广东海洋大学机械原理第十二章课件

1、第十二章第十二章 其它常用机构及其设计其它常用机构及其设计 121 棘轮机构棘轮机构 122 槽轮机构槽轮机构 123 擒纵轮机构擒纵轮机构 124 凸轮式间隙运动机构凸轮式间隙运动机构 126 非圆齿轮机构非圆齿轮机构 125 不完全齿机构不完全齿机构 127 螺旋机构螺旋机构 128 万向铰链机构万向铰链机构 一、棘轮机构的组成及其工作原理一、棘轮机构的组成及其工作原理 组成：组成：摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。 121 棘轮机构棘轮机构 工作原理工作原理：摆杆往复摆动，摆杆往复摆动， 棘爪推动棘轮间歇转动。棘爪推动棘轮间歇转动。 优点：优点：结构简单、制造方便、结构

2、简单、制造方便、 运动可靠、转角可调。运动可靠、转角可调。 缺点：缺点：工作时有较大的冲击和噪音，工作时有较大的冲击和噪音， 运动精度较差。适用于速度较低和运动精度较差。适用于速度较低和 载荷不大的场合。载荷不大的场合。 作者：潘存云教授 棘轮棘轮 摆杆摆杆 棘爪棘爪 止动爪止动爪 作者：潘存云教授 外缘外缘 棘轮棘轮 类型类型 按轮齿分布：按轮齿分布： 外缘外缘、 内缘内缘、 端面端面棘轮机构。棘轮机构。 二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用 作者：潘存云教授 端面端面 作者：潘存云教授 内缘内缘 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 单动式单动式 按轮齿分布：按

3、轮齿分布： 外缘、外缘、 内缘、内缘、 端面端面棘轮机构。棘轮机构。 二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用 按工作方式：按工作方式： 单动式单动式、 双动式双动式棘轮机构。棘轮机构。 双动式棘轮机构双动式棘轮机构2 棘轮棘轮 类型类型 双动式棘轮机构双动式棘轮机构1 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 按轮齿分布：按轮齿分布： 外缘、外缘、 内缘、内缘、 端面端面棘轮机构。棘轮机构。 二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用 按工作方式：按工作方式：单动式、单动式、 双动式双动式棘轮机构。棘轮机构。 单向单向、双向运动双向运动棘轮机构。棘轮机构。按棘轮转向是否可调按棘轮转向

4、是否可调: A BB 棘轮双向运动棘轮双向运动1棘轮双向运动棘轮双向运动2 棘轮棘轮 类型类型 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 按轮齿分布：按轮齿分布： 外缘、外缘、 内缘、内缘、 端面端面棘轮机构。棘轮机构。 二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用 按工作方式：按工作方式：单动式、单动式、 双动式双动式棘轮机构。棘轮机构。 单向、双向运动单向、双向运动棘轮机构。棘轮机构。按棘轮转向是否可调按棘轮转向是否可调: 按转角是否可调按转角是否可调: 固定转角固定转角、可调转角可调转角 牛头刨床进给调整机构牛头刨床进给调整机构 通过调整杆长来调摆角通过调整杆长来调摆角 0 2 3 4 5

5、 1 0 2 3 4 5 1 通过调滑动通过调滑动 罩来调角度罩来调角度 棘轮棘轮 类型类型 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 棘轮棘轮 类型类型 按轮齿分布：按轮齿分布： 外缘、外缘、 内缘、内缘、 端面端面棘轮机构。棘轮机构。 二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用 按工作方式：按工作方式：单动式、单动式、 双动式双动式棘轮机构。棘轮机构。 单向、双向运动单向、双向运动棘轮机构。棘轮机构。按棘轮转向是否可调按棘轮转向是否可调: 按转角是否可调按转角是否可调: 固定转角固定转角、可调转角可调转角 轮齿棘轮轮齿棘轮、 摩擦棘轮摩擦棘轮 演示模型按

