間歇運動機構

1、第六章 間歇運動機構一、教學目的和教學要求 1、教學目的：拓寬學生的知識面，使學生知道存在某一類機構。 2、教學要求結合專業(yè)需要對棘輪機構、槽輪機構、凸輪式間歇運動機構、不完全齒輪機構、星輪機構等一些其他常用機構的工作原理、運動特點及其應用有所了解。二、本章重點教學內容及教學難點重點：了解棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構的組成、運動特點及其運動設計的要點。至于凸輪式間歇機構和星輪機構，只需了解它們的運動特點。 難點：如何組織教學內容，使學生沒有雜亂無章之感。§6-1 棘輪機構一、棘輪機構的組成、工作特點及類型棘輪機構的典型結構是由搖桿、棘爪、棘輪、止動爪和機架組成。可將主動搖桿連續(xù)

2、往復擺動變換為從動棘輪的單向間歇轉動。其棘輪軸的動程可以在較大范圍內調節(jié)，且具有結構簡單、加工方便、運動可靠等特點。但沖擊、噪音大，且運動精度低。棘輪上的齒大多做在棘輪的外緣上，構成外接棘輪機構，也有做在圓筒內緣上的，這時構成內接棘輪機構。至于其他形式的齒式棘輪機構和摩擦式棘輪機構僅作為了解，以開闊眼界。二、棘輪機構的設計要點在設計棘輪機構時，首要的問題是確定棘輪輪齒的傾斜角，因為為了保證棘輪機構工作的可靠性，在工作行程時，棘輪應能順利地滑入棘輪齒底。棘輪齒面傾斜角的確定：棘輪齒面傾斜角為齒面與輪齒尖向徑的夾角。為了使棘爪能順利地進入棘輪齒間，則要求齒面總作用力對棘爪軸心的力矩方向應迫使棘爪進

3、入棘輪齒底。即應滿足條件： （6-1）其中為摩擦角。§6-2 槽輪機構一、槽輪機構的組成、工作特點及類型槽輪機構的典型機構是由由主動撥盤、從動槽輪及機架組成?？蓪⒅鲃訐鼙P的連續(xù)轉動變換為槽輪的間歇轉動。并具有結構簡單、尺寸小、機械效率高、能較平穩(wěn)地間歇轉位等特點。普通槽輪機構有外槽輪機構和內槽輪機構之分。為了滿足某些特殊的工作要求，在某些機械中還用到一些特殊型式的槽輪機構，如不等臂長的多銷槽輪機構、球面槽輪機構、偏置槽輪機構等。二、普通槽輪機構的運動系數(shù)及運動特性(1) 普通槽輪機構的運動系數(shù)在單銷外槽輪機構中，當主動撥盤回轉一周時，從動槽輪運動時間與主動撥盤轉一周的總時間t之比稱為

4、槽輪機構的運動系數(shù)，并以k表示，即 (6-2) 式中z槽輪的槽數(shù)。如果在撥盤上均勻地分布n個圓銷，則當撥盤轉動一周時，槽輪將被撥動n次，則該槽輪機構的運動系數(shù)為 （6-3）運動系數(shù)必須是大于零而小于1。（2）普通槽輪機構的運動特性主動撥盤以等速度轉動。當主動撥盤處在位置角時，從動槽輪所處的位置角、角速度及角加速度分別為 (6-4) (6-5) (6-5)式中當撥盤的角速度一定時，槽輪的角速度及角加速度的變化取決于槽輪的槽數(shù)z，且隨槽數(shù)z的增多而減少。此外，圓銷在嚙入和嚙出時，有柔性沖擊，其沖擊將隨z減少而增大。三、槽輪機構的設計要點（l）槽輪槽數(shù)的確定由式 可知，槽輪糟數(shù)z愈多，k愈大，槽輪轉

5、動的時間增加，停歇的時間縮短。因ko，故槽數(shù)，但當z12時，k值變化不大，故很少使用z12的槽輪。因此，一般取z=312，而常用槽數(shù)為3，4，6，8。一般情況下，槽輪停歇時間為機器的工作行程時間；槽輪傳動的時間則是空行程時間。為了提高生產率，要求機器的空行程時間盡量短，即k值要小，也就是槽數(shù)要少。由于z愈少，槽輪機構運動和動力性能愈差，故一般在設計槽輪機構時，應根據(jù)工作要求、受力情況、生產率等因素綜合考慮，合理選擇k值，再來確定槽數(shù)。一般多取z=4或6。（2）圓銷數(shù)目的確定單銷外嚙合槽輪機構的k值總是小于0.5，即槽輪的運動時間總是小于其停歇時間。如果要求k0.5的間歇運動時，可以采用多銷外嚙

