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1、第 7章 間歇運動機構和其他常用機構 本章主要內容 7.1 棘輪機構 7.2 槽輪機構 7.3 擒縱機構 7.4 凸輪式間歇運動機構 7.5 不完全齒輪機構 7.6 間歇運動機構設計的基本要求 7.7 其他常用機構 槽輪機構和棘輪機構的工作原理和運動特性。 本章重點 掌握槽輪機構、棘輪機構的工作原理、運 動特點、應用情況； 了解凸輪式間歇運動機構、不完全齒輪機 構和其他常用機構的工作原理、運動特點及 應用情況。 本章基本要求 1、棘輪機構的組成及工作原理 7.1 棘 輪 機 構 棘輪機構的組成： 由主動擺桿、棘爪、棘輪、 止動爪和機架等組成。 棘輪機構的工作原理： 當主動搖桿逆時針擺動 時，棘

2、爪便插入棘輪的齒間，推動棘輪轉過一 定的角度。當搖桿順時針擺動時，止動爪阻止 棘輪逆時針轉動，同時棘爪在棘輪的齒背上滑 過，棘輪便得到單向的間歇運動。 外棘輪動畫演示 內棘輪動畫演示 2、棘輪機構的類型和特點 （ 1）按結構分類 齒式棘輪機構： 結構簡單、制造方便；轉角準確、運動可靠； 動程可在較大范圍內調節(jié)，動停時間可通過選 擇合適的驅動機構來實現。但動程只能作有級 調節(jié)；棘爪在齒背上的滑行引起噪音、沖擊和 磨損，故不宜用于高速。 摩擦式棘輪機構： 它以偏心扇形楔塊代替齒式棘輪機構中的棘 爪，以無齒摩擦輪代替棘輪。它的特點是傳動 平穩(wěn)、無噪音；動程可無級調節(jié)。因靠摩擦力 傳動，會出現打滑現象

3、，一方面可起超載保護 作用，另一方面使得傳動精度不同。適用于低 速輕載的場合。 外接式 內接式 運動特點： 通過摩擦力推動從動輪間歇轉動，克 服了齒式棘輪機構噪聲大、轉角不能無級調節(jié)的 缺點，但運動準確性差。 （ 2）按嚙合方式分類 外嚙合方式： 它們的棘爪或楔塊均安裝在從動輪的外部。 外嚙合式棘輪機構由于加工、安裝、維修方便， 應用較廣。 內嚙合方式： 它們的棘爪或楔塊均安裝在從動輪內部。結 構緊湊，外形尺寸小。 （ 3）按運動形式分類 從動件作單向間歇轉動； 從動件作單向間歇移動； 雙動式棘輪機構； 雙向式棘輪機構。 外接齒式棘輪機構 內接齒式棘輪機構 棘輪機構示例 端面棘輪機構 雙動式棘

4、輪機構 運動特點： 搖桿來回擺動都能使棘輪向同一方向轉動。 鉤頭棘爪 直推棘爪 棘爪可翻轉的矩形棘齒可以獲得不同轉向的間歇運動。 雙向式棘輪機構 動 畫 動 畫 3、棘輪機構的功能應用 （ 2） 功 能 制動 如卷揚機制動機構。棘輪機構單向轉動， 可阻止卷筒逆轉，起制動作用。 （ 1） 應用場合 各種機床中，以實現進給、轉位或分度功能。 牛頭刨床工作臺橫向進給過程：運動通過齒輪機 構、連桿機構傳遞給棘輪機構，帶動與棘輪固聯的 絲杠做間歇運動，從而實現工作臺間歇進給運動。 間歇送進 轉位、分度 沖床工作臺自動轉位 棘輪機構的工作過程： 沖頭 D上升時通過棘爪 帶動棘輪和工作臺順時 針轉位。沖頭下

5、降時， 搖桿 AB逆時針擺動，工 作臺不動。 超越、離合 單向離合器工作原理： 主動 星輪 1逆時針轉動時，滾柱 靠摩擦力滾向空隙小端，將 套筒 2楔緊，使之與星輪一 同轉動；反之，滾柱滾到大 端，套筒因松開而靜止。 超越離合器工作原理： 主動 星輪 1逆時針轉動時，套筒 2 逆時針轉動的速度超過星輪 1的轉速，套筒以高速自由 轉動。 應用實例： 自行車飛輪（內接棘輪） 星輪 滾柱 套筒 彈簧頂桿 4棘輪設計的要點 （ 1） 幾何尺寸設計 （ 2） 棘輪轉角的調節(jié) 安裝 棘輪罩 ： 通過安裝棘輪罩，改變插銷 在定位板孔中的位置，即可調節(jié)棘輪罩遮蓋 的棘輪齒數，使部分行程內棘爪沿棘輪罩表 面滑過

