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參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,第12章 其它常用機(jī)構(gòu)及其設(shè)計,12－1 棘輪機(jī)構(gòu),12－2 槽輪機(jī)構(gòu),12－3 擒縱輪機(jī)構(gòu),12－4 凸輪式間隙運(yùn)動機(jī)構(gòu),12－6 非圓齒輪機(jī)構(gòu),12－5 不完全齒機(jī)構(gòu),12－7 螺旋機(jī)構(gòu),12－8 萬向鉸鏈機(jī)構(gòu),12－9 組合機(jī)構(gòu),參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,一、棘輪機(jī)構(gòu)的組成及其工作原理,組成：擺桿、棘爪、棘輪、止動爪。,12－1 棘輪機(jī)構(gòu),工作原理：擺桿往復(fù)擺動，棘爪推動棘輪間歇轉(zhuǎn)動。,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運(yùn)動可靠、轉(zhuǎn)角可調(diào)。,缺點：工作時有較大的沖擊和噪音，運(yùn)動精度較差。 適用于速度較低和載荷不大的場合。,棘輪 類型,按工作方式：,按輪齒分布：,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 演示模型,外緣、 內(nèi)緣、 端面棘輪機(jī)構(gòu)。,單向、雙向運(yùn)動棘輪機(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 :,單動式、 雙動式棘輪機(jī)構(gòu)。,,調(diào)桿長擺角、加滑動罩,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,雙動棘輪機(jī)構(gòu),,棘輪可雙向運(yùn)動,,,,,,,,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,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,,,,調(diào)滑動罩,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,摩擦棘輪,,超越離合器,,,,,,,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,運(yùn)動特點：,輪齒式棘輪工作時噪音大且轉(zhuǎn)角為步進(jìn)可調(diào)，但運(yùn)動準(zhǔn)確。而摩擦棘輪正好相反。,應(yīng)用：在各類機(jī)床中實現(xiàn)進(jìn)給、轉(zhuǎn)位、或分度。,實例：止動器、牛頭刨床、沖床轉(zhuǎn) 位、超越離合器（單車飛輪）。,,,,間歇轉(zhuǎn)動,沖頭,卸料工位,裝料工位,沖壓工位,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,,,三、設(shè)計要點,要求在工作時，棘爪在Pn和F的作用下，能自動滑入棘輪齒槽。,Pn sinα,∵ F= Pn f 代入得：,tgα f,∴ αφ,當(dāng) f=0.2 時，φ＝1130’,通常取α＝20,正壓力－Pn,摩擦力－F,條件是兩者對O2的力矩要滿足如下條件：,MpnMF,將力分解成切向和徑向分量,=tgφ,齒偏角,Fcosα,,L,L,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,棘輪幾何尺寸計算公式,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 與齒輪不同,齒間距p P=πm,齒高h(yuǎn) h=0.75m,齒頂弦長a a=m,棘爪工作面長度a1 a1=(0.5~0.7)a,齒偏角α α＝20,棘輪寬b b=(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 =1.5 mm,棘爪尖端圓角半徑r1 r1 =2 mm,棘爪長度L 一般取 L=2p,,,,,,,,,60~80,o1,o2,齒數(shù)z 12~25,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,12－2 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,作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)變換為間歇轉(zhuǎn)動。,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：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)動過程中角速度有變化 ，不適合高速運(yùn)動場合。,工作過程：撥盤連續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)兩鎖止弧接觸時，槽輪靜止；反之槽輪運(yùn)動。,鎖止弧,槽輪,撥盤,圓銷,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,二、槽輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用,球面槽輪機(jī)構(gòu),應(yīng)用實例： 電影放映機(jī)、 自動攝影機(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,,放映機(jī)的反應(yīng)用,外嚙合槽輪機(jī)構(gòu),內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu),球面槽輪機(jī)構(gòu),,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,六槽內(nèi)槽輪,撥盤,六角車床轉(zhuǎn)塔,圓銷,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,1.運(yùn)動系數(shù),撥盤等速回轉(zhuǎn)，在一個運(yùn)動循環(huán)內(nèi)，總的運(yùn)動時間為：,t＝2π/ω1,定義： k=td / t 為運(yùn)動系數(shù)，即：,k=td / t,為減少沖擊，進(jìn)入或退出嚙合時，槽中心線與撥銷中心連線成90角。故有：,td＝2α1/ω1,槽輪的運(yùn)動時間為：,=2α1/2π,2α1=π－2φ2,=π－(2π/z),= 2π(z-2)/2z,代入上式,三、槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動系數(shù)及運(yùn)動特性,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,將2α1代入得：,∵ k0,可知：當(dāng)只有一個圓銷時，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圓銷，設(shè)裝有n個均勻分布的圓銷，則撥盤轉(zhuǎn)一圈，槽輪被撥動n次。故運(yùn)動系數(shù)是單圓柱銷的n倍，即:,k= n(1/2-1/z),∵ k≤1,∴ 槽數(shù) z≥3,得：n≤2z/ (z -2),提問：why k≤1？ 事實上，當(dāng)k=1時，槽輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)不具備間歇運(yùn)動特性了。,k =1/2-1/z,≥7 1~2 0.36~1,4 1~4 0.25~1,5 、6 1~3 0.3~1,即槽輪的運(yùn)動時間總是小于其靜止時間。, 0.5,當(dāng)z=4及n=2時,說明此時槽輪的運(yùn)動時間和靜止時間相等。,k=n(1/2－1/z) = 0.5,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,2.