间歇运动机构讲解

第六章间歇运动机构一、教学目的和教学要求1、教学目的：拓宽学生的知识面，使学生知道存在某一类机构。2、教学要求结合专业需要对棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构、星轮机构等一些其他常用机构的工作原理、运动特点及其应用有所了解。二、本章重点教学内容及教学难点重点：了解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的组成、运动特点及其运动设计的要点。至于凸轮式间歇机构和星轮机构，只需了解它们的运动特点。难点：如何组织教学内容，使学生没有杂乱无章之感。§6-1棘轮机构一、棘轮机构的组成、工作特点及类型棘轮机构的典型结构是由摇杆、棘爪、棘轮、止动爪和机架组成。可将主动摇杆连续往复摆动变换为从动棘轮的单向间歇转动。其棘轮轴的动程可以在较大范围内调节，且具有结构简单、加工方便、运动可靠等特点。但冲击、噪音大，且运动精度低。棘轮上的齿大多做在棘轮的外缘上，构成外接棘轮机构，也有做在圆筒内缘上的，这时构成内接棘轮机构。至于其他形式的齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构仅作为了解，以开阔眼界。

二、棘轮机构的设计要点在设计棘轮机构时，首要的问题是确定棘轮轮齿的倾斜角，因为为了保证棘轮机构工作的可靠性，在工作行程时，棘轮应能顺利地滑入棘轮齿底。棘轮齿面倾斜角S的确定：棘轮齿面倾斜角S为齿面与轮齿尖向径的夹角。为了使棘爪能顺利地进入棘轮齿间，则要求齿面总作用力R对棘爪轴心的力矩方向应迫使棘爪进入棘轮齿底。即应满足条件:（6-1）其中中为摩擦角。§6-2槽轮机构一、槽轮机构的组成、工作特点及类型槽轮机构的典型机构是由由主动拨盘、从动槽轮及机架组成。可将主动拨盘的连续转动变换为槽轮的间歇转动。并具有结构简单、尺寸小、机械效率高、能较平稳地间歇转位等特点。普通槽轮机构有外槽轮机构和内槽轮机构之分。为了满足某些特殊的工作要求，在某些机械中还用到一些特殊型式的槽轮机构，如不等臂长的多销槽轮机构、球面槽轮机构、偏置槽轮机构等。从动槽轮E靖轮二、普通槽轮机构的运动系数及运动特性（1）普通槽轮机构的运动系数在单销外槽轮机构中，当主动拨盘回转一周时，从动槽轮运动时间七与主动拨盘转一周的总时d间r之比称为槽轮机构的运动系数，并以k表示，即k=—d=—~—（6-2）t2z式中z——槽轮的槽数。如果在拨盘上均匀地分布n个圆销，则当拨盘转动一周时，槽轮将被拨动n次，则该槽轮机构的运动系数为（6-3）k=n(1（6-3）2z运动系数必须是大于零而小于1。（2）普通槽轮机构的运动特性主动拨盘以等速度«1转动。当主动拨盘处在中］位置角时，从动槽轮所处的位置角甲2、角速度«2及角加速度a分别为2中=arctan［Xsin中/（1-acos中）］（一中<a〈中）（6-4）①二①X（cos甲-X）/（1一2Xcos甲+X2）（6-5）（6-5）a二①21人（人2—1）sin甲/（1-2人cos甲+人2）2（6-5）式中X=k/L=sin(兀/z)当拨盘的角速度«1一定时，槽轮的角速度及角加速度的变化取决于槽轮的槽数z,且随槽数z的增多而减少。此外，圆销在啮入和啮出时，有柔性冲击，其冲击将随z减少而增大。三、槽轮机构的设计要点槽轮槽数的确定711由式k=--可知，槽轮糟数z愈多，k愈大，槽轮转动的时间增加，停歇的时间缩短。因2zk>o,故槽数z>3，但当z>12时，k值变化不大，故很少使用z>12的槽轮。因此，一般取z=3〜12，而常用槽数为3,4，6，8。一般情况下，槽轮停歇时间为机器的工作行程时间；槽轮传动的时间则是空行程时间。为了提高生产率，要求机器的空行程时间尽量短，即k值要小，也就是槽数要少。