第7章其他常用機構及其設計

1、青島科技大學專用 潘存云教授研制其他常用機構7-1 萬向聯軸節(jié)萬向聯軸節(jié)7-2 螺旋機構螺旋機構7-3 棘輪機構棘輪機構7-4 槽輪機構槽輪機構7-5 不完全齒輪機構不完全齒輪機構 7-6 凸輪式間歇運動機構凸輪式間歇運動機構 7-7 非圓齒輪機構非圓齒輪機構7-8 擒縱輪機構擒縱輪機構7-9 組合機構組合機構青島科技大學專用 潘存云教授研制簡述以前介紹的若干機構的運動特點，如連桿機構、凸輪機構、齒輪機構。輪系機構。除此之外，工程上還廣泛需要其它運動形式：加工牙膏筒的自動六角車床加工牙膏筒的自動六角車床牙膏灌漿機牙膏灌漿機車螺紋車螺紋41裝牙膏筒裝牙膏筒2車帽口車帽口6卸牙膏筒卸牙膏筒5切尾切

2、尾3空閑空閑灌漿灌漿封口封口主動件作主動件作連續(xù)旋轉連續(xù)旋轉從動件作間歇轉從動件作間歇轉停停轉轉從動件作連續(xù)精確的直線移動從動件作連續(xù)精確的直線移動從動件作連續(xù)旋轉，但其軸線不固定從動件作連續(xù)旋轉，但其軸線不固定其它運動形式：其它運動形式：引言：引言：青島科技大學專用 潘存云教授研制車床的走刀運動車床的走刀運動螺旋機構螺旋機構螺旋機構將絲杠的等速回轉變換螺旋機構將絲杠的等速回轉變換成為刀架溜板的等速直線移動。成為刀架溜板的等速直線移動。后輪的驅動軸總是相對于后輪的驅動軸總是相對于發(fā)動機輸出軸上下擺動。發(fā)動機輸出軸上下擺動。青島科技大學專用 潘存云教授研制71 萬向聯軸節(jié)萬向聯軸節(jié)(萬向聯軸節(jié)萬

3、向聯軸節(jié))作用：作用：用于傳遞兩相交軸之間的動力和運動，而且在傳動過程用于傳遞兩相交軸之間的動力和運動，而且在傳動過程中，兩軸之間的夾角還可以改變。中，兩軸之間的夾角還可以改變。共軸、 有夾角應用：應用：廣泛應用于汽車、機床等機廣泛應用于汽車、機床等機械傳動系統中。械傳動系統中。1.單萬向鉸鏈機構單萬向鉸鏈機構結構特點：結構特點：兩傳動軸末端各有一個叉形兩傳動軸末端各有一個叉形支架，用鉸鏈與中間的支架，用鉸鏈與中間的“十字形十字形”構件構件相聯，相聯，“十字形十字形”構件的中心位于兩軸構件的中心位于兩軸交點處，軸間角為交點處，軸間角為 。運動分析：運動分析：兩軸平均傳動比為兩軸平均傳動比為1，

4、但瞬時傳動比是動態(tài)變化的。，但瞬時傳動比是動態(tài)變化的。在任意位置有：在任意位置有：2 21 121211 12 22121青島科技大學專用 潘存云教授研制由圖可得：由圖可得：2 21 1/cos /cos 2121 21A21A2 2 2 21 121A21A在圖示位置時，在圖示位置時， 2 2 、1 1 、21A 21A 共面，故可知共面，故可知:21B21B 0 01221A2A1 1B其中其中2121是一個空間矢量，可分解成繞是一個空間矢量，可分解成繞AB軸旋轉的兩個分量：軸旋轉的兩個分量：2121 21A21A 21B21B為最大值青島科技大學專用 潘存云教授研制可知可知2 2 的變化

