第6章 其他常用机构.ppt

第6章间歇运动机构 IntermittentMotionMechanisms 1 棘轮机构 2 槽轮机构 3 不完全齿轮机构 4 凸轮式间歇运动机构 间歇运动机构设计的基本问题 在各类机械中 常需要某些构件实现周期性的运动和停歇 能够将主动件的连续运动转换成从动件有规律的运动和停歇的机构 称为间歇运动机构 在实际设计和使用间歇运动机构的时候 往往需要注意以下基本问题 对从动件动 停时间的要求 在间歇运动机构中 从动件的运动时间一般是机床和自动机做送进 转位等辅助工作的时间 而其停歇时间往往是机床或自动机进行工艺加工的时间 二者的比值为动停时间比 TheRatiobetweenMotionTimeandDwellTime 式中 td为从动件在一个运动周期中的运动时间 tt为其停歇时间 对从动件动 停位置的要求 根据设计要求 选取从动件运动行程的大小 注意从动件停歇位置的准确性 对间歇运动机构动力特性的要求 尽量保证间歇运动机构动作平稳 减少冲击 尤其要减少高速运动构件的惯性负荷 合理选择从动件的运动规律 间歇运动机构设计的基本问题 6 1棘轮机构 RatchetMechanisms 一 棘轮机构的组成和工作原理 棘轮机构主要由棘轮 Ratchet 主动棘爪 Drivingpawl 止回棘爪 Holdingpawl 和机架 Frame 组成 工作原理 当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 ComposingandWorkingPrincipleofRatchetMechanisms 棘轮机构的类型 按结构分类 按啮合方式分类 按运动形式分类 齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构 外啮合式内啮合式 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 二 棘轮机构的类型和特点 TypesandCharacteristicsoftheratchetmechanisms 二 棘轮机构的类型和特点 1 按结构分类 1 齿式棘轮机构 toothratchetmechanisms 优点 齿式棘轮机构的结构简单 运动可靠 主从动关系可互换 动程可在较大范围内调节 动停时间比可通过选择合适的驱动机构实现 缺点 动程只能有级调节 有噪声 冲击 磨损 不宜用于高速场合 TypesandCharacteristicsoftheratchetmechanisms 2 摩擦式棘轮机构 frictionratchetmechanisms 特点 摩擦式棘轮机构传动平稳 无噪音 传递扭矩较大 动程可无级调节 由于靠摩擦力传动 会出现打滑现象 一方面可起到过载保护 另一方面也使传动精度降低 适用于低速轻载的场合 2 按啮合方式分类 1 外啮合式 Externallymeshed 外啮合式棘轮机构的棘爪或楔块安装在棘轮的外部 应用较广 其缺点是占用空间较大 2 内啮合式 Internallymeshed 内啮合式棘轮机构的棘爪或楔块安装在棘轮的内部 其特点为结构紧凑 外形尺寸小 3 按运动形式分类 1 单向间歇转动 FixedDirection 间歇机构的从动件只做单向间歇转动 2 单向间歇移动 Ratchetrack 当棘轮半径为无穷大时 棘轮就成为了棘齿条 主动件往复摆动时 棘爪即推动棘齿条做单向间歇移动 3 双动式棘轮机构 DoubleFunctionratchetmechanisms 在主动摆杆上安装两个主动棘爪 在其向两个方向往复摆动的过程中分别带动两棘爪 依次推动棘轮转动 称此棘轮机构为双动式棘轮机构 单动式棘轮机构是当主动件向某一方向运动时 才能使棘轮转动的棘轮机构 双动式棘轮机构与单动式棘轮机构相比 结构紧凑 承载较大 4 双向式棘轮机构 Changeabledirection 可以实现棘轮两方向间歇运动 这类棘轮机构称为双向式棘轮机构 其工作原理是变换棘爪相对棘轮的位置 实现棘轮的变向 常用棘轮机构的分类表 三 棘轮机构动程和动停时间比的调节方法 1 改变棘爪的运动 调节滑块位置可改变曲柄长度 调节螺母可改变连杆的长度 调节销在槽内的位置可改变摇杆的长度 从而改变棘爪的运动 改变动停比 2 改变棘轮遮板位置 通过调整遮板角度 改变棘轮的转角 四 棘轮机构的功能 1 间歇送进 在牛头刨床中通过棘轮机构实现工作台横向间歇送进功能 为了实现工作台的双向间歇送进 由齿轮机构 曲柄摇杆机构和双向式棘轮机构组成了工作台换向进给机构 2 制动 卷扬机制动机构中卷筒 棘轮和大皮带轮 被遮住 为一体 杆1和杆2调整好角度后紧固为一体 杆2端部与皮带导板铰接 当皮带突然断裂时 皮带导板失去支撑而下摆 使杆1端齿与棘轮啮合 阻止卷筒逆转 起到制动作用 3 转位 分度 手枪盘分度机构中滑块沿导轨向上运动时 棘爪1使棘轮转过一个齿距 并使与棘轮固结的手枪盘转过一个角度 此时挡销上升使棘爪2在弹簧的作用下进入盘的槽中 使手枪盘静止并防止反向转动 当滑块向下运动时 棘爪1从棘轮的齿背上滑过 在弹簧力的作用下进入下一个齿槽 同时挡销使棘爪克服弹簧力绕轴逆时针转动 手枪盘解脱止动状态 4 超越离合 五 棘轮机构设计 1 棘爪自动啮紧棘轮齿根的条件 要求在工作时 棘爪在Pn和F的作用下 能自动滑入棘轮齿槽 Pnsin F Pnf代入得 tg f 当f 0 2时 11 30 通常取 20 正压力 Pn 摩擦力 F 条件是两者对O2的力矩要满足如下条件 