第9章其它常用机构和组合机构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,特别申明：本电子教案中所有素材的版权归原创作者国防科技大学潘存云教授所有。购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学。但不得提供给第三方。未经作者同意，也不得在公开出版物中引用其中的素材，违者应承担相应的法律责任。作者：潘存云 教授,2004,年,2,月,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 其它常用机构及,组合机构,9,1,棘轮机构,9,2,槽轮机构,9,3,凸轮式间隙运动机构,9,4,不完全齿轮机构,9,5,螺旋机构,9,6,万向铰链机构,9,7,机构,的组合,方式与,组合,机构,98,常用,组合机构的,类型与功能,本章重点与难点,1.,棘轮机构,工作原理及设计要点,2.,槽轮机构,工作原理及设计要点,4.,组合机构及,其分类,3.,万向铰链机构,的工作原理及特点,在工程上，我们不但会遇到连续运转的机构,而且也会常常遇到非连续运转的机构,即时而运转时而静止的机构,这类机构统称为,间隔运动机构,最常用的,间隔运动机构,有,:,棘轮机构,槽轮机构,凸轮式间隙运动机构,不完全齿轮机构,下面分别介绍这些机构,的,工作原理,及,设计要点,。,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、,机架等。,9,1,棘轮机构,工作原理,：,摆杆,往复摆动，带动棘爪推动,棘轮,上的棘齿和从棘齿上滑过的方式，以实现周期性间歇运动。,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。,作者：潘存云教授,棘轮,摆杆,棘爪,止动爪,牛头刨棘轮机构,.exe,换句话说，当摆杆,左摆,时，棘爪插入棘轮的齿内推动棘轮转过某一角度,；当摆杆,右摆,时，棘爪滑过棘轮，而棘轮静止不动；因此，当摇杆往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。,止动爪,防止棘轮反转。,在,棘轮机构,中，一般,摆杆,为,原动件,棘轮,为,从动件,。,作者：潘存云教授,外缘,棘轮,类型,按轮齿分布：,外缘,、,内缘,、,端面,棘轮机构。,二、棘轮机构的类型与应用,作者：潘存云教授,端面,作者：潘存云教授,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,按轮齿分布：,外缘、内缘、端面,棘轮机构。,二、棘轮机构的类型与应用,按工作方式：,单动式,、,双动式,棘轮机构。,棘轮,类型,双动棘轮机构,.exe,作者：潘存云教授,按轮齿分布：,外缘、内缘、端面,棘轮机构。,二、棘轮机构的类型与应用,按工作方式：,单动式,、,双动式,棘轮机构。,单向,、,双向运动,棘轮机构。,按棘轮转向是否可调,:,A,B,B,棘轮,类型,双向棘轮,1.exe,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,按轮齿分布：,外缘、内缘、端面,棘轮机构。,二、棘轮机构的类型与应用,按工作方式：,单动式、双动式,棘轮机构。,单向,、,双向运动,棘轮机构。,按棘轮转向是否可调,:,按转角是否可调,:,固定转角,、,可调转角,牛头刨床,进给调整机构,通过调整杆长来调摆角,0,2,3,4,5,1,0,2,3,4,5,1,通过调滑动罩来调角度,棘轮,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,类型,按轮齿分布：,外缘、内缘、端面,棘轮机构。,二、棘轮机构的类型与应用,按工作方式：,单动式、双动式,棘轮机构。,单向,、,双向运动,棘轮机构。,按棘轮转向是否可调,:,按转角是否可调,:,固定转角,、,可调转角,轮齿棘轮,、,摩擦棘轮,按工作原理分,:,1,3,2,超越离合器,.exe,摩擦棘轮,.exe,作者：潘存云教授,A,B,C,D,运动特点：,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。,应用：,在各类机械中实现,进给,、,转位,、,超越,或,分度,。,实例：,止动器,、冲床转位、超越离合器（单车飞轮）等。,间歇转动,作者：潘存云教授,冲头,卸料工位,装料工位,冲压工位,作者：潘存云教授,d,a,o,1,A,o,2,=,90,L,三、设计要点,要求在工作时，棘爪在,P,n,和,F,的作用下，能自动滑入棘轮齿槽。,正压力,P,n,摩擦力,F,必满足如下条件：,M,o2,(P,n,)M,o2,(F),M,齿倾角,棘爪为,二力杆,，驱动力,P,沿,O,2,A,方向，当,P,与向径,O,1,A,垂直时，驱动力矩,M,最大。该机构中,工作齿面与向径,O,1,A,间的夹角称为齿倾角，记为,。