机械设计常用机构的示意.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,机械设计常用机构,一,.,机构组成,1-1.,机构的概述,机器的主体是有一个或若干个机构组成，通过不同机构的组合来实现特定的机械运动。机构是机器不可缺少的部分。,机构,：,用来传递运动和力且有一个构件为机架的用运动副联接而成的构件系统。,机构,构件：运动单元体,运动副：构件间的可动联接,常用的构件,常用运动副,常用运动副有：球面副、圆柱副、球销副、移动副、转动副、螺旋副。,转动副,移动副,螺旋副,球面副,级副,级副,级副,级副,运动链,：用运动副连接而成的相对可动的构件系统。,闭式链,:,运动链的各构件构成首尾封闭的系统。,开式链,:,运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。,运动副中构件间的接触形式有三种：点、线、面。,自由度,：,一个构件相对另一个构件可能出现的独立运动。一个自由构件在空间具有,6,个自由度。,约束：,指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。,根据运动副对被联接的两构件相对运动约束的不同，可将运动副分为,至,级，如：引入一个约束的称为,级副。球面副为,级副，圆柱副、球销副为,级副，移动副、转动副、螺旋副为,级副。,运动副的自由度,=,6,-,运动副所有的约束个数,机构可动的运动学条件,：输入的独立运动数目等于机构的自由度数。,机构的自由度的计算：,F=6n-(5*P5+4*P4+3*P3+2*P2+P1),但做平面运动的自由构件只有,3,个自由度，故平面机构自由度计算也可用以下公式：,F=3n-2P5-P4,（,n,为机构的活动构件数）,P1,P2,P3,P4,P5,为,级副的个数,在自由度的计算中，要注意公共约束和虚约束对机构自由度的影响，去除多余的约束和局部自由度才能确定机构的自由度数目。,曲柄滑块机构示意图,机构运动简图：,根据机构的运动尺寸,按一定的比例定出各运动副的位置,并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。,机构的示意图：,指为了表明机构结构状况,不要求严格地按比例而绘制的简图。,常用机构运动简图,常用机构运动简图,常用传动机构简图,1-2.,机构设计的原则,原则,：利用机构组成原理进行机构设计时，在满足相同工作要求的条件下，机构的结构越简单、杆组的级别越低、构件数和运动副数越少越好。,合理的机构设计是机器平稳实用的基础。机器特定运动的实现，都是通过机构的协调运动来完成的。一部较复杂的机器一般是由很多常用机构组成的，如：,连杆机构,、,轮系机构,、,凸轮机构,、,间隙机构,和,其它机构,，它们之间的相互组合，为实现不同的运动方案提供了基础，而这使机械设计更加丰富与更富有挑战性，使设计更加趋向合理实用。,二,.,机械设计常用机构,2-1.,连杆机构,2-2.,齿轮机构,2-3.,齿轮系机构,2-4.,凸轮机构,2-5.,其它机构,2-1,.,连杆机构,分类,:,平面连杆机构,空间连杆机构,2-1-1.,概述,连杆机构,：由低副（转动副、移动副、球面副、球销副、圆柱副及螺旋副等）将若干构件连接而成的，故又称为低副机构。,常见应用,：,折叠伞、公共汽车开关门、折叠椅、开窗户支撑、,内燃机、牛头刨床,、,机械手爪,等。,连杆机构的,优点,：,（,1,）采用低副，面接触、承载大、便于润滑、,不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制,造精度；,（,2,）改变杆的相对长度，从动件运动规律不同；,（,3,）连杆曲线丰富，可满足不同要求。