机械原理12其他常用机构及其设计工程课件

1、第12章 其他常用机构及其设计主讲：曹国忠第12章 其他常用机构及其设计12-1 引言12-2 棘轮机构12-3 槽轮机构12-4 擒纵轮机构12-5 凸轮式间隙运动机构12-6 不完全齿机构12-7 非圆齿轮机构12-8 螺旋机构12-9 万向铰链机构12-10 组合机构加工牙膏筒的自动六角车床牙膏灌浆机车螺纹41装牙膏筒2车帽口6卸牙膏筒5切尾3空闲灌浆封口主动件作连续旋转从动件作间歇转停转从动件作连续精确的直线移动从动件作连续旋转，但其轴线不固定间歇运动12-1 引言车床的走刀运动螺旋机构螺旋机构将丝杠的等速回转变换成为刀架溜板的等速直线移动。后轮的驱动轴总是相对于发动机输出轴上下摆动。

2、万向联轴器一、棘轮机构的组成及其工作原理组成：摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。 12-2 棘轮机构工作原理：摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动。优点：结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。 适用于速度较低和载荷不大的场合。棘轮转角大小的调节方法： 改变主动摇杆摆角的大小 加装一棘轮罩以遮盖部分棘齿 应用：在工程中广泛应用于转位分度、进给、单向离合器 、超越离合器 、制动器等。外接棘轮机构内接棘轮机构棘条机构钩头双动式棘轮机构直推双动式棘轮机构可变向棘轮机构可变向棘轮机构棘轮机构的类型：齿啮式棘轮机构 棘轮机构的类型：摩擦式棘轮机构 外摩擦式棘轮机构内摩

3、擦式棘轮机构滚子内摩擦式棘轮机构棘轮类型按工作方式有：按轮齿分布有：按转角是否可调:固定转角、可调转角 轮齿棘轮、 摩擦棘轮 外缘、内缘、 端面棘轮机构。单向、双向运动棘轮机构。二、棘轮机构的类型与应用按棘轮转向是否可调:按工作原理分有 :单动式、双动式棘轮机构。实例：止动器、牛头刨床、冲床转位、 超越离合器（单车飞轮）。冲头冲压工位卸料工位装料工位间歇转动ABCD牛头刨床进给调整机构通过调整杆长来调摆角dao1Ao=90LprFnptF三、棘轮机构的设计要点要求在工作时，棘爪在Fn和F的作用下，能自动滑入棘轮齿槽。Fn sin F= f Fn 代入得：tg f 当 f=0.2 时，1130

4、通常取20FtFr正压力 Fn摩擦力F条件是两者对O的力矩要满足如下条件：MFnMF将两个力分解成切向和径向分量M=tg齿偏角FcosLL(1)棘轮轮齿的倾斜角(2)棘轮模数m(3)棘轮齿数z(1) 棘轮轮齿的倾斜角应大于摩擦角；(2) 棘轮模数m是按棘轮顶圈直径da来计算的，即mda/z；(3) 棘轮齿数z一般由棘轮机构使用条件和运动学要求，一般取z830。 三、棘轮机构的设计要点棘轮几何尺寸计算公式模数m1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、8、10 顶圆直径da da =mz 齿间距p P=m 齿高h h=0.75m 齿顶弦长a a=m棘爪工作面长度a1 a1=(0.50.7)

5、a 齿偏角 20棘轮宽b b=(14)m棘爪斜高h1 、齿斜高h h1=h h/cos棘轮齿根圆角半径rf rf =1.5 mm棘爪尖端圆角半径r1 r1 =2 mm 棘爪长度L 一般取 L=2pa1Lp6080hadao1o2齿数z 830 棘轮参数 计算公式或取值hh1rfr1齿槽角1212-3 槽轮机构（马尔它机构）一、槽轮机构的组成及其工作特点作用：将连续回转变换为间歇转动。组成：带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧，起锁定作用。特点：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度有变化 ，存

6、在柔性冲击，不适合高速运动场合。o1工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。o2锁止弧槽轮拨盘圆销外槽轮机构内槽轮机构槽条机构不等臂长多销槽轮机构 球面槽轮机构 偏置外槽轮机构 偏置内槽轮机构 曲线槽外槽轮机构 曲线槽内槽轮机构 二、槽轮机构的类型与应用应用实例：电影胶片抓片机构 、蜂窝煤制机模盘转位机构、 六角车床转塔。槽轮机构的类型1) 普通型，有 外槽轮机构， 内槽轮机构， 槽条机构2) 特殊型a) 不等臂多销槽轮机构b) 球面槽轮机构c) 偏置式槽轮机构，有 偏置外槽轮机构， 偏置内槽轮机构两种d) 曲线式槽轮机构，有 曲线外槽轮机构， 曲线内槽轮机构两种六槽

