第2章 服机械常见机构及传动原理

第二章服机械常见机构及传动原理2.1有关机构的基本概念一、机器的特征：1、任何机器都是人为的实物组合体。

2、各构件之间具有确定的相对运动。

3、能完成能量的转换，做有用功。

注：机构的特征为第1、2点。

二、机构：具有确定相对运动的刚性体的组合系统。

（机械：在工程上，机器和机构的总称）三、（机构的）构件：机构中，参与运动的刚性体。

（一）构件与零件的区别：1、零件是指机器的制造单元，是单一的实物体。

2、构件是机器的运动单元，可以是一个零件，也可以是若干个零件组成的刚性体。

（二）构件与机构的区别：机构是由构件组成的，但是若干个构件并不一定都能组成机构（如三杆）。

（三）机构中的构件可分为三类：机架、原动件、从动件。

1、机架：机架是机构中视作固定不动的构件，它支承这其他可动构件。

在机构图中，机架上常标有斜线以示区别2、原动件：原动件是机构中接受外部给定运动规律的可动构件，原动件又称输入构件。

在机构图中，常标有箭头以示区别。

3、从动件：从动件是机构中岁原动件而运动的可动构件。

当从动件输出运动或实现其功能时，便称其为输出构件或执行件。

四、运动副的种类及代表符号（一）概述1、运动副：两构件相互接触而又保持一定相对运动的连接。

2、运动副的作用：用来约束构件的自由运动，即去除构件不需要的运动，而留下我们期望的运动。

3、运动副的理解：（1）运动副是一种连接；（2）运动副由两个机构组成；（3）组成运动副的两个构件之间有相对运动。

（二）运动副的分类1、按运动的范围分类：平面运动副和空间运动副。

（1）平面运动副：运动副只允许相邻两构件在同一平面或相对平行的平面内做相对运动。

（2）空间运动副：运动副允许相邻两构件的相对运动不只局限在平行的平面内。

2、按两构件的接触情况分类：低副和高副。

（1）低副：两构件通过面接触组成的运动副。

如转动副、移动副、球面副。

①转动副：只允许两构件相对转动的运动副。

若两构件之一是固定不动的，则称为固定铰链；若组成转动副的两构件都是运动的，则称为活动铰链。

表示方法：②移动副：只允许两构件沿某一直线做相对移动的运动副。

表示方法：③球面副：两构件通过点或线接触组成的运动副。

（2）高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。

如轮齿啮合。

（三）低副和高副的特点：1、低副和高副由于直接接触部分的几何特性不同，因而在使用上各有优缺点。

2、组成高副的构件可以实现多种形式的对应运动，但由于点或线接触，因而接触处的单位压力大，容易磨损，寿命短。

3、低副承受载荷时，单位压力小，因此承载能力大，低副构件容易制作和维修，但摩擦损失比高副大，效率低。

2.2 传动原理图一、传动原理图的定义：1、仅表示机构各构件间相对运动关系的简单图形。

2、包括从原动机开始的整个传动系统、执行系统时，应绘制传动原理图。

二、绘制传动原理图的目的：由于服装机械大多具有结构紧凑、可视性差、运动复杂的特点，绘制传动原理图有助于了解机器各构件的构造、传动方式、运动特性及调试部位。

三、机构运动简图：为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的外形和具体构造，而只用简单的线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置，表示机构的组成和传动情况。

这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图形就称为机构运动简图。

四、机构示意图：1、只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关系，也可以不按比例来绘制运动简图，通常把这样的简图称为机构示意图。

2、以上两种一般只绘制某一个或几个执行机构、传动或驱动机构。

五、绘制机构运动简图的方法和步骤：1、全面了解机构的组成和运动情况，明确机构中的运动件、机架、原动件和执行件，然后沿着运动传动路线分析构件的相对运动关系，弄清运动副的性质（构件用数字编号，运动副用字母代表）。

