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机械基础 中等职业教育国家规划教材 第三篇常用机构与传动 机械基础 第五章常用机构 第五章常用机构 第一节平面连杆机构 机械基础 第五章常用机构 简介 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 连杆机构是由若干构件 通过低副联接而成的机构 根据各杆作用面可分为 平面连杆机构和空间连杆机构 四杆机构是最常见的平面连杆机构 用途 1 实现运动形式的转换 2 实现一定的动作 3 实现一定的轨迹 面接触 承载能力高 耐磨损 易于制造和获得较高的精度 但效率低 会产生较大的运动误差 特点 连杆机构应用 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 连杆 连架杆 曲柄 摇杆 摆杆 机架 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 平面四杆机构组成 只有一个曲柄 有两个曲柄 没有曲柄 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 平面四杆机构类型 双摇杆机构 双曲柄机构 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 应用实例 平行四边形机构 反平行四边形机构 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 应用实例 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 曲柄存在条件 设AB为曲柄 且a d 由 BCD b c f b f c c f b 以fmax a d fmin d a代入并整理得 b c a db d a cc d a b a ba ca d 以曲柄摇杆机构为例 曲柄存在的条件 1 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和 2 最短杆是连架杆或机架 并可得 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 曲柄存在条件 以曲柄摇杆机构为例 推论1 当Lmax Lmin L 其余两杆长度之和 时最短杆是连架杆之一 曲柄摇杆机构最短杆是机架 双曲柄机构最短杆是连杆 双摇杆机构推论2 当Lmax Lmin L 其余两杆长度之和 时 双摇杆机构 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 四杆机构的演化及应用 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 四杆机构的演化及应用 1 扩大回转副 演化方法 1 扩大回转副2 改变更杆件长度用移动副取代回转副3 变更机架等 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 四杆机构的演化及应用 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 四杆机构的演化及应用 3 变换机架 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 四杆机构的演化及应用 曲柄滑块机构 导杆机构 摇块机构 定块机构 直动滑杆机构 AB AC回转导杆机构 AB AC摆动导杆机构 几种机构动画 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 压力角与传动角 压力角 a 从动杆 运动输出件 受力点的力作用线与该点速度方位线所夹锐角 不考虑摩擦 传动角 g d g 1800 d 压力角的余角 连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角 工程上要求 rmin r 压力角越大 对传动越不利 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 死点 连杆与从动件共线的位置 0 为死点位置 应用 连杆式快速夹具 飞机起落架 机械基础 第五章第一节平面连杆机构 