5、范圍為：的變化范圍為：在圖示位置時，在圖示位置時， 2 2 、1 1 、21B 21B 共面，故可知共面，故可知:2121 21B21B21A21A0 02 2 ”2 21 121B21B由圖可得：由圖可得：”2 21 1cos cos 即：即： 1 1cos cos 2 2 1 1/cos /cos ”2 2 2 2 2 2121211 1BBA2為最小值青島科技大學專用 潘存云教授研制2.雙萬向鉸鏈機構雙萬向鉸鏈機構為了消除從動軸變速轉動的缺點，常將兩個單萬向鉸鏈機構為了消除從動軸變速轉動的缺點，常將兩個單萬向鉸鏈機構串聯實用，構成雙萬向鉸鏈機構。串聯實用，構成雙萬向鉸鏈機構。安裝要求：安

6、裝要求：主動、從動、中間三軸共面；主動、從動、中間三軸共面；主動軸、從動軸的軸線與中間軸的軸線之間的夾角應相等；主動軸、從動軸的軸線與中間軸的軸線之間的夾角應相等；中間軸兩端的叉面應在同一平面內。中間軸兩端的叉面應在同一平面內。21C21C青島科技大學專用 潘存云教授研制72 螺旋機構螺旋機構組成：組成：螺桿、螺母、機架。螺桿、螺母、機架。運動特點：運動特點：一般情況下是螺桿連續(xù)回轉，螺母軸向移動。一般情況下是螺桿連續(xù)回轉，螺母軸向移動。優(yōu)點：優(yōu)點：獲得很大的減速比和力的增益。獲得很大的減速比和力的增益。缺點：缺點：機械效率較低。機械效率較低。應用：應用：螺旋壓力機、千斤頂、機床進給裝置、微調

7、機構等。螺旋壓力機、千斤頂、機床進給裝置、微調機構等。 肥皂輸送機構1.螺旋機構螺旋機構及其應用及其應用在在v 時時,也可以螺母為作軸向移動，迫使螺桿轉動。也可以螺母為作軸向移動，迫使螺桿轉動。如起子青島科技大學專用 潘存云教授研制2.運動分析運動分析導程導程l螺旋轉一圈螺旋轉一圈(2)，螺母前進的距離。，螺母前進的距離。螺旋轉過任意螺旋轉過任意角時，螺母的位移角時，螺母的位移s為：為： s / rr =l /r2lr r2ss=l/2螺距螺距p相鄰螺紋牙齒同側齒面之間相鄰螺紋牙齒同側齒面之間的距離。的距離。兩者的關系為：兩者的關系為：l = z p，z為螺紋的頭數。為螺紋的頭數。強調Z=1r

8、r將螺紋在中徑圓柱處展開得一斜三角形，于是：將螺紋在中徑圓柱處展開得一斜三角形，于是：213KK向向213213青島科技大學專用 潘存云教授研制且且: lAlB s =( lAlB)/2當差當差(lAlB)很小時，很小時，s將很小。將很小。這種螺旋機構稱為微這種螺旋機構稱為微(差差)動螺旋機構，用于測微計（千動螺旋機構，用于測微計（千分尺）、分度機構、調節(jié)機構（分尺）、分度機構、調節(jié)機構（鏜刀微調機構鏜刀微調機構）中。）中。s1=lA/2螺母螺母2相對于螺桿相對于螺桿1的位移為：的位移為：s2=lB/2螺母螺母2相對于機架相對于機架3的位移為：的位移為：K向向圖示螺旋機構中，螺母圖示螺旋機構中

9、，螺母A固固定，螺母定，螺母2可沿軸向移動，可沿軸向移動，當當A、B段螺紋旋向相同時，段螺紋旋向相同時，螺桿螺桿1相對于機架相對于機架3的位移為：的位移為：2A3B2A3BA3K lB lAlAlB lA-lB青島科技大學專用 潘存云教授研制當當A、B段螺紋旋向相反時，段螺紋旋向相反時，鏜刀進給量調整鏜刀進給量調整微動螺旋機構微動螺旋機構差動螺旋應實例：差動螺旋應實例：復式螺旋機構復式螺旋機構l1=1.25 mm(右右)l2=1 mm(右右)2A3B螺母螺母2的位移為：的位移為： s =( lAlB)/22A3BA3 lA LA+lB lB稱為復式螺旋機構，用于車輛的快稱為復式螺旋機構，用于車

