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1、第6章 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與組合機(jī)構(gòu),6.1 槽輪機(jī)構(gòu),6.2 棘輪機(jī)構(gòu),6.3 不完全齒輪機(jī)構(gòu),6.4 組合機(jī)構(gòu),在機(jī)械和儀表中，常常需要原動(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)，而從動(dòng)件則產(chǎn)生周期性時(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)這種間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)很多，本章僅介紹最常見(jiàn)的幾種。,連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工程中最常用的幾種基本機(jī)構(gòu)。對(duì)于比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)變換，某種基本機(jī)構(gòu)單獨(dú)使用往往難以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的需要，因此，把若干種基本機(jī)構(gòu)用一定的方式聯(lián)接起來(lái)成為組合機(jī)構(gòu)，以便得到單個(gè)基本機(jī)構(gòu)所不能具有的運(yùn)動(dòng)性能。在本章最后將介紹幾種組合機(jī)構(gòu)。,槽輪機(jī)構(gòu)又稱(chēng)馬爾他機(jī)構(gòu)，由槽輪、裝有圓銷(xiāo)的撥

2、盤(pán)和機(jī)架組成。如圖6-1所示，撥盤(pán)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)槽輪作時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。當(dāng)圓銷(xiāo)未進(jìn)入輪槽時(shí)，槽輪靜止。圓銷(xiāo)進(jìn)入輪槽時(shí)，鎖止弧松開(kāi)，槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)圓銷(xiāo)離開(kāi)槽時(shí)，槽輪又被撥盤(pán)的外鎖止槽卡住，槽輪靜止。直到圓銷(xiāo)A在進(jìn)入槽輪另一徑向槽時(shí)，兩者又重復(fù)上述的運(yùn)動(dòng)循環(huán)。,6.1 槽輪機(jī)構(gòu),槽輪機(jī)構(gòu)有兩種基本型式：一種是外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)，如圖6-1所示，另一種是內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)，如圖6-2所示。,6.1.1 槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理,圖6-1 外嚙合槽輪機(jī)構(gòu),(單擊打開(kāi)),圖6-2 內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu),槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在自動(dòng)機(jī)床轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、電影放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)等自動(dòng)機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。,6.1.2

3、 槽輪機(jī)構(gòu)的主要參數(shù),槽輪機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)是槽數(shù) z 和撥盤(pán)圓銷(xiāo)數(shù)K。,如圖6-1所示。為了使槽輪2在開(kāi)始和終止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)角速度為零，以避免圓銷(xiāo)A與槽輪發(fā)生撞擊，圓銷(xiāo)進(jìn)入或脫出徑向槽的瞬時(shí)，徑向槽的中線(xiàn)應(yīng)與圓銷(xiāo)中心相切，即O2A應(yīng)與O1A垂直。設(shè)z為均勻分布的徑向槽數(shù)，當(dāng)槽輪2轉(zhuǎn)過(guò)22=2z弧度時(shí)，撥盤(pán)1相應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)角為：,（6-1）,在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，槽輪2的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t 與主動(dòng)撥盤(pán)轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間t 之比，稱(chēng)為槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)。用 表示。槽輪停止時(shí)間 t與主動(dòng)撥盤(pán)轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間t之比，稱(chēng)為槽輪的靜止系數(shù)，用表示。當(dāng)撥盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，時(shí)間之比可用槽輪與撥盤(pán)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角之比來(lái)表示。如圖6-1所示，

4、只有一個(gè)圓銷(xiāo)的槽輪機(jī)構(gòu)，t、t、t分別對(duì)應(yīng)于撥盤(pán)的轉(zhuǎn)角為21、（2-21）、2。,,因此，該槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)和靜止系數(shù)分別為：,（6-2）,（6-3）,為保證槽輪運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)系數(shù)應(yīng)大于零。由式（6-2）可知，槽輪的徑向槽數(shù)z 應(yīng)等于或大于3。由式（6-2）還可以看出，這種槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù) 恒小于0.5，即槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t總小于靜止時(shí)間t。,欲使槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù) 大于0.5，可在撥盤(pán)上裝數(shù)個(gè)圓銷(xiāo)。設(shè)撥盤(pán)上均勻分布的圓銷(xiāo)數(shù)為K，當(dāng)撥盤(pán)轉(zhuǎn)一整周時(shí)，槽輪將被撥動(dòng)K次。因此，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為單圓銷(xiāo)時(shí)的K倍。即：,（6-4）,運(yùn)動(dòng)系數(shù) 還應(yīng)當(dāng)小于1（=1表示槽輪 2與撥盤(pán)1一樣作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)

