常用机构的运动仿真(20个例程)

常用机构的运动仿真

一名资深机构设计师的话：

机构设计是机械设计中的灵魂，一种独特、新颖的机构设计体现了设计者的智慧与创新的精神。谁掌握、了解的机构越多，在研发设计新产品时就越主动，越有办法。

但是，熟练的掌握各种机构的设计并非易事，并非一日之功。它又是一种“隐性知识”，不是刚刚毕业就可以掌握的知识。需要日积月累，不断从实践、生活中学习，结合理论不断的总结，才能逐步地掌握。

但对于那些刚刚从事机械设计的人，才走上机械设计岗位的人，是否有一条稍微快捷的办法呢？我想尝试下面所述的方法：利用三维软件的运动仿真技术，把在实践中用到的、见到的以及在书本上学到的，常用的机构，绘制成三维模型仿真运动，让那些枯燥的平面图形变成实物一样的机构模型，并让他“动”起来，像看动画片一样。轻松地、在较短的时间里了解各种机构的运动原理，并大大地加深印象和记忆，用这样的办法来“缩短”掌握机构的时间。在老师的帮助下，首先完成了下面几个常用机构的仿真运动并作了简单的说明，方法是否可行？等候读者的消息。

20个常用机构的运动仿真案例

1、风扇摇头机构

图1是风扇摇头机构的原理模型。该机构把电机的转动转变成扇叶的摆动。红色的曲柄与蜗轮固接，蓝色杆为机架，绿色的连架杆与蜗杆（电机轴）固接。电机带扇叶转动，蜗杆驱动蜗轮旋转，蜗轮带动曲柄作平面运动，而完成风扇的摇头（摆动）运动。机构中使用了蜗轮蜗杆传动，目的是降低扇叶的摆动速度、模拟自然风。

图 1 风扇摇头机构

2、用摆动扇形齿轮实现间接送料机构

图2 是一个曲柄摇杆机构。绿色的可调曲柄可作整周旋转。并驱动扇形齿轮（摇杆）摆动，扇形齿轮又使蓝色小齿轮正反转动，若小齿轮与电磁离合器或超越离合器结合可完成间歇转动，可完成间断送料。

图 2 摆动扇形齿轮机构

3、量筒开盖落料机构

图3 用于电子秤自动计量的设备上，绿色的量筒挂在电子秤上（图中未显示），当充填的物料达到设定的要求时，秤重传感器发出信号，通过电磁阀接通单作用气缸，活塞杆伸出推动摇杆转动，打开量筒盖，物料下落；气缸复位，红色的配重块自动关盖。

图 3 开盖落料机构

4、犁爪伸缩机构

图4 为一犁地机构示意图。黄色的车轮缘上铰接多个红色的犁爪，犁爪的另一端与绿色的连杆相铰接，连杆又与深蓝色的圆环相铰接，圆环与浅蓝色的偏心圆盘铰接，偏心圆盘与车轴固接；偏心圆盘中心位置应在车轴垂直下方。当轮转动时圆环绕固定的偏心圆盘转动，并带动犁爪伸缩完成犁地的动作。该机构原理也可用于包装生产线步进送料机构。

图 4 犁爪伸缩机构

5、转动导杆与摆动导杆串接机构

图5 为牛头刨床的运动原理模型。可实现由转动到往复的直线运动过程。主动件是一个浅红色的短曲柄，曲柄铰接一个蓝色的滑块，滑块与蓝色的转动导杆相配合，滑块可以在转动导杆的导槽中滑动。转动导杆的另一端也铰接一个滑块，并与黄色的摆动的导杆相配合，摆动导杆的下端与机架铰接，上端与棕色连杆铰接，棕色连杆可带动粉红色的滑块(刨头)作往复直线运动。刨头向左运动为工作状态，向右为退出状态。此机构工作状态近似匀速平稳运动并具有快速退出功能。

