西北工大版機械原理課件第12章-其他常用機構課件

教學目標:掌握間歇運動機構的組成、工作原理、類型、

特點及應用

第12章其他運動機構§12-1棘輪機構

一、棘輪機構的工作原理擺桿、棘爪、棘輪、止動爪1、組成擺桿往復擺動，棘爪推動棘輪間歇轉動2、工作原理結構簡單、制造方便、運動可靠、轉角可調3、優(yōu)點工作時有較大的沖擊和噪音，運動精度較差。適用于速度較低和載荷不大的場合4、缺點外緣、內緣棘輪機構外緣棘輪機構內緣棘輪機構按輪齒分布：單動式、雙動式棘輪機構單動棘輪機構雙動棘輪機構2按工作方式：雙向棘輪單向棘輪單向、雙向棘輪機構按棘輪轉向是否可調:固定轉角、可調轉角按轉角是否可調:按工作原理分:輪齒棘輪、摩擦棘輪超越離合制動dao1Ao2Σ=90°LprpnFf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。Pnsinφ∵Ff=Pnf代入得：tanφ>f∴

φ>ρ當f=0.2時，ρ＝11°30’

通常取φ＝20°φFtFr二、棘爪工作條件：正壓力－Pn

摩擦力－Ff條件是兩者對O2的力矩要滿足如下條件：Mpn>MFf將力分解成切向和徑向分量M=tanρ齒偏角φφFfcosφ>LLpt棘輪幾何尺寸計算公式模數(shù)m 1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、8、10

頂圓直徑dada=mz與齒輪不同

齒間距pP=πm

齒高hh=0.75m

齒頂弦長aa=m棘爪工作面長度a1a1=(0.5~0.7)a

齒偏角φφ＝20°棘輪寬bb=(1~4)m棘爪斜高h1、齒斜高h’h1=h’

≈h/cosφ棘輪齒根圓角半徑rfrf=1.5mm棘爪尖端圓角半徑r1r1=2mm

棘爪長度L一般取L=2pa1Lp60°~80°hadaφo1o2

齒數(shù)z12~25

棘輪參數(shù)計算公式或取值h’h1rfr1齒槽角＝600或550是由主動撥盤、從動槽輪和機架等組成?！?2-2

槽輪機構1．槽輪機構的組成及工作特點（1）機構組成（2）工作特點槽輪機構槽輪機構可將主動撥盤的等速回轉運動轉變?yōu)椴圯啎r動時停的間歇運動，并具有結構簡單、外形尺寸小、機械效率高，以及能較平穩(wěn)、間歇地進行轉位等優(yōu)點，但存在柔性沖擊的缺點，故常用于速度不太高的場合。2．槽輪機構的類型及應用（1）槽輪機構的類型偏置外槽輪機構偏置內槽輪機構曲線外槽輪機構曲線內槽輪機構外槽輪機構內槽輪機構槽條機構不等臂多銷槽輪機構球面槽輪機構曲線式槽輪機構偏置式槽輪機構普通型特殊型（2）槽輪機構的應用電影膠片抓片機構槽輪機構(2/5)罐裝槽輪機構的應用總目錄本章上頁下頁電影卷片機構球面槽輪機構是指當主動撥盤回轉一周時，槽輪的運動時間td與主動撥盤轉一周的總時間t之比，3．普通槽輪機構的運動系數(shù)及特性（1）普通槽輪機構的運動系數(shù)1）外槽輪機構槽輪機構的運動系數(shù)以k表示。即k＝td/t＝2α1/(2π）=(π－2φ2)/(2π）＝[π－(2π/z)]/(2π)＝1/2－1/z(a)由于k>0，故槽數(shù)z≥3。又因k<0.5，故此種單銷槽輪機構的槽輪運動時間總是小于其靜止時間。具有n個均布圓銷的槽輪機構的運動系數(shù)k為k＝n(1/2－1/z)槽輪機構(3/5)因k≤1，則有

n≤2z/(z-2)由此可知，槽數(shù)與圓銷數(shù)間的關系為z＝3，n＝1～6；z＝4，n＝1～4；z＝5、6，n＝1～3；z≥7，n＝1～2。2）內槽輪機構其單銷內槽輪機構的運動系數(shù)為k＝2α1/(2π)＝(π＋2φ2)/(2π)＝(π＋2π/z)/(2π）＝1/2＋1/z故k>0.5。槽輪機構(4/5)(2)、普通槽輪機構的運動特性R不變；rx是變化的令R/L=；得可見：當撥盤的角速度1一定時，槽輪的角速度2和角加速度2的變化取決于槽輪的槽數(shù)z結束2結束槽輪機構的角速度及角加速度的最大值隨槽輪數(shù)z的增多而減少；當圓銷開始進入和離開徑向槽時，此兩瞬時有柔性沖擊，且隨槽數(shù)z的減少而增大；在機構運轉速度較高時，或槽輪軸承慣性較大的情況下，就顯得更為突出。內槽輪機構與外槽輪機構一樣，有加速度突變，且其值與外槽輪者相等，但當||→0時，角加速度值迅速下降并趨于零。槽輪機構(5/5)4、普通槽輪機構的設計要點1）、槽數(shù)