10、輛的快速靠近或離開、電桿拉線機構等。速靠近或離開、電桿拉線機構等。青島科技大學專用 潘存云教授研制一、棘輪機構的組成及其工作原理一、棘輪機構的組成及其工作原理組成：組成：擺桿、棘爪、棘輪、止動爪。擺桿、棘爪、棘輪、止動爪。73 棘輪機構棘輪機構工作原理：工作原理：擺桿往復擺動，棘爪推動棘輪間歇轉動。擺桿往復擺動，棘爪推動棘輪間歇轉動。優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單、制造方便、運動可靠、轉角可調。結構簡單、制造方便、運動可靠、轉角可調。缺點：缺點：工作時有較大的沖擊和噪音，運動精度較差。工作時有較大的沖擊和噪音，運動精度較差。 適用于速度較低和載荷不大的場合。適用于速度較低和載荷不大的場合。棘輪棘輪類型類

11、型按工作方式有：按工作方式有：按輪齒分布有：按輪齒分布有：按轉角是否可調按轉角是否可調: 固定轉角、固定轉角、可調轉角可調轉角 調桿長擺角、加滑動罩輪齒棘輪、輪齒棘輪、 摩擦棘輪摩擦棘輪 演示模型外緣、外緣、 內緣、內緣、 端面棘輪機構。端面棘輪機構。單向、單向、雙向運動雙向運動棘輪機構。棘輪機構。二、棘輪機構的類型與應用二、棘輪機構的類型與應用按棘輪轉向是否可調按棘輪轉向是否可調:按工作原理分有按工作原理分有 :單動式、單動式、 雙動式雙動式棘輪機構。棘輪機構。青島科技大學專用 潘存云教授研制1 12 274 槽輪機構槽輪機構（馬爾它機構）（馬爾它機構）一、槽輪機構的組成及其工作特點一、槽輪

12、機構的組成及其工作特點作用：作用：將連續(xù)回轉變換為間歇轉動。將連續(xù)回轉變換為間歇轉動。組成：組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。撥盤和槽輪上都有鎖止弧：槽輪上的凹圓撥盤和槽輪上都有鎖止?。翰圯喩系陌紙A弧、撥盤上的凸圓弧，起鎖定作用?；?、撥盤上的凸圓弧，起鎖定作用。特點：特點：結構簡單、制造容易、工作可靠、機械效率高，能平穩(wěn)結構簡單、制造容易、工作可靠、機械效率高，能平穩(wěn)地、間歇地進行轉位。因槽輪運動過程中角速度有變化地、間歇地進行轉位。因槽輪運動過程中角速度有變化 ，不適，不適合高速運動場合。合高速運動場合。o1工作過程：工作過程：撥盤連續(xù)回轉，當兩鎖止弧撥盤

13、連續(xù)回轉，當兩鎖止弧接觸時，槽輪靜止；反之槽輪運動。接觸時，槽輪靜止；反之槽輪運動。o2鎖止弧鎖止弧槽輪槽輪撥盤撥盤圓銷圓銷青島科技大學專用 潘存云教授研制二、槽輪機構的類型與應用二、槽輪機構的類型與應用球面槽輪機構球面槽輪機構應用實例：應用實例： 電影放映機、電影放映機、 自動攝影機、自動攝影機、六角車床轉塔六角車床轉塔。外嚙合槽輪機構外嚙合槽輪機構內嚙合槽輪機構內嚙合槽輪機構槽輪機槽輪機構類型構類型軸線平行軸線平行軸線相交軸線相交放映機的反應用外嚙合槽輪機構外嚙合槽輪機構內嚙合槽輪機構內嚙合槽輪機構1 122 2球面槽輪機構球面槽輪機構青島科技大學專用 潘存云教授研制六槽內槽輪六槽內槽輪撥

