機(jī)械原理課件 第12章其它常用機(jī)構(gòu)

第十二章其它常用機(jī)構(gòu)及其設(shè)計§12－1棘輪機(jī)構(gòu)§12－2槽輪機(jī)構(gòu)§12－3擒縱輪機(jī)構(gòu)§12－4凸輪式間隙運(yùn)動機(jī)構(gòu)§12－6非圓齒輪機(jī)構(gòu)§12－5不完全齒機(jī)構(gòu)§12－7螺旋機(jī)構(gòu)§12－8萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)中南大學(xué)專用作者：潘存云教授一、棘輪機(jī)構(gòu)的組成及其工作原理組成：擺桿、棘爪、棘輪、止動爪?！?2－1棘輪機(jī)構(gòu)工作原理：擺桿往復(fù)擺動，棘爪推動棘輪間歇轉(zhuǎn)動。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運(yùn)動可靠、轉(zhuǎn)角可調(diào)。缺點(diǎn)：工作時有較大的沖擊和噪音，運(yùn)動精度較差。適用于速度較低和載荷不大的場合。作者：潘存云教授棘輪擺桿棘爪止動爪中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授外緣棘輪類型按輪齒分布：外緣、

內(nèi)緣、

端面棘輪機(jī)構(gòu)。二、棘輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用作者：潘存云教授端面作者：潘存云教授內(nèi)緣中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授單動式按輪齒分布：外緣、內(nèi)緣、端面棘輪機(jī)構(gòu)。二、棘輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用按工作方式：單動式、

雙動式棘輪機(jī)構(gòu)。雙動式棘輪機(jī)構(gòu)2棘輪類型雙動式棘輪機(jī)構(gòu)1中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授按輪齒分布：外緣、內(nèi)緣、端面棘輪機(jī)構(gòu)。二、棘輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用按工作方式：單動式、雙動式棘輪機(jī)構(gòu)。單向、雙向運(yùn)動棘輪機(jī)構(gòu)。按棘輪轉(zhuǎn)向是否可調(diào):AB’B棘輪雙向運(yùn)動1棘輪雙向運(yùn)動2棘輪類型中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授按輪齒分布：外緣、內(nèi)緣、端面棘輪機(jī)構(gòu)。二、棘輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用按工作方式：單動式、雙動式棘輪機(jī)構(gòu)。單向、雙向運(yùn)動棘輪機(jī)構(gòu)。按棘輪轉(zhuǎn)向是否可調(diào):按轉(zhuǎn)角是否可調(diào):固定轉(zhuǎn)角、可調(diào)轉(zhuǎn)角牛頭刨床進(jìn)給調(diào)整機(jī)構(gòu)通過調(diào)整桿長來調(diào)擺角023451φ023451φ通過調(diào)滑動罩來調(diào)角度棘輪類型中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授棘輪類型按輪齒分布：外緣、內(nèi)緣、端面棘輪機(jī)構(gòu)。二、棘輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用按工作方式：單動式、雙動式棘輪機(jī)構(gòu)。單向、雙向運(yùn)動棘輪機(jī)構(gòu)。按棘輪轉(zhuǎn)向是否可調(diào):按轉(zhuǎn)角是否可調(diào):固定轉(zhuǎn)角、可調(diào)轉(zhuǎn)角輪齒棘輪、摩擦棘輪

演示模型按工作原理分:摩擦棘輪超越離合器1321322134中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABCD運(yùn)動特點(diǎn)：輪齒式棘輪工作時噪音大且轉(zhuǎn)角為步進(jìn)可調(diào)，但運(yùn)動準(zhǔn)確。而摩擦棘輪正好相反。應(yīng)用：在各類機(jī)床中實現(xiàn)進(jìn)給、轉(zhuǎn)位、或分度。實例：止動器、牛頭刨床、沖床轉(zhuǎn)位、超越離合器（單車飛輪）。間歇轉(zhuǎn)動作者：潘存云教授沖頭卸料工位裝料工位沖壓工位中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授dao1Ao2Σ=90°LprPnF三、設(shè)計要點(diǎn)要求在工作時，棘爪在Pn和F的作用下，能自動滑入棘輪齒槽。Pn

sinα∵

F=

Pnf

代入得：tgα>f∴

α>φ當(dāng)

f=0.2

時，φ＝11°30’

通常取α＝20°αFtFr正壓力－Pn摩擦力－F條件是兩者對O2的力矩要滿足如下條件：Mpn>MF將力分解成切向和徑向分量M=tgφ齒偏角ααFcosα>LLpt中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授棘輪幾何尺寸計算公式模數(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p

