第7章 间歇运动机构及其设计

1、作者潘存云 第第7章章 间歇运动机构及其设计间歇运动机构及其设计 71 棘轮机构棘轮机构 72 槽轮机构槽轮机构 73 擒纵机构擒纵机构 74 凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构 75 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 76 间歇运动机构设计的基本要求间歇运动机构设计的基本要求 作者潘存云 一、一、棘轮机构棘轮机构的组成及其工作原理的组成及其工作原理 组成：组成：摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。 7 71 棘轮机构棘轮机构 工作原理：摆杆往复摆动，工作原理：摆杆往复摆动， 棘爪推动棘轮间歇转动。棘爪推动棘轮间歇转动。 优点：优点：结构简单、制造方便、结构简单、制造方便、 运动

2、可靠、转角可调。运动可靠、转角可调。 缺点：缺点：工作时有较大的冲击和噪音，工作时有较大的冲击和噪音， 运动精度较差。适用于速度较低和运动精度较差。适用于速度较低和 载荷不大的场合。载荷不大的场合。 棘轮棘轮 摆杆摆杆 止动爪止动爪 棘爪棘爪 作者潘存云 轮齿分布：外缘、内缘、端面、轮齿分布：外缘、内缘、端面、棘条棘条机构机构 二、棘轮机构的类型二、棘轮机构的类型 作者：潘存云教授 端面端面 作者：潘存云教授 外缘外缘 作者：潘存云教授 内缘内缘 棘条棘条 棘轮棘轮 类型类型 作者潘存云 作者：潘存云教授 二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用 工作方式：工作方式：单动式、双动式单动

3、式、双动式棘轮机构。棘轮机构。 双动式棘轮机构双动式棘轮机构2双动式棘轮机构双动式棘轮机构1 轮齿分布：轮齿分布：外缘、外缘、 内缘、端面内缘、端面棘轮机构棘轮机构 作者：潘存云教授 单动式单动式 作者：潘存云教授 棘轮棘轮 类型类型 作者潘存云 作者：潘存云教授 二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用 棘轮转向是否可调棘轮转向是否可调: 单向、双向单向、双向运动棘轮机构。运动棘轮机构。 A BB 棘轮双向运动棘轮双向运动1 棘轮双向运动棘轮双向运动2 工作方式：工作方式：单动式、双动式单动式、双动式棘轮机构。棘轮机构。 轮齿分布：轮齿分布：外缘、外缘、 内缘、端面内缘、端面棘轮机构

4、。棘轮机构。 棘轮棘轮 类型类型 作者潘存云 作者：潘存云教授 二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用 按工作原理分按工作原理分 ：轮齿棘轮轮齿棘轮、 摩擦棘轮摩擦棘轮 演示模型 摩擦棘轮摩擦棘轮 超越离合器超越离合器 1 3 2 作者：潘存云教授 1 3 2 作者：潘存云教授 2 1 3 4 棘轮棘轮 类型类型棘轮转向是否可调棘轮转向是否可调: 单向、双向单向、双向运动棘轮机构。运动棘轮机构。 工作方式：工作方式：单动式、双动式单动式、双动式棘轮机构。棘轮机构。 轮齿分布：轮齿分布：外缘、外缘、 内缘、端面内缘、端面棘轮机构。棘轮机构。 作者潘存云 三、棘轮机构的设计三、棘轮机构的

5、设计 1）棘轮模数和齿数的确定）棘轮模数和齿数的确定 定义：定义： m=da/Z 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 6 8 10 棘轮模数表棘轮模数表 mm 棘轮的最小转角棘轮的最小转角max由工作要求确定。由工作要求确定。 Z 2min 棘轮每次转动整数个齿，故齿数应满足如下条件：棘轮每次转动整数个齿，故齿数应满足如下条件： 2Zmin 工程上一般取：工程上一般取： Z=1225 作者潘存云 1、1.5、2、2.5、3、 3.5、4、5、6、8、10 顶圆直径顶圆直径da da =mz 与齿轮不同 齿间距齿间距p P=m 齿高齿高h h=0.75m 齿顶弦长齿顶弦长a a=m 棘爪