6、合槽輪機構，其銷數(shù)n應滿足式 （6-6）當z=3時，n=16；當z=4時，n=l4；當z=5或6時，n=l3；當時，n= l 2。§6-3 不完全齒輪機構一、不完全齒輪機構的組成、工作特點及類型不完全齒輪機構是由普通齒輪機構演變而得的一種間歇運動機構。不完全齒輪機構的主動輪的輪齒不是布滿在整個圓周上，而只有一個或幾個齒，并根據(jù)運動時間與停歇時間的要求，在從動輪上加工出與主動輪相嚙合的齒。不完全齒輪機構設計靈活、從動輪的運動角范圍大，很容易實現(xiàn)一個周期中的多次動、停時間不等的間歇運動。但加工復雜；在進入和退出嚙合時速度有突變，引起剛性沖擊，不宜用于高速轉動；主、從動輪不能互換。不完全齒

7、輪機構同齒輪嚙合相同，可分為外嚙合、內嚙合及不完全齒輪齒條機構。二、設計要點 1）主動輪首末齒齒頂需降低，以避免齒頂干涉。2）改善從動輪動力特性的措施，加瞬心線附加板，減少嚙入及嚙出階段的沖擊。§6-6 例題精選例6-1 有一外嚙合槽輪機構，已知槽輪槽數(shù)，槽輪的停歇時間為1s，槽輪的運動時間為2s。求槽輪機構的運動特性系數(shù)及所需的圓銷數(shù)目。解：當主動撥盤1回轉一周時，槽輪2的運動時間為秒，主動撥盤轉一周的總時間為秒，所以。例6-2 在轉動軸線互相平行的兩構件中，主動件作往復擺動，從動件作單向間歇轉動，若要求主動件每往復一次，從動件轉。試問：(1)可采用什么機構？(2)試畫出其機構示意

8、圖；(3)簡單說明設計該機構尺寸時應注意哪幾個問題？解：(1)棘輪機構。(2)如圖所示(3)設計時應注意兩個問題(保證機構可靠工作):齒形要符合自動嚙緊條件。應是每齒所對中心角的倍數(shù)。而主動件的擺角應為+。為空程角，在前后各加角。例6-2圖解第七章 實現(xiàn)其他功用機構本章重點：了解萬向聯(lián)軸節(jié)及螺旋機構的組成、運動特點及其運動設計的要點。至于行程增大和可調機構、供料機構及抓取機構、瞬心線機構、共軛曲線機構以及組合機構只需了解它們的運動特點。本章要求：結合專業(yè)需要對萬向聯(lián)軸節(jié)、螺旋機構等機構的工作原理、運動特點及其應用有所了解。§7-1 萬向聯(lián)軸節(jié)可用于傳遞兩相交軸間的運動和動力，而且在傳

9、動過程中，兩軸之間的夾角可以變動。它廣泛用于汽車、機車等機械傳動系統(tǒng)中。1 單萬向鉸鏈機構單萬向鉸鏈機構是由主動軸1、從動軸2、中間十字構件及機架組成。當兩軸夾角為時，若主動軸1以等角速度回轉時，則從動軸2的角速度將在一定范圍內變化，即 （7-1）且變化幅度與兩軸夾角的大小有關。愈大，的變化幅度愈大，故一般取。（2）雙萬向鉸鏈機構。為了消除單萬向鉸鏈機構中從動軸變速轉動的缺點，常采用由兩個單萬向鉸鏈機構形成的雙萬向鉸鏈機構。為了實現(xiàn)主、從動軸的角速度恒相等，其結構必須滿足的條件為：1）軸1，3和中間軸2必須位于同一平面內；2）主動軸1、從動軸3與中間軸2的軸線之間的夾角應相等；3）中間軸兩端的

10、叉面應位于同一平面內。§7-2 螺旋機構螺旋機構是由螺桿、螺母及機架組成。一般情況下，它是將螺桿的旋轉運動轉換為螺母沿螺桿軸向的移動。但在 的情況下，也可將螺母移動變?yōu)槁輻U的轉動。螺旋機構的主要優(yōu)點是能獲得很大減速比和力的增益。可通過選擇螺旋導程角使機構具有自鎖性，但機構效率較低。1螺旋機構的運動分析簡單螺旋機構中，當螺桿1轉過角度時，螺母2將沿螺桿1軸向移動的距離為s，其值為（7-2）式中為螺旋的導程（mm）。（l）差動螺旋機構此螺旋機構中存在具有兩段不同導程和，且為螺紋旋向相同的螺桿。當螺桿轉過角度時，螺母相應移動的距離為s，即 (7-3)當導程與相差很小時，位移s很小。這種差動

