燕大機(jī)械原理第9-11章復(fù)習(xí)

第九章其他常用機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)

特點(diǎn)

將主動件的連續(xù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成從動件有規(guī)律的運(yùn)動和停歇。幾種常見的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)

棘輪機(jī)構(gòu)(Ratchetmechanism)

槽輪機(jī)構(gòu)(Genevadrive)

不完全齒輪機(jī)構(gòu)(Intermittentgearing)

凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)(Cam-typeindexmechanism)

第一節(jié)

棘輪機(jī)構(gòu)

1.棘輪機(jī)構(gòu)的組成及工作特點(diǎn)

棘輪機(jī)構(gòu)的組成及工作特點(diǎn)搖桿、棘爪、棘輪、止動爪和機(jī)架組成；棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、運(yùn)動可靠，棘輪德轉(zhuǎn)角可在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；較大的沖擊和噪聲，而摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動準(zhǔn)確性差，傳動精度不高，常用于低速輕載的場合。

2.棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

在工程中廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)位分度(Indexing)、進(jìn)給(Feed)、單向離合器(One-wayclutch)、超越離合器(Overrunclutch)、制動器(Brake)等。

3.棘輪機(jī)構(gòu)的類型

輪齒式棘輪(Toothratchet)機(jī)構(gòu)

摩擦式棘輪(Frictionratchet)機(jī)構(gòu)

外嚙合輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)Externallymeshedtoothratchetmechanism內(nèi)嚙合輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)Internallymeshedtoothratchetmechanism棘條機(jī)構(gòu)Ratchetrackmechanism鉤頭雙動式棘輪機(jī)構(gòu)Hookeddoublefunctionratchetmechanism可變向棘輪機(jī)構(gòu)Changeabledirectionratchetmechanism直推雙動式棘輪機(jī)構(gòu)Straightdoublefunctionratchetmechanism外嚙合摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)Externallymeshedsilentratchetmechanism可變向棘輪機(jī)構(gòu)Changeabledirectionratchetmechanism滾子內(nèi)嚙合摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)Internallymeshedrollersilentratchetmechanism內(nèi)嚙合摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)Externallymeshedsilentratchetmechanism牛頭刨床工作臺進(jìn)給機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例起重止動器第二節(jié)槽輪機(jī)構(gòu)1.槽輪機(jī)構(gòu)的組成及工作特點(diǎn)槽輪機(jī)構(gòu)的組成及工作特點(diǎn)主動撥盤，從動槽輪和機(jī)架組成；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，其機(jī)械效率高，能較平穩(wěn)間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。但因圓銷突然進(jìn)入、脫離徑向槽，固傳動存在柔性沖擊，不宜用于高速場合。

2.槽輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

一般用于轉(zhuǎn)速不很高的自動機(jī)械、輕工機(jī)械或儀器儀表中，例如電影放映機(jī)的送片機(jī)構(gòu)，長圖記錄儀的打印機(jī)構(gòu)等。3.槽輪機(jī)構(gòu)的類型

外槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)槽條機(jī)構(gòu)球面槽輪機(jī)構(gòu)等外槽輪機(jī)構(gòu)ExternalGenevadrive內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)InternalGenevadrive槽條機(jī)構(gòu)Genevarackmechanism球面槽輪機(jī)構(gòu)SphericalGenevadrive不等臂長多銷槽輪機(jī)構(gòu)Nonequivalentarmandmultiple-pinGenevadrive偏置外槽輪機(jī)構(gòu)OffsetexternalGenevadrive槽輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例蜂窩煤成型機(jī)模盤轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)六角車床刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)第十一章機(jī)械動力學(xué)

一、概述

機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律，是由各構(gòu)件的質(zhì)量(Mass)、轉(zhuǎn)動慣量(Momentofinertia)和作用于各構(gòu)件上的力等多方面因素決定的。

動力學(xué)分析的目的

機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中，受各構(gòu)件得質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量和作用于其上的驅(qū)動力、阻抗力等因素得影響，原動件的速度和加速度隨時(shí)間而變化，因此需要研究機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的真實(shí)運(yùn)動規(guī)律、機(jī)器運(yùn)速度的波動及其調(diào)節(jié)方法。

調(diào)節(jié)機(jī)器速度波動的目的

1、周期性速度波動

危害：

①引起動壓力，η↓和可靠性。

②可能在機(jī)器中引起振動，影響壽命、強(qiáng)度。

③影響工藝，↓產(chǎn)品質(zhì)量。

2、非周期性速度波動

危害：機(jī)器因速度過高而毀壞，或被迫停車。

§11-1機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程及作用力一、機(jī)器的運(yùn)動和功能的關(guān)系由能量守恒定律得，機(jī)器運(yùn)動的某一時(shí)間間隔內(nèi)，所有外力與內(nèi)力作功之和等于機(jī)器動能的改變。

