第四章其他常用机构

1、第四章第四章 其他常用机构其他常用机构 其他常用机构 第一节第一节 凸轮机构凸轮机构 第二节第二节 棘轮机构 棘轮机构 第三节槽轮机构第三节槽轮机构 第四节第四节 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 第五节第五节 螺旋机构螺旋机构 在 工 程在 工 程 实践和日常实践和日常 生活中，除生活中，除 了常用平面了常用平面 连杆机构外，连杆机构外， 还广泛应用还广泛应用 其他机构，其他机构， 如如凸轮机构、凸轮机构、 棘轮机构棘轮机构和和 槽轮机构槽轮机构等等。 点击播放点击播放4-014-01 钉鞋机钉鞋机 右图为电影放映右图为电影放映 机的卷片机构，槽机的卷片机构，槽 轮轮 上有四条径向槽，上有四条径

2、向槽， 拨盘拨盘 1 转一周，槽转一周，槽 轮轮 转转 90，影片移，影片移 动一个画面并停留动一个画面并停留 一定的时间，从而一定的时间，从而 满足人眼视觉满足人眼视觉“暂暂 留现象留现象”的要求。的要求。 电影放映机卷片机构电影放映机卷片机构 点击播放点击播放4-024-02 凸轮机凸轮机 构是由构是由 凸轮、凸轮、 从动件从动件 和机架和机架 组成的组成的 高副机高副机 构。构。 凸轮机构运动简图凸轮机构运动简图 点击播放点击播放4-03-14-03-1 点击播放点击播放4-03-24-03-2 a a）平面凸轮机构）平面凸轮机构 b b）空间凸轮机构）空间凸轮机构 用于内燃机用于内燃机

3、 配气的凸轮机构配气的凸轮机构 靠模加工机构靠模加工机构 点击播放点击播放4-064-06 绕线机引线机构绕线机引线机构 图图4-74-7机床自动进给机构机床自动进给机构 图图4-8 4-8 自动车床中的凸轮组自动车床中的凸轮组 1）按凸轮）按凸轮形状形状 分：分：盘形盘形、 移动移动、圆柱凸轮圆柱凸轮 (端面) 。 2）按推杆）按推杆形状形状分：分：尖顶尖顶、 滚子滚子、平底平底从动件。从动件。 3）按推杆）按推杆运动运动分：分：直动直动(对心、偏置对心、偏置)、 摆动摆动 特点：特点：尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构； 滚子滚子磨损小，应用广；磨损小，

4、应用广； 平底平底受力好、润滑好，用于高速传动。受力好、润滑好，用于高速传动。 4）按保持接触方式分：）按保持接触方式分：力封闭力封闭（重力、弹簧弹簧等） 几何形状封闭几何形状封闭(凹槽凹槽、等宽等宽、) 名词术语：名词术语： 凸轮再继续回转，从动件又开凸轮再继续回转，从动件又开 始下一轮始下一轮“升一停一降一停升一停一降一停” 的运动循环过程。一般情况下，的运动循环过程。一般情况下， 推程是凸轮机构的工作行程。推程是凸轮机构的工作行程。 凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程 基圆、基圆、 推程运动角、推程运动角、 基圆半径、基圆半径、推程、推程、 远停程、远停程角、远停程、远停程角、 回程运

5、动角、回程运动角、回程、回程、 近停程角近停程角 r0 h B o t s 0 1 01 0 2 02 0 0 0 0 A D C B 近停程、近停程、 从动件的位移从动件的位移s s随时间随时间 t t （或凸轮转角（或凸轮转角）的变）的变 化规律，称为从动件的化规律，称为从动件的运动规律运动规律。 1. 1.等速运动规律等速运动规律 从动件的运动速度为定值的运动规律，称为等从动件的运动速度为定值的运动规律，称为等 速运动规律。以推程为例，可画出速运动规律。以推程为例，可画出s-s-（ t t ）线图。）线图。 图图4-10 4-10 等速运动等速运动 规律的规律的s-s-（ t t ）线图

