機(jī)械原理第7章實(shí)現(xiàn)其他功能的機(jī)構(gòu)

第七章實(shí)現(xiàn)其他功能的機(jī)構(gòu)7.1內(nèi)容提要及基本概念7.2本章重點(diǎn)、難點(diǎn)7.3典型例題精解

7.1內(nèi)容提要及基本概念7.1.1內(nèi)容提要①掌握萬向聯(lián)軸節(jié)、螺旋機(jī)構(gòu)的工作原理、類型、特點(diǎn)、功用及適用場合，學(xué)會借助手冊對其進(jìn)行運(yùn)動設(shè)計(jì)。②了解非圓齒輪機(jī)構(gòu)、行程增大及可調(diào)機(jī)構(gòu)、供料及抓取機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)、瞬心線機(jī)構(gòu)和共軛曲線機(jī)構(gòu)的工作原理、特點(diǎn)、功用及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

作用：用于傳遞兩相交軸之間的動力和運(yùn)動，而且在傳動過程中，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)械傳動系統(tǒng)中。1.萬向聯(lián)軸節(jié)7.1.2基本概念復(fù)習(xí)作者：潘存云教授α1）單萬向聯(lián)軸節(jié)

作者：潘存云教授Aω'2Aαω1BvA1=rω1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩傳動軸末端各有一個叉形支架，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，運(yùn)動分析：α兩軸平均傳動比為1，但瞬時傳動比是動態(tài)變化的。在圖示位置I,以軸1為參考系，對A點(diǎn)有以軸2為參考系，對A點(diǎn)有vA2=r’ω’2rr’=r

cosαω’2顯然有

vA1=vA2

α=0~45?軸間角為：ω2＝ω1＋ω21作者：潘存云教授αω2ω1ω21

作者：潘存云教授

r”其它位置代入得ααω1BBAω"2在圖示位置II,以軸2為參考系，對B點(diǎn)有vB2=rω”2以軸1為參考系，對B點(diǎn)有vB1=r”ω1=ω1rcosα同樣有

vB1=vB2

r代入得

ω’’2=ω1cosαω’2>ω1

ω”2<ω1ω1cosαω1cosα≤ω2

≤ω1=cosαω’2

作者：潘存云教授2）雙萬向聯(lián)軸節(jié)為了消除從動軸變速轉(zhuǎn)動的缺點(diǎn)，常將兩個單萬向聯(lián)軸節(jié)串聯(lián)使用，構(gòu)成雙萬向聯(lián)軸節(jié)。安裝要求：①主動、從動、中間三軸共面；②主動軸、從動軸的軸線與中間軸的軸線之間的夾角應(yīng)相等；③中間軸兩端的叉面應(yīng)在同一平面內(nèi)。ααC2αα121C

ααA—AααAA3）小型雙萬向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如圖所示，通常采用合金鋼制造。小型雙萬向聯(lián)軸器的三種工作狀態(tài)

1）螺旋機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用組成：螺桿、螺母、機(jī)架。運(yùn)動特點(diǎn)：一般情況下是螺桿連續(xù)回轉(zhuǎn)，螺母軸向移動。在γ>φv

時,也可以螺母為作軸向移動，迫使螺桿轉(zhuǎn)動優(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。2.螺旋機(jī)構(gòu)

2）運(yùn)動分析作者：潘存云教授導(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，螺母的位移s為：

s/rφ=l/r2πl(wèi)r2πss=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)。rφ將螺紋在中徑圓柱處展開得一斜三角形，于是：213KK向213213作者：潘存云教授213

作者：潘存云教授BA123且:

lA≠lB

s=(lA－lB)φ/2π當(dāng)差(lA－lB)很小時，s將很小。這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為微(差)動螺旋機(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：s2=－lBφ/2π螺母2相對于機(jī)架3的位移為：KK向圖示螺旋機(jī)構(gòu)中，螺母A固定，螺母2可沿軸向移動，B1A231A23BlBlAs2s1-s2s1當(dāng)A、B段螺紋旋向相同時，螺桿1相對于機(jī)架3的位移為：

l1=1.25mm(右)鏜刀進(jìn)給量調(diào)整微動螺旋機(jī)構(gòu)差動螺旋應(yīng)用實(shí)例：l2=1mm(右)千分尺采用了差動螺旋螺旋1螺旋2

作者：潘存云教授AB231作者：潘存云教授當(dāng)A、B段螺紋旋向相反時，螺母2的位移為：

s=(lA＋lB)φ/2πFE復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)1AB312AB231s1s1+s2s2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。

非圓齒輪機(jī)構(gòu)是一種用于變傳動比傳動的齒輪機(jī)構(gòu)。其節(jié)線不是圓，常用的有橢圓形、心形和螺旋線形曲線等。應(yīng)用實(shí)例：滾筒式平板印刷機(jī)、壓力機(jī)、機(jī)床轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、非線性函數(shù)電位機(jī)構(gòu)、流量計(jì)、書心脊背加工聯(lián)動機(jī)構(gòu)等。3.非圓齒輪機(jī)構(gòu)作者：潘存云教授2ω21ω1橢圓齒輪作者：潘存云教授

