其他常用機(jī)構(gòu)簡介

1、第7章 其他常用機(jī)構(gòu)簡介學(xué)習(xí)目標(biāo)了解棘輪機(jī)械、槽輪機(jī)構(gòu)、凸輪間歇機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用。71棘輪機(jī)構(gòu)1棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理與基本類型 (1)工作原理 圖61所示為常見齒嚙式外嚙合的棘輪機(jī)構(gòu)，主要由棘輪l、主動件搖桿4、驅(qū)動棘爪2、止回棘爪5和機(jī)架組成。當(dāng)主動搖桿順時針擺動時，搖桿上鉸接的驅(qū)動棘爪2就會插入棘輪的齒槽內(nèi)，推動棘輪同向轉(zhuǎn)動一定的角度。當(dāng)主動搖桿逆時針擺動時，驅(qū)動棘爪在棘輪的齒背上滑過，這時止回棘爪會阻止棘輪反向轉(zhuǎn)動，使棘輪靜止不動，從而實(shí)現(xiàn)了當(dāng)主動件連續(xù)往復(fù)擺動時，從動棘輪作單向的間歇運(yùn)動。為了保證棘爪工作可靠，常利用扭簧3使棘爪緊壓齒面。 (2)基本類型

2、常見棘輪機(jī)構(gòu)可分為齒嚙式和摩擦式兩大類。 齒嚙式棘輪機(jī)構(gòu) 齒嚙式棘輪機(jī)構(gòu)是靠棘爪和棘輪齒嚙合傳動，齒嚙式棘輪機(jī)構(gòu)有外嚙合(圖71)和內(nèi)嚙合(圖72)兩種基本形式。內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)由棘輪1、棘爪2和2、彈簧3和3以及軸4組成，如圖72所示。 單動式棘輪機(jī)構(gòu)，如圖71所示，當(dāng)原動件連續(xù)地往復(fù)擺動時，棘輪只作單向的間歇運(yùn)動。圖7l單動式棘輪機(jī)構(gòu) 圖72-內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)雙動式棘輪機(jī)構(gòu)，如圖73所示，其棘爪3可制成直頭圖73(a)、鉤頭圖73(b)。當(dāng)主動搖桿1往復(fù)擺動一次時，能使棘輪2沿同一方向作兩次間歇轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于加大了轉(zhuǎn)角。 可變向棘輪機(jī)構(gòu)如圖74(a)所示，它的棘輪齒形為對稱梯形。當(dāng)棘爪在兩個不同

3、位置時，主動桿與棘爪將使棘輪向相反方向作間歇運(yùn)動；圖74(b)所示為另一種可變向棘輪機(jī)構(gòu)。 （a） (b) (a) (b) 圖73雙動式棘輪機(jī)構(gòu) 圖74可變向棘輪機(jī)構(gòu) 摩擦式棘輪機(jī)構(gòu) 摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)如圖75所示，棘輪上無棘齒。它靠棘爪1，3和棘輪2之間的摩擦力傳動，棘輪轉(zhuǎn)角可作無級調(diào)節(jié)，且傳動平穩(wěn)、無噪聲。但因靠摩擦力傳動，其接觸表面容易發(fā)生滑動。 2棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確、運(yùn)動可靠，而且棘輪的轉(zhuǎn)角可在很大范圍內(nèi)作有級調(diào)節(jié)。但工作時棘爪在齒背上滑行易引起噪聲、沖擊和磨損，運(yùn)動精度不高，所以常用于低速、輕載的場合。 圖75摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)72槽輪機(jī)構(gòu)1槽輪機(jī)構(gòu)的工