急回特性 从动杆往复运动的平均速度不等的现象称为机构的急回特性 极位夹角 0 对应从动杆的两个极限位置 主动件两相应位置所夹锐角称极位夹角 第二节凸轮机构 机械基础 第五章常用机构 凸轮动画 机械基础 第五章第二节凸轮机构 简介 机械基础 第五章第二节凸轮机构 应用 配气机构 靠模机构 进刀机构 凸轮机构是由凸轮 从动件 机架以及附属装置所组成的高副机构 当凸轮连续转动时 通过其曲线轮廓与从动件之间的高副接触 推动从动件 使其按所预定的规律进行往复运动 分类 机械基础 第五章第二节凸轮机构 按凸轮的形状分 按从动杆运动形式分 按从动杆形状分 盘形 移动 圆柱 移动 直动 摆动 尖顶 滚子 平底 特点 机械基础 第五章第二节凸轮机构 优点 结构简单 适当设计凸轮的轮廓曲线 可以使推杆得到各种预期的运动规律 缺点 凸轮轮廓加工困难 凸轮与推杆之间为点或线的接触 磨损大 多用于传递动力不大的场合 运动过程分析 机械基础 第五章第二节凸轮机构 常用运动规律 机械基础 第五章第二节凸轮机构 一 等速运动规律 推程运动方程 推程运动线图 在起始和终止点速度有突变 使瞬时加速度趋于无穷大 从而产生无穷大惯性力 引起刚性冲击 从动件的速度为常数的运动规律称为等速运动规律 常用运动规律 机械基础 第五章第二节凸轮机构 二 等加速等减速运动规律 推程运动方程 从动件在前半行程中作等加速运动 在后半行程中作等减速运动 而且加速度的绝对值相等的运动规律 在起始和终止点速度有突变 但数值有限 引起柔性冲击 常用运动规律 机械基础 第五章第二节凸轮机构 三 简谐运动规律 简谐运动规律是当动点在一圆周上作匀速运动时 由该点在此圆的直径上的投影所构成的运动 推程运动方程 在起始和终止点速度有突变 但数值有限 引起柔性冲击 常用运动规律 机械基础 第五章第二节凸轮机构 四 摆线运动规律 当一个滚圆在一直线上作纯滚动时 滚圆上一点所走过的轨迹 推程运动方程 推杆作正弦加速度运动时 其加速度没有突变 因而将不产生冲击 适用于高速凸轮机构 反转法原理 机械基础 第五章第二节凸轮机构 假想给整个机构加一公共角速度 w 则凸轮相对静止不动 而推杆一方面随导轨以 w绕凸轮轴心转动 另一方面又沿导轨作预期的往复移动 推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线 对心尖顶盘形凸轮设计 机械基础 第五章第二节凸轮机构 例 已知R0 H w的方向 从动杆运动规律和凸轮相应转角 对心尖顶盘形凸轮设计 机械基础 第五章第二节凸轮机构 1 作位移曲线 2 将位移曲线的推程角 回程角分别若干等份 3 以O为圆心 为半径作基圆 4 BO开始按 方向取 和 并将各阶段的凸轮转角分别等分 得到一系列径向线 5 径向线上自基圆开始量取与位移相等的点 6 将各点连成光滑的曲线即为所求 作图步骤 对心尖顶从动件 S d 0 3600 1800 2100 3000 H 12345678910 w 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 滚子从动件设计 机械基础 第五章第二节凸轮机构 1 将滚子中心看作尖顶 然后按尖顶推杆凸轮廓线的设计方法确定滚子中心的轨迹 称其为凸轮的理论廓线 2 以理论廓线上各点为圆心 以滚子半径rr为半径 作一系列圆 3 再作此圆族的包络线 即为凸轮工作廓线 实际廓线 平底从动件设计 机械基础 第五章第二节凸轮机构 1 将平底与推杆导路与推杆的交点A视为推杆尖顶 然后确定出点A在反转中各位置1 2 2 过1 2 作一系列代表推杆平底的直线 3 作出该直线族的包络线 即为凸轮的实际轮廓曲线 凸轮压力角 机械基础 第五章第二节凸轮机构 1 压力角 指推杆沿凸轮廓线接触点的法线方向与推杆速度方向之间所夹的锐角 压力角a 凸轮所受的压力可分解为 有效分力 有害分力 凸轮压力角 机械基础 第五章第二节凸轮机构 2 许用压力角 a 推程时 对于直动推杆取 a 300对于摆动推杆 a 350 450回程时 通常取700 800 amax a 基圆半径确定 机械基础 第五章第二节凸轮机构 rb 0 8 1 ds 由图分析可知 其中 rb 基圆半径 凸轮角速度 v2 从动件上A点的速度 s 从动件位移 压力角 经验公式 式中 ds 凸轮轴直径 第三节间歇运动机构 机械基础 第五章常用机构 简介 