由于z愈少，槽轮机构运动和动力性能愈差，故一般在设计槽轮机构时，应根据工作要求、受力情况、生产率等因素综合考虑，合理选择k值，再来确定槽数z0。一般多取z=4或6。圆销数目的确定单销外啮合槽轮机构的k值总是小于0.5,即槽轮的运动时间总是小于其停歇时间。如果要求k>0.5的间歇运动时，可以采用多销外啮合槽轮机构，其销数n应满足式n<2z(z-2)(6-6)当z=3时，n=1〜6；当z=4时，n=l〜4；当z=5或6时，n=l〜3；当z>7时，n=l~2。§6-3不完全齿轮机构、不完全齿轮机构的组成、工作特点及类型不完全齿轮机构是由普通齿轮机构演变而得的一种间歇运动机构。不完全齿轮机构的主动轮的轮齿不是布满在整个圆周上，而只有一个或几个齿，并根据运动时间与停歇时间的要求，在从动轮上加工出与主动轮相啮合的齿。不完全齿轮机构设计灵活、从动轮的运动角范围大，很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。但加工复杂;不宜用于高速转动；主、从动轮不能互换。在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不完全齿轮机构同齿轮啮合相同，可分为外啮合、内啮合及不完全齿轮齿条机构。二、设计要点1）主动轮首末齿齿顶需降低，以避免齿顶干涉。2）改善从动轮动力特性的措施，加瞬心线附加板，减少啮入及啮出阶段的冲击。§6-6例题精选例6-1有一外啮合槽轮机构，已知槽轮槽数z=6,槽轮的停歇时间为1s,槽轮的运动时间为2s。求槽轮机构的运动特性系数及所需的圆销数目。解：当主动拨盘1回转一周时，槽轮2的运动时间为td=2x6=12秒，主动拨盘转一周的总时间为t=(1+2)x6=18秒，所以k=t/1=1218=—。d-3」2—(11、kn(———)32z:.n—2例6-2在转动轴线互相平行的两构件中，主动件作往复摆动，从动件作单向间歇转动，若要求主动件每往复一次，从动件转12°。试问：(1)可采用什么机构？(2)试画出其机构示意图；简单说明设计该机构尺寸时应注意哪几个问题？解：棘轮机构。如图所示设计时应注意两个问题(保证机构可靠工作)：齿形要符合自动啮紧条件。12°应是每齿所对中心角的倍数。而主动件的摆角应为12°+2△甲。△甲为空程角，在12°前后各加△甲角。例6-2图解第七章实现其他功用机构本章重点：了解万向联轴节及螺旋机构的组成、运动特点及其运动设计的要点。至于行程增大和可调机构、供料机构及抓取机构、瞬心线机构、共轭曲线机构以及组合机构只需了解它们的运动特点。本早要求：结合专业需要对万向联轴节、螺旋机构等机构的工作原理、运动特点及其应用有所了解。§7-1万向联轴节可用于传递两相交轴间的运动和动力，而且在传动过程中，两轴之间的夹角可以变动。它广泛用于汽车、机车等机械传动系统中。单万向铰链机构7-1单万向联袖弥单万向铰链机构是由主动轴1、从动轴2、中间十字构件及机架组成。当两轴夹角为a时，若主动轴1以等角速度①1回转时，则从动轴2的角速度①2将在一定范围内变化，即①cosa<w<w/cosa（7-1）且变化幅度与两轴夹角a的大小有关。a愈大，w2的变化幅度愈大，故一般取a<300。（2）双万向铰链机构。为了消除单万向铰链机构中从动轴变速转动的缺点，常采用由两个单万向铰链机构形成的双万向铰链机构。为了实现主、从动轴的角速度恒相等，其结构必须满足的条件为：1）轴1，3和中间轴2必须位于同一平面内；2）主动轴1、从动轴3与中间轴2的轴线之间的夹角应相等；3）中间轴两端的叉面应位于同一平面内。图7-3双万向联袖节§7-2螺旋机构螺旋机构是由螺杆、螺母及机架组成。一般情况下，它是将螺杆的旋转运动转换为螺母沿螺杆轴向的移动。但在丫＞甲^的情况下，也可将螺母移动变为螺杆的转动。