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索氏萃取器再假设螺母与螺旋间的作用力系集中

发布时间:2016-12-13 08:44:00 点击:

示方向相反。说明在这种情况下,!&’也是驱动力,索氏萃取器其作用是促使滑块 # 沿斜面 等速下滑。 当正行程时,如果!!!+ 2",则#"-,斜面机构将发生自锁。因正行程不应 自锁,故应使!5!+ 2"。当反行程时,如果!"",则#’"-,斜面机构将自锁。 #!"# 螺旋传动的效率和自锁 $6 !!"# 螺旋传动的效率和自锁 !"#"$ 矩形螺纹 图 !"#$% 所示为一矩形螺纹螺旋副,其中 # 为螺旋,& 为螺母。通常在研究 螺旋副的摩擦时,都假定螺母与螺旋间的作用力集中在其中径为 !& 的圆柱面 内;再假设螺母与螺旋间的作用力系集中在一小段螺纹上,把对螺旋副中摩擦的 研究简化为对斜面的研究。因此,如将该螺旋沿中径 !& 的圆柱面展开,该斜面 的升角即为螺旋在其中径 !& 上的螺纹升角!,则有 图 !"#$ 矩形螺纹的受力分析 ’%(!) " !!& ) #$ !!& (!"&*) 式中," 为螺纹的导程,# 为螺纹的头数,$ 为螺距。 如图 !"#$% 所示,螺母 & 上受到的轴向载荷为 %+ ,如果在螺母上加上一力 矩,使螺母逆向力 %+ 等速向上运动(对螺纹连接而言,相当于拧紧螺母),则如 图 !"#$, 所示,相当于在滑块 & 上加一水平力 %- ,使滑块 & 沿着斜面 # 等速向上 滑动。这样就可/


以根据式(!"&!)求出力 %- ,即 %- ) %+ ’%((!.")。力 %- 相当 于拧紧螺母时必须在螺旋中径处施加的圆周力,其对螺旋轴心线的力矩即为拧 紧螺母时所需的力矩 &/ ,所以有 &/ ) %- !& & ) !& & %+ ’%((!.") (!"&0) 01 第!章 平面机构的动力分析 不考虑摩擦时所需的理想力矩 ! 为 !!" # "$ $ #% &’(! 根据式()*+,)得其效率"为 "# !!" !! # &’(! &’((!-#) ()*$,) 当螺母顺着力 #% 的方向等速向下运动时(对螺纹连接来说,相当于拧松螺 母),相当于滑块 $ 沿着斜面等速下滑,则必须在螺旋中径处施加的圆周力 #./可 根据式()*$0)求出,即 #./ # #% &’((!1#)。因此,拧松螺母所需的力矩为 !!/ # #./ "$ $ # "$ $ #% &’((!1#) ()*)") 不考虑摩擦时所需的理想力矩 ! 为 !/!" # "$ $ #% &’(! 同理可求出其效率"/ 为 "/ # !!" / !!/ # &’((!1#) &’(! ()*)+) 式()*)+)中的力矩 !/!"为维持螺母在载荷 #% 的作用下等速松开的支持力 矩,其方向仍与 !! 相同。如果要求螺母在载荷 #% 的作用下不会自动松开,则 必须使"/ !",即要满足反行程自锁的条件 !!# ()*)$) !"#"$ 三角形螺纹 如图 )*$" 所示,三角形螺纹与矩形螺旋副的区别在于螺纹间接触面的几何 形状不同。研究三角形螺纹的摩擦和效率时,可把螺母在螺杆上的运动近似地 看作楔形滑块沿斜槽面的运动,此时斜槽面的夹角为 $$($# ,"2 1%,%为牙形半 角)。所以有 $3 # $ 45($# $ 45((,"2 1%)# $ 674% 而 #3 # ’86&’( $3 # ’86&’( $ 674 ( ) % ()*))) 在矩形螺纹副的计算公式()*$9 : )*)$)中用#3 代替# 同样可以得到三角 形螺纹副 " 的各个对应公式。三角形螺纹的牙形半角%"",即 674%; +,因此 #3 总是大于#。所以,三角形螺纹的摩擦力较大,效率较低,常用于连接,而矩 形螺纹常用于传动。 习 题 9+ 图 !"#$ 三角形螺纹的受力分析 小 结 机械总是在外力作用下进行工作的。机电产品的设计除了应满足工作所要 求的动作功能外,还必须具有良好的动力学性能。由于机械的动态性能将直接 影响机械的工作质量及其在市场上的竞争力,因此正日益受到设计者的重视。 机构的动力分析是机构设计中必须考虑的重要问题之一,它包括的内容十 分广泛。本章着重介绍了已知作用在机构上外力的情况下,考虑各种不同的因 素如何求解作用在机构主动件上的平衡力或平衡力矩。 人类长期以来都在为提高机械效率而不懈努力。影响机械效率提高的主要 因素是机械中的损耗,而这种损耗主要是由摩擦引起的。因此,研究材料表面间 的



