《機械原理 第5版》 課件 劉會英 08-其他常用機構(gòu)、09-機械系統(tǒng)動力學(xué)設(shè)計

本章內(nèi)容提要第一節(jié)棘輪機構(gòu)第二節(jié)槽輪機構(gòu)第三節(jié)不完全齒輪機構(gòu)第四節(jié)萬向聯(lián)軸節(jié)第五節(jié)螺旋機構(gòu)機械原理第八章其他常用機構(gòu)

擺桿單向擺動時，棘輪沿同一方向轉(zhuǎn)過一個角度；而棘輪向另一個方向轉(zhuǎn)動時，棘輪靜止不動。一、棘輪機構(gòu)組成與工作原理棘輪機構(gòu)的組成：

主動擺桿、棘爪、棘輪、機架。棘輪機構(gòu)的工作原理：第一節(jié)棘輪機構(gòu)1.帶輪齒的棘輪機構(gòu)——按動作分二、棘輪機構(gòu)的類型單動式棘輪機構(gòu)雙動式棘輪機構(gòu)單動式棘輪機構(gòu)棘輪棘爪擺桿雙動式棘輪機構(gòu)棘輪棘爪擺桿1.帶輪齒的棘輪機構(gòu)——按嚙合形式分外嚙式棘輪機構(gòu)內(nèi)嚙式棘輪機構(gòu)內(nèi)嚙式棘輪機構(gòu)內(nèi)棘輪棘爪1.帶輪齒的棘輪機構(gòu)——按輪齒形狀分鋸齒形棘輪機構(gòu)矩形棘輪機構(gòu)雙向式棘輪機構(gòu)棘爪棘輪2.摩擦式棘輪機構(gòu)偏心楔塊式棘輪機構(gòu)滾子楔緊式棘輪機構(gòu)偏心楔塊式棘輪機構(gòu)棘輪棘爪擺桿制動棘爪彈簧滾子楔緊式棘輪機構(gòu)棘輪滾子擺桿彈簧三、棘輪機構(gòu)的特點1.齒嚙式棘輪機構(gòu)的特點

齒嚙式棘輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，棘輪轉(zhuǎn)角可實現(xiàn)有級調(diào)節(jié)，但傳動平穩(wěn)性差，適合于轉(zhuǎn)速不高、轉(zhuǎn)角不大和小功率場合。2.摩擦式棘輪機構(gòu)的特點

摩擦式棘輪機構(gòu)傳遞運動平穩(wěn)，無噪聲，棘輪可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，但易打滑，運動準(zhǔn)確性差。四、棘輪機構(gòu)的應(yīng)用射沙自動線的澆鑄機構(gòu)五、棘輪機構(gòu)的設(shè)計要點1.棘輪轉(zhuǎn)角大小的調(diào)節(jié)

1）改變搖桿擺角的大小。2）改變棘爪行程內(nèi)的齒數(shù)。2.棘爪的工作條件

為滿足棘爪能順利地滑入齒根，須

α

>φ。其中：

α—棘輪齒面傾角；φ—接觸面間的摩擦角。

傳遞同樣大小的轉(zhuǎn)矩時，為使棘爪受力最小，一般FPnαOO’αA槽輪機構(gòu)的工作原理：

撥盤以勻角速連續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)撥盤上的圓銷進入槽輪的徑向槽中時，帶動槽輪轉(zhuǎn)過一個角度；當(dāng)圓銷退出徑向槽時，撥盤上的凸弧與槽輪上的凹弧卡住，槽輪不轉(zhuǎn)。一、槽輪機構(gòu)組成與工作原理槽輪機構(gòu)的組成：主動撥盤、槽輪、機架。第二節(jié)槽輪機構(gòu)二、槽輪機構(gòu)的類型槽輪圓銷撥桿外槽輪機構(gòu)內(nèi)槽輪機構(gòu)球面槽輪機構(gòu)外槽輪機構(gòu)從動槽輪圓銷主動撥盤內(nèi)槽輪機構(gòu)主動撥盤圓銷從動槽輪球面槽輪機構(gòu)主動撥輪圓銷從動槽輪三、槽輪機構(gòu)的特點和應(yīng)用

特點：

槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但槽輪轉(zhuǎn)角不能調(diào)節(jié)，適應(yīng)于速度不太高的場合。應(yīng)用：