,连杆机构的,缺点：,（,1,）构件和运动副多，累积误差大，运动精,度和效率较低；,（,2,）产生动载荷（惯性力），不适合高速；,（,3,）设计较复杂，难以实现精确的轨迹。,平面连杆机构能够实现多种运动轨迹和运动规律，广泛应用于各种机械于仪表中。,主要有：四杆机构、六杆,机构、多杆机构等。,平面连杆机构的组成：,机架,固定不动的构件；,连架杆,与机架相联的构件；,连杆,连接两连架杆且,作,平面运动的构件；,曲柄,作整周定轴回转的构件；,摇杆,作定轴摆动的构件。,平面四连杆机构的,类型,：,曲柄摇杆,机构,特征：曲柄摇杆,作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。,雷达天线俯仰机构,搅拌机构,缝纫机踏板机构,双曲柄,机构,特征：两个曲柄,作用将等速回转转变为,等速,或,变速,回转,。,机车车轮联动机构,惯性筛,双摇杆,机构,特征：无曲柄，有两个摇杆,作用：一杆摆动可以影响另一杆的摆动幅度，实现特定运动轨迹。,起重机,汽车换向机构,其它平面连杆机构,曲柄滑块机构,转动,导杆机构,曲柄,摇块机构,移动导杆机构,平面连杆机构,有曲柄,的条件：,在铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆之和小,于或等于其它两杆长度之和，且,（,1,）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄；,（,2,）以最短杆为机架，则两连杆均为曲柄，该机构为,双曲柄机构；,（,3,）以最短杆对边构件为机架，则无曲柄存在，该机,构为双摇杆机构。,若四杆机构中，最短杆与最长杆之和大于其它两,杆长度之和，则无论选哪一构件为机架，均无曲柄存,在，该机构只能双摇杆机构。,平面连杆机构的压力角与传动角,压力角,：作用在从动件上的驱动力,F,与力作用点绝对速度之间所夹锐角,。,传动角,（,）：压力角的余角,切向分力,Ft=Fcos=Fsin,法向分力,Fn=Fcos,Ft,对传,动有利，常用,的大小,来表示机构传力性能的,好坏（越大越好）,平面连杆机构的急回特性,从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有,急回特性,。,(,极位夹角,):,是摇杆处于两,极限位置线所夹的锐角,K,为行程速度变化系数,即空,回行程和工作行程平均速度,的比值,:,或,只要极位夹角,0,，就有,K1,；,越大，,K,值越大，机构的急回性质越明显。,平面机构具有急回特性的条件,:,(1),原动件等角速整周转动；,(2),输出件具有正、反行程的往复运动；,(3),极位夹角,0,。,应用,：,节省回程时间，提高生产率,平面连杆机构的,死点,对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，,在连杆与曲柄两次共线的位置，机构均不能运动。,机构的这种位置称为“,死点,”（机构的死点位置）,在“死点”位置，,机构的传动角,0,。,“,死点”位置应用：,飞机,起落架、钻夹具,等,“死点”位置的过渡：,依靠,飞轮的惯性,（如内燃机、,缝纫机等）、两组机构错开,排列如,火车轮联动机构,。,“死点”位置的过渡,“死点”位置的应用,2-1-2.,实用示例,颚式碎石机,曲柄,AB,带动连杆,BC,和摇杆,CD,运动,固连在摇杆上的动颚将矿石压碎。,锁紧夹具,利用连杆,2,和连架杆,3,成一线，形成机构死点，来锁紧工件,5,。,机车主动轮双曲柄联动机构,为了克服不稳定状态，除了采用惯性飞轮外，还采用了平行连接副加构件,BE,。,旋转示水泵双曲柄机构,原动曲柄,1,通过连杆,2,带动曲柄,3,做变速运动，从而使泵的体积发生变化，实现水泵的功能,。,车门启闭反四边形机构,曲柄,AB,和曲柄,CD,同时转动使固联曲柄上的车门同时打开或关闭。