西北工大版機(jī)械原理課件第12章-其他常用機(jī)構(gòu)課件

教學(xué)目標(biāo):掌握間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成、工作原理、類型、

特點(diǎn)及應(yīng)用

第12章其他運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)§12-1棘輪機(jī)構(gòu)

一、棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理擺桿、棘爪、棘輪、止動(dòng)爪1、組成擺桿往復(fù)擺動(dòng)，棘爪推動(dòng)棘輪間歇轉(zhuǎn)動(dòng)2、工作原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)動(dòng)可靠、轉(zhuǎn)角可調(diào)3、優(yōu)點(diǎn)工作時(shí)有較大的沖擊和噪音，運(yùn)動(dòng)精度較差。適用于速度較低和載荷不大的場(chǎng)合4、缺點(diǎn)外緣、內(nèi)緣棘輪機(jī)構(gòu)外緣棘輪機(jī)構(gòu)內(nèi)緣棘輪機(jī)構(gòu)按輪齒分布：?jiǎn)蝿?dòng)式、雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)單動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)雙動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)2按工作方式：雙向棘輪單向棘輪單向、雙向棘輪機(jī)構(gòu)按棘輪轉(zhuǎn)向是否可調(diào):固定轉(zhuǎn)角、可調(diào)轉(zhuǎn)角按轉(zhuǎn)角是否可調(diào):按工作原理分:輪齒棘輪、摩擦棘輪超越離合制動(dòng)dao1Ao2Σ=90°LprpnFf要求在工作時(shí)，棘爪在Pn和F的作用下，能自動(dòng)滑入棘輪齒槽。Pnsinφ∵Ff=Pnf代入得：tanφ>f∴

φ>ρ當(dāng)f=0.2時(shí)，ρ＝11°30’

通常取φ＝20°φFtFr二、棘爪工作條件：正壓力－Pn

摩擦力－Ff條件是兩者對(duì)O2的力矩要滿足如下條件：Mpn>MFf將力分解成切向和徑向分量M=tanρ齒偏角φφFfcosφ>LLpt棘輪幾何尺寸計(jì)算公式模數(shù)m 1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、8、10

頂圓直徑dada=mz與齒輪不同

齒間距pP=πm

齒高h(yuǎn)h=0.75m

齒頂弦長(zhǎng)aa=m棘爪工作面長(zhǎng)度a1a1=(0.5~0.7)a

齒偏角φφ＝20°棘輪寬bb=(1~4)m棘爪斜高h(yuǎn)1、齒斜高h(yuǎn)’h1=h’

≈h/cosφ棘輪齒根圓角半徑rfrf=1.5mm棘爪尖端圓角半徑r1r1=2mm

棘爪長(zhǎng)度L一般取L=2pa1Lp60°~80°hadaφo1o2

齒數(shù)z12~25

棘輪參數(shù)計(jì)算公式或取值h’h1rfr1齒槽角＝600或550是由主動(dòng)撥盤、從動(dòng)槽輪和機(jī)架等組成?！?2-2

槽輪機(jī)構(gòu)1．槽輪機(jī)構(gòu)的組成及工作特點(diǎn)（1）機(jī)構(gòu)組成（2）工作特點(diǎn)槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)可將主動(dòng)撥盤的等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴圯啎r(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形尺寸小、機(jī)械效率高，以及能較平穩(wěn)、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位等優(yōu)點(diǎn)，但存在柔性沖擊的缺點(diǎn)，故常用于速度不太高的場(chǎng)合。2．槽輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用（1）槽輪機(jī)構(gòu)的類型偏置外槽輪機(jī)構(gòu)偏置內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)曲線外槽輪機(jī)構(gòu)曲線內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)外槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)槽條機(jī)構(gòu)不等臂多銷槽輪機(jī)構(gòu)球面槽輪機(jī)構(gòu)曲線式槽輪機(jī)構(gòu)偏置式槽輪機(jī)構(gòu)普通型特殊型（2）槽輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用電影膠片抓片機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)(2/5)罐裝槽輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用總目錄本章上頁(yè)下頁(yè)電影卷片機(jī)構(gòu)球面槽輪機(jī)構(gòu)是指當(dāng)主動(dòng)撥盤回轉(zhuǎn)一周時(shí)，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間td與主動(dòng)撥盤轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間t之比，3．普通槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)及特性（1）普通槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)1）外槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)以k表示。即k＝td/t＝2α1/(2π）=(π－2φ2)/(2π）＝[π－(2π/z)]/(2π)＝1/2－1/z(a)由于k>0，故槽數(shù)z≥3。又因k<0.5，故此種單銷槽輪機(jī)構(gòu)的槽輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間總是小于其靜止時(shí)間。具有n個(gè)均布圓銷的槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)k為k＝n(1/2－1/z)槽輪機(jī)構(gòu)(3/5)因k≤1，則有