4、作原理與類型 、 (1)工作原理 圖76所示為槽輪機(jī)構(gòu)(又稱馬氏機(jī)構(gòu))，由帶有圓銷3的撥盤1、具有徑向槽的槽輪2及機(jī)架組成。撥盤1主動作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動，當(dāng)圓銷A未進(jìn)入槽輪的徑向槽時，槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤的外凸鎖止弧鎖住而靜止；當(dāng)圓銷A開始進(jìn)人徑向槽時，內(nèi)外鎖止弧脫開，槽輪在圓銷A的驅(qū)動-FJl時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)圓銷A開始脫離徑向槽時，槽輪因另一鎖止弧又被鎖住而靜止，直到圓銷再次進(jìn)人下一個徑向槽時，鎖止弧脫開，槽輪才能繼續(xù)轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)從動槽輪的單向間歇運(yùn)動。 (2)基本類型槽輪機(jī)構(gòu)有外槽輪機(jī)構(gòu)(圖76)和內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)(圖77)兩種類型。依據(jù)機(jī)構(gòu)中圓銷的數(shù)目，外槽輪機(jī)構(gòu)又有單圓銷(圖76)、雙圓銷(圖7

5、8)和多圓銷槽輪機(jī)構(gòu)之分。單圓銷外槽輪機(jī)構(gòu)工作時，撥盤轉(zhuǎn)一周，槽輪反向轉(zhuǎn)動一次；雙圓銷外槽輪機(jī)構(gòu)工作時，撥盤轉(zhuǎn)一周，槽輪反向轉(zhuǎn)動兩次；內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的槽輪轉(zhuǎn)動方向與撥盤轉(zhuǎn)向相同。圖76外槽輪機(jī)構(gòu) 圖77內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)圖78雙圓銷槽輪機(jī)構(gòu)2槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用槽輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、轉(zhuǎn)位迅速、工作可靠，但制造與裝配精度要求較高且轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)動時有沖擊，故不適用于高速，一般用于轉(zhuǎn)速不是很高的自動機(jī)械、輕工機(jī)械或儀器儀表中。例如，圖79所示的轉(zhuǎn)塔車床的刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，刀架3上裝有6種刀具，槽輪2上有6個徑向槽，當(dāng)撥盤1回轉(zhuǎn)一周時，圓銷進(jìn)入槽輪一次，驅(qū)使槽輪轉(zhuǎn)過600，刀架也隨著轉(zhuǎn)過600，

6、從而將下一工序所需刀具轉(zhuǎn)換到工作位置。圖710所示為電影放映機(jī)的卷片機(jī)構(gòu)，槽輪2上有4個徑向槽，撥盤1每轉(zhuǎn)一周，圓銷將撥動槽輪轉(zhuǎn)過900，使膠片移過一幅畫面，并停留一定的時間，以適應(yīng)人眼的視覺暫留現(xiàn)象。圖79轉(zhuǎn)塔車床的刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu) 圖710電影放映機(jī)的卷片機(jī)構(gòu)73凸輪式間歇機(jī)構(gòu) 1凸輪式間歇機(jī)構(gòu)的工作原理與類型 (1)工作原理 凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)是利用凸輪的輪廓曲線，通過對轉(zhuǎn)盤上滾子的推動，將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動變換為從動轉(zhuǎn)盤的間歇轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)。它一般由主動凸輪、從動轉(zhuǎn)盤和機(jī)架組成。 (2)基本類型 圖71 1所示為圓柱凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)，圖712所示為蝸桿凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 2凸輪式間歇機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)

7、用 凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，轉(zhuǎn)位精確，傳動平穩(wěn)無噪聲，且只要適當(dāng)選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律和合理設(shè)計凸輪的輪廓曲線，即可減小動載荷和避免沖擊，從而適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，這是它不同于棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)的最突出的優(yōu)點(diǎn)。凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是裝配與調(diào)整要求較高，加工比較復(fù)雜。凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)主要用于能傳遞交錯軸間的間歇傳動，在輕工機(jī)械、沖壓機(jī)械等高速機(jī)械中常用做高速、高精度的步進(jìn)進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位等機(jī)構(gòu)。例如卷煙機(jī)、包裝機(jī)、多色印刷機(jī)、高速沖床等。圖711圓柱凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu) 圖712蝸桿凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)74不完全齒輪機(jī)構(gòu) 1不完全齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理與類型 如圖713所示，在主動

