《机械原理 第5版》 课件 刘会英 08-其他常用机构、09-机械系统动力学设计

本章内容提要第一节棘轮机构第二节槽轮机构第三节不完全齿轮机构第四节万向联轴节第五节螺旋机构机械原理第八章其他常用机构

摆杆单向摆动时，棘轮沿同一方向转过一个角度；而棘轮向另一个方向转动时，棘轮静止不动。一、棘轮机构组成与工作原理棘轮机构的组成：

主动摆杆、棘爪、棘轮、机架。棘轮机构的工作原理：第一节棘轮机构1.带轮齿的棘轮机构——按动作分二、棘轮机构的类型单动式棘轮机构双动式棘轮机构单动式棘轮机构棘轮棘爪摆杆双动式棘轮机构棘轮棘爪摆杆1.带轮齿的棘轮机构——按啮合形式分外啮式棘轮机构内啮式棘轮机构内啮式棘轮机构内棘轮棘爪1.带轮齿的棘轮机构——按轮齿形状分锯齿形棘轮机构矩形棘轮机构双向式棘轮机构棘爪棘轮2.摩擦式棘轮机构偏心楔块式棘轮机构滚子楔紧式棘轮机构偏心楔块式棘轮机构棘轮棘爪摆杆制动棘爪弹簧滚子楔紧式棘轮机构棘轮滚子摆杆弹簧三、棘轮机构的特点1.齿啮式棘轮机构的特点

齿啮式棘轮机构结构简单，棘轮转角可实现有级调节，但传动平稳性差，适合于转速不高、转角不大和小功率场合。2.摩擦式棘轮机构的特点

摩擦式棘轮机构传递运动平稳，无噪声，棘轮可实现无级调节，但易打滑，运动准确性差。四、棘轮机构的应用射沙自动线的浇铸机构五、棘轮机构的设计要点1.棘轮转角大小的调节

1）改变摇杆摆角的大小。2）改变棘爪行程内的齿数。2.棘爪的工作条件

为满足棘爪能顺利地滑入齿根，须

α

>φ。其中：

α—棘轮齿面倾角；φ—接触面间的摩擦角。

传递同样大小的转矩时，为使棘爪受力最小，一般FPnαOO’αA槽轮机构的工作原理：

拨盘以匀角速连续回转，当拨盘上的圆销进入槽轮的径向槽中时，带动槽轮转过一个角度；当圆销退出径向槽时，拨盘上的凸弧与槽轮上的凹弧卡住，槽轮不转。一、槽轮机构组成与工作原理槽轮机构的组成：主动拨盘、槽轮、机架。第二节槽轮机构二、槽轮机构的类型槽轮圆销拨杆外槽轮机构内槽轮机构球面槽轮机构外槽轮机构从动槽轮圆销主动拨盘内槽轮机构主动拨盘圆销从动槽轮球面槽轮机构主动拨轮圆销从动槽轮三、槽轮机构的特点和应用

特点：

槽轮机构结构简单，工作可靠，但槽轮转角不能调节，适应于速度不太高的场合。应用：

电影放映机的卷片机构。六角自动车床转塔刀架的转位机构四、槽轮机构的设计要点

a)圆销在进入或退出槽口时，应避免与槽发生冲击。1.工作条件b)要设置锁住装置。

a)动停比：

k=td／t

t—拔盘转1周的时间

td—t时间内槽轮的运转时间2.销数、槽数与动停比b)槽数z与圆销数n的关系:n<2z／(z-2)一、不完全齿轮机构的组成与工作原理

不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演变而成的一种间歇运动机构。如图所示，主动轮上的凸锁止弧与从动轮上的凹锁止弧相配合使主动轮保持连续转动而从动轮静止不动；两轮轮齿部分相啮合时，相当于渐开线齿轮传动。第三节不完全齿轮机构二、不完全齿轮机构的类型内啮合式不完全齿轮机构外啮合式不完全齿轮机构外啮合式不完全齿轮机构主动轮从动轮内啮合式不完全齿轮机构主动轮从动轮三、不完全齿轮机构的特点、应用、工件条件1.特点及应用