14、盤撥盤六角車床轉塔六角車床轉塔圓銷圓銷車螺紋車螺紋41裝牙膏筒裝牙膏筒2車帽口車帽口6卸牙膏筒卸牙膏筒5切尾切尾3空閑空閑青島科技大學專用 潘存云教授研制三、槽輪機構的運動系數及運動特性三、槽輪機構的運動系數及運動特性1.運動系數運動系數撥盤等速回轉，在一個運動循環(huán)內，撥盤等速回轉，在一個運動循環(huán)內，總的運動時間為：總的運動時間為： t2/2/1 1定義：定義： k=td / t 為運動系數，即：為運動系數，即： k=td / t為減少沖擊，進入或退出嚙合時，槽中為減少沖擊，進入或退出嚙合時，槽中心線與撥銷中心連線成心線與撥銷中心連線成90角。故有：角。故有：221 1222 2td2 21

15、1/1 1槽輪的運動時間為：槽輪的運動時間為：=21 1/2909021 1=2 22 2=(2(2/z)/z)= = 2(z-2)/2z 2(z-2)/2z代入上式1 12 2青島科技大學專用 潘存云教授研制將將21 1代入得：代入得： k0k0可知：當只有一個圓銷時，可知：當只有一個圓銷時，k=1/2-1/zk=1/2-1/z如果想得到如果想得到k0.5k0.5的槽輪機構，則可在的槽輪機構，則可在撥盤上多裝幾個圓銷，設撥盤上多裝幾個圓銷，設裝有裝有n個均勻分布的圓銷，則撥盤轉一圈，槽輪被撥動個均勻分布的圓銷，則撥盤轉一圈，槽輪被撥動n次。故運次。故運動系數是單圓柱銷的動系數是單圓柱銷的n倍

16、，即倍，即: k=n(1/2-1/z)1/2-1/z) k1k1 槽輪的槽數槽輪的槽數 z3 z3 得：得：n2z/2z/ (z -2)z -2)提問：why k1？ 事實上，當k=1時，槽輪機構已經不具備間歇運動特性了。k =1/2-1/z =1/2-1/z7120.361槽數槽數z圓銷數圓銷數n運動系數運動系數k 3 16 1/61 4 14 0.251 5 、6 13 0.31 即槽輪的運動時間總是小于其靜止時間。即槽輪的運動時間總是小于其靜止時間。 00運動特性曲線運動特性曲線z=3z=3z=4z=6z=4z=6分析：分析：槽輪運動的槽輪運動的maxmax、amaxmax隨隨z z的增

17、多而減小。圓銷進入或退出的增多而減小。圓銷進入或退出徑向槽時，角速度有突變，故存在柔性沖擊。徑向槽時，角速度有突變，故存在柔性沖擊。Z Z愈少，沖擊愈大。愈少，沖擊愈大。后半段正好相反。后半段正好相反。青島科技大學專用 潘存云教授研制四槽內槽輪的角速度四槽內槽輪的角速度和角加速度變化曲線和角加速度變化曲線z=4(2)內嚙合槽輪機構內嚙合槽輪機構用同樣方法可求得內嚙合槽輪機構用同樣方法可求得內嚙合槽輪機構的運動曲線如圖所示。的運動曲線如圖所示。分析：分析：圓銷進入或退出徑向槽時，與圓銷進入或退出徑向槽時，與外槽輪一樣，角速度有突變，且值相外槽輪一樣，角速度有突變，且值相等。但隨著轉角增大，角加速

18、度值迅等。但隨著轉角增大，角加速度值迅速下降并趨于零；然后負角加速度又速下降并趨于零；然后負角加速度又逐漸增大到開始時的數值，而不象外逐漸增大到開始時的數值，而不象外槽輪那樣有兩個峰值?？梢?，內槽輪槽輪那樣有兩個峰值?？梢姡瑑炔圯啓C構的動力性能比外槽輪機構要好得機構的動力性能比外槽輪機構要好得多。多。青島科技大學專用 潘存云教授研制1四、槽輪機構的幾何尺寸計算四、槽輪機構的幾何尺寸計算圓銷半徑圓銷半徑r 由受力大小確定由受力大小確定 rR/6中心距中心距L 由安裝空間確定由安裝空間確定回轉半徑回轉半徑R R=Lsin=Lsin(/z)槽頂半徑槽頂半徑s s=Lcos=Lcos(/z)槽深槽深h

