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129 7 其他常用机构简介第7章 其他常用机构简介学习目标了解棘轮机械、槽轮机构、凸轮间歇机构、不完全齿轮机构、螺旋机构的类型、特点及应用。71棘轮机构 1棘轮机构的工作原理与基本类型 (1)工作原理 图61所示为常见齿啮式外啮合的棘轮机构，主要由棘轮l、主动件摇杆4、驱动棘爪2、止回棘爪5和机架组成。当主动摇杆顺时针摆动时，摇杆上铰接的驱动棘爪2就会插入棘轮的齿槽内，推动棘轮同向转动一定的角度。当主动摇杆逆时针摆动时，驱动棘爪在棘轮的齿背上滑过，这时止回棘爪会阻止棘轮反向转动，使棘轮静止不动，从而实现了当主动件连续往复摆动时，从动棘轮作单向的间歇运动。为了保证棘爪工作可靠，常利用扭簧3使棘爪紧压齿面。 (2)基本类型 常见棘轮机构可分为齿啮式和摩擦式两大类。 齿啮式棘轮机构 齿啮式棘轮机构是靠棘爪和棘轮齿啮合传动，齿啮式棘轮机构有外啮合(图71)和内啮合(图72)两种基本形式。内啮合棘轮机构由棘轮1、棘爪2和2、弹簧3和3以及轴4组成，如图72所示。 单动式棘轮机构，如图71所示，当原动件连续地往复摆动时，棘轮只作单向的间歇运动。图7l单动式棘轮机构 图72-内啮合棘轮机构双动式棘轮机构，如图73所示，其棘爪3可制成直头图73(a)、钩头图73(b)。当主动摇杆1往复摆动一次时，能使棘轮2沿同一方向作两次间歇转动，相当于加大了转角。 可变向棘轮机构如图74(a)所示，它的棘轮齿形为对称梯形。当棘爪在两个不同位置时，主动杆与棘爪将使棘轮向相反方向作间歇运动；图74(b)所示为另一种可变向棘轮机构。 （a） (b) (a) (b) 图73双动式棘轮机构 图74可变向棘轮机构 摩擦式棘轮机构 摩擦式棘轮机构如图75所示，棘轮上无棘齿。它靠棘爪1，3和棘轮2之间的摩擦力传动，棘轮转角可作无级调节，且传动平稳、无噪声。但因靠摩擦力传动，其接触表面容易发生滑动。 2棘轮机构的特点与应用棘轮机构结构简单、制造容易、转角准确、运动可靠，而且棘轮的转角可在很大范围内作有级调节。但工作时棘爪在齿背上滑行易引起噪声、冲击和磨损，运动精度不高，所以常用于低速、轻载的场合。 图75摩擦式棘轮机构72槽轮机构1槽轮机构的工作原理与类型 、 (1)工作原理 图76所示为槽轮机构(又称马氏机构)，由带有圆销3的拨盘1、具有径向槽的槽轮2及机架组成。拨盘1主动作等速连续转动，当圆销A未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凸锁止弧锁住而静止；当圆销A开始进人径向槽时，内外锁止弧脱开，槽轮在圆销A的驱动-FJl时针转动；当圆销A开始脱离径向槽时，槽轮因另一锁止弧又被锁住而静止，直到圆销再次进人下一个径向槽时，锁止弧脱开，槽轮才能继续转动，从而实现从动槽轮的单向间歇运动。 (2)基本类型槽轮机构有外槽轮机构(图76)和内槽轮机构(图77)两种类型。依据机构中圆销的数目，外槽轮机构又有单圆销(图76)、双圆销(图78)和多圆销槽轮机构之分。单圆销外槽轮机构工作时，拨盘转一周，槽轮反向转动一次；双圆销外槽轮机构工作时，拨盘转一周，槽轮反向转动两次；内槽轮机构的槽轮转动方向与拨盘转向相同。图76外槽轮机构 图77内槽轮机构图78双圆销槽轮机构2槽轮机构的特点与应用槽轮机构的优点是结构简单、制造容易、转位迅速、工作可靠，但制造与装配精度要求较高且转角大小不能调节，转动时有冲击，故不适用于高速，一般用于转速不是很高的自动机械、轻工机械或仪器仪表中。