,起重机的双摇杆机构,ABCD,组成的双摇杆机构的运动可以使悬吊在,E,出的物体做平移运动。,上料机械手,通过连杆的上下运动，实现加紧与松开的动作。,手动抽水机中的定块机构,3,为固定的机架（定块），通过手柄（,1,）的转动使移动导杆（,4,）往复运动，实现抽水功能。,牛头刨床摆动机构,曲柄,BC,转动，带动,AD,摆动，,EF,在,AD,的作用下做往复运动。,其它常用连杆机构应用,更多,动画,2-1-3.,连杆机构设计,连杆机构设计的,基本问题,:,(1),实现预定的运动规律；,(2),实现预定的连杆位置（刚体导引问题）；,(3),实现预定的轨迹。,连杆机构设计的,基本方法,：,(1),图解法，直观、概念清楚、简单易行，精度低；,(2),解析法，精度高、计算量大；,(3),实验法，用于运动要求较复杂的设计或初步,设计。,用图解法设计四连杆机构,图解法设计时,可将连杆机构分为三类分别为,:,刚体引导机构设计、函数生成机构的设计和急回机构的设计。下面以急回机构为例，列出其详细步骤：,(1),曲柄摇杆机构,已知：,CD,杆长，摆角,及,K,，综合此机构。,步骤如下：,计算,180(K-1)/(K+1);,任取一点,D,，作腰长为,CD,的等腰三角形，夹角为,;,作,C1FC1C2,，作,C2F,使,C1C2F=90,两线交于,P;,作,F C1C2,的外接圆，,A,点必在此圆上。,选定,A,，连接,AC1,和,AC2,有,a,（曲柄），,b(,连杆）：,(2),曲柄滑块机构,已知,K,，滑块行程,H,，偏距,e,，设计此机构。,a,b,计算,180(K-1)/(K+1),；,作,C1 C2,H,；,作射线,C2M,，,使,C1C2M=90,，,作射线,C1N,垂直于,C1C2,两条射线交于,P,点；,以,C2P,为直径作圆；,作与,C1 C2,平行且偏距为,e,的直线，交圆于,A,或,A,，即为所求。,a,b,解析法平面连杆设计,解析法连杆机构设计可分为四类问题,:,1,、按预定的两连架杆对应位置设计,2,、按期望函数设计,3,、按预定的连杆位置设计四连杆机构,4,、轨迹生成机构的设计,但解析法平面连杆机构设计的,步骤,一般如下：,（,1,）选定精确点，或者由设计问题本身给定,精确点,;,（,2,）根据设计的问题对每一个精确点列出一,个方程，使得对于每一个精确点上的自变量,x,设计机构实际实现的函数值都等于预期给定的,函数值,f(x)=F(x),F(x),中包含了所以的待求的设,计参数,;,（,3,）在计算机上解方程,求出变量值,实验法连杆机构设计,当原动件,AB,绕固定铰链,A,转动时，连杆平,面上的点各自描绘出不同形状的轨迹，称之为,连杆曲线,。连杆曲线的形状和大小由各构件的绝对尺寸和轨迹点在连杆平面上的位置这两个条件来决定。,用实验法综合给定轨迹的连杆机构时，所要实现的轨迹（如图中M,点的轨迹）是已知的，要求设计出的连杆机构（如铰链四杆机构）能使连杆上的某点（如,M,点）沿着给定的轨迹运动，即能,复演轨迹,。,一般可先初选曲柄,长度和曲柄固定铰链与,已知轨迹的相对位置，,然后在连杆平面上选取,若干点（如图中,M,、,C,、,C,、,C”,等）。当令,M,点,沿已知轨迹运动时，连杆平面上的其余各点便画出不同轨迹。找出轨迹最接近圆弧的点（如图中,C,点）作为连杆上的另一个活动铰链，则可得到能满足要求的铰链四杆机构。,若在连杆平面上找不出轨迹最接近圆弧的点，应改变初选参数重新演试，直到得出满意的解为止。,二、齿轮机构,2-1.,概述,齿轮机构传递的运动平稳可靠，且承载能力大效率高、结构紧凑，使用寿命长是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。