摩擦机理,寻找减少摩擦的途径,对提高机械效率具有重要意义。因此,控制 摩擦、减少磨损、改善润滑性能已成为节约能源、提高机械效率、缩短机械维修时 间、提高产品质量的主要措施,正日益受到机械设计者的重视。另外本章还介绍 了运动副中的摩擦、机械效率和机械的自锁的计算。 习 题 !"# 题 !"% 图所示楔形机构中,已知!&"& ’$(,有效阻力 !) & % $$$ *,各接触面的摩擦 系数 " & $"%+。试求所需的驱动力 !, 。 题 !"% 图 -# 第!章 平面机构的动力分析 !"# 在题 !"# 图所示机构中,已知 !$ % & ’’’ (,"#$ % &’’ )),"$% % "%& % #"#$ ,"%’ % "’& % "&! ,试求各运动副反力和平衡力矩 (* 。 题 !"# 图 !"! 在题 !"! 图所示曲柄滑块机构中,已知各构件的尺寸、转动副轴颈半径 ) 及当量摩 擦系数 *+ ,滑块与导路的摩擦系数 *。而作用在滑块 ! 上的驱动力为 !, 。试求在图示位置 时,需要作用在曲柄上沿 +— + 方向的平衡力 !* ( 不计重力和惯性力)。 题 !"! 图 !"$ 在题 !"- 图所示机构中,已知:+ % #$’ )),, % #’’ )),"#-# % &#. )),!, 为驱动 力,!/ 为有效阻力,.& % .! % #"0$ 12,.# % -"$3 12,/-# % ’"’&# 12·))# ,滑块 ! 以等速 0 % $ )45 向上移动,试确定作用在各构件上的惯性力。 !"% 在题 !"$ 图所示的悬臂起重机中,已知载荷 1 % $ ’’’ (,2 % - ),3 % $ ),轴颈直 径 4 % .’ )),径向轴颈和止推轴颈的摩擦系数均为 * % ’"&。设它们都是非跑合的,求使力臂 转动的力矩 (, 。 题 !"- 图 题 !"$ 图 !"& 题 !"6 图所示机构中,已知 + % &&’ )),, % -’ )),!& % -$7,"#$ % !’ )),"$% % 习 题 .! !" ##,!"# $ %&’& ##,!#$ $ () ##, !"%( $ %&’& ##;!" $ "* +,-./; &( $ ( 01, ’%( $ *’**) 01·##( 。设构件 & 上作用的有效阻力 (+ $ &** 2,!$( $ (* ##,试求各运动副中的反 力及需要加于构件 " 上的平衡力矩 )3 。 题 %’4 图 !"# 题 %’! 图所示为一楔块夹紧机构,其作用是在驱动力 (- 的作用下,使楔块 " 夹紧 


