其他常用機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

其他常用機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)湘潭大學(xué)專用第一頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用車床的走刀運(yùn)動螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)將絲杠的等速回轉(zhuǎn)變換成為刀架溜板的等速直線移動。后輪的驅(qū)動軸總是相對于發(fā)動機(jī)輸出軸上下擺動。第二頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用第十二章其他常用機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)§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)§12－5不完全齒機(jī)構(gòu)§12－6非圓齒輪機(jī)構(gòu)§12－7螺旋機(jī)構(gòu)§12－8萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)§12－9組合機(jī)構(gòu)第三頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用一、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。棘輪類型按工作方式有：按輪齒分布有：按轉(zhuǎn)角是否可調(diào):固定轉(zhuǎn)角、可調(diào)轉(zhuǎn)角調(diào)桿長擺角、加滑動罩輪齒棘輪、摩擦棘輪演示模型外緣、內(nèi)緣、端面棘輪機(jī)構(gòu)。單向、雙向運(yùn)動棘輪機(jī)構(gòu)。二、棘輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用按棘輪轉(zhuǎn)向是否可調(diào):按工作原理分有:單動式、雙動式棘輪機(jī)構(gòu)。第四頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用雙動棘輪機(jī)構(gòu)第五頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用AB’B棘輪可雙向運(yùn)動第六頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用可調(diào)轉(zhuǎn)角的棘輪牛頭刨床進(jìn)給調(diào)整機(jī)構(gòu)通過調(diào)整桿長來調(diào)擺角023451φ調(diào)滑動罩023451φφ第七頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用21摩擦棘輪超越離合器13243132第八頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用運(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(shí)現(xiàn)進(jìn)給、轉(zhuǎn)位、或分度。實(shí)例：止動器、牛頭刨床、沖床轉(zhuǎn)位、超越離合器（單車飛輪）。沖頭沖壓工位卸料工位裝料工位間歇轉(zhuǎn)動ABCD第九頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用dao1Ao2Σ=90°LprpnptF三、設(shè)計(jì)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。Pnsinα∵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O’的力矩要滿足如下條件：Mpn>MF將兩個力分解成切向和徑向分量M=tgφ齒偏角ααFcosα>LL第十頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用棘輪幾何尺寸計(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da

da=mz

與齒輪不同齒間距pP=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αα＝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rf

rf=1.5mm棘爪尖端圓角半徑r1

r1=2mm棘爪長度L

一般取

L=2pa1Lp60°~80°hadaαo1o2齒數(shù)z12~25棘輪參數(shù)計(jì)算公式或取值h’h1rfr1齒槽角第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用ω1ω2§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。o2鎖止弧槽輪撥盤圓銷第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用二、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(shí)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)ω12φω2球面槽輪機(jī)構(gòu)第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用六槽內(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空閑第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用三、槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動系數(shù)及運(yùn)動特性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：=2α1/2π90°90°2α1=π－2φ2=π－(2π/z)=2π(z-2)/2z代入上式ω1ω2第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用將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∴槽輪的槽數(shù)z≥3得：n≤2z/(z-2)提問：whyk≤1？

事實(shí)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)k

31~61/6~141~40.25~1

5、61~30.3~1即槽輪的運(yùn)動時間總是小于其靜止時間。<0.5第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用當(dāng)z=4及n=2時2.運(yùn)動特性槽輪的運(yùn)動是靠圓銷的撥動來實(shí)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。(1)外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)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。并規(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△ABO1和△ABO2中有如下關(guān)系：R－φ2≤φ≤φ2ω1ω2o1

O2ABφαL令λ＝R/L，并代入上式得：α1-α1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)=0.5φ2-φ2第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用分別對時間求一階導(dǎo)數(shù)、和二階導(dǎo)數(shù)，得：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?yàn)棣穗S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。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)的運(yùn)動特性曲線。dα/dt=ω1,dω1/dt=0第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用kα=α2/ω21i21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運(yùn)動特性曲線z=3z=3z=4z=6z=4z=6分析：槽輪運(yùn)動的ωmax、amax隨z的增多而減小。圓銷進(jìn)入或退出徑向槽時，角速度有突變，故存在柔性沖擊。Z愈少，沖擊愈大。α后半段正好相反。第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用四槽內(nèi)槽輪的角速度和角加速度變化曲線z=4(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。分析：圓銷進(jìn)入或退出徑向槽時，與外槽輪一樣，角速度有突變，且值相等。但隨著轉(zhuǎn)角增大，角加速度值迅速下降并趨于零；然后負(fù)角加速度又逐漸增大到開始時的數(shù)值，而不象外槽輪那樣有兩個峰值?？梢?，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。第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用1四、槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)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(jì)算公式或依據(jù)槽數(shù)z