,应用,：,（,1,）,传递任意两轴之间的运动和动力,（,2,）变换运动方式,（,3,）变速,优点,：,（,1,）瞬时传动比恒定,（,2,）适用的载荷和速度范围广,（,3,）结构紧凑,（,4,）,传动效率高，,=0.94 0.99,（,5,）工作可靠和寿命长,缺点,：,（,1,）对制造和安装精度要求较高，成本高,（,2,）精度时,噪声和振动,（,3,）,不宜用于中心距较大的传动,齿轮机构的分类,1.,平面齿轮机构,用于传递两平行轴之间的运,动和动力。,*根据轮齿的排列位置可分为：内齿轮、外齿轮和,齿条；,*根据轮齿的方向可分为直齿轮、斜齿轮和人字齿,轮。,人字齿轮,2.,空间齿轮机构,用于传递空间两相交轴或两交错轴间的运动和动力。,*传递两相交轴间的运动,锥齿轮传动,；,按照,轮,齿在圆锥体上的排列方向,有直齿和曲线齿,两种。,*传递两交,错,轴间的运动,：,蜗杆机构,，,交错轴斜齿轮机构,。,*常用的齿轮机构是定传动比机构，但也有传动比 非定值的齿轮机构，常称之为非圆齿轮机构,。,齿轮各部分名称与符号,（,1,）,齿数,z,（,2,）,齿顶圆,d,a (,r,a),（,3,）,齿根圆,d,f (,r,f),（,4,）,基圆,d,b (,r,b),（,5,）,齿厚,s,（,6,）,齿槽宽,e,（,7,）,齿距,p8,）,分度圆,d,(,r,),度量基准圆,（,9,）,齿顶高,ha,（,10,）,齿根高,hf,df,=,d,-2,hf da,=,d,+,2ha,基本参数,（,1,）,.,模数,m,分度圆周长,d=zp,模数,标准化,d=mz,显然：,m,尺寸,强度,（,2,）,.,压力角,基圆：,国标规定,=,20,（也有用,45,、,15,）,分度圆（,r,）,具有标准模数和标准压力角的圆,基本参数,（,3,）,.,齿数,z,d=m z d,b,=d,cos,=,mz,cos,m,、,一定，,z,r,b ,渐开线形状，,z,齿条,（,4,）,.,齿顶高系数、顶隙系数,ha=ha,*,m hf=,ha,*+c*),m h=,(2,ha,*+c*),m,ha,*,、,c*,标准化,正常齿：,ha,*=1,、,c*=0.25,短 齿：,ha,*=0.8,、,c*=0.25,几何尺寸,（,1,）、标准齿轮,m,、,、,ha,*,、,c*,均为标准值，且,s=e=p,/2,的齿轮,2,）、标准齿轮正确安装,两分度圆相切，,与节圆重合,r,=,r,，,=,（,3,）、标准中心距,:,r,1,=,r,1,r,2,=,r,2,a,齿轮的安装,当一对标准齿轮按标准中心距（两轮分度圆相切）安装 时，称为,标准安装,。,非标准安装,时，两,齿轮分度圆不再相切，,节圆大于分度 圆；两,基圆相对分离，啮合角因此不再等于分度,圆压力角而加大；同,时，顶隙大于标准值，,而且出现侧隙。,使用场合,一般机械,汽车、拖拉机,金属切削机床,1.4,1.1,1.2,1.3,常用机械重合度取值,齿轮连续传动的条件：,为保证齿轮能连续平稳运转重合度,=(B1B2/Pb),1,。,=1,，表示齿轮在啮合过程中，始终只有一对齿轮参与啮合；,1,，表示齿轮啮合过程中，始终大于一对齿轮参与啮合。,1,，齿轮不能连续运转。,由于刀具的限制，这种加工方法在理论上,即存在误差。,盘状铣刀,指状铣刀,齿轮的加工方法,（,1,）,仿形法,（,2,）,展成法,1,）,.,切制原理,在一对齿轮作无侧隙啮合传动时有四个基本要素：一对齿廓（几何要素）和两轮的角速度,已知两个运动要素和一个几何要素，求出（产生）另一个几何要素的方法即为展成法，也叫范成法或包络法。是利用“一对轮齿作无侧隙啮合传动时齿廓互为包络线”的道理来工作的。,2,）,.,用展成法加工齿轮,常用刀具有齿轮型刀具和齿条型刀具，包括：,*齿轮插刀,刀具和轮坯间有展成、切削、进给,和让刀四种相对运动。,*齿条插刀,刀具沿轮坯切向移动，且要增加,沿该方向的往复运动；否则，刀具的齿数要无穷多。刀具和轮坯间的其他相对运动与使用齿轮插刀相同。