z和圓銷數(shù)

n

的選取td

——撥盤轉一周，槽輪的運動時間t

——撥盤轉一周的總時間撥盤1勻速轉動運動系數(shù)k：單銷內槽輪機構：n

個圓銷由上式可見：只能結束2、幾何尺寸計算結束撥盤軸直徑d1和槽輪直徑d2選取：鎖止弧半徑的選?。河刹圯嗇喨~齒頂厚b確定，通常取b=3—10mm§12-3

擒縱輪機構1．擒縱輪機構的組成及工作原理（1）機構的組成由擒縱輪、擒縱叉、游絲擺輪及機架組成。（2）工作原理擒縱輪受發(fā)條驅動而轉動，同時受擒縱叉上的左右卡瓦阻擋而停止，并通過游絲擺輪系統(tǒng)控制動停時間，從而實現(xiàn)周期性單向間歇運動。

游絲擺動系統(tǒng)是由游絲、擺輪及圓銷、擒縱叉及叉頭釘?shù)冉M成。其能量的補充是通過擒縱輪齒頂斜面與卡瓦的短暫接觸傳動來實現(xiàn)的。因游絲擺輪系統(tǒng)振動頻率固定，故可用于計量時間，常用于鐘表中。2．擒縱輪機構的類型及應用（1）有固有振動系統(tǒng)型擒縱輪機構擒縱輪機構有以下兩大類：如機械手表中的擒縱輪機構。（2）無固有振動系統(tǒng)型擒縱輪機構此種擒縱輪僅由擒縱輪和擒縱叉組成。擒縱輪機構(2/3)擒縱叉往復振動的周期與擒縱叉轉動慣量（為常數(shù)）的平方成正比。與擒縱輪給擒縱叉的轉矩大?。ɑ痉€(wěn)定）的平方根成反比。故此機構能使擒縱輪作平均轉速基本恒定的間歇運動。這種機構結構簡單，便于制造，價格低，但振動周期不很穩(wěn)定，故主要用于計時精度要求不高、工作時間較短的場合。擒縱輪機構(3/3)§12-4

凸輪式間歇運動機構1．機構的工作原理及特點由主動輪和從動盤組成，主動凸輪作連續(xù)轉動，通過其凸輪廓線推動從動盤作預期的間歇分度運動。（2）工作特點動載荷小，無剛性和柔性沖擊，適合高速運轉，無需定位裝置，定位精度高，結構緊湊；但加工成本高，裝配與調整的要求（1）工作原理嚴格。2．機構的類型及應用（1）圓柱凸輪式間歇運動機構常取單頭螺桿凸輪，z2≥6。從動盤按正弦加速度規(guī)律設計，可控制中心距消除間隙，承載能力高，間歇頻率為1200次/min，分度精度為30″。常取凸輪槽數(shù)為1，柱銷數(shù)一般取z2≥6，在輕載下間歇頻率為1500次/分。（2）蝸桿凸輪式間歇運動機構（3）共軛凸輪式間歇機構動力特性好，分度精度高，成本較低。凸輪式間歇運動機構(2/2)§12-5

不完全齒輪機構1．機構的工作原理及特點（1）工作原理由一個或一部分齒的主動輪與按動停時間要求而作出的從動輪相嚙合，使從動輪作間歇回轉運動。（2）工作特點結構簡單，制造容易，工作可靠，動停時間比可在較大范圍內變化，但在從動輪的運動始末有剛性沖擊，適合于低速、輕載的場合。2．機構的類型及應用（1）不完全齒輪機構的類型（2）不完全齒輪機構的應用為了改善剛性沖擊的缺點，可在主從動輪上加一對瞬心線附加桿。不完全齒輪機構(2/2)即橢圓齒輪機構的傳動比i21是主動輪1轉角φ1的函數(shù)，且與橢圓齒輪的偏心率εe有關。*§12-6

