第7章其他常用机构及其设计

1、青岛科技大学专用 潘存云教授研制其他常用机构7-1 万向联轴节万向联轴节7-2 螺旋机构螺旋机构7-3 棘轮机构棘轮机构7-4 槽轮机构槽轮机构7-5 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 7-6 凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构 7-7 非圆齿轮机构非圆齿轮机构7-8 擒纵轮机构擒纵轮机构7-9 组合机构组合机构青岛科技大学专用 潘存云教授研制简述以前介绍的若干机构的运动特点，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构。轮系机构。除此之外，工程上还广泛需要其它运动形式：加工牙膏筒的自动六角车床加工牙膏筒的自动六角车床牙膏灌浆机牙膏灌浆机车螺纹车螺纹41装牙膏筒装牙膏筒2车帽口车帽口6卸牙膏筒卸牙膏筒5切尾切

2、尾3空闲空闲灌浆灌浆封口封口主动件作主动件作连续旋转连续旋转从动件作间歇转从动件作间歇转停停转转从动件作连续精确的直线移动从动件作连续精确的直线移动从动件作连续旋转，但其轴线不固定从动件作连续旋转，但其轴线不固定其它运动形式：其它运动形式：引言：引言：青岛科技大学专用 潘存云教授研制车床的走刀运动车床的走刀运动螺旋机构螺旋机构螺旋机构将丝杠的等速回转变换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。成为刀架溜板的等速直线移动。后轮的驱动轴总是相对于后轮的驱动轴总是相对于发动机输出轴上下摆动。发动机输出轴上下摆动。青岛科技大学专用 潘存云教授研制71 万向联轴节万向联轴节(万向联轴节万

3、向联轴节)作用：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。中，两轴之间的夹角还可以改变。共轴、 有夹角应用：应用：广泛应用于汽车、机床等机广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。械传动系统中。1.单万向铰链机构单万向铰链机构结构特点：结构特点：两传动轴末端各有一个叉形两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的支架，用铰链与中间的“十字形十字形”构件构件相联，相联，“十字形十字形”构件的中心位于两轴构件的中心位于两轴交点处，轴间角为交点处，轴间角为 。运动分析：运动分析：两轴平均传动比为两轴平均传动比为1，

4、但瞬时传动比是动态变化的。，但瞬时传动比是动态变化的。在任意位置有：在任意位置有：2 21 121211 12 22121青岛科技大学专用 潘存云教授研制由图可得：由图可得：2 21 1/cos /cos 2121 21A21A2 2 2 21 121A21A在图示位置时，在图示位置时， 2 2 、1 1 、21A 21A 共面，故可知共面，故可知:21B21B 0 01221A2A1 1B其中其中2121是一个空间矢量，可分解成绕是一个空间矢量，可分解成绕AB轴旋转的两个分量：轴旋转的两个分量：2121 21A21A 21B21B为最大值青岛科技大学专用 潘存云教授研制可知可知2 2 的变化

5、范围为：的变化范围为：在图示位置时，在图示位置时， 2 2 、1 1 、21B 21B 共面，故可知共面，故可知:2121 21B21B21A21A0 02 2 ”2 21 121B21B由图可得：由图可得：”2 21 1cos cos 即：即： 1 1cos cos 2 2 1 1/cos /cos ”2 2 2 2 2 2121211 1BBA2为最小值青岛科技大学专用 潘存云教授研制2.双万向铰链机构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。串联实用，构成双万向铰链机构。安装要求：安

6、装要求：主动、从动、中间三轴共面；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；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。中间轴两端的叉面应在同一平面内。21C21C青岛科技大学专用 潘存云教授研制72 螺旋机构螺旋机构组成：组成：螺杆、螺母、机架。螺杆、螺母、机架。运动特点：运动特点：一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。优点：优点：获得很大的减速比和力的增益。获得很大的减速比和力的增益。缺点：缺点：机械效率较低。机械效率较低。应用：应用：螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调