主从动轮进入和脱离啮合时，速度有突变，所以只适应于低速轻载的场合。2.正常工作条件时应注意a)主动轮首末两轮齿的齿顶高要减短；b)要加锁住装置。一、万向联轴节的组成特点b)当主动轴以ω1等角速转动时，从动轴ω2的变化范围为：

ω1cosβ≤ω2≤ω1／cosβ

其中：β

<30º。a)瞬时传动比是变化的；1.单万向联轴节第四节万向联轴节单万向联轴节从动轴主动轴a)瞬时传动比可为常数;b)保证等速传动的条件：Ⅰ.主动轴、中间轴及从动轴三轴轴线共面。Ⅱ.中间轴两端的叉面需共面。Ⅲ.β1=β

2

。2.双万向联轴节双万向联轴节从动轴主动轴中间轴

螺旋机构组成：

螺杆、螺母和机架。——螺杆转角；S——螺杆与螺母轴向移动距离；l——螺杆的导程。一、螺旋机构的组成及特点螺旋机构的特点：能获得很大的减速比和力的增益；可实现自锁性；机械效率较低。二、螺旋机构的运动分析单螺旋机构：第五节螺旋机构当螺杆转动时，螺母2移动的距离：当A、B旋向相同时——微动螺旋机构；当A、B旋向相反时——复式螺旋机构。双螺旋机构：进入下一章学习回本章首页该下课了！第九章机械系统动力学设计机械原理第一节机械的质量平衡与功率平衡第二节基于质量平衡的动力学设计第三节基于功率平衡的动力学设计本章内容提要活动构件质量分布不均、不对称产生惯性力或惯性力偶矩生产阻力变化速度产生波动振动将惯性力或惯性力偶矩限定在允许范围内使构件质量参数合理分布改善机构或结构设计使主轴稳定运转机械的质量平衡机械的功率平衡将速度波动限定在允许范围内第一节机械的质量平衡与功率平衡2.不平衡惯性力的利用

一、机械平衡的目的1.不平衡惯性力的危害增大运动副中的摩擦，降低效率；增大构件中的内应力，降低寿命；引起振动，甚至产生共振。

对于作往复移动或平面往复运动的构件所产生的惯性力的合力和合力偶的平衡。二、机械平衡的内容1.转子的平衡转子——绕固定轴回转的构件。刚性转子的平衡刚性转子——本身产生的弹性变形很小。转子的静平衡——要求转子的惯性力达到平衡。转子的动平衡——要求转子的惯性力及惯性力矩均达到平衡。挠性转子的平衡挠性转子——工作过程中会产生较大弯曲变形的转子。——机械在机座上的平衡。2.机构的平衡第二：研究机械运转速度波动产生的原因及其调节方法。三、研究机械运转及速度波动调节的目的

原动件运动规律作用于机械上的外力各构件的尺寸、质量各构件的转动惯量受影响研究两个问题：第一：研究单自由度机械系统在外力作用下的真实运动规律。t

2T四、机械运动过程的三个阶段

机械的运转速度波动，但平均速度保持稳定。系统的动能保持稳定。外力对系统做功在一个波动周期内为零(Wd-Wr=0)。1.起动阶段外力对系统做正功(Wd-Wr>0)，系统的动能增加(E=Wd-Wr)，机械的运转速度上升。2.稳定运转阶段3.停车阶段

驱动力为零(Wd=0)，系统由正常工作速度逐渐减速，直到停止(E=

-Wr)。例如三相异步电动机的驱动力是其转动速度的函数。

生产阻力与运动参数的关系决定于机械的不同工艺过程，如车床的生产阻力为常数，鼓风机、离心机的生产阻力为速度的函数，曲柄压力机的生产阻力是位移的函数等。五、作用在机械上的驱动力和生产阻力

