《機械設(shè)計基礎(chǔ)》第7章其他常用機構(gòu)課件

第7章其他常用機構(gòu)§7-1棘輪機構(gòu)§7-2槽輪機構(gòu)§7-3不完全齒輪機構(gòu)和凸輪式間歇運動機構(gòu)§7-4螺旋機構(gòu)

本章重點與難點1.棘輪機構(gòu)的工作原理及其設(shè)計要點2.槽輪機構(gòu)的工作原理及其設(shè)計要點3.螺旋機構(gòu)及其運動分析

在工程上，絕大數(shù)機構(gòu)中的從動件是作連續(xù)運動的，如齒輪機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)……等。間歇運動機構(gòu):一、間歇運動機構(gòu)的定義是指從動件時而運動、時而靜止的機構(gòu)?！?-1棘輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)但是，為了工作的需要，有時機構(gòu)中的從動件是作非連續(xù)的運動。1)棘輪機構(gòu)2)槽輪機構(gòu)3)凸輪式間歇運動機構(gòu)4)不完全齒輪機構(gòu)

……目前，常用的間歇運動機構(gòu)有四種:作者：潘存云教授o1o2作者：潘存云教授下面，將分別介紹這四種間歇運動機構(gòu)。二、棘輪機構(gòu)及其工作原理1.棘輪機構(gòu)：是指由擺桿、棘爪、棘輪、止動爪、機架等五者所組成的一種間歇運動機構(gòu)。作者：潘存云教授棘輪擺桿棘爪止動爪2.工作原理：當(dāng)擺桿左擺時，棘爪插入棘輪的齒槽內(nèi)，利用二者的嚙合作用，來推動棘輪轉(zhuǎn)過一定的角度。當(dāng)擺桿右擺時，棘爪滑過棘輪上輪齒，使棘輪靜止不動。當(dāng)擺桿連續(xù)的往復(fù)擺動時，使得棘輪作單方向的間歇運動。

在棘輪機構(gòu)中，通常擺桿為原動件，作來回的的往復(fù)連續(xù)擺動；棘輪為從動件，僅作單方向的間歇轉(zhuǎn)動。牛頭刨棘輪機構(gòu).exe另外，為了防止棘輪因摩擦力作用而反轉(zhuǎn)，設(shè)置了止動爪。機架1.優(yōu)點2)由于棘爪數(shù)目有限，故傳遞的動力較小。作者：潘存云教授棘輪擺桿棘爪止動爪1)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便。2)運動可靠、且轉(zhuǎn)角可調(diào)。1)由于棘爪進入或退出齒槽時，有較大的沖擊和噪音，故傳動平穩(wěn)性較差。適用:低速和輕載的場合。2.缺點三、棘輪機構(gòu)的優(yōu)、缺點作者：潘存云教授1.根據(jù)棘輪上的輪齒分布情況不同，可分為：1)外緣式棘輪機構(gòu):四、棘輪機構(gòu)的分類作者：潘存云教授作者：潘存云教授2)內(nèi)緣式棘輪機構(gòu):3)端面式棘輪機構(gòu):端面式內(nèi)緣式.exe外緣式若輪齒分布在棘輪的外表面上。若輪齒分布在棘輪的內(nèi)表面上。若輪齒分布在棘輪的端面上。作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授單動式棘輪機構(gòu)2.根據(jù)棘爪的數(shù)目不同，可分為：1)單動式棘輪機構(gòu):雙動式棘輪機構(gòu).exe2)雙動式棘輪機構(gòu):若棘爪數(shù)目為1。若棘爪數(shù)目為2。作者：潘存云教授1)單向式棘輪機構(gòu):3.根據(jù)棘輪的轉(zhuǎn)向是否可調(diào)，可分為:AB’B雙向式1.exe作者：潘存云教授單向式2)雙向式棘輪機構(gòu):若棘輪的轉(zhuǎn)向不可調(diào)，僅單方向轉(zhuǎn)動。若棘輪的轉(zhuǎn)向可調(diào)，可雙方向轉(zhuǎn)動。作者：潘存云教授作者：潘存云教授4.根據(jù)棘輪的轉(zhuǎn)角是否可調(diào)，可分為:2)可調(diào)轉(zhuǎn)角棘輪機構(gòu):(2)可通過改變各桿長度來調(diào)整擺桿擺角大小,以達到調(diào)節(jié)棘輪的轉(zhuǎn)角023451φ023451φ(1)可通過改變滑動罩位置,來調(diào)節(jié)棘輪的轉(zhuǎn)角1)固定轉(zhuǎn)角棘輪機構(gòu):作者：潘存云教授固定轉(zhuǎn)角可調(diào)轉(zhuǎn)角若棘輪轉(zhuǎn)角不可調(diào)。若棘輪轉(zhuǎn)角可調(diào)。作者：潘存云教授作者：潘存云教授2)摩擦式棘輪機構(gòu):5.根據(jù)棘輪機構(gòu)工作原理的不同，可分為:132摩擦棘輪.exe1)輪齒式棘輪機構(gòu):作者：潘存云教授本節(jié)僅介紹輪齒式棘輪機構(gòu)及其設(shè)計。利用棘爪與棘輪嚙合作用來傳遞運動和動力。利用棘爪與棘輪間摩擦力來傳遞運動和動力。五、棘輪機構(gòu)的應(yīng)用1.實現(xiàn)進給3.實現(xiàn)止動2.實現(xiàn)轉(zhuǎn)位或分度作者：潘存云教授ABCD間歇轉(zhuǎn)動鉆頭鉆孔工位自動鉆床六、棘輪機構(gòu)的設(shè)計要點1.棘輪齒數(shù)z的確定棘輪齒數(shù)z：一般是根據(jù)棘輪機構(gòu)的“使用條件”和“運動要求”來確定。如：對于分度所用的棘輪機構(gòu)，若已知棘輪最小轉(zhuǎn)角為20°，則棘輪齒數(shù)z可?。?8、36、54、72……。作者：潘存云教授通常z≤250，一般推薦z=8～30