例如，图79所示的转塔车床的刀架转位机构，刀架3上装有6种刀具，槽轮2上有6个径向槽，当拨盘1回转一周时，圆销进入槽轮一次，驱使槽轮转过600，刀架也随着转过600，从而将下一工序所需刀具转换到工作位置。图710所示为电影放映机的卷片机构，槽轮2上有4个径向槽，拨盘1每转一周，圆销将拨动槽轮转过900，使胶片移过一幅画面，并停留一定的时间，以适应人眼的视觉暂留现象。图79转塔车床的刀架转位机构 图710电影放映机的卷片机构73凸轮式间歇机构 1凸轮式间歇机构的工作原理与类型 (1)工作原理 凸轮式间歇运动机构是利用凸轮的轮廓曲线，通过对转盘上滚子的推动，将凸轮的连续转动变换为从动转盘的间歇转动的机构。它一般由主动凸轮、从动转盘和机架组成。 (2)基本类型 图71 1所示为圆柱凸轮间歇运动机构，图712所示为蜗杆凸轮间歇运动机构。 2凸轮式间歇机构的特点与应用 凸轮式间歇运动机构的优点是结构简单，运转可靠，转位精确，传动平稳无噪声，且只要适当选择从动件的运动规律和合理设计凸轮的轮廓曲线，即可减小动载荷和避免冲击，从而适应高速运转的要求，这是它不同于棘轮机构、槽轮机构的最突出的优点。凸轮式间歇运动机构的主要缺点是装配与调整要求较高，加工比较复杂。凸轮式间歇运动机构主要用于能传递交错轴间的间歇传动，在轻工机械、冲压机械等高速机械中常用做高速、高精度的步进进给、分度转位等机构。例如卷烟机、包装机、多色印刷机、高速冲床等。图711圆柱凸轮间歇运动机构 图712蜗杆凸轮间歇运动机构74不完全齿轮机构 1不完全齿轮机构的工作原理与类型 如图713所示，在主动轮l上只制出1个或数个轮齿，其余部分为外凸锁止弧，从动轮2上有与主动轮齿相啮合的齿间和内凹锁止弧，且相问布置。当主动轮1的有齿部分作用时，从动轮就转动；主动轮的外凸锁止弧作用时，从动轮就停止不动。因此当主动轮连续转动时，从动轮将获得时转时停的间歇运动。如图713(a)所示的不完全齿轮机构中，主动轮1上只有1个齿，从动轮2上有8个齿间，故主动轮每转1周，从动轮只转18周。如图713(b)所示的不完全 （a） （b）齿轮机构中，主动轮1上有4个轮齿，从动轮2的圆周 有4个运动段和4个停歇段，而且每个运动段有4个齿 图713不完全齿轮机构间与主动轮齿相啮合，主动轮转1周，从动轮转14周。 2不完全齿轮机构的特点与应用 不完全齿轮机构的优点是设计灵活，工作可靠，传递的力大，而且从动轮停歇的次数、每次停歇的时间及每次转过角度的变化范围比较大；其缺点是加工工艺较复杂，从动轮在运动开始和终了时有较大的冲击，不宜用于高速传动，且主、从动轮不能互换。 不完全齿轮机构一般用于低速、轻载的场合，如在自动机械和半自动机械中，用做工作台的间歇转位机构、间歇进给机构以及计数装置等。75螺旋机构751 螺纹的形成、类型、主要参数和应用 1螺纹的形成、类型和应用 如图714(a)所示，把底边等于，的直角三角形绕于直径为d2的圆柱上，并使其底边与圆柱体的底边对齐，则其斜边在圆柱表面上便形成一条螺旋线。若取任一平面几何图形，使其一边靠在圆柱的母线上并沿螺旋线移动，移动时保持该平面图形通过圆柱体的轴线，便可得到相应的螺纹。如图714所示，根据平面图形的形状，螺纹可分为三角形、矩形、梯形和锯齿形等。 （a） （b）三角形螺纹多用于联接，其余螺纹则多用于 图714螺纹的形成与牙形传动。 