图 5 转动导杆与摆动导杆串接机构

6、用正反转销驱动摆杆机构

图5所示的机构，可使输入的转动转换成往复摆动。主动红色小锥齿轮与两个大锥齿轮同时啮合，使两个大齿轮转向相反。在两个大齿轮的内端面各固接一个圆柱销，两个圆柱销交替与蓝色的摆动导杆槽配合，使摆杆往复摆动。若在一个圆柱销脱离摆杆的瞬间，用锁止机构或电磁离合器可使摆杆间歇。

图 6 正反转销驱动摆杆机构

7、翻转机构

图5翻转机构可将主动导杆的直线移动转换成零件夹持器的180度的翻转。红色直动导杆前端铰接一绿色的零件夹持器，夹持器的下部与灰色摆杆铰接，摆杆的上端与机架铰接。当导杆移动到设定的长度时，夹持器可把零件翻转180度。该机构可用于印刷及包装生产线上。

图7 翻转机构

8、用双偏心轮驱动导杆机构

图6机构是驱动轴带动两个与之固接的偏心盘（分别为红色与蓝色），轴转动带动两个黄色连杆，连杆用转动副与偏心圆盘连接。连杆的另一端分别于带有圆弧槽的导杆铰接，圆弧槽的导杆上端又与一个灰色摇杆铰接，摇杆的上端与机架铰接。黄色导杆一端铰接一个弧形滑块，圆弧导杆的往复摆动驱动导杆作往复直线运动。

图8 双偏心轮驱动导杆机构

9、切膜（纸）机构

该机构用于自动包装机上，对使用塑料薄膜打包的物品进行最后热合封接及剪断。该机构可使上下两个绿色的刀杆同时向相反的方向运动，携带热合及切断刀反复完成闭合、分开的运动，从而不间断地完成打包剪断工作。使用两个相同的齿轮驱动两个粉色的转盘（导杆），两个转盘大小相等转动方向相反。转盘上各有一个相同的滑槽，滑槽内装有红色的滑块。每个滑块的外端与上下刀杆的灰色转轴相连接并组成转动副，滑块的里端装有凸轮辊子轴承，该轴承与黄色侧板上的椭圆形槽形凸轮配合组成滑动副。圆盘转动时，并在滑块及红色直线导轨的的作用下，驱动上下导杆沿着椭圆形的轨迹运动，并且使热合切断刀在中间对称面接合，完成热合及剪断动作。

图9 切膜机构

10、翻转压板与楔夹紧机构

图10时用于加工零件的工装夹具。展示了一种快速的加紧零件的方法。被加工黄色零件用销钉定位后，先前推动灰色的手柄就可完成对加工零件的加紧，其方法快速、简单。仿真运动已清楚地表示出，这里不再论述了。

图10 翻转压板与楔加紧夹具

11、气钻行星机构

图11是把气动叶片泵与行星轮系传动的组合机构。压缩气体推动叶片泵转子旋转，带动中心齿轮旋转，中心齿轮与三个均布的绿色行星轮啮合，行星轮又带动红色转臂旋转，转臂上装有钻卡头（未示出）卡上钻头即可钻孔了。

图11 气钻与行星齿轮机构

12、切纸（膜）调速机构

为了使切刀切纸时的瞬时速度与送纸速度一致（同步），当改变送至速度或改变切纸长度时应调节切刀转速。图12就是一种调节机构。马达驱动棕色的大同步带轮匀速转动，与其同轴黄色的转动导杆也同步转动。输出链轮（粉红色）用链条与切刀连接（图中未示出），链轮转速变化时，切刀的转速也随之改变。链轮又与一个装有凸轮棍子轴承的黄色圆盘固结，棍子轴承可在转动导杆的直槽中滑动。转动的导杆通过棍子轴承带动圆盘与链轮转动。由于链轮转旋转轴与转动导杆的旋转轴不同轴是偏心的，构成了一个旋转导杆机构。导杆做匀速转动而链轮是非匀速转动。转动棕色的手柄，可调节偏心距的大小，通过试切或计算总可以解决切纸速度与送纸速度同步的位置。

图12 切纸速度调节机构