5、間歇運(yùn)動(dòng)），故由上式得：,,即,,由上式可知，當(dāng) z =3時(shí)，圓銷(xiāo)的數(shù)目可為15，當(dāng)z=4 或 5 時(shí)，圓銷(xiāo)數(shù)目可為13，而當(dāng) z 6時(shí)，圓銷(xiāo)的數(shù)目為1或2。從提高生產(chǎn)效率觀點(diǎn)看，希望槽數(shù)z小些為好，因?yàn)榇藭r(shí) 也相應(yīng)減小，槽輪靜止時(shí)間（一般為工作行程時(shí)間）增大，故可提高生產(chǎn)效率。但從動(dòng)力特性考慮，槽數(shù) z 適當(dāng)增大較好，因?yàn)榇藭r(shí)槽輪角速度減小，可減小震動(dòng)和沖擊，有利于機(jī)構(gòu)正常工作。但槽數(shù)z 9的槽輪機(jī)構(gòu)比較少見(jiàn)。因?yàn)椴蹟?shù)過(guò)多，則槽輪機(jī)構(gòu)尺寸較大，且轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性力矩也增大。另外，由式（6-3）可知，當(dāng)z 9時(shí)，槽數(shù)雖增加，運(yùn)動(dòng)系數(shù)的變化卻不大，故z 常取為48。,圖6-3所示為外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)。它由

6、擺桿1、棘爪2、棘輪3、止回爪4和機(jī)架5組成。通常以擺桿為主動(dòng)件、棘輪為從動(dòng)件。當(dāng)擺桿1連同棘爪2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，棘爪進(jìn)入棘輪的相應(yīng)齒槽，并推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度；當(dāng)擺桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，棘爪在棘輪齒頂上滑過(guò)。為了防止棘輪跟隨擺桿反轉(zhuǎn)，設(shè)置止回爪4。這樣，擺桿不斷地作往復(fù)擺動(dòng)，棘輪便得到單向的間歇運(yùn)動(dòng)。,6.2 棘輪機(jī)構(gòu),6.2.1 棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理及應(yīng)用,圖6-3 外嚙合棘輪機(jī)構(gòu),(單擊打開(kāi)),棘輪機(jī)構(gòu)還可以作成內(nèi)嚙合形式（圖6-4）,圖6-4 內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu),(單擊打開(kāi)),圖6-5 棘條機(jī)構(gòu),移動(dòng)棘輪（即棘條）形式（圖6-5），其工作原理和外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)類(lèi)似。,如圖6-6所示為摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)

7、，當(dāng)擺桿1作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用楔塊2與摩擦輪3之間的摩擦產(chǎn)生自鎖，從而帶動(dòng)摩擦輪3和擺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)擺桿作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，楔塊2與摩擦輪3之間產(chǎn)生滑動(dòng)。這時(shí)由于楔塊4的自鎖作用能阻止摩擦輪反轉(zhuǎn)。這樣，在擺桿不斷作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦輪3便作單向的間歇運(yùn)動(dòng)。,(單擊打開(kāi)),棘輪機(jī)構(gòu)除了常用于實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)外，還能實(shí)現(xiàn)超越運(yùn)動(dòng)。如圖6-7所示為自行車(chē)后輪軸上的棘輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)腳蹬踏板時(shí)，經(jīng)鏈輪1和鏈條2帶動(dòng)內(nèi)圈具有棘齒的鏈輪3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)棘爪4的作用，使后輪軸5順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)使自行車(chē)前進(jìn)。當(dāng)自行車(chē)前進(jìn)時(shí)，如果令踏板不動(dòng)，后輪軸5便會(huì)超越鏈輪3而轉(zhuǎn)動(dòng)，讓棘爪4在棘輪齒背上劃過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)不蹬踏板的自由滑

8、行。,如圖6-8，為使棘爪受力最小，應(yīng)使棘輪齒頂A和棘爪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心O2的連線(xiàn)垂直與棘輪半徑。作用力有：正壓力Fn和摩擦力F。Fn可分為圓周力Ft和徑向力Fr。力Fr使棘爪落到齒根，力F阻止棘爪落向齒根，為了保證正常工作，須使棘爪落到齒根而又不致于與齒脫開(kāi)。這就要求輪齒工作面相對(duì)棘輪半徑朝齒體內(nèi)偏斜一角度，稱(chēng)為棘齒的偏斜角。,6.2.2棘爪工作條件,偏斜角 的大小由下列關(guān)系求出：,（6-6）,因?yàn)?（6-7）,有,,（6-8）,即,,式中，為齒與爪間的摩擦角，=arctan。當(dāng)=0.2時(shí)，11.5。為安全起見(jiàn)，通常取=20。,選定齒數(shù)z和按強(qiáng)度要求確定模數(shù)m后，棘輪棘爪的主要幾何尺寸可按以下經(jīng)驗(yàn)

9、公式計(jì)算：,頂圓直徑 D=mz 齒高 h=0.75m 齒頂厚 a=m 齒槽夾角 =60或50 棘爪長(zhǎng)度 L=2m 其他結(jié)構(gòu)尺寸可參閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。,由于棘輪是在動(dòng)棘爪的突然撞擊下啟動(dòng)的，接觸瞬間，理論上是剛性沖擊。故棘輪機(jī)構(gòu)只能用于低速的間歇運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。,6.2.3 棘輪機(jī)構(gòu)的使用特點(diǎn),1棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造。常用作防止轉(zhuǎn)動(dòng)件反轉(zhuǎn)的附加保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)。,2棘輪每次轉(zhuǎn)角和動(dòng)停時(shí)間比可調(diào)。常用于機(jī)構(gòu)工況經(jīng)常改變的場(chǎng)合。,圖6-9所示為不完全齒輪機(jī)構(gòu)。主動(dòng)輪1為只有一個(gè)齒或幾個(gè)齒的不完全齒輪，從動(dòng)輪2可以是普通的完整齒輪，也可以由正常齒和帶鎖住弧的厚齒彼此相間地組成（圖6-9