工件 (。各摩擦面间的摩擦系数均为 *。试求: (")设 (- 已知,求夹紧力 (+ ; (()夹紧后撤掉 (- ,求滑块不会自行退出的几何条件。 题 %’! 图 题 %’) 图 !"$ 如题 %’) 图所示的缓冲器中,若已知各滑块接触面间的摩擦系统 * 和弹簧的压力 (5 ,试求: (")当楔块 (、% 被等速推开及等速恢复原位时力 (6 的大小; (()该机构的效率以及此缓冲器不发生自锁的条件。 !"% 如题 %’7 图所示,在手轮上加力矩 ) 均匀转动螺杆时,使楔块 + 向右移动并举起 滑块 ,,设楔角"$ "&8,滑块上 , 的载荷 (9 $ (* 02。螺杆为双头矩形螺纹,平均直径 -( $ %* ##,螺距 . $ ) ##。已知所有接触面的摩擦系数 * $ *’"&。若楔块 + 两端轴环的摩擦力矩 忽略不计,试求所需的力矩 )。 ): 第!章 平面机构的动力分析 题 !"# 图 !"#$ 题 !"$% 图所示机组是由一个电动机经带传动和减速器,带动两个工作机 ! 和 "。 已知两工作机的输出功率和效率分别为:#! & ’ (),!! & %"*,#" & ! (),!! & %"+;每对齿轮 出动的效率!$ & %"#,,每个支承的效率!’ & %"#*,带传动的效率!! & %"#。求电动机的功率和 机组的效率。 题 !"$% 图 习 题 *, 第 ! 章 平面连杆机构及其设计 本章主要介绍平面四杆机构的基本形式和演化方法,平面四杆机构的工作 特性,连杆机构的传动特点及其功能,平面四杆机构的图解法设计以及实验法和 解析法设计。 !"# 平面连杆机构的特点和应用 连杆机构应用十分广泛,它不仅在众多工农业机械和工程机械中得到广泛 应用,而且诸如调整雷达天线俯仰角大小的连杆机构、铸造车间振实式造型机工 作台的翻转机构、折叠伞的收放机构以及人体假肢等等,也都用到连杆机构。图 !"#$ 所示的铰链四杆机构,图 % 所示的曲柄滑块机构和图 & 所示的导杆机构是 最常见的连杆机构形式。它们的共同特点是,其原动件 # 的运动都要经过一个 不直接与机架相连的中间构件 ’ 才能传动到从动件 (。这些机构统称为连杆机 构。 图 !"# 连杆机构 连杆机构具有以下一些传动优点: (#)连杆机构中的运动副一般均为低副(故连杆机构也称低副机构),两运 动副元素为面接触,压强较小,故可承受较大的载荷;且有利于润滑,磨损较小; 此外,运动副元素的几何形状较简单,便于加工制造。 (’)在连杆


