1、第九章 其它常用機構及組合機構,91 棘輪機構 92 槽輪機構 93 凸輪式間隙運動機構 94 不完全齒輪機構 95 螺旋機構 96 萬向鉸鏈機構 97 機構的組合方式與組合機構 98 常用組合機構的類型與功能,本章重點與難點,1.棘輪機構工作原理及設計要點,2.槽輪機構工作原理及設計要點,4.組合機構及其分類,3.萬向鉸鏈機構的工作原理及特點,在工程上，我們不但會遇到連續運轉的機構,而且也會常常遇到非連續運轉的機構,即時而運轉時而靜止的機構,這類機構統稱為間隔運動機構,最常用的間隔運動機構有:,棘輪機構,槽輪機構,凸輪式間隙運動機構,不完全齒輪機構,下面分別介紹這些機構的工作原理及設計要點。

2、,一、棘輪機構的組成及其工作原理,組成：擺桿、棘爪、棘輪、止動爪、 機架等。,91 棘輪機構,工作原理：擺桿往復擺動，帶動棘爪推動棘輪上的棘齒和從棘齒上滑過的方式，以實現周期性間歇運動。,優點：結構簡單、制造方便、運動可靠、轉角可調。,缺點：工作時有較大的沖擊和噪音，運動精度較差。適用于速度較低和載荷不大的場合。,作者：潘存云教授,棘輪,擺桿,棘爪,止動爪,牛頭刨棘輪機構.exe,換句話說，當擺桿左擺時，棘爪插入棘輪的齒內推動棘輪轉過某一角度；當擺桿右擺時，棘爪滑過棘輪，而棘輪靜止不動；因此，當搖桿往復擺動時，棘輪作單向的間歇運動。 止動爪防止棘輪反轉 。,在棘輪機構中，一般擺桿為原動件,棘輪

3、為從動件。,棘輪 類型,按輪齒分布：,外緣、 內緣、 端面棘輪機構。,二、棘輪機構的類型與應用,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,按輪齒分布：,外緣、 內緣、 端面棘輪機構。,二、棘輪機構的類型與應用,按工作方式：,單動式、 雙動式棘輪機構。,棘輪 類型,雙動棘輪機構.exe,作者：潘存云教授,按輪齒分布：,外緣、 內緣、 端面棘輪機構。,二、棘輪機構的類型與應用,按工作方式：,單動式、 雙動式棘輪機構。,單向、雙向運動棘輪機構。,按棘輪轉向是否可調:,棘輪 類型,雙向棘輪1.exe,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,按輪齒分布：,外緣、 內緣、 端面棘輪機構。,二、棘輪機構的類型與應用,

4、按工作方式：,單動式、 雙動式棘輪機構。,單向、雙向運動棘輪機構。,按棘輪轉向是否可調:,按轉角是否可調:,固定轉角、可調轉角,牛頭刨床進給調整機構 通過調整桿長來調擺角,通過調滑動罩來調角度,棘輪 類型,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,棘輪 類型,按輪齒分布：,外緣、 內緣、 端面棘輪機構。,二、棘輪機構的類型與應用,按工作方式：,單動式、 雙動式棘輪機構。,單向、雙向運動棘輪機構。,按棘輪轉向是否可調:,按轉角是否可調:,固定轉角、可調轉角,輪齒棘輪、 摩擦棘輪,按工作原理分 :,超越離合器.exe,摩擦棘輪.exe,作者：潘存云教授,運動特點：,輪

5、齒式棘輪工作時噪音大且轉角為步進可調，但運動準確。而摩擦棘輪正好相反。,應用：在各類機械中實現進給、轉位、超越或分度。,實例：止動器、沖床轉位、超越離合器（單車飛輪）等。,間歇轉動,沖頭,卸料工位,裝料工位,沖壓工位,作者：潘存云教授,三、設計要點,要求在工作時，棘爪在Pn和F的作用下，能自動滑入棘輪齒槽。,正壓力Pn,摩擦力F,必滿足如下條件：,Mo2(Pn)Mo2(F),齒傾角,棘爪為二力桿，驅動力P沿O2A方向，當P與向徑O1A垂直時，驅動力矩M最大。該機構中,工作齒面與向徑O1A間的夾角稱為齒傾角，記為 。,1.棘爪能順利插入棘輪的條件,Pn,F,P,作者：潘存云教授,Pn sin,