,*齿轮滚刀,属于齿条型刀具。,加工时，滚刀的轴线与轮坯的端面应有一个等于滚刀螺旋升角,的夹角，以便切制出直齿轮。,*齿轮滚刀,滚刀在轮坯端面内的投影相当于一个齿条，即在轮坯端面内，滚刀和轮坯的运动相当于一对齿轮齿条的啮合。,由于切削运动连续，因此生产率高。而且，只要,m,、,相同，无论被加工齿轮的齿数是多,少，都可用同一把刀具加工。,齿轮的根切用展成法加工齿轮时，有可能发齿,根部分已加工好的渐开线齿廓又被切掉一块的情况，称为“根切”。,根切的后果：,削弱轮齿的抗弯强度；,使重合度,下降。,原因：加工的齿轮,齿数过少时，刀具的齿顶线,超过了理论啮合极限点,N,。,避免根切,：,直齿齿数最少为,17,、斜齿齿数最少为,14,根切现象是在展成法加工齿轮时发生的，使用,齿条型刀具比用齿轮型刀具更易产生根切。,变位齿轮,*通过改变刀具和轮坯的相对位置切制齿轮的方法,称为,变位修正法,，切制出的齿轮称为,变位齿轮,。,*刀具远离轮坯中心为正变位，,刀具趋近轮坯中心为负变位。,*刀具的移动量用,x,m,来表示，,称,x,为,变位系数,。,*规定：正变位时，,x,为正值；,负变位时，,x,为负值。,x=0,时,无变位,加工的齿轮为,标准齿轮。,变位齿轮,相对于标准齿轮而言，变位齿轮的分度圆没变，分度圆上的模数和压力角也保持不变。,正变位齿轮，分度圆上齿厚增大，齿槽宽减小,齿根高减小，齿顶高增大,;,负变位齿轮则相反。,正变位齿轮，齿根齿廓的曲率半径及齿厚均增大 强度提高；齿顶厚减小，齿顶变尖。负变位则相反,正确啮合条件：两变位齿轮的模数和压力角分别相等。,连续传动条件：重合度,。,变位齿轮的特点,1,）正传动的优点较多，,变位系数的选择范围较大，,其综合传动质量较好。,2,）在标准中心距的情况下，也可以采用等移距变位,用变位齿轮替代标准齿轮传动,，以改善传动质量。,3,）负传动的缺点较多，一般只用来配凑中心距,4,）对单个齿轮而言，其正变位使强度提高，负变位,相反。小齿轮一般多采用正变位,。,5,）变位齿轮传动的共同缺点：互换性差，必须成对,使用。,蜗杆传动的类型介绍,蜗杆,圆柱蜗杆,环面蜗杆,圆锥蜗杆,蜗杆,阿基米德蜗杆,渐开线蜗杆,圆弧齿蜗杆,圆柱蜗杆,设计、制造简单,常用,环面蜗杆、圆锥蜗杆,啮合性能好，承载能力、效率高，但设计、制造复杂,少用,蜗杆传动及其特点,1.,传动平稳，冲击、振动、噪声,（,类似具有连续,齿的螺旋传动）,2.,结构紧凑、获得较大的单级传动比,减速时：,5,i,12,70,，常用,1,5,i,12,50,分度机构,：可达,i,12,=1000,增速时：,i,12,=1/5 1/15,3.,1,V,时,自锁,4.,v,s,磨损,、发热,、效率,5.,传递的功率小,50 kW,6.,成本,蜗轮材料贵重,内燃机中齿轮的应用,2-2-2,实用示例,车床传动机构,车床主轴传动系统,车床溜板箱换向机构,齿轮变速机构,直齿,人字形齿轮,非圆齿轮,更多动画,2-2-3.,齿轮机构设计,设计任务,：,根据齿轮传动的工作条件和要求、输入轴 的转速和功率、齿数比、原动机和工作机的工作特性、齿轮工况、工作寿命、外形尺寸等要求，确定：齿轮材料和热处理方式、主要参数、结构形式及尺寸、精度等级及其检验公差。,设计过程,：,（）设计时，所以参量均为未知，要现假设预选，预选内容：齿轮材料、热处理方式、精度等级和主要参数（,Z1,、,Z2,、,等,),；,（）根据强度条件初步算出齿轮的分度圆直径或模数，并进一步计算出齿轮的主要几何尺寸，以次为基础，选出能满足强度条件的可行方案；,（）评测上述方案，从中选择最优方案作为设计参数的最终方案。,设计步骤,：,（,1,）要求分析,使用条件分析,主要对齿轮传动条件：传动功率、主动轮转速、齿数比、转矩、圆周速度等基本参数进行计算。