,1.,棘爪能顺利插入棘轮的条件,Pn,F,P,作者：潘存云教授,d,a,o,1,A,o,2,=,90,L,p,r,P,n,F,P,n,sin,F=,P,n,f,代入得：,tg,f,当,f=0.2,时，,11,30,通常取,20,F,t,F,r,M,o2,(P,n,)M,o2,(F),将力分解成切向和径向分量,M,=,tg,齿倾角,Fcos,L,L,p,t,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,2.,棘轮几何尺寸计算公式,模数,m,1,、,1.5,、,2,、,2.5,、,3,、,3.5,、,4,、,5,、,6,、,8,、,10,齿顶圆直径,d,a,d,a,=,mz,与齿轮不同,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,a,1,a,1,=(0.50.7)a,齿,倾,角,20,棘轮宽,b b=(14)m,棘爪斜高,h,1,、,齿斜高,h,h,1,=h,h/cos,棘轮齿根圆角半径,r,f,r,f,=1.5 mm,棘爪尖端圆角半径,r,1,r,1,=2 mm,棘爪长度,L,一般取,L=2p,a,1,L,p,6080,a,d,a,o,1,o,2,齿数,z 1225,作者：潘存云教授,棘轮参数 计算公式或取值,h,h,1,r,f,r,1,齿槽角,h,作者：潘存云教授,o,2,1,2,9,2,槽轮机构,（马尔它机构）,一、,槽轮机构,的组成及其工作特点,组成：,带有径向槽的槽轮,、,带圆销的拨盘、机架等,。,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。,o,1,锁止弧,槽轮,拨盘,圆销,工作原理：,拨盘,为原动件,在电机带动下,连续匀速转动；槽轮,为从动件,在,拨盘上的,圆销,推力作用下,时而转动，时而静止,当,拨盘,的圆销尚未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹弧被,拨盘,的外凸弧卡住，槽轮静止不动。,通常,拨盘,为,原动件,槽轮,为,从动件,。,电影放映机,.exe,作者：潘存云教授,o,2,1,2,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，,不适合高速运动,场合。,o,1,锁止弧,槽轮,拨盘,圆销,如,4,个槽的槽轮机构,：,拨盘旋,转一周，槽轮,旋,转,1/4,周。,又如,6,个槽的槽轮机构,：,拨盘旋,转一周，槽轮,旋,转,1/6,周。,当,拨盘,的圆销在图示位置开始进入槽轮径向槽时，锁止弧被松开，圆销驱使槽轮传动。,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,球面槽轮机构,应用实例：,电影放映机,、,自动摄影机。,外啮合槽轮机构,内啮合槽轮机构,槽轮机构类型,轴线平行,轴线相交,放映机的反应用,o,1,o,2,1,2,2,设计：潘存云,电影放映机,.exe,球面槽轮机构,.exe,外啮合槽轮机构,内啮合槽轮机构,作者：潘存云教授,1.,运动系数,k,拨盘等速回转，在一个运动循环内，总的运动时间,t,为：,t,2/,1,定义：,k=t,d,/t,为运动系数，即：,k=t,d,/t,为了减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中心连线成,90,角。故有：,2,1,2,2,t,d,2,1,/,1,槽轮的运动时间,t,d,为,(,静止时间为,t,s,),=2,1,/2,2,1,=,2,2,=,(2,/z),=,2(z-2)/2z,代入上式,1,2,90,90,三、槽轮机构的运动系数及运动特性,t,t,d,+t,s,将,2,1,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),k1,槽数,z3,得：,n,2z/,(,z-2),k,=1/2-1/z,7,12,0.361,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。,0.5,作者：潘存云教授,2,1,o,1,2.,运动特性,外啮合槽轮机构,规定,:,和,在圆销进入区为正，在圆销离开区为负，变化区间为：,1,1,在,ABO,2,中有如下关系：,2,2,令,R/L,，,并代入上式得：,-,2,-,1,R,槽轮的运动是靠圆销的拨动来实现的。在一个运动循环内，槽轮经历了从“,静止,运动,静止,”,的过程，因此，槽轮的角速度是变化的，从而具有角加速度，以下将分析槽轮运动的变化规律。,设槽轮在任意运动瞬时，拨盘位置角用,来表示，槽轮位置角用,表示。,O,2,A,B,1,2,L,分别对时间求一阶导数、和二阶导数，得：,令,i,21,=,2,/,1,(,传动比,),k,=,2,/,2,1,得：,将上述,i,21,、,k,随,的变化绘制成曲线，称为槽轮机构的,其中：,d,/dt,=,1,其中：,d,1,/,dt,=,0,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：,槽轮运动的,max,、,a,max,随,槽数,z,的增多而减小。