按照圆柱直立时螺旋线的绕行方向是向右上升还是向左上升，螺纹可分为右旋及左旋两种，如图715所示。一般采用右旋螺纹，有特殊要求时才采用左旋螺纹。 (a) (b) 图715螺纹的旋向、转向与螺杆移动方向 根据圆柱上螺旋线的数目，可分为单线和多线螺纹图716。单线螺纹图716(a)是沿一条螺旋线形成的螺纹。多线螺纹图716(b)(c)是沿两条或两条以上、在周向和轴向等间距分布的螺旋线形成的螺纹，分别称为双线螺纹图716(b)、三线螺纹图716(c)。为制造方便，螺纹一般不超过四线。单线螺纹常用于联接，也可用于传动；多线螺纹则主要用于传动。 在圆柱体的外表面上形成的螺纹称为外螺纹，如螺柱上的螺纹；在圆柱孑L的内表面上形成的螺纹称为内螺纹，如螺母上的螺纹。表71列出了常用螺纹的类型、牙形和应用。螺纹已标准化，分为米制和英制两种，我国采用米制，英、美等国则采用英制。 (a)单线右旋螺纹 (b)双线左旋螺纹 (C)三线右旋螺纹图716螺纹的旋向、线数、螺距和导程表71常用螺纹类 别牙 形 图特 点 和 应 用 联 接 用 三 角 形 螺 纹普通螺纹牙形角= ，牙根较厚，牙根强度较高。同公称直径，按螺距大小分为粗牙和细牙。一般情况下多用粗牙，而细牙用于薄壁零件或受动载荷的联接还可用于微调机构的调整 英寸制螺纹牙形角= ，尺寸单位是in。螺距以每in长度内的牙数表示，也有粗牙、细牙之分，多在修 配英、美等国家的机件时使用 管螺纹牙形角= ，公称直径近似为管子内径，以in为单位，是一种螺纹深度较浅的特殊英寸制细牙螺纹，多用于压力在157 N以下的管子联接 传 动 用矩形螺纹牙形为正方形，牙厚为螺距的一半，尚未标准化。传动效率高，但精确制造困难。可用于传动梯形螺纹牙形角a=30。，效率略低于矩形螺纹，但工艺性好，牙根强度高，广泛用于传动锯齿形螺纹工作面的牙形斜角为，非工作面的牙形斜角为 综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根，强度高的特点，但只能用于单向受力的传动 2螺纹的主要参数现以图717所示的三角形螺纹为例，说明米制螺纹的主要参数。(1)大径d大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的 假想圆柱的直径，并规定为螺纹的公称直径。 (2)小径d1 小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径。 (3)中径d2 这是一个假想圆柱的直径，在该圆柱母线上的牙形宽度与牙槽宽度相等。 (4)螺距P 相邻两牙在中径线上对应点间的轴向距离。 图717螺纹的主要参数(5)寻程S与线数n 同一条螺旋线上的相邻牙在中径线上对应点间的轴向距离，称为导程。导程S与线数n及螺距P之间的关系为 S=nP (71)其中n=1时为单线，n=2时为双线，其余类推。 (6)升角在中径圆柱面上螺旋线的切线与螺纹轴线垂直面问的夹角称为升角，如图71(a)所示。其计算公式为 (72) (7)牙形角 在轴剖面内螺纹牙形相邻两侧边的夹角。(8)牙形斜角牙侧边与螺纹轴线垂线问夹角称为牙形斜角。对于对称牙形，=2。 英制螺纹的螺距是以每英寸长度内的牙数表示的。英制螺纹的牙形角为仅=550。英制螺纹与米制螺纹之问的换算关系为 P=25.4/ z (53)0式中：P螺距，mm； z每英寸长度内的牙数。752滑动螺旋机构螺旋机构是利用螺旋副传递运动和动力的机构，主要用来把回转运动变为直线运动，同时传递动力。