19、 hs-(L-R-r)撥盤軸徑撥盤軸徑d1 d12(L-s)槽輪軸徑槽輪軸徑d2 d22(L-R-r)參參 數數 計算公式或依據計算公式或依據槽數槽數z 由工作要求確定由工作要求確定圓銷數圓銷數nRsd1d2rhLr0槽頂側壁厚槽頂側壁厚b b=35 mm 經驗確定經驗確定b鎖止弧半徑鎖止弧半徑r0 r0=R-r-b青島科技大學專用 潘存云教授研制75 不完全齒輪機構不完全齒輪機構 1.工作原理及特點工作原理及特點工作原理：工作原理：在主動齒輪只做出一個或幾個齒，根據運動時間和在主動齒輪只做出一個或幾個齒，根據運動時間和停歇時間的要求在從動輪上做出與主動輪相嚙合的輪齒。其余停歇時間的要求在從動

20、輪上做出與主動輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當兩輪齒進入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無部分為鎖止圓弧。當兩輪齒進入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止弧定位使從動輪靜止。齒部分由鎖止弧定位使從動輪靜止。優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單、制造容易、工作可靠、從動輪運動時間和結構簡單、制造容易、工作可靠、從動輪運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內變化。靜止時間的比例可在較大范圍內變化。2.類型及應用類型及應用類型：類型：外嚙合不完全齒輪機構外嚙合不完全齒輪機構、內嚙合不完全齒輪機構內嚙合不完全齒輪機構應用：應用：適用于一些具有特殊運動要求的專用機械中。如乒乓適用于一些具有特殊運動要求的專用機械中。如乒乓

21、球拍周緣球拍周緣銑削加工機床銑削加工機床、蜂窩煤餅壓制機蜂窩煤餅壓制機等。等。缺點：缺點：從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速、輕載場合。般只用于低速、輕載場合。其它常用機構其它常用機構青島科技大學專用 潘存云教授研制外嚙合不完全齒輪機構外嚙合不完全齒輪機構內嚙合不完全齒輪機構內嚙合不完全齒輪機構青島科技大學專用 潘存云教授研制銑刀銑刀不完全齒輪不完全齒輪1乒乓球拍專用靠模銑床乒乓球拍專用靠模銑床123458976球拍球拍靠模凸輪靠模凸輪不完全齒輪不完全齒輪1青島科技大學專用 潘存云教授研制蜂窩煤餅壓制機蜂窩煤餅壓制機不完

22、全齒輪不完全齒輪壓制壓制退煤餅退煤餅填料填料填料填料瞬心線附加桿瞬心線附加桿鎖止弧鎖止弧鎖止弧鎖止弧使運動平穩(wěn)青島科技大學專用 潘存云教授研制76 凸輪式間歇運動機構凸輪式間歇運動機構 1.工作原理及特點工作原理及特點圓柱凸輪連續(xù)回轉，推動均布有柱銷的從動圓盤間歇轉動。圓柱凸輪連續(xù)回轉，推動均布有柱銷的從動圓盤間歇轉動。特點：特點：從動圓盤的運動規(guī)律取決于凸輪廓線的形狀。從動圓盤的運動規(guī)律取決于凸輪廓線的形狀。優(yōu)點：優(yōu)點：可通過選擇適當的運動規(guī)律來減小動載荷、避免沖擊、可通過選擇適當的運動規(guī)律來減小動載荷、避免沖擊、適應高速運轉的要求。定位精確、且結構緊湊。適應高速運轉的要求。定位精確、且結構