7、机构等。螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构等。 肥皂输送机构1.螺旋机构螺旋机构及其应用及其应用在在v 时时,也可以螺母为作轴向移动，迫使螺杆转动。也可以螺母为作轴向移动，迫使螺杆转动。如起子青岛科技大学专用 潘存云教授研制2.运动分析运动分析导程导程l螺旋转一圈螺旋转一圈(2)，螺母前进的距离。，螺母前进的距离。螺旋转过任意螺旋转过任意角时，螺母的位移角时，螺母的位移s为：为： s / rr =l /r2lr r2ss=l/2螺距螺距p相邻螺纹牙齿同侧齿面之间的距离。相邻螺纹牙齿同侧齿面之间的距离。两者的关系为：两者的关系为：l = z p，z为螺纹的头数。为螺纹的头数。强调Z=1r

8、r将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：213KK向向213213青岛科技大学专用 潘存云教授研制且且: lAlB s =( lAlB)/2当差当差(lAlB)很小时，很小时，s将很小。将很小。这种螺旋机构称为微这种螺旋机构称为微(差差)动螺旋机构，用于测微计（千动螺旋机构，用于测微计（千分尺）、分度机构、调节机构（分尺）、分度机构、调节机构（镗刀微调机构镗刀微调机构）中。）中。s1=lA/2螺母螺母2相对于螺杆相对于螺杆1的位移为：的位移为：s2=lB/2螺母螺母2相对于机架相对于机架3的位移为：的位移为：K向向图示螺旋机构中，螺母图示螺旋机构中

9、，螺母A固固定，螺母定，螺母2可沿轴向移动，可沿轴向移动，当当A、B段螺纹旋向相同时，段螺纹旋向相同时，螺杆螺杆1相对于机架相对于机架3的位移为：的位移为：2A3B2A3BA3K lB lAlAlB lA-lB青岛科技大学专用 潘存云教授研制当当A、B段螺纹旋向相反时，段螺纹旋向相反时，镗刀进给量调整镗刀进给量调整微动螺旋机构微动螺旋机构差动螺旋应实例：差动螺旋应实例：复式螺旋机构复式螺旋机构l1=1.25 mm(右右)l2=1 mm(右右)2A3B螺母螺母2的位移为：的位移为： s =( lAlB)/22A3BA3 lA LA+lB lB称为复式螺旋机构，用于车辆的快称为复式螺旋机构，用于车

10、辆的快速靠近或离开、电杆拉线机构等。速靠近或离开、电杆拉线机构等。青岛科技大学专用 潘存云教授研制一、棘轮机构的组成及其工作原理一、棘轮机构的组成及其工作原理组成：组成：摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。73 棘轮机构棘轮机构工作原理：工作原理：摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动。摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动。优点：优点：结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。缺点：缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。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。适用于速度较低和载荷不大的场合。棘轮棘轮类型类

11、型按工作方式有：按工作方式有：按轮齿分布有：按轮齿分布有：按转角是否可调按转角是否可调: 固定转角、可调转角固定转角、可调转角 调杆长摆角、加滑动罩轮齿棘轮、轮齿棘轮、 摩擦棘轮摩擦棘轮 演示模型外缘、外缘、 内缘、内缘、 端面棘轮机构。端面棘轮机构。单向、双向运动棘轮机构。单向、双向运动棘轮机构。二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用按棘轮转向是否可调按棘轮转向是否可调:按工作原理分有按工作原理分有 :单动式、单动式、 双动式棘轮机构。双动式棘轮机构。青岛科技大学专用 潘存云教授研制1 12 274 槽轮机构槽轮机构（马尔它机构）（马尔它机构）一、槽轮机构的组成及其工作特点一、槽轮

12、机构的组成及其工作特点作用：作用：将连续回转变换为间歇转动。将连续回转变换为间歇转动。组成：组成：带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。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。弧、拨盘上的凸圆弧，起锁定作用。特点：特点：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳结构简单、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地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速度有变化 ，不适，不适合高速运动场合。合高速运动场合。o1工作过程：工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧拨盘

13、连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。o2锁止弧锁止弧槽轮槽轮拨盘拨盘圆销圆销青岛科技大学专用 潘存云教授研制二、槽轮机构的类型与应用二、槽轮机构的类型与应用球面槽轮机构球面槽轮机构应用实例：应用实例： 电影放映机、电影放映机、 自动摄影机、自动摄影机、六角车床转塔六角车床转塔。外啮合槽轮机构外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构槽轮机槽轮机构类型构类型轴线平行轴线平行轴线相交轴线相交放映机的反应用外啮合槽轮机构外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构1 122 2球面槽轮机构球面槽轮机构青岛科技大学专用 潘存云教授研制六槽内槽轮六槽内槽轮拨

