第八章 其他常用機(jī)構(gòu)和組合機(jī)構(gòu)(任長清副教授)

第八章其他常用機(jī)構(gòu)和組合機(jī)構(gòu)任長清（副教授北林業(yè)大學(xué).機(jī)械設(shè)計(jì)教研室第八章其他常用機(jī)構(gòu)和組合機(jī)構(gòu)8.1棘輪機(jī)構(gòu)8.2槽輪機(jī)構(gòu)8.3凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)8.4不完全齒輪機(jī)構(gòu)8.5螺旋機(jī)構(gòu)8.6萬向聯(lián)軸器8.7機(jī)構(gòu)的組合方式與機(jī)構(gòu)組合8.8常用組合機(jī)構(gòu)的類型及功能

8.1棘輪機(jī)構(gòu)一、棘輪機(jī)構(gòu)的組成及其工作原理組成：擺桿、棘爪、棘輪、止動(dòng)爪。工作原理：擺桿往復(fù)擺動(dòng)，棘爪推動(dòng)棘輪間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運(yùn)動(dòng)可靠、轉(zhuǎn)角可調(diào)。缺點(diǎn)：工作時(shí)有較大的沖擊和噪音，運(yùn)動(dòng)精度較差。適用于速度較低和載荷不大的場合。棘輪類型按工作方式有：按輪齒分布有：按轉(zhuǎn)角是否可調(diào):固定轉(zhuǎn)角、可調(diào)轉(zhuǎn)角輪齒棘輪、摩擦棘輪

外緣、內(nèi)緣、端面棘輪機(jī)構(gòu)。單向、雙向運(yùn)動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)。二、棘輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用按棘輪轉(zhuǎn)向是否可調(diào):按工作原理分有:單動(dòng)式、

雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)。雙動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)AB’B棘輪可雙向運(yùn)動(dòng)可調(diào)轉(zhuǎn)角的棘輪牛頭刨床進(jìn)給調(diào)整機(jī)構(gòu)通過調(diào)整桿長來調(diào)擺角023451φ調(diào)滑動(dòng)罩023451φφ21摩擦棘輪超越離合器13243132運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：輪齒式棘輪工作時(shí)噪音大且轉(zhuǎn)角為步進(jìn)可調(diào)，但運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確。而摩擦棘輪正好相反。應(yīng)用：在各類機(jī)床中實(shí)現(xiàn)進(jìn)給、轉(zhuǎn)位、或分度。實(shí)例：止動(dòng)器、牛頭刨床、沖床轉(zhuǎn)位、超越離合器（單車飛輪）。沖頭沖壓工位卸料工位裝料工位間歇轉(zhuǎn)動(dòng)ABCDdao1Ao2Σ=90°LprpnptF三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)要求在工作時(shí)，棘爪在Pn和F的作用下，能自動(dòng)滑入棘輪齒槽。Pn

sinα∵F=Pnf代入得：tgα>f∴α>φ當(dāng)f=0.2時(shí)，φ＝11°30’

通常取α＝20°αFtFr正壓力－Pn摩擦力－F條件是兩者對O’的力矩要滿足如下條件：Mpn>MF將兩個(gè)力分解成切向和徑向分量M=tgφ齒偏角ααFcosα>LL棘輪幾何尺寸計(jì)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da

da=mz

齒間距pP=πm

齒高h(yuǎn)h=0.75m

齒頂弦長aa=m棘爪工作面長度a1a1=(0.5~0.7)a

齒偏角αα＝20°棘輪寬bb=(1~4)m棘爪斜高h(yuǎn)1

、齒斜高h(yuǎn)’h1=h’

≈h/cosα棘輪齒根圓角半徑rf

rf=1.5mm棘爪尖端圓角半徑r1r1=2mm

棘爪長度L一般取

L=2pa1Lp60°~80°hadaαo1o2

齒數(shù)z12~25

棘輪參數(shù)計(jì)算公式或取值h’h1rfr1齒槽角ω1ω28.2槽輪機(jī)構(gòu)（馬爾它機(jī)構(gòu)）一、槽輪機(jī)構(gòu)的組成及其工作特點(diǎn)作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)變換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。撥盤和槽輪上都有鎖止?。翰圯喩系陌紙A弧、撥盤上的凸圓弧，起鎖定作用。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、機(jī)械效率高，能平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。因槽輪運(yùn)動(dòng)過程中角速度有變化，不適合高速運(yùn)動(dòng)場合。o1工作過程：撥盤連續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)兩鎖止弧接觸時(shí)，槽輪靜止；反之槽輪運(yùn)動(dòng)。o2鎖止弧槽輪撥盤圓銷二、槽輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用球面槽輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例：

