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機(jī)械分析與應(yīng)用
本教材以機(jī)械分析與應(yīng)用為主線,同時(shí)兼顧學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律及職業(yè)成長(zhǎng)規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)情境。以家用縫紉機(jī)、FA320A型并條機(jī)等完整設(shè)備為中心,以機(jī)械分析與應(yīng)用為主線組織教學(xué)內(nèi)容,構(gòu)建了教材中前三個(gè)項(xiàng)目;以開(kāi)口凸輪箱為載體組織機(jī)械拆裝測(cè)繪與機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識(shí)內(nèi)容,以及以機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)及機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)為載體組織機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容,形成教材的第4、第5兩個(gè)項(xiàng)目。
本教材以機(jī)械分析與應(yīng)用為主線,同時(shí)兼顧學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律及職業(yè)成長(zhǎng)規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)情境。以家用縫紉機(jī)、FA320A型并條機(jī)等完整設(shè)備為中心,以機(jī)械分析與應(yīng)用為主線組織教學(xué)內(nèi)容,構(gòu)建了教材中前三個(gè)項(xiàng)目;以開(kāi)口凸輪箱為載體組織機(jī)械拆裝測(cè)繪與機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識(shí)內(nèi)容,以及以機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)及機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)為載體組織機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容,形成教材的第4、第5兩個(gè)項(xiàng)目! ≡摻滩募瓤晒└呗毟邔P滦图徔棛C(jī)電技術(shù)專業(yè)使用,也可供相關(guān)機(jī)電類、機(jī)械類及近機(jī)類專業(yè)教學(xué)使用,還可以供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。
梁海峰,南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院,副教授。
緒論
0.1機(jī)械的組成 0.1.1機(jī)器與機(jī)構(gòu) 0.1.2機(jī)器的組成 0.2機(jī)械分析的一般程序和基本方法 0.2.1機(jī)械分析的一般程序 0.2.2機(jī)械分析的基本方法 0.3課程的性質(zhì)、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 0.3.1性質(zhì)和任務(wù) 0.3.2學(xué)習(xí)方法 項(xiàng)目1機(jī)械機(jī)構(gòu)分析 ※ 學(xué)習(xí)任務(wù) ※ 學(xué)習(xí)目標(biāo) 任務(wù)1.1機(jī)械機(jī)構(gòu)組成分析 ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) 緒論 0.1機(jī)械的組成 0.1.1機(jī)器與機(jī)構(gòu) 0.1.2機(jī)器的組成 0.2機(jī)械分析的一般程序和基本方法 0.2.1機(jī)械分析的一般程序 0.2.2機(jī)械分析的基本方法 0.3課程的性質(zhì)、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 0.3.1性質(zhì)和任務(wù) 0.3.2學(xué)習(xí)方法 項(xiàng)目1機(jī)械機(jī)構(gòu)分析 ※ 學(xué)習(xí)任務(wù) ※ 學(xué)習(xí)目標(biāo) 任務(wù)1.1機(jī)械機(jī)構(gòu)組成分析 ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) ★ 任務(wù)描述 ★ 知識(shí)學(xué)習(xí) 1.1.1平面連桿機(jī)構(gòu) 1.1.2凸輪機(jī)構(gòu) 1.1.3螺紋聯(lián)接 1.1.4鍵聯(lián)接 1.1.5銷聯(lián)接 1.1.6平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的繪制 ★ 任務(wù)實(shí)施 ★ 習(xí)題 任務(wù)1.2機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) ★ 任務(wù)描述 ★ 知識(shí)學(xué)習(xí) 1.2.1點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 1.2.2剛體的基本運(yùn)動(dòng) 1.2.3平面四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性 1.2.4凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性 1.2.5點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng) 1.2.6剛體的平面運(yùn)動(dòng) ★ 