螺旋机构的主要优点是能获得很大减速比和力的增益。可通过选择螺旋导程角使机构具有自锁性，但机构效率较低。1.螺旋机构的运动分析简单螺旋机构中，当螺杆1转过角度甲时，螺母2将沿螺杆1轴向移动的距离为s,其值为s=1中/(2k)(7-2)式中I为螺旋的导程(mm)。差动螺旋机构此螺旋机构中存在具有两段不同导程lA和lB，且为螺纹旋向相同的螺杆。当螺杆转过角度甲时，螺母相应移动的距离为s，即s=(lA-七)中/(2兀)(7-3)当导程lA与lB相差很小时，位移s很小。这种差动螺旋机构又称为微动螺旋机构，常用于微调、测微和分度机构中。复式螺旋机构此螺旋机构中存在具有两段不同导程lA和lB，且为螺纹旋向相反的螺杆。当螺杆转过角度甲时，螺母相应移动的距离为s，即s=(lA+1「甲/(2k)(7-4)此种螺旋机构可实现螺母的快速移动。

螺旋的螺纹导程角、导程和头数为了满足不同的工作要求，螺旋机构应选用不同的几何参数。要求具有自锁性或起微动作用的螺旋机构，宜选用单头螺纹，使螺纹具有较小的导程及导程角；对于要求传递大的功率或快速运动的螺旋机构，则采用具有较大导程角的多头螺旋。§7-3行程增大和可调机构（不讲）§7-4供料机构及抓取机构（不讲）§7-5组合机构常把几个基本机构组合起来加以应用，就构成了所谓的组合机构。利用组合机构不仅能满足多种设计要求，而且能综合应用和发挥各种基本机构的特点，所以组合机构越来越得到广泛的应用。组合机构可以是同一类的基本机构的组合，也可以是不同类型基本机构的组合。常见的组合机构有联动凸轮组合机构、凸轮一齿轮组合机构、齿轮一连杆组合机构等。®7-27实现复杂运动猊律的组合机构图7-况有运动反愦的组合机构

§7-6瞬心线机构（不讲）§7-7共轭曲线机构（不讲）§7-8例题精选例7-1图示螺旋机构中，螺杆1分别与构件2和3组成螺旋副，导程分别为L12=2mm,、=3mm，如果要求构件2和3如图示箭头方向由距离H广I。。mm快速趋近至气=90^，试确定:⑴两个螺旋副的旋向（螺杆1的转向如图）;（2）螺杆1应转过多大的角度。例7-1图解：（1）左边的螺旋副为左旋，右边的为右旋。（2）H=H-H=100-90=10mm设两螺母移动的距离分别为S1和S2，则s=L中/（2兀）=2中/（2兀）=中/兀s2=L3中/（2兀）=3中/（2兀）中=4兀螺杆1应转过4兀。例7-2螺旋机构如图所示，A>B>C均为右旋，导程分别为L^=6mm,L^=4mm,L^=24mm。试求当构件1按图示方向转1转时，构件2的轴向位移s2及转角中2。例7-2图解：设轴向位移向右为正，右旋导程为正，则右视图逆时针方向转动为正。构件1轴向位移：s=La里］/（2兀）（1）其中中1为构件1的转角。构件2相对于1的轴向位移：s21=Lb览1/（2兀）=LB（览—中1）/（2兀）（2）其中9=2兀（S/Lc）（3）22C构件2轴向位移s=s+s1（4）由（1）一（4）可解出：s=（La-ElL—Lc代入已知量甲1=一2兀、La、Ls>Z得：s=—2.4mm，即构件向左移2.4mm。再将S=—2.4代入（3）得:2中2=一*‘E，即构件2右视逆时针转36。例7-3如图所示，轴1、2用万向联轴节A相联，轴2、3用万向联轴节B相联，1、2轴线所在平面与2、3轴线所在平面相互垂直。试问：欲使轴1与轴3的角速度相等，须满足哪些条件?例7-3图解：须满足:⑴中间轴两端的叉平面相互垂直;(2)aA=aB第十四章机械平衡本章重点：使学生掌握刚性转子平衡、动平衡的原理和计算方法。本章难点：是刚性转子动平衡概念的建立，和平衡基面选不同位置时质径积的换算问题。本早要求：1）掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法。