几种常用机构.

常用机构主讲人：杨能10月8日万向联轴节螺旋机构棘轮机构槽轮机构万向联轴节一、单万向联轴节主动轴从动轴十字头转动副转动副转动副主动轴1和从动轴3端部都带有叉，两叉又与十字头2组成轴线垂直的转动副B和C，轴1和轴3又与机架组成转动副A和D。当主动轴1转一周时，从动轴3也转动一周，但主动轴与从动轴的瞬时传动比不为常数。其传动比的计算公式为：由上式可知，该传动比不仅随主动轴转角1而变化，还与两轴之间的夹角β有关.主、从动轴角速度比与主动轴转角的关系当φ1=0°或180°时，角速度比达到最大值，ω3max=ω1/cosβ当φ1=90°或270°时，角速度比达到最小值，ω3min=ω1cosβ轴3角速度的波动情况还可以用转速不均匀系数δ表示δ=ω3max−ω3minω3m=𝑠𝑖𝑛2β𝑐𝑜𝑠β（ω3m表示轴3的平均角速度）注：β角增大时，δ增加得更快，因此在实际应用中β一般不超过35~45。β二、双万向联轴节结构：两个单万向联轴节+一个中间轴M原因：由于单万向联轴节从动轴的角速度作周期变化，因而传动中将产生附加动载荷，使轴发生振动。为避免从动轴产生角速度变化，可采用双万向联轴节。在传递运动过程中由于主、从动轴的相对位置发生变化，两万向节之间距离也相对变化，因此中间轴做成两部分用花键联接，以调节中间轴长度的变化。主动轴1从动轴3β3β3中间轴Mβ1β1花键联接1、定义：花键联接由内花键和外花键组成。内、外花键均为多齿零件，在内圆柱表面上的花键为内花键，在外圆柱表面上的花键为外花键。2、使用特点：联接受力较为均匀；齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少；齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载荷；轴上零件与轴的对中性好；导向性好；可用磨削的方法提高加工精度及联接质量；制造工艺较复杂，有时需要专门设备，成本较高。3、适用场合：定心精度要求高、传递转矩大或经常滑移的联接双万向联轴节要使主、从动轴的角速度相等必须满足以下两个条件：1）主动轴与中间轴的夹角必须等于从动轴与中间轴的夹角，即β1=β3；2）中间轴两端的叉面必须位于同一平面内。证明：121211cossin1cosMM323233cossin1cosMMβ1β1β3β3所以：ω1=ω33232212131coscossin1cossin1cos31MM三、万向联轴节的特点和应用单万向联轴节特点：当两轴夹角变化时仍可进行工作，而只影响其瞬时角速比的大小。双万向联轴节特点：当两轴间的夹角变化时，不但可以继续工作，而且还能保证等角速比；常用来传递平行轴或相交轴。万向联轴节的选择：1)所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。2)联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。3)两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。4)联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器比较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。5）由于制造、安装、受载变形和温度变化等原因，当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中。存在一定程度的x、Y方向位移和偏斜角CI。当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。当工作过程中两轴产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。万向联轴器的计算转矩：Tc=T*Kn*Kh*K*Ka≤Tn(N·m)Tn——万向联轴器的公称转矩，N·mTf——万向联轴器的疲劳转矩，N·mT——万向联轴器的理论转矩;其中T=9550Pw/N(N·m)Pw——驱动功率，kw；N——万向联轴器转速，r/minKn——万向联轴器的转速修正系数Kh——万向联轴器的轴承寿命修正系数K——万向联轴器的两轴线折角修正系数Ka——载荷修正系数载荷均匀，工作平稳时，Ka=1.0；载荷不均匀，中等冲击时，Ka=1.1～1.3；较大冲击载荷和频繁正反转时，Ka=1.3～1.5，特大冲击载荷和频繁正反转时Ka1.5。万向联轴节的应用：在汽车中的应用在轧钢机中的应用螺旋机构螺旋机构1、定义：由螺旋副联接相邻构件而成的机构。2、组成：螺旋副、转动副和移动副。A、B均为螺旋副，当螺杆1回转角φ时，螺母的位移s为:在B处：s=PBφ2π同理可得在A处：s=PAφ2πP-----螺纹的导程。最简单的三构件螺旋机构：移动副螺旋副转动副AB差动螺旋：螺旋机构的两个螺旋方向相同，PA和PB近于相等，位移s可以极小。s=(PA-PB)φ2π复式螺旋：螺旋机构的两个螺旋方向相反而导程的大小相等。s=(PA+PB)φ2π螺旋机构的特点：优点：结构简单，制作方便；较小的回转力矩→很大的轴向力；工作平稳，无噪音；自锁作用；将回转运动变换为直移运动。缺点：摩擦损失大，效率低。适用场合：传递功率不大的场合。螺旋结构的应用应用涉及范围广泛如：机械工业、仪器仪表、工装夹具、测量工具等等。