任務(wù)實(shí)施 ★ 習(xí)題 任務(wù)1.3機(jī)械機(jī)構(gòu)受力分析 ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) ★ 任務(wù)描述 ★ 知識(shí)學(xué)習(xí) 1.3.1靜力學(xué)基本知識(shí) 1.3.2平面機(jī)構(gòu)的受力分析 1.3.3平面連桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角 1.3.4平面連桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn) 1.3.5凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 ★ 任務(wù)實(shí)施 ★ 習(xí)題 項(xiàng)目2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)分析 ※ 學(xué)習(xí)任務(wù) ※ 學(xué)習(xí)目標(biāo) 任務(wù)2.1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)組成分析 ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) ★ 任務(wù)描述 ★ 知識(shí)學(xué)習(xí) 2.1.1帶傳動(dòng) 2.1.2鏈傳動(dòng) 2.1.3齒輪傳動(dòng) 2.1.4螺旋傳動(dòng) 2.1.5機(jī)械傳動(dòng)圖的繪制 ★ 任務(wù)實(shí)施 ★ 習(xí)題 任務(wù)2.2傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析 ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) ★ 任務(wù)描述 ★ 知識(shí)學(xué)習(xí) 2.2.1帶傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分析 2.2.2鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性 2.2.3齒輪傳動(dòng)計(jì)算 2.2.4螺旋傳動(dòng)的計(jì)算 ★ 任務(wù)實(shí)施 ★ 習(xí)題 目錄ⅲ任務(wù)2.3機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)受力分析 ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) ★ 任務(wù)描述 ★ 知識(shí)學(xué)習(xí) 2.3.1空間受力分析基本知識(shí) 2.3.2帶傳動(dòng)的受力分析 2.3.3鏈傳動(dòng)的受力分析 2.3.4直齒圓柱齒輪的受力分析 2.3.5斜齒圓柱齒輪的受力分析 2.3.6直齒圓錐齒輪的受力分析 2.3.7蝸桿傳動(dòng)的受力分析 2.3.8空間力系受力分析 ★ 任務(wù)實(shí)施 ★ 習(xí)題 項(xiàng)目3機(jī)械分析與維護(hù) ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) ★ 任務(wù)描述 ★ 知識(shí)學(xué)習(xí) 3.1間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 3.1.1棘輪機(jī)構(gòu) 3.1.2槽輪機(jī)構(gòu) 3.1.3不完全齒輪機(jī)構(gòu) 3.2組合機(jī)構(gòu) 3.2.1連桿—連桿組合 3.2.2雙凸輪機(jī)構(gòu) 3.2.3凸輪連桿機(jī)構(gòu) 3.2.4棘輪連桿機(jī)構(gòu) 3.3常用機(jī)械零部件 3.3.1軸及軸承 3.3.2聯(lián)軸器、離合器 3.3.3彈簧 3.4機(jī)械維護(hù)與保養(yǎng) 3.4.1潤(rùn)滑及潤(rùn)滑劑 3.4.2軸承的潤(rùn)滑 3.4.3帶傳動(dòng)的維護(hù)保養(yǎng) 3.4.4鏈傳動(dòng)的維護(hù)保養(yǎng) 3.4.5齒輪傳動(dòng)的維護(hù)保養(yǎng) 3.4.6蝸桿傳動(dòng)的維護(hù)保養(yǎng) ★ 任務(wù)實(shí)施 ★ 習(xí)題 ⅳ機(jī)械分析與應(yīng)用 項(xiàng)目4機(jī)械零部件拆裝測(cè)繪與零件設(shè)計(jì) ※ 學(xué)習(xí)任務(wù) ※ 學(xué)習(xí)目標(biāo) 任務(wù)4.1機(jī)械零部件拆裝測(cè)繪 ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) ★ 任務(wù)描述 ★ 知識(shí)學(xué)習(xí) 4.1.1機(jī)械零部件的拆裝 4.1.2機(jī)械零部件的測(cè)繪 ★ 制定方案 ★ 任務(wù)實(shí)施 ★ 習(xí)題 任務(wù)4.2軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核計(jì)算 ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) ★ 任務(wù)描述 ★ 知識(shí)學(xué)習(xí) 4.2.1軸的材料及選擇 4.