23、緊湊。缺點：缺點：凸輪加工較復雜、安裝調整要求嚴格。凸輪加工較復雜、安裝調整要求嚴格。2.類型及應用類型及應用類型：類型：圓柱凸輪間歇運動機構、蝸桿凸輪間歇運動機構圓柱凸輪間歇運動機構、蝸桿凸輪間歇運動機構青島科技大學專用 潘存云教授研制R2圓柱凸輪間歇運動機構圓柱凸輪間歇運動機構蝸桿凸輪間歇運動機構蝸桿凸輪間歇運動機構牙膏灌漿機牙膏灌漿機灌漿灌漿封口封口應用：應用： 適用于高速、高精度的分度轉位適用于高速、高精度的分度轉位機械制瓶機、紙煙、包裝機、拉鏈嵌齒、機械制瓶機、紙煙、包裝機、拉鏈嵌齒、高速沖床、多色印刷機等機械。高速沖床、多色印刷機等機械。青島科技大學專用 潘存云教授研制77 非圓齒

24、輪機構非圓齒輪機構應用實例：滾筒式平板印刷機、壓力機、機床轉位機構、非應用實例：滾筒式平板印刷機、壓力機、機床轉位機構、非線性函數電位機構、流量計、書心脊背加工聯動機構等。線性函數電位機構、流量計、書心脊背加工聯動機構等。非圓齒輪機構是一種用于變傳動比傳動的齒輪機構。其節(jié)線不是非圓齒輪機構是一種用于變傳動比傳動的齒輪機構。其節(jié)線不是圓，常用的橢圓形、心形和螺旋線形曲線等。圓，常用的橢圓形、心形和螺旋線形曲線等。有專門書籍介紹2211橢圓齒輪橢圓齒輪青島科技大學專用 潘存云教授研制滾筒式平板印刷機滾筒式平板印刷機壓力機壓力機自動機床轉位機構自動機床轉位機構青島科技大學專用 潘存云教授研制非圓齒輪

25、非圓齒輪非線性函數電位機構非線性函數電位機構橢圓齒輪橢圓齒輪書心脊背加工聯動機構書心脊背加工聯動機構橢圓齒輪橢圓齒輪流量計流量計青島科技大學專用 潘存云教授研制78 擒縱輪機構擒縱輪機構一、擒縱輪機構的組成及其工作原理一、擒縱輪機構的組成及其工作原理組成：組成：擒縱輪、擒縱叉、游絲擺輪。擒縱輪、擒縱叉、游絲擺輪。工作原理：工作原理：擒縱輪受發(fā)條力矩的擒縱輪受發(fā)條力矩的驅動，游絲擺輪系統往復擺動驅動，游絲擺輪系統往復擺動，帶動擒縱叉往復擺動，卡住或釋帶動擒縱叉往復擺動，卡住或釋放擒縱輪，并使它間歇轉動。放擒縱輪，并使它間歇轉動。4612133785461213378546121337854612

26、133785青島科技大學專用 潘存云教授研制二、擒縱輪輪機構的類型與應用二、擒縱輪輪機構的類型與應用固有振動系統型擒縱輪輪機構固有振動系統型擒縱輪輪機構無固有振動系統型擒縱輪輪機構無固有振動系統型擒縱輪輪機構134212434612133785-計時精度高，用于鐘表。計時精度高，用于鐘表。-結構簡單、成本低、計結構簡單、成本低、計時精度不高，用于自動記時精度不高，用于自動記錄儀、時間繼電器、計數錄儀、時間繼電器、計數器、定時器、測速器、照器、定時器、測速器、照相機快門和自拍器等。相機快門和自拍器等。青島科技大學專用 潘存云教授研制79 組合機構組合機構組合機構：組合機構：將幾種基本機構組合在一起，并形成一個封閉的傳將幾種基本機構組合在一起，并形成一個封閉的傳動系統，以滿足工程上對機械運動的多樣化和復雜性要求。動系統，以滿足工程上對機械運動的多樣化和復雜性要求。組成：組成：可以是同類基本機構的組合、也可以是不同類型基本機可以是同類基本機構的組合、也可以是不同類型基本機構的組合。構的組合。1.聯動凸輪組合機構聯動凸輪組合機