第四章其他常用機(jī)構(gòu)

第四章其他常用機(jī)構(gòu)其他常用機(jī)構(gòu)第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)第二節(jié)

棘輪機(jī)構(gòu)第三節(jié)槽輪機(jī)構(gòu)第四節(jié)不完全齒輪機(jī)構(gòu)第五節(jié)螺旋機(jī)構(gòu)

引言

在工程實(shí)踐和日常生活中，除了常用平面連桿機(jī)構(gòu)外，還廣泛應(yīng)用其他機(jī)構(gòu)，如凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)等。點(diǎn)擊播放4-01釘鞋機(jī)右圖為電影放映機(jī)的卷片機(jī)構(gòu)，槽輪

上有四條徑向槽，撥盤(pán)

1轉(zhuǎn)一周，槽輪

轉(zhuǎn)

90°，影片移動(dòng)一個(gè)畫(huà)面并停留一定的時(shí)間，從而滿足人眼視覺(jué)“暫留現(xiàn)象”的要求。電影放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放4-02引言凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架

組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖點(diǎn)擊播放4-03-1點(diǎn)擊播放4-03-2a）平面凸輪機(jī)構(gòu)b）空間凸輪機(jī)構(gòu)用于內(nèi)燃機(jī)配氣的凸輪機(jī)構(gòu)靠模加工機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用點(diǎn)擊播放4-06繞線機(jī)引線機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用圖4-7機(jī)床自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用圖4-8自動(dòng)車(chē)床中的凸輪組凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用1）按凸輪形狀

分：盤(pán)形、移動(dòng)、圓柱凸輪

(端面)

。2）按推桿形狀分：尖頂、滾子、平底從動(dòng)件。3）按推桿運(yùn)動(dòng)分：直動(dòng)(對(duì)心、偏置)、擺動(dòng)特點(diǎn)：尖頂－－構(gòu)造簡(jiǎn)單、易磨損、用于儀表機(jī)構(gòu)；滾子――磨損小，應(yīng)用廣；平底――受力好、潤(rùn)滑好，用于高速傳動(dòng)。4）按保持接觸方式分：力封閉（重力、彈簧等）

幾何形狀封閉(凹槽、等寬、)凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用名詞術(shù)語(yǔ)：凸輪再繼續(xù)回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件又開(kāi)始下一輪“升一停一降一?！钡倪\(yùn)動(dòng)循環(huán)過(guò)程。一般情況下，推程是凸輪機(jī)構(gòu)的工作行程。凸輪機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程基圓、推程運(yùn)動(dòng)角、基圓半徑、推程、遠(yuǎn)停程、遠(yuǎn)停程角、回程運(yùn)動(dòng)角、回程、近停程角r0hB’otδsδ01δ01δ02δ02δ0δ0δ’0δ’0ωADCB近停程、從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的位移s隨時(shí)間

t（或凸輪轉(zhuǎn)角δ）的變化規(guī)律，稱(chēng)為從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度為定值的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，稱(chēng)為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。以推程為例，可畫(huà)出s-δ（

t）線圖。圖4-10等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的s-δ（

t）線圖從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件在推程的前半段為等加速，后半段為等減速的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，稱(chēng)為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通常加速度和減速度的絕對(duì)值相等，前半段、后半段的位移也相等。圖4-11等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的s-δ（

t）線圖從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律反轉(zhuǎn)法原理依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，例如：-ωω給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以-ω時(shí)，不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。尖頂凸輪繪制動(dòng)畫(huà)點(diǎn)擊播放凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法12345678Ar060°90°90°120°-ωωsδ1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’

對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。60°120°90°90°1’3’5’7’8’91113159’11’13’12’14’1876543214131211109凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法凸輪的結(jié)構(gòu)形式及與軸的固定方式圖4-14凸輪軸圖4-15平鍵聯(lián)接圖4-16圓錐銷(xiāo)聯(lián)接

圖4-17彈性錐套和螺母聯(lián)接凸輪的結(jié)構(gòu)與材料凸輪的材料應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，選材的主要依據(jù)是運(yùn)動(dòng)速度與承載大小。載荷不大、低速時(shí)可選用

HT250、HT300、QT800-2、QT9OO-2等作為凸輪的材料，輪廓表面需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性。

中速、中載的凸輪常用45、4OCr、20Cr、20CrMn等材料，并經(jīng)表面淬火，使硬度達(dá)55～60HRC。

高速、重載凸輪可用40Cr，表面淬火至56～60HRC，或用38CrMoA1，經(jīng)滲氮處理至60～67HRC。凸輪的結(jié)構(gòu)與材料棘輪機(jī)構(gòu)

棘輪機(jī)構(gòu)由棘輪、棘爪、搖桿及機(jī)架等組成，如圖4-18所示。主動(dòng)件棘爪

鉸接在連桿機(jī)構(gòu)的搖桿上，當(dāng)搖桿順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，棘爪推動(dòng)棘輪

轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度；當(dāng)搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，止退棘爪

阻止棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，棘爪在棘齒背上滑過(guò)，此時(shí)棘輪停歇不動(dòng)。因此，在搖桿作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪作單向時(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。