6、工作原理分按工作原理分 : 摩擦棘轮摩擦棘轮 超越离合器超越离合器 1 3 2 1 3 2 2 1 3 4 作者：潘存云教授 A B C D 运动特点：运动特点： 轮齿式棘轮工作时噪音大且转角为步进可调，但轮齿式棘轮工作时噪音大且转角为步进可调，但 运动准确。而摩擦棘轮正好相反。运动准确。而摩擦棘轮正好相反。 应用：应用：在各类机床中实现进给、转位、或分度。在各类机床中实现进给、转位、或分度。 实例：实例：止动器止动器、牛头刨床牛头刨床、冲床转、冲床转 位、超越离合器（单车飞轮）。位、超越离合器（单车飞轮）。 间歇转动间歇转动 作者：潘存云教授 冲头冲头 卸料工位卸料工位 装料工位装料工位 冲

7、压工位冲压工位 作者：潘存云教授 da o1 Ao2 =90 L pr Pn F 三、设计要点三、设计要点 要求在工作时，棘爪在要求在工作时，棘爪在Pn和和F的作用下，能自动滑入棘的作用下，能自动滑入棘 轮齿槽。轮齿槽。 Pn sin F= Pn f 代入得：代入得： tg f 当当 f=0.2 时，时，1130 通常取通常取20 Ft Fr 正压力正压力Pn摩擦力摩擦力F 条件是两者对条件是两者对O2的力的力 矩要满足如下条件：矩要满足如下条件： MpnMF 将力分解成切向和径向分量将力分解成切向和径向分量 M =tg 齿偏角齿偏角 FcosLL pt 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 棘

8、轮几何尺寸计算公式棘轮几何尺寸计算公式 模数模数m 1、1.5、2、2.5、3、 3.5、4、5、6、8、10 顶圆直径顶圆直径da da =mz 与齿轮不同 齿间距齿间距p P=m 齿高齿高h h=0.75m 齿顶弦长齿顶弦长a a=m 棘爪工作面长度棘爪工作面长度a1 a1=(0.50.7)a 齿偏角齿偏角 20 棘轮宽棘轮宽b b=(14)m 棘爪斜高棘爪斜高h1 、齿斜高、齿斜高h h1=h h/cos 棘轮齿根圆角半径棘轮齿根圆角半径rf rf =1.5 mm 棘爪尖端圆角半径棘爪尖端圆角半径r1 r1 =2 mm 棘爪长度棘爪长度L 一般取一般取 L=2p a1 L p 6080

9、a da o1 o2 齿数齿数z 1225 作者：潘存云教授 棘轮参数棘轮参数 计算公式或取值计算公式或取值 h h1 rf r1 齿槽角齿槽角 h 作者：潘存云教授 o2 1 1 2 122 槽轮机构槽轮机构（马尔它机构）（马尔它机构） 一、一、槽轮机构槽轮机构的组成及其工作特点的组成及其工作特点 作用：作用：将连续回转变换为间歇转动。将连续回转变换为间歇转动。 组成：组成：带圆销的拨盘、带有径向带圆销的拨盘、带有径向 槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁 止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上 的凸圆弧，起锁定作用。的凸圆弧，起锁定作用。 特点：特点：

10、结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高， 能平稳地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速能平稳地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速 度有变化度有变化 ，不适合高速运动场合。，不适合高速运动场合。 o1 工作过程：工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧拨盘连续回转，当两锁止弧 接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。 锁止弧锁止弧 槽轮槽轮 拨盘拨盘 圆销圆销 因槽轮象马尔它共和 国铁十字勋章而得名 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 二、槽轮机构的类型与应用二、槽轮机构的类型与应用 球面槽轮机构球面槽轮机构 应用实例：应用实例

11、： 电影放映机电影放映机、 自动摄影机、自动摄影机、六角车床转塔六角车床转塔。 外啮合槽轮机构外啮合槽轮机构 内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构 槽轮槽轮 机构机构 类型类型 轴线平行轴线平行 轴线相交轴线相交 放映机的反应用 外啮合槽轮机构外啮合槽轮机构 内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构球面槽轮机构球面槽轮机构 o1 o2 1 1 2 2 2 设计：潘存云 作者：潘存云教授 六槽内槽轮六槽内槽轮 拨盘拨盘 六角车床转塔六角车床转塔 圆销圆销 车螺纹车螺纹 4 1装牙膏 装牙膏 筒筒 2 车帽口车帽口 6 卸牙膏筒卸牙膏筒 5 切尾切尾 3 空闲空闲 作者：潘存云教授 1.运动系数运动系数 拨盘等速回转

