第六章 操纵系统设计1

第六章操纵系统设计§6—1操纵系统的功能和要求一、操纵系统的功能操纵系统的功能是实现信号转换，即把操作者施加于机械的信号，经过转换传递到执行系统，以实现机械的起动、停止、制动、换向、变速和变力等目的。二、操纵系统的要求操纵系统必须满足下列要求：1)操纵轻便省力2)操纵行程适当3）操纵灵活4)操纵件定位可靠5)操纵灵敏、效率高6)操纵系统的反馈准确迅速7)操纵系统应有可调性8)操纵方便和舒适9)操纵安全可靠§6—2操纵系统的组成和分类一、操纵系统的组成操纵系统主要由操纵件、执行件和传动件三部分组成。(1)操纵件常用的操纵件有拉杆、手柄、手轮、捏手、按钮、按键和脚踏板等。(2)执行件常见的有拨叉、销子和滑块等。(3)传动件是将操纵件的运动、作用力传递到执行件，以实现操纵目的的中间元件。通常采用的传动系统有机械传动、液压传动、气压传动、电传动等。常用的传动装置有杆机构、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动和凸轮机构等。此外，辅助元件保证操纵系统安全可靠工作：如定位元件、锁定和互锁元件及回位元件等二、操纵系统的分类1.按操纵力的来源分类按操纵力的来源操纵系统可分为：人力操纵系统、助力操纵系统、液压操纵系统和气压操纵系统。2.按操纵系统的传动方式分类按操纵系统的传动方式操纵系统可分为机械式操纵系统和混合式操纵系统。3.按一个操纵件控制的执行件数分类按一个操纵件控制的执行件数操纵系统可分为单独操纵系统和集中操纵系统。集中操纵又可分为顺序操纵和越级操纵。4.按操作操纵件的人体器官分类按操作操纵件的人体器官操纵系统可分为手操纵系统和脚操纵系统。5.其他操纵方式形成的操纵系统远距离操纵系统§6—3操纵系统设计一、操纵系统主要参数的确定操纵系统的主要参数有操纵力、操纵行程和传动比。1.操纵力Fｃ操纵力Fｃ是操作者施加给机器操纵件的最大作用力。操纵力Fｃ(单位为N)可由下式求得切断动力时，须压缩弹簧，使其产生附加变形Δλ，以产生相应的弹簧力ΔＦｎ。它们之间有如下关系：(二)操纵行程ｓｃ操纵行程是指执行件从初始位置移动到完成操纵任务时的位置，操纵件所具有的相应位移量。=积各传力构件被动力臂乘积各传力构件主动力臂乘(三)传动比ｉｃ操纵系统的传动比ｉｃ为传动件的主动力臂与从动力臂之比。在新设计时，可按式(6—8)初定传动比ｉｃ：exccsissex初定各传动件的尺寸选定传动机构cprcFFi精确计算传动比ic按式（6-1）验算操纵力Fc若Fc超过推荐值结束若Fc合乎推荐值4.带助力器的操纵系统9)-(6)(422adadadppdDF助力器产生的推力Fp:式中Dad—助力器液压缸内径：dad—助力器活塞杆直径；pad—助力器中压力油的工作压力。助力器活塞杆移动的速度vad:tsvexad式中sex—操纵系统中执行件的行程；t—操纵系统中执行件的移动时间。助力器工作时需要的压力油流量qvad：）11-(6)(422adadadadvdDqvFp、pad、vad、qvad是选择和设计助力器的原始参数。对操纵件与助力器的联接构件不再进行力的计算，仅考虑行程关系。二、操纵系统的原理方案设计原理方案设计的任务是根据设计任务要求，选择操纵件、执行件和传动机构的方案，确定主要设计参数及有关几何尺寸。常用的操纵机构有摆动式操纵机构、移动式操纵机构、圆柱凸轮变速操纵机构、平面凸轮变速操纵机构等。1.摆动式操纵机构的设计2.移动式操纵机构3.圆柱凸轮变速操纵机构采用凸轮传动操纵系统时，其原理方案设计的要点是：1)分析执行件的运动规律，绘制凸轮的行程曲线。2)绘制凸轮理论曲线，包括确定凸轮机构尺寸(如凸轮基圆半径Rｂ和滚子直径dr)和绘制凸轮轮廓曲线。3)验算凸轮曲线不同曲率半径处的压力角。4)绘制凸轮的工作图。5)确定从动件的杠杆尺寸，杠杆比由凸轮升程和执行件移动距离确定。4.操纵机构自锁条件的解除三、操纵系统的结构设计结构设计的任务是在原理方案的基础上，形成各个组成部分的形状和尺寸。1)操纵件2)执行件拨叉是操纵系统中最常用的执行件，其优点是传动方式简单，占用的结构空间小，易于布置。3)传动件传动件一般采用杠杆系统。•4)其他结构元件•为保证操纵安全可靠，在操纵系统中通常附加一些起安全保护作用的元件或装置。四、操纵机构的定位、互锁及安全保护装置(一)操纵系统中的自锁机构自锁机构是以一定的预压力把操纵件、执行件或中间的某传动件固定在规定的位置上，只有所施加的操纵力大于这个预压力，操纵件或执行件才会动作。如图6-8所示的变速箱操纵系统滑杆上的切槽形状一般有两种，半圆形和V形，见图6—10。•半圆形的自锁性能不如V形切槽。（二）操纵系统中的互锁机构操纵系统在进行一个操作动作时把另一个操作动作锁住，保证在前一执行件的动作完成后才可使另一执行件动作。（三）操纵系统的安全保护操纵系统的安全保护有操纵系统中的安全保护和操纵环境中的安全保护。操纵系统中的安全保护常用上述的或类似的自锁机构和互锁机构实现。1.操纵环境的不安全因素2.操纵系统的安全保护（1）在机械系统中加装保护装置（2）提高操作者作业环境的舒适性（3）设置指示和警报装置转向离合器液压操纵系统的油路图操纵控制阀4或6，压力油进入左或右离合器油路，压力油的作用力操纵离合器，实现推土机转向。气压操纵系统