《机械原理及应用》课件 学习情境六 其他常用机构

学习情境六其他常用机构机构原理与应用解析

01任务6.1槽轮机构02任务6.2棘轮机构036.3其他间歇运动机构046.4螺旋机构任务6.1槽轮机构011-准确理解槽轮机构的定义，清晰掌握槽轮机构的组成部分，包括带有圆柱销的原动件拨盘、从动件槽轮以及机架。2-熟练掌握槽轮机构的工作原理，能够详细阐述拨盘转动过程中，圆柱销与槽轮径向槽、锁止弧之间的相互作用关系，以及槽轮如何实现间歇运动的过程。3-全面熟悉槽轮机构的两种基本类型，准确区分它们的结构特点和运动方向的差异。知识目标1-培养学生运用所学知识分析槽轮机构工作过程的能力，能够通过观察和理解机构的结构和运动原理，准确描述槽轮在不同阶段的运动状态和受力情况。2-提高学生根据实际运动要求选择和设计槽轮机构的能力，能够合理确定拨盘上的圆柱销数和槽轮的径向槽数，以满足特定的间歇运动需求，并进行简单的机构参数计算。3-锻炼学生的绘图和识图能力，使学生能够准确绘制槽轮机构的结构示意图，清晰标注各组成部分，并能根据给定的示意图准确理解槽轮机构的工作原理和运动特点。能力目标1-培养学生严谨的科学态度和工程思维，在学习槽轮机构的过程中，注重对机构工作原理的深入理解和分析，培养学生对机械设计中运动机构的精准把握能力，以及对问题的逻辑推理和分析能力。2-提升学生的工程实践意识，通过了解槽轮机构在实际仪器和精密机械中的应用，让学生认识到理论知识与工程实践的紧密联系，提高学生将所学知识应用于实际工程问题的能力，培养学生的工程实践素养。素质目标已知一冲压式蜂窝煤成型机的转盘采用槽轮间歇运动机构，槽轮机构槽数z按工位要求选定为6,按结构情况确定中心距A=300mm。试设计该槽轮间歇运动机构。情景引入

冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤(通常又称煤饼)生产厂的主要生产设备，它将煤粉加入转盘上的模筒内，经冲头在柱饼状煤中冲出若干通孔压成蜂窝煤。图6-1所示为冲压式蜂窝煤成型机的示意图。冲压式蜂窝煤成型机通过加料、冲压成型、脱模、扫屑、模筒转模间歇运动及输送六个动作来完成整个工作过程。要完成此项任务，必须了解槽轮机构的组成、工作原理、运动特点、其主要参数及几何尺寸如何确定和计算。

实际工作中，常常要求原动件连续运动而从动件做周期性的间歇运动。棘轮机构和槽轮机构是实现这种间歇运动的最常用的两种机构。任务分析1-介绍我国在机械工程领域中对间歇运动机构的研究和应用的历史成就以及现代创新成果，如在高端精密仪器制造、航空航天等领域的应用，激发学生的民族自豪感和爱国情怀，激励学生为我国机械工业的发展贡献自己的力量。2-在讲解槽轮机构的特点和应用时，强调工匠精神，培养学生对机械设计工作的精益求精、追求卓越的品质。从而培养学生对工作的高度责任感和敬业精神。3-引导学生树立正确的创新意识和发展观念，鼓励学生在学习和实践中勇于尝试新的思路和方法，对槽轮机构进行改进和创新。同时，让学生认识到创新是推动机械工程领域不断发展的动力，培养学生的创新精神和开拓能力。课程思政槽轮是带有若干个径向槽的构件，含有槽轮的机构称为槽轮机构，又称马尔他机构，是一种主要的单向间歇运动机构。6-1.1槽轮机构的工作原理

