机械设计基础 课件 05机械常用机构介绍

机械常用机构介绍

【学习目标】

掌握螺旋传动、棘轮机构、槽轮和不完全齿轮棘轮、槽轮和不完全齿轮工作原理、类型和应用。【知识点】1.螺旋机构、棘轮和槽轮机构的组成、分类及特点。2.棘轮、槽轮和不完全齿轮工作原理和应用。第五章课程内容第一节螺旋机构第二节棘轮机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋结构一、螺旋传动的结构、类型与特点二、螺旋传动机构的传动效率和自锁一、机构组成：螺杆、螺母和机架。主要功能：将旋转运动变换为直线运动，并同时传递运动和动力螺旋机构分类：1.按用途和受力情况分类：传递运动、传递动力和用于调整机构；2.按摩擦性质分类：滑动螺旋机构、滚动螺旋机构和静压螺旋机构。

螺旋机构优点：结构简单、工作连续平稳、传动比大、承载能力强、传递运动准确、易实现自锁等优点，故应用广泛螺旋机构缺点：摩擦损耗大、传动效率低。【“工程机械之王”——盾构机】——盾构机，即使用盾构法的全断面隧道掘进机，是当前主流的隧道施工机械，多用于地铁和高铁建设，被誉为“工程机械化之王”。第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构二、螺旋传动机构的传动效率和自锁

在一定工作范围内，螺纹升角ϕ越大，传动效率η越高；摩擦角ρ_v越大（即当量摩擦系数f_v大），传动效率η越低。因此，对传动用螺旋机构，螺纹牙形的选择直接影响其传动效率，一般常用矩形、梯形螺纹。螺旋机构的传动效率η为螺母转动一周的有效功与输入功之比。

5-1螺旋机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第二节棘轮机构一，棘轮机构的工作原理棘轮机构由棘轮、棘爪、摇杆和机架组成。在摇杆做往复摆动，棘轮做单向的间歇转动。。备注：通常锯齿形齿的棘轮用于单向转动的棘轮机构，棘爪随摇杆连续地往复摆动时，棘轮只作单向的间歇运动。如图5-7自行车飞轮即为单动式棘轮机构。外啮合式棘轮机构5-2棘轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构二、棘轮机构的类型及应用棘轮机构分类：齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构。外啮合式棘轮机构内啮合式棘轮机构双动棘爪棘轮机构矩形齿棘轮机构5-2棘轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构

外摩擦式棘轮机构滚子式内摩擦棘轮机构调节曲柄长度改变棘轮转角调节覆盖罩角度改变棘轮转角双动棘爪调节棘轮转角5-2棘轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第三节槽轮机构一、槽轮机构组成与分类槽轮机构也属于间歇运动机构，由槽轮、拨盘和机架组成。槽轮机构双圆柱销外槽轮机构5-3槽轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构二、槽轮机构的特点及应用1.特点：结构简单，工作可靠，转动的角度准确可控。2.应用：电影放映机卷片机构电影放映机卷片机构自动传送链装置5-3槽轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第四节不完全齿轮机构一、不完全齿轮机构工作原理

不完全齿轮机构：主动轮齿数较少，从动齿轮是完整齿轮或齿条，或为不完全齿轮。运动：主动轮连续转动，从动轮间歇转动。不完全齿轮机构5-4不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构二、不完全齿轮机构特点及应用1.特点：结构简单，制造方便，从动轮的运动时间和静止时间的比例可不受机构结构的限制。2.分类：外啮合式、内啮合式和齿轮齿条式等3.应用：低速或轻载场合，如多工位间歇转位机构、间歇进给机构和计数机构等外啮合式内啮合式齿轮齿条式5-4不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构《机械设计基础》谢谢！下次课再见！《机械设计基础》主编：胡孟谦张晓娜

机械工业出版社2024年11月

课程内容第一章机械设计概论第二章平面机构运动简图第三章平面连杆机构第四章凸轮机构第五章其他常用机构第六章齿轮机构第七章蜗杆传动第八章轮系第九章带传动与链传动第十章联接第十一章轴第十二章轴承第十三章联轴器离合器制动器第十四章机械创新设计【学习目标】掌握螺旋传动、棘轮机构、槽轮和不完全齿轮棘轮、槽轮和不完全齿轮工作原理、类型和应用。【知识点】1.螺旋机构、棘轮和槽轮机构的组成、分类及特点。2.棘轮、槽轮和不完全齿轮工作原理和应用。