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.2.3軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 ★ 制定方案 ★ 任務(wù)實(shí)施 ★ 習(xí)題 項(xiàng)目5機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)與機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì) ★ 學(xué)習(xí)任務(wù) ★ 學(xué)習(xí)目標(biāo) ★ 知識(shí)學(xué)習(xí) 5.1機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述 5.1.1概念 5.1.2機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程 5.1.3機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 5.1.4機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新思維與技法 5.2機(jī)械機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 5.2.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)的程序 5.2.2機(jī)構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法 5.3機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì) 5.3.1結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的變性原理 5.3.2結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的組合原理 ★ 制訂計(jì)劃 ★ 做出決策 ★ 任務(wù)實(shí)施 ★ 評(píng)價(jià)反饋 附錄 一、機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)——機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖規(guī)定符號(hào) 二、學(xué)習(xí)過(guò)程中的表單 參考文獻(xiàn)
1?1?1平面連桿機(jī)構(gòu)
連桿機(jī)構(gòu)由若干構(gòu)件用低副(轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、球面副、螺旋副等)連接而成,故又稱低副機(jī)構(gòu)。根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況,連桿機(jī)構(gòu)可分為平面連桿機(jī)構(gòu)、空間連桿機(jī)構(gòu)和球面連桿機(jī)構(gòu)。本章討論平面連桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)平面連桿機(jī)構(gòu)自由度的不同,又可將其分為單自由度、兩自由度和三自由度平面連桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)的多少,平面連桿機(jī)構(gòu)分為四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等,一般將五桿及五桿以上的連桿機(jī)構(gòu)稱為多桿機(jī)構(gòu)。 1?鉸接四桿機(jī)構(gòu) 所有運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)為鉸接四桿機(jī)構(gòu),如圖12所示。它是平面連桿機(jī)構(gòu)的最基本的形式,其他形式的平面四桿機(jī)構(gòu)都可看作是在它的基礎(chǔ)上演化而成的。在此機(jī)構(gòu)中,構(gòu)件4為機(jī)架,圖12鉸接四桿機(jī)構(gòu) 1、3—連架桿2—連桿4—機(jī)架構(gòu)件1和3為連架桿,構(gòu)件2為連桿。能整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄,不能整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為搖桿或擺桿。若兩構(gòu)件在某一點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接并能繞該點(diǎn)作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),則稱該轉(zhuǎn)動(dòng)副為回轉(zhuǎn)副,否則,稱為擺動(dòng)副。 根據(jù)平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中兩連架桿的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行命名。例如,當(dāng)一連架桿為曲柄,另一連架桿為搖桿時(shí),稱其為曲柄搖桿機(jī)構(gòu);當(dāng)兩連架桿均為曲柄時(shí),稱其為雙曲柄機(jī)構(gòu)。當(dāng)兩連架桿均為搖桿時(shí),稱其為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 2?曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 紡織機(jī)械中很多地方都應(yīng)用到曲柄搖桿機(jī)構(gòu),如圖13(a)所示,家用縫紉機(jī)的踏腳機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿中,一個(gè)為主動(dòng)件,另一個(gè)為從動(dòng)件。曲柄為主動(dòng)件時(shí),曲柄搖桿機(jī)構(gòu)將主動(dòng)件曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)變換為從動(dòng)件搖桿的擺動(dòng)或搖動(dòng)。圖13(b)所示為織機(jī)的打緯機(jī)構(gòu),織機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)連桿變換為筘座的擺動(dòng)。