,a,=1,作者：潘存云教授,k,=,2,/,2,1,-60,-40,-20,0 20,40,60,-50,-30,-10,10,30,50,8,6,4,2,-4,-6,-8,作者：潘存云教授,5,4,3,2,1,-60,-40,-20,0 20,40,60,-50,-30,-10,10,30,50,6,圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，,存在柔性冲击。,Z,愈少，冲击愈大。设计时选较大,Z,且为偶数,。,作者：潘存云教授,四、槽轮机构的几何尺寸计算,圆销半径,r,由受力大小确定,r,R/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,h,s-(L-R-r),拨盘轴径,d,1,d,1,2(L-s),槽轮轴径,d,2,d,2,2(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,n,s,d,2,r,槽顶侧壁厚,b,b=35,mm,经验确定,b,锁止弧半径,r,0,r,0,=R-r-b,R,L,h,1,2,d,1,r,0,例,1,已知外槽轮机构的槽数,z,6,，圆销数目,n,1,，拔盘作匀速转动,n,1,=60r/min,。试求槽轮运动时间,t,d,和静止时间,t,s,。,解：,1),2),由于,n,1,=60r/min=60r/60s=1r/s,其中,t,：,在一个运动循环中，拔盘的运动时间。,将,t,值代入式,a),、,b),得,例,2,：,在外槽轮机构中，已知槽数,z,6,，槽轮运动时间,t,d,=2ts,和槽轮静止时间,t,s,=,5/6s,，,试求运动特性系数,k,、,拔盘一个运动循环内的运动时间,t,和拔盘上圆销数目,n,。,解：,1),求拔盘一个运动循环内的运动时间,t,2),求运动特性系数,k,3),求,拔盘上圆销数目,n,因为,k=n,(1/2-1/z)=2/3,9,3,凸轮式间歇运动机构,(,简介,),一,、,工作原理及特点,工作原理,:,当圆柱凸轮连续匀速回转，推动均布有柱销的从动转盘作间歇转动。,特点：,从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。,凸轮式间歇运动机构由,主动凸轮,、,从动转盘,和,机架,组成,。,摆动圆柱凸轮,.exe,作者：潘存云教授,应用：,适用于高速、高精度的分度转位机械，如制瓶机、包装机、高速冲床、多色印刷机等机械。,二,、,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,圆柱凸轮间歇运动机构,蜗杆凸轮间歇运动机构,9,4,不完全齿轮机构,(,简介,),一,、,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，其余部分为锁止圆弧。根据运动时间和停歇时间的要求在,从动齿轮,上做出与主动轮相啮合的轮齿。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冲击，故一般只用于,低速,、,轻载,场合。,作者：潘存云教授,内啮合不完全齿,.exe,组成：,主动齿轮、从动齿轮、机架,外啮合不完全齿轮机构,内啮合不完全齿轮机构,应用：,适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。如,蜂窝煤饼压制机,等。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,二,、,类型及应用,类型：,1),外啮合不完全齿轮机构、,2),内啮合不完全齿轮机构,作者：潘存云教授,瞬心线附加杆,蜂窝煤饼压制机,退煤饼,填料,填料,锁止弧,锁止弧,使运动平稳,压制,不完全齿轮,9,5,螺旋机构,(,简介,),组成：,螺杆,1,、螺母,2,、机架,3,。,运动特点：,在该机构中,一般螺杆,为原动件,作连续回转，螺母,为从动件,作轴向移动。,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。,一,、,螺旋机构及其应用,作用,:,利用螺旋副传递运动和动力的机构。,螺旋机构,.exe,2,1,3,2,1,3,2,1,3,作者：潘存云教授,2,1,3,二,、,运动分析,导程,l,螺杆旋转一圈,(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/2,r,s=l,/2,螺距,p,相邻螺纹牙齿同侧齿面之间,的距离。,两者关系,为：,l=,z,p,，,z,为螺纹的头数。,2,1,3,2,1,3,2,1,3,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,:,l,A,l,B,s=(,l,A,l,B,),/2,当差,(,l,A,l,B,),很小时，,s,将很小。,这种螺旋机构称为,差动螺旋机构,，用于微量测量（千分尺）、分度机构、调节机构中。