6、工作面长度棘爪工作面长度a1 a1=(0.50.7)a 齿偏角齿偏角 20 棘轮宽棘轮宽b b=(14)m 棘爪斜高棘爪斜高h1 、齿斜高、齿斜高h h1=h h/cos 棘轮齿根圆角半径棘轮齿根圆角半径rf rf =1.5 mm 棘爪尖端圆角半径棘爪尖端圆角半径r1 r1 =2 mm 棘爪长度棘爪长度L 一般取一般取 L=2p 作者：潘存云教授 a1 L p 6080 a da o1 o2 齿数齿数z 1225 2 2）棘轮的齿形与几何尺寸计算）棘轮的齿形与几何尺寸计算 作者：潘存云教授 棘轮参数棘轮参数 计算公式或取值计算公式或取值 h h1 rf r1 齿槽角齿槽角 h 模数模数m 作者

7、潘存云 3）棘轮转角的调节）棘轮转角的调节 作者：潘存云教授 0 2 3 4 5 1 0 2 3 4 5 1 牛头刨床进给调整机构牛头刨床进给调整机构 作者：潘存云教授 通过调遮挡通过调遮挡 罩来调角度罩来调角度 （1）摆杆摆角不变，调节棘轮遮挡罩）摆杆摆角不变，调节棘轮遮挡罩 （2）改变摆杆的摆角）改变摆杆的摆角通过改变曲柄长度通过改变曲柄长度 a 作者潘存云 要求在工作时，棘爪在要求在工作时，棘爪在Pn和和F的作用下，能自动滑入的作用下，能自动滑入 棘轮齿槽。棘轮齿槽。 da o1 作者：潘存云教授 Ao2 =90 L F Pn sin F= Pn f 代入得：代入得： tan f 当当

8、f=0.2 时，时，1130 通常取通常取: : 20 Ft Pn 正压力正压力F 摩擦力摩擦力 条件是两者对条件是两者对O2的力的力 矩要满足如下条件：矩要满足如下条件： MpnMF 将力分解成切向和径向分量将力分解成切向和径向分量 M =tan 齿偏角齿偏角 Fcos L L pt Pn 4）棘轮机构的可靠工作条件）棘轮机构的可靠工作条件 pr Fr 作者潘存云 运动特点：运动特点： 轮齿式棘轮工作时噪音大且转角为步进可调，但轮齿式棘轮工作时噪音大且转角为步进可调，但 运动准确。而摩擦棘轮正好相反。运动准确。而摩擦棘轮正好相反。 应用：应用：在各类机床中实现进给、转位、或分度。在各类机床中

9、实现进给、转位、或分度。 应用实例：应用实例： 作者：潘存云教授 起重机止动器起重机止动器 作者潘存云 工作台进给工作台进给 驱动机构驱动机构 牛头刨床牛头刨床 应用实例：应用实例： 作者潘存云 作者：潘存云教授 A B C D 间歇转动间歇转动 冲头冲头 卸料工位卸料工位 装料工位装料工位 冲压工位冲压工位 自行车飞轮自行车飞轮 冲床转位冲床转位 应用实例：应用实例： 作者潘存云 应用实例：应用实例： 棘轮扳手棘轮扳手 作者潘存云 应用实例：应用实例： 棘轮式压线钳子棘轮式压线钳子 作者潘存云 应用实例：应用实例： 模锻棘轮式封车器模锻棘轮式封车器 作者潘存云 应用实例：应用实例： 卡车篷布

10、棘轮式张紧器卡车篷布棘轮式张紧器 作者潘存云 o1 作者：潘存云教授 o2 7 72 槽轮机构槽轮机构 一、槽轮机构的组成及其工作特点一、槽轮机构的组成及其工作特点 作用：作用：将连续回转变换为间歇转动。将连续回转变换为间歇转动。 组成：组成：带圆销的拨盘、带有径向带圆销的拨盘、带有径向 槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁 止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上 的凸圆弧，起锁定作用。的凸圆弧，起锁定作用。 特点：特点：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高， 能平稳地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速能平

