机械设计基础-6.其他常用机构教案

××××××学院教案项目（任务）名称项目六：其他常用机构（任务一分析台虎钳的普通螺纹传动）授课日期授课节次1-2授课地点项目（任务）描述项目（任务）内容：1、了解普通螺旋传动的特点及其应用2、熟练掌握螺纹旋向的判断3、会区分普通螺旋传动的四种应用形式4、会判断普通螺旋传动的移动方向和移动距离项目（任务）清单知识点及要求：1、普通螺旋传动是如何组成的？2、普通螺旋传动的形式有哪些？项目（任务）准备材料及工具：多媒体教师、ppt虎钳项目（任务）实施实施过程及步骤：引言在大家车工实习时大家用的机床中有丝杠传动，就是我们今天要讲到的螺旋机构。机械中还经常用到间歇运动机构，那么间歇运动机构有哪些类型？其运动有什么特点，又应用在哪些场合呢？这是我们今天要讲授的知识。螺旋传动机构组成：螺杆、螺母和机架功用：将旋转运动变换为直线运动，并同时传递运动和动力。注意：螺杆与螺母之间组成低副，只视为一个自由度。分类：（1）、用途和受力情况分：传递运动、动力和调整。（2）、螺旋副的摩擦性质分：滑动螺旋机构、滚动螺旋机构和静压螺旋机构。特点：（1）、优点：结构简单、工作连续平稳、传动不比大、承载能力强、传递运动准确，易于自锁。（2）、缺点：摩擦损耗大、传动效率低。一、螺纹的基本知识将一底边长等与πd2的直角个三角形在直径为d的圆柱上，三角形斜边在圆柱体上，在圆柱表面上，用不同形状的刀具沿螺旋线切制出的沟槽即形成螺纹。可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺纹。在圆柱体外表面加工出的螺旋线称为外螺纹（如螺杆）；在圆柱体内表面加工出的螺纹称为内螺纹（如螺母）。由内、外螺纹旋合而成的运动副为螺旋副。分类：左旋、右旋。螺纹旋向判别方法：将圆柱体直竖，螺旋线左低右高（向右上升）为右旋，反之为左旋。螺纹的主要参数：1、大径（d、D）螺纹的最大直径，标准中规定为螺纹的公称直径。外螺纹记为d，2、小径（d1、D1）螺纹的最小直径，螺杆强度计算时的危险截面直径。3、中径（d2、D2）介于大、小径圆柱体之间、螺纹的牙厚与压间宽相等的假想圆柱体的直径。是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。4、线数n：螺纹的螺旋线树木，可分为单线、双线、三线……5、螺距P：相邻两牙在中径线上对应点之间的轴向距离。6、导程l：同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应点之间的轴向距离。对于单线螺纹，l=P，对于多线螺纹，l=nP。7、螺旋升角ψ：中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直与螺纹轴线的平面的夹角，用来表示螺旋线倾斜的角度。8、牙型角α：在轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角。其侧边与轴线的垂线间的夹角β，称为牙侧角。常见的螺纹牙型有：三角形、矩形、梯形和锯齿型。三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹二、螺纹副的受力分析、效率和自锁1.矩形螺纹（牙型角=0°）矩形螺纹副的受力情况见图，为了便于分析，假定作用在螺母上的轴向载荷F集中作用于中径d2的圆周上的一点。给螺母加一水平力Ft使螺母克服载荷F作转动，这种转动可看成是一滑块在水平力Ft的推动下沿螺杆螺纹斜面等速旋转滑动。将螺纹沿中径d2展开，则相当于滑块沿斜面等速向上滑动，斜面倾角λ称为螺纹升角。作用于螺母的力有外载荷F、水平力Ft、螺杆斜面法向反力N和摩擦力Ff=fN（f为摩擦系数），法向反力N和摩擦力Ff的合力R称为螺杆对螺母的总反力，R和N的夹角称为摩擦角，用ρ表示。由几何关系可知tgρ=Ft/N=fN/N=f，或ρ=arctgf。外载荷F与总反力R的夹角为(λ+ρ)。显然，作用于螺母上的三个力F、Ft、R是平衡的，即可构成力封闭三角形，如图所示。由此得Ft=Ftg(λ+ρ)Ft相当于旋转螺母时必须在螺纹中径d2处施加的圆周力，它对螺纹轴心线的力矩，即为旋转螺母（或拧紧螺母）所需克服螺纹副中的阻力矩T=Ftd2/2=Ftg(λ+ρ)d2/2当螺母作等速松退转动时，则相当于滑块在载荷F作用下沿斜面等速下滑。这时滑块上的摩擦力Ff向上，总反力R和力F的夹角为（λ-ρ）。由力封闭三角形可知Ft=Ftg(λ－ρ)由此可见，若λ<ρ，则Ft为负值，这就表明要使滑块沿斜面下滑，就必须给螺母施加一个与拧紧方向相反的力矩，否则，无论轴向载荷F有多大，滑块（相当于螺母）都不会在其作用下自行下滑（松退），这种现象称为自锁。