机构中,当原动件的运动规律不变,可用改变各构件的相对长度 来使从动件得到不同的运动规律。 (!)在连杆机构中,连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线(称为连杆曲 线),其形状还随着各构件相对长度的改变而改变,从而得到形式众多的连杆曲 线,我们可以利用这些曲线来满足不同轨迹的设计要求。 此外,连杆机构还可以很方便地用来达到增力、扩大行程和实现远距离传动 等目的。 连杆机构也存在如下一些缺点: (")由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递,因而传递路线较长, 易产生较大的误差积累,同时,也使机械效率降低。 (#)在连杆机构运动过程中,连杆及滑块的质心都在作变速运动,所产生的 惯性力难于用一般平衡方法加以消除,因而会增加机构的动载荷,所以连杆机构 不宜用于高速运动。 此外,虽然可以利用连杆机构来满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求, 但其设计却是十分繁难的,且一般只能近似地得以满足。正因如此,所以如何根 据最优化方法来设计连杆机构,使其能最佳地满足设计要求,一直是连杆机构研 究的一个重要课题。 !"# 平面四杆机构的基本类型和演化 连杆机构是由若干刚性构件用低副连接所组成。在连杆机构中,若各运动 构件均在相互平行的平面内运动,则称为平面连杆机构;而平面四杆机构是平面 连杆机构的最基本类型。 !"#"$ 平面四杆机构的基本类型 在平面连杆机构中,结构最简单且应用最广泛的是由 $ 个构件所组成的平 图 $%# 铰链四杆机构 面四杆机构,其他多杆机构均可以看成 是在此基础上依次增加杆组而组成。本 节介绍平面四杆机构的基本类型。 所有运动副均为转动副的四杆机构 称为铰链四杆机构,如图 $%# 所示,它是 平面四杆机构的基本类型。在此机构 中,构件 $ 为机架,直接与机架相连的构 件 "、! 称为连架杆,不直接与机架相连 的构件 # 称为连杆。能做整周回转的连 架杆称为曲柄(如构件 "),仅能在某一角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆 (如构件 !)。如果以转动副相连的两构件能作整周相对转动,则称此转动副为 !"# 平面四杆机构的基本类型和演化 ’& 周转副(如转动副 !、");不能作整周相对转动的称为摆转副(如转动副 #、$)。 在铰链四杆机构中,按连架杆能否作整周转动,可将四杆机构分为 ! 种基本 形式。 !" 曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中,若两连架杆中有一个为曲柄,另一个为摇杆,则称为曲 柄摇杆机构,图 "#! 所示的缝纫机踏板机构,图 "#" 所示的搅拌器机构均为曲柄 摇杆机构的应用。 图 "#! 缝纫机踏板机构 图 "#" 搅拌器机构 #" 双曲柄机构 在图 "#$ 所示的铰链四杆机构中,两连架杆均为曲柄,称为双曲柄机构。这 种机构的传动特点是当原动曲柄连续等速转动时,从动曲柄一般作不等速转动。 图 "#$ 双曲柄机构 图 "#% 所示为惯性筛机构,它利用双曲柄机 构 !"#$ 中的从动曲柄 ! 的变速回转,使筛 子 % 具有所需的加速度,从而达到筛分物料 的目的。 在双曲柄机构中,若两对边构件长度相 等且平行,则称为平行四边形机构,如图 "#& 所示。这种机构的传动特点是原动曲柄和 从动曲柄均以相同角速度转动,连杆作平 动。 平行四边形机构有一个位置不确定问题,如图 "#’ 中的位置 #( 、#( ) 所示。 ’’ 第!章 平面连杆机构及其设计 图 !"# 惯性筛机构 为解决此问题,可以在从动曲柄 !" 上加装一个惯性较大的轮子,利用惯性维持 从动曲柄转向不变。也可以通过加虚约束使机构保持平行四边形(如图 !"$ 所 示的机车车轮联动的平行四边形机构),从而避免机构运动的不确定问题。 图 !"% 平行四边形机构 图 !"& 平行四边形机构的运动不确定 图 !"$ 机车车轮联动的平行四边形机构 两曲柄长度相同,而连杆与机架不平行的铰链四杆机构,称为反平行四边形 图 !"’( 反向平行 四边形机构 机构,如图 !"’( 所示。这种机构原、从动曲柄转向相 反。图 !"’’ 所示的汽车车门开闭机构即


为其应用实 例。 !" 双摇杆机构 在铰链四杆机构中,若两连架杆均为摇杆,则称 为双摇杆机构。图 !"’) 所示的鹤式起重机中的四杆 机构 #$!" 即为双摇杆机构,当原动摇杆 #$ 摆动 时,从动摇杆 !" 也随之摆动,位于连杆 $! 延长线 上的重物悬挂点 % 将沿近似水平直线移动。 在双摇杆机构中,如果两摇杆长度相等,则称为等腰梯形机构,汽车前轮转 向机构中的四杆机构(图 !"’*)即为等腰梯形机构。 !"# 平面四杆机构的基本类型和演化 &$ 图 !"## 汽车车门开闭机构 图 !"#$ 鹤式起重机 图 !"#% 等腰梯形机构 !"#"# 平面四杆机构的演化 除了上述三种铰链四杆机构外,在工程实际中还广泛应用着其他类型的四 杆机构。这些四杆机构都可以看作是由铰链四杆机构通过下述不同方法演化而 来的,掌握这些演化方法,有利于对连杆机构进行创新设计。 !" 机构的演化方法 在图 !"#!& 所示的曲柄摇杆机构中,当曲柄 # 转动时,摇杆 % 上 ! 点的轨迹 是圆弧 "—",且当摇杆长度愈长时,曲线 "—" 愈平直。当摇杆为无限长时, "—" 将成为一条直线,这时可以把摇杆做成滑块,转动副 # 将演化成移动副, 这种机构称为曲柄滑块机构,如图 !"#!’ 所示。滑块移动导路到曲柄回转中心 之间的距离 $ 称为偏距。如果 $ 不为零,称为偏置曲柄滑块机构

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