電影放映機(jī)、自動(dòng)攝影機(jī)、六角車床轉(zhuǎn)塔。外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)類型軸線平行軸線相交外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)ω12φω2球面槽輪機(jī)構(gòu)六槽內(nèi)槽輪撥盤六角車床轉(zhuǎn)塔圓銷車螺紋41裝牙膏筒2車帽口6卸牙膏筒5切尾3空閑三、槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)及運(yùn)動(dòng)特性1.運(yùn)動(dòng)系數(shù)撥盤等速回轉(zhuǎn)，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，總的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：

t＝2π/ω1定義：

k=td/t

為運(yùn)動(dòng)系數(shù)，即：

k=td/t為減少?zèng)_擊，進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，槽中心線與撥銷中心連線成90°角。故有：2α12φ2td＝2α1/ω1槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：=2α1/2π90°90°2α1=π－2φ2=π－(2π/z)=2π(z-2)/2z代入上式ω1ω2將2α1代入得：

∵k>0可知：當(dāng)只有一個(gè)圓銷時(shí)，k=1/2-1/z如果想得到k≥0.5的槽輪機(jī)構(gòu)，則可在撥盤上多裝幾個(gè)圓銷，設(shè)裝有n個(gè)均勻分布的圓銷，則撥盤轉(zhuǎn)一圈，槽輪被撥動(dòng)n次。故運(yùn)動(dòng)系數(shù)是單圓柱銷的n倍，即:

k=n(1/2-1/z)∵k≤1∴槽輪的槽數(shù)z≥3

得：n≤2z/(z-2)k=1/2-1/z≥71~20.36~1槽數(shù)z圓銷數(shù)n運(yùn)動(dòng)系數(shù)k

31~61/6~1

41~40.25~1

5、61~30.3~1即槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間總是小于其靜止時(shí)間。<0.5當(dāng)z=4及n=2時(shí)2、運(yùn)動(dòng)特性(1)外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)

圖示槽輪在運(yùn)動(dòng)的任一瞬時(shí)，設(shè)撥盤位置角用α來表示，槽輪位置角用φ表示。并規(guī)定和在圓銷進(jìn)入?yún)^(qū)為正，在圓銷離開區(qū)為負(fù)，變化區(qū)間為：－α1≤α≤α1在△ABO1和△ABO2中有如下關(guān)系：R－φ2≤φ≤φ2ω1ω2o1

O2ABφαL令λ＝R/L，并代入上式得：α1-α1說明此時(shí)槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間相等。k=n(1/2－1/z)=0.5φ2-φ2分別對時(shí)間求一階導(dǎo)數(shù)、和二階導(dǎo)數(shù)，得：令i21=ω2/ω1(傳動(dòng)比),kα=α2/ω21

得：

將上述i21、kα隨α的變化繪制成曲線，稱為槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性曲線。dα/dt=ω1,dω1/dt=0kα=α2/ω21i21槽輪運(yùn)動(dòng)的前半段，槽輪的角速度ω2是增加的，角加速度α2>0運(yùn)動(dòng)特性曲線z=3z=3z=4z=6z=4z=6分析：槽輪運(yùn)動(dòng)的ωmax、amax隨z的增多而減小。圓銷進(jìn)入或退出徑向槽時(shí)，角速度有突變，故存在柔性沖擊。Z愈少，沖擊愈大。α后半段正好相反。四槽內(nèi)槽輪的角速度和角加速度變化曲線z=4(2)內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)用同樣方法可求得內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線如圖所示。分析：圓銷進(jìn)入或退出徑向槽時(shí)，與外槽輪一樣，角速度有突變，且值相等。但隨著轉(zhuǎn)角增大，角加速度值迅速下降并趨于零；然后負(fù)角加速度又逐漸增大到開始時(shí)的數(shù)值，而不象外槽輪那樣有兩個(gè)峰值。可見，內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力性能比外槽輪機(jī)構(gòu)要好得多。1四、槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算圓銷半徑r由受力大小確定r≈R/6中心距L由安裝空間確定回轉(zhuǎn)半徑RR=Lsinφ=Lsin(π/z)槽頂半徑ss=Lcosφ=Lcos(π/z)槽深hh≥s-(L-R-r)撥盤軸徑d1d1≤2(L-s)槽輪軸徑d2d2≤2(L-R-r)參數(shù)計(jì)算公式或依據(jù)槽數(shù)z

由工作要求確定圓銷數(shù)nRsd1d2rhLr0槽頂側(cè)壁厚b

b=3~5mm經(jīng)驗(yàn)確定b鎖止弧半徑r0r0=R-r-b8.3凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

1.工作原理及特點(diǎn)圓柱凸輪連續(xù)回轉(zhuǎn)，推動(dòng)均布有柱銷的從動(dòng)圓盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。特點(diǎn)：從動(dòng)圓盤的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪廓線的形狀。優(yōu)點(diǎn)：可通過選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律來減小動(dòng)載荷、避免沖擊、適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。定位精確、且結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)：凸輪加工較復(fù)雜、安裝調(diào)整要求嚴(yán)格。2.類型及應(yīng)用類型：圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、蝸桿凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)R2圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)蝸桿凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)牙膏灌漿機(jī)灌漿封口應(yīng)用：