P=πm齒高h(yuǎn)h=0.75m齒頂弦長aa=m棘爪工作面長度a1

a1=(0.5~0.7)a齒偏角α

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

h1=h’

≈h/cosα棘輪齒根圓角半徑rfrf=1.5mm棘爪尖端圓角半徑r1

r1=2mm棘爪長度L一般取

L=2pa1Lp60°~80°adaαo1o2齒數(shù)z12~25作者：潘存云教授棘輪參數(shù)計算公式或取值h’h1rfr1齒槽角h中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授o2ω1ω2§12－2槽輪機(jī)構(gòu)（馬爾它機(jī)構(gòu)）一、槽輪機(jī)構(gòu)的組成及其工作特點(diǎn)作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)變換為間歇轉(zhuǎn)動。組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。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。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、機(jī)械效率高，能平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。因槽輪運(yùn)動過程中角速度有變化，不適合高速運(yùn)動場合。o1工作過程：撥盤連續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)兩鎖止弧接觸時，槽輪靜止；反之槽輪運(yùn)動。鎖止弧槽輪撥盤圓銷因槽輪象馬爾它共和國鐵十字勛章而得名中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授二、槽輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用球面槽輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實例：

電影放映機(jī)、自動攝影機(jī)、六角車床轉(zhuǎn)塔。外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)類型軸線平行軸線相交放映機(jī)的反應(yīng)用外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)球面槽輪機(jī)構(gòu)o1o2ω12φω2設(shè)計：潘存云中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授六槽內(nèi)槽輪撥盤六角車床轉(zhuǎn)塔圓銷車螺紋41裝牙膏筒2車帽口6卸牙膏筒5切尾3空閑中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授1.運(yùn)動系數(shù)撥盤等速回轉(zhuǎn)，在一個運(yùn)動循環(huán)內(nèi)，總的運(yùn)動時間為：

t＝2π/ω1定義：

k=td/t

為運(yùn)動系數(shù)，即：

k=td/t為減少沖擊，進(jìn)入或退出嚙合時，槽中心線與撥銷中心連線成90°角。故有：2α12φ2td＝2α1/ω1槽輪的運(yùn)動時間為：=2α1/2π2α1=π－2φ2=π－(2π/z)=2π(z-2)/2z代入上式ω1ω290°90°三、槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動系數(shù)及運(yùn)動特性中南大學(xué)專用作者：潘存云教授將2α1代入得：

∵

k>0可知：當(dāng)只有一個圓銷時，k=1/2-1/z如果想得到k≥0.5的槽輪機(jī)構(gòu)，則可在撥盤上多裝幾個圓銷，設(shè)裝有n個均勻分布的圓銷，則撥盤轉(zhuǎn)一圈，槽輪被撥動n次。故運(yùn)動系數(shù)是單圓柱銷的n倍，即:

k=n(1/2-1/z)∵k≤1∴槽數(shù)

z≥3得：n≤2z/(z-2)提問：whyk≤1？

事實上，當(dāng)k=1時，槽輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)不具備間歇運(yùn)動特性了。k=1/2-1/z≥71~20.36~1槽數(shù)z圓銷數(shù)n運(yùn)動系數(shù)k31~61/6~141~40.25~15、61~30.3~1即槽輪的運(yùn)動時間總是小于其靜止時間。<0.5當(dāng)z=4及n=2時說明此時槽輪的運(yùn)動時間和靜止時間相等。k=n(1/2－1/z)=0.5中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ω2ω1o12.運(yùn)動特性(1)外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)規(guī)定:和在圓銷進(jìn)入?yún)^(qū)為正，在圓銷離開區(qū)為負(fù)，變化區(qū)間為：－α1≤α≤α1在△ABO2中有如下關(guān)系：－φ2≤φ≤φ2令λ＝R/L，并代入上式得：-φ2-α1圖示槽輪在運(yùn)動的任一瞬時，設(shè)撥盤位置角用α來表示，槽輪位置角用φ表示。R槽輪的運(yùn)動是靠圓銷的撥動來實現(xiàn)的，在一個運(yùn)動循環(huán)內(nèi)，槽輪經(jīng)歷了從靜止→運(yùn)動→靜止的過程，因此，槽輪的角速度是變化的，從而具有角加速度，以下將分析槽輪運(yùn)動的變化規(guī)律。O2ABα1αφφ2L中南大學(xué)專用作者：潘存云教授分別對時間求一階導(dǎo)數(shù)、和二階導(dǎo)數(shù)，得：令i21=ω2/ω1(傳動比),kα=α2/ω21