第五章第五章其他常用机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构一、螺旋传动的结构、类型与特点机构组成：螺杆、螺母和机架主要功能：将旋转运动变换为直线运动，并同时传递运动和动力。螺旋机构分类：1.按用途和受力情况分类：传递运动、传递动力和用于调整机构；2.按摩擦性质分类：滑动螺旋机构、滚动螺旋机构和静压螺旋机构。螺旋机构优点：结构简单、工作连续平稳、传动比大、承载能力强、传递运动准确、易实现自锁等优点，故应用广泛螺旋机构缺点：摩擦损耗大、传动效率低。【“工程机械之王”——盾构机】——盾构机，即使用盾构法的全断面隧道掘进机，是当前主流的隧道施工机械，多用于地铁和高铁建设，被誉为“工程机械化之王”。

第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构图5-1硬岩掘进机“中铁859号”第一节螺旋机构第二节棘轮结构第一节螺旋机构第二节棘轮机构第三节槽轮机构基本传动形式传动示意图应用特点螺母固定、螺杆转动并轴向移动

可获得较高的传动档度，适合干行程较小的场合，如千斤顶、压力机、台虎钳螺杆固定、螺母转动并轴向移动

结构简单、紧凑，但精度较差，使用不便，应用较少螺母转动、螺杆轴间移动

结构较复杂，用于仅器调节机构，如螺旋千分尺的微调机构螺杆转动，螺母轴向移动

结构紧凑、刚性好，适用于行程较大的场合，如车床的丝杠进给机构说明：1.φ为螺杆或螺母转角；2.用左（右）手定则判别移动方向：四指握向代表转动方向，拇指指向代表移动方向。右旋螺纹用右手定则，左旋螺纹用左手定则1.滑动螺旋机构按螺杆上螺旋副的数目分为：单螺旋机构和双螺旋机构两种。单螺旋机构组成：1个螺杆、1个螺母

移动速度（mm/s）：

n：主动件转速（r/min）；：导程（mm）。n：主动件转速（r/min）；：导程（mm）。第四节不完全齿轮机构（2）双螺旋机构：两个螺母、螺杆有两段不同螺纹分类：差动螺旋机构、复式螺旋机构备注：在双螺旋机构中，螺杆具有的两段不同螺纹分别与两个螺母组成两个螺旋副。如图5-2所示，根据两螺旋副的旋向组合，双螺旋机构可分为差动螺旋机构和复式螺旋机构两种传动形式。1）差动螺旋机构差动螺旋机构中两螺旋副的螺纹旋向相同，螺杆为主动件转动，螺母1固定，螺母2只能移动不能转动。当螺杆转过φ角时，移动螺母相对机架的位移为s当两处螺纹的导程Ph1和Ph2相差很小时，位移s可以很小。差动螺旋机构应用于各种微动装置中，如测微器、分度机构、精密机械进给机构及精密加工力具等。2）复式螺旋机构复式螺旋机构的两螺旋副中的螺纹旋向相反。螺母2为左旋螺纹，螺母2'为右旋螺纹移动螺母相对机架3的位移s为复式螺旋机构中的螺母能产生很大的位移，可应用于需快速移动或调整的装置中，故也称为倍速机构或增速机构。实际应用中，如要求两构件同步移动，只需使Ph1=Ph2即可。台钳定心夹紧机构（倍速机构，螺母A和螺母B的旋向相反）第三节槽轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮机构第四节不完全齿轮机构1-螺杆2、2'-螺母3-机架1-机架2-移动螺杆3-螺杆4-手轮图5-3差动螺旋微调机构双螺旋机构传动示意图工作过程：当转动螺杆，台钳的左右两个钳口同时向中间移动，夹紧工件；当反向旋转螺杆时，两个钳口同时向中间外移动，工件取下。2.滚动螺旋机构在螺杆和螺母的螺旋面上制出弧形螺旋槽，在螺旋副间形成滚道，并放人钢球，成为滚动摩擦式的螺旋机构，称为滚动螺旋机构。第一节螺旋机构第二节棘轮机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构滚动螺旋机构复式螺旋机构二、螺旋传动机构的传动效率和自锁1.传动效率螺旋机构的传动效率η为螺母转动一周的有效功与输入功之比。