適用于高速、高精度的分度轉(zhuǎn)位機(jī)械制瓶機(jī)、紙煙、包裝機(jī)、拉鏈嵌齒、高速?zèng)_床、多色印刷機(jī)等機(jī)械。8.4不完全齒輪機(jī)構(gòu)1.工作原理及特點(diǎn)工作原理：在主動(dòng)齒輪只做出一個(gè)或幾個(gè)齒，根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間和停歇時(shí)間的要求在從動(dòng)輪上做出與主動(dòng)輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當(dāng)兩輪齒進(jìn)入嚙合時(shí)，與齒輪傳動(dòng)一樣，無齒部分由鎖止弧定位使從動(dòng)輪靜止。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。2.類型及應(yīng)用類型：外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)、內(nèi)嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用：適用于一些具有特殊運(yùn)動(dòng)要求的專用機(jī)械中。如乒乓球拍周緣銑削加工機(jī)床、蜂窩煤餅壓制機(jī)等。缺點(diǎn)：從動(dòng)輪在開始進(jìn)入嚙合與脫離嚙合時(shí)有較大沖擊，故一般只用于低速、輕載場合。外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)銑刀不完全齒輪1乒乓球拍專用靠模銑床123458976球拍靠模凸輪不完全齒輪1蜂窩煤餅壓制機(jī)不完全齒輪壓制退煤餅填料填料瞬心線附加桿鎖止弧鎖止弧8.5螺旋機(jī)構(gòu)組成：螺桿、螺母、機(jī)架。運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：一般情況下是螺桿連續(xù)回轉(zhuǎn)，螺母軸向移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：獲得很大的減速比和力的增益。缺點(diǎn)：機(jī)械效率較低。應(yīng)用：螺旋壓力機(jī)、千斤頂、機(jī)床進(jìn)給裝置、微調(diào)機(jī)構(gòu)等。

1.螺旋機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用在γ>φv

時(shí),也可以螺母為作軸向移動(dòng)，迫使螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。2.運(yùn)動(dòng)分析導(dǎo)程l－－螺旋轉(zhuǎn)一圈(2π)，螺母前進(jìn)的距離。螺旋轉(zhuǎn)過任意φ角時(shí)，螺母的位移s為：

s/rφ=l/r2πl(wèi)r2πsrφ

s=lφ/2π螺距p－－相鄰螺紋牙齒同側(cè)齒面之間的距離。兩者的關(guān)系為：l=zp，z為螺紋的頭數(shù)。213將螺紋在中徑圓柱處展開得一斜三角形，于是：圖示螺旋機(jī)構(gòu)中，螺母A固定，螺母2可沿軸向移動(dòng)，且:

lA≠lB當(dāng)A、B段螺紋旋向相同時(shí)，螺桿1相對于機(jī)架3的位移為：

s=(lA－lB)φ/2π當(dāng)差(lA－lB)很小時(shí)，s將很小。當(dāng)A、B段螺紋旋向相反時(shí)，螺母2的位移為：

s=(lA＋lB)φ/2π稱為復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)，用于車輛的快速靠近或離開、電桿拉線機(jī)構(gòu)等。123這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為微(差)動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，用于測微計(jì)（千分尺）、分度機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（鏜刀微調(diào)機(jī)構(gòu)）中。s1=lAφ/2π螺母2相對于螺桿1的位移為：s21=－lBφ/2π螺母2相對于機(jī)架3的位移為：l1=1.25mm(右)l2=1mm(右)鏜刀進(jìn)給量調(diào)整微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)8.6萬向聯(lián)軸器作用：用于傳遞兩相交軸之間的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，而且在傳動(dòng)過程中，兩軸之間的夾角還可以改變。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)床等機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中。1.單萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩傳動(dòng)軸末端各有一個(gè)叉形支架，用鉸鏈與中間的“十字形”構(gòu)件相聯(lián)，“十字形”構(gòu)件的中心位于兩軸交點(diǎn)處，軸間角為α

。運(yùn)動(dòng)分析：兩軸平均傳動(dòng)比為1，但瞬時(shí)傳動(dòng)比是動(dòng)態(tài)變化的。在任意位置有：ω2＝ω1＋ω21ω1ω2αω21由圖可得：ω'2＝ω1/cosαω21

＝ω21A∴ω2

＝ω'2＝ω1＋ω21A在圖示位置時(shí)，∵ω2

、ω1

、ω21A共面，故可知:ω21B

＝0ω1ω'2ω21αAω'2Aααω1B其中ω21是一個(gè)空間矢量，可分解成繞AB軸旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)分量：ω21

＝ω21A

＋ω21B可知ω2的變化范圍為：在圖示位置時(shí)，∵

ω"2

、ω1

、ω21B共面，故可知:ω21

＝ω21Bω21A＝0∴ω2

＝ω”2＝ω1＋ω21B由圖可得：ω”2＝ω1cosα即：

ω1cosα≤ω2

≤ω1/cosαω”2≤

ω2≤

ω’2ω1αω21ω"21αω1BBαAω"22.雙萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)

為了消除從動(dòng)軸變速轉(zhuǎn)動(dòng)的缺點(diǎn)，常將兩個(gè)單萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)串聯(lián)實(shí)用，構(gòu)成雙萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)。安裝要求：①主動(dòng)、從動(dòng)、中間三軸共面；②主動(dòng)軸、從動(dòng)軸的軸線與中間軸的軸線之間