得：將上述i21、kα隨α的變化繪制成曲線，稱為槽輪機(jī)構(gòu)的其中：dα/dt=ω1其中：dω1/dt=0運(yùn)動特性曲線。上式說明，當(dāng)撥盤以等角速度運(yùn)動時，槽輪隨位置的變化而變化。因為λ隨槽數(shù)z的不同而變化，因此，不僅隨機(jī)構(gòu)位置變化，而且隨槽數(shù)變化。中南大學(xué)專用作者：潘存云教授槽輪運(yùn)動的前半段，槽輪的角速度ω2是增加的，角加速度α2>0后半段正好相反。運(yùn)動特性曲線z=3z=3z=4z=6z=4z=6運(yùn)動特性分析：①槽輪運(yùn)動的ωmax、amax隨槽數(shù)z的增多而減小。a=1作者：潘存云教授kα=α2/ω21-60?-40?-20?020?40?60?

-50?-30?-10?10?30?50?

8642-4-6-8α作者：潘存云教授α54321-60?-40?-20?020?40?60?

-50?-30?-10?10?30?50?

6圓銷進(jìn)入或退出徑向槽時，角速度有突變，②存在柔性沖擊。Z愈少，沖擊愈大。中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授1.00.750.50.250-0.25-0.5-0.75-1.0z=40.80.60.40.2-135?-90?-45?045?90?135?

α(2)內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)用同樣方法可求得內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動曲線如圖所示。③曲線呈單調(diào)變化而不象外槽輪那樣有兩個峰值。特性分析：①存在柔性沖擊。a=1圓銷進(jìn)入或退出徑向槽時，角速度有突變，且值與外槽輪相等。②但隨著轉(zhuǎn)角增大，角加速度值迅速下降并趨于零；a=1④內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的動力性能比外槽輪機(jī)構(gòu)要好得多。中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授四、槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計算圓銷半徑r

由受力大小確定

r≈R/6中心距L

由安裝空間確定回轉(zhuǎn)半徑R

R=Lsinφ=Lsin(π/z)槽頂半徑s

s=Lcosφ=Lcos(π/z)槽深h

h≥s-(L-R-r)撥盤軸徑d1

d1≤2(L-s)槽輪軸徑d2

d2≤2(L-R-r)參數(shù)

計算公式或依據(jù)槽數(shù)z

由工作要求確定圓銷數(shù)nsd2r槽頂側(cè)壁厚b

b=3~5

mm經(jīng)驗確定b鎖止弧半徑r0

r0=R-r-bRLh12d1r0φ中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授564121‘33’86游絲擺輪45擒縱輪121‘33’8擒縱叉§12－3擒縱輪機(jī)構(gòu)一、擒縱輪機(jī)構(gòu)的組成及其工作原理組成：擒縱輪、擒縱叉、游絲擺輪。工作原理：

擒縱輪受發(fā)條力矩的驅(qū)動，游絲擺輪系統(tǒng)往復(fù)擺動，帶動擒縱叉往復(fù)擺動，卡住或釋放擒縱輪，并使它間歇轉(zhuǎn)動。33’564121‘8564121‘33’856411‘28中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授二、擒縱輪輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用固有振動系統(tǒng)型擒縱輪輪機(jī)構(gòu)無固有振動系統(tǒng)型擒縱輪輪機(jī)構(gòu)31421243----計時精度高，用于鐘表。----結(jié)構(gòu)簡單、成本低、計時精度不高，用于自動記錄儀、時間繼電器、計數(shù)器、定時器、測速器、照相機(jī)快門和自拍器等。564121‘33’8中南大學(xué)專用作者：潘存云教授§12－4

凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)

1.工作原理及特點(diǎn)圓柱凸輪連續(xù)回轉(zhuǎn)，推動均布有柱銷的從動圓盤間歇轉(zhuǎn)動。特點(diǎn)：從動圓盤的運(yùn)動規(guī)律取決于凸輪廓線的形狀。優(yōu)點(diǎn)：可通過選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動規(guī)律來減小動載荷、避免沖擊、適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。定位精確、且結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)：凸輪加工較復(fù)雜、安裝調(diào)整要求嚴(yán)格。2.類型及應(yīng)用類型：圓柱凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)、蝸桿凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授R2圓柱凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)蝸桿凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)牙膏灌漿機(jī)應(yīng)用：

適用于高速、高精度的分度轉(zhuǎn)位機(jī)械制瓶機(jī)、紙煙、包裝機(jī)、拉鏈嵌齒、高速沖床、多色印刷機(jī)等機(jī)械。作者：潘存云教授封口灌漿中南大學(xué)專用作者：潘存云教授§12－5