滾筒式平板印刷機(jī)壓力機(jī)自動機(jī)床轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)

非圓齒輪非線性函數(shù)電位機(jī)構(gòu)橢圓齒輪書心脊背加工聯(lián)動機(jī)構(gòu)橢圓齒輪流量計(jì)

應(yīng)用實(shí)例2：自動手套機(jī)中為實(shí)現(xiàn)大行程往復(fù)運(yùn)動，采用了下圖所示的平面六桿機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)由曲柄1、構(gòu)件2—3—4—5和機(jī)架組成，當(dāng)曲柄1繞軸O1回轉(zhuǎn)時，通過該機(jī)構(gòu)使滑塊5實(shí)現(xiàn)預(yù)定的往復(fù)移動，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較緊湊，可實(shí)現(xiàn)滑塊的大行程，且移動副位于機(jī)器的下方，便于潤滑而不會污染工件。5D1234BACO1平面六桿機(jī)構(gòu)

2）可調(diào)機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)實(shí)踐中，有時需要對機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)的行程或運(yùn)動規(guī)律方便的調(diào)整。調(diào)整的方法很多，可以調(diào)整支點(diǎn)位置、利用偏心輪調(diào)節(jié)、利用螺旋調(diào)節(jié)等。例如：下圖所示六桿機(jī)構(gòu)中，圓弧形倒桿4與滑塊2上圓弧形倒槽C相配組成轉(zhuǎn)動副，當(dāng)曲柄1回轉(zhuǎn)時，滑塊2沿固定導(dǎo)路n—n作往復(fù)移動。調(diào)節(jié)構(gòu)件3改變鉸接點(diǎn)A的位置，調(diào)節(jié)好后，再將該構(gòu)件緊固在機(jī)架上（緊固裝置在圖中未示出），這樣可改變滑塊2的行程及運(yùn)動規(guī)律。調(diào)節(jié)支點(diǎn)位置ACB3124n—n

2）抓取機(jī)構(gòu)抓取機(jī)構(gòu)常用于自動線和港口裝卸工件或成件物品，一般對抓取機(jī)構(gòu)的要求是：工作可靠；生產(chǎn)效率高；結(jié)構(gòu)簡單；自重輕。抓取機(jī)構(gòu)常根據(jù)抓取工件或吊運(yùn)物品的形狀、載荷和承受載荷的方法，可分為開合式抓取機(jī)構(gòu)、柔性及順應(yīng)型抓取機(jī)構(gòu)、吸取工件式抓取機(jī)構(gòu)等。應(yīng)用實(shí)例：下頁圖所示機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)采用的是機(jī)械自動連鎖方式，它常用于冷連軋與熱連軋薄板廠吊運(yùn)垂直放置的鋼帶卷。工作時由活動鉗口1夾住鋼帶卷，此時，間隙式開閉器4脫開，拉桿5使由雙曲桿3、構(gòu)件礙難及連桿6等所組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)abcd，aefg動作，并帶動內(nèi)、外鉗口平動，而平衡桿7保證了夾鉗具有確定的運(yùn)動。機(jī)械自動連鎖開合式抓取機(jī)構(gòu)是一個平面機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)共有桿件10個，若設(shè)其中一個桿件固定不動，則活動桿件數(shù)目n=9，該機(jī)構(gòu)共有鉸點(diǎn)11個，由于a、c點(diǎn)位三桿的公共鉸點(diǎn)，均為兩個低副的復(fù)合鉸，因此該機(jī)構(gòu)的低副數(shù)目PL=13，高副數(shù)目PH=0，則該平面機(jī)構(gòu)的自由度為1。

4.組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動規(guī)律的組合機(jī)構(gòu)3124O1O2θ1θ2(θ2)HA1）齒輪—凸輪機(jī)構(gòu)齒輪—凸輪機(jī)構(gòu)利用凸輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)任意給定的運(yùn)動規(guī)律的特點(diǎn)，用于實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動規(guī)律的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動，它可使從動件獲得變速運(yùn)動、間歇運(yùn)動及復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。應(yīng)用實(shí)例：下圖所示齒輪—凸輪機(jī)構(gòu)以自由度為2的周轉(zhuǎn)輪系1、2、H為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，凸輪固定的凸輪機(jī)構(gòu)3、4為附加機(jī)構(gòu)，組成自由度為1的封閉式組合機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。