Wd——輸入功

Wr——輸出功

Wf——損失功

2.機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段啟動階段、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段、停車階段穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)起動t停車

穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段的不同狀況m

t穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)起動停車⑴勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)C⑵周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)

(t)(tT)⑶非周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)

起動m

t

穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)停車－工作角速度nn－額定角速度

1.作用在機(jī)械上的驅(qū)動力和生產(chǎn)阻力的性質(zhì)

驅(qū)動力

常數(shù)如重力FdC

位移的函數(shù)如彈簧力Fd

Fd(s)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動力矩Md

Md(s)

速度的函數(shù)

如電動機(jī)驅(qū)動力矩Md

Md()

Md

BNAC0

0

－同步角速度

生產(chǎn)阻力

常數(shù)如起重機(jī)、車床的生產(chǎn)阻力

執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)如曲柄壓力機(jī)、活塞式壓縮機(jī)的生產(chǎn)阻力

執(zhí)行構(gòu)件速度的函數(shù)如鼓風(fēng)機(jī)、離心泵的生產(chǎn)阻力

時(shí)間的函數(shù)如揉面機(jī)、球磨機(jī)的生產(chǎn)阻力

11.2機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型將單自由度的機(jī)械系統(tǒng)簡化成一個(gè)構(gòu)件（稱為等效構(gòu)件），建立簡單的等效動力學(xué)模型。根據(jù)質(zhì)點(diǎn)系動能定理，將作用于機(jī)械系統(tǒng)上的所有外力和外力矩、所有構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量，都向等效構(gòu)件轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的原則：使該系統(tǒng)轉(zhuǎn)化前后的動力學(xué)效果保持不變。即：

等效構(gòu)件的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動慣量所具有的動能，應(yīng)等于整個(gè)系統(tǒng)的總動能；等效構(gòu)件上的等效力、等效力矩所做的功或所產(chǎn)生的功率，應(yīng)等于整個(gè)系統(tǒng)的所有力、所有力矩所做功或所產(chǎn)生的功率之和。等效動力學(xué)模型的建立通常將繞定軸轉(zhuǎn)動或作直線移動的構(gòu)件取為等效構(gòu)件。等效力和等效力矩在等效構(gòu)件AB上，設(shè)F是在等效點(diǎn)B上的等效力或者設(shè)M是等效力矩則等效力或等效力矩的功率為等效力和等效力矩設(shè)作用在機(jī)械上的外力為Fi(i=1,2,…,k)，作用點(diǎn)的速度為ui，F(xiàn)i的方向和ui的方向間夾角為qi，作用在機(jī)械中的外力矩為Mi(i=1,2,…,m)，受力矩Mi作用的構(gòu)件i

的角速度為wi，則作用在機(jī)械中所有外力和外力矩所產(chǎn)生的功率之和為Mi和ωi同向取“+”，否則“-”

等效力和等效力矩討論等效力F和等效力矩M只與各速度比有關(guān)，是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)。不必知道各個(gè)速度的真實(shí)數(shù)值。F、M也可能是時(shí)間或角速度的函數(shù)或

等效質(zhì)量和等效轉(zhuǎn)動慣量在前述同一等效構(gòu)件AB上，設(shè)me是在等效點(diǎn)B上的等效質(zhì)量或者設(shè)Je是等效轉(zhuǎn)動慣量則等效構(gòu)件的動能為等效質(zhì)量和等效轉(zhuǎn)動慣量設(shè)機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動構(gòu)件的質(zhì)量為mi(i=1,2,…,k)，其質(zhì)心Si的速度為uSi；各運(yùn)動構(gòu)件對其質(zhì)心軸線的轉(zhuǎn)動慣量為JSi

(i=1,2,…,k)，角速度為wi，則整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)所具有的動能為等效質(zhì)量和等效轉(zhuǎn)動慣量討論m和J由速度比的平方而定，總為正值；m和J僅是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)。不必知道各速度的真實(shí)值。如果等效構(gòu)件是移動構(gòu)件,vB=移動速度

或

教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目的重點(diǎn)：機(jī)械運(yùn)動產(chǎn)生周期性速度波動的原因及其調(diào)節(jié)方法；最大盈虧功的確定和飛輪轉(zhuǎn)動慣量的簡易計(jì)算法。11.4機(jī)械系統(tǒng)速度波動及調(diào)節(jié)方法◆穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下機(jī)械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)◆機(jī)械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)◆了解機(jī)器運(yùn)動速度波動的原因、特點(diǎn)、危害◆掌握機(jī)器運(yùn)動速度波動的調(diào)節(jié)方法機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動產(chǎn)生的原因及引起的危害