11、稳地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速 度有变化度有变化 ，不适合高速运动场合。，不适合高速运动场合。 工作过程：工作过程：拨盘连续回转，当两锁止拨盘连续回转，当两锁止 弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动. 锁止弧锁止弧 槽轮槽轮 拨盘拨盘 圆销圆销 因槽轮象马尔它共和国铁十字勋章而得名 1 1 2 作者潘存云 作者：潘存云教授 二、槽轮机构的类型二、槽轮机构的类型 外啮合槽轮机构外啮合槽轮机构 内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构 球面槽轮机构球面槽轮机构 类型类型 轴线平行轴线平行 轴线相交轴线相交 外啮合槽轮机构外啮合槽轮机构 内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构 球面

12、槽轮机构球面槽轮机构 设计：潘存云 2 2 1 1 o1 作者：潘存云教授 o2 1 1 2 作者潘存云 o1 作者：潘存云教授 o2 1）槽数）槽数Z和圆销数和圆销数n的选取的选取 拨盘等速回转一圈的运动时间为：拨盘等速回转一圈的运动时间为： t2/2/1 1 定义：定义： k=td / t 为运动系数，即：为运动系数，即： k=td / t 为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中 心连线成心连线成90角。故有：角。故有： 222 2 td2 21 1/1 1 槽轮的运动时间为：槽轮的运动时间为： =21 1/2 21 1=2 22 2

13、=(2(2/z)/z) = = 2(z-2)/2z 2(z-2)/2z 代入上式 2 2 9090 三、槽轮机构的设计三、槽轮机构的设计 221 1 1 1 作者潘存云 熟记该公式！熟记该公式！ 将将21 1代入得：代入得： k0 k0 可知：当只有一个圆销时，可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/zk=1/2-1/z 若拨盘上装有若拨盘上装有n个均布的圆销，则运动系数将是单个均布的圆销，则运动系数将是单 圆柱销的圆柱销的n倍，即倍，即: k= n(1/2-1/z)1/2-1/z) k1 k1 槽数槽数 z3 z3 得：得：n2z/2z/ (z -2)z -2) 当当k=1k=1槽轮机构已经

14、不槽轮机构已经不 具备间歇运动特性了具备间歇运动特性了! ! k =1/2-1/z =1/2-1/z 即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。 0.50后半段正好相反。 运动特性曲线运动特性曲线 z=3 z=3 z=4 z=6 z=4 z=6 a=1=1 作者：潘存云教授 k k = = 2 2/ / 2 21 1 -60 -40 -20 0 20 40 60 -50 -30 -10 10 30 50 8 6 4 2 -4 -6 -8 2 21 cos21 )(cos i 22 1 2 )cos21 ( sin) 1( k 圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，

15、 存在柔性冲击。存在柔性冲击。Z Z愈少，冲击愈大。愈少，冲击愈大。 z= 8 作者潘存云 作者：潘存云教授 z=4 1 2 0.8 0.6 0.4 0.2 1 2 -135 -90 -45 0 45 90 135 (2)内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构 用同样方法可求得内啮合槽轮机构的运动曲线如图所示。 曲线呈单调变化而不曲线呈单调变化而不 象外槽轮那样有两个象外槽轮那样有两个 峰值。峰值。 特性分析：特性分析： 存在柔性冲击。存在柔性冲击。a =1 圆销进入或退出径向槽时，角速度 有突变，且值与外槽轮相等。 但随着转角增大，但随着转角增大， 角加速度值迅速下角加速度值迅速下 降并趋于零；降并趋