。棘輪模數(shù)：棘輪模數(shù)m是根據(jù)棘輪的“齒頂圓直徑da”（可以事先確定）來確定。即

2.棘輪模數(shù)m的確定最后，將上述m的計算結(jié)果按照“偏大就近”原則取為標(biāo)準(zhǔn)值（其中模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下所示）。m=da

/z……(1)1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、8、10……作者：潘存云教授dao1Ao2Σ=90°

欲使棘爪能自動滑入棘輪中的齒槽，推動棘輪轉(zhuǎn)動，必須滿足如下條件：α正壓力Pn：垂直棘輪工作齒面摩擦力F：沿著棘輪工作齒面Mo2(Pn)>Mo2(F)M齒面傾斜角結(jié)構(gòu)特點：1)若不計棘爪重量，則棘爪為二力桿，即它所受壓力P是沿O2A方向。PnFP另為便于研究，常將P分解:……(a)2)當(dāng)P與O1A垂直時，驅(qū)動棘輪轉(zhuǎn)動的力矩為最大（此為最佳設(shè)計理念）。3.棘輪齒面傾斜角α的確定齒面傾斜角:棘輪齒面與徑向線O1A間所夾的銳角，記為α。作者：潘存云教授dao1Ao2Σ=90°LprPnFPn

sinα∵

F=Pnf

代入上式得：tgα>f∴

α>φ

若

f=0.2

時，則有φ＝11°30’

，即α>11°30’

。設(shè)計時，通常取α＝20°（規(guī)定值）αFtFrMo2(Pn)>Mo2(F)

為便于求出上述二個力矩，將力Pn和F均分解成二分力(一個分力沿O2A方向，另一個分力垂直O(jiān)2A方向)。M=tgφ齒面傾斜角ααFcosα>LLpt上式，φ

------稱為摩擦角……(a)……(1)由合力矩定理可得:作者：潘存云教授作者：潘存云教授4.棘輪機構(gòu)的主要幾何尺寸計算模數(shù)m 1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、8、10

齒頂圓直徑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

齒傾角αα＝20°棘輪寬bb=(1~4)m棘爪斜高h1

、齒斜高h’h1=h’

≈h/cosα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=2pa1Lpadaαo1o2

齒數(shù)z8~30作者：潘存云教授

棘輪參數(shù)及尺寸

計算公式或取值h’h1rfr1h作者：潘存云教授o2ω1ω2§7-2槽輪機構(gòu)一、槽輪機構(gòu)及其結(jié)構(gòu)特點1.槽輪機構(gòu)：是指由撥盤1、槽輪2、機架3等三者所組成的一種間歇運動機構(gòu)。o1槽輪2撥盤1