如图6-2所示的槽轮机构，它由带有圆柱销A的原动件拨盘1、从动件槽轮2及机架组成。拨盘1以等角速度w转动时，槽轮2做间歇运动。当拨盘上的圆柱销A未进入槽轮的径向槽时，槽轮上的内凹锁止弧β被拨盘上的外凸锁止弧α卡住，槽轮静止不动：当拨盘上的圆柱销A进入槽转的径向槽时，内凹锁止弧β刚好被松开，槽轮在圆柱销A的驱动下转动；当圆柱销A离开槽轮的径向槽时，槽轮上的下一个内凹锁止弧β又被拨盘上的外凸锁止弧α卡住，使槽轮静止不动。依次下去，槽轮重复着以上的运动循环，即做间歇运动。槽轮机构有两种基本类型：外啮合槽轮机构(图6-2)和内啮合槽轮机构(图6-3)。前者拨盘与槽轮的转向相反，后者拨盘与槽轮的转向相同。相关知识6-1.2槽轮机构的特点与应用对槽轮机构，拨盘上的圆柱销数及槽轮的径向槽数是其主要参数，这两个参数要根据具体的运动要求来确定。槽轮机构结构简单、尺寸紧凑、工作可靠、平稳性高、机械效率高，但在圆柱销进入和脱离径向槽时存在冲击，而且加工精度要求高、槽轮转角不可调，所以槽轮机构主要应用于各种仪器和精密机械中起间歇运动作用。比如图6-4所示的转塔车床刀架转位槽轮机构和图6-5所示的电影放映机卷片槽轮机构等。相关知识相关知识任务实施学习领域机械基础学习情境六其他常用机构学时8学时任务1槽轮机构学时2学时作业方式小组分析、个人解答，现场批阅，集体评判1槽轮机构是如何实现间歇运动的?槽轮机构有哪些类型?作业解答：2在槽轮机构和棘轮机构中，如何保证从动件在间歇时间内实现静止不动?作业解答：

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日期任务6.2棘轮机构021-精准理解棘轮机构的定义，清晰掌握齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构的组成部分，并明确各部分的作用。2-熟练掌握齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构的工作原理，能够准确描述在摇杆不同摆动方向下，机构中各部件的运动状态和相互作用关系，以及棘轮或摩擦轮如何实现间歇运动。3-全面熟悉棘轮机构的分类方式，包括按工作原理分为齿式和摩擦式，按结构分为外啮合和内啮合，按功能分为单动式、双动式和可变向棘轮机构，并能准确区分不同类型棘轮机构的结构特点和运动特性。知识目标1-培养学生运用所学知识分析棘轮机构工作过程的能力，能够通过观察机构的结构和运动原理，准确判断在不同工况下棘轮的运动状态，如转动方向、是否间歇运动等。2-提高学生根据实际工作需求选择合适类型棘轮机构的能力，能够综合考虑传力大小、转速要求、运动精度以及所需实现的功能，合理选择棘轮机构的类型，并确定相关参数。3-增强学生的问题解决能力，当在实际应用中遇到棘轮机构的相关问题时，能够分析问题产生的原因，并提出有效的改进措施和解决方案，如改进结构设计、增加缓冲装置等。4-培养学生的创新思维能力，鼓励学生在掌握棘轮机构基本原理和应用的基础上，思考如何对棘轮机构进行改进和创新，以提高其性能，扩大应用范围，如设计新型的可变向棘轮机构或降低冲击和噪声的棘轮机构。能力目标培养学生严谨的科学态度和工程思维，在学习棘轮机构的过程中，注重对机构工作原理的深入理解和分析，培养学生对机械设计中运动机构的精准把握能力，以及对问题的逻辑推理和分析能力。素质目标1-引导学生树立正确的创新意识和发展观念，鼓励学生在学习和实践中勇于尝试新的思路和方法，对棘轮机构进行改进和创新。同时，让学生认识到创新是推动机械工程领域不断发展的动力，培养学生的创新精神和开拓能力。2-通过团队协作完成棘轮机构相关的设计和分析任务，培养学生的团队合作意识和集体主义精神。让学生明白在现代机械工程领域中，团队成员之间的相互协作、知识共享和优势互补是实现成功设计和解决复杂问题的关键因素，培养学生的团队合作能力和人际交往能力。课程思政已知一冲压式蜂窝煤成型机的转盘采用槽轮间歇运动机构，槽轮机构槽数z按工位要求选定为6,按结构情况确定中心距A=300mm。试设计该槽轮间歇运动机构。情景引入6.2.1棘轮机构的工作原理

棘轮机构有两大类型，不同类型棘轮机构的工作原理不同。图6-6(a)是齿式棘轮机构，它主要由摇杆1、驱动棘爪2、棘轮3、制动爪4和机架5等组成。弹簧6用来使制动爪4和棘轮3保持接触。摇杆1和棘轮3的回转轴线重合。其工作原理是做往复摆动的摇杆1在逆时针摆动时，使其上的驱动棘爪2插入棘轮3的齿槽中，刚性推动棘轮使其转动，而制动爪4则在棘轮的,当摇枉顺时钍摆动时，驱动棘爪2在棘轮3的齿上滑过不产性性体，t动时棘辣轮想的上清过；当出们的瓜阻止论做原时针转动，从而棘轮不动。因此，当摇杆做连续往复摆动时，棘轮做单向间歇运动。