運(yùn)動特性,(1)外嚙合槽輪機(jī)構(gòu),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△ABO2中有如下關(guān)系：,－φ2≤φ≤φ2,令λ＝ R / L，并代入上式得：,圖示槽輪在運(yùn)動的任一瞬時，設(shè)撥盤位置角用α來表示，槽輪位置角用φ表示。,槽輪的運(yùn)動是靠圓銷的撥動來實現(xiàn)的，在一個運(yùn)動循環(huán)內(nèi)，槽輪經(jīng)歷了從靜止→運(yùn)動→靜止的過程，因此，槽輪的角速度是變化的，從而具有角加速度，以下將分析槽輪運(yùn)動的變化規(guī)律。,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,分別對時間求一階導(dǎo)數(shù)、和二階導(dǎo)數(shù)，得：,令i21=ω2/ω1 (傳動比) ,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,其中： dα/dt =ω1,其中：dω1 /dt = 0,運(yùn)動特性曲線。,上式說明，當(dāng)撥盤以等角速度運(yùn)動時，槽輪隨位置的變化而變化。因為λ隨槽數(shù)z的不同而變化，因此，不僅隨機(jī)構(gòu)位置變化，而且隨槽數(shù)變化。,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,槽輪運(yùn)動的前半段，槽輪的角速度ω2是增加的，角加速度α20后半段正好相反。,,,,,,,運(yùn)動特性曲線,z=3,z=3,z=4,z=6,z=4,z=6,運(yùn)動特性分析： ①槽輪運(yùn)動的ωmax、amax隨槽數(shù)z的增多而減小。,,,,,,,,,圓銷進(jìn)入或退出徑向槽時，角速度有突變，,②存在柔性沖擊。Z愈少，沖擊愈大。,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,,(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)動曲線如圖所示。,③曲線呈單調(diào)變化而不 象外槽輪那樣有兩個 峰值。,,,特性分析：,①存在柔性沖擊。a=1,圓銷進(jìn)入或退出徑向槽時，角速度有突變，且值與外槽輪相等。,②但隨著轉(zhuǎn)角增大， 角加速度值迅速下 降并趨于零；,④內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的動力性能比外槽輪機(jī)構(gòu)要好得多。,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,,四、槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計算,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),槽頂側(cè)壁厚b b=3~5 mm 經(jīng)驗確定,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,,12－3 擒縱輪機(jī)構(gòu),一、擒縱輪機(jī)構(gòu)的組成及其工作原理,組成：擒縱輪、擒縱叉、游絲擺輪。,工作原理： 擒縱輪受發(fā)條力矩的驅(qū)動，游絲擺輪系統(tǒng)往復(fù)擺動，帶動擒縱叉往復(fù)擺動，卡住或釋放擒縱輪，并使它間歇轉(zhuǎn)動。,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,二、擒縱輪輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用,固有振動系統(tǒng)型擒縱輪輪機(jī)構(gòu),無固有振動系統(tǒng)型擒縱輪輪機(jī)構(gòu),,----計時精度高， 用于鐘表。,----結(jié)構(gòu)簡單、成本低、計時精度不高，用于自動記錄儀、時間繼電器、計數(shù)器、定時器、測速器、照相機(jī)快門和自拍器等。,,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,12－4 凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu),1.工作原理及特點,圓柱凸輪連續(xù)回轉(zhuǎn)，推動均布有柱銷的從動圓盤間歇轉(zhuǎn)動。,特點：從動圓盤的運(yùn)動規(guī)律取決于凸輪廓線的形狀。,優(yōu)點：可通過選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動規(guī)律來減小動載荷、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：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)動機(jī)構(gòu)、蝸桿凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu),參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,圓柱凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu),蝸桿凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu),牙膏灌漿機(jī),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、高速沖床、多色印刷機(jī)等機(jī)械。,,封口,灌漿,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,12－5 不完全齒輪機(jī)構(gòu),1.工作原理及特點,工作原理：在主動齒輪只做出一個或幾個齒，根據(jù)運(yùn)動時間和停歇時間的要求在從動輪上做出與主動輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當(dāng)兩輪齒進(jìn)入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止弧定位使從動輪靜止。,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、從動輪運(yùn)動 時間和靜止時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),缺點：從動輪在開始進(jìn)入嚙合與脫離嚙合時有較大 沖擊，故一般只用于低速、輕載場合。,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,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。,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,銑刀,不完全齒輪1,靠模凸輪,不完全齒輪1,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,瞬心線附加桿,蜂窩煤餅壓制機(jī),鎖止弧,鎖止弧,使運(yùn)動平穩(wěn),不完全齒輪,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,12－6 非圓齒輪機(jī)構(gòu),應(yīng)用實例：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、書心脊背加工聯(lián)動機(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。有專門書籍介紹,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,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),參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,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,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,12－7 螺旋機(jī)構(gòu),組成：螺桿、螺母、機(jī)架。