2、选择视图面，一般选择与各构件运动平面相互平行的面作为绘制简图的视图面。

这样容易表达清楚。

3、测量尺寸，选择适当的比例。

4、用运动副及构件符号绘制出机构简图（从主动件开始依次绘图）。

2.3 服装机械常见结构服装机械常见的机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。

一、平面连杆机构平面连杆机构是由一些刚性构件用低副联接而成的机构。

缝纫机中广泛采用这种机构以实现刺料、送料、摆针、落刀等动作。

最简单的平面连杆机构是两杆机构，如电动机、风机等，但要能满足运动转换的要求，必须用四杆机构以及四杆以上的多杆机构。

I.四杆机构主要有以下四种：（一）曲柄摇杆机构1、定义：铰链四杆机构的两个连架杆，若一为曲柄，另一个为摇杆，则称此机构为曲柄摇杆机构。

2、曲柄摇杆机构的作用：将曲柄的回转运动转换成摇杆的往复摆动；或将摇杆的往复摆动转换成曲柄的转动。

例如：家用缝纫机的脚踏板机构，脚踏板往复摆动（摇杆），通过连杆，传动曲轴完成整周回转。

摇杆作为主动件。

而在工业平缝机抬牙机构中，曲柄很短，所以采用偏心轮。

3、相关定义：（1）铰链四杆机构：将四个构件一四个转动副（铰链）联接而成的平面机构。

（2）连架杆：铰链四杆机构中与机架相连的构件。

（3）曲柄：连架杆若能绕机架做整周转动，则称为曲柄。

（4）摇杆：连架杆若只能绕机架在小于360度的范围内作往复摆动，则称为摇杆。

（5）连杆：与连架杆相连的构件。

曲柄摇杆机构双摇杆机构（二）双摇杆机构：铰链四杆机构的两个连架杆，若均为摇杆，则称此机构为双摇杆机构。

如港口用起重吊机是典型的双摇杆机构，钓钩的移动轨迹近似水平线。

（三）曲柄滑块机构：该机构是由曲柄摇杆机构演化而来的，即把摇杆做成滑块形式。

（四）摆动导杆机构在导杆机构中，如果导杆能做整周运动，则称为回转导杆机构，如果导杆仅能在某一角度范围内往复摆动，则称摆动导杆机构。

图a)为曲柄滑块机构，若将曲柄1作为机架，连杆2作为主动件，则连杆2和构件4将分别绕铰链B和A做转动，如图b)所示。

若AB<BC，则杆2、4可做整周回转，故称为转动导杆机构；若AB>BC，则杆4只能做做往复摆动，故称为摆动导杆机构。

II.平面连杆机构的特点：1、优点：由于低副是面接触，压强低，磨损小(寿命长），而且构成运动副的表面为圆柱面或平面，制作简单。

2、缺点是：由于低副中存在间隙，机构将不可避免地产生误差，往往由于运动副的增加，造成较大的累积误差；另外，平面连杆机构不易精确地实现复杂的运动规律。

3、因此，平面连杆机构常用于速度较低的场合。

二、凸轮机构（一）凸轮机构的组成、作用、应用：1、凸轮机构的组成：由凸轮、从动件和机架三部分组成，属于高副机构。

2、凸轮机构的作用：将凸轮的连续转动或移动转换为从动件的连续或不连续的运动或摆动。

3、凸轮机构的应用：缝纫设备中，许多构件要求完成复杂，精确地运动，而凸轮机构利用凸轮特定的轮廓曲面，可推动从动件完成预定的运动。

因此，凸轮机构在各类缝纫机中得到广泛应用。

（二）凸轮机构特点1、优点：由于这种机构结构紧凑，因此被广泛地应用在各种自动机械或半自动机械中。

与连杆机构相比，凸轮机构便于准确地实现给定的运动规律。

2、缺点：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，构件易磨损，不适应高速运动，传递动件受限制，另外高精度凸轮加工比较困难。