图6-6（b）是摩擦式棘轮机构，其工作原理是做往复摆动的摇杆1在逆时针摆动时，使其上径向逐渐增大的楔块2与摩擦轮3的表面楔紧成一体来实现摩擦轮的转动；摇杆顺时针摆动时，楔块2在摩擦的表面上滑过，摩擦轮静止不动。相关知识6-2.2棘轮机构的类型除按工作原理可将棘轮机构分为齿式和摩擦式两大类外，按结构和功能，还可将棘轮机构分为如下几种：1-外啮合和内啮合棘轮机构。图6-7(a)和(b)所示的棘轮机构，棘爪或楔块2装在从动轮3的外面，称为外啮合棘轮机构。图6-8(a)和(b)所示的棘轮机构，棘爪或楔块2装在从动轮3的内部，称为内啮合棘轮机构。比如自行车后轴上的所谓“飞轮”,即是典型的内啮合齿式棘轮机构。图6-8(c)所示的是摩擦式滚珠或滚柱内啮合棘轮机构，在自行车的倒蹬闸中以及一些机床中，得到较广泛的应用。相关知识2-单动式和双动式棘轮机构。图6-7和图6-8所示的棘轮机构，都是当原动件按某一方向摆时，才能推动棘轮转动，故称为单动式棘轮机构。图6-9所示的棘轮机构具有两个棘爪，摇杆往复摆动时都可推动棘轮机构转动，故称为双动式棘轮机构。3-可变向棘轮机构。以上所介绍的棘轮机构，棘轮都只能按一个方向做单向间歇运动，图6-9所示的棘轮机构根据工做需要可使棘轮做双向间歇运动。图6-9(a)所示采用的是翻转棘爪，当棘爪位于实线位置时，棘轮做逆时针转动；当棘爪位于虚线位置时，棘轮做顺时针转动。图6-9(b)所示采用的是回转棘爪，当棘爪按图示位置放置时，棘轮做逆时针间歇转动；若将棘爪提起并绕本身轴线转180°后再插入棘轮齿槽时，棘轮将做顺时针间歇转动；若将棘爪提起后绕本身轴线转90°,棘爪将被架在寸壳体顶部并与棘轮齿槽分开，此时棘轮静止不动。相关知识6-2.3棘轮机构的特点与应用

棘轮机构结构简单、易于制造、运动可靠，改变棘轮转角方便(如改变摇杆的摆角),可实现“超越运动”(原动件不动而从动件继续运动的现象叫超越运动，如图6-10所示自行车下坡情况)。但棘轮机构工作时存在较大的冲击与噪声，运动精度不高，所以常用在传力不大、转速不高的场合下以实现步进运动、分度、超越运动和制动(图6-11)等要求。相关知识任务实施学习领域机械原理学习情境六其他常用机构学时8学时任务2棘轮机构学时2学时作业方式小组分析、个人解答，现场批阅，集体评判1棘轮机构是如何实现间歇运动的?棘轮机构有哪些类型?作业解答：2棘轮机构的转角可调吗?采用什么方法可以改变棘轮的转角范围?作业解答：

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日期任务6.3其他间歇运动机构031-准确理解不完全齿轮机构的定义和基本结构形式，包括外啮合和内啮合两种类型，清晰掌握主动轮和从动轮的结构特点。2-熟练掌握不完全齿轮机构的工作原理，能够详细阐述主动轮连续转动时，从动轮如何实现间歇运动，以及锁止弧在保证从动轮停歇位置准确方面的作用。3-全面熟悉不完全齿轮机构的特点，同时明确其在低速轻载场合的应用，以及从动轮转动开始和终止时速度突变导致冲击较大的缺点。4-深入理解凸轮式间歇运动机构的定义和工作原理，即利用凸轮轮廓曲线推动转盘上的滚子，将凸轮的连续转动转换为从动转盘的间歇转动，掌握其用于垂直交错轴间传动的特点。知识目标1-培养学生运用所学知识分析不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构工作过程的能力，能够通过观察机构的结构和运动原理，准确描述从动件在不同阶段的运动状态和受力情况。2-提高学生根据实际工作需求选择合适间歇运动机构的能力，能够综合考虑工作场合、运动精度、传动平稳性等因素，合理选择不完全齿轮机构或凸轮式间歇运动机构，并能对机构的参数进行初步分析和确定。3-锻炼学生的绘图和识图能力，使学生能够准确绘制不完全齿轮机构和圆柱凸轮式间歇运动机构的结构示意图，清晰标注各组成部分，并能根据给定的示意图准确理解机构的工作原理和运动特点。能力目标1-培养学生严谨的科学态度和工程思维，在学习不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构的过程中，注重对机构工作原理的深入理解和分析，培养学生对机械设计中运动机构的精准把握能力，以及对问题的逻辑推理和分析能力。素质目标已知一冲压式蜂窝煤成型机的转盘采用槽轮间歇运动机构，槽轮机构槽数z按工位要求选定为6,按结构情况确定中心距A=300mm。试设计该槽轮间歇运动机构。情景引入1-介绍我国在机械工程领域中对不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构的研究和应用的历史成就以及现代创新成果，如在高端装备制造、精密仪器等领域中对这些机构的改进和创新应用，激发学生的民族自豪感和爱国情怀，激励学生为我国机械工业的发展贡献自己的力量。2-在讲解这两种机构的特点和应用时，强调工匠精神，培养学生对机械设计工作的精益求精、追求卓越的品质。让学生明白，即使是看似简单的机构，也需要精确的设计和制造才能保证其性能和可靠性，从而培养学生对工作的高度责任感和敬业精神。课程思政

