[机械原理]第十二章--其他常用机构及其设计

湘潭大学专用简述以前介绍的若干机构的运动特点，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构。轮系机构。除此之外，工程上还广泛需要其它运动形式：加工牙膏筒的自动六角车床牙膏灌浆机车螺纹41装牙膏筒2车帽口6卸牙膏筒5切尾3空闲灌浆封口主动件作连续旋转从动件作间歇转→停→转从动件作连续精确的直线移动从动件作连续旋转，但其轴线不固定其它运动形式：引言：湘潭大学专用车床的走刀运动螺旋机构螺旋机构将丝杠的等速回转变换成为刀架溜板的等速直线移动。后轮的驱动轴总是相对于发动机输出轴上下摆动。湘潭大学专用第十二章其他常用机构及其设计§12－1棘轮机构§12－2槽轮机构§12－3擒纵轮机构§12－4凸轮式间隙运动机构§12－5不完全齿机构§12－6非圆齿轮机构§12－7螺旋机构§12－8万向铰链机构§12－9组合机构湘潭大学专用一、棘轮机构的组成及其工作原理组成：摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。§12－1棘轮机构工作原理：摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动。优点：结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。适用于速度较低和载荷不大的场合。棘轮类型按工作方式有：按轮齿分布有：按转角是否可调:固定转角、可调转角调杆长摆角、加滑动罩轮齿棘轮、摩擦棘轮演示模型外缘、内缘、端面棘轮机构。单向、双向运动棘轮机构。二、棘轮机构的类型与应用按棘轮转向是否可调:按工作原理分有:单动式、双动式棘轮机构。湘潭大学专用双动棘轮机构湘潭大学专用AB’B棘轮可双向运动湘潭大学专用可调转角的棘轮牛头刨床进给调整机构通过调整杆长来调摆角023451φ调滑动罩023451φφ湘潭大学专用21摩擦棘轮超越离合器13243132湘潭大学专用运动特点：轮齿式棘轮工作时噪音大且转角为步进可调，但运动准确。而摩擦棘轮正好相反。应用：在各类机床中实现进给、转位、或分度。实例：止动器、牛头刨床、冲床转位、超越离合器（单车飞轮）。冲头冲压工位卸料工位装料工位间歇转动ABCD湘潭大学专用dao1Ao2Σ=90°LprpnptF三、设计要点要求在工作时，棘爪在Pn和F的作用下，能自动滑入棘轮齿槽。Pnsinα∵F=Pnf代入得：tgαf∴αφ当f=0.2时，φ＝11°30’通常取α＝20°αFtFr正压力－Pn摩擦力－F条件是两者对O’的力矩要满足如下条件：MpnMF将两个力分解成切向和径向分量M=tgφ齿偏角ααFcosαLL湘潭大学专用棘轮几何尺寸计算公式模数m1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、8、10顶圆直径dada=mz与齿轮不同齿间距pP=πm齿高hh=0.75m齿顶弦长aa=m棘爪工作面长度a1a1=(0.5~0.7)a齿偏角αα＝20°棘轮宽bb=(1~4)m棘爪斜高h1、齿斜高h’h1=h’≈h/cosα棘轮齿根圆角半径rfrf=1.5mm棘爪尖端圆角半径r1r1=2mm棘爪长度L一般取L=2pa1Lp60°~80°hadaαo1o2齿数z12~25棘轮参数计算公式或取值h’h1rfr1齿槽角湘潭大学专用ω1ω2§12－2槽轮机构（马尔它机构）一、槽轮机构的组成及其工作特点作用：将连续回转变换为间歇转动。组成：带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧，起锁定作用。特点：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速度有变化，不适合高速运动场合。o1工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。o2锁止弧槽轮拨盘圆销湘潭大学专用二、槽轮机构的类型与应用球面槽轮机构应用实例：电影放映机、自动摄影机、六角车床转塔。外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构槽轮机构类型轴线平行轴线相交放映机的反应用外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构ω12φω2球面槽轮机构湘潭大学专用六槽内槽轮拨盘六角车床转塔圆销车螺纹41装牙膏筒2车帽口6卸牙膏筒5切尾3空闲湘潭大学专用三、槽轮机构的运动系数及运动特性1.