6、從而實現棘輪轉角大小的調整。 驅動機構設計成行程可調機構 ：可通過設 計腰形槽、調節(jié)塊、調節(jié)絲桿等改變曲柄或 搖桿的長度，從而從而改變擺桿的擺角，達 到改變動停時間比的目的。實際設計時，并 不需要同時設置多個調整環(huán)節(jié)。 例： 改變主動搖桿擺角的大小 驅動機構設計成行 程可調機構 加裝棘輪罩，以遮蓋搖桿 擺角范圍內的一部分棘齒 1、槽輪機構的組成及工作原理 7.2 槽 輪 機 構 槽輪機構的組成： 由主動撥盤、 從動槽輪和機架等組成。 槽輪機構的工作原理： 主動撥 盤連續(xù)轉動，當主動撥盤的圓 銷 A未進入槽輪徑向槽時，槽 輪被鎖，靜止不動；當主動撥 盤的圓銷 A進入槽輪徑向槽時， 槽輪受圓銷 A

7、驅動而轉動。從 而使槽輪做間歇運動。 動畫演示 特 點： 徑向槽徑向尺寸不同， 銷輪上銷分布不均勻。 槽輪轉一周，可以實現 動停時間均不相同的運 動要求。 不等臂長多銷槽輪機構 2、槽輪機構的類型 外槽輪機構 主、從動輪轉向相反。 內槽輪機構 主、從動輪轉向相同。 球面槽輪機構 特 點： 主動輪 1和撥銷 3的軸線 均通過球心。 當只有一個撥銷時，動 停時間相等； 當對稱布置兩個撥銷時， 可以實現連續(xù)轉動。 3、槽輪機構的特點與應用 應用： 一般用于轉速不 很高的自動機械、輕工 機械或儀器儀表中。 電影放映機的送片機構 優(yōu)點： 結構簡單，制造容易，工作可靠，能準確 控制轉角，機械效率高。 缺點

8、： 動程不可調節(jié)， 轉角不可太小，在起 動和停止時加速度變 化大、有沖擊，不適 用于高速。 蜂窩煤壓制機構 4、 槽輪機構的設計 （ 1） 槽輪機構的運動系數 間歇運動機構的運動特性通常用動停時間比 k來描述。即 t d t tk td表示從動件在 1個運動周期中的 運動時間， tt表示其停歇時間。 在槽輪機構的設計中，選取不同的槽數 z和 圓銷數 n，將獲得不同的動、停規(guī)律。 運動系數 k： 從動槽輪 2的運動時間 t2與主動撥盤 1的運動時間 t1之比。即： k=t2/t1 由于主動銷輪 1通常為等速 運動，故上述時間比值可 用 銷輪轉角 的比值表示。 2 2 t tk 10 1 2 因槽

9、輪的線速度方向應 沿著徑向槽的中心線 。 2010 22 由此得出： z 1 2 1 2z 2z 2 z 2 2 2 t tk 10 1 2 由上式可知 ， k總是小于 0.5的 ， 外槽輪徑向 槽的數目應大于或等于 3。 槽輪的運動時間總 小于其靜止時間 。 如果在銷輪上均勻地分布 n個圓銷 ， 則當銷輪 盤轉動一周時 ， 槽輪將被撥動 n次 ， 故運動系數 是單銷的 n倍 ， 即 2z 2znk 因 k應小于 1， 故 2z 2zn 槽輪機構的角速度及角加速度的最大值隨槽輪 數 z 的增多減少； 當圓銷開始進入和離開徑向槽時，兩瞬時有柔 性沖擊，且隨槽數 z 的減少而增大； 在機構運轉速度

10、較高時，或槽輪軸承慣性較大 的情況下，就顯得更為突出。 內槽輪機構與外槽輪機構一樣，有加速度突變， 且其值與外槽輪相等，但當 |0 時，角加速 度值迅速下降并趨于零。 （ 2）槽輪機構的運動特性 槽輪機構的運動和動力特性， 通常用右邊兩個比值來衡量。 21212 和 隨著槽數 z的增加 ， 運動趨于平穩(wěn) ， 動力特 性也得到改善 。 但槽數過多將使槽輪體積過大 ， 產生較大的慣性力矩 。 一般設計中 ， 槽數的正 常選用值為 48。 設計中應盡量保證間歇運動機構動作平穩(wěn)、減 小從動構件在起動和停止運動時產生的沖擊，尤 其要減小高速運動構件的慣性負荷，改善機構的 動力特性。 （ 3）槽輪機構的幾