能实现间歇运动的机构除了棘轮机构和槽轮机构外，还有不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构等。6-3.1不完全齿轮机构

由普通渐开线齿轮机构演化而成，其基本结构形式分为外啮合「图6-12(a)]和内啮合「图6-12(b)7两种。不完全齿轮机构的主动轮1只有一个或几个齿，从动轮2上具有若于个正常轮齿及锁止弧。当主动轮连续转动时，从动轮做间歇运动。在图6-12(a)所示的机松中，主动轮1每转1转，从动轮2转1/4转，从动轮转1转停歇4次。停歇时从动轮上的锁止弧与主动轮上的锁止弧密合，保证了从动轮停歇在确定的位置上而不发生游动现象。

不完全齿轮机构结构简单、制造方便，从动轮转动和停歇的时间比例关系不受机构结构的限制。但因为从动轮在转动开始和终止时速度有突变，冲击较大所以一般多用于低速轻载场合，如用于自动机、半自动机工作台的间歇转位等。相关知识6-3.2凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构是利用凸轮的轮廓曲线，通过对转盘上均匀分布的滚子(或柱销)的推动，将凸轮的连续转动变换为从动转盘的间歇转动的一种间歇运动机构。凸轮式间歇运动机构主要用于垂直交错轴间的传动。如图6-12所示为凸轮式间歇运动机构的一种常用形式圆柱凸轮式间歇运动机构。主动件是带有螺旋槽的圆柱凸轮1,从动件是端面上装有若干个均匀分布的滚子3的圆盘2,其轴线与圆柱凸轮的轴线垂直交错。轮式间歇运动机构的优点是结构简单、运转可靠、传动平稳无噪声，承载能力较强，适用于高速、中载和高精度分度的场合，故在轻工机械、冲击机械和其他自动机械中得到了广泛应用。其缺点是凸轮加工复杂、精度要求高、装配与调整要求较高，因而使它的应用受到了限制。相关知识任务实施学习领域机械原理学习情境六其他常用机构学时8学时任务2棘轮机构学时2学时作业方式小组分析、个人解答，现场批阅，集体评判1棘轮机构是如何实现间歇运动的?棘轮机构有哪些类型?作业解答：2棘轮机构的转角可调吗?采用什么方法可以改变棘轮的转角范围?作业解答：

