天大原理機(jī)械設(shè)計(jì)上課課件

第十章其它常用機(jī)構(gòu)第一節(jié)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)第二節(jié)組合機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介第一節(jié)

間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)容提要

重點(diǎn)介紹三種常用的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成、工作原理及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，了解其使用場(chǎng)合，能夠根據(jù)工作要求正確選擇機(jī)構(gòu)的型式，學(xué)會(huì)借助手冊(cè)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。實(shí)例1灌裝冷霜的多工位自動(dòng)機(jī)實(shí)例2電影放映機(jī)送上空盒送出成品蓋盒蓋貼錫紙灌霜一、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例1234512345完成灌裝冷霜的工藝過(guò)程至少需要5個(gè)工位

7多工位工作臺(tái)

6將空盒由工位1轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度輸送到工位2這一過(guò)程分度運(yùn)動(dòng)在工位2要停歇一定的時(shí)間完成灌裝這一過(guò)程停歇運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)每次周期性的分度運(yùn)動(dòng)和停歇運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一次完整的——間歇運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)周期性間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)步進(jìn)機(jī)構(gòu)分度機(jī)構(gòu)提問(wèn)：間歇運(yùn)動(dòng)中應(yīng)滿足什么樣的要求？有同學(xué)自己總結(jié)？1、運(yùn)動(dòng)系數(shù)

從動(dòng)構(gòu)件的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期分為兩部分：運(yùn)動(dòng)時(shí)間

Td和停歇時(shí)間

Tt

。

運(yùn)動(dòng)系數(shù)

:運(yùn)動(dòng)時(shí)間占整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的比例。

二、對(duì)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求

運(yùn)動(dòng)系數(shù)越小，工作臺(tái)轉(zhuǎn)位越快，可提高生產(chǎn)率。運(yùn)動(dòng)系數(shù)過(guò)于小，則啟動(dòng)和停止時(shí)的加速度就大。所以，在設(shè)計(jì)中應(yīng)慎重選擇這一參數(shù)。也有些間歇機(jī)構(gòu)用動(dòng)停比k來(lái)描述運(yùn)動(dòng)和停歇時(shí)間的比例關(guān)系，動(dòng)停比是運(yùn)動(dòng)時(shí)間和停歇時(shí)間的比值顯然，動(dòng)停比和運(yùn)動(dòng)系數(shù)間有如下關(guān)系

2、分度數(shù)n

當(dāng)從動(dòng)構(gòu)件作間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)構(gòu)件回轉(zhuǎn)一整周的過(guò)程中，停歇的次數(shù)稱為分度數(shù)。它直接和工作臺(tái)的工位數(shù)有關(guān)，一般是設(shè)計(jì)的給定數(shù)據(jù)。也有一些間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不用分度數(shù)這一概念，而只討論每次分度運(yùn)動(dòng)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。3、動(dòng)力學(xué)性能

間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的從動(dòng)構(gòu)件，作變速運(yùn)動(dòng)，它在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)要經(jīng)歷啟動(dòng)、加速、減速、停止的過(guò)程。

和凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)一樣，如果從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇不好，會(huì)產(chǎn)生較大的加速度，從而帶來(lái)慣性負(fù)荷并產(chǎn)生沖擊。因此，要注意從動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。⒋定位精度

許多應(yīng)用場(chǎng)合要求從動(dòng)構(gòu)件（工作臺(tái)）有較好的定位精度。影響定位精度的因素制造誤差間隙動(dòng)態(tài)誤差減速時(shí)的慣性力常常使從動(dòng)構(gòu)件在應(yīng)該停止時(shí)發(fā)生殘余振動(dòng)。保證定位精度的方法自身就能實(shí)現(xiàn)較精確的定位要另外設(shè)置定位裝置

棘輪機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用歷史很久的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。第一章中已就牛頭刨床的主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)做過(guò)簡(jiǎn)要介紹。其中進(jìn)給系統(tǒng)就是采用的棘輪機(jī)構(gòu)。組成和特點(diǎn)

類型應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

三、棘輪機(jī)構(gòu)1、棘輪機(jī)構(gòu)的組成和特點(diǎn)組成搖桿1—

主動(dòng)構(gòu)件，作往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)棘輪3—

單向的間歇運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)棘爪2

止動(dòng)棘爪4

彈簧5外棘輪機(jī)構(gòu)（1）調(diào)整搖桿擺角（2）裝置遮板

調(diào)整棘輪每次轉(zhuǎn)過(guò)角度的方法：

定位板

優(yōu)點(diǎn)沖擊和噪聲較大定位精度差只能用于速度不高、載荷不大、精度要求不高的場(chǎng)合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造容易步進(jìn)量易于調(diào)整特點(diǎn)