12、，在一个运动循拨盘等速回转，在一个运动循 环内，总的运动时间为：环内，总的运动时间为： t2/2/1 1 定义：定义： k=td / t 为运动系数，即：为运动系数，即： k=td / t 为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中 心连线成心连线成90角。故有：角。故有： 221 1 222 2 td2 21 1/1 1 槽轮的运动时间为：槽轮的运动时间为： =21 1/2 21 1=2 22 2 =(2(2/z)/z) = = 2(z-2)/2z 2(z-2)/2z 代入上式 1 1 2 2 9090 三、槽轮机构的运动系数及运动特性三、槽

13、轮机构的运动系数及运动特性 将将21 1代入得：代入得： k0k0 可知：当只有一个圆销时，可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/zk=1/2-1/z 如果想得到如果想得到k0.5k0.5的槽轮机构，则可在的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个拨盘上多装几个 圆销，设装有圆销，设装有n个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽 轮被拨动轮被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的次。故运动系数是单圆柱销的n倍，即倍，即: k= n(1/2-1/z)1/2-1/z) k1 k1 槽数槽数 z3 z3 得：得：n2z/2z/ (z -2)z -2) 提问：why k1？ 事实上，当k

14、=1时，槽轮机构已经不具备间歇运动特性了。 k =1/2-1/z =1/2-1/z 7 12 0.361 槽数槽数z 圆销数圆销数n 运动系数运动系数k 3 16 1/61 4 14 0.251 5 、6 13 0.31 即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。 0.50后半段正好相反。 运动特性曲线运动特性曲线 z=3 z=3 z=4 z=6 z=4 z=6 运动特性分析：运动特性分析： 槽轮运动的槽轮运动的max max、 、amax max随 随槽数槽数z z的增多而减小。的增多而减小。 a=1=1 作者：潘存云教授 k k = = 2 2/ / 2 21

15、 1 -60 -40 -20 0 20 40 60 -50 -30 -10 10 30 50 8 6 4 2 -4 -6 -8 2 21 cos21 )(cos i 22 1 2 )cos21 ( sin) 1( k 作者：潘存云教授 5 4 3 2 1 -60 -40 -20 0 20 40 60 -50 -30 -10 10 30 50 1 2 21 i 6 圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变， 存在柔性冲击。存在柔性冲击。Z Z愈少，冲击愈大。愈少，冲击愈大。 作者：潘存云教授 1.0 0.75 0.5 0.25 0 -0.25 -0.5 -0.75 -1.0 2 1 2 2 1 2

16、z=4 1 2 0.8 0.6 0.4 0.2 1 2 -135 -90 -45 0 45 90 135 (2)内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构 用同样方法可求得内啮合槽轮机构 的运动曲线如图所示。 曲线呈单调变化而不曲线呈单调变化而不 象外槽轮那样有两个象外槽轮那样有两个 峰值。峰值。 特性分析：特性分析： 存在柔性冲击。存在柔性冲击。a=1 圆销进入或退出径向槽时， 角速度有突变，且值与外槽 轮相等。 但随着转角增大，但随着转角增大， 角加速度值迅速下角加速度值迅速下 降并趋于零；降并趋于零； a=1=1 内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。 作

17、者：潘存云教授 四、槽轮机构的几何尺寸计算四、槽轮机构的几何尺寸计算 圆销半径圆销半径r 由受力大小确定由受力大小确定 rR/6 中心距中心距L 由安装空间确定由安装空间确定 回转半径回转半径R R=Lsin=Lsin(/z) 槽顶半径槽顶半径s s=Lcos=Lcos(/z) 槽深槽深h hs-(L-R-r) 拨盘轴径拨盘轴径d1 d12(L-s) 槽轮轴径槽轮轴径d2 d22(L-R-r) 参参 数数 计算公式或依据计算公式或依据 槽数槽数z 由工作要求确定由工作要求确定 圆销数圆销数n s d2 r 槽顶侧壁厚槽顶侧壁厚b b=35 mm 经验确定经验确定 b 锁止弧半径锁止弧半径r0