,（,2,）设计任务,确定一种能满足功能要求和设计约束的较好的设计方案包括：,一组基本参数：,m,、,z1,、,z2,等,主要几何尺寸,d1,、,d2,、,a,1,）选择齿轮的材料和热处理方式,2,）确定需用应力,a.,确定极限应力,b.,计算应力循环次数，确定寿命系数,c.,计算许用应力,（）初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸,1,）选择齿轮的类型,2,）选择齿轮的精度等级,3,）初选参数,4,）初步计算齿轮的尺寸,5,）验算齿轮的弯曲强度条件,（,4,）确定可行方案和较优方案,（,5,）结构设计和零件图绘制,具体设计实例：,机械设计,，钟毅芳，华中科技大学出版社，,2001,。,P60,2-3.,轮系机构,轮系,定轴轮系,周转轮系,复合轮系,行星轮系，差动轮系,2K-H,型,3K,型,K-H-V,型,定轴轮系,+,周转轮系,周转轮系,+,周转轮系,2-3-1.,概述,轮系,：由一系列互相啮合的齿轮组成的传动机构，用于原动机和执行机构之间的运动和动力传递。,特点,：,1.,实现大传动比传动,2.,实现相距较远两轴之间的传动,3.,实现变速与换向传动,4.,实现分路传动,5.,实现结构紧凑且重量较小的大功率传动,6.,实现运动的合成与分解,7.,实现复杂的轨迹运动和刚体导引,定轴轮系,：,当轮系运转时，所有齿轮的几何轴线相对于机架的位置均固定不变,周转轮系,:,当轮系运转时，至少有一个齿轮的几何轴线相对于基架的位置不固定，而是绕某一固定轴线回转,2,行星轮,H,系杆,1,中心轮,3,中心轮,基本构件,根据轮系所具有的自由度不同，周转轮系又可分为：,差动轮系,和,行星轮系,差动轮系：,F=2,计算图,b),所示机构自由度,图中齿轮,3,固定,行星轮系：,F=1,计算图,a),所示轮系自由度：,2K-H,型,根据基本构件的特点，轮系可分为：,2K,H,型，,3K,型，,K-H-V,型（,K,为中心轮、,H,为系杆、,V,为输出轴,),3K,型,系杆,H,只起支撑行星轮使其与中心轮保持啮合的作用，不作为输出或输入构件。,复合轮系,:,由定轴轮系和周转轮系、或几部分周转轮系组成的复杂轮系各周转轮系相互独立不共用一个系杆。,定轴轮系,+,周转轮系,周转轮系,+,周转轮系,转向：,1,、所有齿轮轴线都平行的情况用,法,（,m,为外啮合齿轮的对数）,2,、输入、输出轮的轴线相互平行,画箭头方法确定，可在传动比大小前加正或负号,3,、输入、输出齿轮的轴线不平行,画箭头方法确定，且不能在传动比大小前加正或负号,大小：,定轴轮系的传动比计算,H,1,3,1 ,1,2 ,2,3 ,3,H ,H,构件 原角速度 转化后的角速度,H,1,1,H,H,2,2,H,H,3,3,H,H,H,H,H,0,周转轮系传动比计算,周转轮系,定轴轮系 系杆,机架反转法：将整个轮系加一个公共角速度（,H,）,转化机构（定轴）,转化前后各构件的转速：,周转轮系传动比,=,上式“”说明在转化轮系中,H1,与,H3,方向相反。,周转轮系转动比的一般计算公式,:,式中,m,、,n,、,H,分别两个太阳轮和行星架,当架,n=0,时，上式可改写为：,注意,:,上述计算公式适用于行星轮系,m,、,n,平行的构件,复合轮系传动比计算,1),首先将各个基本轮系正确地区分开来；,2),分别列出计算各基本轮系传动比的方程式；,3),找出各基本轮系之间的联系；,4),将各基本轮系传动比方程式联立求解，即可求,得混合轮系的传动比。,2-3-2.实用示例,行星轮机构,周转轮系,周转轮系,复合轮系,摆线针轮行星轮系,车床传动机构,车床溜板箱换向机构,轮系传输机构,汽车差速器机构,谐波齿轮,更多动画,2-3-3.,轮系机构设计,2K-H,行星齿轮系是一种共轴式轮系,这种轮系的各齿数应满足以下两个条件,:,(1).,实现给定的转动比,(,传动比条件,);,(2).,两中心轮及转臂的轴线重合,(,同心条件,),。