在該機構(gòu)中，通常撥盤1為原動件，以ω1作勻速轉(zhuǎn)動；槽輪2為從動件，以ω2作間歇轉(zhuǎn)動。電影放映機.exe作者：潘存云教授o2ω1ω2o1鎖止弧槽輪2撥盤1圓銷2)在槽輪和撥盤上均設(shè)置有鎖止弧，其中槽輪上的鎖止弧為內(nèi)凹圓弧，撥盤上的鎖止弧為外凸圓弧。當(dāng)二個鎖止弧接觸時，槽輪被鎖定，即槽輪靜止不動；反之，當(dāng)二個鎖止弧不接觸時，槽輪被松開，即槽輪可以轉(zhuǎn)動。1)在槽輪機構(gòu)中，通常槽輪2上設(shè)置有數(shù)根徑向槽；撥盤1上固結(jié)若干個圓銷。2.結(jié)構(gòu)特點：3)當(dāng)圓銷進入或退出槽輪上的徑向槽時，為了避免二者發(fā)生剛性沖擊，在設(shè)計時，一般要求徑向槽中心線O2A與圓銷徑向線O1A之間的夾角為90°。A作者：潘存云教授o2ω1ω2o1鎖止弧槽輪2撥盤1圓銷1.工作原理：當(dāng)撥盤1上的圓銷尚未進入槽輪上的徑向槽時，槽輪被鎖止弧卡住，即槽輪靜止不動。當(dāng)撥盤上的圓銷在圖示位置開始進入槽輪上的徑向槽時，鎖止弧被松開，槽輪在圓銷的推力作用下，將驅(qū)使槽輪作間歇轉(zhuǎn)動。

1

很顯然，槽輪轉(zhuǎn)過角度大小與其槽數(shù)z(如圖z=4)有關(guān)。二、槽輪機構(gòu)的工作原理和優(yōu)、缺點如：在“4槽的槽輪機構(gòu)”中：當(dāng)撥盤勻速旋轉(zhuǎn)一圈時，槽輪僅旋轉(zhuǎn)1/4圈。又如：在“6槽的槽輪機構(gòu)”中：當(dāng)撥盤勻速旋轉(zhuǎn)一圈時，槽輪僅旋轉(zhuǎn)1/6圈。A作者：潘存云教授o2ω1ω22.優(yōu)、缺點：o1鎖止弧槽輪撥盤圓銷適合:低速場合。缺點:由于槽輪時而轉(zhuǎn)動，時而靜止，故它會產(chǎn)生角加速度和慣性力矩，工作時易產(chǎn)生沖擊和振動，表現(xiàn)為平穩(wěn)性較差。優(yōu)點:1)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。2)工作可靠、機械效率高。作者：潘存云教授作者：潘存云教授三、槽輪機構(gòu)的分類與應(yīng)用2.應(yīng)用：起轉(zhuǎn)位作用。如電影放映機、自動攝影機。1)外嚙合槽輪機構(gòu)2)內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu)1.槽輪機構(gòu)的分類o1o2ω12φω2設(shè)計：潘存云電影放映機.exe外嚙合槽輪機構(gòu)內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu)根據(jù)嚙合方式的不同，它可分為：作者：潘存云教授

設(shè)撥盤以ω1作勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)撥盤旋轉(zhuǎn)一周時，稱為一個運動循環(huán)。其中所花的時間為t

，其值為

t＝2π/ω1

k=td/t2α12φ2td＝2α1/ω1

由于槽輪時而轉(zhuǎn)動，時而靜止，故一個運動循環(huán)內(nèi)，設(shè)槽輪的運動時間為td，靜止時間為ts，其值分別為:=2α1/2π……(1)ω1ω2四、槽輪機構(gòu)的設(shè)計要點ts＝t－td運動系數(shù):是指在一個運動循環(huán)中，槽輪的運動時間td與整個運動循環(huán)時間t之比值，常記為k

。……(a)……(b)……(c)定義式:1.運動系數(shù)k作者：潘存云教授

k=td/t

另由結(jié)構(gòu)特點可知，當(dāng)圓銷進入或退出徑向槽時，為了避免二者發(fā)生剛性沖擊，要求徑向槽中心線O2A與圓銷徑向線O1A成90°。故有：