搖桿為主動(dòng)件時(shí),曲柄搖桿機(jī)構(gòu)將主動(dòng)件搖桿的擺動(dòng)變換為從動(dòng)件曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖13機(jī)械中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)又可以分為正置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、正偏置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和負(fù)偏置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 如圖14所示,曲柄1繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),曲柄轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),搖桿繞D點(diǎn)往復(fù)擺動(dòng)一個(gè)來(lái)回,擺角為∠C1DC2,C1D和C2D是搖桿的兩個(gè)極限位置,將搖桿的兩極限位置上的點(diǎn)C1和C2連線,并將連線C1C2延長(zhǎng),該延長(zhǎng)線通過(guò)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心,這樣的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)稱為正置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 如圖15所示,將搖桿的兩極限位置上的點(diǎn)C1和C2連線,并將連線C1C2延長(zhǎng),該延長(zhǎng)線沒(méi)有通過(guò)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心,C1C2延長(zhǎng)線距曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A的距離為e,e稱為偏心距。TP500型劍桿織機(jī)、噴氣織機(jī)的打緯機(jī)構(gòu)均采用了正偏置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。圖14正置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖15正偏置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)如圖16所示,將搖桿的兩極限位置上的點(diǎn)C1和C2連線,并將連線C1C2延長(zhǎng),該延長(zhǎng)線沒(méi)有通過(guò)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心,C1C2延長(zhǎng)線距曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A的距離為e,e稱為偏心距。正偏置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿兩極限位置連線的延長(zhǎng)線通過(guò)機(jī)架AD外側(cè),負(fù)偏置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿的兩極限位置連線通過(guò)機(jī)架連線。 項(xiàng)目1機(jī)械機(jī)構(gòu)分析00機(jī)械分析與應(yīng)用3?雙搖桿機(jī)構(gòu) 圖17所示的鉸接四桿機(jī)構(gòu),兩個(gè)連架桿都不能作整周回轉(zhuǎn),故兩個(gè)連架桿都是搖桿,這種鉸接四桿機(jī)構(gòu)稱雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件和從動(dòng)件都作擺動(dòng),圖18為SOMET劍桿織機(jī)傳劍機(jī)構(gòu)中的雙搖桿機(jī)構(gòu)。 圖16負(fù)偏置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖17雙搖桿機(jī)構(gòu)4?雙曲柄機(jī)構(gòu) 圖19所示的平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)即為雙曲柄機(jī)構(gòu),兩連架桿1和3均能轉(zhuǎn)整周,即兩連架桿均為曲柄,這樣的平面鉸接四桿機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。一般情況下,主動(dòng)曲柄與從動(dòng)曲柄的傳動(dòng)比為變量,即主動(dòng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),從動(dòng)曲柄將作變速轉(zhuǎn)動(dòng)。雙曲柄機(jī)構(gòu)根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況又可以分為正平行四邊形雙曲柄機(jī)構(gòu)和反平行四邊形雙曲柄機(jī)構(gòu)。 在圖110所示的平面鉸接四桿機(jī)構(gòu)(正平行四邊形機(jī)構(gòu))中,構(gòu)件1和構(gòu)件3的長(zhǎng)度相等,構(gòu)件2和構(gòu)件4的長(zhǎng)度相等,構(gòu)件1和構(gòu)件3的轉(zhuǎn)向始終相同,這樣的機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,四桿始終構(gòu)成平行四邊形,這樣的平面鉸接四桿機(jī)構(gòu)稱為正平行四邊形機(jī)構(gòu)。正平行四邊形機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿不僅轉(zhuǎn)向相同,它們的轉(zhuǎn)速也恒相等,是連桿機(jī)構(gòu)中能實(shí)現(xiàn)定傳動(dòng)比的一種機(jī)構(gòu)。