11、何尺寸計算 參照 P167所例計算式求出圓柱銷的回轉 半徑、槽頂高、槽底高、鎖止弧半徑等幾 何尺寸。 7.3 擒 縱 機 構 1、 擒縱機構的組成及工作原理 機構的組成 由擒縱輪、擒縱叉、游絲擺輪及機架組成。 工作原理 擒縱輪 受發(fā)條驅動而轉動，同時受擒縱叉 上的左右卡瓦阻擋而停止，并通過游絲擺輪 系統(tǒng)控制動停時間，從而實現周期性單性間 歇運動。 游絲擺動系統(tǒng) 是由游絲、擺輪及圓銷、擒縱 叉及叉頭釘等組成。其能量的補充是通過擒縱 輪齒頂斜面與卡瓦的短暫接觸傳動來實現的。 因游絲擺輪系統(tǒng)振動頻率固定，故可用于計 量時間，常用于鐘表中。 2、 擒縱機構的類型及應用 （ 1）有固有振動系統(tǒng)型擒縱機構

12、 擒縱機構有以下兩大類： 如機械手表中的擒縱機構。 （ 2）無固有振動系統(tǒng)型擒縱機構 此種擒縱機構僅由擒縱輪和擒縱叉組成。 機構示例 1 機構示例 2 擒縱叉往復振動的周期與擒縱叉轉動慣量 （為常數）的平方成正比。與擒縱輪給擒縱叉 的轉矩大?。ɑ痉€(wěn)定）的平方根成反比。故 此機構能使擒縱輪作平均轉速基本恒定的間歇 運動。 這種機構結構簡單，便于制造，價格低， 但振動周期不很穩(wěn)定，故主要用于計時精度 要求不高、工作時間較短的場合。如自動記 錄儀、計數器、定時器、測速器及照相機快 門等。 7.4 凸輪式間歇運動機構 組 成 主動凸輪、從動轉 盤和機架。 工作原理 主動凸輪連續(xù)轉 動，推動從動盤實

13、現間歇分度轉動。 1、凸輪式間歇運動機構的組成與工作原理 圓柱凸輪間歇運動機構 蝸桿凸輪間歇運動機構 2、機構的類型及應用 （ 1）圓柱凸輪式間歇運動機構 常取單頭螺桿凸輪 z26，從動盤按正弦加速 度規(guī)律設計，可控制中心距消除間隙，承載能 力高，間歇頻率為 1200次 /分，分度精度為 30。 常取凸輪槽數為 1，柱銷數一般取 z26，在輕 載下間歇頻率為 1500次 /分。 （ 2）蝸桿凸輪式間歇運動機構 （ 3）共軛凸輪式間歇機構 動力特性好，分度精度高，成本較低。 應用場合 輕工機械、沖壓機械等高速機械中常用作高速、 高精度的步進進給、分度轉位等機構。例如用于高 速沖床、多色印刷機、包

14、裝機、折疊機等。 機構特點 結構簡單、工作可靠，轉位精確，不需定位裝置即 可獲得高的定位精度； 廓線設計得當，可使從動件獲得預期的任意運動； 動載荷小，無沖擊，宜高速； 加工成本高，安裝、調整要求嚴。 3、凸輪式間歇運動機構的特點和應用 1、 工作原理和類型 由齒輪機構演變而來。主 動輪有一個或幾個齒，根據 運動與停歇時間要求，在從 動輪上做出與主動輪齒相嚙 合的輪齒，當主動輪做連續(xù) 轉動時，從動輪做間歇回轉 運動。從動輪間歇期間，利 用兩輪邊緣的鎖止弧防止從 動輪游動。 動畫演示 7.5 不完全齒輪機構 內嚙合不完全齒輪機構 外嚙合不完全齒輪機構 不完全齒輪齒條機構 動 畫 2、不完全齒輪機