6、）线图 2.2.等加速等减等加速等减 速运动规律速运动规律 从动件在推程从动件在推程 的前半段为等加速，的前半段为等加速， 后半段为等减速的后半段为等减速的 运动规律，称为等运动规律，称为等 加速等减速运动规加速等减速运动规 律。通常加速度和律。通常加速度和 减速度的绝对值相减速度的绝对值相 等，前半段、后半等，前半段、后半 段的位移也相等。段的位移也相等。 图图4-11 4-11 等加速等减速运动等加速等减速运动 规律的规律的s-s-（ t t ）线图）线图 反转法原理反转法原理 依据此原理可以用几何作图的方依据此原理可以用几何作图的方 法设计凸轮的轮廓曲线，例如：法设计凸轮的轮廓曲线，例如

7、： - 给整个凸轮机构施以给整个凸轮机构施以-时，时， 不影响各构件之间的相对运动，不影响各构件之间的相对运动， 此时，凸轮将静止，而从动件尖此时，凸轮将静止，而从动件尖 顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓 曲线曲线。 尖顶凸轮绘制动画尖顶凸轮绘制动画点击播放点击播放 12345678 A r0 60 90 90120 - s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知 凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径r0，角速度角速度和推杆的运和推杆的运 动规律，设计该凸轮轮廓曲线。动规律，设计该凸轮轮

8、廓曲线。 设计步骤小结：设计步骤小结： 选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r0。 反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。 确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。 60 1209090 1 3 5 7 8 911 13 15 9 11 13 12 14 1 8 7 6 5 4 3 2 14 13 12 11 10 9 凸轮的结构形式及与轴的固定方式凸轮的结构形式及与轴的固定方式 图图4-14 4-14 凸轮轴凸轮轴 图图4-15 4-15 平键联接平键联接 图图4

9、-164-16圆锥销联接圆锥销联接 图图4-174-17弹性锥套和螺母联接弹性锥套和螺母联接 凸轮的材料应具有较高的强度和耐磨性，选材的主要凸轮的材料应具有较高的强度和耐磨性，选材的主要 依据是运动速度与承载大小。依据是运动速度与承载大小。 载荷不大、低速时可选用载荷不大、低速时可选用 HT250 、HT300 、QT800 -2 、 QT9OO -2 等作为凸轮的材料，轮廓表面需经热处理，等作为凸轮的材料，轮廓表面需经热处理， 以提高其耐磨性。以提高其耐磨性。 中速、中载的凸轮常用中速、中载的凸轮常用 45、4O Cr、20Cr、20CrMn 等材料，并经表面淬火，使硬度达等材料，并经表面淬

10、火，使硬度达 5560HRC 。 高速、重载凸轮可用高速、重载凸轮可用 40Cr ，表面淬火至，表面淬火至 5660HRC ，或用，或用38CrMoA1 ，经渗氮处理至，经渗氮处理至 6067HRC。 棘轮机构棘轮机构由由棘轮、棘爪、摇棘轮、棘爪、摇 杆杆及及机架机架等组成，如图等组成，如图4-18所示。所示。 主动件棘爪主动件棘爪 铰接在连杆机构的铰接在连杆机构的 摇杆摇杆 上，上，当摇杆顺时针摆动时，当摇杆顺时针摆动时， 棘爪推动棘轮棘爪推动棘轮 转过一定的角度；转过一定的角度； 当摇杆逆时针摆动时，止退棘爪当摇杆逆时针摆动时，止退棘爪 阻止棘轮转动，棘爪在棘齿背上阻止棘轮转动，棘爪在棘齿

11、背上 滑过，此时棘轮停歇不动。因此，滑过，此时棘轮停歇不动。因此， 在摇杆作往复摆动时，棘轮作单在摇杆作往复摆动时，棘轮作单 向时动时停的间歇运动。向时动时停的间歇运动。 有外啮合和内啮合之分。有外啮合和内啮合之分。 点击播放点击播放4-184-18 图图4-18 4-18 外啮合棘轮机构外啮合棘轮机构 点击播放点击播放4-194-19 牛头刨床工作台横向牛头刨床工作台横向 进给机构是个棘轮机构，进给机构是个棘轮机构， 它是利用将棘爪它是利用将棘爪 提起并转提起并转 动动 180 后放下，使棘轮后放下，使棘轮 作作反向间歇反向间歇运动来实现工运动来实现工 作台的作台的往复移动往复移动。 图图4