驱动力由原动机产生，它通常是机械运动参数（位移、速度或时间）的函数——原动机的机械特性。

n

0F1=m1

2r1

、F2=m2

2r2，F3=m3

2r3,可表达为Pi=mi

2ri

,i=1、2…。平衡范围：轴向宽度与直径之比b/D<0.2的转子。加一平衡质量mb,，回转半径rb，产生的离心惯性力为Fb=mb

2rb。已知偏心质量m1

、m2

、m3，其回转半径r1、

r2

、r3。当角速度为

时，产生的离心惯性力为m1m2m3r3r1r2F1F2F3rbmb满足平衡条件

:一、刚性转子的静平衡设计第二节基于质量平衡的动力学设计(1)定比例尺

w

（kg·cm/mm）。(2)依次作矢量平衡计算方法：静平衡又称单面平衡。(4)选定rb

，求得mb

。m1r1m2r2m3r3mbrb并使其首尾相接。(3)使矢量图封闭，量出。

平衡条件：

离心惯性力的矢量和为零。还可表达为即质径积矢量和为零。因F1、F2

、F3不在同一回转面内，故会形成一惯性力偶。须满足平衡条件：平衡范围：轴向宽度与直径之比b/D＞0.2的转子。

离心惯性力矢量和为零,

离心惯性力所构成的力偶矩矢量和也为零。平衡条件：已知偏心质量m1、m2、m3，其回转半径r1、r2、r3，分布在不同回转面内。当角速度为

时，产生离心惯性力F1=m1r1

2，F2=m2r2

2，F3=m3r3

2,二、刚性转子的动平衡设计(2)将各离心惯性力F1、F2、F3…分解到

、

面内。平衡计算方法：动平衡又称双面平衡。(3)对两平衡基面分别进行静平衡。(1)选择两个平衡基面

、

。，求得mb'、rb'。同理在

面内求得mb"、rb"。如将F1分解为F1'和F1"：

F1'

=l1F1/

L,

F1"

=(L-l1)F1/L

面满足：或三、刚性转子的平衡实验

动平衡实验：

静平衡实验：许用不平衡量：——经平衡实验的转子，允许残存的不平衡量。平衡等级及许用不平衡量见标准。表示方法：

[mr]——许用不平衡质径积。（相对量）

[e]——许用偏心距。（绝对量）

[e]=[mr]/m

四、转子的许用不平衡量1.完全平衡

使机构的总惯性力恒为零。完全平衡的特点：

理论上得到完全平衡，但机构质量增大，实际不常用。

五、平面机构的平衡利用对称机构平衡利用平衡质量平衡2.

部分平衡六杆机构的部分平衡法利用平衡质量平衡1.机械运动方程

机械运动方程即表达作用在机械上的力、构件的质量、转动惯量与其运动参数之间的函数关系。

例如原动件1上驱动力矩M1，从动件3上工作阻力F3。曲柄1质心C、转动惯量J1、角速度ω1；连杆2质量m2、质心C2、C2点速度vc2、转动惯量Jc2、角速度ω2；滑块3质量m3、质心在B、该点速度v3。由动能定理：（动能增量=外力功）

一、机械的运动方程式第三节基于功率平衡的动力学设计等效动力学模型

——单自由度机械系统常用一个具有等效转动惯量（等效质量），其上作用有等效力矩（等效力）的等效构件来代替。

等效质量me，等效转动惯量Je；等效力Fe，等效力矩Me。2.机械系统的等效动力学模型

等效构件——具有与原机械系统等效质量或等效转动惯量，其上作用有等效力矩和等效力的假想构件。1.等效构件所具有的动能等于原机械系统的总动能。2.等效构件的瞬时功率等于原机械系统的总瞬时功率。等效条件：等效参数：？

例9-1

图示曲柄滑块机构，已知构件1转动惯量J1，构件2质量m2，质心c2，转动惯量Jc2，构件3质量m3，构件1上有驱动力矩M1，构件3有阻力F3，求等效构件的等效参数。解：

(1)以构件1为等效构件时，等效构件的角速度与构件1的角速度同为ω1。等效转动惯量Je

：等效力矩Me

:(2)

以滑块3为等效构件时，等效构件的速度与构件3的速度同为v3。等效质量me:等效力Fe:(1)能量形式的运动方程式上式称为力矩形式的机械运动方程式。3.机械运动方程的建立对上式积分可得到能量积分形式的机械运动方程式：上式即为能量微分形式的机械运动方程式。以回转构件为等效构件时，由动能定理得(2)力矩形式的运动方程式通过对能量微分形式的方程作等价变换后，得到下面的方程式：进而得到(3)机械的真实运动规律

——机械运动方程的解如等效力矩和等效转动惯量为等效构件位置函数时可以用能量