α1+=π/22α12φ2=2α1/2π……(1)2α1=π－2φ22α1=π－(2π/z)將式(d)代入式(1)，得ω1ω290°90°或

式中，z－槽輪上的徑向槽數(shù)，簡稱槽數(shù)。……(d)計算式:或……(2)結(jié)論:0＜k＜1；若k=1，則為連續(xù)運轉(zhuǎn)機構(gòu)＜AO2O1

1)

∵

k>02)當(dāng)只有一個圓銷時，運動系數(shù)k=1/2-1/z3)如果想要得到k≥0.5的槽輪機構(gòu)（即槽輪的運動時間大于其靜止時間），則可在撥盤上多裝幾個圓銷?！嗖蹟?shù)

z≥3

即槽輪的運動時間總是小于其靜止時間。＜

0.5計算式:

討論:……(2)

k=n(1/2-1/z)∵k＜

1∴

n＜

2z/(z-2)≥61~2槽數(shù)z圓銷數(shù)n31~5

41~351~3

設(shè)在撥盤上均勻安裝有n個圓銷，當(dāng)撥盤回轉(zhuǎn)一圈時，則槽輪將被撥動n次，故此時槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)是單圓銷的n倍，即:……(3)……(4)根據(jù)式(4)，可知圓銷數(shù)目n與槽數(shù)z之間的關(guān)系，見下表。2.圓銷數(shù)目n與槽數(shù)z之間的關(guān)系ω2ω1o13.槽輪機構(gòu)的運動特性分析（簡介）外嚙合槽輪機構(gòu)

在一個運動循環(huán)中，由于槽輪常處在“時而轉(zhuǎn)動，時而靜止”的工作狀態(tài)中，故槽輪的角速度ω2和角加速度α2均隨著時間的變化而變化的。為了便于了解上述二者的變化規(guī)律，可將上述二者的變化規(guī)律分別用一個圖形來表示，此二個圖形總稱為槽輪機構(gòu)的運動特性曲線圖。運動特性曲線圖z=4z=6z=4z=6結(jié)論：當(dāng)撥盤以ω1作勻速轉(zhuǎn)動時，槽輪的ω2max、α2max與槽數(shù)z有關(guān)，當(dāng)槽數(shù)z越大時二者的數(shù)值越小。因此，設(shè)計槽輪機構(gòu)時，為減小其沖擊和振動，應(yīng)選用較大槽數(shù)z，另為了便于分度應(yīng)盡可能取為“偶數(shù)”。作者：潘存云教授α2-60?-40?-20?020?40?60?

-50?-30?-10?10?30?50?

8642-4-6-8α作者：潘存云教授α54321-60?-40?-20?020?40?60?

-50?-30?-10?10?30?50?

作者：潘存云教授4.槽輪機構(gòu)的主要幾何尺寸計算圓銷半徑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R

R=Lsinφ=Lsin(π/z)槽頂半徑s

s=Lcosφ=Lcos(π/z)槽深h

h≥s-(L-R-r)撥盤軸徑d1

d1≤2(L-s)槽輪軸徑d2

d2≤2(L-R-r)參數(shù)及尺寸

計算公式或依據(jù)槽數(shù)z

由工作要求確定圓銷數(shù)nsd2r槽頂側(cè)壁厚b

b=3~5

mm經(jīng)驗確定b鎖止弧半徑r0

r0=R-r-bRLh12d1r0φ例1：在外嚙合槽輪機構(gòu)中，已知槽數(shù)z＝6，槽輪運動時間td=2ts，其中槽輪靜止時間ts=5/6s，試求1)拔盤一個運動循環(huán)時間t；2)運動系數(shù)k；3)拔盤上圓銷數(shù)目n。解：1)求拔盤一個運動循環(huán)時間t2)求運動系數(shù)k3)求拔盤上圓銷數(shù)目n因為所以個一、不完全齒輪機構(gòu)工作原理：當(dāng)兩齒輪的輪齒同時進入嚙合時，主動齒輪1推動從動齒輪2轉(zhuǎn)過一定角度；當(dāng)兩齒輪脫離嚙合時，從動齒輪2保持靜止不動，從而實現(xiàn)從動齒輪2作間歇運動。作者：潘存云教授不完全齒輪機構(gòu)：是指由主動齒輪1、從動齒輪2、機架3等三者所組成的一種間歇運動機構(gòu)。12在結(jié)構(gòu)上，主動齒輪1只有一個或幾個輪齒（取決于從動齒輪2的運動時間和停歇時間），其余部分均為鎖止弧。從動齒輪2也要制作出與主動輪相對應(yīng)數(shù)量的輪齒和鎖止弧。