圖111所示是機(jī)車車輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),為一正平行四邊形機(jī)構(gòu)。為保證機(jī)構(gòu)能按正確的方向運(yùn)動(dòng),在機(jī)構(gòu)中增加了另一連架桿(虛約束)5,這樣可以使兩個(gè)連架桿總能同向回轉(zhuǎn)。 圖18SOMET劍桿織機(jī)傳劍機(jī)構(gòu)中的雙搖桿機(jī)構(gòu)圖19雙曲柄機(jī)構(gòu)圖110正平行四邊形機(jī)構(gòu)圖111機(jī)車車輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在圖112所示的平面鉸接四桿機(jī)構(gòu)(反平行四邊形機(jī)構(gòu))中,構(gòu)件1和構(gòu)件3的長(zhǎng)度相等,構(gòu)件2和構(gòu)件4的長(zhǎng)度相等,構(gòu)件1和構(gòu)件3的轉(zhuǎn)向始終相反,這樣的平面鉸接四桿機(jī)構(gòu)稱為反平行四邊形機(jī)構(gòu)。反平行四邊形機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿的轉(zhuǎn)向相反,而且它們的轉(zhuǎn)速也恒相等,是連桿機(jī)構(gòu)中能實(shí)現(xiàn)定傳動(dòng)比的另一種機(jī)構(gòu)。圖113所示的汽車車門開(kāi)閉機(jī)構(gòu)即使用的這種機(jī)構(gòu)。圖112反平行四邊形機(jī)構(gòu)圖113車門開(kāi)閉機(jī)構(gòu)5?平面四連桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 若連架桿中與機(jī)架相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副為回轉(zhuǎn)副,該構(gòu)件即為曲柄。所以,分析轉(zhuǎn)動(dòng)副為回轉(zhuǎn)副的條件又稱為曲柄存在條件分析。 圖114平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)副條件分析如圖114所示,平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD,設(shè)構(gòu)件1、2、3和4的長(zhǎng)分別為L(zhǎng)1、L2、L3和L4。圖中ABd和ABs為構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)至分別與機(jī)架線重合的兩個(gè)位置。為了使構(gòu)件1和4之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副A0能成為回轉(zhuǎn)副,只要構(gòu)件1能通過(guò)ABd和ABs這兩個(gè)關(guān)鍵位置。 設(shè)L1 L1+L4≤L2+L3(11) 由△BdCdD,有: L2≤(L4-L1)+L3(12) L3≤(L4-L1)+L2(13) 整理后變?yōu)? L1+L2≤L3+L4(14) L1+L3≤L2+L4(15) L1+L4≤L2+L3(16) 將上式兩兩相加后,得: L1≤L2(17) L1≤L3(18) L1≤L4(19) 同理,當(dāng)L1>L4時(shí),可得到轉(zhuǎn)動(dòng)副A能成為回轉(zhuǎn)副的條件為: L4+L1≤L2+L3(110) L4+L2≤L1+L3(111) L4+L3≤L1+L2(112) L4≤L1(113) L4≤L2(114) L4≤L3(115) 由式(14)~式(19)可以看出,組成回轉(zhuǎn)副A的兩個(gè)構(gòu)件1和4中,必有一個(gè)構(gòu)件是四個(gè)桿長(zhǎng)中的最短桿,且該最短桿與四個(gè)桿長(zhǎng)的最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和必小于等于其他兩桿長(zhǎng)度之和。 綜合上述分析,平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,一個(gè)構(gòu)件上的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副能成為回轉(zhuǎn)副的必要條件是:該構(gòu)件的桿長(zhǎng)是四個(gè)桿長(zhǎng)中的最短桿,且該最短桿與四個(gè)桿長(zhǎng)的最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和必小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和。該條件也稱之為平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件或稱格拉霍夫定理。 例11TP500劍桿織機(jī)打緯機(jī)構(gòu),桿1與機(jī)架4的鉸接點(diǎn)為A,桿3與機(jī)架4的鉸接點(diǎn)為D,桿1與桿2的鉸接點(diǎn)為B,桿2與桿3的鉸接點(diǎn)為C,AD的水平距離為498,AD鉛垂距離為150,桿1長(zhǎng)度為75,桿2長(zhǎng)度為110,桿3長(zhǎng)度為520?2,判斷此機(jī)構(gòu)為何種機(jī)構(gòu)? 解: AD=4982+1502=520?1 520?2+75≤520?1+110 答:以最短桿1的相鄰桿4為機(jī)架,為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 6?平面四桿機(jī)構(gòu)的演變形式 在生產(chǎn)機(jī)械中有各種形式的平面四連桿機(jī)構(gòu),這些平面四連桿機(jī)構(gòu)都由鉸接四連桿機(jī)構(gòu)演變而得,演變的方式主要有將轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐苿?dòng)副、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副元素、以不同的桿件為機(jī)架三種。 (1)將轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐苿?dòng)副。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的移動(dòng)副可以認(rèn)為是由轉(zhuǎn)動(dòng)副演變而來(lái)的。圖115(a)所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中,1為曲柄,3為搖桿,C點(diǎn)的軌跡為以D點(diǎn)為圓心、桿長(zhǎng)CD為半徑的圓弧Kc。今在機(jī)架4上制作一同樣軌跡的圓弧槽Kc,并將搖桿3做成弧形滑塊置于槽中滑動(dòng),如圖115(b)所示。這時(shí),弧形滑塊在圓弧形槽中的運(yùn)動(dòng)完全等同于轉(zhuǎn)動(dòng)副D的作用,圓弧槽Kc的圓心即相當(dāng)于搖桿3的擺動(dòng)中心D,其半徑相當(dāng)于搖桿3的長(zhǎng)度CD。又若再將圓弧槽Kc的半徑增加到無(wú)窮大,其圓心D移至無(wú)窮遠(yuǎn)處,則圓弧槽變成了直槽,置于其中的滑塊3作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),從而轉(zhuǎn)動(dòng)副D演變?yōu)橐苿?dòng)副,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演變?yōu)楹粋(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu),稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu),如圖115(c)所示。圖中e為曲柄回轉(zhuǎn)中心A到過(guò)C點(diǎn)的直槽中心線的距離,稱為偏距。當(dāng)e≠0時(shí),稱為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu);當(dāng)e=0時(shí),稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),如圖115(d)所示。 圖115轉(zhuǎn)動(dòng)副演化為移動(dòng)副圖(2)擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副元素。在圖115(d)所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或其他含有曲柄的平面四桿機(jī)構(gòu)中,如果曲柄長(zhǎng)度很短,則在桿狀曲柄兩端設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副將存在結(jié)構(gòu)上的困難,而如果曲柄需要安裝在直軸的兩支撐之間,則將導(dǎo)致連桿與曲柄軸的運(yùn)動(dòng)干涉。為此,工程中常將曲柄設(shè)計(jì)成偏心距為曲柄長(zhǎng)的偏心圓盤,此偏心圓盤稱為偏心輪,如圖116所示。曲柄為偏心輪結(jié)構(gòu)的平面四桿機(jī)構(gòu),稱為偏心輪機(jī)構(gòu)。 圖116偏心輪機(jī)構(gòu)(3)以不同桿件為機(jī)架。當(dāng)最短桿與四個(gè)桿長(zhǎng)的最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和的鉸接四連桿機(jī)構(gòu),以不同的桿件為機(jī)架,分別可以得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu),如圖117所示。 圖117鉸接四桿機(jī)構(gòu)以不同桿件為機(jī)架得到的機(jī)構(gòu)將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副演變?yōu)橐苿?dòng)副,如圖118所示得到含一個(gè)移動(dòng)副的機(jī)構(gòu)。若以不同的桿件為機(jī)構(gòu)架可得到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(L1 圖118含一個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)7?含有兩個(gè)移動(dòng)副的平面四連桿機(jī)構(gòu) 圖119(a)所示為曲柄滑塊機(jī)構(gòu),若再將另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐苿?dòng)副,則演變?yōu)楹袃蓚(gè)移動(dòng)副的平面四連桿機(jī)構(gòu)。圖119(b)所示為將轉(zhuǎn)動(dòng)副C演變?yōu)橐苿?dòng)副而得到含有兩個(gè)移動(dòng)副的機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)有稱為正弦機(jī)構(gòu)的。在實(shí)際機(jī)械中應(yīng)用較多,如圖120所示的縫紉機(jī)的刺布機(jī)構(gòu)、十字滑塊聯(lián)軸器、橢圓規(guī)。 圖119轉(zhuǎn)動(dòng)副C演變?yōu)橐苿?dòng)副及所得的正弦機(jī)構(gòu)圖120正弦機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例1?1?2凸輪機(jī)構(gòu) 1?凸輪機(jī)構(gòu)的組成、應(yīng)用和特點(diǎn) 凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu),主要由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成。它可將凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)變?yōu)閺膭?dòng)件的移動(dòng)或擺動(dòng)。 