于是，螺纹副的自锁条件为λ≤ρ旋转螺母一周螺母走过的位移为πd2，螺母克服载荷F提升一个导程L，需要输入的功为W1=Ftπd2=Ftg(λ+ρ)πd2，所做的有效功为W2=FL=Fπd2tgλ，所以矩形螺纹副效率为由上式知，升角λ越小，效率越低。2.三角形螺纹（牙型角≠0°）三角螺纹副相对转动时，可以看成是楔形斜面滑动，如图所示。在力F的作用下，平面的摩擦力Ff=fF，而三角螺纹副的法向反力N'=F/cos，摩擦力Ff=2fN'/2=fF/cos，其中为螺纹工作面的牙边倾斜角，故在相同的F和f的情况下F'f>Ff，设fv=f/cos称为当量摩擦系数，相应的摩擦角ρv=arctgfv。因此各力之间的关系和效率公式等与矩形螺纹分析的相似，只须将上述各式中的ρ换为ρv即可，此时得Ft=Ftg(λ+ρv)T=Ftg(λ+ρv)d2/2λ≤ρv由此可见，螺纹工作面的牙边倾斜角越大，则fv、ρv也越大，在其他条件相同的情况下，这种螺纹副的效率越低，易于自锁。三角螺纹角大（米制三角螺=30°），容易自锁，故多用于联接。三、滑动螺旋机构分类：单螺旋机构、双螺旋机构运动形式分为四种：螺母固定，螺杆转动并轴向移动；螺杆固定，螺母转动并轴向移动；螺母转动，动；螺母转动，螺杆轴向移动；螺杆转动，螺母轴向移动。移动速度：V=nl/602、双螺旋机构：一个具有两段不同螺纹的螺杆与两个螺母组成。1）、差动螺旋机构：当两螺旋副中的螺纹旋向相同时，则形成差动螺旋机构。s=（l1-l2)ψ/2π应用：测微器、分度机构、精密机械进给机构及精密加工刀具。2）、复式螺旋机构：当两螺旋副中的螺纹旋向相反时，则形成复式螺旋机构。s=（l1+l2)ψ/2π应用：电线张紧器、弹簧圆规四、滚动螺旋机构在螺杆和螺母制建设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高传动效率，这种传动称为螺旋传动，又称为滚珠丝杠副。项目（任务）小结重点、难点：重点：螺纹的主要参数及间歇运动机构类型；难点：螺纹的主要参数及间歇运动机构的运动原理及特征解决方法：小组讨论法、课堂讲授授课内容其他常用机构教学方法及教学工具课堂教授/多媒体授课日期2015.10.13授课节次2授课地点教学楼C404教学过程、教学内容（含板书设计）6.2棘轮机构一、棘轮机构的工作原理和类型1、棘轮机构的组成及工作原理机构组成：它主要有摇杆、棘爪、棘轮、制动爪和机架组成。弹簧使制动爪和棘轮保持接触。工作过程：摇杆逆时针摆动——棘爪插入齿槽——棘轮转过角度——制动爪划过齿背，摇杆顺时针摆动——棘爪划过脊背——制动爪组织棘轮作顺时针转动——棘轮静止不动，此当摇杆作连续的往复摆动时，棘轮将作单向间歇转动。2、棘轮机构的类型分类：齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构齿式棘轮机构：内啮合、外啮合锯齿型、矩形齿。外啮合棘轮机构外啮合棘轮机构内啮合棘轮机构矩形齿棘轮机构 6.3槽轮机构一、槽轮机构的组成和工作原理分类：外槽轮机构、内槽轮机构。组成：主动拨盘、从动槽轮和机架。工作原理：拨盘以等角速度叫作连续回转，槽轮作间歇运动。当拨盘上的圆柱销没有进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁止弧面被拔盘上的外凸锁止弧面卡住，槽轮静止不动。当圆柱销进入槽轮的径向槽时，锁止弧面被松开，则圆柱销驱动槽轮转动。当拨盘上的圆柱销离开径向槽时，下—个锁止弧面又被卡住，槽轮又静止不动。由此将主动件的连续转动转换为从动槽轮的间歇转动。槽轮每一次转动转过的角度为（Z为曹数）；而主动拨盘转动一周，槽轮转动的次数取决于主动销数k。而k=2，即双圆销外槽轮机构，拨盘转动一周，槽论将反向转动两次。槽论Z必须不少于3。常取Z=4~8。而圆销数k是不能随意选取的，当Z=3时，k=1~5；当Z=4或Z=5时，k=1~3；当Z=6时，k=1~2。对于内槽轮机构，k只能取1。二、槽轮机构的特点和应用优点：结构简单，工作可靠，传动平稳性好，能准确控制槽轮转动的角度。缺点：槽轮的转角大小不能调整，且在槽轮转动的始、末位置存在冲击。应用：一般应用与转速较低，要求间歇地转动一定角度的分度装置中。6.4不完全齿轮机构一、工作原理它与普通渐开线齿轮机构的主要区别在于该机构中的主动轮仅有一个或几个齿。当主动轮1的有齿部分与从动轮轮齿结合时，推动从动轮2转动；当主动轮1的有齿部分与从动轮脱离啮合时，从动轮停歇不动。因此，当主动轮连续转动时，从动轮获得时动时