非圓柱齒輪機構i21＝ω2/ω1＝r1/r2＝（1－εe2)/(1＋εe2－2εecosφ1）（2）非圓齒輪機構的應用非圓齒輪機構在機床、自動機、儀器及解算裝置中均有應用。非圓齒輪機構是一種變傳動比的齒輪機構。（1）橢圓齒輪機構的傳動比1）利用橢圓齒輪帶動曲柄滑塊機構實現(xiàn)急回運動2）利用橢圓齒輪帶動轉位槽輪機構縮短運動時間，增加停歇時間。效率較低，特別是具有自鎖性的螺旋機構效率低于50％。能獲得很大的減速比和力的增益；選擇合適的螺旋機構導程角，可獲得機構的自鎖性。§12-7

螺旋機構1．螺旋機構的組成及特點（1）螺旋機構的組成通常它是將旋轉運動轉換為直線運動。但當導程角大于當量摩擦角時，它還可以將直線運動轉換為旋轉運動。螺旋機構是由螺桿、螺母和機架組成。（2）螺旋機構的特點主要優(yōu)點：主要缺點：因此，螺旋機構常用于起重機、壓力機以及功率不大的進給系統(tǒng)和微調裝置中。2．螺旋機構的運動分析當螺桿轉過φ時，螺母沿其軸向移動的距離為s＝lφ/(2π)其中l(wèi)為螺旋的導程，mm；（1）微動螺旋機構設螺旋機構中A、B段的螺旋導程分別為lA、lB

,且兩端螺旋的旋向相同（即同為左旋或右旋），則當螺桿1轉過φ時，螺母2的位移s為螺桿螺母A段螺紋B段螺紋機架123s＝(lA－lB)φ/(2π）因lA、lB相差很小時，位移s可能很小，故這種螺旋機構稱為微動螺旋機構。螺旋機構(2/4)動畫如用于調節(jié)鏜刀進刀量的螺旋機構。此種機構常用于測微計、分度機構及調節(jié)機構中。（2）復式螺旋機構如果螺旋機構的兩段螺旋導程分別為lA、lB，且兩端螺旋的旋向相反。這種螺旋機構稱為復式螺旋機構。s＝(lA＋lB)φ/(2π）則此種螺旋機構常用于車輛的連接。123AB螺旋機構(3/4)動畫3．螺旋機構的設計要點螺旋機構設計的關鍵是選擇確定合適的螺旋導程角、導程及頭數(shù)等參數(shù)。根據不同的工作要求，螺旋機構應選擇不同的幾何參數(shù)。若要求螺旋機構具有自鎖性或具有較大的減速比（微動）時，宜選用單頭螺旋，宜選用較小的導程及導程角，但效率較低。若要求傳遞大的功率或快速運動的螺旋機構時，宜采用具有較大導程角的多頭螺旋。螺旋機構(4/4)但角速度比卻不恒等于1，而是隨時間變化的。§12-8

萬向鉸鏈機構1．機構的組成及特點（1）機構的組成單萬向鉸鏈機構是指末端各有一叉的主、從動軸和中間“十”字構件鉸接而成的。（2）工作特點為變角傳動機構，兩軸的平均傳動比為1；2．機構的運動特性單萬向鉸鏈機構，當主動軸Ⅰ以ω1等速回轉時，從動軸Ⅱ的ω2變化范圍為ω1cosα≤ω2≤ω1/cosα其變化幅度與兩軸夾角α有關，一般α≤30°。3．機構的恒等速條件雙萬向鉸鏈機構的主、從動軸的角速度恒等的條件為軸1、3和中間軸2應位于同一平面內；軸1、3的軸線與中間軸2的軸線之間的夾角相等；中間軸的兩端的叉面應位于同一平面內。主動軸1中間軸

2

從動軸3αααα動畫動畫萬向鉸鏈機構(2/2)§12-9

組合機構1．組合機構及其特點（1）組合機構的概念由于現(xiàn)代機械工程對機械的運動形式、運動規(guī)律和動力性能等方面要求的多樣化和復雜性，以及前述各種基本機構性能的局限性，使得僅采用某種基本機構往往不能很好地滿足設計要求。因而常把幾個基本機構組合起來加以應用，這就構成了所謂的組合機構。

組合機構并不是幾個基本機構的一般串聯(lián)，而往往是一種封閉式的傳動機構。而封閉機式傳動機構則是利用一個機構去約束或封閉另一個多自由度機構，使其不僅具有確定的運動，而且可使從動件具有更為多樣化的運動形式或運動規(guī)律?，F(xiàn)比較兩個例子來看什么是組合機構。（2）組合機構的特點組合機構不僅能滿足多種設計要求，因此，組合機構越來越得到廣泛應用。甚至能產生基本機構所不具有的運轉特性和運動形式，以及更為多樣的運動規(guī)律。而且能綜合應用和發(fā)揮各種基本機構的特點，組合機構(2/3)