,在生产实际中，为了使行星轮系中的惯性力相互平衡，减轻轮齿上的载荷，减小中心轮的 轴承上的作用力，一般采用多个行星轮的对称结构，而这也需要满足以下条件：,（,1,）转臂上的所以行星轮能严格均匀的转入两个中心轮之间（装配条件）：,其中且,以上即单排,2K-H,行星轮系应满足的传动条件。,当,（,2,）相邻的两行星轮的齿顶不能相碰（足邻条件）。,设计步骤（,2K-H,行星轮系）：,1),传动比条件,有：,由此可得：,上式即为单排,2K-H,行星轮系所要求满足的同心条件。,2,）同心条件,行星轮系要求两中心轮及转臂重合,所以,由于中心轮,3,是固定不动的，若,K,为整数时,则在位置,a,必然又出现开始装第一个行星轮时的状态，于是可在位置,a,装入第二个行星轮，余此类推，直至,N,个行星轮装完。这就是单排,2K-H,行星轮系满足的转配条件。,3,）装配条件,行星轮系中装有多个均布的行星轮，并要求所以这些行星轮均布于两个中心轮之间。,即,由此可得单排,2K-H,行星轮系应当满足的邻接条件为：,4,）邻接条件,行星轮的个数,N,越多，其承载越大，但时行星轮个数,N,又极值，其原则为相邻的两行星轮不能相碰。则不相碰的条件为：,2-4.,凸轮机构,2-4-1.,概述,凸轮机构：,是一种高副机构。广泛应用于各种机械，尤其是自动机械中。,凸轮机构组成,:,凸轮、从动件、机架。,凸轮：具有特定曲线轮廓或沟槽的构件，通常,在机构运动中作主动件。,从动件：与凸轮接触并被直接推动的构件。,机架：支撑凸轮和从动件的构件。,从动件形式,凸轮机构的分类,1),按凸轮的形状,圆柱凸轮、盘形凸轮（移动凸轮）,2),按从动件的运动形式,摆动从动件移动从动件,3),按从动件的形式,尖底从动件、平底从动件、,滚子从动件,盘形槽凸轮机构,4),按凸轮与从动件的锁合形式,力锁合型、几,何（形）锁合型,凸轮机构的,特点,1,）结构简单；,2,）运动可靠；,3,）只要有确定的适当的凸轮轮廓曲线，就可以使,从动件实现比较复杂的运动规律；,4,）凸轮机构是高副机构，接触应力大、磨损大，,多用来实现较小载荷的运动控制或运动补偿。,这种自动送料凸轮机构，能够完成输送毛坯到达预期位置的功能，但对毛坯在移动过程中的运动没有特殊的要求。,自动送料凸轮,1-,圆柱凸轮,2-,直动从动件,3-,毛坯,凸轮机构的,应用,1,）实现预期的位置要求,2,）实现预期的运动规律要求,这种凸轮在运动中能推动摆动从动件,2,实现均匀缠绕线绳的运动学要求。,绕线机凸轮,1-,凸轮,2-,摆动从动件,3-,线轴,3,）实现运动和动力特性要求,1-,凸轮,2-,气阀,3-,内燃机壳体,这种凸轮机构能够实现气阀的运动学要求，并且具有良好的动力学特性。,h,基圆,：,以凸轮最小矢径,r,0,为半径所作的圆,r,0,基圆半径,A,点,起始、,转动,接触点：,A,B,推程、推程角,0,、行程,h,B,C,远休程、远休,止角,01,C,D,回程、回程角,0,D,A,近休程、近休止角,02,0,+,01,+,0+,02,=,2,2-4-2,.,实用示例,绕线机凸轮,装夹机构,装夹机构,气门控制机构,换档机构,其它凸轮机构,更多,动画,2-4-3.,凸轮机构设计,（,1,）凸轮廓线设计的基本原理,反转法,（,2,）用作图法设计凸轮廓线,步骤,：工作要求,运动规律位移曲线,+,其它条件,设计凸轮廓线,A,A,s,1,1,B,3,2,A,1,B1,s,反转法：,假定凸轮不动，使推杆反,转并,在道路中作预期的运动，则,尖底的轨迹,凸,轮廓线,。,1),设计原理,：,起始位置，凸轮与从动件,A,点接触，凸轮以,1,逆时针转过,B,接触,从动件上升,s,A,A,将整个机构沿,-,1,转过,角,凸轮未动，从动、导路反转，,运动规律不变。