运动系数拨盘等速回转，在一个运动循环内，总的运动时间为：t＝2π/ω1定义：k=td/t为运动系数，即：k=td/t为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中心连线成90°角。故有：2α12φ2td＝2α1/ω1槽轮的运动时间为：=2α1/2π90°90°2α1=π－2φ2=π－(2π/z)=2π(z-2)/2z代入上式ω1ω2湘潭大学专用将2α1代入得：∵k0可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/z如果想得到k≥0.5的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个圆销，设装有n个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的n倍，即:k=n(1/2-1/z)∵k≤1∴槽轮的槽数z≥3得：n≤2z/(z-2)提问：whyk≤1？事实上，当k=1时，槽轮机构已经不具备间歇运动特性了。k=1/2-1/z≥71~20.36~1槽数z圆销数n运动系数k31~61/6~141~40.25~15、61~30.3~1即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。0.5湘潭大学专用当z=4及n=2时2.运动特性槽轮的运动是靠圆销的拨动来实现的，在一个运动循环内，槽轮经历了从静止→运动→静止的过程，因此，槽轮的角速度是变化的，从而具有角加速度，以下将分析槽轮运动的变化规律。(1)外啮合槽轮机构图示槽轮在运动的任一瞬时，设拨盘位置角用α来表示，槽轮位置角用φ表示。并规定和在圆销进入区为正，在圆销离开区为负，变化区间为：－α1≤α≤α1在△ABO1和△ABO2中有如下关系：BOABtg2cos1sin1tg＝R－φ2≤φ≤φ2ω1ω2o1O2ABφαcossinRLRL令λ＝R/L，并代入上式得：α1-α1说明此时槽轮的运动时间和静止时间相等。k=n(1/2－1/z)=0.5φ2-φ2湘潭大学专用分别对时间求一阶导数、和二阶导数，得：12dtd上式说明，当拨盘以等角速度运动时，槽轮随位置的变化而变化。因为λ随槽数z的不同而变化，因此，不仅随机构位置变化，而且随槽数变化。令i21=ω2/ω1(传动比),kα=α2/ω21得：221cos21)(cosi将上述i21、kα随α的变化绘制成曲线，称为槽轮机构的运动特性曲线。dα/dt=ω121222dtd12cos21)(cos212212)cos21(sin)1(2212)cos21(sin)1(k,dω1/dt=0湘潭大学专用kα=α2/ω21i21槽轮运动的前半段，槽轮的角速度ω2是增加的，角加速度α20运动特性曲线z=3z=3z=4z=6z=4z=6分析：槽轮运动的ωmax、amax随z的增多而减小。圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，故存在柔性冲击。Z愈少，冲击愈大。α后半段正好相反。湘潭大学专用四槽内槽轮的角速度和角加速度变化曲线z=4(2)内啮合槽轮机构用同样方法可求得内啮合槽轮机构的运动曲线如图所示。分析：圆销进入或退出径向槽时，与外槽轮一样，角速度有突变，且值相等。但随着转角增大，角加速度值迅速下降并趋于零；然后负角加速度又逐渐增大到开始时的数值，而不象外槽轮那样有两个峰值。可见，内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。湘潭大学专用1四、槽轮机构的几何尺寸计算圆销半径r由受力大小确定r≈R/6中心距L由安装空间确定回转半径RR=Lsinφ=Lsin(π/z)槽顶半径ss=Lcosφ=Lcos(π/z)槽深hh≥s-(L-R-r)拨盘轴径d1d1≤2(L-s)槽轮轴径d2d2≤2(L-R-r)参数计算公式或依据槽数z由工作要求确定圆销数nRsd1d2rhLr0槽顶侧壁厚bb=3~5mm经验确定b锁止弧半径r0r0=R-r-b湘潭大学专用§12－3擒纵轮机构一、擒纵轮机构的组成及其工作原理组成：擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮。工作原理：擒纵轮受发条力矩的驱动，游丝摆轮系统往复摆动，带动擒纵叉往复摆动，卡住或释放擒纵轮，并使它间歇转动。46121‘33’78546121‘33’78546121‘33’78546121‘33’785湘潭大学专用二、擒纵轮轮机构的类型与应用固有振动系统型擒纵轮轮机构无固有振动系统型擒纵轮轮机构1342124346121‘33’785----计时精度高，用于钟表。