镗床镗刀棘轮机构主动摆杆驱动棘爪棘轮止回棘爪一、棘轮机构的基本结构和工作原理棘轮不动棘轮运动二、棘轮机构的类型常用棘轮机构可分为轮齿式与摩擦式两大类单向式棘轮机构双向式棘轮机构轮齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构棘轮机构偏心楔块式棘轮机构滚子楔紧式棘轮机构单动式棘轮机构双动式棘轮机构单向式棘轮机构外啮式内啮式双向式棘轮机构双动式棘轮机构双向式棘轮机构双向式棘轮机构偏心楔块式棘轮机构偏心楔块式棘轮机构滚子楔紧式棘轮机构滚子楔紧式棘轮机构1、棘爪自动啮紧棘轮齿根的条件PPPFRFNf•FN欲使棘爪顺利的滑入棘轮齿根，则必须有：cosfsinLFLFNNtantanf棘轮齿面角大于摩擦角或者棘轮对棘爪的总反力FN的作用线在棘爪轴心O1和棘轮轴心O2之间穿过O1O1O1O2O2O2三、棘轮机构的可靠工作条件2、滚子楔紧条件欲使滚子被楔紧，则必须有：sin2cos22dFddFNAAFAFNAFNBFB2楔紧角小于2倍的摩擦角楔紧角不宜过小，以防套筒反向运动时滚子不易退出楔紧状态。注意：FA=FNAff=tan3、偏心块楔紧条件FRf•FNFN欲使楔块楔紧棘轮，则必须有：NNfFAOFAOcossin22tantan楔块廓线升角小于摩擦角aφ不对称梯形齿强度较高，已经标准化，是最常用的一种齿形Φ=15゜～30゜m——模数，z——齿数a=m,t=πm，b=0.75mD=mz，Df=D-2h，四、棘轮机构设计中的主要问题（１）不对称梯形齿1、棘轮齿形的选择（2）直线型三角形齿这种齿形的齿顶尖锐，强度较低，用于小载荷场合。直线（3）圆弧型三角形齿圆弧这种齿形较直线型三角形齿强度高，冲击也小一些。（4）对称型矩形齿这种齿用于双向驱动的棘轮2、棘轮转角大小的调整（1）采用棘轮罩通过改变棘轮罩的位置实现棘轮转角大小的调整滑块摆杆（2）改变摆杆摆角通过改变滑块A的位置，改变摆杆摆角的大小，从而实现棘轮转角大小的调整以上两种调整棘轮转角的方法，棘轮的最小转角都不小于一个齿距角。若要使棘轮的转角小于一个齿距角，则应采取以下方法：多爪棘轮机构五、棘轮机构的特点和应用轮齿式棘轮机构：结构简单、易于制造、运动可靠、棘轮转角容易实现有级调整棘爪在齿面滑过时会引起噪声，高速时更为严重轮齿式棘轮机构多用于低速、轻载时间歇运动的控制棘轮机构用于将摇杆的周期性摆动转换为棘轮的单向间歇转动，也常作为防逆转装置摩擦式棘轮机构：传递运动较平稳、无噪声，从动件的转角可作无级调整易出现打滑现象，运动准确性较差，不适合用于精确传递运动的场合各种棘轮机构在生产实际中的应用棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构槽轮机构一、槽轮机构的组成及其工作原理主动拨盘从动槽轮锁止弧锁止弧径向槽圆柱销主动拨盘转动圆柱销进入径向槽锁止弧松开从动槽轮转动拨盘转过角21槽轮转过22圆柱销脱出径向槽槽轮另一锁止弧被拨盘锁止弧锁住拨盘转动、槽轮静止二、槽轮机构的基本类型及其应用常见的槽轮机构有两种类型：外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构三、槽轮机构的运动性质1、槽轮机构的运动系数主动拨盘转一周时，槽轮的运动时间t2与拨盘的运动时间t1的比值τ为槽轮机构的运动系数。12tt（1）外槽轮机构拨盘转过一周的时间为：112t若拨盘上有k个圆柱销，则拨盘每转一周，k次拨动槽轮。每次拨动槽轮的运动时间为：11'22tk次拨动槽轮的运动时间为：1122Kt22112ktt,2221z222z——槽轮径向槽数2)2(zkzzk22要使槽轮运动，其运动时间t20即：02z要使槽轮有停歇，其运动时间t2t1，即：122zzk3z时6k（k=1～5)，4z时4k（k=1～3)，5z时310k（k=1～3)。（2）内槽轮机构拨盘转过一周的时间为：112t若拨盘上有k个圆柱销，则拨盘每转一周，k次拨动槽轮。每次拨动槽轮的运动时间为：1''2tk次拨动槽轮的运动时间为：1'2kt2'12ktt,2221z222z——槽轮径向槽数1'222)2(zkzzk22要使槽轮有停歇，其运动时间t2t1，即：122zzk3z时必然有：由于当2221zz故内槽轮机构拨盘上的圆柱销只能有一个2、槽轮机构的角速度和角加速度外槽轮的转角2和拨盘的转角1关系为：1122cossintanRaRBOABR──圆柱销回转半径，a──中心距令lRa112cos1sinarctanll121122cos21)(coslllldtd212211222)cos21(sin)1(lllldtd当1为常数时，槽轮的角速度与角加速度均为槽数z和拨盘位置角1的函数。为避免圆柱销进入与脱离槽轮径向槽时发生刚性冲击，圆柱销中心的运动方向应与径向槽的中心线相切，因而有：zaRlsinsin2当槽数较少时，加速度较大，运动平稳性差；当槽数增多后，加速度变化较小，运动较平稳。（设计时槽轮的槽数不宜太少也不宜太多，一般z=4~8）内槽轮机构的运动参数)cos1sinarctan()cossinarctan(11112llRaR121122cos21)(coslllldtd212211222)cos21(sin)1(lllldtdzaRlsinsin2z外槽轮机构内槽轮机构外槽轮机构内槽轮机构36.460.4631.441.7342.410.415.411.0051.430.372.300.7361.000.331.350.5880.620.280.700.411max221max2内、外槽轮机构的角速度和角加速度运动平稳性差，不宜采用结论：内槽轮的运动平稳性比外槽轮好。内、外槽轮机构几何尺寸计算公式名称符号外啮合槽轮机构计算公式内啮合槽轮机构计算公式圆销的回转半径R圆销半径r槽顶高H槽底高hhaRr=-+()或haRr=-+-()(3～5)mmhaRr=-+()或haRr=-+-()(3～5)mm锁止弧半径RxRx=h－