n≤2z/(z-2)由此可知，槽數(shù)與圓銷數(shù)間的關(guān)系為z＝3，n＝1～6；z＝4，n＝1～4；z＝5、6，n＝1～3；z≥7，n＝1～2。2）內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)其單銷內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)為k＝2α1/(2π)＝(π＋2φ2)/(2π)＝(π＋2π/z)/(2π）＝1/2＋1/z故k>0.5。槽輪機(jī)構(gòu)(4/5)(2)、普通槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性R不變；rx是變化的令R/L=；得可見：當(dāng)撥盤的角速度1一定時(shí)，槽輪的角速度2和角加速度2的變化取決于槽輪的槽數(shù)z結(jié)束2結(jié)束槽輪機(jī)構(gòu)的角速度及角加速度的最大值隨槽輪數(shù)z的增多而減少；當(dāng)圓銷開始進(jìn)入和離開徑向槽時(shí)，此兩瞬時(shí)有柔性沖擊，且隨槽數(shù)z的減少而增大；在機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高時(shí)，或槽輪軸承慣性較大的情況下，就顯得更為突出。內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)與外槽輪機(jī)構(gòu)一樣，有加速度突變，且其值與外槽輪者相等，但當(dāng)||→0時(shí)，角加速度值迅速下降并趨于零。槽輪機(jī)構(gòu)(5/5)4、普通槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)1）、槽數(shù)

z和圓銷數(shù)

n

的選取td

——撥盤轉(zhuǎn)一周，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t

——撥盤轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間撥盤1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系數(shù)k：?jiǎn)武N內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)：n

個(gè)圓銷由上式可見：只能結(jié)束2、幾何尺寸計(jì)算結(jié)束撥盤軸直徑d1和槽輪直徑d2選?。烘i止弧半徑的選取：由槽輪輪葉齒頂厚b確定，通常取b=3—10mm§12-3

擒縱輪機(jī)構(gòu)1．擒縱輪機(jī)構(gòu)的組成及工作原理（1）機(jī)構(gòu)的組成由擒縱輪、擒縱叉、游絲擺輪及機(jī)架組成。（2）工作原理擒縱輪受發(fā)條驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)受擒縱叉上的左右卡瓦阻擋而停止，并通過(guò)游絲擺輪系統(tǒng)控制動(dòng)停時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)周期性單向間歇運(yùn)動(dòng)。

游絲擺動(dòng)系統(tǒng)是由游絲、擺輪及圓銷、擒縱叉及叉頭釘?shù)冉M成。其能量的補(bǔ)充是通過(guò)擒縱輪齒頂斜面與卡瓦的短暫接觸傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因游絲擺輪系統(tǒng)振動(dòng)頻率固定，故可用于計(jì)量時(shí)間，常用于鐘表中。2．擒縱輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用（1）有固有振動(dòng)系統(tǒng)型擒縱輪機(jī)構(gòu)擒縱輪機(jī)構(gòu)有以下兩大類：如機(jī)械手表中的擒縱輪機(jī)構(gòu)。（2）無(wú)固有振動(dòng)系統(tǒng)型擒縱輪機(jī)構(gòu)此種擒縱輪僅由擒縱輪和擒縱叉組成。擒縱輪機(jī)構(gòu)(2/3)擒縱叉往復(fù)振動(dòng)的周期與擒縱叉轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（為常數(shù)）的平方成正比。與擒縱輪給擒縱叉的轉(zhuǎn)矩大?。ɑ痉€(wěn)定）的平方根成反比。故此機(jī)構(gòu)能使擒縱輪作平均轉(zhuǎn)速基本恒定的間歇運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，價(jià)格低，但振動(dòng)周期不很穩(wěn)定，故主要用于計(jì)時(shí)精度要求不高、工作時(shí)間較短的場(chǎng)合。擒縱輪機(jī)構(gòu)(3/3)§12-4

凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)1．機(jī)構(gòu)的工作原理及特點(diǎn)由主動(dòng)輪和從動(dòng)盤組成，主動(dòng)凸輪作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)其凸輪廓線推動(dòng)從動(dòng)盤作預(yù)期的間歇分度運(yùn)動(dòng)。（2）工作特點(diǎn)動(dòng)載荷小，無(wú)剛性和柔性沖擊，適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)需定位裝置，定位精度高，結(jié)構(gòu)緊湊；但加工成本高，裝配與調(diào)整的要求（1）工作原理嚴(yán)格。2．機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用（1）圓柱凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常取單頭螺桿凸輪，z2≥6。從動(dòng)盤按正弦加速度規(guī)律設(shè)計(jì)，可控制中心距消除間隙，承載能力高，間歇頻率為1200次/min，分度精度為30″。常取凸輪槽數(shù)為1，柱銷數(shù)一般取z2≥6，在輕載下間歇頻率為1500次/分。（2）蝸桿凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（3）共軛凸輪式間歇機(jī)構(gòu)動(dòng)力特性好，分度精度高，成本較低。凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2/2)§12-5

不完全齒輪機(jī)構(gòu)1．機(jī)構(gòu)的工作原理及特點(diǎn)（1）工作原理由一個(gè)或一部分齒的主動(dòng)輪與按動(dòng)停時(shí)間要求而作出的從動(dòng)輪相嚙合，使從動(dòng)輪作間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（2）工作特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，工作可靠，動(dòng)停時(shí)間比可在較大范圍內(nèi)變化，但在從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)始末有剛性沖擊，適合于低速、輕載的場(chǎng)合。2．機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用（1）不完全齒輪機(jī)構(gòu)的類型（2）不完全齒輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用為了改善剛性沖擊的缺點(diǎn)，可在主從動(dòng)輪上加一對(duì)瞬心線附加桿。不完全齒輪機(jī)構(gòu)(2/2)即橢圓齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i21是主動(dòng)輪1轉(zhuǎn)角φ1的函數(shù)，且與橢圓齒輪的偏心率εe有關(guān)。*§12-6

非圓柱齒輪機(jī)構(gòu)i21＝ω2/ω1＝r1/r2＝（1－εe2)/(1＋εe2－2εecosφ1）（2）非圓齒輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用非圓齒輪機(jī)構(gòu)在機(jī)床、自動(dòng)機(jī)、儀器及解算裝置中均有應(yīng)用。非圓齒輪機(jī)構(gòu)是一種變傳動(dòng)比的齒輪機(jī)構(gòu)。（1）橢圓齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比1）利用橢圓齒輪帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)2）利用橢圓齒輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)位槽輪機(jī)構(gòu)縮短運(yùn)動(dòng)時(shí)間，增加停歇時(shí)間。效率較低，特別是具有自鎖性的螺旋機(jī)構(gòu)效率低于50％。能獲得很大的減速比和力的增益；選擇合適的螺旋機(jī)構(gòu)導(dǎo)程角，可獲得機(jī)構(gòu)的自鎖性?！?2-7

螺旋機(jī)構(gòu)1．螺旋機(jī)構(gòu)的組成及特點(diǎn)（1）螺旋機(jī)構(gòu)的組成通常它是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。但當(dāng)導(dǎo)程角大于當(dāng)量摩擦角時(shí)，它還可以將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。螺旋機(jī)構(gòu)是由螺桿、螺母和機(jī)架組成。（2）螺旋機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：主要缺點(diǎn)：因此，螺旋機(jī)構(gòu)常用于起重機(jī)、壓力機(jī)以及功率不大的進(jìn)給系統(tǒng)和微調(diào)裝置中。2．螺旋機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)過(guò)φ時(shí)，螺母沿其軸向移動(dòng)的距離為s＝lφ/(2π)其中l(wèi)為螺旋的導(dǎo)程，mm；（1）微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)設(shè)螺旋機(jī)構(gòu)中A、B段的螺旋導(dǎo)程分別為lA、lB