18、r0=R-r-b R L h 1 2 d1 r0 作者：潘存云教授 5 6 4 1 2 1 33 8 6 游丝摆轮游丝摆轮 4 5 擒纵轮擒纵轮 1 2 1 33 8 擒纵叉擒纵叉 123 擒纵轮机构擒纵轮机构 一、擒纵轮机构的组成及其工作原理一、擒纵轮机构的组成及其工作原理 组成：组成：擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮。擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮。 工作原理：工作原理： 擒纵轮受发条力矩的驱动，游擒纵轮受发条力矩的驱动，游 丝摆轮系统往复摆动，带动擒纵叉丝摆轮系统往复摆动，带动擒纵叉 往复摆动，卡住或释放擒纵轮，并往复摆动，卡住或释放擒纵轮，并 使它间歇转动。使它间歇转动。 33 5 6 4 1 2

19、1 8 5 6 4 1 2 1 33 8 5 6 4 1 1 2 8 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 二、擒纵轮轮机构的类型与应用二、擒纵轮轮机构的类型与应用 固有振动系统型擒纵轮轮机构固有振动系统型擒纵轮轮机构 无固有振动系统型擒纵轮轮机构无固有振动系统型擒纵轮轮机构 3 1 4 21 2 4 3 -计时精度高，计时精度高， 用于钟表。用于钟表。 -结构简单、成本低、计时精度不高，用于自动记结构简单、成本低、计时精度不高，用于自动记 录仪、时间继电器、计数器、定时器、测速器、照录仪、时间继电器、计数器、定时器、测速器、照 相机快门和自拍器等。相机快门和自拍器等。 5 6

20、 4 1 2 1 33 8 124 凸轮式凸轮式间歇运动机构间歇运动机构 1.工作原理及特点工作原理及特点 圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇 转动。转动。 特点：特点：从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。 优点：优点：可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避 免冲击、适应高速运转的要求。定位精确、且免冲击、适应高速运转的要求。定位精确、且 结构紧凑。结构紧凑。 缺点：缺点：凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。 2.类型及

21、应用类型及应用 类型：类型：圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构 作者：潘存云教授 R2 圆柱凸轮间歇运动机构圆柱凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构 牙膏灌浆机牙膏灌浆机 应用：应用： 适用于高速、高精度的分适用于高速、高精度的分 度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、 拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机 等机械。等机械。 作者：潘存云教授 封口封口 灌浆灌浆 125 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 1.工作原理及特点工作原理及特点 工作原理工作原理：在主动齿轮只做出一个或几

22、个齿，根据运：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运 动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相 啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮 合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从 动轮静止。动轮静止。 优点：优点：结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动 时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。 2.类型及应用类型及应用 类型：类型：外啮合不完全齿轮机构、内啮合不

23、完全齿轮机构外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构 缺点：缺点：从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大 冲击，故一般只用于低速、轻载场合。冲击，故一般只用于低速、轻载场合。 外啮合不完全齿轮机构外啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构 应用：应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。 如乒乓球拍周缘如乒乓球拍周缘铣削加工机床铣削加工机床、蜂窝煤饼压制机蜂窝煤饼压制机等。等。 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 铣刀铣刀 不完全齿轮不完全齿轮1 乒乓球拍专用靠模铣床乒乓球拍

24、专用靠模铣床 1 2 3 4 5 8 9 7 6 球拍球拍 靠模凸轮靠模凸轮 不完全齿轮不完全齿轮1 作者：潘存云教授 瞬心线附加杆瞬心线附加杆蜂窝煤饼压制机蜂窝煤饼压制机 退煤饼退煤饼 填料填料 填料填料 锁止弧锁止弧 锁止弧锁止弧 使运动平稳 压制压制 不完全齿轮不完全齿轮 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 126 非圆齿轮机构非圆齿轮机构 应用实例：应用实例：滚筒式平板印刷机、压力机、机床转位机构、非滚筒式平板印刷机、压力机、机床转位机构、非 线性函数电位机构、流量计、书心脊背加工联动机构等。线性函数电位机构、流量计、书心脊背加工联动机构等。 非圆齿轮机构是一种用于变传动比传动的齿轮机