6、F= Pn f 代入得：,tg f, ,當 f=0.2 時，1130,通常取20,Mo2(Pn)Mo2(F),將力分解成切向和徑向分量,=tg,齒傾角,Fcos,L,L,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,2.棘輪幾何尺寸計算公式,模數m,1、1.5、2、2.5、3、 3.5、4、5、6、8、10,齒頂圓直徑da da =mz 與齒輪不同,齒間距p P=m,齒高h h=0.75m,齒頂弦長a a=m,棘爪工作面長度a1 a1=(0.50.7)a,齒傾角 20,棘輪寬b b=(14)m,棘爪斜高h1 、齒斜高h h1=h h/cos,棘輪齒根圓角半徑rf rf =1.5 mm,棘爪尖端圓角半徑r

7、1 r1 =2 mm,棘爪長度L 一般取 L=2p,6080,o1,o2,齒數z 1225,作者：潘存云教授,92 槽輪機構（馬爾它機構）,一、槽輪機構的組成及其工作特點,組成：帶有徑向槽的槽輪、帶圓銷的撥盤、機架等。 撥盤和槽輪上都有鎖止弧：槽輪上的凹圓弧、撥盤上的凸圓弧，起鎖定作用。,鎖止弧,槽輪,撥盤,圓銷,工作原理：,撥盤為原動件,在電機帶動下,連續勻速轉動；槽輪為從動件,在撥盤上的圓銷推力作用下時而轉動，時而靜止,當撥盤的圓銷尚未進入槽輪的徑向槽時，槽輪的內凹弧被撥盤的外凸弧卡住，槽輪靜止不動。,通常,撥盤為原動件,槽輪為從動件。,電影放映機.exe,作者：潘存云教授,特點：結構簡單

8、、制造容易、工作可靠、機械效率高，能平穩地、間歇地進行轉位。因槽輪運動過程中角速度有變化 ，不適合高速運動場合。,鎖止弧,槽輪,撥盤,圓銷,如4個槽的槽輪機構：撥盤旋轉一周，槽輪旋轉1/4周。,又如6個槽的槽輪機構：撥盤旋轉一周，槽輪旋轉1/6周。,當撥盤的圓銷在圖示位置開始進入槽輪徑向槽時，鎖止弧被松開，圓銷驅使槽輪傳動。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,二、槽輪機構的類型與應用,球面槽輪機構,應用實例： 電影放映機、 自動攝影機。,外嚙合槽輪機構,內嚙合槽輪機構,槽輪機構類型,放映機的反應用,設計：潘存云,電影放映機.exe,球面槽輪機構.exe,外嚙合槽輪機構,內嚙合槽輪機構,作者：

9、潘存云教授,1.運動系數k,撥盤等速回轉，在一個運動循環內，總的運動時間t為：,t2/1,定義： k=td / t 為運動系數，即：,k=td / t,為了減少沖擊，進入或退出嚙合時，槽中心線與撥銷中心連線成90角。故有：,td21/1,槽輪的運動時間td為(靜止時間為ts),=21/2,21=22,=(2/z),= 2(z-2)/2z,代入上式,三、槽輪機構的運動系數及運動特性,ttd+ts,將21代入得：, k0,可知：當只有一個圓銷時，k=1/2-1/z,如果想得到k0.5的槽輪機構，則可在撥盤上多裝幾個圓銷，設裝有n個均勻分布的圓銷，則撥盤轉一圈，槽輪被撥動n次。故運動系數是單圓柱銷的

10、n倍，即:,k= n(1/2-1/z), k1, 槽數 z3,得：n2z/ (z -2),k =1/2-1/z,7 12 0.361,4 14 0.251,5 、6 13 0.31,即槽輪的運動時間總是小于其靜止時間。, 0.5,作者：潘存云教授,2.運動特性,外嚙合槽輪機構,規定: 和在圓銷進入區為正，在圓銷離開區為負，變化區間為：,11,在ABO2中有如下關系：,22,令 R / L，并代入上式得：,槽輪的運動是靠圓銷的撥動來實現的。在一個運動循環內，槽輪經歷了從“靜止運動靜止”的過程，因此，槽輪的角速度是變化的，從而具有角加速度，以下將分析槽輪運動的變化規律。設槽輪在任意運動瞬時，撥盤位