2）了解平面四杆机构的平衡原理。§14-1概述机械在运转时，构件所产生的惯性力和惯性力矩在运动副上引起了大小和方向不断变化的附加动压力，这不仅会增大运动副中的摩擦和构件中的内应力，降低机械效率和使用寿命，而且必将引起机械及其基础产生强迫振动以及可能产生的其他不良现象。机械平衡的目的就是为了完全或部分地消除惯性力的不良影响，借助于选择构件质量将不平衡惯性力和惯性力矩加以消除或减少。在机械中，由于各构件的结构和运动形式不同，其所产生的惯性力的平衡方法也不同。对于绕固定轴转动的回转构件（即转子），可以就其本身加以平衡；对于做往复移动或平面运动的构件必须就整个机构进行研究。所以，机械的平衡问题分为转子的平衡和机构在机座上的平衡两类。刚性转子的平衡问题分为静平衡与动平衡两种。§14-2刚性转子的平衡设计和平衡实验一、刚性转子的静平衡对于轴向尺寸较小的盘类（宽径比bDv0.2）转子，如齿轮、盘形凸轮和飞轮等，其所有质量都可以认为在垂直于轴线的同一平面内。这种转子的不平衡是因为其质心位置不在回转轴线上，且其不平衡现象在转子静止时就能够显示出来，故称为静不平衡。对于这种不平衡转子，只须重新分布其质量，使质心移到回转轴线上即可达到平衡，这种平衡称为静平衡。由此可知，刚性转子的静平衡条件为：其惯性力的矢量和应等于零，或质径积的矢量和应等于零。即►£P=0或£m-r=0（9-1）凡满足这一条件的构件称为静平衡构件。

图14-3刚性转子的静平衡设计图14-3刚性转子的静平衡设计对于轴向尺寸较大的转子（bD>0.2），如内燃机曲轴、电机转子和机床主轴等，其质量就不能再被认为分布在同一平面内。这种转子的不平衡，除了存在静不平衡外，还会存在力偶的不平衡。这种不平衡在转子运转的情况下才能完全显示出来，故称为动不平衡。对于动不平衡的转子，须选择两个垂直于轴线的平衡基面，并在这两个面上适当加上（或除去）两个平衡质量，使转子所产生的惯性力和惯性力偶矩都达到平衡，这种平衡称为动平衡。由此可知，刚性转子动平衡的条件为：其惯性力的矢量和等于零，其惯性力矩的矢量和也应等于零。即（9-2）凡满足这一条件的转子称为动平衡转子。实际上，一般的回转构件既是动不平衡又是静不平衡，只有满足动平衡的条件，才能达到完全平衡。因此，动平衡是转子平衡的基本方法，而静平衡只能解决盘类转子的平衡问题。三、转子的平衡计算及平衡实验造成转子的质量分布不均匀而引起不平衡的原因是多种多样的。但可归结为两种情况；一是结构的原因；二是制造的原因。对于因结构不对称而引起不平衡的转子，其平衡是先根据其结构确定出各不平衡质量的大小及方位，再用计算的方法求出转子平衡质量的大小和方位来加以平衡的，即设计出理论上完全平衡的构件。对于结构上是对称的，即理论上是平衡的转子，由于制造的不准确、安装的误差及材料不均匀等原因，也会引起不平衡，而这种不平衡量是无法计算出来的，只能在平衡机上通过实验的方法来解决。故所有转子均须通过实验的方法才能予以平衡。平衡计算1）转子的静平衡计算：对于结构不对称的盘形转子，先按其结构形状及尺寸确定出各不平衡质量的大小及位置后，根据静平衡条件列出转子包含平衡质量的质径积平衡方程式，然后用图解法（即取质径积比例尺^mr（kg・cm/mm），作质径积矢量多边形进行求解）或解析法求出应加的平衡质量的大小及其方位。对于静不平衡的转子，不论它有多少个偏心质量，都只需要在同一个平衡面内增加或除去一个平衡质量即可获得平衡，故又称为单面平衡。2）转子的动平衡计算：对于结构不对称的动不平衡转子，先按其结构形状及尺寸确定出各不平衡质量的大小及方位（包括所在平面的位置），然后，选择两个平衡基面，并根据力的平行分解原理，将各不平衡质量的质径积分别等效到两平衡基面上，再分别按每个平衡基面建立质径积的平衡方程式，最后用图解法或解析法求解出两平衡基面的平衡质量的大小及方位。