第一节螺旋机构第二节棘轮机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第二节

棘轮机构一、棘轮机构的工作原理棘轮机构由棘轮、棘爪、摇杆和机架组成。在摇杆做往复摆动，棘轮做单向的间歇转动。二、棘轮机构的类型及应用棘轮机构分类：齿式棘轮机构

摩擦式棘轮机构。1.齿式棘轮机构齿式棘轮机构有外啮合式（图5-6）和内啮合式（图5-7）两种类型。外啮合棘轮机构的棘齿在棘轮的外缘，内啮合棘轮机构的棘齿在棘轮的内缘。棘轮一般分为锯齿形和矩形两种齿形。齿式棘轮机构根据运动方式还可分为单动式、双动式和可变向式三种棘轮机构。单动式棘轮机构中的棘轮只作单向的间歇运动；双动式棘轮机构的棘爪往复摆动一次，棘轮沿同一方向间歇转动两次。第四节不完全齿轮机构图5-8双动棘爪棘轮机构图5-7内啮合式棘轮机构图5-6外啮合式棘轮机构1.矩形齿的棘轮，如：牛头刨床中工作台横向进给机构

转动棘爪2.摩擦式棘轮机构——通过棘爪与棘轮之间的摩擦力来实现传动。特点：工作时噪声较少，接触面间容易发生滑动。摩擦式棘轮机构分类：外摩擦式棘轮机构、滚子式内摩擦棘轮机构外摩擦式棘轮机构由棘爪1、棘轮2和止回棘爪3组成。滚子式内摩擦棘轮机构由外套1、星轮2和滚子3组成。第三节槽轮机构第二节棘轮结构第一节螺旋机构第四节不完全齿轮机构图5-11外摩擦式棘轮机构

图5-12滚子式内摩擦棘轮机构图5-10转动棘爪棘轮机构图5-9矩形齿棘轮机构三、棘轮转角的调整方法1.调节曲柄长度通过改变曲柄长度，可调节摇杆的最大摆角ψ的大小，从而改变棘轮转角。2.调节覆盖罩角度在摇杆摆角ψ不变的前提下，调节覆盖罩的角度，改变棘轮上被遮挡的部分，使棘爪在每次摆动过程中拨动的棘齿齿数发生变化，因此棘轮转角也随之变化。

3.用双动棘爪调节棘轮转角双动式棘轮机构的棘爪往复摆动一次，两个棘爪交替推动棘轮沿同一方向间歇转动两次。如提起其中一个棘爪使其不工作，则棘轮随棘爪的每次往复摆动只转动一次。第三节槽轮机构第二节棘轮结构第一节螺旋机构第四节不完全齿轮机构图5-14调节覆盖罩角度改变棘轮转角图5-13调节曲柄长度改变棘轮转角第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构一、槽轮机构组成与分类槽轮机构也属于间歇运动机构，由槽轮、拨盘和机架组成。平面槽轮机构有两种型式：外槽轮机构（图5-15a）和内槽轮机构（图5-15b）。槽轮转动的次数取决于主动销数量k备注：槽轮每一次转动所转过的角度为=2π/z（z为槽数），而主动拨盘转动一周，槽轮转动的次数取决于主动销数量k，如果k=2，即为双圆柱销外槽轮机构，拨盘转动一周。槽轮将反向转动两次。二、槽轮机构的特点及应用1.特点：结构简单，工作可靠，转动的角度准确可控。2.应用：电影放映机卷片机构第四节不完全齿轮机构电影放映机卷片机构图5-16双圆柱销外槽轮机构图5-15槽轮机构3.自动传送链装置图5-18自动传送链装置第一节螺旋机构第二节棘轮机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构一、不完全齿轮机构工作原理不完全齿轮机构：主动轮齿数较少，从动齿轮是完整齿轮或齿条，或为不完全齿轮。运动：主动轮连续转动，从动轮间歇转动。二、不完全齿轮机构特点及应用1.特点：结构简单，制造方便，从动轮的运动时间和静止时间的比例可不受机构结构的限制。2.分类：外啮合式、内啮合式和齿轮齿条式等3.应用：低速或轻载场合，如多工位间歇转位机构、间歇进给机构和计数机构等a）外啮合式