,s,1,=l,A,/2,螺母,2,相对于螺杆,1,的位移为：,s,2,=l,B,/2,螺母,2,相对于机架,3,的位移为：,K,2,A,3,A,3,l,B,l,A,-l,B,l,A,图示螺旋机构中，螺母,A,固定，螺母,2,可沿轴向移动，,1),当,A,、,B,段螺纹旋向相同时,螺杆,1,相对于机架,3,的位移为：,l,A,l,B,B,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,2,A,3,B,2),当,A,、,B,段螺纹旋向相反时,螺母,2,的相对位移为：,s=(,l,A,l,B,),/2,2,A,3,2,A,3,l,A,L,A,+l,B,l,B,称为,复式螺旋机构,，用于车辆的快速靠近或离开、电杆拉线机构等。,作业布置,P276 9-5,第二讲,9,6,万向铰链机构,9,7,机构,的组合,方式与,组合,机构,98,常用,组合机构的,类型与功能,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,可以改变。,应用：,广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。,作者：潘存云教授,单万向铰链机构,9,6,万向铰链机构,(,简称万向联轴器,),(,简介,),双万向铰链机构,分类,:,2,1,C,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,A,2,A,1,B,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：,=0,45,一,、,单万向铰链机构及特点,由运动学可得,:,由上式可知，,2,为两轴夹角,和主动轴转角 的函数。,1,cos,1,cos,2,作者：潘存云教授,二,、,双万向铰链机构及特点,将两个单万向铰链机构,串联,使用，构成,双万向铰链机构,。,结构特点：,欲保证,1,=,2,必满足下述条件：,主动轴,1,、从动轴,2,的轴线与中间轴,C,的轴线之间的夹角应相等，即,1,=,2,；,中间轴,C,两端的叉面应在同一平面内。,2,1,C,2,2,1,1,2,1,C,97,、,8,组合机构及类型,一、机构的组合方式,在工程上,人们不但会使用单个基本机构（称为,子机构）,如连杆机构、凸轮机构等，而且也会把,若干种,基本机构用一定方式联接起来成为,组合机构,。目前,机构的组合方式有许多,下面介绍机构组合的若干方式，而且机构的组合是发展新机构的重要途径之一。,1.,串联式组合,若前一级,子机构,1,的输出构件即为后一级,子机构,2,的输入构件时，则这种组合方式称为,串联式组合,。,凸轮与滑块机构组合,子,机构,1,凸轮机构,1,，,2,子机构,2,滑块机构,2,，,3,，,4,2.,并联式组合,若几个子机构,1,、,2,共用同一个输入构件，而它们的输出运动又同时输入给一个多自由度的子机构,3,，从而在整体上形成一个自由度为,1,的机构系统，则这种组合方式称为,并联式组合,。,子,机构,1,凸轮机构,子机构,2,凸轮机构,子机构,3,五杆机构,（杆,1,、,2,、,3,、,4,、,6,）,火柴装盒机中钩盒机构,3.,复合式组合,由一个或几个串联的基本机构,1,去封闭一个具有两个或多个自由度的基本机构,2,，则这种组合方式称为,复合式组合,。,子,机构,1 1-4-5,凸轮机构,子机构,2 1-2-3-4-5,与串联式相比，,不同处：,串联：,子机构,2,的输入为子机构,1,的输出。,复合：,子机构,2,的输入为子机构,1,与原动件输入组合。,4.,反馈式组合,若其多自由度子机构,1,的一个输入运动是通过单自由度子机构,2,从该多自由度子机构的输出构件回授的，则这种组合方式称为,反馈式组合,。,如,:,精密滚齿机中的分度校正机构,子机构,1,蜗杆蜗轮机构,子机构,2,凸轮机构,在组合机构中：,自由度大于,1,的差动机构,称为组合机构的,基础机构,；,自由度为,1,的基本机构,称为组合机构的,附加机构,。,组合机构可以是由,同一类型,的基本机构的组合，如二个凸轮机构的组合；也可以是由,不同类型,的基本机构的组合，如齿轮机构和连杆机构的组合。通常，由不同类型的基本机构所组成的组合机构用得最多，因为它更有利于充分发挥各基本机构的特长和克服各基本机构固有的局限性。,组合机构的应用：,通常用来实现一些,复杂的运动轨迹,或获得,一些,复杂的运动规律,，目前被广泛地应用于纺织、印刷和轻工业等生产部门。,二、组合机构的类型及功能,（一）凸轮,-,连杆机构,通常是由自由度为,2,的连杆机构（作为基础机构）和自由度为,1,的凸轮机构（作为附加机构）组合而成。,作用一,:,实现复杂运动轨迹,1-3-6,1-2-6,2-3,-4-5,-6,P,组合机构的类型有许多，下面介绍二种常用组合机构的特点及功能。,并联式组合,6-1-4,1-2-3-4-5,滑块,3,复合式组合,作用二,:,可获得复杂运动规律,（,二）,齿轮,-,连杆组合机构,由定传动比的齿轮机构和变传动比的连杆机构组合而成。,作用一,:,实现复杂运动轨迹,1,1-2-3,-4-5,1-4-5,4,M,复合式组合,作用二,:,可获得,复杂的运动规律,这类组合机构多是以自由度为,2,的差动轮系为基础机构，以自由度为,1,的连杆机构为附加机构组合而成的。,2,轮,5,1-2,-4-5,1-2-3-4,1,并联式组合,