哈工大机械原理考研-第6章 其他常用机构理论部分

第6章 其它常用机构 189

第6章 其它常用机构

6.1 基本要求

1． 掌握棘轮机构的工作原理、类型、特点、应用。

2． 掌握槽轮机构的组成、工作原理、类型和应用。

3． 掌握槽轮机构的运动系数、运动特性及槽轮机构几何尺寸的计算。

4． 掌握单万向联轴节的结构和运动特性；掌握双万向联轴节的结构和运动特性；万向联轴

节的应用。

5． 了解不完全齿轮机构、螺旋机构、凸轮式间歇运动机构、非圆齿轮机构的工作原理及运

动特点。

6.2 内容提要

一、本章重点

本章重点是棘轮机构、槽轮机构和万向铰链机构的组成、运动特点及其运动设计的要点。

1．棘轮机构

齿式外啮合棘轮机构是由摇杆、棘爪、棘轮、止动爪和机架组成。可将主动摇杆连续往复摆动变换为从动棘轮的单向间歇转动。其棘轮轴的动程可以在较大范围内调节，且具有结构简单、加工方便、运动可靠等特点。但冲击、噪音大，且运动精度低。

了解其他形式的齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构的工作原理和运动特点。

（1） 棘轮转角的调节方法。常用棘轮转角的调节方法有：

1） 改变摆杆摆角；

2）利用棘轮罩遮盖部分棘齿。

（2）棘轮机的设计要点。

1）棘轮齿轮z 和棘爪数目j 的确定：棘轮齿数z 由棘轮的最小转角min ϕ来确定，即min 2z πϕ≥>，最常用的棘爪数目j =1，但当棘爪摆杆的摆角小于棘轮的齿距角360/z ︒时，必须采用多棘爪的棘轮机构，一般取j =1~3。

2）棘轮的模数m 和齿距p 的确定：即m=d a /z ，p m π=，其中d a 为棘轮的齿顶圆直径。

3）棘轮齿面倾斜角α的确定：棘轮齿面倾斜角α为齿面与轮齿尖向径的夹角。为了使棘爪能顺利地进入棘轮齿间，则要求齿面总作用力R 对棘爪轴心的力矩方向应迫使棘爪进入棘轮齿底，即应满足条件：0αϕ>其中ϕ为摩擦角。

4）棘轮齿形的选择：棘轮的齿形有双向作用的齿形和单向作用的齿形两种。双向作用的齿形一般都制成矩形，相应棘爪制成可翻转的或可提升并可转180°的。而单向作用的齿形通常都用锐角齿形，其齿形角一般根据铣刀角度决定。常用60°或55°，相应棘爪可制成

188 机械原理试题精选与答题技巧

钩头或直的。

2．槽轮机构

槽轮机构是由主动拨盘、从动槽轮及机架组成。可将主动拨盘的连续转动变换为槽轮的间歇转动。并具有结构简单、尺寸小、机械效率高、能较平稳地间歇转位等特点。

（1）槽轮机构的运动系数。在单销外槽轮机构中，当主动拨盘回转一周时，从动槽轮运动时间t d 与主动拨盘转一周的总时间t 之比称为槽轮机的运动系数，且用k 表示，即

112d t k t z

=

=- 式中 z —槽轮的槽数

如果在拨盘1上均匀分布有n 个圆销，则该槽轮机构的运动系数为 112k n z ⎛⎫=- ⎪⎝⎭

运动系数k 必须大于零而小于1。

（2）外槽轮机构的运动特性。主动拨盘以等速度1ω转动。当主动拨盘处在1ϕ位置角时，从动槽轮所处的位置角2ϕ、角速度2ω及角加速度2α分别为

21111221112222

2111arctan[sin /(1cos )]()

(cos )/(12cos )

(1)sin /(12cos )ϕλϕαϕϕαϕωωλϕλλϕλαωλλϕλϕλ=--<<=--+=--+ 式中 /sin(/)k L z λπ==

当拨盘的角速度1ω一定时，槽轮的角速度及角加速度的变化取决于槽轮的槽数z ，且随槽数z 的增多而减少。此外，圆销在啮入和啮出时，有柔性冲击，其冲击将随z 减少而增大。

（3）槽轮机构的设计要点。

1）槽轮槽数的选择：由式112k z

=-可知，槽轮槽数z 愈多，k 愈大， 即槽轮传动的时间增加，停歇的时间缩短。因k >0，故槽数3z ≥，但当z >12时，k 值变化不大，故很少使用z >12的槽轮。因此，一般取z =3~12，而常用槽数为3，4，6，8。

一般情况下，槽轮停歇时间为机器的工作行程时间；槽轮传动的时间则是空行程时间。为了提高生产率，要求机器的空行程时间尽量短，即k 值要小，也就是槽数要少。由于z 愈少，槽轮机构运动和动力性能愈差，故一般在设计槽轮机构时，应根据工作要求、受力情况、生产率等因素综合考虑，合理选择k ，再来确定槽数z 0，一般多取z =4或6。

2）圆销数目的确定：单销外啮合槽轮机构的k 值总是小于0.5，即槽轮的运动时间总是小于其停歇时间。如果要求k >0.5的间歇运动时，可以采用多销外啮合槽轮机构，其销数n 应满足式

2(2)n z z ≤-

当z =3时，n =1~6时；当z =4时，n =1~4；当z =5或6时，n =1~3；当7z ≥时，n =1~2。

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至于槽轮机构的中心距L 和圆销半径r 应按受力情况和实际机械所允许的空间安装尺寸来确定。

3．万向铰链机构

（1）单万向铰链机构。单万向铰链机构是由主动轴1、从动轴2、中间十字构件及机架组成。可用于轴夹角可变的两轴之间运动及动力的传递。

当两轴夹角为α时，若主动轴1以等角速度1ω回转，则从动轴2的角速度2ω将在一定范围内变化，即

121cos /cos ωαωωα≤≤

且变化幅度与两轴夹角α的大小有关。α愈大，2ω的变化幅度愈大，故一般取30α≤︒。

（2）双万向铰链机构。为了消除单万向铰链机构中从动轴变速转动的缺点，常采用由两个单万向铰链机构形成的双万向铰链机构。为了实现主、从动轴的角速度恒相等，其结构必须满足的条件为：

1） 轴1，3和中间轴2必须位于同一平面内；

2） 主动轴1、从动轴3与中间轴2的轴线之间的夹角相等；

3） 中间轴两端的叉面应位于同一平面内。

二、本章难点

本章的难点是单万向铰链机构的运动分析。也就是主动轴和从动轴角速度关系公式的推导。组合机构的工作原理和运动特点。