7、槽轮拨盘六角车床转塔圆销三、槽轮机构的运动系数及运动特性1.运动系数拨盘等速回转，在一个运动循环内，总的运动时间为： t2/1定义： k=td / t 为运动系数，即： k=td / t为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中心连线成90角。故有：2122td21/1槽轮的运动时间为：=21/2909021=22=(2/z)= 2(z-2)/2z代入上式12将21代入得： k0可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/z如果想得到k0.5的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个圆销，设装有n个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的n倍，即: k=n(1/2-1/z)

8、k1 槽轮的槽数 z3 得：n2z/ (z -2)k =1/2-1/z7120.361槽数z圆销数n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。0运动特性曲线z=3z=3z=4z=6z=4z=6分析：槽轮运动的max、amax随z的增多而减小。圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，故存在柔性冲击。Z愈少，冲击愈大。后半段正好相反。四槽内槽轮的角速度和角加速度变化曲线z=4(2)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。分析：圆销进入或退出径向槽时，与外槽轮一样，角加速度有突变，且值相等。但随着转角增大

9、，角加速度值迅速下降并趋于零；然后负角加速度又逐渐增大到开始时的数值，而不象外槽轮那样有两个峰值。可见，内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。普通槽轮机构的运动特性1)槽轮机构的角速度及角加速度的最大值随槽轮数 z 的增多而减少；2)当圆销开始进入和离开径向槽时，此两瞬时有柔性冲击，且随槽数 z 的减少而增大；3)在机构运转速度较高时，或槽轮轴承惯性较大的情况下，就显得更为突出。4)内槽轮机构与外槽轮机构一样，有加速度突变，且其值与外槽轮者相等，但当|0 时，角加速度值迅速下降并趋于零。内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。 在机械中最常用的是径向槽均匀分布的外槽轮机构。对于这种机构，

10、在设计计算时， 首先应根据工作要求确定槽轮的槽数z和主动拨盘的圆销数 n ； 再按受力情况和实际机械所允许的安装空间尺寸，确定中心距 a 和圆销半径 r ； 最后确定出其他几何尺寸。 拨盘轴的直径 d 及槽轮轴的直径d 2 受锁止弧的半径大小的限制。 四、槽轮机构的几何尺寸计算1四、槽轮机构的几何尺寸计算圆销半径r 由受力大小确定 rR/6中心距L 由安装空间确定回转半径R R=Lsin=Lsin(/z)槽顶半径s s=Lcos=Lcos(/z)槽深h hs-(L-R-r)拨盘轴径d1 d12(L-s)槽轮轴径d2 d22(L-R-r)参 数 计算公式或依据槽数z 由工作要求确定圆销数nRsd

11、1d2rhLr0槽顶侧壁厚b b=35 mm 经验确定b锁止弧半径r0 r0=R-r-b12-4 擒纵轮机构一、擒纵轮机构的组成及其工作原理4612133785461213378546121337854612133785二、擒纵轮轮机构的类型与应用12-4 擒纵轮机构一、擒纵轮机构的组成及其工作原理组成：擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮。工作原理：擒纵轮受发条力矩的驱动，游丝摆轮系统往复摆动，带动擒纵叉往复摆动，卡住或释放擒纵轮，并使它间歇转动。4612133785461213378546121337854612133785二、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无固有振动系统型擒纵轮轮

12、机构134212434612133785-计时精度高，用于钟表。-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、照相机快门和自拍器等。12-5 凸轮式间歇运动机构 1.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转动。特点：从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。优点：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、且结构紧凑。缺点：凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。2.类型及应用类型：圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构R2圆柱凸轮间歇运动机构牙膏灌浆机灌浆封口 （1）圆柱凸轮式间歇运动机构常取凸轮槽数

13、为1，柱销数一般取z26，在轻载下间歇频率为1500次/分。蜗杆凸轮间歇运动机构（2）蜗杆凸轮式间歇运动机构主动轮为圆弧面螺杆凸轮，常取单头, 从动件是军部圆销的圆盘，z26，从动盘按正弦加速度规律设计，可控制中心距消除间隙，承载能力高，间歇频率为1200次/分，分度精度为30。（3）共轭凸轮式间歇机构(图12-25)动力特性好，分度精度高，成本较低。 应用： 适用于高速、高精度的分度转位机械，如制瓶机、纸烟、包装机、拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机等机械。凸轮式间歇机构的特点：结构简单，运转可靠，无需专门定位装置；通过选择合适的运动规律，减小动载荷，适于高速运转；精度要求高，加工复杂，安装调整

14、困难。12-6 不完全齿轮机构 1.工作原理及特点工作原理：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动轮静止。优点：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。缺点：从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大刚性冲击，故一般只用于低速、轻载场合。为了改善刚性冲击的缺点，可在主从动轮上加一对瞬心线附加杆。 瞬心线附加杆的不完全齿轮机构O2O112LK瞬心线附加杆P P逐渐远离O1向两轮节点移动，使速度从0逐渐增到稳定值。单齿外啮合不