電影放映機的卷片機構(gòu)。六角自動車床轉(zhuǎn)塔刀架的轉(zhuǎn)位機構(gòu)四、槽輪機構(gòu)的設(shè)計要點

a)圓銷在進入或退出槽口時，應(yīng)避免與槽發(fā)生沖擊。1.工作條件b)要設(shè)置鎖住裝置。

a)動停比：

k=td／t

t—拔盤轉(zhuǎn)1周的時間

td—t時間內(nèi)槽輪的運轉(zhuǎn)時間2.銷數(shù)、槽數(shù)與動停比b)槽數(shù)z與圓銷數(shù)n的關(guān)系:n<2z／(z-2)一、不完全齒輪機構(gòu)的組成與工作原理

不完全齒輪機構(gòu)是由普通漸開線齒輪機構(gòu)演變而成的一種間歇運動機構(gòu)。如圖所示，主動輪上的凸鎖止弧與從動輪上的凹鎖止弧相配合使主動輪保持連續(xù)轉(zhuǎn)動而從動輪靜止不動；兩輪輪齒部分相嚙合時，相當(dāng)于漸開線齒輪傳動。第三節(jié)不完全齒輪機構(gòu)二、不完全齒輪機構(gòu)的類型內(nèi)嚙合式不完全齒輪機構(gòu)外嚙合式不完全齒輪機構(gòu)外嚙合式不完全齒輪機構(gòu)主動輪從動輪內(nèi)嚙合式不完全齒輪機構(gòu)主動輪從動輪三、不完全齒輪機構(gòu)的特點、應(yīng)用、工件條件1.特點及應(yīng)用

主從動輪進入和脫離嚙合時，速度有突變，所以只適應(yīng)于低速輕載的場合。2.正常工作條件時應(yīng)注意a)主動輪首末兩輪齒的齒頂高要減短；b)要加鎖住裝置。一、萬向聯(lián)軸節(jié)的組成特點b)當(dāng)主動軸以ω1等角速轉(zhuǎn)動時，從動軸ω2的變化范圍為：

ω1cosβ≤ω2≤ω1／cosβ

其中：β

<30o。a)瞬時傳動比是變化的；1.單萬向聯(lián)軸節(jié)第四節(jié)萬向聯(lián)軸節(jié)單萬向聯(lián)軸節(jié)從動軸主動軸a)瞬時傳動比可為常數(shù);b)保證等速傳動的條件：Ⅰ.主動軸、中間軸及從動軸三軸軸線共面。Ⅱ.中間軸兩端的叉面需共面。Ⅲ.β1=β

2

。2.雙萬向聯(lián)軸節(jié)雙萬向聯(lián)軸節(jié)從動軸主動軸中間軸

螺旋機構(gòu)組成：

螺桿、螺母和機架?！輻U轉(zhuǎn)角；S——螺桿與螺母軸向移動距離；l——螺桿的導(dǎo)程。一、螺旋機構(gòu)的組成及特點螺旋機構(gòu)的特點：能獲得很大的減速比和力的增益；可實現(xiàn)自鎖性；機械效率較低。二、螺旋機構(gòu)的運動分析單螺旋機構(gòu)：第五節(jié)螺旋機構(gòu)當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，螺母2移動的距離：當(dāng)A、B旋向相同時——微動螺旋機構(gòu)；當(dāng)A、B旋向相反時——復(fù)式螺旋機構(gòu)。雙螺旋機構(gòu)：進入下一章學(xué)習(xí)回本章首頁該下課了！第九章機械系統(tǒng)動力學(xué)設(shè)計機械原理第一節(jié)機械的質(zhì)量平衡與功率平衡第二節(jié)基于質(zhì)量平衡的動力學(xué)設(shè)計第三節(jié)基于功率平衡的動力學(xué)設(shè)計本章內(nèi)容提要活動構(gòu)件質(zhì)量分布不均、不對稱產(chǎn)生慣性力或慣性力偶矩生產(chǎn)阻力變化速度產(chǎn)生波動振動將慣性力或慣性力偶矩限定在允許范圍內(nèi)使構(gòu)件質(zhì)量參數(shù)合理分布改善機構(gòu)或結(jié)構(gòu)設(shè)計使主軸穩(wěn)定運轉(zhuǎn)機械的質(zhì)量平衡機械的功率平衡將速度波動限定在允許范圍內(nèi)第一節(jié)機械的質(zhì)量平衡與功率平衡2.不平衡慣性力的利用