12、-20 4-20 牛头刨床用棘轮机构牛头刨床用棘轮机构 点击视频牛头刨床点击视频牛头刨床 点击动画点击动画 图图5-245-24所示机所示机 构设有对称爪端的构设有对称爪端的 棘爪棘爪 1 1 ，将其翻转，将其翻转 至双点画线位置，至双点画线位置， 也可用来实现也可用来实现反向反向 的间歇运动的间歇运动。图图4-214-21可换向棘轮机构可换向棘轮机构 图图 5-255-25所示机所示机 构在摇杆上安装两构在摇杆上安装两 个棘爪，当摇杆往个棘爪，当摇杆往 复摆动时，都能使复摆动时，都能使 棘轮转动，可提高棘轮转动，可提高 棘轮运动的次数和棘轮运动的次数和 缩短停歇的时间，缩短停歇的时间， 所

13、以 又 称 作所 以 又 称 作 快 动快 动 （或双动）式棘轮（或双动）式棘轮 机构机构。 图图4 4-2-22 2单向快动棘动轮机构单向快动棘动轮机构 点击播放点击播放4-224-22 图图4 4-2-23 3改变曲柄长度调节棘轮转角改变曲柄长度调节棘轮转角 图图5-27所示机构是所示机构是 通过通过改变曲柄长度来改改变曲柄长度来改 变摇杆摆角的大小变摇杆摆角的大小，摇，摇 杆的摆角变化后就改变杆的摆角变化后就改变 了棘轮的转角。了棘轮的转角。 棘轮机构中棘轮转棘轮机构中棘轮转 角的大小可以进行有角的大小可以进行有 级调节。图级调节。图 5-26所示所示 机构是机构是利用覆盖罩遮利用覆盖罩

14、遮 挡部分棘齿，实现调挡部分棘齿，实现调 节棘轮转角的大小节棘轮转角的大小来来 控制棘轮的转速。控制棘轮的转速。 图图4 4-2-24 4用覆盖罩调节棘轮机构用覆盖罩调节棘轮机构 点击视频牛头刨床点击视频牛头刨床 图图4 4-2-25 5牛头刨床进给棘轮机构牛头刨床进给棘轮机构 图图5-285-28所示的所示的 牛头刨床工作台的牛头刨床工作台的 横向进给机构横向进给机构，就，就 是利用是利用棘轮机构棘轮机构实实 现正反间歇转动的现正反间歇转动的 特点，然后通过丝特点，然后通过丝 杠、螺母带动工作杠、螺母带动工作 台作横向台作横向间歇送进间歇送进 运动运动的。的。 点击播放点击播放4-254-2

15、5 推进和输送推进和输送 图图4 4-2-26 6浇铸自动线步进装置浇铸自动线步进装置 图图5-295-29所示为所示为 铸造车间的浇铸自铸造车间的浇铸自 动线步进装置。它动线步进装置。它 也是利用也是利用棘轮机构棘轮机构 的的间歇运动间歇运动特性，特性， 实现浇铸（停止）实现浇铸（停止） 和输送（运动）两和输送（运动）两 个工作要求的。这个工作要求的。这 里的棘爪是利用液里的棘爪是利用液 压缸的活塞杆来推压缸的活塞杆来推 动的。动的。 推进和输送推进和输送 制动制动 图图 4-27所示为起重设备所示为起重设备 安全装置中的棘轮机构。安全装置中的棘轮机构。 起吊重物时，如果机械起吊重物时，如果