,運(yùn)動特點：一般情況下是螺桿連續(xù)回轉(zhuǎn)，螺母軸向移動。,優(yōu)點：獲得很大的減速比和力的增益。,缺點：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。 肥皂輸送機(jī)構(gòu),1. 螺旋機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用,在γφv 時,也可以螺母為作軸向移動，迫使螺桿轉(zhuǎn)動。如修理摩托車用的起子,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,2.運(yùn)動分析,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，螺母的位移s為：,s / rφ =l /r2π,,,,,,,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 = z p，z為螺紋的頭數(shù)。強(qiáng)調(diào)Z=1,將螺紋在中徑圓柱處展開得一斜三角形，于是：,,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,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（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：,,圖示螺旋機(jī)構(gòu)中，螺母A固定，螺母2可沿軸向移動，,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：,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,當(dāng)A、B段螺紋旋向相反時，,螺母2的位移為： s =( lA＋lB)φ/2π,,l1=1.25 mm(右),l2=1 mm(右),鏜刀進(jìn)給量調(diào)整微動螺旋機(jī)構(gòu),,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。,差動螺旋應(yīng)實例：,復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu),參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,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。共軸、 有夾角,應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)床等機(jī)械傳動系統(tǒng)中。,,單萬向聯(lián)軸器,12－8 萬向鉸鏈機(jī)構(gòu),參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,vA1 = rω1,結(jié)構(gòu)特點：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處，,運(yùn)動分析：,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點有 ：,以軸2為參考系，對A點有 ：,vA2 = r’ω’2,= r cosαω’ 2,顯然有 ： vA1 = vA2,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,其它位置：,代入得：,在圖示位置II, 以軸2為參考系，對B點有 ：,vB2 = rω”2,以軸1為參考系，對B點有 ：,vB1 = r”ω1,= ω1 r cosα,同樣有 ： vB1 = vB2,代入得：,ω’’2=ω1 cosα,ω’2 〉ω1,=ω”2 ω1,ω1 =cosαω’2,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,2.雙萬向鉸鏈機(jī)構(gòu),將兩個單萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)串聯(lián)使用，構(gòu)成雙萬向鉸鏈機(jī)構(gòu)。,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)。,為了消除從動軸變速轉(zhuǎn)動的缺點，常,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,3. 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。,動畫演示,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,12－9 組合機(jī)構(gòu),組合機(jī)構(gòu)：將幾種基本機(jī)構(gòu)組合在一起，并形成一個封閉的傳動系統(tǒng)，以滿足工程上對機(jī)械運(yùn)動的多樣化和復(fù)雜性要求。,組成：可以是同類基本機(jī)構(gòu)的組合、也可以是不同類型基本機(jī)構(gòu)的組合。,1.聯(lián)動凸輪組合機(jī)構(gòu) 寫R字,3.凸輪－齒輪組合機(jī)構(gòu),4.凸輪－連桿組合機(jī)構(gòu)P432~P431,5.齒輪－連桿組合機(jī)構(gòu)(變行程沖床),6.多種基本機(jī)構(gòu)的組合（壓力機(jī)）,2.雙連桿組合機(jī)構(gòu)釘書機(jī),參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,,,兩組徑向凸輪機(jī)構(gòu)的組合,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,小型電影放映機(jī)抓片機(jī)構(gòu),,,,,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,,,,,圓珠筆芯線上的自動送料機(jī)構(gòu),,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,凸輪－齒輪組合機(jī)構(gòu),機(jī)床校正機(jī)構(gòu),蝸桿主動，因制造誤差使蝸輪運(yùn)動精度達(dá)不到要求，由誤差設(shè)計一凸輪機(jī)構(gòu)，經(jīng)齒輪齒條、差動機(jī)構(gòu)K使蝸桿得到一附加轉(zhuǎn)動，以校正誤差。,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,凸輪－齒輪組合機(jī)構(gòu),,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,凸輪－連桿組合機(jī)構(gòu)可實現(xiàn)多種復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律,相當(dāng)于連架桿長度可變的四桿機(jī)構(gòu)。,相當(dāng)于連桿長度(BD)可變的四桿機(jī)構(gòu)。,,,,,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,凸輪—連桿機(jī)構(gòu)可實現(xiàn)預(yù)定軌跡。,,,罐頭封口機(jī)構(gòu)，要求C點沿接合縫運(yùn)動。,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,壓磚機(jī)成型機(jī)構(gòu),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,9(凸輪),1,2,3,4,5(上沖頭),6(下沖頭),10(耐火磚),,,8,重物,參賽專用版 國防科大潘存云教授研制,餅干、香煙包裝機(jī)中的推包機(jī)構(gòu),,,