在該機構(gòu)中，一般是主動齒輪1作勻速連續(xù)的轉(zhuǎn)動；從動齒輪2作間歇的轉(zhuǎn)動?！?-3不完全齒輪機構(gòu)和凸輪式間歇運動機構(gòu)作者：潘存云教授作者：潘存云教授1)外嚙合不完全齒輪機構(gòu)2)內(nèi)嚙合不完全齒輪機構(gòu)內(nèi)嚙合不完全齒.exe根據(jù)兩齒輪嚙合方式的不同，它可分為:外嚙合不完全齒輪機構(gòu)優(yōu)點：從動齒輪的運動時間和靜止時間，均可在較大范圍內(nèi)變化（即取決于主動齒輪上輪齒數(shù)量的多少）。缺點：當(dāng)主動齒輪進入嚙合與脫離嚙合時，均有較大沖擊和振動。作者：潘存云教授適用:低速、輕載場合。12如：蜂窩煤成型機等。作者：潘存云教授

蜂窩煤成型機退煤餅填料填料鎖止弧鎖止弧壓制不完全齒輪二、凸輪式間歇運動機構(gòu)

很顯然，轉(zhuǎn)盤2的間歇運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀。凸輪式間歇運動機構(gòu):是指由凸輪1、轉(zhuǎn)盤2和機架3等三者所組成的一種間歇運動機構(gòu)。

在該機構(gòu)中，通常凸輪1為原動件，以ω1作勻速轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)盤2為從動件，以ω2作間歇的轉(zhuǎn)動。作者：潘存云教授1)圓柱凸輪式間歇運動機構(gòu)2)蝸桿凸輪式間歇運動機構(gòu)適用：高速、高精度場合，如制瓶機、包裝機、高速沖床、印刷機等機械。特點:工作平穩(wěn)、無沖擊。根據(jù)凸輪的形狀不同，它可分為:§7-4螺旋機構(gòu)1.螺旋機構(gòu)：是指由螺桿1、螺母2、機架3等三者所組成的一種傳動機構(gòu)，或稱為螺旋傳動。

在螺旋機構(gòu)中，通常是螺桿1以ω1作勻速轉(zhuǎn)動；螺母2以速度v2作軸向移動。1)具有較大的減速比，即螺桿ω1較大時，螺母v2較小。適用：微調(diào)機構(gòu)、機床進給裝置等。一、螺旋機構(gòu)及其特點213213213作者：潘存云教授2132.特點：ω1v2功用：2)傳遞動力。1)傳遞運動；3)工作時，摩擦和磨損比較大，故機械效率較低。213213213作者：潘存云教授2132)可獲得力的很大增益，即螺桿的驅(qū)動力矩M1較小時，推力F2較大。ω1v2適用：螺旋壓力機、千斤頂?shù)?。潘存云教授研?）工作時，十分容易實現(xiàn)反向自鎖。5)精度比較高，能夠準(zhǔn)確地調(diào)整各構(gòu)件間的相對位置。適用：垂直舉起重物的機構(gòu)。如千斤頂適用：精密機械的進給裝置和測量儀器的微調(diào)機構(gòu)。二、螺旋機構(gòu)的運動分析1)導(dǎo)程l:當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)過任意φ角時，螺母產(chǎn)生的位移s為：

s/φ=l/2πs=lφ/2π……(1)2)螺距p:三者關(guān)系：l=n×

p213213213作者：潘存云教授213

在式(1)左、右兩邊，分別對時間求一階、二階導(dǎo)數(shù)，可得螺母的移動速度v和加速度a:3)螺紋線數(shù)n:v=lω1

/2π；

螺桿旋轉(zhuǎn)一圈(即2π)，螺母移動的軸向距離。螺桿上相鄰兩個牙齒上對應(yīng)點的