缺點(diǎn)2、棘輪機(jī)構(gòu)的類型齒式棘輪機(jī)構(gòu)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)

外嚙合內(nèi)嚙合

克服了齒式棘輪機(jī)構(gòu)沖擊和噪聲大的缺點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)精度較差外嚙合內(nèi)嚙合結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小。（可變向式棘輪機(jī)構(gòu)）（2）雙動(dòng)棘輪輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)

外嚙合摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)

內(nèi)嚙合齒式棘輪機(jī)構(gòu)

3、棘輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用范圍的擴(kuò)展

棘輪機(jī)構(gòu)除了可實(shí)現(xiàn)間歇送進(jìn)、分度運(yùn)動(dòng)外，還可作為制動(dòng)器和超越離合器使用。制動(dòng)器：發(fā)生事故時(shí)，止動(dòng)棘爪３突然伸出，可防止卷筒逆轉(zhuǎn)。

單向離合器可看作是一個(gè)內(nèi)接式摩擦棘輪機(jī)構(gòu)。星輪1—主動(dòng)件套筒2—

從動(dòng)件滾柱3超越離合器

星輪1逆時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱3帶動(dòng)套筒一同回轉(zhuǎn)。星輪1順時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí)，套筒停止不動(dòng)。套筒只隨星輪逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，從這個(gè)意義上說(shuō)，它是一個(gè)單向離合器。123

它也可以成為一個(gè)超越離合器：當(dāng)套筒從另一條傳動(dòng)路線得到一個(gè)更快的逆時(shí)針回轉(zhuǎn)速度時(shí)，星輪相對(duì)于套筒成了順時(shí)針回轉(zhuǎn)，楔形空間中的摩擦不再起作用，套筒可以超越星輪以高速轉(zhuǎn)動(dòng)。如自行車中的棘輪機(jī)構(gòu)。4、棘輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）模數(shù)和齒數(shù)的確定與齒輪相同，棘輪輪齒的有關(guān)尺寸也用模數(shù)作為計(jì)算的基本參數(shù)。模數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，但棘輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)按其頂圓直徑來(lái)計(jì)算：棘輪齒數(shù)頂圓直徑模數(shù)

模數(shù)的選取根據(jù)棘輪機(jī)構(gòu)的使用條件和運(yùn)動(dòng)要求選定。由棘輪機(jī)構(gòu)的使用條件可確定棘輪的最小轉(zhuǎn)角，齒數(shù)太小則可能保證不了最小轉(zhuǎn)角的實(shí)現(xiàn)。模數(shù)決定了齒的大小，模數(shù)應(yīng)根據(jù)齒和棘爪的強(qiáng)度來(lái)確定。棘輪單向回轉(zhuǎn)非對(duì)稱梯形三角形

(載荷較小時(shí)使用)棘輪齒形和其它尺寸的計(jì)算可參閱機(jī)械設(shè)計(jì)的有關(guān)手冊(cè)。棘輪雙向回轉(zhuǎn)

矩形2）棘輪的齒形

槽輪機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用很廣泛的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。組成和特點(diǎn)

類型運(yùn)動(dòng)分析設(shè)計(jì)要點(diǎn)

四、槽輪機(jī)構(gòu)1、槽輪機(jī)構(gòu)的組成和特點(diǎn)

撥盤1—

主動(dòng)構(gòu)件，作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圓柱銷A—

安裝于撥盤上。槽輪2—

從動(dòng)構(gòu)件，有徑向槽、鎖止弧。

以電影放映機(jī)中的槽輪機(jī)構(gòu)為例，分析槽輪機(jī)構(gòu)的組成和特點(diǎn)

當(dāng)撥盤上的圓柱銷進(jìn)入徑向槽之前，槽輪上的內(nèi)凹鎖止弧鎖住槽輪靜止不動(dòng)。圓柱銷剛剛好進(jìn)入槽輪上的徑向槽的瞬間。鎖止弧剛好被松開，圓柱銷A將驅(qū)動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