是種類最多、應(yīng)用最廣的一種組合機(jī)構(gòu)，它能實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律和軌跡，而且它與凸輪-連桿機(jī)構(gòu)和齒輪-凸輪機(jī)構(gòu)相比，由于沒有凸輪，故制造方便。實(shí)現(xiàn)停歇運(yùn)動的組合機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例：31245a)xyBRrO2）齒輪-連桿機(jī)構(gòu)下圖所示為行星輪系-連桿機(jī)構(gòu)，行星輪2上的點(diǎn)B可以畫出各種各樣的內(nèi)擺線。當(dāng)選擇恰當(dāng)?shù)拇?、小齒輪的節(jié)圓半徑之比（R’/r’=K）或齒數(shù)比，可使內(nèi)擺線獲得幾種形式的曲線：圖a中K=3，B點(diǎn)畫出三段近似圓弧；圖b中K=4，B點(diǎn)畫出三段近似直線；圖c中K=5，B點(diǎn)畫出四段近似直線。

實(shí)現(xiàn)停歇運(yùn)動的組合機(jī)構(gòu)1245b)xyBRr3125c)xyBRO3r4

3）凸輪—連桿機(jī)構(gòu)凸輪—連桿機(jī)構(gòu)不能精確實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律和軌跡，凸輪-連桿機(jī)構(gòu)能精確滿足上述要求。凸輪-連桿機(jī)構(gòu)形式很多，在封閉式凸輪-連桿機(jī)構(gòu)中，其基本機(jī)理是采用簡單的連桿機(jī)構(gòu)與可實(shí)現(xiàn)任意給定運(yùn)動規(guī)律的凸輪機(jī)構(gòu)組合起來，克服凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角愈小而機(jī)構(gòu)尺寸愈大的缺點(diǎn)，改善凸輪機(jī)構(gòu)傳遞動力的性能，使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，這種組合機(jī)構(gòu)通常用于實(shí)現(xiàn)從動件預(yù)定的運(yùn)動軌跡和運(yùn)動規(guī)律。

1S1S22P1212S1S2P12低副機(jī)構(gòu)一般只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律，而當(dāng)機(jī)構(gòu)中包含高副時，只需適當(dāng)?shù)厍蟪龈吒陛喞那€，即可準(zhǔn)確地滿足給定運(yùn)動的要求。將兩輪廓之間的相對運(yùn)動作純滾動的高副機(jī)構(gòu)，稱為瞬心線機(jī)構(gòu)。當(dāng)兩構(gòu)件互作平面平行運(yùn)動時，在這兩構(gòu)件上速度相同的瞬時重合稱為瞬心。它的位置是隨兩構(gòu)件的連續(xù)運(yùn)動而變動的，將其曾經(jīng)作為瞬心的各點(diǎn)連接起來，即得到兩條瞬心的軌跡，稱為相對瞬心線。如果兩構(gòu)件中一個是機(jī)架，則在機(jī)架上的瞬心軌跡稱為定瞬心線；運(yùn)動構(gòu)件上的稱為動瞬心線。5.瞬心線機(jī)構(gòu)

下圖所示為以瞬心S1和S2為廓線的瞬心線機(jī)構(gòu)，它們分別以角速度ω1和ω2繞軸O1和O2回轉(zhuǎn)。O1S2S1Pω1r1θ1β1β2θ2r2O2ω2taθdθrrdθβdrds瞬心線機(jī)構(gòu)的基本關(guān)系式a)b)

在設(shè)計(jì)瞬心線機(jī)構(gòu)時，按照兩廓線純滾動的要求，可建立下列三個運(yùn)動關(guān)系式：a.兩廓線的接觸點(diǎn)P必須在連心線O1O2上，即

O1P+O2P=r1+r2=ab.兩廓線轉(zhuǎn)過的弧長必須相等，即ds1=ds2，或

r1dθ1=r2dθ2c.兩廓線在接觸點(diǎn)的斜率必須相等，即設(shè)接觸點(diǎn)的公切線t—t的正向如圖a所示，t—t的正向與矢徑r1間的夾角為β1，與r2間的夾角為β2，因而

β1+β2=π，故tanβ1=-tanβ2又由圖b可知

tanβ=rdθ/dr=r/(dr/dθ)上述三個關(guān)系式只有兩個是獨(dú)立的。

共軛曲線機(jī)構(gòu)是由共軛曲線所組成，而且是兩廓線間互相滾動帶滑動的高副機(jī)構(gòu)。常用的齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)等都是共軛曲線機(jī)構(gòu)。6共軛曲線機(jī)構(gòu)

7.2本章重點(diǎn)、難點(diǎn)本章的重點(diǎn)是萬向聯(lián)軸節(jié)、螺旋機(jī)構(gòu)的組成、工作原理、運(yùn)動特點(diǎn)及其運(yùn)動設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。其它機(jī)構(gòu)只需了解它們的運(yùn)動特點(diǎn)，并了解其適用的場合，以便在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時，能夠根據(jù)工作要求正確地選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式。

7.3

典型例題精解例1螺旋機(jī)構(gòu)如圖所示，A、B、C均為右旋，導(dǎo)程分別為pA=6mm