不完全齒輪機(jī)構(gòu)1.工作原理及特點(diǎn)工作原理：在主動齒輪只做出一個或幾個齒，根據(jù)運(yùn)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。其余部分為鎖止圓弧。當(dāng)兩輪齒進(jìn)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。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、從動輪運(yùn)動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。2.類型及應(yīng)用類型：外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)、內(nèi)嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)：從動輪在開始進(jìn)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。中南大學(xué)專用作者：潘存云教授外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用：適用于一些具有特殊運(yùn)動要求的專用機(jī)械中。如乒乓球拍周緣銑削加工機(jī)床、蜂窩煤餅壓制機(jī)等。作者：潘存云教授作者：潘存云教授中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授銑刀不完全齒輪1乒乓球拍專用靠模銑床123458976球拍靠模凸輪不完全齒輪1中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授瞬心線附加桿蜂窩煤餅壓制機(jī)退煤餅填料填料鎖止弧鎖止弧使運(yùn)動平穩(wěn)壓制不完全齒輪中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授§12－6非圓齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實例：滾筒式平板印刷機(jī)、壓力機(jī)、機(jī)床轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、非線性函數(shù)電位機(jī)構(gòu)、流量計、書心脊背加工聯(lián)動機(jī)構(gòu)等。非圓齒輪機(jī)構(gòu)是一種用于變傳動比傳動的齒輪機(jī)構(gòu)。其節(jié)線不是圓，常用的有橢圓形、心形和螺旋線形曲線等。有專門書籍介紹2ω21ω1橢圓齒輪作者：潘存云教授中南大學(xué)專用作者：潘存云教授滾筒式平板印刷機(jī)壓力機(jī)自動機(jī)床轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中南大學(xué)專用作者：潘存云教授非圓齒輪非線性函數(shù)電位機(jī)構(gòu)橢圓齒輪書心脊背加工聯(lián)動機(jī)構(gòu)橢圓齒輪流量計中南大學(xué)專用作者：潘存云教授§12－7螺旋機(jī)構(gòu)組成：螺桿、螺母、機(jī)架。運(yùn)動特點(diǎn)：一般情況下是螺桿連續(xù)回轉(zhuǎn)，螺母軸向移動。優(yōu)點(diǎn)：獲得很大的減速比和力的增益。缺點(diǎn)：機(jī)械效率較低。應(yīng)用：螺旋壓力機(jī)、千斤頂、機(jī)床進(jìn)給裝置、微調(diào)機(jī)構(gòu)等。

肥皂輸送機(jī)構(gòu)1.螺旋機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用在γ>φv

時,也可以螺母為作軸向移動，迫使螺桿轉(zhuǎn)動。如修理摩托車用的起子中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授2.運(yùn)動分析導(dǎo)程l－－螺旋轉(zhuǎn)一圈(2π)，螺母前進(jìn)的距離。螺旋轉(zhuǎn)過任意φ角時，螺母的位移s為：

s/rφ=l/r2πl(wèi)r2πss=lφ/2π螺距p－－相鄰螺紋牙齒同側(cè)齒面之間的距離。兩者的關(guān)系為：l=zp，z為螺紋的頭數(shù)。強(qiáng)調(diào)Z=1rφ將螺紋在中徑圓柱處展開得一斜三角形，于是：213KK向213213作者：潘存云教授213中南大學(xué)專用作者：潘存云教授B作者：潘存云教授作者：潘存云教授2A3B且:

lA≠lB

s=(lA－lB)φ/2π當(dāng)差(lA－lB)很小時，s將很小。這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為微(差)動螺旋機(jī)構(gòu)，用于測微計（千分尺）、分度機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（鏜刀微調(diào)機(jī)構(gòu)）中。s1=lAφ/2π螺母2相對于螺桿1的位移為：s2=－lBφ/2π螺母2相對于機(jī)架3的位移為：KK向2A3A3

lB

lA-lB

lA圖示螺旋機(jī)構(gòu)中，螺母A固定，螺母2可沿軸向移動，當(dāng)A、B段螺紋旋向相同時，螺桿1相對于機(jī)架3的位移為：lAlBB中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授2A3B當(dāng)A、B段螺紋旋向相反時，螺母2的位移為：

s=(lA＋lB)φ/2π2A32A3

lA

LA+lB

lBl1=1.25mm(右)鏜刀進(jìn)給量調(diào)整微動螺旋機(jī)構(gòu)FE稱為復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)，用于車輛的快速靠近或離開、電桿拉線機(jī)構(gòu)等。差動螺旋應(yīng)實例：復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)l2=1mm(右)中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作用：用于傳遞兩相交軸之間的動力和運(yùn)動，而且在傳動過程中，兩軸之間的夾角還可以改變。共軸、有夾角應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)床等機(jī)械傳動系統(tǒng)中。作者：潘存云教授α單萬向聯(lián)軸器§12－8萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)中南大學(xué)專用