8、輪l上只制出1個或數(shù)個輪齒，其余部分為外凸鎖止弧，從動輪2上有與主動輪齒相嚙合的齒間和內(nèi)凹鎖止弧，且相問布置。當(dāng)主動輪1的有齒部分作用時，從動輪就轉(zhuǎn)動；主動輪的外凸鎖止弧作用時，從動輪就停止不動。因此當(dāng)主動輪連續(xù)轉(zhuǎn)動時，從動輪將獲得時轉(zhuǎn)時停的間歇運(yùn)動。如圖713(a)所示的不完全齒輪機(jī)構(gòu)中，主動輪1上只有1個齒，從動輪2上有8個齒間，故主動輪每轉(zhuǎn)1周，從動輪只轉(zhuǎn)18周。如圖713(b)所示的不完全 （a） （b）齒輪機(jī)構(gòu)中，主動輪1上有4個輪齒，從動輪2的圓周 有4個運(yùn)動段和4個停歇段，而且每個運(yùn)動段有4個齒 圖713不完全齒輪機(jī)構(gòu)間與主動輪齒相嚙合，主動輪轉(zhuǎn)1周，從動輪轉(zhuǎn)14周。 2不完全齒

9、輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計靈活，工作可靠，傳遞的力大，而且從動輪停歇的次數(shù)、每次停歇的時間及每次轉(zhuǎn)過角度的變化范圍比較大；其缺點(diǎn)是加工工藝較復(fù)雜，從動輪在運(yùn)動開始和終了時有較大的沖擊，不宜用于高速傳動，且主、從動輪不能互換。 不完全齒輪機(jī)構(gòu)一般用于低速、輕載的場合，如在自動機(jī)械和半自動機(jī)械中，用做工作臺的間歇轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及計數(shù)裝置等。75螺旋機(jī)構(gòu)751 螺紋的形成、類型、主要參數(shù)和應(yīng)用1螺紋的形成、類型和應(yīng)用 如圖714(a)所示，把底邊等于，的直角三角形繞于直徑為d2的圓柱上，并使其底邊與圓柱體的底邊對齊，則其斜邊在圓柱表面上便形成一條螺旋線。若取任一平面幾何

10、圖形，使其一邊靠在圓柱的母線上并沿螺旋線移動，移動時保持該平面圖形通過圓柱體的軸線，便可得到相應(yīng)的螺紋。如圖714所示，根據(jù)平面圖形的形狀，螺紋可分為三角形、矩形、梯形和鋸齒形等。 （a） （b）三角形螺紋多用于聯(lián)接，其余螺紋則多用于 圖714螺紋的形成與牙形傳動。 按照圓柱直立時螺旋線的繞行方向是向右上升還是向左上升，螺紋可分為右旋及左旋兩種，如圖715所示。一般采用右旋螺紋，有特殊要求時才采用左旋螺紋。 (a) (b)圖715螺紋的旋向、轉(zhuǎn)向與螺桿移動方向 根據(jù)圓柱上螺旋線的數(shù)目，可分為單線和多線螺紋圖716。單線螺紋圖716(a)是沿一條螺旋線形成的螺紋。多線螺紋圖716(b)(c)是沿

11、兩條或兩條以上、在周向和軸向等間距分布的螺旋線形成的螺紋，分別稱為雙線螺紋圖716(b)、三線螺紋圖716(c)。為制造方便，螺紋一般不超過四線。單線螺紋常用于聯(lián)接，也可用于傳動；多線螺紋則主要用于傳動。 在圓柱體的外表面上形成的螺紋稱為外螺紋，如螺柱上的螺紋；在圓柱孑L的內(nèi)表面上形成的螺紋稱為內(nèi)螺紋，如螺母上的螺紋。表71列出了常用螺紋的類型、牙形和應(yīng)用。螺紋已標(biāo)準(zhǔn)化，分為米制和英制兩種，我國采用米制，英、美等國則采用英制。(a)單線右旋螺紋 (b)雙線左旋螺紋 (C)三線右旋螺紋圖716螺紋的旋向、線數(shù)、螺距和導(dǎo)程表71常用螺紋類 別牙 形 圖特 點(diǎn) 和 應(yīng) 用 聯(lián) 接 用 三 角 形 螺