凸輪機(jī)構(gòu)能將主動(dòng)件的連續(xù)等速運(yùn)動(dòng)變?yōu)閺膭?dòng)件的往復(fù)變速運(yùn)動(dòng)或間歇運(yùn)動(dòng)。在自動(dòng)機(jī)械、半自動(dòng)機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛。凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu)。 圖121所示為內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪1以等角速度回轉(zhuǎn)時(shí),它的輪廓驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件2(閥桿)按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律啟閉閥門。 圖122所示為繞線機(jī)中用于排線的凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)繞線軸3快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),繞軸線上的齒輪帶動(dòng)凸輪1緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)凸輪輪廓與尖頂A之間的作用,驅(qū)使從動(dòng)件2往復(fù)搖動(dòng),因而使線均勻地繞在繞線軸上。 圖121內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)圖122繞線機(jī)中排線凸輪機(jī)構(gòu)圖123所示為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭在機(jī)架上移動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)。圓柱凸輪1與動(dòng)力頭連接在一起,它們可以在機(jī)架3上作往復(fù)移動(dòng)。滾子2的軸固定在機(jī)架3上,滾子2放在圓柱凸輪的凹槽中。凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于滾子2的軸是固定在機(jī)架上的,故凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)動(dòng)力頭在機(jī)架3上作往復(fù)移動(dòng),以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的鉆削。動(dòng)力頭的快速引進(jìn)、等速進(jìn)給、快速退回、靜止等動(dòng)作均取決于凸輪上凹槽的曲線形狀。 圖124所示為應(yīng)用于沖床上的凸輪機(jī)構(gòu)示意圖。凸輪1固定在沖頭上,當(dāng)沖頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),凸輪驅(qū)使從動(dòng)件2以一定的規(guī)律作水平往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)機(jī)械手裝卸工件。 圖123動(dòng)力頭用凸輪機(jī)構(gòu)圖124沖床上的凸輪機(jī)構(gòu)從以上所舉的例子可以看出,凸輪機(jī)構(gòu)主要由凸輪1、從動(dòng)件2和機(jī)架3三個(gè)基本構(gòu)件組成。從動(dòng)件與凸輪輪廓為高副接觸傳動(dòng),因此理論上講可以使從動(dòng)件獲得所需要的任意的預(yù)期運(yùn)動(dòng)。 凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為:只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭?dòng)件得到所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。它的缺點(diǎn)是:凸輪輪廓與從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸或線接觸,易于磨損,所以,通常多用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)。 2?凸輪機(jī)構(gòu)的分類 凸輪機(jī)構(gòu)的種類繁多,可以按凸輪的形狀、從動(dòng)件的形狀及運(yùn)動(dòng)、從動(dòng)件與凸輪的鎖合方式分類,見(jiàn)表11。 表11凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸 輪平板(盤形)凸輪圓柱凸輪圓錐凸輪續(xù)表從 動(dòng) 件尖頂滾子平底直動(dòng)平動(dòng)凸輪與從動(dòng)件保持接觸的鎖合方式利用彈簧力槽道凸輪等寬凸輪等徑凸輪共軛凸輪內(nèi)外凸輪 (1)按凸輪的形狀分類,凸輪機(jī)構(gòu)可以分為平板凸輪、圓柱凸輪、圓錐凸輪。 ①平板(盤形)凸輪。其形狀如表11中圖(a)所示,這種凸輪是繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并具有變化向徑的盤形構(gòu)件,這種凸輪是凸輪最基本的形式,在生產(chǎn)機(jī)械中應(yīng)用最多,如噴水織機(jī)的夾緯器機(jī)構(gòu)。 ②圓柱凸輪。其形狀如表11中圖(b)所示,圓柱凸輪是在圓柱體上加工了槽而形成,這種凸輪機(jī)構(gòu)其凸輪和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)平面不平行,是空間凸輪機(jī)構(gòu),這種凸輪機(jī)構(gòu)在絡(luò)筒機(jī)導(dǎo)紗機(jī)構(gòu)上就被應(yīng)用了。 ③圓錐凸輪。其形狀如表11中圖(c)所示,圓錐凸輪是在圓錐體上加工了槽而形成,這種凸輪機(jī)構(gòu)其凸輪和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)平面不平行,是空間凸輪機(jī)構(gòu)。 (2)按從動(dòng)件的形狀分類,凸輪可以分為尖頂從動(dòng)件凸輪、滾子從動(dòng)件凸輪和平板從動(dòng)件凸輪。 ①尖頂從動(dòng)件如表11中圖(d)所示,它能與任何形狀的凸輪保持接觸,以實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,但尖頂易磨損,適用于作用力較小的低速凸輪機(jī)構(gòu)。 ②滾子從動(dòng)件如表11中圖(e)所示,在從動(dòng)件上安裝了個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的滾子,減少了磨損,增大了承載能力,因此應(yīng)用最廣。 ③平底從動(dòng)件如表11中圖(f)所示,從動(dòng)件與凸輪輪廓表面接觸的端面為平面,受力平穩(wěn),利于潤(rùn)滑,但不能與凹形凸輪輪廓接觸,常用于高速重載凸輪機(jī)構(gòu)。 (3)按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類,可以分為直動(dòng)從動(dòng)件和擺動(dòng)從動(dòng)件兩類。 如表11所示,擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu),從動(dòng)件相對(duì)機(jī)架做往復(fù)擺動(dòng)。直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu),從動(dòng)件相對(duì)于機(jī)架往復(fù)移動(dòng),若從動(dòng)件的導(dǎo)路通過(guò)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心,稱為對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件,如圖125(a)所示。若從動(dòng)件導(dǎo)路中心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)中心一定距離e(e為偏心距),稱為偏置直動(dòng)從動(dòng)件,如圖125(b)所示。 圖125直動(dòng)從動(dòng)件(4)按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的鎖合方式分類,可以分為力鎖合和形鎖合兩類。 ①力鎖合凸輪機(jī)構(gòu)。利用外力使從動(dòng)件與凸輪保持接觸,該外力可以是彈簧力、重力、壓縮空氣或蒸汽壓力。 ②形鎖合凸輪機(jī)構(gòu)。利用凸輪和從動(dòng)件的特殊形狀讓從動(dòng)件與凸輪始終保持接觸。常見(jiàn)的有槽道凸輪、等徑凸輪、等寬凸輪、共軛凸輪和內(nèi)外凸輪。如片梭織機(jī)就應(yīng)用了共軛凸輪打緯機(jī)構(gòu),自動(dòng)小樣機(jī)則應(yīng)用了槽道凸輪機(jī)構(gòu)作為打緯機(jī)構(gòu)。 1?1?3螺紋聯(lián)接 螺紋聯(lián)接是利用螺紋零件構(gòu)成的可拆卸聯(lián)接。這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,拆裝方便,應(yīng)用范圍廣泛。 1?螺紋的類型和基本牙型 根據(jù)母體形狀,螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。 根據(jù)螺紋牙型不同,螺紋分為三角形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋、圓弧形螺紋和矩形螺紋,如圖126所示。梯形螺紋多用于排污設(shè)備、水閘閘門等的傳動(dòng)螺旋及玻璃器皿的瓶口螺旋。矩形螺紋因牙根強(qiáng)度低,精確制造困難,對(duì)中性差,已逐漸被淘汰。 圖126螺紋牙型根據(jù)螺旋線的繞行方向,螺紋分為右旋螺紋和左旋螺紋,如圖127所示。其中右旋螺紋應(yīng)用較為廣泛,左旋螺紋只用于有特殊要求的場(chǎng)合。 圖127螺紋的旋向根據(jù)螺旋線的線數(shù),螺紋分為單線螺紋、雙線螺紋和多線螺紋。聯(lián)接多用單線螺紋。根據(jù)螺紋所處位置,螺紋可分為內(nèi)螺紋和外螺紋。根據(jù)用途不同,螺紋分為聯(lián)接螺紋和傳動(dòng)螺紋。 2?螺紋的主要參數(shù) 如圖128所示,螺紋有以下主要參數(shù)。 圖128螺紋的旋向(1)外徑d:與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑,亦稱公稱直徑。 (2)內(nèi)徑d1:與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑(危險(xiǎn)剖面直徑)。 (3)中徑d2:在軸向剖面內(nèi),牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑。 (4)螺距P:相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。 (5)導(dǎo)程L:同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。 (6)線數(shù)n:螺紋螺旋線數(shù)目,一般為便于制造,n≤4。 (7)螺旋升角ψ:中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角。 (8)牙型角α:螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。 (9)牙型斜角β:螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角。 d2≈0?5(d+d1) 螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系:L=nP
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