,2),用作图法设计凸轮廓线,（一）直动尖低推杆盘形凸轮,机构,1,、对心凸轮机构,已知：,s,2=,s,2,（,）、,r,0,、,1,（逆时针）,设计凸轮廓线,步骤：,（,1,）,作位移线图,s2-,，,且等,分,1,、,3(,或列表计算,),C,1,C,9,C,2,C,3,C,4,C,5,C,6,C,7,C,8,C,10,1,2,3,4,B,0,O,-,1,B,1,B,2,B,3,B,4,B,5,B,6,B,7,B,8,B,9,B,10,（,2,）作基圆，取起始点,B,0,（3）,沿,-,1,分基圆为,1,、,2,、,3,、,4,且等分,1,、,3,（,4,）量取相应位移量,（,5,）光滑,连接,B,0,、,B,1,、,B,2,B,0,凸轮廓线,。,1,1,A,3,2,e,O,2,、篇置凸轮机构,已知：,s,2=,s,2,（,）、,r,0,、,1,（逆时针）,分析：,推杆与凸轮回转中心始终,保持距离,e,。,偏距圆,以距离,e,为半,径作的圆推杆的运动方向总是,与偏距圆相切,所以从动件的位移量应,该在各切线上量取，其余步骤,与对心从动件凸轮设计方法雷同。,1,1,A,3,2,e,O,理论廓线,实际廓线,r,0,（二）滚子推杆盘形凸轮机构,分析,：滚子中心,从动,件的运动规律,中心轨迹,与凸轮廓线,等距曲线,中心,尖底 凸轮廓线,理论廓线，,以,理论廓,线为圆心，以,滚子半径,r,k,为半径作一系列小圆,包洛线实际廓线,r,0理论廓线的基圆半径,2-5-1.,棘轮机构,2-5-2.,槽轮机构,2-5-3.,凸轮式间歇机构,2-5-4.,不完全齿轮机构,2-5-5.,万向联轴器,2-5-6.,机构综合应用实例,2-5.,其它机构,棘轮,摇杆,棘爪,止动棘爪,2-5-1,棘轮机构,1,、棘轮机构的组成及工作特点,1,）,组成,：棘轮、摇杆、棘爪、止动棘爪,2,）,工作特点,将主动摇杆的往复,摆动转换为棘轮的单向,间歇运动,结构简单、制造方,便，运动可靠，转角可,调；冲击、噪声大，精,度低,低速、轻载场合。,2,、棘轮机构的类型,1,）按棘轮结构分类,2,）按啮合方式分类,3,）按运动形式分类,齿式棘轮机构,摩擦式棘轮机构,外啮合方式,内啮合方式,从动件单向间歇转动,从动件单向间歇移动,3,、棘轮机构的功能,1,）间歇送进,2,）制动,3,）转位、分度,4,）超越离合,星轮,1,逆时针回转时，滚拄,4,带动套筒一同回转；行星轮,1,顺时针回转时，套筒停止不动。套筒只随行星轮逆时针回转，从这个意义上说，它是一个单向离合器,。,4,、棘轮机构的设计要点,齿面倾角,、摩擦角,要使棘爪能顺利滑入，反力,F,R,对,O,的力矩要迫使棘爪进入棘轮齿底，,即：,一般取,2-5-2,槽轮机构的组成及工作特点,1,、槽轮机构的组成及工作特点,1,）组成：,主动拨盘、从动槽轮、机架,2,）工作特点,将主动拨盘的连续转动,转换为槽轮的单向间歇转动。,结构简单、尺寸小，传,动平稳、效率高；柔性冲击,中,低速场合。,拨盘,槽轮,2,、槽轮机构的类型和应用,1,）按轮槽的位置,2,）按拨盘与槽轮轴线的位置,外槽轮机构,内槽轮机构,平面槽轮机构,空间槽轮机构,主动凸轮轮连续转动,从动轮,间歇转动,2-5-3,凸轮式间歇运动机构,2-5-4,不完全齿轮机构,主动轮连续转动,从动轮,间歇转动,万向铰链机构,（,万向联轴节）,用于传递空间相交轴之间的运动和动力,1,、单万向联轴节,2-5-5,万向铰链机构,2,、双万向联轴节,要使主、从动轴角速度恒等，必须满足：,（,1,）主从动轴,1,、,3,和中间轴,2,位于同一平面；,（,2,）主从动轴,1,、,3,与中间轴,2,的夹角相等；,（,3,）中间轴,2,两端的叉面位于同一平面。,2-5-6.,机构综合应用实例,电影放映机的间歇机构,石油开采设备,机械手,自动送料机构,专用夹具,冲压设备,其它组合机构,更多,动画,