Mpn MF 将力分解成切向和径向分量 tg 齿偏角 Fcos L L 2 棘轮几何尺寸计算 模数m 1 1 5 2 2 5 3 3 5 4 5 6 8 10 顶圆直径dada mz与齿轮不同 齿间距pP m 齿高hh 0 75m 齿顶弦长aa m 棘爪工作面长度a1a1 0 5 0 7 a 齿偏角 20 棘轮宽bb 1 4 m 棘爪斜高h1 齿斜高h h1 h h cos 棘轮齿根圆角半径rfrf 1 5mm 棘爪尖端圆角半径r1r1 2mm 棘爪长度L一般取L 2p 60 80 o1 o2 齿数z12 25 6 2槽轮机构 Genevamechanisms 一 槽轮机构的组成和工作原理 槽轮机构由具有圆柱销的主动销轮 Drivingplate 具有直槽的从动槽轮 Drivengenevawheel 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 ComposingandWorkingPrincipleofGenevamechanisms 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 二 槽轮机构的类型 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 1 平面槽轮机构 1 外槽轮机构 ExternalGenevamechanisms 外槽轮机构中的槽轮径向槽的开口是自圆心向外 主动构件与从动槽轮转向相反 2 内槽轮机构 InternalGenevamechanisms 内槽轮机构中的槽轮上径向槽的开口是向着圆心的 主动构件与从动槽轮转向相同 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 2 空间槽轮机构 球面槽轮机构 SphericalGenevamechanisms 是一种典型的空间槽轮机构 用于传递两垂直相交轴的间歇运动机构 其从动槽轮是半球形 主动构件的轴线与销的轴线都通过球心 当主动构件连续转动时 球面槽轮得到间歇运动 空间槽轮机构结构比较复杂 设计和制造难度较大 三 槽轮机构的特点和应用 1 槽轮机构的特点 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 2 槽轮机构的应用 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 四 槽轮机构的主要参数 槽轮机构的主要参数是槽数Z和拨销数 为了使槽轮2在开始和终止转动时的瞬时角速度为零 以避免圆销与槽发生撞击 圆销进入或脱出径向槽的瞬时 槽的中心线O1A应与O2A垂直 设Z为均匀分布的径向槽数目 则槽轮2转过2 2 2 Z弧度时 拨盘1的转角2 1将为 一个运动循环内 槽轮2的运动时间tm对拨盘1的运动时间t之比称为运动特性系数 当拨盘 等速转动时 这个时间之比可用转角之比来表示 对于只有一个圆销的槽轮机构 tm和t分别对应于拨盘 转过的角度2 1和2 因此其运动特性系数 为 为保证槽轮间歇运动 有 0 由式知必有Z 3 单拨销槽轮机构的运动特性系数 小于0 5 即槽轮的运动时间总小于静止时间ts 当Z 9时 槽数虽增加 的变化却不大 起不到明显的作用 故Z常取为4 8 结论 当Z 3时 拨销数目可为1至5 当Z 4或5时 拨销数目可为1至3 当Z 6时 拨销数目可为1或2 槽数Z 9的槽轮机构比较少见 因为Z越大 槽轮尺寸越大 转动惯性力矩也越大 中心距也越大 例 外接槽轮机构中 已知圆销数为2 运动特性系数 0 5 主动轮转速n1 50r min 试求 1 槽轮的齿数z 2 槽轮的运动时间t1 3 槽轮的静止时间t2 解 1 槽轮的齿数z 根据公式 2 主动轮转过一周的时间为 3 槽轮的静止时间 t2 t t1 1 2 0 6 0 6s 6 3不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构 一 不完全齿轮机构 不完全齿轮机构由主动轮 从动轮和机架组成 实际上不完全齿轮机构是由普通齿轮机构转化而成的一种间歇运动机构 它与普通齿轮的不同之处是轮齿不布满整个圆周 不完全齿轮机构的主动轮上只有一个或几个轮齿 并根据运动时间与停歇时间的要求 在从动轮上有与主动轮轮齿相啮合的齿间 两轮轮缘上各有锁止弧 在从动轮停歇期间 用来防止从动轮游动 并起定位作用 1 不完全齿轮机构的组成和工作原理 2 不完全齿轮机构的类型 不完全齿轮机构的类型有 外啮合式 内啮合式和不完全齿轮齿条机构 1 外啮合式外啮合式不完全齿轮机构两轮转向相反 2 内啮合式内啮合式不完全齿轮机构两轮转向相同 3 不完全齿轮齿条机构从动轮变为齿条 输出由间歇转动变为间歇移动 3 不完全齿轮机构的特点和应用 1 不完全齿轮机构的特点 不完全齿轮机构从动轮运动的角度变化范围较大 设计较灵活 易实现一个周期中的多次动 停时间不等的间歇运动 但加工复杂 主 从动轮不能互换 在进入和退出啮合时速度有突变 引起刚性冲击 不宜用于高速传动 为了改善从动轮动力特性 可安装瞬心线附加板 以减少进入和退出啮合时的冲击 另外 为了避免主动轮与从动轮齿顶发生干涉 主动轮首 末齿齿顶需降低 2 不完全齿轮机构的应用 不完全齿轮机构常用于多工位 多工序的自动机械或生产线上 作为工作台的间歇转位机构和进给机构 二 凸轮式间歇运动机构 1 凸轮式间歇运动机构的工作原理及类型 凸轮式间歇运动机构由主动凸轮