12、 紋普通螺紋牙形角= ，牙根較厚，牙根強(qiáng)度較高。同公稱直徑，按螺距大小分為粗牙和細(xì)牙。一般情況下多用粗牙，而細(xì)牙用于薄壁零件或受動載荷的聯(lián)接還可用于微調(diào)機(jī)構(gòu)的調(diào)整 英寸制螺紋牙形角= ，尺寸單位是in。螺距以每in長度內(nèi)的牙數(shù)表示，也有粗牙、細(xì)牙之分，多在修 配英、美等國家的機(jī)件時使用 管螺紋牙形角= ，公稱直徑近似為管子內(nèi)徑，以in為單位，是一種螺紋深度較淺的特殊英寸制細(xì)牙螺紋，多用于壓力在157 N以下的管子聯(lián)接 傳 動 用矩形螺紋牙形為正方形，牙厚為螺距的一半，尚未標(biāo)準(zhǔn)化。傳動效率高，但精確制造困難?？捎糜趥鲃犹菪温菁y牙形角a=30。，效率略低于矩形螺紋，但工藝性好，牙根強(qiáng)度高，廣泛用于

13、傳動鋸齒形螺紋工作面的牙形斜角為，非工作面的牙形斜角為 綜合了矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根，強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但只能用于單向受力的傳動 2螺紋的主要參數(shù)現(xiàn)以圖717所示的三角形螺紋為例，說明米制螺紋的主要參數(shù)。(1)大徑d大徑是指與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的 假想圓柱的直徑，并規(guī)定為螺紋的公稱直徑。 (2)小徑d1 小徑是指與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱的直徑。 (3)中徑d2 這是一個假想圓柱的直徑，在該圓柱母線上的牙形寬度與牙槽寬度相等。 (4)螺距P 相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離。 圖717螺紋的主要參數(shù)(5)尋程S與線數(shù)n 同一條螺旋線上的相鄰牙在中徑線上對應(yīng)點(diǎn)間的軸

14、向距離，稱為導(dǎo)程。導(dǎo)程S與線數(shù)n及螺距P之間的關(guān)系為 S=nP (71)其中n=1時為單線，n=2時為雙線，其余類推。 (6)升角在中徑圓柱面上螺旋線的切線與螺紋軸線垂直面問的夾角稱為升角，如圖71(a)所示。其計算公式為 (72) (7)牙形角 在軸剖面內(nèi)螺紋牙形相鄰兩側(cè)邊的夾角。(8)牙形斜角牙側(cè)邊與螺紋軸線垂線問夾角稱為牙形斜角。對于對稱牙形，=2。 英制螺紋的螺距是以每英寸長度內(nèi)的牙數(shù)表示的。英制螺紋的牙形角為僅=550。英制螺紋與米制螺紋之問的換算關(guān)系為 P=25.4/ z (53)0式中：P螺距，mm； z每英寸長度內(nèi)的牙數(shù)。752滑動螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)是利用螺旋副傳遞運(yùn)動和動力的機(jī)

15、構(gòu)，主要用來把回轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，同時傳遞動力。按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，螺旋機(jī)構(gòu)可分為滑動螺旋機(jī)構(gòu)和滾動螺旋機(jī)構(gòu)?；瑒勇菪龣C(jī)構(gòu)中，螺旋副作相對運(yùn)動時產(chǎn)生滑動摩擦。其效率為 (74) 由式(74)可以看出，當(dāng)量摩擦角越大，螺紋效率越低，其自鎖性能越好。三角形螺紋的當(dāng)量摩擦角最大，主要用于聯(lián)接，其他螺紋則用于傳動。滑動螺旋機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，能獲得很大的降速比和力的增益，工作平穩(wěn)，無噪聲，合理選擇螺紋升角可具有自鎖性能。，但效率低。753滾動螺旋機(jī)構(gòu)滑動螺旋機(jī)構(gòu)的螺旋副由于摩擦阻力大、效率低、精度低等，不能滿足現(xiàn)代機(jī)械的傳動要求。因此，許多現(xiàn)代機(jī)械中多采用滾動螺旋機(jī)構(gòu)(滾珠絲杠)。滾動螺旋機(jī)