15、構的特點和應用 特點： 設計靈活，結構簡單、制造容易，工作 可靠。從動輪的運動角范圍大，很容易實現一 個周期中的多次動、停時間不等的間隙運動。 但在進入嚙合和退出嚙合時速度有突變，引起 剛性沖擊，只宜于低速、輕載場合。主、從動 輪不能互換。 應用： 常用于多工位，多工序的自動機械或 生產線上，實現工作臺的間歇轉位和進給運 動等。 3. 不完全齒輪機構設計時需注意的問題 為了避免主動輪首齒的齒頂與從動輪的齒頂發(fā)生 干涉，可將主動輪首齒的齒頂降低，如果機構作正 反向轉動，主動輪的首、末兩齒齒頂應相等。其余 各齒保持標準齒高。 不完全齒輪機構在進入嚙合和退出嚙合時，由于 速度有突變而產生沖擊。為改善

16、其動力性能，可裝 瞬心線附加桿 ，使其在首齒嚙合之前先接觸，使從 動輪從靜止狀態(tài)逐漸增速；主動輪末齒在退出嚙合 時，從動輪的角速度逐漸減?。ń柚诹硪粚λ残?線附加板），這樣使從動輪由停到動和由動到停的 過渡變得平穩(wěn)。 7 6 間歇運動機構設計的基本要求 1動力性能的要求 間歇運動機構的從動機構在一個很短的時間 內要經過啟動、加速、減速、停止的過程，會產 生較大的加速度，從而來帶來載荷產生沖擊。設 計中為了盡量保證間歇運動機構動作平穩(wěn)，特別 要注意合理選擇從動件運動規(guī)律。 2對從動件動、停時間的要求 間歇運動機構中，從動件停歇的時間往往是機 床或自動機進行工藝加工的時間，而從動件運動 的時間一

17、般是機床和自動機送進、轉位等輔助工 作的時間。間歇運動機構的這個運動特性通常用 動停時間比 k來描述。即 t d t tk 式中， td表示從動件在 1個運動周期 中的運動時間， tt表示其停歇時間。 從提高生產效率的角度來看， k值應盡量取得 小些；但從動力性能來看， k值過小會使起動 和停止時的加速度過大，又是設計中應避免的。 因此，在設計間歇運動機構時，應合理選擇動、 停時間比，并根據不同的動、停時間要求來設 計間歇機構的結構參數。 3對從動件動、停位置的要求 設計中應根據工作要求來選取從動件運動行 程（簡稱動程）的大小，并注意從動件停歇位 置的準確性。在時還要求設計的間歇運動機構 能調

18、節(jié)動程或動停比的大小。 1、 螺旋機構 7.7 其 他 常 用 機 構 (1) 螺旋機構的組成及特點 螺旋機構的組成 螺旋機構是由螺桿、螺母和機架組成。 通常它是將旋轉運動轉換為直線運動。但 當導程角大于當量摩擦角時，它還可以將直 線運動轉換為旋轉運動。 效率較低，特別是具有自鎖性的螺旋機構效 率低 于 50 。 能獲得很多的減速比和力的增益；選擇合適的 螺旋機構導程角，可獲得機構的自鎖性。 螺旋機構的特點 主要優(yōu)點： 主要缺點： 因此，螺旋機構常用于起重機、壓力機以及 功率不大的進給系統(tǒng)和微調裝置中。 （ 2） 螺旋機構的運動分析 當螺桿轉過 時，螺母沿其軸向移動的距離為 s l /(2)

19、其中 l為螺旋的 導程 。 微動螺旋機構 設螺旋機構中 A、 B段的螺旋導程分別為 lA、 lB , 且兩端螺旋的旋向相同 ， 當螺桿 1轉過 時， 螺母 2的位移 s 為 螺桿 螺母 A段螺紋 B段螺紋 機架 1 2 3 s (lA lB) /(2） 動 畫 因 lA、 lB 相差很小時，位移 s可能很小，故 這種螺旋機構稱為 微動螺旋機構。 此種機構常用測微計、分度機構及調節(jié)機 構中。如用于調節(jié)鏜刀進刀量的螺旋機構。 復式螺旋機構 如果螺旋機構的兩段螺旋導程分別為 lA、 lB， 且兩端螺旋的旋向相反。這種螺旋機構稱為 復 式螺旋機構 。 s (lA lB) /(2） 則 此種螺旋機構常用

