了解各类轮系的组成和运动特点学会判断一个已知轮系属于何种轮系。熟练掌握各种轮系传动比的计算方法会确定主、从动轮的转向关系。了解各类轮系的功能学会根据工作要求选择轮系的类型。掌握行星轮系的齿数条件。教学内容轮系的功用及行星轮系的齿数条件重点难点轮系是由一系列齿轮所组成的传动装置它通常介于原动机和执行机构之间把原动机的运动和动力传给执行机构。工程实际中常用其实现变速、换向和大功率传动等具有非常广泛的应用。本章的重点是轮系的传动比计算和轮系设计。前者是指判断一个给定轮系的类型并确定其传动比后者指根据工作要求选择轮系的类型并确定各轮的齿数。图示轮系中运动由齿轮1输入通过一系列齿轮传动带动从动齿轮5转动。运转过程中每个齿轮几何轴线的位置都是固定不变的。定义这种所有齿轮几何轴线的位置在运转过程中均固定不变的轮系称为定轴轮系又称为普通轮系。周转轮系图示轮系中齿轮1、3的轴线相重合它们均为定轴齿轮而齿轮2的转轴装在构件H的端部在构件H的带动下它可以绕齿轮13的轴线作周转。定义这种在运转过程中至少有一个齿轮几何轴线的位置并不固定而是绕着其它定轴齿轮轴线回转的轮系称为周转轮系。由于中心轮13和系杆H的回转轴线的位置均固定且重合通常以它们作为运动的输入或输出构件故称其为周转轮系的基本构件。

根据周转轮系所具有的自由度数目不同可将其分为行星轮系周转轮系中若将中心轮3固定则整个轮系的自由度为1。这种自由度为1的周转轮系称为行星轮系。为了确定该轮系的运动只需要给定轮系中一个构件以独立的运动规律即可。差动轮系周转轮系中若中心轮1和3均不固定则整个轮系的自由度为2。这种自由度为2的周转轮系称为差动轮系。为了使其具有确定的运动需要两个原动件。在一个轮系运转的过程中若其中至少有一个齿轮的几何轴线的位置不固定而是绕着其它齿轮的轴线作周转运动则可判定该轮系中含有周转轮系。一个周转轮系由行星轮、系杆和中心轮等几部分组成其中中心轮和系杆的运转轴线重合。混合轮系在工程实际中除了采用单一的定轴轮系和单一的周转轮系外还经常采用既含定轴轮系部分又含周转轮系部分、或由几部分周转轮系所组成的复杂轮系称混合轮系或复合轮系传动比大小的计算传动比定义所谓轮系的传动比指的是轮系中输入轴的角速度或转速与输出轴的角速度或转速之比主动轮到从动轮之间的传动是通过一对对齿轮依次啮合来实现的机械传动机构。为此首先求出轮系中各对啮合齿轮传动比的大小。举例讨论定轴轮系传动比的计算方法。定轴轮系的传动比等于组成该轮系的各对啮合齿轮传动比的连乘积其大小等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比。

即轮系中各轮几何轴线均互相平行这在工程实际中最为常见。组成这种轮系的所有齿轮均为直齿或斜齿圆柱齿轮。用m表示轮系中外啮合的对数m1来确定轮系传动比的正负号。若计算结果为正则说明主、从动轮转向相同若为负则相反。轮系中所有齿轮的几何轴线不都平行但首、尾两轮的轴线互相平行图示情况下可在图上用箭头表示各轮的转向。由于该轮系中首尾两轮的轴线互相平行仍可在传动比的计算结果中加上轮系中首、尾两轮几何轴线不平行的情况图示主动轮1蜗杆几何轴线和从动轮5锥齿轮的几何轴线不平行它们分别在两个不同的平面内转动。这种情况只能采用箭头表示主、从动轮转向间的关系。3周转轮系传动比的计算周转轮系与定轴轮系的根本区别周转轮系中有一个转动着的系杆因此使行星轮既自转又公转。如果能设法使系杆固定不动那么周转轮系就可转化成一个定轴轮系。为此假想给整个轮系加上一个公共的角速度wH据相对运动原理各构件之间的相对运动关系并不改变但此时系杆的角速度就变成了wHwH即系杆可视为静止不动。于是周转轮系就转化成了一个假想的定轴轮系通常称这个假想的定轴轮系为周转轮系的转化机构。首先求转化机构的传动比表示转化机构中1轮主动、3轮从动时的传动比。