由此可见，动平衡计算是通过简化为两个平衡基面的静平衡问题来进行计算的。对于任何动不平衡的转子，不论它有多少个偏心质量，以及分布于多少个回转平面内，都只需要在选定的两个平衡基面内分别各加上或除去一个平衡质量即可获得平衡，故动平衡又称为双面平衡。平衡实验。转子的静平衡实验是借助于静平衡实验装置将转子的静不平衡现象较容易地显示出来，然后再经过反复试加平衡质量直至转子的静不平衡现象消失为止，即转子已达到静平衡。转子的动平衡实验则需在专用的动平衡机上进行，目前使用较多的动平衡机是根据振动原理设计的，并且利用测振传感器将由转子转动所引起的振动信号经过电子线路加以处理和放大后，再由电子仪器依次显出转子的两平衡基面上应加平衡质量的大小和方位。而转子的平衡精度是用转子的许用不平衡量来控制的。因此，除要搞清楚平衡实验原理及方法外，还应搞清楚转子的许用不平衡量的表示方法。至于机构的平衡问题，只要求了解其方法。§14-3挠性转子的动平衡简介（不讲）§14-4平面机构的平衡（不讲）§14-5多缸发动机惯性力的部分平衡简介（不讲）§14-6例题精解例14-1图示盘形回转件上存在三个偏置质量，已知m=10kg，m=15kg，m=10kg，123r=50mm，r=100mm，r=70mm，设所有不平衡质在同一回转平面内，问应在什么方位上加多大的平衡质径积到平衡？解.:mr=10x50=500kg-mmmr=15x100=1500kg-mm©量分布才能达mr=10x70=700kg-mmI*3共线’可代数相加得例9-1图m3r3—m匕=700-500=200kg-mm方向同r3平衡条件：mr+mr+mr+mr=0bb112233所以依次作矢量(mr+mr),mr，封闭矢量mr即所求，如图示。331122bbmbr=J2002+15002=1513.275kg-mm0=2700+arctg^200=277.595^1500例9-1图解例14-2图示盘状转子上有两个不平衡质量：%=180mm，相位如图。现用去重法来平衡，求的质量的大小和相位(设挖去质量处的半径r=140mm)。m=1.5kg，m=0.8kg12r=140mm，1所需挖去解:不平衡质径积&210kg-mmmr=144kg-mm静平衡条件mr+mr+mr=022bb例9-2图解得mr=140kg例9-2图应加平衡质量秫广140/140=1kg挖去的质量应在mbr矢量的反方向，140mm处挖去1kg质量。例9-2例9-2图解由三个互偏心轮的衡平面A%，其回试求mA。例9-3图例14-3高速水泵的凸轮轴系相错开12CP的偏心轮组成，每一质量为m，其偏心距为r，设在平和B上各装一个平衡质量mA和转半径为2r，其他尺寸如图示。和％的大小和方向（可用图解法）解:偏心轮的不平衡质径积mr=mr=mr=mrCCDDEE分别分解到平衡平面A和B(mr)=200mr/250=4mr/5(mr)=50mr/250=mr/5CCACCB(mr)=125mr/250=mr/2(mr)=125mr/250=mr/2DDADDB(mr)=50mr/250=mr/5(mr)=200mr/250=4mr/5EEAEEB动平衡条件(mr)+(mr)+(mr)+(mr)=0bbACCADDAEEA(mr)+(mr)+(mr)+(mr)=0bb由三个互偏心轮的衡平面A%，其回试求mA。例9-3图(mr)=mr/2因为r=2r，所以(m)=m=0.25m，

(mr)-mr/2因为、=2r,所以(m「=mB=0.25m方向如图示。.1.户y’；-乎王例9-3图解例14-4一回转体上有三质量：m1=3kg,m2=1kg,m3=4kg，绕z轴等角速度旋转，r1=60mm，r=140mm，r=90mm，其余尺寸如图示，试用图解法求应在平面I和II处各加多大