16、于零； a=1=1 内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。 1.0 0.75 0.5 0.25 0 -0.25 -0.5 -0.75 -1.0 2 1 2 2 1 2 作者潘存云 应用实例：应用实例： 电影放映机电影放映机 作者潘存云 电影摄影机电影摄影机 航空照像机航空照像机 应用实例：应用实例： 作者潘存云 六角车床转塔六角车床转塔 应用实例：应用实例： 车螺纹车螺纹 4 1装牙膏筒 装牙膏筒 2 车帽口车帽口 6 卸牙膏筒卸牙膏筒 5 切尾切尾 3 空闲空闲 作者潘存云 应用实例：应用实例： 滚动轴承自动装配机滚动轴承自动装配机 作者潘存云

17、5 6 4 1 2 1 33 8 7 73 擒纵轮机构擒纵轮机构 一、擒纵轮机构的组成及其工作原理一、擒纵轮机构的组成及其工作原理 组成：组成：游丝摆轮、擒纵叉、擒纵轮。游丝摆轮、擒纵叉、擒纵轮。 工作原理：工作原理： 擒纵轮受发条擒纵轮受发条 力矩的驱动，游丝力矩的驱动，游丝 摆轮系统往复摆动，摆轮系统往复摆动， 带动擒纵叉往复摆带动擒纵叉往复摆 动，卡住或释放擒动，卡住或释放擒 纵轮，并使它间歇纵轮，并使它间歇 转动。转动。 游丝摆轮游丝摆轮 作者：潘存云教授 6 4 5 擒纵轮擒纵轮 1 2 1 33 8 擒纵叉擒纵叉 5 6 4 1 2 1 8 33 5 6 4 1 2 1 33 8

18、5 6 4 1 1 2 8 33 作者潘存云 二、擒纵轮轮机构的类型与应用二、擒纵轮轮机构的类型与应用 固有振动系统型擒纵轮轮机构固有振动系统型擒纵轮轮机构 无固有振动系统型擒纵轮轮机构无固有振动系统型擒纵轮轮机构 作者：潘存云教授 3 1 4 2 作者：潘存云教授 1 2 4 3 计时精度高，用于钟表计时精度高，用于钟表 结构简单、成本低、计时精度不高，用于自动记结构简单、成本低、计时精度不高，用于自动记 录仪、时间继电器、计数器、定时器、测速器、照相录仪、时间继电器、计数器、定时器、测速器、照相 机快门和自拍器等。机快门和自拍器等。 作者：潘存云教授 5 6 4 1 2 1 33 8 作者

19、潘存云 定时器定时器 闹钟闹钟 作者潘存云 洗衣机定时器洗衣机定时器 闹钟闹钟 作者潘存云 7 74 凸轮式凸轮式间歇运动机构间歇运动机构 一、工作原理及特点一、工作原理及特点 圆柱凸轮连续回转，推动均布圆柱凸轮连续回转，推动均布 有柱销的从动圆盘间歇转动。有柱销的从动圆盘间歇转动。 特点：特点：从动圆盘的运动规律取从动圆盘的运动规律取 决于凸轮廓线的形状。决于凸轮廓线的形状。 优点：优点：可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避 免冲击、适应高速运转的要求。定位精确、且免冲击、适应高速运转的要求。定位精确、且 结构紧凑。结构紧凑。 缺点：缺点：凸轮加工

20、较复杂、安装调整要求严格。凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。 作者潘存云 蜗杆凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构 交错轴交错轴 共轭凸轮间歇运动机构共轭凸轮间歇运动机构 平行轴平行轴 圆柱凸轮间圆柱凸轮间 歇运动机构歇运动机构 蜗杆凸轮间蜗杆凸轮间 歇运动机构歇运动机构 凸轮间歇凸轮间歇 机构类型机构类型 圆柱凸轮间歇运动机构圆柱凸轮间歇运动机构 交错轴交错轴 共轭凸轮间共轭凸轮间 歇运动机构歇运动机构 二、类型二、类型 作者潘存云 三、凸轮式间歇运动机构的设计三、凸轮式间歇运动机构的设计 若凸轮转动一周的时间为若凸轮转动一周的时间为t1，凸轮，凸轮 沟槽中螺旋角不为零的曲线所对应沟槽中螺旋

