NO-7其他常用機(jī)構(gòu)電子教案 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第2版）

PAGE17PAGE2第頁教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：認(rèn)知凸輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用；理解凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，了解這些規(guī)律在工程實(shí)際中的應(yīng)用；掌握凸輪輪廓設(shè)計(jì)的基本原理與方法；認(rèn)知常見間歇機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用。能力目標(biāo)：根據(jù)機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，選擇凸輪機(jī)構(gòu)的類型；設(shè)計(jì)凸輪的輪廓機(jī)構(gòu)，分析其能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)特性；根據(jù)機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，選擇間歇機(jī)構(gòu)的類型；能夠設(shè)計(jì)簡單的間歇機(jī)構(gòu)，并分析其能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)特性。素質(zhì)目標(biāo)：溝通、協(xié)作能力；觀察、信息收集能力；分析總結(jié)能力。良好的職業(yè)道德和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)教學(xué)重點(diǎn)凸輪輪廓設(shè)計(jì)的基本原理、常見間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、不完全齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理。教學(xué)手段理實(shí)一體實(shí)物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時(shí)6教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計(jì)注釋模塊七其他常用機(jī)構(gòu)〖相關(guān)知識(shí)〗學(xué)習(xí)情境一、凸輪機(jī)構(gòu)一、凸輪機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用1.凸輪機(jī)構(gòu)的組成與應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件及鎖合裝置組成。是一種高副機(jī)構(gòu)。其中凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件則在凸輪輪廓的控制下按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)是：只要正確地設(shè)計(jì)和制造出凸輪的輪廓曲線，就能把凸輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠地轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件所預(yù)期的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，而且設(shè)計(jì)簡單；凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、運(yùn)動(dòng)可靠。其缺點(diǎn)是：凸輪與從動(dòng)件之間為點(diǎn)或線接觸，故難以保持良好的潤滑，容易磨損。由于凸輪機(jī)構(gòu)具有多用性和靈活性，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械、儀器、操縱控制裝置和自動(dòng)生產(chǎn)線中，是自動(dòng)化生產(chǎn)中主要的驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)。2.凸輪機(jī)構(gòu)的類型凸輪機(jī)構(gòu)的種類很多，通常按以下分類。（1）按凸輪形狀分類（2）按從動(dòng)件末端形狀分類（3）按鎖合形式分類二、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程2.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇三、凸輪輪廓設(shè)計(jì)分析1.盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)的基本原理凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法有圖解法和解析法。解析法精確，而圖解法直觀、方便。圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的基本原理是相對運(yùn)動(dòng)原理。2.從動(dòng)件盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)3.凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)，不僅要保證從動(dòng)件能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還須使設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)傳力性能良好、結(jié)構(gòu)緊湊、滿足強(qiáng)度和安裝等要求。這些要求與凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角、基圓半徑和滾子半徑、凸輪機(jī)構(gòu)的材料等有關(guān)。學(xué)習(xí)情境二棘輪機(jī)構(gòu)一、棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理1.