16、構(gòu)是指在具有螺旋槽的螺桿與螺母之間，連續(xù)填滿滾珠作為中間體的螺旋機(jī)構(gòu)，如圖718所示。當(dāng)螺桿與螺母相對轉(zhuǎn)動時，滾動體在螺紋滾道內(nèi)滾動，使螺桿與螺母之間以滾動摩擦代替滑動摩擦，從而提高了傳動效率和傳動精度。 (a) (b)圖718滾動螺旋機(jī)構(gòu) 1外循環(huán)滾珠絲杠 外循環(huán)是指滾珠在回程時脫離螺桿的螺旋槽，而在螺旋槽外進(jìn)行循環(huán)，如圖718(a)所示。外循環(huán)螺母只需前后各設(shè)一個反向器，當(dāng)滾珠滾人反向器時，就會被阻止而轉(zhuǎn)彎，從返回通道回到滾道的另一端去，形成一個循環(huán)回路。 2內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠 內(nèi)循環(huán)是指滾珠在整個循環(huán)過程中始終和螺桿接觸的循環(huán)方式，如圖718(b)所示。內(nèi)循環(huán)螺母上開有側(cè)孔，孑L內(nèi)鑲有反向器

17、將相鄰兩螺紋的滾道連通，滾珠可越過螺紋頂部進(jìn)入相鄰滾道，形成一個封閉的循環(huán)回路。因此，一個循環(huán)回路里只有一圈滾珠，設(shè)有一個反向器。一個螺母常設(shè)置24個循環(huán)回路，各循環(huán)回路的反向器均布在圓周上。 3滾珠絲杠的特點(diǎn)和應(yīng)用 滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn)有：摩擦系數(shù)小，傳動效率可高達(dá)90以上；摩擦因數(shù)與速度的關(guān)系不大，故啟動扭矩接近運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩，工作平穩(wěn)；磨損小且壽命長，間隙可調(diào)，傳動精度與剛度均得到提高；不具有自鎖性，可將直線運(yùn)動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動。 滾珠絲杠的缺點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難；在需要防止逆轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)中，要加自鎖機(jī)構(gòu)；承載能力不如滑動螺旋機(jī)構(gòu)大。 滾珠絲杠多用于車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及對傳動精度要求較高的場合，如飛機(jī)機(jī)翼和

18、起落架的控制驅(qū)動、大型水閘閘門的升降驅(qū)動以及數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。754螺旋機(jī)構(gòu)的功能和應(yīng)用螺旋機(jī)構(gòu)的主要功能和應(yīng)用如表72所示。表72螺旋機(jī)構(gòu)的主要功能及應(yīng)用功能應(yīng) 用 示 例說 明傳 遞 運(yùn) 動 和 動 力臺虎鉗定心夾緊機(jī)構(gòu)，由平面夾爪1和V形夾爪2組成定心機(jī)構(gòu)。螺桿3的4端是右旋螺紋，B端為左旋螺紋，采用導(dǎo)程不同的復(fù)式螺旋。當(dāng)轉(zhuǎn)動螺桿3時，夾爪1與2夾緊工件4轉(zhuǎn)變運(yùn)動形式防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn) 變 運(yùn) 動 形 式(a)螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動；(b)螺母轉(zhuǎn)動，螺桿移動；(c)螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動和移動；(d)螺桿固定，螺母轉(zhuǎn)動和移動功能 應(yīng) 用 示 例說 明機(jī) 構(gòu) 調(diào) 整利用螺旋機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)曲柄長度。螺桿（構(gòu)件1）與曲柄（構(gòu)件2）組成轉(zhuǎn)動副B，與螺母（構(gòu)件2）組成螺旋副C。曲柄2的長度AK可通過轉(zhuǎn)動螺桿1改變螺母3的位置來調(diào)整。微 調(diào) 與 測 量鏜床鏜刀的微調(diào)機(jī)構(gòu)。螺母2固定于鏜桿3.螺桿1與螺2組成螺旋副A，同時又與螺母組成螺旋副B。4的末端是鏜刀，它與2組成移動副C。螺旋副A與B旋向相同而導(dǎo)程不同，當(dāng)轉(zhuǎn)動螺桿1時，鏜刀相對鏜桿作微量的移動，以調(diào)整鏜孔時的進(jìn)給量。本章小結(jié)1棘輪機(jī)構(gòu)、