11、置角用來表示，槽輪位置角用表示。,分別對時間求一階導數、和二階導數，得：,令i21=2/1 (傳動比) ,k=2/21 得：,將上述i21、k隨的變化繪制成曲線，稱為槽輪機構的,其中： d/dt =1,其中：d1 /dt = 0,運動特性曲線。,運動特性曲線,z=3,z=3,z=4,z=6,z=4,z=6,運動特性分析： 槽輪運動的max、amax隨槽數z的增多而減小。,圓銷進入或退出徑向槽時，角速度有突變，存在柔性沖擊。Z愈少，沖擊愈大。設計時選較大Z,且為偶數。,作者：潘存云教授,四、槽輪機構的幾何尺寸計算,圓銷半徑r 由受力大小確定 rR/6,中心距L 由安裝空間確定,回轉半徑R R=L

12、sin=Lsin(/z),槽頂半徑s s=Lcos=Lcos(/z),槽深h hs-(L-R-r),撥盤軸徑d1 d12(L-s),槽輪軸徑d2 d22(L-R-r),槽頂側壁厚b b=35 mm 經驗確定,例1 已知外槽輪機構的槽數z6，圓銷數目n1，拔盤作勻速轉動n1=60r/min。試求槽輪運動時間td和靜止時間ts 。,解：1),2)由于n1=60r/min=60r/60s=1r/s,其中t：在一個運動循環中，拔盤的運動時間。,將t值代入式a) 、b)得,例2：在外槽輪機構中，已知槽數z6，槽輪運動時間td=2ts和槽輪靜止時間ts =5/6s，試求運動特性系數k、拔盤一個運動循環內的

13、運動時間t和拔盤上圓銷數目n。,解：1)求拔盤一個運動循環內的運動時間t,2)求運動特性系數k,3)求拔盤上圓銷數目n,因為 k= n(1/2-1/z)=2/3,93 凸輪式間歇運動機構(簡介),一、工作原理及特點,工作原理:當圓柱凸輪連續勻速回轉，推動均布有柱銷的從動轉盤作間歇轉動。,特點：從動圓盤的運動規律取決于凸輪廓線的形狀。,凸輪式間歇運動機構由主動凸輪、從動轉盤和機架組成。,擺動圓柱凸輪.exe,作者：潘存云教授,應用： 適用于高速、高精度的分度轉位機械，如制瓶機、包裝機、高速沖床、多色印刷機等機械。,二、類型及應用,類型：圓柱凸輪間歇運動機構、蝸桿凸輪間歇運動機構,圓柱凸輪間歇運動

14、機構,蝸桿凸輪間歇運動機構,94 不完全齒輪機構(簡介),一、工作原理及特點,工作原理：在主動齒輪只做出一個或幾個齒，其余部分為鎖止圓弧。根據運動時間和停歇時間的要求在從動齒輪上做出與主動輪相嚙合的輪齒。當兩輪齒進入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止弧定位使從動輪靜止。,優點：結構簡單、制造容易、工作可靠、從動輪運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內變化。,缺點：從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速、輕載場合。,作者：潘存云教授,內嚙合不完全齒.exe,組成：主動齒輪、從動齒輪、機架,外嚙合不完全齒輪機構,內嚙合不完全齒輪機構,應用：適用于一些具有特殊運動要求的專用