11、螺旋機構又稱為微動螺旋機構，常用于微調、測微和分度機構中。（2）復式螺旋機構此螺旋機構中存在具有兩段不同導程和，且為螺紋旋向相反的螺桿。當螺桿轉過角度時，螺母相應移動的距離為s，即 （7-4）此種螺旋機構可實現(xiàn)螺母的快速移動。2螺旋的螺紋導程角、導程和頭數(shù)為了滿足不同的工作要求，螺旋機構應選用不同的幾何參數(shù)。要求具有自鎖性或起微動作用的螺旋機構，宜選用單頭螺紋，使螺紋具有較小的導程及導程角；對于要求傳遞大的功率或快速運動的螺旋機構，則采用具有較大導程角的多頭螺旋。§7-3 行程增大和可調機構（不講）§7-4 供料機構及抓取機構（不講）§7-5 組合機構常把幾個基本

12、機構組合起來加以應用，就構成了所謂的組合機構。利用組合機構不僅能滿足多種設計要求，而且能綜合應用和發(fā)揮各種基本機構的特點，所以組合機構越來越得到廣泛的應用。組合機構可以是同一類的基本機構的組合，也可以是不同類型基本機構的組合。常見的組合機構有聯(lián)動凸輪組合機構、凸輪齒輪組合機構、齒輪連桿組合機構等。§7-6 瞬心線機構（不講）§7-7 共軛曲線機構（不講）§7-8 例題精選例7-1圖示螺旋機構中，螺桿1分別與構件2和3組成螺旋副，導程分別為mm，mm，如果要求構件2和3如圖示箭頭方向由距離mm快速趨近至mm，試確定：(1)兩個螺旋副的旋向(螺桿1的轉向如圖)；(2)

13、螺桿1應轉過多大的角度。例7-1圖解：(1)左邊的螺旋副為左旋，右邊的為右旋。(2)mm設兩螺母移動的距離分別為和，則螺桿1應轉過。例7-2螺旋機構如圖所示，A、B、C均為右旋，導程分別為mm，mm，mm。試求當構件1按圖示方向轉1轉時，構件2的軸向位移及轉角。例7-2圖解：設軸向位移向右為正，右旋導程為正，則右視圖逆時針方向轉動為正。構件1軸向位移：(1)其中為構件1的轉角。構件2相對于1的軸向位移：(2)其中(3)構件2軸向位移(4)由(1)-(4)可解出：代入已知量、得：mm，即構件向左移2.4mm。再將代入(3)得：，即構件2右視逆時針轉。例7-3如圖所示，軸1、2用萬向聯(lián)軸節(jié)A相聯(lián)，

14、軸2、3用萬向聯(lián)軸節(jié)B相聯(lián)，1、2軸線所在平面與2、3軸線所在平面相互垂直。試問：欲使軸1與軸3的角速度相等，須滿足哪些條件？例7-3圖解：須滿足：(1)中間軸兩端的叉平面相互垂直；(2)。第十四章 機械平衡本章重點： 使學生掌握剛性轉子平衡、動平衡的原理和計算方法。本章難點： 是剛性轉子動平衡概念的建立，和平衡基面選不同位置時質徑積的換算問題。本章要求：1） 掌握剛性轉子靜、動平衡的原理和方法。 2）了解平面四桿機構的平衡原理。§14-1 概述機械在運轉時，構件所產生的慣性力和慣性力矩在運動副上引起了大小和方向不斷變化的附加動壓力，這不僅會增大運動副中的摩擦和構件中的內應力，降低機

15、械效率和使用壽命，而且必將引起機械及其基礎產生強迫振動以及可能產生的其他不良現(xiàn)象。機械平衡的目的就是為了完全或部分地消除慣性力的不良影響，借助于選擇構件質量將不平衡慣性力和慣性力矩加以消除或減少。在機械中，由于各構件的結構和運動形式不同，其所產生的慣性力的平衡方法也不同。對于繞固定軸轉動的回轉構件（即轉子），可以就其本身加以平衡；對于做往復移動或平面運動的構件必須就整個機構進行研究。所以，機械的平衡問題分為轉子的平衡和機構在機座上的平衡兩類。剛性轉子的平衡問題分為靜平衡與動平衡兩種。§14-2 剛性轉子的平衡設計和平衡實驗一、剛性轉子的靜平衡對于軸向尺寸較小的盤類（寬徑比 ）轉子，如

16、齒輪、盤形凸輪和飛輪等，其所有質量都可以認為在垂直于軸線的同一平面內。這種轉子的不平衡是因為其質心位置不在回轉軸線上，且其不平衡現(xiàn)象在轉子靜止時就能夠顯示出來，故稱為靜不平衡。對于這種不平衡轉子，只須重新分布其質量，使質心移到回轉軸線上即可達到平衡，這種平衡稱為靜平衡。由此可知，剛性轉子的靜平衡條件為：其慣性力的矢量和應等于零，或質徑積的矢量和應等于零。即=0 或 =0 (9-1)凡滿足這一條件的構件稱為靜平衡構件。二、剛性轉子的動平衡對于軸向尺寸較大的轉子（），如內燃機曲軸、電機轉子和機床主軸等，其質量就不能再被認為分布在同一平面內。這種轉子的不平衡，除了存在靜不平衡外，還會存在力偶的不平衡