b）内啮合式c）齿轮齿条式不完全齿轮机构

《机械设计基础》谢谢！下次课再见！机械常用机构介绍

主编：胡孟谦张晓娜

机械工业出版社2024年12月

课程内容1.螺旋机构2.棘轮机构3.槽轮机构4.不完全齿轮机构一·螺旋机构一、螺旋传动的结构、类型与特点机构组成：螺杆、螺母和机架主要功能：将旋转运动变换为直线运动，并同时传递运动和动力。螺旋机构分类：1.按用途和受力情况分类：传递运动、传递动力和用于调整机构；2.按摩擦性质分类：滑动螺旋机构、滚动螺旋机构和静压螺旋机构。螺旋机构优点：结构简单、工作连续平稳、传动比大、承载能力强、传递运动准确、易实现自锁等优点，故应用广泛螺旋机构缺点：摩擦损耗大、传动效率低。【“工程机械之王”——盾构机】——盾构机，即使用盾构法的全断面隧道掘进机，是当前主流的隧道施工机械，多用于地铁和高铁建设，被誉为“工程机械化之王”。5-1螺旋机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构5-1螺旋机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构二、螺旋传动机构的传动效率和自锁1.传动效率螺旋机构的传动效率η为螺母转动一周的有效功与输入功之比。η=tanϕ/tan(ϕ+ρ_v)（5-2）式中，ϕ是螺纹升角，ρ_v是摩擦角，ρ_v=arctanf_v，f_v=f/cosβ为当量摩擦系数，各种螺纹的f_v为矩形螺纹〖α=0°f〗_v=f锯齿形螺纹〖α=33°f〗_v=1.001f梯形螺纹〖α=30°f〗_v=1.035f普通螺纹〖α=60°f〗_v=1.155ff为螺旋副材料的摩擦因数，如钢对钢f=0.11~0.17钢对铜f=0.08-0.1钢对铸铁f=0.12~0.15在一定工作范围内，螺纹升角ϕ越大，传动效率η越高；摩擦角ρ_v越大（即当量摩擦系数f_v大），传动效率η越低。5-1螺旋机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构二·棘轮机构二、棘轮机构的类型及应用棘轮机构分类：齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构。1.齿式棘轮机构齿式棘轮机构有外啮合式（图5-6）和内啮合式（图5-7）两种类型。外啮合棘轮机构的棘齿在棘轮的外缘，内啮合棘轮机构的棘齿在棘轮的内缘。棘轮一般分为锯齿形和矩形两种齿形。5-2棘轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构5-2棘轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构摩擦式棘轮机构分类：外摩擦式棘轮机构、滚子式内摩擦棘轮机构外摩擦式棘轮机构由棘爪1、棘轮2和止回棘爪3组成。滚子式内摩擦棘轮机构由外套1、星轮2和滚子3组成。5-2棘轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构三·槽轮机构槽轮机构也属于间歇运动机构，由槽轮、拨盘和机架组成。平面槽轮机构有两种型式：外槽轮机构（图5-15a）和内槽轮机构（图5-15b）。槽轮转动的次数取决于主动销数量k5-3槽轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构四·不完全齿轮机构一、不完全齿轮机构工作原理不完全齿轮机构：主动轮齿数较少，从动齿轮是完整齿轮或齿条，或为不完全齿轮。运动：主动轮连续转动，从动轮间歇转动。二、不完全齿轮机构特点及应用1.特点：结构简单，制造方便，从动轮的运动时间和静止时间的比例可不受机构结构的限制。2.分类：外啮合式、内啮合式和齿轮齿条式等5-4不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构

《机械设计基础》谢谢！下次课再见！《机械设计基础》主编：胡孟谦张晓娜

机械工业出版社2024年11月

课程内容第一节螺旋机构第二节棘轮机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构一、螺旋传动的结构、类型与特点二、螺旋传动机构的传动效率和自锁

一、螺旋传动的结构、类型与特点机构组成：螺杆、螺母和机架主要功能：将旋转运动变换为直线运动，并同时传递运动和动力。螺旋机构分类：1.按用途和受力情况分类：传递运动、传递动力和用于调整机构；2.按摩擦性质分类：滑动螺旋机构、滚动螺旋机构和静压螺旋机构。螺旋机构优点：结构简单、工作连续平稳、传动比大、承载能力强、传递运动准确、易实现自锁等优点，故应用广泛螺旋机构缺点：摩擦损耗大、传动效率低。【“工程机械之王”——盾构机】——盾构机，即使用盾构法的全断面隧道掘进机，是当前主流的隧道施工机械，多用于地铁和高铁建设，被誉为“工程机械化之王”。