一、機械平衡的目的1.不平衡慣性力的危害增大運動副中的摩擦，降低效率；增大構(gòu)件中的內(nèi)應(yīng)力，降低壽命；引起振動，甚至產(chǎn)生共振。

對于作往復(fù)移動或平面往復(fù)運動的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力的合力和合力偶的平衡。二、機械平衡的內(nèi)容1.轉(zhuǎn)子的平衡轉(zhuǎn)子——繞固定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。剛性轉(zhuǎn)子的平衡剛性轉(zhuǎn)子——本身產(chǎn)生的彈性變形很小。轉(zhuǎn)子的靜平衡——要求轉(zhuǎn)子的慣性力達到平衡。轉(zhuǎn)子的動平衡——要求轉(zhuǎn)子的慣性力及慣性力矩均達到平衡。撓性轉(zhuǎn)子的平衡撓性轉(zhuǎn)子——工作過程中會產(chǎn)生較大彎曲變形的轉(zhuǎn)子?！獧C械在機座上的平衡。2.機構(gòu)的平衡第二：研究機械運轉(zhuǎn)速度波動產(chǎn)生的原因及其調(diào)節(jié)方法。三、研究機械運轉(zhuǎn)及速度波動調(diào)節(jié)的目的

原動件運動規(guī)律作用于機械上的外力各構(gòu)件的尺寸、質(zhì)量各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量受影響研究兩個問題：第一：研究單自由度機械系統(tǒng)在外力作用下的真實運動規(guī)律。t

2T四、機械運動過程的三個階段

機械的運轉(zhuǎn)速度波動，但平均速度保持穩(wěn)定。系統(tǒng)的動能保持穩(wěn)定。外力對系統(tǒng)做功在一個波動周期內(nèi)為零(Wd-Wr=0)。1.起動階段外力對系統(tǒng)做正功(Wd-Wr>0)，系統(tǒng)的動能增加(E=Wd-Wr)，機械的運轉(zhuǎn)速度上升。2.穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段3.停車階段

驅(qū)動力為零(Wd=0)，系統(tǒng)由正常工作速度逐漸減速，直到停止(E=

-Wr)。例如三相異步電動機的驅(qū)動力是其轉(zhuǎn)動速度的函數(shù)。

生產(chǎn)阻力與運動參數(shù)的關(guān)系決定于機械的不同工藝過程，如車床的生產(chǎn)阻力為常數(shù)，鼓風(fēng)機、離心機的生產(chǎn)阻力為速度的函數(shù)，曲柄壓力機的生產(chǎn)阻力是位移的函數(shù)等。五、作用在機械上的驅(qū)動力和生產(chǎn)阻力

驅(qū)動力由原動機產(chǎn)生，它通常是機械運動參數(shù)（位移、速度或時間）的函數(shù)——原動機的機械特性。

n

0F1=m1

2r1

、F2=m2

2r2，F(xiàn)3=m3

2r3,可表達為Pi=mi

2ri

,i=1、2…。平衡范圍：軸向?qū)挾扰c直徑之比b/D<0.2的轉(zhuǎn)子。加一平衡質(zhì)量mb,，回轉(zhuǎn)半徑rb，產(chǎn)生的離心慣性力為Fb=mb

2rb。已知偏心質(zhì)量m1

、m2

、m3，其回轉(zhuǎn)半徑r1、

r2

、r3。當(dāng)角速度為

時，產(chǎn)生的離心慣性力為m1m2m3r3r1r2F1F2F3rbmb滿足平衡條件

:一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計第二節(jié)基于質(zhì)量平衡的動力學(xué)設(shè)計(1)定比例尺

w

（kg·cm/mm）。(2)依次作矢量平衡計算方法：靜平衡又稱單面平衡。(4)選定rb

，求得mb

。m1r1m2r2m3r3mbrb并使其首尾相接。(3)使矢量圖封閉，量出。

平衡條件：

離心慣性力的矢量和為零。還可表達為即質(zhì)徑積矢量和為零。因F1、F2

、F3不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，故會形成一慣性力偶。須滿足平衡條件：平衡范圍：軸向?qū)挾扰c直徑之比b/D＞0.2的轉(zhuǎn)子。

離心慣性力矢量和為零,

離心慣性力所構(gòu)成的力偶矩矢量和也為零。平衡條件：已知偏心質(zhì)量m1、m2、m3，其回轉(zhuǎn)半徑r1、r2、r3，分布在不同回轉(zhuǎn)面內(nèi)。當(dāng)角速度為