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 机构的主动件作连续运动时 从动件能产生 动作 停止 动作 的运动 我们把这类机构称为间歇运动机构 应用 间歇机构以多种用途广泛应用在各类机械上 常被作为分度 夹持 进给 装配 包装 运输等机构中的一个重要组成部分 尤其在自动机上应用较多 分类 间歇机构按其运动变换形式的不同分为间歇转动 摆动和移动机构 按工作原理不同分类 棘轮机构 槽轮机构 不完全齿轮机构等 凸轮也可成为一种间歇运动机构 一 棘轮机构动画 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 一 棘轮机构 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 棘轮机构的特点 结构简单 制造方便 转角可调 转向可变 运动可靠 有冲击 平稳性差 会产生噪声和齿顶磨损 转角不宜过大 只能有级变化 应用 棘轮机构常用于低速轻载 要求转角不太大或需要经常改变转角的场合 一 棘轮机构 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 1 工作原理及组成 一 棘轮机构 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 2 类型 齿式棘轮机构 摩擦式棘轮机构 一 棘轮机构 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 2 类型 内啮式 棘条式 外啮式 单动式棘轮机构 一 棘轮机构 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 2 类型 双动式棘轮机构 一 棘轮机构 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 2 类型 可变向棘轮机构 一 棘轮机构 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 2 类型 偏心楔块式棘轮机构 一 棘轮机构 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 2 类型 滚子楔紧式棘轮机构 二 槽轮机构动画 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 二 槽轮机构简介 槽轮机构的特点 结构简单 工作可靠 运动较棘轮机构平稳 转变转角较为困难 不宜用于高速 应用 多用于低速且不需要经常调整转角的分度装置中 电影机的送片机构 六角车床刀架转位机构 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 二 槽轮机构简介 槽轮机构的组成及工作原理 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 三 不完全齿轮机构动画 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 三 不完全齿轮机构简介 不完全齿轮机构的特点 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 但由于齿轮传动为定传动比运动 所以从动轮从静止到转动或从转动到静止时 速度有突变 冲击较大 所以一般只用于低速或轻载场合 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 三 不完全齿轮机构简介 不完全齿轮机构的工作原理 机械基础 第五章第三节间歇运动机构 主动轮一般为只有一个或几个齿的不完全齿轮 从动轮可以是普通的完整齿轮 也可以是一个不完全齿轮 这样当主动轮的有齿部分作用时 从动轮随主动轮转动 当主动轮无齿部分作用时 从动轮应停止不动 因而当主动轮作连续回转运动时 从动轮可以得到间歇运动 为了防止从动轮在停止期间的运动 一般在齿轮上装有锁止弧 第四节螺旋机构 机械基础 第五章常用机构 简介 机械基础 第五章第四节螺旋机构 螺旋机构的特点 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 无噪音 合理选择螺纹导程角可具有自锁功能 