機(jī)械是在外力(驅(qū)動力和阻力)作用下運(yùn)轉(zhuǎn)的。驅(qū)動力所作的功是機(jī)械的輸入功。阻力所作的功是機(jī)械的輸出功。輸入功與輸出功之差形成機(jī)械動能的增減。如果輸入功在每段時(shí)間都等于輸出功(例如用電動機(jī)驅(qū)動離心式鼓風(fēng)機(jī))，則機(jī)械的主軸保持勻速轉(zhuǎn)動。但是有許多機(jī)械在某段工作時(shí)間內(nèi)，輸入功不等于輸出功。當(dāng)輸入功大于輸出功時(shí)，出現(xiàn)盈功。盈功轉(zhuǎn)化為動能，促使機(jī)械動能增加。當(dāng)輸入功小于輸出功時(shí)，出現(xiàn)虧功。虧功需動能補(bǔ)償，導(dǎo)致機(jī)械動能減小。機(jī)械動能的增減形成機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動。這種波動會使運(yùn)動副中產(chǎn)生附加的作用力，降低機(jī)械效率和工作可靠性；會引起機(jī)械振動，影響零件的強(qiáng)度和壽命；還會降低機(jī)械的精度和工藝性能，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。因此，對機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動必須進(jìn)行調(diào)節(jié)。使上述不良影響限制在容許范圍之內(nèi)。輸入功長時(shí)間大于輸出功損壞輸入功長時(shí)間小于輸出功機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不斷降低停車機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不斷升高超轉(zhuǎn)速極限二、速度波動的類型及調(diào)整方法1、周期性速度波動及調(diào)整方法（1）、概念（2）、特征（3）、調(diào)整方法在一個(gè)周期中，驅(qū)動力做的輸入功與阻力所做的功相等速度變化是有規(guī)律的、周期性的在機(jī)械中加上一個(gè)轉(zhuǎn)動慣量很大的回轉(zhuǎn)件——飛輪

A、當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)盈功時(shí)，它以動能的形式將多余的能量儲存起來，使主軸角速度上升幅度減小；

B、當(dāng)出現(xiàn)虧功時(shí)，它釋放其儲存的能量，以彌補(bǔ)能量的不足，使主軸角速度下降的幅度減小。

圖中虛線為沒有用飛輪時(shí)的速度波動狀況、而實(shí)線為加了飛輪后的速度波動狀況。2、非周期性速度波動及調(diào)整方法（1）、概念（2）、特征（3）、調(diào)整方法速度波動是隨機(jī)的不規(guī)則的，沒有一定的周期輸入功長時(shí)間大于輸出功機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不斷升高超轉(zhuǎn)速極限損壞輸入功長時(shí)間小于輸出功機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不斷降低停車常用電子調(diào)速器和機(jī)械式調(diào)速器進(jìn)行調(diào)速飛輪設(shè)計(jì)的近似方法一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的平均速度和不均勻系數(shù)1.平均角速度m2.角速度的變化量max-min

例如：當(dāng)max-min=5rad/s時(shí)，對于m=10rad/s

和m=100rad/s的機(jī)械，低速機(jī)械的速度波動要明顯一些?？煞从硻C(jī)械速度波動的絕對量，但不能反映機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻程度。3.速度不均勻系數(shù)：角速度變化量和其平均角速度的比值。工程上用它來表示機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動程度。m

一定時(shí)，越小，max與

min的差值越小，機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)越平穩(wěn)。

設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，應(yīng)滿足：常用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的許用值[d]設(shè)在機(jī)械上安裝的飛輪的等效轉(zhuǎn)動慣量為J指一個(gè)周期內(nèi)，驅(qū)動功和阻抗功之差的最大值?；颍阂粋€(gè)周期內(nèi)，機(jī)械速度由min上升到max（或由max下降到min

）時(shí)，外力對系統(tǒng)所作的盈功（或虧功）的最大值。1.最大盈虧功Wmax

：二、飛輪設(shè)計(jì)的基本原理飛輪設(shè)計(jì)的基本問題是已知作用在主軸上的驅(qū)動力矩和阻力矩的變化規(guī)律，要求在δ允許的范圍內(nèi)，確定安裝在主軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量圖(b)所示為某機(jī)械系統(tǒng)的動能E()在一個(gè)周期T內(nèi)的變化曲線。b處：Emin

，c處：Emax

，

Wmax

：在b與c之間能量指示圖：以a點(diǎn)為起點(diǎn)，按一定比例用向量線段依次表示相應(yīng)位置Med和Mer之間所包圍的面積Aab、Abc、Acd、Ade和Aea’的大小和正負(fù)的圖形。Amax代表最大盈虧功

Wmax的大小2.飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF的計(jì)算

：

最好將飛輪安裝在高速軸上。機(jī)械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)非周期性速度波動：機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，等效力矩（Me=Med-Mer）非周期性變化時(shí)，機(jī)械出現(xiàn)的速度波動。工作阻力或驅(qū)動力在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生突變，從而使輸入能量和輸出能量在較長一段時(shí)間內(nèi)失衡造成的。