工作原理棘輪機(jī)構(gòu)是一種常用的間歇機(jī)構(gòu),其工作原理如圖7-23所示。棘輪機(jī)構(gòu)主要由棘輪、棘爪和機(jī)架組成。棘輪3與軸用鍵連接,彈簧6用來使制動(dòng)棘爪4和棘輪3保持接觸，驅(qū)動(dòng)棘爪2與連桿機(jī)構(gòu)的搖桿1組成回轉(zhuǎn)副N。搖桿空套在軸上，可自由擺動(dòng)。當(dāng)搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪便插入棘輪的齒槽中，推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)過一定角度，而制動(dòng)棘爪則在棘輪的齒上滑過；當(dāng)搖桿順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪在棘輪的齒上滑過，而制動(dòng)棘爪將阻止棘輪作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，故棘輪靜止不動(dòng)。因此，當(dāng)搖桿作連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪將作單向間歇運(yùn)動(dòng)。圖7-23外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理1—搖桿；2—驅(qū)動(dòng)棘爪；3—棘輪；4—制動(dòng)棘爪；5—機(jī)架；6—彈簧2.主要參數(shù)1）棘輪的齒數(shù)棘輪的齒數(shù)z是根據(jù)具體的工作要求選定的。輕載時(shí)齒數(shù)可取多些，載荷較大時(shí)可取少些。一般來說，為了避免機(jī)構(gòu)尺寸過大，又能使齒輪具有一定的強(qiáng)度，棘輪的齒數(shù)不宜過多，通常取z＝8～30。2）齒距在棘輪齒頂圓的圓周上，相鄰兩個(gè)齒對應(yīng)點(diǎn)之間的弧長稱為棘輪的齒距，用p表示，如圖7-24所示。圖7-24棘輪棘爪的位置及尺寸二、棘輪機(jī)構(gòu)的類型1.單向式棘輪機(jī)構(gòu)如圖7-23所示為單向式棘輪機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：當(dāng)搖桿向某一方向擺動(dòng)時(shí)，棘爪推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)過某一角度；當(dāng)搖桿反向擺動(dòng)時(shí)，棘輪靜止不動(dòng)。改變搖桿的結(jié)構(gòu)形狀，可以得到如圖7-26所示的雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)搖桿來回?cái)[動(dòng)時(shí)，都能使棘輪沿單向轉(zhuǎn)動(dòng)。單向式棘輪機(jī)構(gòu)的輪齒形狀為不對稱形，常用的是鋸齒形（見圖7-23）和直角三角形（見圖7-25）。圖7-25內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)圖7-26雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)2.雙向式棘輪機(jī)構(gòu)當(dāng)棘輪齒制成方形時(shí)，則可成為如圖7-27（a）所示的可變向棘輪機(jī)構(gòu)。圖7-27（b）為另一種可變向棘輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)棘爪提起并繞自身軸線轉(zhuǎn)180°后再放下，則可依靠棘爪端部結(jié)構(gòu)兩面不同的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)棘輪沿相反方向單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。圖7-27可變向棘輪機(jī)構(gòu)上述各種棘輪機(jī)構(gòu),在原動(dòng)件搖桿擺角一定的條件下,棘輪每次的轉(zhuǎn)角是不變的。若要調(diào)節(jié)棘輪的轉(zhuǎn)角，則可改變搖桿的擺動(dòng)角或改變撥過棘輪齒數(shù)的多少。如圖7-28所示，在棘輪上加一遮板，變更遮板的位置，即可使棘爪行程的一部分在遮板上滑過，不與棘輪的齒接觸，從而改變棘輪轉(zhuǎn)角的大小。圖7-28帶遮板的棘輪機(jī)構(gòu)3.摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)為了能無級(jí)調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角的大小并降低沖擊和噪聲，在機(jī)械中應(yīng)用了摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)。圖7-29所示的為外摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)，靠棘爪與棘輪之間的摩擦力來驅(qū)動(dòng)。圖7-29摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)三、棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用1.棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)齒式棘輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件和從動(dòng)件之間是剛性推動(dòng)，因此轉(zhuǎn)角比較準(zhǔn)確，而且轉(zhuǎn)角大小可以調(diào)整，棘輪和棘爪的主從動(dòng)關(guān)系可以互換，但是剛性推動(dòng)將產(chǎn)生較大的沖擊力，而且棘輪是從靜止?fàn)顟B(tài)突然增速到與主動(dòng)搖桿同步，也將產(chǎn)生剛性沖擊，因此齒式棘輪機(jī)構(gòu)一般只宜用于低速輕載的場合，例如工件或刀具的轉(zhuǎn)位，工作臺(tái)的間歇送進(jìn)等，棘爪在棘齒齒背上滑過時(shí)，在彈簧力作用下將一次次地打擊棘齒根部，發(fā)出噪音。摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)十分簡單，工作起來沒有噪音(因此有時(shí)也稱為“無聲棘輪”)；棘輪的轉(zhuǎn)角可調(diào)，主動(dòng)與從動(dòng)的關(guān)系也可以互換。