17、。這種不平衡在轉子運轉的情況下才能完全顯示出來，故稱為動不平衡。對于動不平衡的轉子，須選擇兩個垂直于軸線的平衡基面，并在這兩個面上適當加上（或除去）兩個平衡質量，使轉子所產生的慣性力和慣性力偶矩都達到平衡，這種平衡稱為動平衡。由此可知，剛性轉子動平衡的條件為：其慣性力的矢量和等于零，其慣性力矩的矢量和也應等于零。即=0 或 =0 （9-2）凡滿足這一條件的轉子稱為動平衡轉子。實際上，一般的回轉構件既是動不平衡又是靜不平衡，只有滿足動平衡的條件，才能達到完全平衡。因此，動平衡是轉子平衡的基本方法，而靜平衡只能解決盤類轉子的平衡問題。三、轉子的平衡計算及平衡實驗造成轉子的質量分布不均勻而引起不平衡

18、的原因是多種多樣的。但可歸結為兩種情況；一是結構的原因；二是制造的原因。對于因結構不對稱而引起不平衡的轉子，其平衡是先根據(jù)其結構確定出各不平衡質量的大小及方位，再用計算的方法求出轉子平衡質量的大小和方位來加以平衡的，即設計出理論上完全平衡的構件。對于結構上是對稱的，即理論上是平衡的轉子，由于制造的不準確、安裝的誤差及材料不均勻等原因，也會引起不平衡，而這種不平衡量是無法計算出來的，只能在平衡機上通過實驗的方法來解決。故所有轉子均須通過實驗的方法才能予以平衡。1平衡計算l）轉子的靜平衡計算：對于結構不對稱的盤形轉子，先按其結構形狀及尺寸確定出各不平衡質量的大小及位置后，根據(jù)靜平衡條件列出轉子包含

19、平衡質量的質徑積平衡方程式，然后用圖解法（即取質徑積比例尺（kg·cmmm），作質徑積矢量多邊形進行求解）或解析法求出應加的平衡質量的大小及其方位。對于靜不平衡的轉子，不論它有多少個偏心質量，都只需要在同一個平衡面內增加或除去一個平衡質量即可獲得平衡，故又稱為單面平衡。2）轉子的動平衡計算：對于結構不對稱的動不平衡轉子，先按其結構形狀及尺寸確定出各不平衡質量的大小及方位（包括所在平面的位置），然后，選擇兩個平衡基面，并根據(jù)力的平行分解原理，將各不平衡質量的質徑積分別等效到兩平衡基面上，再分別按每個平衡基面建立質徑積的平衡方程式，最后用圖解法或解析法求解出兩平衡基面的平衡質量的大小及方

20、位。由此可見，動平衡計算是通過簡化為兩個平衡基面的靜平衡問題來進行計算的。對于任何動不平衡的轉子，不論它有多少個偏心質量，以及分布于多少個回轉平面內，都只需要在選定的兩個平衡基面內分別各加上或除去一個平衡質量即可獲得平衡，故動平衡又稱為雙面平衡。2平衡實驗。轉子的靜平衡實驗是借助于靜平衡實驗裝置將轉子的靜不平衡現(xiàn)象較容易地顯示出來，然后再經過反復試加平衡質量直至轉子的靜不平衡現(xiàn)象消失為止，即轉子已達到靜平衡。轉子的動平衡實驗則需在專用的動平衡機上進行，目前使用較多的動平衡機是根據(jù)振動原理設計的，并且利用測振傳感器將由轉子轉動所引起的振動信號經過電子線路加以處理和放大后，再由電子儀器依次顯出轉子

21、的兩平衡基面上應加平衡質量的大小和方位。而轉子的平衡精度是用轉子的許用不平衡量來控制的。因此，除要搞清楚平衡實驗原理及方法外，還應搞清楚轉子的許用不平衡量的表示方法。至于機構的平衡問題，只要求了解其方法。§14-3 撓性轉子的動平衡簡介（不講）§14-4 平面機構的平衡（不講）§14-5 多缸發(fā)動機慣性力的部分平衡簡介（不講）§14-6例題精解例14-1 圖示盤形回轉件上存在三個偏置質量，已知，設所有不平衡質量分布在同一回轉平面內，問應在什么方位上加多大的平衡質徑積才能達到平衡？解： 與共線，可代數(shù)相加得 例9-1圖 方向同平衡條件：所以依次作矢量，封閉矢量即所求，如圖示。例9-1圖解例14-2 圖示盤狀轉子上有兩個不平衡質量：kg，相位