有外嚙合和內(nèi)嚙合之分。點(diǎn)擊播放4-18圖4-18外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放4-19牛頭刨床工作臺(tái)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)是個(gè)棘輪機(jī)構(gòu)，它是利用將棘爪

提起并轉(zhuǎn)動(dòng)

180°后放下，使棘輪作反向間歇運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的往復(fù)移動(dòng)。圖4-20牛頭刨床用棘輪機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊視頻牛頭刨床點(diǎn)擊動(dòng)畫(huà)棘輪機(jī)構(gòu)圖5-24所示機(jī)構(gòu)設(shè)有對(duì)稱(chēng)爪端的棘爪1，將其翻轉(zhuǎn)至雙點(diǎn)畫(huà)線位置，也可用來(lái)實(shí)現(xiàn)反向的間歇運(yùn)動(dòng)。圖4-21可換向棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)圖5-25所示機(jī)構(gòu)在搖桿上安裝兩個(gè)棘爪，當(dāng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，都能使棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可提高棘輪運(yùn)動(dòng)的次數(shù)和縮短停歇的時(shí)間，所以又稱(chēng)作快動(dòng)（或雙動(dòng)）式棘輪機(jī)構(gòu)。圖4-22單向快動(dòng)棘動(dòng)輪機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放4-22棘輪機(jī)構(gòu)圖4-23改變曲柄長(zhǎng)度調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角圖5-27所示機(jī)構(gòu)是通過(guò)改變曲柄長(zhǎng)度來(lái)改變搖桿擺角的大小，搖桿的擺角變化后就改變了棘輪的轉(zhuǎn)角。棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)中棘輪轉(zhuǎn)角的大小可以進(jìn)行有級(jí)調(diào)節(jié)。圖

5-26所示機(jī)構(gòu)是利用覆蓋罩遮擋部分棘齒，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角的大小來(lái)控制棘輪的轉(zhuǎn)速。圖4-24用覆蓋罩調(diào)節(jié)棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊視頻牛頭刨床圖4-25牛頭刨床進(jìn)給棘輪機(jī)構(gòu)圖5-28所示的牛頭刨床工作臺(tái)的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，就是利用棘輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)正反間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn)，然后通過(guò)絲杠、螺母帶動(dòng)工作臺(tái)作橫向間歇送進(jìn)運(yùn)動(dòng)的。點(diǎn)擊播放4-25棘輪機(jī)構(gòu)推進(jìn)和輸送圖4-26澆鑄自動(dòng)線步進(jìn)裝置圖5-29所示為鑄造車(chē)間的澆鑄自動(dòng)線步進(jìn)裝置。它也是利用棘輪機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)澆鑄（停止）和輸送（運(yùn)動(dòng)）兩個(gè)工作要求的。這里的棘爪是利用液壓缸的活塞桿來(lái)推動(dòng)的。棘輪機(jī)構(gòu)推進(jìn)和輸送制動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)圖4-27所示為起重設(shè)備安全裝置中的棘輪機(jī)構(gòu)。起吊重物時(shí)，如果機(jī)械發(fā)生故障，重物將出現(xiàn)自動(dòng)下落的危險(xiǎn)，此時(shí)，棘輪

2被止回棘爪

3及時(shí)止動(dòng)，以保證安全。

圖4-27卷筒止回棘輪1－鼓輪2－棘輪3－止回棘爪

內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)是自行車(chē)后輪上的“飛輪”機(jī)構(gòu)，當(dāng)腳蹬轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)大鏈輪和鏈條帶動(dòng)內(nèi)齒圈具有棘齒的鏈輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)棘爪的作用，使輪轂（和后車(chē)輪為一體）逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)使自行車(chē)前進(jìn)。當(dāng)自行車(chē)后輪的轉(zhuǎn)速超過(guò)小鏈輪的轉(zhuǎn)速（或自行車(chē)前進(jìn)而腳蹬不動(dòng)）時(shí)，輪轂便會(huì)超越小鏈輪而轉(zhuǎn)動(dòng)，讓棘爪在棘輪齒背上滑過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)了從動(dòng)件相對(duì)于主動(dòng)件的超越運(yùn)動(dòng)，這種特性稱(chēng)為超越。點(diǎn)擊播放4-19圖4-19內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)超越圖4-28外槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)由帶圓銷(xiāo)的撥盤(pán)、具有徑向槽的槽輪和機(jī)架組成，如圖5-30所示。點(diǎn)擊播放4-28槽輪機(jī)構(gòu)圖4-29內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊播放4-29圖5-31為內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)，帶圓銷(xiāo)的撥盤(pán)在槽輪的內(nèi)部，工作原理同外槽輪機(jī)構(gòu)。內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向與撥盤(pán)轉(zhuǎn)向相同。槽輪機(jī)構(gòu)圖5-32雙圓柱銷(xiāo)外槽輪機(jī)構(gòu)圖5-32所示為雙圓銷(xiāo)外槽輪機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)工作時(shí)，撥盤(pán)轉(zhuǎn)一周，槽輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)兩次。槽輪機(jī)構(gòu)圖5-33轉(zhuǎn)塔車(chē)床的刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)圖5-33所示為轉(zhuǎn)塔車(chē)床的刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，刀架上裝有六種刀具，槽輪上具有六條徑向槽。當(dāng)撥盤(pán)回轉(zhuǎn)一周時(shí)，槽輪轉(zhuǎn)過(guò)60°，從而將下一工序所需刀具轉(zhuǎn)換到工作位置。槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)圖4-33不完全齒輪機(jī)構(gòu)l－主動(dòng)輪2－從動(dòng)輪點(diǎn)擊播放4-33-2點(diǎn)擊播放4-33-1螺旋機(jī)構(gòu)由螺桿、螺母和機(jī)架組成，能實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)變換和力傳遞的機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為螺旋機(jī)構(gòu)。螺旋機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作連續(xù)、平穩(wěn)，承載能力大，傳動(dòng)精度高，易于自鎖等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)械中有著廣泛的應(yīng)用；其缺點(diǎn)是磨損大，效率低，近年來(lái)由于滾珠螺旋的應(yīng)用，使磨損和效率問(wèn)題得到了很大程度的改善。螺旋機(jī)構(gòu)圖4-34螺紋的形成圖如圖4-34所示，將底邊長(zhǎng)等于πd2的直角三角形繞在一直徑為d2的圓柱體上，并使其底邊與圓柱體重合，則其斜邊ac在圓柱體表面形成空間曲線，這條曲線稱(chēng)為螺旋線。螺旋機(jī)構(gòu)螺紋旋向的判別方法：將螺桿直豎，若螺旋線右高左低（向右上升）為右旋（圖

