燕大機械原理第9-11章復習

第九章其他常用機構(gòu)間歇運動機構(gòu)

特點

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

棘輪機構(gòu)(Ratchetmechanism)

槽輪機構(gòu)(Genevadrive)

不完全齒輪機構(gòu)(Intermittentgearing)

凸輪式間歇運動機構(gòu)(Cam-typeindexmechanism)

第一節(jié)

棘輪機構(gòu)

1.棘輪機構(gòu)的組成及工作特點

棘輪機構(gòu)的組成及工作特點搖桿、棘爪、棘輪、止動爪和機架組成；棘輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、運動可靠，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，而摩擦式棘輪機構(gòu)的運動準確性差，傳動精度不高，常用于低速輕載的場合。

2.棘輪機構(gòu)的應用

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

3.棘輪機構(gòu)的類型

輪齒式棘輪(Toothratchet)機構(gòu)

摩擦式棘輪(Frictionratchet)機構(gòu)

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

2.槽輪機構(gòu)的應用

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

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

一、概述

機械系統(tǒng)的運動規(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。

動力學分析的目的

機器在運轉(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間而變化，因此需要研究機器運轉(zhuǎn)的真實運動規(guī)律、機器運速度的波動及其調(diào)節(jié)方法。

調(diào)節(jié)機器速度波動的目的

1、周期性速度波動

危害：

①引起動壓力，η↓和可靠性。

②可能在機器中引起振動，影響壽命、強度。

③影響工藝，↓產(chǎn)品質(zhì)量。

2、非周期性速度波動

危害：機器因速度過高而毀壞，或被迫停車。

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

Wd——輸入功

Wr——輸出功

Wf——損失功

2.機器運轉(zhuǎn)的三個階段啟動階段、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段、停車階段穩(wěn)定運轉(zhuǎn)起動t停車

穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段的不同狀況m

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

(t)(tT)⑶非周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)

起動m

t

穩(wěn)定運轉(zhuǎn)停車－工作角速度nn－額定角速度

1.作用在機械上的驅(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)燃機驅(qū)動力矩Md

Md(s)

速度的函數(shù)

如電動機驅(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、車床的生產(chǎn)阻力

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

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

時間的函數(shù)如揉面機、球磨機的生產(chǎn)阻力

11.2機械系統(tǒng)等效力學模型將單自由度的機械系統(tǒng)簡化成一個構(gòu)件（稱為等效構(gòu)件），建立簡單的等效動力學模型。根據(jù)質(zhì)點系動能定理，將作用于機械系統(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，應等于整個系統(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，應等于整個系統(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F是在等效點B上的等效力或者設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作用在機械上的外力為Fi(i=1,2,…,k)，作用點的速度為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)，是機構(gòu)位置的函數(shù)。不必知道各個速度的真實數(shù)值。F、M也可能是時間或角速度的函數(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me是在等效點B上的等效質(zhì)量或者設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)動慣量設機械系統(tǒng)中各運動構(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，則整個機械系統(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僅是機構(gòu)位置的函數(shù)。不必知道各速度的真實值。如果等效構(gòu)件是移動構(gòu)件,vB=移動速度

或

教學內(nèi)容教學目的重點：機械運動產(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)動慣量的簡易計算法。11.4機械系統(tǒng)速度波動及調(diào)節(jié)方法◆穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下機械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)◆機械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)◆了解機器運動速度波動的原因、特點、危害◆掌握機器運動速度波動的調(diào)節(jié)方法機械運轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法一、機械運轉(zhuǎn)速度波動產(chǎn)生的原因及引起的危害

機械是在外力(驅(qū)動力和阻力)作用下運轉(zhuǎn)的。驅(qū)動力所作的功是機械的輸入功。阻力所作的功是機械的輸出功。輸入功與輸出功之差形成機械動能的增減。如果輸入功在每段時間都等于輸出功(例如用電動機驅(qū)動離心式鼓風機)，則機械的主軸保持勻速轉(zhuǎn)動。但是有許多機械在某段工作時間內(nèi)，輸入功不等于輸出功。當輸入功大于輸出功時，出現(xiàn)盈功。盈功轉(zhuǎn)化為動能，促使機械動能增加。當輸入功小于輸出功時，出現(xiàn)虧功。虧功需動能補償，導致機械動能減小。機械動能的增減形成機械運轉(zhuǎn)速度的波動。這種波動會使運動副中產(chǎn)生附加的作用力，降低機械效率和工作可靠性；會引起機械振動，影響零件的強度和壽命；還會降低機械的精度和工藝性能，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。因此，對機械運轉(zhuǎn)速度的波動必須進行調(diào)節(jié)。使上述不良影響限制在容許范圍之內(nèi)。輸入功長時間大于輸出功損壞輸入功長時間小于輸出功機械運轉(zhuǎn)速度不斷降低停車機械運轉(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、周期性的在機械中加上一個轉(zhuǎn)動慣量很大的回轉(zhuǎn)件——飛輪

A、當機械出現(xiàn)盈功時，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?。?/p>

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

圖中虛線為沒有用飛輪時的速度波動狀況、而實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的不規(guī)則的，沒有一定的周期輸入功長時間大于輸出功機械運轉(zhuǎn)速度不斷升高超轉(zhuǎn)速極限損壞輸入功長時間小于輸出功機械運轉(zhuǎn)速度不斷降低停車常用電子調(diào)速器和機械式調(diào)速器進行調(diào)速飛輪設計的近似方法一、機械運轉(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max-min=5rad/s時，對于m=10rad/s

和m=100rad/s的機械，低速機械的速度波動要明顯一些。可反映機械速度波動的絕對量，但不能反映機械運轉(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械運轉(zhuǎn)的速度波動程度。m

一定時，越小，max與

min的差值越小，機器的運轉(zhuǎn)越平穩(wěn)。

設計機械時，應滿足：常用機械運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的許用值[d]設在機械上安裝的飛輪的等效轉(zhuǎn)動慣量為J指一個周期內(nèi)，驅(qū)動功和阻抗功之差的最大值?；颍阂粋€周期內(nèi)，機械速度由min上升到max（或由max下降到min

）時，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、飛輪設計的基本原理飛輪設計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)所示為某機械系統(tǒng)的動能E()在一個周期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點為起點，按一定比例用向量線段依次表示相應位置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的計算

：

最好將飛輪安裝在高速軸上。機械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)非周期性速度波動：機械運轉(zhuǎn)過程中，等效力矩（Me=Med-Mer）非周期性變化時，機械出現(xiàn)的速度波動。工作阻力或驅(qū)動力在機械運轉(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間內(nèi)失衡造成的。