所以周转轮系转化机构传动比的一般公式设周转轮系中两个中心轮分别为1和则周转轮系转化机构传动比i1nH的一般公式若一个周转轮系转化机构的传动比为则称其为正号机构4混合轮系传动比的计算在实际机械中除了广泛应用单一的定轴轮系和单一的周转轮系外还大量用到由定轴轮系与周转轮系组成的混合轮系或由几个单一的周转轮系组合而成的混合机构。在计算混合轮系传动比时既不能将整个轮系作为定轴轮系来处理也不能对整个机构采用转化机构的办法。计算混合轮系传动比的正确方法是将各基本轮系传动比方程式联立求解即可求得混合轮系的传动比。最关键的一步是正确划分各个基本轮系。所谓基本轮系指的是单一的定轴轮系或单一的周转5轮系的功用及行星轮系的齿数条件工程实际中轮系应用广泛机械传动机构。其功能可概括为以下几方面实现执行构件的复杂运动行星轮系的齿数条件保证满足邻接条件。第九章间歇机构与其它机构基本要求了解间歇运动机构在设计中对从动件的动、停时间和位置的要求及对其动力性能的要求。了解组合机构的几种形式。教学内容组合机构。重点难点本章学习的重点是掌握常用的一些间歇运动机构的工作原理、运动特点和功能并了解其适用场合。在进行机械系统方案设计时能够根据工作要求正确选择间歇机构的类型。

1棘轮机构棘轮机构主要由棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架组成。工作原理主动摆杆逆时针摆动时摆杆上铰接的主动棘爪插入棘轮的齿内推动棘轮同向转动一定角度。当主动摆杆顺时针摆动时止回棘爪阻止棘轮反向转动此时主动棘爪在棘轮的齿背上滑回原位棘轮静止不动。此机构将主动件的往复摆动转换为从动棘轮的单向间歇转动。利用弹簧使棘爪紧压齿面保证止回棘爪工作可靠。常用棘轮机构的分类表按结构分类齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构按啮合方式分类外啮合式内啮合式按运动形式分类单向间歇转动单向间歇移动双动式棘轮机构双向式棘轮机构棘轮机构种类繁多运动形式多样在工程实际中得到了广泛的应用。其主要功能如下间歇送进牛头刨床的间歇送进机构制动卷扬机制动机构转位、分度手枪盘分度机构超越离合钻床的自动进给机构2槽轮机构槽轮机构由具有圆柱销的主动销轮、具有直槽的从动槽轮及机架组成。从动槽轮实际上是由多个径向导槽所组成的构件各个导槽依次间歇地工作。工作原理由主动销轮利用圆柱销带动从动槽轮转动完成间歇转动。主动销轮顺时针作等速连续转动当圆销未进入径向槽时槽轮因内凹的锁止弧被销轮外凸的锁止弧锁住而静止圆销进入径向槽时两弧脱开槽轮在圆销的驱动下转动当圆销再次脱离径向槽时槽轮另一圆弧又被锁住从而实现了槽轮的单向间歇运动。

槽轮机构主要分为传递平行轴运动的平面槽轮机构和传递相交轴运动的空间槽轮机构两大类。平面槽轮机构又分为外槽轮机构和内槽轮机构上述两种槽轮机构都用于传递平行轴运动。与外槽轮机构相比内槽轮机构传动较平稳、停歇时间较短、所占空间小。空间槽轮机构结构比较复杂设计和制造难度较大。槽轮机构能准确控制转角、工作可靠、机械效率高与棘轮机构相比工作平稳性较好但其槽轮机构动程不可调节、转角不可太小销轮和槽轮的主从动关系不能互换、起停有冲击。槽轮机构的结构要比棘轮机构复杂 加工精度要求较高 因此制造成本上升。 槽轮机构一般应用于转速不高和要求间歇转动的机械当中 如自动机械、轻工机械或仪器仪表等。 4组合机构在工程实际中 对于比较复杂的运动变换 单一的基本机构往往由于其本身所固有的局限性而无法满足多方面的要求。由此 人们把若干种基本机构用一定方式连接起来成为组合机构 以便得到单个基本机构所不能有的运动性能。机构的组合是发展新机构的重要途径之一。机构的组合方式有多种。在机构组合系统中 单个的基本机构称为组合系统的子机构。常见的机构组合方式主要有以下几种 复合式组合。第十章 新型传动机构 自修 基本要求 了解变自由度传动机构的运动特点及其在实际中的应用。