時，產(chǎn)生離心慣性力F1=m1r1

2，F(xiàn)2=m2r2

2，F(xiàn)3=m3r3

2,二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計(2)將各離心慣性力F1、F2、F3…分解到

、

面內(nèi)。平衡計算方法：動平衡又稱雙面平衡。(3)對兩平衡基面分別進行靜平衡。(1)選擇兩個平衡基面

、

。，求得mb'、rb'。同理在

面內(nèi)求得mb"、rb"。如將F1分解為F1'和F1"：

F1'

=l1F1/

L,

F1"

=(L-l1)F1/L

面滿足：或三、剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗

動平衡實驗：

靜平衡實驗：許用不平衡量：——經(jīng)平衡實驗的轉(zhuǎn)子，允許殘存的不平衡量。平衡等級及許用不平衡量見標(biāo)準(zhǔn)。表示方法：

[mr]——許用不平衡質(zhì)徑積。（相對量）

[e]——許用偏心距。（絕對量）

[e]=[mr]/m

四、轉(zhuǎn)子的許用不平衡量1.完全平衡

使機構(gòu)的總慣性力恒為零。完全平衡的特點：

理論上得到完全平衡，但機構(gòu)質(zhì)量增大，實際不常用。

五、平面機構(gòu)的平衡利用對稱機構(gòu)平衡利用平衡質(zhì)量平衡2.

部分平衡六桿機構(gòu)的部分平衡法利用平衡質(zhì)量平衡1.機械運動方程

機械運動方程即表達作用在機械上的力、構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量與其運動參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。

例如原動件1上驅(qū)動力矩M1，從動件3上工作阻力F3。曲柄1質(zhì)心C、轉(zhuǎn)動慣量J1、角速度ω1；連桿2質(zhì)量m2、質(zhì)心C2、C2點速度vc2、轉(zhuǎn)動慣量Jc2、角速度ω2；滑塊3質(zhì)量m3、質(zhì)心在B、該點速度v3。由動能定理：（動能增量=外力功）

一、機械的運動方程式第三節(jié)基于功率平衡的動力學(xué)設(shè)計等效動力學(xué)模型

——單自由度機械系統(tǒng)常用一個具有等效轉(zhuǎn)動慣量（等效質(zhì)量），其上作用有等效力矩（等效力）的等效構(gòu)件來代替。

等效質(zhì)量me，等效轉(zhuǎn)動慣量Je；等效力Fe，等效力矩Me。2.機械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型

等效構(gòu)件——具有與原機械系統(tǒng)等效質(zhì)量或等效轉(zhuǎn)動慣量，其上作用有等效力矩和等效力的假想構(gòu)件。1.等效構(gòu)件所具有的動能等于原機械系統(tǒng)的總動能。2.等效構(gòu)件的瞬時功率等于原機械系統(tǒng)的總瞬時功率。等效條件：等效參數(shù)：？

例9-1

圖示曲柄滑塊機構(gòu)，已知構(gòu)件1轉(zhuǎn)動慣量J1，構(gòu)件2質(zhì)量m2，質(zhì)心c2，轉(zhuǎn)動慣量Jc2，構(gòu)件3質(zhì)量m3，構(gòu)件1上有驅(qū)動力矩M1，構(gòu)件3有阻力F3，求等效構(gòu)件的等效參數(shù)。解：

(1)以構(gòu)件1為等效構(gòu)件時，等效構(gòu)件的角速度與構(gòu)件1的角速度同為ω1。等效轉(zhuǎn)動慣量Je

：等效力矩Me

:(2)

以滑塊3為等效構(gòu)件時，等效構(gòu)件的速度與構(gòu)件3的速度同為v3。等效質(zhì)量me:等效力Fe:(1)能量形式的運動方程式上式稱為力矩形式的機械運動方程式。3.機械運動方程的建立對上式積分可得到能量積分形式的機械運動方程式：上式即為能量微分形式的機械運動方程式。以回轉(zhuǎn)構(gòu)件為等效構(gòu)件時，由動能定理得(2)力矩形式的運動方程式通過對能量微分形式的方程作等價變換后，得到下面的方程式：進而得到(3)機械的真實運動規(guī)律

——機械運動方程的解如等效力矩和等效轉(zhuǎn)動慣量為等效構(gòu)件位置函數(shù)時可以用能量