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日期6.4螺旋机构041-精准理解螺旋机构的定义，清晰掌握螺旋机构的基本组成部分，包括螺杆、螺母和机架，以及在传动中涉及的螺旋副、转动副和移动副。2-熟练掌握螺旋机构的工作原理，能够准确推导和理解不同类型螺旋机构中螺母位移与螺杆转角之间的关系公式，并能运用这些公式进行相关计算。3-全面熟悉螺旋机构的分类方式，包括按螺杆与螺母之间摩擦状态分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机构，准确掌握两种摩擦状态下螺旋机构的结构特点和性能差异。4-深入理解螺旋机构如结构简单、制造方便、运动准确、能获得很大的降速比和力的增益、工作平稳无噪声、可具有自锁作用等优点，以及效率较低、需反向机构才能反向运动等缺点。知识目标1-培养学生运用数学知识和力学原理分析螺旋机构工作过程的能力，能够根据给定的螺旋机构参数，准确计算螺母的位移，分析机构的运动特性。2-提高学生根据实际工作需求选择合适类型螺旋机构的能力，能够综合考虑运动精度、传动效率、承载能力、自锁要求等因素，合理选择滑动螺旋机构或滚动螺旋机构，以及简单、差动或复式螺旋机构，并能确定相关参数。3-锻炼学生的绘图和识图能力，使学生能够准确绘制螺旋机构的结构示意图，清晰标注各组成部分和运动副，同时能根据给定的示意图准确理解机构的工作原理和运动传递过程。能力目标1-培养学生严谨的科学态度和工程思维，在学习螺旋机构的过程中，注重对机构工作原理的深入理解和公式推导，培养学生对机械设计中运动和动力传递机构的精准把握能力，以及对问题的逻辑推理和分析能力。2-提升学生的工程实践意识，通过了解螺旋机构在实际生活和工业生产中的广泛应用，让学生认识到理论知识与工程实践的紧密联系，提高学生将所学知识应用于实际工程问题的能力，培养学生的工程实践素养。素质目标1-培养创新精神与探索意识鼓励学生在学习这些机构原理和应用时，积极思考如何优化机构性能，激发他们勇于创新、敢于探索的精神。2-强化质量意识与责任担当让学生明白机构设计和制造质量直接关系到机械设备的安全性和可靠性，从而树立严谨的质量意识和高度的责任担当。3-树立团队合作与沟通意识通过小组项目和讨论，培养学生在解决机械设计问题时的团队合作能力和沟通交流能力。课程思政如图6-14所示螺旋机构中，若螺杆1上的两段螺纹均为右螺纹，A段的导程为PA=1mmB段导程为PB=0.75mm。试求等手轮按照图示方向转动一周时，螺母2相对导轨3移动的方向与距离。情景引入6-4.1螺旋机构的工作原理及类型螺旋机构是利用螺旋副传递运动和动力的机构。常用的螺旋机构在传动中除螺旋副外还有转动副和移动副。如图所示为最简单的、由3个构件所组成的螺旋机构。图中构件1为螺杆，构件2为螺母，构件3为机架，B为螺旋副，其导程为PB,A为转动副，C为移动副。当螺杆1转过φ角时，螺母2的位移为s为S=PB•（6-1）若将图中的转动副A改为螺旋副、其导程为PA,且螺旋方向与螺旋副B相同，则得到图所示机构。这时，当螺杆1转过φ角时，螺母2的位移为两个螺旋副移动量之差，即相关知识-0S=(PA-PB)由上式可知，若PA和PB接近相等时，则位移S可以极小，这种螺旋机构称为差动螺旋机构。若螺旋机构的两个螺旋方向相反，而导程的大小相等，则螺母2的位移为S=(PA+PB)=2PA•=2S’式中S’——螺杆1的位移。由上式可知，螺母2的位移S是螺杆1位移S’的两倍，也就是说，可以使螺母2产生很快的移动。这种螺旋机构称为复式螺旋机构。相关知识按螺杆与螺母之间摩擦状态的不同，螺旋机构可分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机构。滑动螺旋机构中的螺杆和螺母的旋转面直接接触，摩擦状态为滑动摩擦。滚动螺旋机构是在螺杆与螺母的螺纹滚道间有滚动体，如图6-15所示，当螺杆或螺母转动时，滚动体在纹滚道内滚动，使螺杆和螺母间为滚动摩擦，提高了传动效率和传动精度。相关知识6-4.2螺旋机构的特点及功能螺旋机构结构简单、制造方便、运动准确、能获得很大的降速比和力的增益，工作平稳、无噪声，合理选择螺纹导程角还可具有自锁作用，但效率较低，需要用反向机构才能反向运动。螺旋机构主要有以下几个方面的功能：(1)改变运动形式。如图6-14所示，可将螺杆或螺母)的转动转为螺母(或螺杆)的直线移动。此外，在传递运动时，若将螺母(或螺杆)固定下来，还可获得螺杆(或螺母)的转动和移动。(2)传递运动和动力。图6-16(a)所示为台虎钳定心夹紧机构，由平面夹爪1和V型夹爪2组成定心机构。螺杆3的A端是右旋螺纹，B端是左旋螺纹，采用了导程不同的复式螺旋机构。当转动螺杆3时，夹爪1与2夹紧工件5,并能适应不同工件的准确定心。(3)微调与测量。图6-16(b)所示为镗床镗刀的微调机构。螺母2固定于镗杆3,螺杆1与螺母2组成螺旋副A,同时又与螺母4组成螺旋副B。构件4的末端是镗刀，它与螺母2组成移动副C。当螺旋副A与B旋向相同而导程不同时，构成了差动螺旋机构，当转动螺杆1时，镗刀相对镗杆作微量的移动，以调整镗孔的进刀量。相关知识任务实施学习领域机械原理学习情境六其他常用机构学时8学时任务4螺旋机构学时2学时作业方式小组分析、个人解答，现场批阅，集体评判1如图6-14所示