15、完全齿轮机构部分齿外啮合不完全齿轮机构2.类型及应用单齿内啮合不完全齿轮机构齿轮与齿条不完全齿轮机构 圆锥不完全齿轮机构 c2Po112B2B1ra2D1o2ra1c不完全齿轮机构的干涉问题齿顶干涉： 开始传动时，主动轮齿顶被从动 轮齿顶所阻，不能进行传动的现象。措施：将主动轮首齿的齿顶高作适当的削减为了保证从动轮停歇在预定位置，主动轮末齿的齿顶高也需要作适当的削减铣刀不完全齿轮5乒乓球拍专用靠模铣床123458976球拍靠模凸轮不完全齿轮4应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。蜂窝煤饼压制机不完全齿轮压制退煤饼填料填料瞬心线附加杆锁止弧锁止弧12-7 非圆齿轮机构非圆齿轮机构是一种用

16、于变传动比传动的齿轮机构。根据齿廓啮合基本定律，如要求一对齿轮作变传动比传动，则其节线就不再是一个圆，而是非圆曲线。理论上讲，节线的形状是没有限制的，但在生产实际中，常见的非圆齿轮的节线主要有椭圆形、卵形和螺旋线形等几种。2211椭圆齿轮1. 椭圆齿轮机构的传动比 i212/1 r1/r2 （1e2)/(1e22ecos1)即椭圆齿轮机构的传动比i21是主动轮1转角1的函数，且与椭圆齿轮的偏心率e有关。 2.非圆齿轮机构的应用 非圆齿轮机构在机床、自动机、仪器及解算装置中均有应用。现举例说明如下：1)利用椭圆齿轮带动曲柄滑块机构实现急回运动2)利用椭圆齿轮带动转位槽轮机构实现缩短运动时间，增加

17、停歇时间。非圆齿轮非线性函数电位机构椭圆齿轮书脊背加工联动机构椭圆齿轮流量计卵形齿轮12-8 螺旋机构组成：螺杆、螺母、机架。运动特点：一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。优点：获得很大的减速比和力的增益。缺点：机械效率较低。应用：螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构等。 1.螺旋机构及其应用在v 时,也可以螺母为作轴向移动，带动螺杆转动。0 10 20 30 40 50 20406080100效率% f =tg =0.1自锁极限紧固螺纹区2.运动分析导程l螺旋转一圈(2)，螺母前进的距离。螺旋转过任意角时，螺母的位移s为： s / r =l /r2lr2sr s=l/2螺距p相邻螺

18、纹牙齿同侧齿面之间的距离。两者的关系为：l = z p，z为螺纹的头数。将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：双线螺纹l = 2PPlP单线螺纹Pll=P图示螺旋机构中，螺母A固定，螺母2可沿轴向移动，且: lAlB当A、B段螺纹旋向相同时，螺杆1相对于机架3的位移为： s =( lAlB)/2当差(lAlB)很小时，s将很小。当A、B段螺纹旋向相反时，螺母2的位移为： s =( lAlB)/2称为复式螺旋机构，用于车辆联结中车钩的快速靠近或离开等。123这种螺旋机构称为微(差)动螺旋机构，用于测微计（千分尺）、分度机构、调节机构（镗刀微调机构）中。s1=lA/2螺母2相对于螺杆1的位移为

19、：s21=lB/2螺母2相对于机架3的位移为：l1=1.25 mm(右)l2=1 mm(右)镗刀进给量调整微动螺旋机构复式螺旋机构螺旋机构的设计要点 螺旋设计的关键是选择确定合适的螺旋导程角、导程及头数等参数。 根据不同的工作要求，螺旋机构应选择不同的几何参数。若要求螺旋具有自锁性或具有较大的减速比(微动)时，宜选用单头螺旋，选用较小的导程及导程角，但效率较低。若要求传递大的功率或快速运动的螺旋机构时，宜采用具有较大导程角的多头螺旋。 12-9 万向铰链机构(万向联轴节)作用：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。应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统

20、中。1.单万向铰链机构结构特点：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处，轴间角为 。运动分析：两轴平均传动比为1，但瞬时传动比是动态变化的。在任意位置有：21211221由图可得：21/cos 21 21A2 2121A在图示位置时， 2 、1 、21A 共面，故可知:21B 01221A2A1B其中21是一个空间矢量，可分解成绕AB轴旋转的两个分量：21 21A 21B可知2 的变化范围为：在图示位置时， 2 、1 、21B 共面，故可知:21 21B21A02 ”2121B由图可得：”21cos 即： 1cos 2 1/cos ”2 2 2121211BBA2其变化幅度与两轴夹角有关，一般30 2.双万向铰链机构 为了消除从动轴变速转动的缺点，常将两个单万向铰链机构串联实用，构成双万向铰链机构。安装要求：主动、从动、中间三轴共面；主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等；中间轴两端的叉面应在同一平面内。21C21C12-10 组合机构由于现代机械工程对机械的运动形式、运动规律和动力性能