14、盘拨盘六角车床转塔六角车床转塔圆销圆销车螺纹车螺纹41装牙膏筒装牙膏筒2车帽口车帽口6卸牙膏筒卸牙膏筒5切尾切尾3空闲空闲青岛科技大学专用 潘存云教授研制三、槽轮机构的运动系数及运动特性三、槽轮机构的运动系数及运动特性1.运动系数运动系数拨盘等速回转，在一个运动循环内，拨盘等速回转，在一个运动循环内，总的运动时间为：总的运动时间为： t2/2/1 1定义：定义： k=td / t 为运动系数，即：为运动系数，即： k=td / t为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中心连线成心线与拨销中心连线成90角。故有：角。故有：221 1222 2td2 21

15、1/1 1槽轮的运动时间为：槽轮的运动时间为：=21 1/2909021 1=2 22 2=(2(2/z)/z)= = 2(z-2)/2z 2(z-2)/2z代入上式1 12 2青岛科技大学专用 潘存云教授研制将将21 1代入得：代入得： k0k0可知：当只有一个圆销时，可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/zk=1/2-1/z如果想得到如果想得到k0.5k0.5的槽轮机构，则可在的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个圆销，设拨盘上多装几个圆销，设装有装有n个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动n次。故运次。故运动系数是单圆柱销的动系数是单圆柱销的n倍

16、，即倍，即: k=n(1/2-1/z)1/2-1/z) k1k1 槽轮的槽数槽轮的槽数 z3 z3 得：得：n2z/2z/ (z -2)z -2)提问：why k1？ 事实上，当k=1时，槽轮机构已经不具备间歇运动特性了。k =1/2-1/z =1/2-1/z7120.361槽数槽数z圆销数圆销数n运动系数运动系数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。即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。 00运动特性曲线运动特性曲线z=3z=3z=4z=6z=4z=6分析：分析：槽轮运动的槽轮运动的maxmax、amaxmax随随z z的增

17、多而减小。圆销进入或退出的增多而减小。圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，故存在柔性冲击。径向槽时，角速度有突变，故存在柔性冲击。Z Z愈少，冲击愈大。愈少，冲击愈大。后半段正好相反。后半段正好相反。青岛科技大学专用 潘存云教授研制四槽内槽轮的角速度四槽内槽轮的角速度和角加速度变化曲线和角加速度变化曲线z=4(2)内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构用同样方法可求得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。的运动曲线如图所示。分析：分析：圆销进入或退出径向槽时，与圆销进入或退出径向槽时，与外槽轮一样，角速度有突变，且值相外槽轮一样，角速度有突变，且值相等。但随着转角增大，角加速

18、度值迅等。但随着转角增大，角加速度值迅速下降并趋于零；然后负角加速度又速下降并趋于零；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机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。多。青岛科技大学专用 潘存云教授研制1四、槽轮机构的几何尺寸计算四、槽轮机构的几何尺寸计算圆销半径圆销半径r 由受力大小确定由受力大小确定 rR/6中心距中心距L 由安装空间确定由安装空间确定回转半径回转半径R R=Lsin=Lsin(/z)槽顶半径槽顶半径s s=Lcos=Lcos(/z)槽深槽深h

19、 hs-(L-R-r)拨盘轴径拨盘轴径d1 d12(L-s)槽轮轴径槽轮轴径d2 d22(L-R-r)参参 数数 计算公式或依据计算公式或依据槽数槽数z 由工作要求确定由工作要求确定圆销数圆销数nRsd1d2rhLr0槽顶侧壁厚槽顶侧壁厚b b=35 mm 经验确定经验确定b锁止弧半径锁止弧半径r0 r0=R-r-b青岛科技大学专用 潘存云教授研制75 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 1.工作原理及特点工作原理及特点工作原理：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。其余停歇时间的要求在从动