25、构。其节线不是非圆齿轮机构是一种用于变传动比传动的齿轮机构。其节线不是 圆，常用的有椭圆形、心形和螺旋线形曲线等。圆，常用的有椭圆形、心形和螺旋线形曲线等。有专门书籍介绍 2 2 1 1 椭圆齿轮椭圆齿轮 作者：潘存云教授 滚筒式平板印刷机滚筒式平板印刷机 压力机压力机 自动机床转位机构自动机床转位机构 非圆齿轮非圆齿轮 非线性函数电位机构非线性函数电位机构 椭圆齿轮椭圆齿轮 书心脊背加工联动机构书心脊背加工联动机构 椭圆齿轮椭圆齿轮 流量计流量计 127 螺旋机构螺旋机构 组成：组成：螺杆、螺母、机架。螺杆、螺母、机架。 运动特点：运动特点：一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。一般情况下

26、是螺杆连续回转，螺母轴向移动。 优点：优点：获得很大的减速比和力的增益。获得很大的减速比和力的增益。 缺点：缺点：机械效率较低。机械效率较低。 应用：应用：螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构 等。等。 肥皂输送机构 1. 螺旋机构螺旋机构及其应用及其应用 在在v 时时,也可以螺母为作轴向移动，迫也可以螺母为作轴向移动，迫 使螺杆转动。使螺杆转动。如修理摩托车用的起子 作者：潘存云教授 2.运动分析运动分析 导程导程l螺旋转一圈螺旋转一圈(2)，螺母前进的距离。，螺母前进的距离。 螺旋转过任意螺旋转过任意角时，螺母的位移角时，螺母的位移s为：为：

27、 s / rr =l /r2 l r r2 s s=l/2 螺距螺距p相邻螺纹牙齿同侧齿面之间相邻螺纹牙齿同侧齿面之间的距离。的距离。 两者的关系为：两者的关系为：l = z p，z为螺纹的头数。为螺纹的头数。强调Z=1 rr 将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是： 2 1 3 K K向向 2 1 3 2 1 3 作者：潘存云教授 2 1 3 B 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 2 A 3 B 且且: lAlB s =( lAlB)/2 当差当差(lAlB)很小时，很小时，s将很小。将很小。 这种螺旋机构称为这种螺旋机构称为微微(差差)动螺旋动

28、螺旋机构，用于测微计（千机构，用于测微计（千 分尺）、分度机构、调节机构（分尺）、分度机构、调节机构（镗刀微调机构镗刀微调机构）中。）中。 s1=lA/2 螺母螺母2相对于螺杆相对于螺杆1的位移为：的位移为： s2=lB/2 螺母螺母2相对于机架相对于机架3的位移为：的位移为： K K向向 2 A 3 A 3 lB lA-lB lA 图示螺旋机构中，螺母图示螺旋机构中，螺母A固固 定，螺母定，螺母2可沿轴向移动，可沿轴向移动， 当当A、B段螺纹段螺纹旋向相同旋向相同时，时， 螺杆螺杆1相对于机架相对于机架3的位移为：的位移为： lAlB B 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授

29、 2 A 3 B 当当A、B段螺纹旋向相反时，段螺纹旋向相反时， 螺母螺母2的位移为：的位移为： s =( lAlB)/2 2 A 3 2 A 3 lA LA+lB lB l1=1.25 mm(右右) 镗刀进给量调整镗刀进给量调整 微动螺旋机构微动螺旋机构 F E 称为称为复式螺旋复式螺旋机构，用于车辆的快机构，用于车辆的快 速靠近或离开、电杆拉线机构等。速靠近或离开、电杆拉线机构等。 差动螺旋应实例：差动螺旋应实例： 复式螺旋机构复式螺旋机构 l2=1 mm(右右) 作用：作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在 传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。共轴、 有夹角 应用：应用：广泛应用