16、机械 发生故障，重物将出现发生故障，重物将出现 自动下落的危险，此时，自动下落的危险，此时， 棘轮棘轮 2 被止回棘爪被止回棘爪 3 及及 时止动，以保证安全。时止动，以保证安全。 图图4-274-27卷筒止回棘轮卷筒止回棘轮 1 1 鼓轮鼓轮 2 2 棘轮棘轮 3 3 止回棘爪止回棘爪 内啮合棘轮机构内啮合棘轮机构是自行车后轮上是自行车后轮上 的的“飞轮飞轮”机构，当脚蹬转动时，经机构，当脚蹬转动时，经 大链轮和链条带动内齿圈具有棘齿的大链轮和链条带动内齿圈具有棘齿的 链轮逆时针转动，再通过棘爪的作用，链轮逆时针转动，再通过棘爪的作用， 使轮毂（和后车轮为一体）逆时针转使轮毂（和后车轮为一体

17、）逆时针转 动，从而驱使自行车前进。当自行车动，从而驱使自行车前进。当自行车 后轮的转速超过小链轮的转速（或自后轮的转速超过小链轮的转速（或自 行车前进而脚蹬不动）时，轮毂便会行车前进而脚蹬不动）时，轮毂便会 超越小链轮而转动，让棘爪在棘轮齿超越小链轮而转动，让棘爪在棘轮齿 背上滑过，从而实现了从动件相对于背上滑过，从而实现了从动件相对于 主动件的超越运动，这种特性称为主动件的超越运动，这种特性称为超超 越越。 点击播放点击播放4-194-19 图图4-19 4-19 内啮合棘轮机构内啮合棘轮机构 超越超越 图图4-284-28外槽轮机构外槽轮机构 槽轮机构由带圆槽轮机构由带圆 销的拨盘销的拨

18、盘 、具有径向、具有径向 槽的槽轮槽的槽轮 和机架组成和机架组成 ，如图，如图 5-30所示。所示。 点击播放点击播放4-284-28 图图4-294-29内槽轮机构内槽轮机构 点击播放点击播放4-294-29 图图5-315-31为为内槽内槽 轮机构轮机构，带圆销的，带圆销的 拨盘在槽轮的内部，拨盘在槽轮的内部， 工作原理同外槽轮工作原理同外槽轮 机构。内槽轮机构机构。内槽轮机构 的槽轮转动方向与的槽轮转动方向与 拨盘转向相同。拨盘转向相同。 图图5-325-32双圆柱销外槽轮机构双圆柱销外槽轮机构 图图5-32所示为所示为双圆销双圆销 外槽轮机构外槽轮机构，该机构，该机构 工作时，拨盘转一

19、周，工作时，拨盘转一周， 槽轮反向转动两次。槽轮反向转动两次。 图图5-335-33转塔车床的刀架转位机构转塔车床的刀架转位机构 图图5-335-33所示为所示为 转塔车床的刀架转转塔车床的刀架转 位机构，刀架上装位机构，刀架上装 有六种刀具，槽轮有六种刀具，槽轮 上具有六条径向槽。上具有六条径向槽。 当拨盘回转一周时，当拨盘回转一周时， 槽轮转过槽轮转过 60 60 ， 从而将下一工序所从而将下一工序所 需刀具转换到工作需刀具转换到工作 位置。位置。 图图4-334-33不完全齿轮机构不完全齿轮机构 l l 主动轮主动轮 2 2 从动轮从动轮 点击播放点击播放4-33-24-33-2点击播放

20、点击播放4-33-14-33-1 由螺杆、螺母和机架组成，能实现回转运动由螺杆、螺母和机架组成，能实现回转运动 与直线运动变换和力传递的机构，称为螺旋机构。与直线运动变换和力传递的机构，称为螺旋机构。 螺旋机构具有结构简单，工作连续、平稳，承螺旋机构具有结构简单，工作连续、平稳，承 载能力大，传动精度高，易于自锁等优点，故在载能力大，传动精度高，易于自锁等优点，故在 机械中有着广泛的应用；其缺点是磨损大，效率机械中有着广泛的应用；其缺点是磨损大，效率 低，近年来由于滚珠螺旋的应用，使磨损和效率低，近年来由于滚珠螺旋的应用，使磨损和效率 问题得到了很大程度的改善。问题得到了很大程度的改善。 图4