20、于 車輛聯接 。 1 2 3 A B 動 畫 （ 3） 螺旋機構類型 按用途不同分類 按螺桿與螺母之間的摩擦性質不同分類 滑動螺旋機構、滾動螺旋機構、靜壓螺旋機構。 傳力螺旋機構、傳導螺旋機構、調整螺旋機構。 （ 4） 螺旋機構的設計要點 螺旋設計的關鍵是選擇確定合適的螺旋導程 角、導程及頭數等參數。 根據不同的工作要求，螺旋機構應選擇不同 的幾何參數。 若要求螺旋具有自鎖性或具有較大的減速比 （微動）時，宜選用單頭螺旋，宜選用較小的 導程及導程角，但效率較低。 若要求傳遞大的功率或快速運動的螺旋機 構時，宜采用具有較大導程角的多頭螺旋。 2、 萬向鉸鏈機構 萬向鉸鏈機構用于傳遞兩相 交軸間的

21、運動和動力，廣泛 用于汽車、機床等機械中； 傳動過程中，兩軸 夾角可以變動，為 變角傳動機構。 單萬向鉸鏈機構，當主動軸 以 1等速回轉 時，從動軸 的 2變化范圍為 1cos 2 1/cos 其變化幅度與兩軸夾角 有關，一般 30 。 單萬向鉸鏈機構 兩軸瞬時角速比隨時變化，并不恒等于 1。 單萬向鉸鏈機構兩特殊位置的機構運動簡圖 雙萬向鉸鏈機構 主、從動軸角速度恒等的條件： 主、從動軸與中間軸位于同一平面； 主、從動軸線與中間軸線之間的夾角相等； 中間軸兩端叉面應位于同一平面內。 動 畫 動 畫 即橢圓齒輪機構的傳動比 i21是主動輪 1轉角 1 的函數，且與橢圓齒輪的偏心率 e有關。 3

22、. 非圓齒輪機構 i21 2/1 r1/r2（ 1 e2)/(1 e2 2 ecos1） 非圓齒輪機構是一種變傳動比的齒輪機構。 （ 1） 橢圓齒輪機構的傳動比 （ 1） 與連桿機構相比，結構牢靠、緊湊、且 傳動較平穩(wěn)。 （ 2） 比凸輪機構傳動可靠。 （ 3） 用非圓齒輪來實現按一定 規(guī)律 的變速傳 動，要比用其他機構容易得多。 （ 2） 非圓齒輪機構的特點及其應用 特 點 非圓齒輪機構在機床、自動機、儀器及解 算裝置中均有應用。 利用 橢圓齒輪帶動曲柄滑塊機構 實現急回 運動 利用 橢圓齒輪帶動槽輪機構 實現縮短運動 時間，增加停歇時間。 應 用 4. 組合機構 (1) 組合機構及其特點

23、組合機構的概念 由于現代機械工程對機械的運動形式、運 動規(guī)律和動力性能等方面要求的多樣化和復 雜性，以及前述各種基本機構性能的局限性， 使得僅采用某種基本機構往往不能很好的滿 足設計要求。因而常把幾個基本機構組合起 來加以應用，這就構成了所謂的 組合機構 。 組合機構并不是幾個基本機構的一般串聯， 而往往是一種封閉式的傳動機構。 而封閉機式傳動機構則是利用一個機構去 約束或封閉另一個 多自由度機構，使其不僅 具有確定的運動，而且可使從動件具有更為 多樣化的運動形式或運動規(guī)律。 組合機構的特點 組合機構不僅能滿足多種設計要求，而 且能綜合應用和發(fā)揮各種基本機構的特點， 甚至能產生基本機構所不具有

24、的運轉特性 和運動形式，以及更為多樣的運動規(guī)律。 因此，組合機構越來越得到廣泛應用。 組合機構示例 1 組合機構示例 2 可實現有任意停歇或復雜運動規(guī)律的間歇 運動和特殊規(guī)律的補償運動等。 (2)組合機構的類型及應用 聯動凸輪組合機構 可準確實現預定軌跡要求。 凸輪 -齒輪組合機構 可實現多種預定的運動規(guī)律及軌跡。 凸輪 -連桿組合機構 齒輪 -連桿組合機構 可實現多種運動規(guī)律及軌跡要求。 1、棘輪機構 2、槽輪機構 本章小結 棘輪機構的組成、工作原理、類型、特點、 功能、應用。 槽輪機構的組成、工作原理、類型、特點、 應用。 3、擒縱機構 擒縱機構的組成、工作原理、類型、特點、 應用。 5、不完全齒輪機構 不完全齒輪機構的工作原理、類型、特點、 應用及設計時需注意的問題。 6、間歇運動機構設計的基本要求 對從動件動、停時間的要求；對從動件動、停 位置的要求；對間歇運動機構動力性能的要求。 7、其他常機構簡介 4、凸輪式間歇運動機構 凸輪式間歇運動機構的的組成、工作原理、 特點、應用。