按螺旋副中的摩擦性质，螺旋机构可分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机构。滑动螺旋机构中，螺旋副作相对运动时产生滑动摩擦。其效率为 (74) 由式(74)可以看出，当量摩擦角越大，螺纹效率越低，其自锁性能越好。三角形螺纹的当量摩擦角最大，主要用于联接，其他螺纹则用于传动。滑动螺旋机构，结构简单，制造方便，能获得很大的降速比和力的增益，工作平稳，无噪声，合理选择螺纹升角可具有自锁性能。，但效率低。753滚动螺旋机构滑动螺旋机构的螺旋副由于摩擦阻力大、效率低、精度低等，不能满足现代机械的传动要求。因此，许多现代机械中多采用滚动螺旋机构(滚珠丝杠)。滚动螺旋机构是指在具有螺旋槽的螺杆与螺母之间，连续填满滚珠作为中间体的螺旋机构，如图718所示。当螺杆与螺母相对转动时，滚动体在螺纹滚道内滚动，使螺杆与螺母之间以滚动摩擦代替滑动摩擦，从而提高了传动效率和传动精度。 (a) (b)图718滚动螺旋机构 1外循环滚珠丝杠 外循环是指滚珠在回程时脱离螺杆的螺旋槽，而在螺旋槽外进行循环，如图718(a)所示。外循环螺母只需前后各设一个反向器，当滚珠滚人反向器时，就会被阻止而转弯，从返回通道回到滚道的另一端去，形成一个循环回路。 2内循环滚珠丝杠 内循环是指滚珠在整个循环过程中始终和螺杆接触的循环方式，如图718(b)所示。内循环螺母上开有侧孔，孑L内镶有反向器将相邻两螺纹的滚道连通，滚珠可越过螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个封闭的循环回路。因此，一个循环回路里只有一圈滚珠，设有一个反向器。一个螺母常设置24个循环回路，各循环回路的反向器均布在圆周上。 3滚珠丝杠的特点和应用 滚珠丝杠的优点有：摩擦系数小，传动效率可高达90以上；摩擦因数与速度的关系不大，故启动扭矩接近运转扭矩，工作平稳；磨损小且寿命长，间隙可调，传动精度与刚度均得到提高；不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动。 滚珠丝杠的缺点有：结构复杂，制造困难；在需要防止逆转的机构中，要加自锁机构；承载能力不如滑动螺旋机构大。 滚珠丝杠多用于车辆的转向机构及对传动精度要求较高的场合，如飞机机翼和起落架的控制驱动、大型水闸闸门的升降驱动以及数控机床的进给机构等。754螺旋机构的功能和应用螺旋机构的主要功能和应用如表72所示。表72螺旋机构的主要功能及应用功能应 用 示 例说 明传 递 运 动 和 动 力台虎钳定心夹紧机构，由平面夹爪1和V形夹爪2组成定心机构。螺杆3的4端是右旋螺纹，B端为左旋螺纹，采用导程不同的复式螺旋。当转动螺杆3时，夹爪1与2夹紧工件4转变运动形式防转机构转 变 运 动 形 式(a)螺杆转动，螺母移动；(b)螺母转动，螺杆移动；(c)螺母固定，螺杆转动和移动；(d)螺杆固定，螺母转动和移动功能 应 用 示 例说 明机 构 调 整利用螺旋机构调节曲柄长度。螺杆（构件1）与曲柄（构件2）组成转动副B，与螺母（构件2）组成螺旋副C。曲柄2的长度AK可通过转动螺杆1改变螺母3的位置来调整。微 调 与 测 量镗床镗刀的微调机构。螺母2固定于镗杆3.螺杆1与螺2组成螺旋副A，同时又与螺母组成螺旋副B。4的末端是镗刀，它与2组成移动副C。螺旋副A与B旋向相同而导程不同，当转动螺杆1时，镗刀相对镗杆作微量的移动，以调整镗孔时的进给量。本章小结 1棘轮机构、