5-1螺旋机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构

按螺杆上螺旋副的数目分为：单螺旋机构和双螺旋机构两种。

（1）单螺旋机构组成：1个螺杆、1个螺母

表5-1单螺旋机构基本传动形式及特点

基本传动形式 传动示意图 应用特点

螺母固定、螺杆转动并轴向移动

可获得较高的传动档度，适合干行程较小的场合，如千斤顶、压力机、台虎钳

螺杆固定、螺母转动并轴向移动 结构简单、紧凑，但精度较差，使用不便，应用较少

螺母转动、螺杆轴间移动 结构较复杂，用于仅器调节机构，如螺旋千分尺的微调机构

螺杆转动，螺母轴向移动 结构紧凑、刚性好，适用于行程较大的场合，如车床的丝杠进给机构

说明：1.φ为螺杆或螺母转角；2.用左（右）手定则判别移动方向：四指握向代表转动方向，拇指指向代表移动方向。右旋螺纹用右手定则，左旋螺纹用左手定则

移动速度v（mm/s）：v=nP_h/60

n：主动件转速（r/min）；P_h：导程（mm）。

滑动螺旋机构

5-1螺旋机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构2.滚动螺旋机构

在螺杆和螺母的螺旋面上制出弧形螺旋槽，在螺旋副间形成滚道，并放人钢球，成为滚动摩擦式的螺旋机构，称为滚动螺旋机构。

复式螺旋机构中的螺母能产生很大的位移，可应用于需快速移动或调整的装置中，故也称为倍速机构或增速机构。实际应用中，如要求两构件同步移动，只需使Ph1=Ph2即可。

台钳定心夹紧机构（倍速机构，螺母A和螺母B的旋向相反）。

工作过程：

当转动螺杆，台钳的左右两个钳口同时向中间移动，夹紧工件；

当反向旋转螺杆时，两个钳口同时向中间外移动，工件取下。

5-1螺旋机构

二、螺旋传动机构的传动效率和自锁

1.传动效率

螺旋机构的传动效率η为螺母转动一周的有效功与输入功之比。

η=tanϕ/tan(ϕ+ρ_v)

ϕ是螺纹升角，ρ_v是摩擦角，ρ_v=arctanf_v，f_v=f/cosβ为当量摩擦系数，各种螺纹的f_v为

矩形螺纹〖α=0°f〗_v=f

锯齿形螺纹〖α=33°f〗_v=1.001f

梯形螺纹〖α=30°f〗_v=1.035f

普通螺纹〖α=60°f〗_v=1.155f

f为螺旋副材料的摩擦因数，如

钢对钢f=0.11~0.17

钢对铜f=0.08-0.1

钢对铸铁f=0.12~0.15

在一定工作范围内，螺纹升角ϕ越大，传动效率η越高；

摩擦角ρ_v越大（即当量摩擦系数f_v大），传动效率η越低。

因此，对传动用螺旋机构，螺纹牙形的选择直接影响其传动效率，一般常用矩形、梯形螺纹。

2.自锁条件

螺纹副被拧紧后，如不加反向外力矩。则不论轴向载荷多大，也不会自动松开，此现象称为螺旋副的自锁性能。其自锁条件为

〖ϕ≤ρ〗_v

对于传力螺旋机构和联接螺纹（见第十章联接），都要求螺纹具有自锁性，如螺旋千斤顶、螺旋式压力机等。

由于普通螺纹的当量摩擦角最大，故自锁性最好。5-1螺旋机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第二节棘轮机构一、棘轮机构的工作原理棘轮机构由棘轮、棘爪、摇杆和机架组成。在摇杆做往复摆动，棘轮做单向的间歇转动。二、棘轮机构的类型及应用棘轮机构分类：齿式棘轮机构

摩擦式棘轮机构。1.齿式棘轮机构齿式棘轮机构有外啮合式（图5-6）和内啮合式（图5-7）两种类型。外啮合棘轮机构的棘齿在棘轮的外缘，内啮合棘轮机构的棘齿在棘轮的内缘。棘轮一般分为锯齿形和矩形两种齿形。齿式棘轮机构根据运动方式还可分为单动式、双动式和可变向式三种棘轮机构。单动式棘轮机构中的棘轮只作单向的间歇运动；双动式棘轮机构的棘爪往复摆动一次，棘轮沿同一方向间歇转动两次。5-2棘轮机构第一节螺旋机构第二节棘轮结构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构1.调节曲柄长度

通过改变曲柄长度，可调节摇杆的最大摆角ψ的大小，从而改变棘轮转角。变速器机床2.调节覆盖罩角度在摇杆摆角ψ不变的前提下，调节覆盖罩的角度，改变棘轮上被遮挡的部分，使棘爪在每次摆动过程中拨动的棘齿齿数发生变化，因此棘轮转角也随之变化。3.用双动棘爪调节棘轮转角双动式棘轮机构的棘爪往复摆动一次，两个棘爪交替推动棘轮沿同一方向间歇转动两次。如提起其中一个棘爪使其不工作，则棘轮随棘爪的每次往复摆动只转动一次。三、棘轮转角的调整方