由工作要求確定圓銷數(shù)nRsd1d2rhLr0槽頂側(cè)壁厚b

b=3~5mm經(jīng)驗(yàn)確定b鎖止弧半徑r0

r0=R-r-b第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用§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。46121‘33’78546121‘33’78546121‘33’78546121‘33’785第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用二、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)1342124346121‘33’785----計(jì)時精度高，用于鐘表。----結(jié)構(gòu)簡單、成本低、計(jì)時精度不高，用于自動記錄儀、時間繼電器、計(jì)數(shù)器、定時器、測速器、照相機(jī)快門和自拍器等。第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用§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)第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用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)灌漿封口應(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。第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用§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)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。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。其它常用機(jī)構(gòu)第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用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)第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用銑刀不完全齒輪1乒乓球拍專用靠模銑床123458976球拍靠模凸輪不完全齒輪1第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用蜂窩煤餅壓制機(jī)不完全齒輪壓制退煤餅填料填料瞬心線附加桿鎖止弧鎖止弧使運(yùn)動平穩(wěn)第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用§12－6非圓齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)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(jì)、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橢圓齒輪第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用滾筒式平板印刷機(jī)壓力機(jī)自動機(jī)床轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用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(jì)第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用§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。如起子第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用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)r2πsrφ

s=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=1213將螺紋在中徑圓柱處展開得一斜三角形，于是：第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用圖示螺旋機(jī)構(gòu)中，螺母A固定，螺母2可沿軸向移動，且:

lA≠lB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：

s=(lA－lB)φ/2π當(dāng)差(lA－lB)很小時，s將很小。當(dāng)A、B段螺紋旋向相反時，螺母2的位移為：

s=(lA＋lB)φ/2π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。123這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為微(差)動螺旋機(jī)構(gòu)，用于測微計(jì)（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：s21=－lBφ/2π螺母2相對于機(jī)架3的位移為：第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用l1=1.25mm(右)l2=1mm(右)鏜刀進(jìn)給量調(diào)整微動螺旋機(jī)構(gòu)復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用§12－8萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)(萬向聯(lián)軸節(jié))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。1.單萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩傳動軸末端各有一個叉形支架，用鉸鏈與中間的“十字形”構(gòu)件相聯(lián)，“十字形”構(gòu)件的中心位于兩軸交點(diǎn)處，軸間角為α

。運(yùn)動分析：兩軸平均傳動比為1，但瞬時傳動比是動態(tài)變化的。在任意位置有：ω2＝ω1＋ω21ω1ω2αω21第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用由圖可得：ω'2＝ω1/cosαω21

＝ω21A∴ω2

＝ω'2＝ω1＋ω21A在圖示位置時，∵

ω2

、ω1

、ω21A共面，故可知:ω21B

＝0ω1ω'2ω21αAω'2Aααω1B其中ω21是一個空間矢量，可分解成繞AB軸旋轉(zhuǎn)的兩個分量：ω21

＝ω21A

＋ω21B為最大值第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用可知ω2的變化范圍為：在圖示位置時，∵

ω"2

、ω1

、ω21B共面，故可知:ω21

＝ω21Bω21A＝0∴ω2

＝ω”2＝ω1＋ω21B由圖可得：ω”2＝ω1cosα即：ω1cosα≤ω2

≤ω1/cosαω”2≤

ω2≤

ω’2ω1αω21ω"21αω1BBαAω"2為最小值第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日湘潭大學(xué)專用2.雙萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)為了消除從動軸變速轉(zhuǎn)動的缺點(diǎn)，常將兩個單萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)串聯(lián)實(shí)用，構(gòu)成雙萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)。安裝要求：①主動、從動、中間三軸共面；②主動軸、從動軸的軸線與