,且兩端螺旋的旋向相同（即同為左旋或右旋），則當(dāng)螺桿1轉(zhuǎn)過(guò)φ時(shí)，螺母2的位移s為螺桿螺母A段螺紋B段螺紋機(jī)架123s＝(lA－lB)φ/(2π）因lA、lB相差很小時(shí)，位移s可能很小，故這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。螺旋機(jī)構(gòu)(2/4)動(dòng)畫如用于調(diào)節(jié)鏜刀進(jìn)刀量的螺旋機(jī)構(gòu)。此種機(jī)構(gòu)常用于測(cè)微計(jì)、分度機(jī)構(gòu)及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中。（2）復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)如果螺旋機(jī)構(gòu)的兩段螺旋導(dǎo)程分別為lA、lB，且兩端螺旋的旋向相反。這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)。s＝(lA＋lB)φ/(2π）則此種螺旋機(jī)構(gòu)常用于車輛的連接。123AB螺旋機(jī)構(gòu)(3/4)動(dòng)畫3．螺旋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)螺旋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是選擇確定合適的螺旋導(dǎo)程角、導(dǎo)程及頭數(shù)等參數(shù)。根據(jù)不同的工作要求，螺旋機(jī)構(gòu)應(yīng)選擇不同的幾何參數(shù)。若要求螺旋機(jī)構(gòu)具有自鎖性或具有較大的減速比（微動(dòng)）時(shí)，宜選用單頭螺旋，宜選用較小的導(dǎo)程及導(dǎo)程角，但效率較低。若要求傳遞大的功率或快速運(yùn)動(dòng)的螺旋機(jī)構(gòu)時(shí)，宜采用具有較大導(dǎo)程角的多頭螺旋。螺旋機(jī)構(gòu)(4/4)但角速度比卻不恒等于1，而是隨時(shí)間變化的。§12-8

萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)1．機(jī)構(gòu)的組成及特點(diǎn)（1）機(jī)構(gòu)的組成單萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)是指末端各有一叉的主、從動(dòng)軸和中間“十”字構(gòu)件鉸接而成的。（2）工作特點(diǎn)為變角傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩軸的平均傳動(dòng)比為1；2．機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性單萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)軸Ⅰ以ω1等速回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)軸Ⅱ的ω2變化范圍為ω1cosα≤ω2≤ω1/cosα其變化幅度與兩軸夾角α有關(guān)，一般α≤30°。3．機(jī)構(gòu)的恒等速條件雙萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)的主、從動(dòng)軸的角速度恒等的條件為軸1、3和中間軸2應(yīng)位于同一平面內(nèi)；軸1、3的軸線與中間軸2的軸線之間的夾角相等；中間軸的兩端的叉面應(yīng)位于同一平面內(nèi)。主動(dòng)軸1中間軸

2

從動(dòng)軸3αααα動(dòng)畫動(dòng)畫萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)(2/2)§12-9

組合機(jī)構(gòu)1．組合機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)（1）組合機(jī)構(gòu)的概念由于現(xiàn)代機(jī)械工程對(duì)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和動(dòng)力性能等方面要求的多樣化和復(fù)雜性，以及前述各種基本機(jī)構(gòu)性能的局限性，使得僅采用某種基本機(jī)構(gòu)往往不能很好地滿足設(shè)計(jì)要求。因而常把幾個(gè)基本機(jī)構(gòu)組合起來(lái)加以應(yīng)用，這就構(gòu)成了所謂的組合機(jī)構(gòu)。

組合機(jī)構(gòu)并不是幾個(gè)基本機(jī)構(gòu)的一般串聯(lián)，而往往是一種封閉式的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。而封閉機(jī)式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)則是利用一個(gè)機(jī)構(gòu)去約束或封閉另一個(gè)多自由度機(jī)構(gòu)，使其不僅具有確定的運(yùn)動(dòng)，而且可使從動(dòng)件具有更為多樣化的運(yùn)動(dòng)形式或運(yùn)動(dòng)規(guī)律?，F(xiàn)比較兩個(gè)例子來(lái)看什么是組合機(jī)構(gòu)。（2）組合機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)組合機(jī)構(gòu)不僅能滿足多種設(shè)計(jì)要求，因此，組合機(jī)構(gòu)越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用。甚至能產(chǎn)生基本機(jī)構(gòu)所不具有的運(yùn)轉(zhuǎn)特性和運(yùn)動(dòng)形式，以及更為多樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。而且能綜合應(yīng)用和發(fā)揮各種基本機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，組合機(jī)構(gòu)(2/3)