第十一章 机械动力学 基本要求 掌握机械运转过程的三个阶段中机械系统的功、能量和原动件运动速度的特点。了解作用在机械中的外力与某些运动参数之间的函数关系。 掌握飞轮调速原理及飞轮设计基本方法能求解等效力矩是机构位置函数时飞轮的转动惯量。 了解机械非周期性速波动调节的基本概念和方法。教学内容 机械的速度波动及其调节方法重点难点 本章主要研究两个问题 一是解决如何确定机械真实的运动规律 二是研究如何对机械运转速度波动进行调节。学习时应注意建立机械系统等效动力学模型时 运动方程式的求解过程可能很复杂 有时难以精确求解 这是本章的难点。 11 1机械运转过程及作用力 机械的运转阶段及特征机械系统的运转从开始到停止的全过程可以分为以下三个阶段 启动阶段原动件的速度从零逐渐上升到开始稳定的过程。 稳定运转阶段原动件速度保持常数 称匀速稳定运转 或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波动 称变速稳定运转 。图中T为稳定运转阶段速度波动的周期 ωm为原动件的平均角速度。经过一个周期后 原动件以及机械各构件的运动均回到原来的状态。 停车阶段原动件速度从正常工作速度值下降到零。 在启动阶段 根据能量守恒定律 作用在机械系统上的力在任一时间间隔内所作的功 应等于机械系统动能的增量。

用机械系统的动能方程式可表示为 Wd Wr Wf Wd Wc E2 E1 Wd为驱动力所作的功即输入功 Wr Wf分别为克服工作阻力和有害阻力 主要是摩擦力 所需的功 两者之和为总耗功Wc E1、E2分别为机械系统在该时间间隔开始和结束时的动能。 Wd Wc E2 E1 在稳定运转阶段若机械作变速稳定运转 则每一个运动周期的末速度等于初速度 于是 Wd Wc E2 E1 即在一个运动循环以及整个稳定运转阶段中输入功等于总耗功。但在一个周期内任一时间间隔中 输入功与总耗功不一定相等。 若机械系统作匀速稳定运转 由于该阶段的速度是常数。故在任一时间间隔中输入功总是等于总耗功。 在停车阶段 机械系统的动能逐渐减小 WdWc E2 E1 在此阶段由于驱动力通常已经撤去 即Wd 0。故当总耗功逐渐将机械具有的动能消耗殆尽时 机械便停止运转。 启动阶段和停车阶段统称为机械的过渡过程。为了缩短这一过程 在启动阶段 一般常使机械在空载下启动 或者另加一个启动马达来加大输入功 以达到快速启动的目的 在停车阶段 通常依靠机械上安装的制动装置 用增加摩擦阻力的方法来缩短停车时间。 作用在机械上的力当忽略机械中各构件的重力以及运动副中的摩擦力时 作用在机械上的力可分为工作阻力和驱动力两大类。

机械特性的定义 或力矩与运动参数 位移、速度、时间等 之间的关系。 工作阻力 指机械工作时需要克服的工作负荷 它决定于机械的工艺特点。有些机械在某段工作过程中 工作阻力近似为常数 如车床 有些机械的工作阻力是执行构件位置的函数 如曲柄压力机 还有一些机械的工作阻力是执行构件速度的函数 如鼓风机、搅拌机等 也有极少数机械 其工作阻力是时间的函数 如揉面机、球磨机等 驱动力指驱使原动件运动的力 其变化规律决定于原动机的机械特性。如蒸汽机、内燃机等原动机输出的驱动力是活塞位置的函数 机械中应用最广泛的电动机 其输出的驱动力矩是转子角速度的函数。 11 2机械系统的等效力学模型 等效动力学模型的建立研究机械系统的真实运动 必须首先建立外力与运动参数间的函数表达式 这种函数表达式称为机械的运动方程式。虽然机械是由机构组成的多构件的复杂系统 其一般运动方程式不仅复杂 求解也很繁琐。但是 对于单自由度的机械系统 只要知道其中一个构件的运动规律 其余所有构件的运动规律就可随之求得。因此 可把复杂的机械系统简化成一个构件 称为等效构件 建立最简单的等效动力学模型 将使研究机械真实运动的问题大为简化。

为了使等效构件和机械中该构件的真实运动一致 根据质点系动能定理 将作用于机械系统上的所有外力和外力矩、所有构件的质量和转动惯量 都向等效构件转化。转化的原则 使该系统转化前后的动力学效果保持不变。 等效构件的质量或转动惯量所具有的动能应等于整个系统的总动能 等效构件上的等效力、等效力矩所做的功或所产生的功率应等于整个系统的所有力、所有力矩所做功或所产生的功率之和。 满足这两个条件 就可将等效构件作为该系统的等效动力学模型。 为了便于计算 通常将绕定轴转动或作直线移动的构件取为等效构件 如图所示。 当取等效构件为绕定轴转动的构件时 作用于其上的等效力矩为Me 它具有的绕定轴转动的等效转动惯量为Je 当取等效构件为作直线移动的构件时 作用在其上的力为等效力Fe 它具有的等效质量为me。