20、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。齿部分由锁止弧定位使从动轮静止。优点：优点：结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动时间和结构简单、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。静止时间的比例可在较大范围内变化。2.类型及应用类型及应用类型：类型：外啮合不完全齿轮机构外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构应用：应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。如乒乓适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。如乒乓

21、球拍周缘铣削加工机床、蜂窝煤饼压制机等。球拍周缘铣削加工机床、蜂窝煤饼压制机等。缺点：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。般只用于低速、轻载场合。其它常用机构其它常用机构青岛科技大学专用 潘存云教授研制外啮合不完全齿轮机构外啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构青岛科技大学专用 潘存云教授研制铣刀铣刀不完全齿轮不完全齿轮1乒乓球拍专用靠模铣床乒乓球拍专用靠模铣床123458976球拍球拍靠模凸轮靠模凸轮不完全齿轮不完全齿轮1青岛科技大学专用 潘存云教授研制蜂窝煤饼压制机蜂窝煤饼压制机不

22、完全齿轮不完全齿轮压制压制退煤饼退煤饼填料填料填料填料瞬心线附加杆瞬心线附加杆锁止弧锁止弧锁止弧锁止弧使运动平稳青岛科技大学专用 潘存云教授研制76 凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构 1.工作原理及特点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。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：特点：从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。优点：优点：可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避免冲击、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。适应高速运转的要求。定位精确、且结

23、构紧凑。缺点：缺点：凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。2.类型及应用类型及应用类型：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青岛科技大学专用 潘存云教授研制R2圆柱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蜗杆凸轮间歇运动机构牙膏灌浆机牙膏灌浆机灌浆灌浆封口封口应用：应用： 适用于高速、高精度的分度转位适用于高速、高精度的分度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、拉链嵌齿、机械制瓶机、纸烟、包装机、拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机等机械。高速冲床、多色印刷机等机械。青岛科技大学专用 潘存云教授研制77 非圆

24、齿轮机构非圆齿轮机构应用实例：滚筒式平板印刷机、压力机、机床转位机构、非应用实例：滚筒式平板印刷机、压力机、机床转位机构、非线性函数电位机构、流量计、书心脊背加工联动机构等。线性函数电位机构、流量计、书心脊背加工联动机构等。非圆齿轮机构是一种用于变传动比传动的齿轮机构。其节线不是非圆齿轮机构是一种用于变传动比传动的齿轮机构。其节线不是圆，常用的椭圆形、心形和螺旋线形曲线等。圆，常用的椭圆形、心形和螺旋线形曲线等。有专门书籍介绍2211椭圆齿轮椭圆齿轮青岛科技大学专用 潘存云教授研制滚筒式平板印刷机滚筒式平板印刷机压力机压力机自动机床转位机构自动机床转位机构青岛科技大学专用 潘存云教授研制非圆齿

25、轮非圆齿轮非线性函数电位机构非线性函数电位机构椭圆齿轮椭圆齿轮书心脊背加工联动机构书心脊背加工联动机构椭圆齿轮椭圆齿轮流量计流量计青岛科技大学专用 潘存云教授研制78 擒纵轮机构擒纵轮机构一、擒纵轮机构的组成及其工作原理一、擒纵轮机构的组成及其工作原理组成：组成：擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮。擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮。工作原理：工作原理：擒纵轮受发条力矩的擒纵轮受发条力矩的驱动，游丝摆轮系统往复摆动驱动，游丝摆轮系统往复摆动，带动擒纵叉往复摆动，卡住或释带动擒纵叉往复摆动，卡住或释放擒纵轮，并使它间歇转动。放擒纵轮，并使它间歇转动。461213378546121337854612133785461

26、2133785青岛科技大学专用 潘存云教授研制二、擒纵轮轮机构的类型与应用二、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机构无固有振动系统型擒纵轮轮机构134212434612133785-计时精度高，用于钟表。计时精度高，用于钟表。-结构简单、成本低、计结构简单、成本低、计时精度不高，用于自动记时精度不高，用于自动记录仪、时间继电器、计数录仪、时间继电器、计数器、定时器、测速器、照器、定时器、测速器、照相机快门和自拍器等。相机快门和自拍器等。青岛科技大学专用 潘存云教授研制79 组合机构组合机构组合机构：组合机构：将几种基本机构组合在一起，并形成一个封闭的传将几种基本机