15、機械中。如蜂窩煤餅壓制機等。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,二、類型及應用,類型：1)外嚙合不完全齒輪機構、2)內嚙合不完全齒輪機構,作者：潘存云教授,瞬心線附加桿,蜂窩煤餅壓制機,鎖止弧,鎖止弧,使運動平穩,不完全齒輪,95 螺旋機構(簡介),組成：螺桿1、螺母2、機架3。,運動特點：在該機構中,一般螺桿為原動件,作連續回轉，螺母為從動件,作軸向移動。,優點：獲得很大的減速比和力的增益。,缺點：機械效率較低。,應用：螺旋壓力機、千斤頂、機床進給裝置、微調機構等。,一、 螺旋機構及其應用,作用:利用螺旋副傳遞運動和動力的機構。,螺旋機構.exe,二、運動分析,導程l螺桿旋轉一圈(2)，螺

16、母前進的距離。,螺旋轉過任意角時，螺母的位移s為：,s / r =l /2r,s=l/2,螺距p相鄰螺紋牙齒同側齒面之間的距離。,兩者關系為：l = z p，z為螺紋的頭數。,B,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,且: lAlB,s =( lAlB)/2,當差(lAlB)很小時，s將很小。,這種螺旋機構稱為差動螺旋機構，用于微量測量（千分尺）、分度機構、調節機構中。,s1=lA/2,螺母2相對于螺桿1的位移為：,s2=lB/2,螺母2相對于機架3的位移為：,圖示螺旋機構中，螺母A固定，螺母2可沿軸向移動，,1)當A、B段螺紋旋向相同時 螺桿1相對于機架3的位移為：,B,作者：潘存云教授,作者

17、：潘存云教授,作者：潘存云教授,2)當A、B段螺紋旋向相反時,螺母2的相對位移為： s =( lAlB)/2,稱為復式螺旋機構，用于車輛的快速靠近或離開、電桿拉線機構等。,作業布置 P276 9-5,第二講,96 萬向鉸鏈機構 97 機構的組合方式與組合機構 98 常用組合機構的類型與功能,作用：用于傳遞兩相交軸之間的動力和運動，而且在傳動過程中，兩軸之間的夾角可以改變。,應用：廣泛應用于汽車、機床等機械傳動系統中。,單萬向鉸鏈機構,96 萬向鉸鏈機構(簡稱萬向聯軸器) (簡介),雙萬向鉸鏈機構,分類:,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,結構特點：兩傳動軸末端各有一個叉形支架，用鉸鏈與中間的

18、“十字形”構件相聯，“十字形”構件的中心位于兩軸交點處，軸間角為 ：,=045,一、單萬向鉸鏈機構及特點,由運動學可得:,由上式可知，2為兩軸夾角和主動軸轉角 的函數。,作者：潘存云教授,二、雙萬向鉸鏈機構及特點,將兩個單萬向鉸鏈機構串聯使用，構成雙萬向鉸鏈機構。,結構特點：欲保證1= 2,必滿足下述條件：,主動軸1、從動軸2的軸線與中間軸C的軸線之間的夾角應相等，即1=2 ；,中間軸C兩端的叉面應在同一平面內。, 97、8 組合機構及類型,一、機構的組合方式,在工程上,人們不但會使用單個基本機構（稱為子機構）,如連桿機構、凸輪機構等，而且也會把若干種基本機構用一定方式聯接起來成為組合機構。目

19、前,機構的組合方式有許多,下面介紹機構組合的若干方式，而且機構的組合是發展新機構的重要途徑之一。,1.串聯式組合,若前一級子機構1的輸出構件即為后一級子機構2的輸入構件時，則這種組合方式稱為串聯式組合。,凸輪與滑塊機構組合,子機構1凸輪機構1，2 子機構2 滑塊機構2，3，4,2.并聯式組合,若幾個子機構1、2共用同一個輸入構件，而它們的輸出運動又同時輸入給一個多自由度的子機構3，從而在整體上形成一個自由度為1的機構系統，則這種組合方式稱為并聯式組合。,子機構1凸輪機構 子機構2 凸輪機構 子機構3 五桿機構（桿1、2、3、4、6）,火柴裝盒機中鉤盒機構,3.復合式組合,由一個或幾個串聯的基本機構1去封閉一個具有兩個或多個自由度的基本機構2，則這種組合方式稱為復合式組合。,子機構1 1-4-5凸輪機構 子機構2 1-2-3-4-5,與串聯式相比，不同處： 串聯：子機構2的輸入為子機構1的輸出。 復合：子機構2的輸