10、a,b）。當(dāng)主動(dòng)輪1的有齒部分作用時(shí)，從動(dòng)輪2就轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)主動(dòng)輪1的無(wú)齒圓弧部分作用時(shí)，從動(dòng)輪停止不動(dòng)，因而當(dāng)主動(dòng)輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)輪獲得時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。,6.3 不完全齒輪機(jī)構(gòu),圖6-9 外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu),(a),(b),(單擊打開(kāi)),當(dāng)主動(dòng)輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這種機(jī)構(gòu)的從動(dòng)輪在運(yùn)動(dòng)期間也保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是當(dāng)從動(dòng)輪由停歇而突然到達(dá)某一轉(zhuǎn)速，以及由某一轉(zhuǎn)速突然停止時(shí)都會(huì)象等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的凸輪機(jī)構(gòu)那樣產(chǎn)生剛性沖擊。因此，對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的不完全齒輪機(jī)構(gòu)，可在兩輪的端面分別裝上瞬心線(xiàn)附加桿L和K（圖6-9c），使從動(dòng)件的角速度由零逐漸增加到某一數(shù)值從而避免沖擊。,不完全齒輪機(jī)構(gòu)有外嚙合和內(nèi)嚙合（圖6-1

11、0）兩種型式，一般用外嚙合型式。,(單擊打開(kāi)),不完全齒輪機(jī)構(gòu)與其他間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間的比例不受機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制。缺點(diǎn)是從動(dòng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始和終止時(shí)，角速度有突變，沖擊較大，故一般只適用于低速或輕載場(chǎng)合。,不完全齒輪機(jī)構(gòu)常用于多工位自動(dòng)機(jī)和半自動(dòng)機(jī)工作臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)位及某些間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu)中。,如圖6-11所示的手動(dòng)沖床是六桿或由兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成。一個(gè)是原動(dòng)件（手柄）1、連桿2、從動(dòng)搖桿3和機(jī)架4組成的雙搖桿機(jī)構(gòu)；另一個(gè)是由搖桿3、小連桿5、沖桿6和機(jī)架組成的搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。采用六桿機(jī)構(gòu)，增大了沖桿的作用力。,6.4 組合機(jī)構(gòu),下面介紹幾種常見(jiàn)的組合機(jī)構(gòu)。,6

12、.4.1 連桿連桿,圖6-11 手動(dòng)沖床中的復(fù)合鉸鏈機(jī)構(gòu),圖6-12所示為篩料機(jī)主題機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。這個(gè)六桿機(jī)構(gòu)也可看成由兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成。第一個(gè)是由原動(dòng)曲柄1、連桿2、從動(dòng)曲柄3和機(jī)架6組成的雙曲柄機(jī)構(gòu)；第二個(gè)是由曲柄3（原動(dòng)件）、連桿4、滑塊5（篩子）和機(jī)架6組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。,圖6-12 篩料機(jī)機(jī)構(gòu)的復(fù)合連桿機(jī)構(gòu),圖6-13所示為雙凸輪機(jī)構(gòu)，由兩個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)配合控制十字滑塊3上一點(diǎn)M準(zhǔn)確地描繪出虛線(xiàn)所示預(yù)定的軌跡。,6.4.2 凸輪凸輪機(jī)構(gòu),(單擊打開(kāi)),凸輪連桿機(jī)構(gòu)的形式很多，這種組合機(jī)構(gòu)通常用于實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)律。,主動(dòng)曲柄OA回轉(zhuǎn)時(shí)，B點(diǎn)強(qiáng)制在凸輪凹槽中運(yùn)動(dòng)，從而使托桿達(dá)到圖示運(yùn)動(dòng)規(guī)律，托包時(shí)慢進(jìn)，不托包時(shí)快退，以提高生產(chǎn)效率。因此，只要把凸輪輪廓線(xiàn)設(shè)計(jì)得當(dāng)，就可以使托桿達(dá)到上述要求。,6.4.3 連桿凸輪,圖6-14 巧克力包裝機(jī)托包用的凸輪連桿機(jī)構(gòu),（a),（b),(單擊打開(kāi)),(單擊打開(kāi)),圖6-15所示為連桿與棘輪兩個(gè)基本機(jī)構(gòu)組合而成的組合機(jī)構(gòu)。棘輪的單向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)是由搖桿3 的擺動(dòng)通過(guò)棘爪4推動(dòng)的，而搖桿的往復(fù)擺動(dòng)又需要由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD來(lái)完成，從而實(shí)現(xiàn)了輸入構(gòu)件（曲柄1）的等角速度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成輸出構(gòu)件（棘輪5）的步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。,6.4.4 連桿棘輪,圖6-15 連桿棘輪組合,