但效率较低 实现往复运动要靠主动件改变转动方向 螺旋机构主要应用于传递运动和动力 转变运动形式 调整机构尺寸 微调与测量等场合 简介 机械基础 第五章第四节螺旋机构 螺旋机构的组成 螺旋机构由螺杆 螺母和机架等组成 联接螺纹 普通螺纹 粗牙 细牙管螺纹 薄壁零件 以管子内径为公称直径 联接螺纹有左旋和右旋之分 常用右旋 便于制造 螺纹的类型和应用 外螺纹 内螺纹联接螺纹 传动螺纹左旋螺纹 右旋螺纹单线螺纹 双线螺纹 多线螺纹米制螺纹 英制螺纹普通螺纹 管螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 螺纹及主要参数 机械基础 第五章第四节螺旋机构 外径 d 公称直径小径 d1 危险剖面直径中径 d2 指一个假想圆柱体的直径线数 n 头数 螺旋线数目 n l 2 3 4等 单头 自锁性好 用于联接 多头 效率高 用于传动 螺距 P 螺纹相邻两牙型对应点间的轴向距离导程 S 取螺纹上任一点 沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离 单头 S P 多头 S nP 螺纹及主要参数 机械基础 第五章第四节螺旋机构 升角 螺旋线的切线与垂直轴线的平面间的夹角 牙型角 轴剖面内螺纹牙两侧边的夹角 螺纹牙型 机械基础 第五章第四节螺旋机构 螺纹牙型 机械基础 第五章第四节螺旋机构 螺纹牙型 机械基础 第五章第四节螺旋机构 1 联接螺纹 牙型为等边三角形 牙型角为60 升角小 自锁性好 强度高 但不耐磨 易滑扣 一般联接多用粗牙 细牙常用于薄壁 细小零件 说明 1 粗牙不标螺距 2 旋向 左旋 LH 右旋不标 3 中 顶径公差带相同的可标一个代号 4 旋合长度 短 S 中 N 长 L 其中中等旋合长度N可不标 普通螺纹 牙型代号M 牙型公称直径 螺距旋向 中径公差带顶径公差带 旋合长度代号 如 M16 5g6g S M16 1LH 6H M20 管螺纹 1 联接螺纹 牙型为等腰三角形 牙型角为55 锥管螺纹 其螺纹分布在锥度为1 16的圆锥管上 说明 1 牙型 有密封性圆柱管螺纹Rp 有密封性外圆锥管螺纹R 有密封性内圆锥管螺纹Rc 无密封性管螺纹G 2 尺寸代号 并非螺纹大径 指管子通径尺寸 单位英寸 3 旋向 左旋 LH 右旋不标 牙型尺寸代号 旋向 如 Rp1 2 LHG1 2 梯形螺纹 代号Tr 2 传动螺纹 牙型为等腰梯形 牙型角为30 传动效率略低于矩形螺纹 牙根强度高 工艺性好 对中性好 内外螺纹贴紧不易松动 牙型公称直径 导程 螺距 旋向 中径公差带 旋合长度代号 如 Tr40 14 P7 LH 7e Tr40 7 7c 说明 1 旋向 左旋 LH 右旋不标 2 旋合长度 短 S 中 N 长 L 其中中等旋合长度N可不标 锯齿形螺纹 代号B 2 传动螺纹 牙型为不等腰梯形 工作面牙型角为3 非工作面牙型斜角为30 内外螺纹旋合后 外径处无间隙 传动效率高 牙根强度高 只能用于单向传力 牙型公称直径 导程 螺距 旋向 中径公差带 旋合长度代号 如 B40 7LH 7e B40 7 7c 说明 1 旋向 左旋 LH 右旋不标 2 旋合长度 短 S 中 N 长 L 其中中等旋合长度N可不标 普通螺旋机构 机械基础 第五章第四节螺旋机构 螺杆转动 螺母移动 螺杆固定 螺母转动并移动 螺母固定 螺杆转动并移动 螺母转动 螺杆移动 差动螺旋机构 机械基础 第五章第四节螺旋机构 式中n一螺杆1的转数 两螺旋旋向相同时取 相反时取 差动螺旋机构常用于测微计 分度机构 调节机构和夹具等 如镗刀进刀量调节机构 反向螺旋的车辆联接拉紧器等 由主动螺杆1 螺母滑块2和带螺孔的机架3组成 螺杆1由螺距分别为P2 P3的两段螺旋制成 与螺母2 机架3组成螺旋副 当螺杆1转动时 螺母2的移动距离为 例一 差动螺旋传动中 Pa 4mm Pb 3 5mm a b旋向相同 当丝杠转1 100r时 螺母2移动多少距离 滚珠丝杠 机械基础 第五章第四节螺旋机构 传动特点 传动效率高 传动精度高 起动阻力矩小 传动灵活平稳 工作寿命长 滚动螺旋传动按滚珠循环方式分为 内循环 滚珠始终和螺杆接触 两个封闭循环回路有两个反向器 三个封闭循环回路有三个反向器 特点 流动性好 效率高 经向尺寸小 外循环 分离 工艺性好 分为螺旋式 插管式 挡珠式 滚动螺旋传动应用于机床 汽车 拖拉机 航空军工等制造业