槽輪在圓柱銷驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)過(guò)90度。圓柱銷即將脫離徑向槽的瞬間，槽輪上的另一個(gè)鎖止弧又被鎖住，槽輪又靜止不動(dòng)。撥盤連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪作間歇運(yùn)動(dòng)，撥盤轉(zhuǎn)過(guò)4周，槽輪轉(zhuǎn)過(guò)1周結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造工作可靠機(jī)械效率較高同時(shí)具有分度和定位的功能（但撥盤上的鎖住弧定位精度有限，當(dāng)要求精確定位時(shí)，還應(yīng)設(shè)置定位銷）設(shè)計(jì)自由度小：在分度數(shù)確定以后，運(yùn)動(dòng)系數(shù)也隨之確定而不能改變，這是其突出缺點(diǎn)不適用于高速：雖然振動(dòng)和噪聲比棘輪機(jī)構(gòu)小，但槽輪在啟動(dòng)和停止的瞬間加速度大，有沖擊優(yōu)點(diǎn)一般取分度數(shù)n

＝4～8。

缺點(diǎn)2、槽輪機(jī)構(gòu)的類型1）平面槽輪機(jī)構(gòu):傳遞平行軸間運(yùn)動(dòng)外槽輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣

內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)停歇時(shí)間短，運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，因此傳動(dòng)更平穩(wěn)，所占的空間小2）空間槽輪機(jī)構(gòu):傳遞相交軸間的運(yùn)動(dòng)

曲線槽的槽輪機(jī)構(gòu)

不等臂長(zhǎng)的多銷槽輪機(jī)構(gòu)

可以改變分度過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使之更為平穩(wěn)

槽輪一周中可實(shí)現(xiàn)幾個(gè)運(yùn)動(dòng)和停歇時(shí)間均不相同的運(yùn)動(dòng)要求。徑向槽的尺寸不同撥盤上圓銷分布不均勻3、外槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析1）運(yùn)動(dòng)系數(shù)和運(yùn)動(dòng)周期是與撥盤的轉(zhuǎn)角和圓柱銷的線速度應(yīng)沿著徑向槽的中心線方向避免發(fā)生剛性沖擊

進(jìn)入徑向槽的瞬間脫離徑向槽的瞬間vvωω

因?yàn)閾鼙P是等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)間Td對(duì)應(yīng)2α1

運(yùn)動(dòng)周期T

對(duì)應(yīng)2π槽輪徑向槽數(shù)AO1O2αφω２１運(yùn)動(dòng)系數(shù)

運(yùn)動(dòng)系數(shù)故

運(yùn)動(dòng)系數(shù)由此得出結(jié)論：，即最少為３槽若需要使，可在撥盤上均勻地放置個(gè)圓銷例如，２）運(yùn)動(dòng)分析

αφ進(jìn)入?yún)^(qū)αφ為負(fù)離開區(qū)αφ為正ＲＲxΑ解出

幾何關(guān)系

輸出角位移表達(dá)式輸出角位移表達(dá)式輸出角速度的無(wú)因次表達(dá)式輸出角加速度的無(wú)因次表達(dá)式求一階導(dǎo)數(shù)求二階導(dǎo)數(shù)輸出構(gòu)件的角速度和角加速度是槽數(shù)和位置的函數(shù)．

輸出構(gòu)件的特性與什么有關(guān)？

外槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)

在圓銷進(jìn)入和脫離的瞬間，角加速度存在突變，因此，在這兩個(gè)瞬間存在柔性沖擊。當(dāng)徑向槽數(shù)減少時(shí)，速度和加速度峰值急劇增加；所以，一般不推薦使用z＝3的情況。內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能比外槽輪機(jī)構(gòu)要好得多。4、槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）槽數(shù)和圓銷數(shù)的確定根據(jù)使用場(chǎng)合所要求的分度數(shù)確定槽輪的槽數(shù)z，根據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)系數(shù)的要求確定圓銷數(shù)m。（2）中心距的確定它是決定槽輪機(jī)構(gòu)所占空間大小的關(guān)鍵尺寸。中心距偏大受到空間布局的制約。若中心距太小，撥盤的關(guān)鍵尺寸R

也小；因而圓銷直徑和各部分的其它尺寸都不得不受到限制。尺寸R小，圓銷和槽的受力就更大。所以，中心距偏小受到強(qiáng)度的制約。槽輪機(jī)構(gòu)的其它結(jié)構(gòu)尺寸的確定可參閱機(jī)械設(shè)計(jì)的有關(guān)手冊(cè)。

凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也稱為分度凸輪機(jī)構(gòu)．它是上個(gè)世紀(jì)中葉以后才發(fā)展起來(lái)的新型間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。五、凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成和工作原理類型特點(diǎn)和應(yīng)用1、凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成和工作原理以蝸桿分度凸輪機(jī)構(gòu)為例（應(yīng)用最多）

軸線相互垂直交錯(cuò)機(jī)架

主動(dòng)凸輪從動(dòng)盤機(jī)架

凸脊?jié)L子

凸輪上有一條凸脊，如果凸脊沿一條螺旋線布置，就像一個(gè)蝸桿，那么凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)從動(dòng)盤像蝸輪那樣連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。但凸輪上的凸脊經(jīng)過(guò)這樣的設(shè)計(jì)：當(dāng)凸輪在連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，使從動(dòng)盤作間歇運(yùn)動(dòng)。

從動(dòng)盤上的滾子可以繞其自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，可減小凸輪面和滾子之間的滑動(dòng)摩擦。兩軸間的中心距可作微量調(diào)整，以消除凸輪輪廓面和滾子之間的間隙，實(shí)現(xiàn)“預(yù)緊”，不但可減小間隙帶來(lái)的沖擊，而且在從動(dòng)盤停歇時(shí)可得到精確的定位。Ａ2、凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型１）蝸桿分度凸輪機(jī)構(gòu)２）圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)

在從動(dòng)盤上可以布置較多的滾子，能實(shí)現(xiàn)較大的分度數(shù)。難以實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。從動(dòng)盤主動(dòng)凸輪滾子分布在從動(dòng)盤的端面上３）平行分度凸輪機(jī)構(gòu)

從動(dòng)盤主動(dòng)凸輪均勻分布的三組滾子

３片共軛平面凸輪

凸輪的突起部分的曲線可推動(dòng)從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。凸輪的圓弧部分卡在兩個(gè)滾子之間，實(shí)現(xiàn)停歇時(shí)的定位。

平行分度凸輪可實(shí)現(xiàn)“一分度”，即凸輪轉(zhuǎn)過(guò)一周，從動(dòng)盤也轉(zhuǎn)過(guò)一周，并停歇一段時(shí)間。模切機(jī)送進(jìn)系統(tǒng)（壓制紙盒）輸入：連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)模切區(qū)沖模分度凸輪機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器鏈輪牙排（夾持紙板）鏈條鏈輪：間歇轉(zhuǎn)動(dòng)鏈條：步進(jìn)運(yùn)動(dòng)和棘輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)相比，突出的優(yōu)點(diǎn)：1）運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確；2）無(wú)需另加定位裝置，而且定位可靠；3）設(shè)計(jì)自由度大：分度凸輪機(jī)構(gòu)的分度數(shù)決定了滾子數(shù)目，而動(dòng)停比則取決于凸輪廓線設(shè)計(jì)，二者之間沒(méi)有確定的關(guān)系，因此設(shè)計(jì)者有較大的設(shè)計(jì)自由度；4）通過(guò)從動(dòng)盤運(yùn)動(dòng)規(guī)律的合理設(shè)計(jì)，可減小動(dòng)載荷和沖擊，因此它的運(yùn)轉(zhuǎn)速度可以比棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)高得多，蝸桿式分度凸輪的轉(zhuǎn)速已達(dá)3000r/min。3、凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用

分度凸輪機(jī)構(gòu)被公認(rèn)為當(dāng)前最理想的高速、高精度的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它在許多場(chǎng)合正逐漸取代棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)，已在高速?zèng)_床、加工中心、模切機(jī)、多色印刷機(jī)、包裝機(jī)和許多輕工自動(dòng)機(jī)械中得到應(yīng)用，而且會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。我國(guó)從80年代開始研制、生產(chǎn)這類機(jī)構(gòu)。一些分度凸輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的系列化，并像齒輪減速器那樣作為單獨(dú)的部件在專門的工廠生產(chǎn)。機(jī)器的設(shè)計(jì)者只要根據(jù)分度數(shù)、動(dòng)停比和其它要求選用或訂貨即可。天津大學(xué)在分度凸輪方面的研究在國(guó)內(nèi)占有重要地位。表10-1各種分度凸輪