21、-34螺纹的形成图 如图如图4-34所示，将底边长等于所示，将底边长等于d2的直角三角形绕的直角三角形绕 在一直径为在一直径为 d2的圆柱体上，并使其底边与圆柱体重的圆柱体上，并使其底边与圆柱体重 合，则其斜边合，则其斜边 ac 在圆柱体表面形成空间曲线，这条在圆柱体表面形成空间曲线，这条 曲线称为螺旋线。曲线称为螺旋线。 螺纹旋向的判别方法：将螺杆直竖，若螺旋螺纹旋向的判别方法：将螺杆直竖，若螺旋 线右高左低（向右上升）为右旋（图线右高左低（向右上升）为右旋（图 4-34) ；反；反 之则为左旋。根据螺旋线的线数，可分为单线、之则为左旋。根据螺旋线的线数，可分为单线、 双线和多线（图双线和多

22、线（图 4-35 ) ； 图图4-354-35螺纹的线数螺纹的线数 a)a)单线单线b)b)双线双线c)c)多线多线 图图4-364-36螺纹的主要参数螺纹的主要参数 螺纹的主要参数大径螺纹的主要参数大径 d、小径、小径 dl 、中径、中径d 2 、 螺距螺距P、 导程导程 l、螺纹升角、螺纹升角、牙型角、牙型角 常用的螺纹牙形有三角形、矩形、梯形和锯齿形等常用的螺纹牙形有三角形、矩形、梯形和锯齿形等 图图4-374-37螺纹的牙型螺纹的牙型 a)a)三角形螺纹三角形螺纹b)b)矩形螺纹矩形螺纹c)c)梯形螺纹梯形螺纹d)d)锯齿形螺纹锯齿形螺纹 图图4-38螺旋千斤顶螺旋千斤顶 1螺母螺母2

23、螺杆螺杆 图图4-39螺旋压力机螺旋压力机 1螺母螺母2螺杆螺杆 1.1.单螺旋机构单螺旋机构 图图4-404-40车床丝杠传动车床丝杠传动 11螺母螺母22螺杆螺杆33机架机架 图图4-414-41双螺旋机构双螺旋机构 1 1、22螺母螺母33螺杆螺杆 2.双螺旋机构双螺旋机构 图图4-424-42铣床棒料快动夹具铣床棒料快动夹具 1 1、33左、右螺母左、右螺母 22棒料棒料44螺杆螺杆55机架机架 图图4-434-43滚动螺旋机构的结构滚动螺旋机构的结构 1 1、33内、外螺旋滚道内、外螺旋滚道22钢球钢球 3.3.滚动螺旋滚动螺旋 图图4-44 4-44 钉鞋机的凸轮组件钉鞋机的凸轮组

24、件 点击播放钉鞋机点击播放钉鞋机 实例一实例一 图图4-44是是钉钉 鞋机鞋机中主要组成部件中主要组成部件凸凸 轮组件轮组件，从图中可看出，从图中可看出， 当钉鞋机转动手轮，使得当钉鞋机转动手轮，使得 凸轮组件转动时，实际上凸轮组件转动时，实际上 是四个不同的凸轮同时在是四个不同的凸轮同时在 转动，两个是转动，两个是凹槽凸轮凹槽凸轮， 两个是一般常见的两个是一般常见的盘形凸盘形凸 轮轮。钉鞋机就是靠四个凸。钉鞋机就是靠四个凸 轮带动相对应的杆件运动轮带动相对应的杆件运动 来达到预定的运动要求，来达到预定的运动要求， 完成钉鞋机的工作。完成钉鞋机的工作。 实例二、北方有一种面食叫实例二、北方有一种面食叫“饸饹饸饹”，压制这种面，压制这种面 食的专用设备叫食的专用设备叫“饸饹机饸饹机”，如图，如图4-45所示。饸饹机由所示。饸饹机由 齿轮齿条机构、链传动、棘轮机构等组成