----结构简单、成本低、计时精度不高，用于自动记录仪、时间继电器、计数器、定时器、测速器、照相机快门和自拍器等。湘潭大学专用§12－4凸轮式间歇运动机构1.工作原理及特点圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇转动。特点：从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。优点：可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避免冲击、适应高速运转的要求。定位精确、且结构紧凑。缺点：凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。2.类型及应用类型：圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构湘潭大学专用R2圆柱凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构牙膏灌浆机灌浆封口应用：适用于高速、高精度的分度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机等机械。湘潭大学专用§12－5不完全齿轮机构1.工作原理及特点工作原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从动轮静止。优点：结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。2.类型及应用类型：外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。如乒乓球拍周缘铣削加工机床、蜂窝煤饼压制机等。缺点：从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速、轻载场合。其它常用机构湘潭大学专用外啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构湘潭大学专用铣刀不完全齿轮1乒乓球拍专用靠模铣床123458976球拍靠模凸轮不完全齿轮1湘潭大学专用蜂窝煤饼压制机不完全齿轮压制退煤饼填料填料瞬心线附加杆锁止弧锁止弧使运动平稳湘潭大学专用§12－6非圆齿轮机构应用实例：滚筒式平板印刷机、压力机、机床转位机构、非线性函数电位机构、流量计、书心脊背加工联动机构等。非圆齿轮机构是一种用于变传动比传动的齿轮机构。其节线不是圆，常用的椭圆形、心形和螺旋线形曲线等。有专门书籍介绍2ω21ω1椭圆齿轮湘潭大学专用滚筒式平板印刷机压力机自动机床转位机构湘潭大学专用非圆齿轮非线性函数电位机构椭圆齿轮书心脊背加工联动机构椭圆齿轮流量计湘潭大学专用§12－7螺旋机构组成：螺杆、螺母、机架。运动特点：一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。优点：获得很大的减速比和力的增益。缺点：机械效率较低。应用：螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构等。肥皂输送机构1.螺旋机构及其应用在γφv时,也可以螺母为作轴向移动，迫使螺杆转动。如起子湘潭大学专用2.运动分析导程l－－螺旋转一圈(2π)，螺母前进的距离。螺旋转过任意φ角时，螺母的位移s为：s/rφ=l/r2πlr2πsrφs=lφ/2π螺距p－－相邻螺纹牙齿同侧齿面之间的距离。两者的关系为：l=zp，z为螺纹的头数。强调Z=1213将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：湘潭大学专用图示螺旋机构中，螺母A固定，螺母2可沿轴向移动，且:lA≠lB当A、B段螺纹旋向相同时，螺杆1相对于机架3的位移为：s=(lA－lB)φ/2π当差(lA－lB)很小时，s将很小。当A、B段螺纹旋向相反时，螺母2的位移为：s=(lA＋lB)φ/2π称为复式螺旋机构，用于车辆的快速靠近或离开、电杆拉线机构等。123这种螺旋机构称为微(差)动螺旋机构，用于测微计（千分尺）、分度机构、调节机构（镗刀微调机构）中。s1=lAφ/2π螺母2相对于螺杆1的位移为：s21=－lBφ/2π螺母2相对于机架3的位移为：湘潭大学专用l1=1.25mm(右)l2=1mm(右)镗刀进给量调整微动螺旋机构复式螺旋机构湘潭大学