下面介绍几个具体应用实例。
图4-18的汽车车门启闭机构本质为一曲柄滑块机构，但是曲柄用气缸作为转动的动力源，车门相当于曲柄滑块机构中的连杆。气缸推动与活塞杆铰接的角形摆杆3绕固定销轴A转动，滑块C在滑到内移动，作为连杆的车门作平面运动，由关闭位置到开启位置。
图4-19为一种新型曲柄滑块往复活塞式车用空压机。该机无连杆，用以短圆柱形滑块将曲柄与活塞相连，滑块随曲轴旋转，同时在活塞上的圆筒形导轨上滑动，迫使活塞作往复运动。
图4-20的手摇唧筒机构采用的机构