（三）凸轮机构的类型1、按凸轮的形状分类（1）盘形凸轮：它是凸轮的最基本型式。

这种凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化半径的盘形零件。

（2）圆柱凸轮：将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮。

（3）移动凸轮：当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。

2、按从动件类型分类（1）尖端从动件结构最简单，尖顶能与任何复杂的凸轮轮廓保持接触，以实现从动件的任意运动规律。

但因尖顶易磨损，仅适用于轻载低速凸轮结构。

（2）滚子从动件滚子从动杆的一端装有可自由转动的滚子，滚子与凸轮之间为滚动摩擦，磨损较小，可以承受较大的载荷，因此应用最普遍。

（3）平底从动件平底从动杆的一端为平面，直接与凸轮轮廓相接触。

若不考虑摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于端平面，传动效率高，且与接触面间易形成油膜，利于润滑，所以常用于高速凸轮机构。

它的缺点是不能用于凸轮轮廓有凹曲线的凸轮机构中。

3、按凸轮与从动件的锁合方式分类（1）力锁合：依靠重力或弹簧力来保证锁合。

（2）结构锁合：依靠凸轮和从动件的结构来实现。

如套结机、钉扣机、锁眼机的凸轮和转子。

三、齿轮机构（一）齿轮机构的用途齿轮传动是近代机械传动中用得最多的传动形式之一。

它不仅可以用于传递运动（如各种仪表机构），而且可用于传递动力（如常见的各种减速装置、机床传递系统等）。

（二）齿轮机构的特点1、优点：（1）能保证传动比恒定不变；（2）适用的载荷和速度范围广，传递的功率可由很小到几万千瓦，圆周速度可达150m/s；（3）结构紧凑；（4）效率高，一般效率η=0.94-0.99；（5）工作可靠且寿命长。

2、缺点：（1）对制造及安装精度要求较高，若齿轮制造精度低，传动时的振动和噪音就大；（2）不适宜两轴间距离大的传动。

（三）齿轮机构的分类：1、平面齿轮机构（1）直齿圆柱齿轮特点：直齿轮啮合时，齿面的接触线与齿轮的轴线平行。

直齿圆柱齿轮啮合是沿整个齿宽同时进入啮合和退出啮合的，轮齿上的载荷突然加上和卸掉，所以传动平稳性差，容易造成冲击和噪音，而且对制造误差很敏感，齿廓磨损不均匀。

一般不适用于高速、重载的传动。

（2）斜齿轮啮合特点：两斜齿啮合传动时，从啮合开始，其齿面上的接触线先由短变长，然后由长变短,直至脱离啮合。

这样不但延长了每对轮齿啮合时间，增加了重合度；而且两轮轮齿是逐渐进入啮合，减小了传动时的冲击、振动噪音，从而提高了传动的平稳性。

适用于高速重载机械。

缺点是运转时会产生轴向推力，造成机械振动，需安装能承受轴向力的轴承。

（3）人字齿轮机构特点：左右螺旋角大小相等，方向相反，使轴向力互相抵消，一般螺旋角β=25°-35°，但制造困难，一般用于高速大动力传动中。

2、相交轴齿轮机构两齿轮的传动轴线相交于一点，这是一种空间齿轮机构。

3、涡轮蜗杆机构（1）定义：在一对螺旋齿轮传动中，当小轮的直径很小且螺旋角很大时，则齿轮就变成几条绕在圆柱面上的螺旋齿，很像一个螺杆，故称蜗杆。

而大轮直径大，螺旋角小，称为蜗轮。

一般蜗杆齿数（或称头数），一般为1~4。

主动件一般是蜗杆。

（2）蜗轮蜗杆机构的特点：①传动工作平稳，噪音低，结构紧凑，传动比大（单级传动比为8~80）；②但传动效率低（一般效率70%~80%），易磨损、发热，制造成本高，轴向力大，常用于传动比较大，结构要求紧凑，传动功率不大的场合。

（3）应用：由于可以获得较大的传动比，在套结机、钉扣机、锁眼机等专用缝纫机中应用非常普遍。

附：一、问题与思考1、简述服装机械特点及绘制传动原理图的目的。

2、简述绘制传动原理图的步骤。

3、简述低副和高副的优缺点。