4-34)；反之則為左旋。根據(jù)螺旋線的線數(shù)，可分為單線、雙線和多線（圖4-35)；圖4-35螺紋的線數(shù)

a)單線b)雙線c)多線螺旋機(jī)構(gòu)圖4-36螺紋的主要參數(shù)螺紋的主要參數(shù)大徑

d、小徑

dl

、中徑d2、螺距P、

導(dǎo)程l、螺紋升角ψ、牙型角α螺旋機(jī)構(gòu)常用的螺紋牙形有三角形、矩形、梯形和鋸齒形等圖4-37螺紋的牙型

a)三角形螺紋b)矩形螺紋c)梯形螺紋d)鋸齒形螺紋螺旋機(jī)構(gòu)圖4-38螺旋千斤頂

1—螺母2—螺桿圖4-39螺旋壓力機(jī)

1—螺母2—螺桿1.單螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)圖4-40車(chē)床絲杠傳動(dòng)

1—螺母2—螺桿3—機(jī)架螺旋機(jī)構(gòu)圖4-41雙螺旋機(jī)構(gòu)

1、2—螺母3—螺桿2.雙螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)圖4-42銑床棒料快動(dòng)夾具

1、3—左、右螺母

2—棒料4—螺桿5—機(jī)架螺旋機(jī)構(gòu)圖4-43滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

1、3—內(nèi)、外螺旋滾道2—鋼球3.滾動(dòng)螺旋實(shí)例分析圖4-44釘鞋機(jī)的凸輪組件點(diǎn)擊播放釘鞋機(jī)實(shí)例一圖4-44是釘鞋機(jī)中主要組成部件—凸輪組件，從圖中可看出，當(dāng)釘鞋機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使得凸輪組件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際上是四個(gè)不同的凸輪同時(shí)在轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)是凹槽凸輪，兩個(gè)是一般常見(jiàn)的盤(pán)形凸輪。釘鞋機(jī)就是靠四個(gè)凸輪帶動(dòng)相對(duì)應(yīng)的桿件運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到預(yù)定的運(yùn)動(dòng)要求，完成釘鞋機(jī)的工作。實(shí)例二、北方有一種面食叫“饸饹”，壓制這種面食的專(zhuān)用設(shè)備叫“饸饹機(jī)”，如圖4-45所示。饸饹機(jī)由齒輪齒條機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)、棘輪機(jī)構(gòu)等組成。工作過(guò)程是：擺動(dòng)搖桿，使得搖桿上的棘爪頂住棘輪，當(dāng)搖桿向下擺動(dòng)時(shí)，棘爪頂住棘輪，使得棘輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖4-46所示，帶動(dòng)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的大鏈輪和齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪同軸，鏈傳動(dòng)帶動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得齒條向下，齒條的下端有一圓形壓片向下擠壓，將圓筒里的面擠下，圓筒的底部裝一鉆有很多小孔的鋼板，把面擠壓成具有一定粗細(xì)的面條（即饸饹）。當(dāng)搖桿向上擺動(dòng)時(shí)，棘爪在棘輪上滑過(guò)，往復(fù)擺動(dòng)搖桿，直到將圓筒的面向下擠壓完。然后，釋放棘爪，轉(zhuǎn)動(dòng)鏈傳動(dòng)上的手柄，把圓筒里的壓片提高，再往圓筒里放進(jìn)面，繼續(xù)上面的動(dòng)作過(guò)程，直到面食夠用為止。實(shí)例分析