但是由于是利用摩擦力楔緊之后傳動(dòng)，因此從動(dòng)件的轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確程度較差。通常只適用于低速輕載場合。2.應(yīng)用實(shí)例在生產(chǎn)中，棘輪機(jī)構(gòu)的單向間歇運(yùn)動(dòng)的特性可滿足多種要求。除上述棘輪機(jī)構(gòu)以外，棘輪機(jī)構(gòu)還可以起到制動(dòng)的作用。圖7-30所示的是一種單向離合器，是棘輪機(jī)構(gòu)的一個(gè)典型的應(yīng)用。當(dāng)主動(dòng)爪輪逆時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱借摩擦力而滾向空隙的收縮部分，并將套筒楔緊，使其隨爪輪一同回轉(zhuǎn)；而當(dāng)爪輪順時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱即被滾到空隙的寬敞部分，而將套筒松開，這時(shí)套筒靜止不動(dòng)。利用此種機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)爪輪以任意角速度反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可使從動(dòng)的套筒獲得任意大小轉(zhuǎn)角的單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。故此種機(jī)構(gòu)可用作單向離合器和超越離合器。圖7-30單向離合器在一些起重設(shè)備或牽引設(shè)備中，經(jīng)常用棘輪機(jī)構(gòu)作為制動(dòng)器，以防止機(jī)構(gòu)的逆轉(zhuǎn)。如圖7-31所示為防止逆轉(zhuǎn)的棘輪機(jī)構(gòu)，可使提升的重物停止在任何位置，以防止突然斷電等原因造成的事故。圖7-31棘輪停止器

棘輪機(jī)構(gòu)除了能夠?qū)崿F(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)外，還能實(shí)現(xiàn)超越運(yùn)動(dòng)。圖7-32所示為自行車后軸上的飛輪結(jié)構(gòu)，這是一種典型的超越機(jī)構(gòu)。當(dāng)腳蹬踏板時(shí)，經(jīng)大鏈輪和鏈條帶動(dòng)內(nèi)圈具有棘齒的小鏈輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)過棘爪推動(dòng)后輪軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)使自行車前進(jìn)。圖7-32自行車后軸上的棘輪機(jī)構(gòu)1—大鏈輪；2—小鏈輪；3—后輪軸；4—棘爪學(xué)習(xí)情境三槽輪機(jī)構(gòu)一、槽輪機(jī)構(gòu)的組成和工作原理1.槽輪機(jī)構(gòu)的組成2.工作原理二、槽輪機(jī)構(gòu)的類型1.根據(jù)嚙合情況分類2.根據(jù)圓柱銷數(shù)分類三、槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，在進(jìn)入和脫離嚙合時(shí)運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)。但在運(yùn)動(dòng)過程中的加速度變化較大，沖擊較嚴(yán)重，因而不適用于高速。學(xué)習(xí)情境四不完全齒輪機(jī)構(gòu)一、不完全齒輪機(jī)構(gòu)的組成和工作原理1.組成不完全齒輪機(jī)構(gòu)主動(dòng)輪1上的輪齒不是布滿在整個(gè)圓周上，而只有一個(gè)輪齒(如圖7-38(a)所示)或者幾個(gè)輪齒(如圖7-38(b)所示)，其余部分為外凸鎖止?。粡膭?dòng)輪2上加工出與主動(dòng)輪輪齒相嚙合的齒和內(nèi)凹鎖止弧，彼此相間地布置。2.工作原理在圖7-38所示的外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)中，兩個(gè)齒輪均作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)輪1上的輪齒與從動(dòng)輪2的輪齒嚙合時(shí)，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪2轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)主動(dòng)輪1的外凸鎖止弧與從動(dòng)輪2的內(nèi)凹鎖止弧接觸時(shí)，從動(dòng)輪2停止不動(dòng)。二、不完全齒輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用根據(jù)傳動(dòng)時(shí)的嚙合情況，不完全齒輪機(jī)構(gòu)通常分為外嚙合與內(nèi)嚙合兩種。外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)見圖7-38，內(nèi)嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)如圖7-39所示。圖7-38外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)圖7-39內(nèi)嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)中，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的分度圓直徑、鎖住弧的段數(shù)，鎖住弧之間的齒數(shù)，均可在較大范圍內(nèi)選取，故當(dāng)主動(dòng)輪等速轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，從動(dòng)輪停歇的次數(shù)、每次停歇的時(shí)間及每次轉(zhuǎn)過角度的變化范圍要比槽輪機(jī)構(gòu)大得多。但是，不完全齒輪機(jī)構(gòu)的加工工藝較復(fù)雜，且從動(dòng)輪在運(yùn)動(dòng)開始和終止時(shí)有較大的沖擊。不完全齒輪機(jī)構(gòu)一般用于低速