21、角不为零的曲线所对应 的角度为的角度为, 则转盘的运动时间为：则转盘的运动时间为： 静止时间为：静止时间为： 1）转盘的转位时间与静止时间）转盘的转位时间与静止时间 2）圆柱销数）圆柱销数Z的选取的选取 一般按一般按工步数确定工步数确定Z，但过少会引起凸轮与圆柱销的，但过少会引起凸轮与圆柱销的 干涉。因此，对于单头廓线的凸轮取：干涉。因此，对于单头廓线的凸轮取：Z5 O2 O1 O1 作者：潘存云教授 1 2 1 =td / =t1/2 td = t1/2 作者潘存云 （2）圆柱销的直径）圆柱销的直径d 为保证传动精度，为保证传动精度，d与凸轮槽宽度与凸轮槽宽度 应相同。应相同。 3）主要参数

22、设计）主要参数设计 作者：潘存云教授 R D h b O2 O1 O1 d （1）凸轮的最大升程）凸轮的最大升程h 2/z h=2Rsin(/Z) （3）凸轮的宽度）凸轮的宽度b 为保证从动件停车阶段可靠定位，应使凸轮廓线为保证从动件停车阶段可靠定位，应使凸轮廓线 与两圆柱销同时接触，即：与两圆柱销同时接触，即：b=h-d （4）凸轮平均半径）凸轮平均半径D D与凸轮廓线的压力角有关，若压力角超过许用值，与凸轮廓线的压力角有关，若压力角超过许用值， 则应加大凸轮的平均半径则应加大凸轮的平均半径D。 作者潘存云 应用实例：应用实例： 通用型运动分割器：通用型运动分割器： 适用于各类高速、高精度的

23、分度转位机械。适用于各类高速、高精度的分度转位机械。 作者潘存云 应用实例：应用实例： 通用型运动分割器：通用型运动分割器： 适用于各类高速、高精度的分度转位机械。适用于各类高速、高精度的分度转位机械。 蜗杆凸轮运动分割器蜗杆凸轮运动分割器 作者潘存云 应用实例：应用实例： 通用型运动分割器：通用型运动分割器： 适用于各类高速、高精度的分度转位机械。适用于各类高速、高精度的分度转位机械。 平行轴运动分割器平行轴运动分割器 作者潘存云 牙膏灌浆机牙膏灌浆机 应用实例：应用实例： 作者：潘存云教授 封口封口 灌浆灌浆 牙膏管印字机牙膏管印字机 作者潘存云 应用实例：应用实例： 纸杯机纸杯机 作者潘

24、存云 7 75 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 1.工作原理及特点工作原理及特点 工作原理：在主动齿轮只做出一个或工作原理：在主动齿轮只做出一个或 几个齿，根据运动时间和停歇时间的几个齿，根据运动时间和停歇时间的 要求在从动轮上做出与主动轮相啮合要求在从动轮上做出与主动轮相啮合 的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两 轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样， 无齿部分由锁止弧定位使从动轮静止无齿部分由锁止弧定位使从动轮静止 作者：潘存云教授 优点：优点：结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动 时间和静止时

25、间的比例可在较大范围内变化。时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。 缺点：缺点：从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大 冲击，故一般只用于低速、轻载场合。冲击，故一般只用于低速、轻载场合。 作者潘存云 外啮合不完全齿轮机构外啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构 应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。 如乒乓球拍周缘如乒乓球拍周缘铣削加工机床铣削加工机床、蜂窝煤饼压制机蜂窝煤饼压制机等。等。 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 2.类型类型 类型：外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全

26、齿轮机构类型：外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构 作者潘存云 3.不完全齿轮机构的设计不完全齿轮机构的设计 （1）主动齿轮首、末齿齿顶降低）主动齿轮首、末齿齿顶降低 1 O1 O2 ra2 ra1 2 由于锁止弧位置固定，则主动由于锁止弧位置固定，则主动 齿轮首齿与被动齿轮产生干涉而不齿轮首齿与被动齿轮产生干涉而不 能正常啮合，为此必须将首齿削顶，能正常啮合，为此必须将首齿削顶， 以便越过以便越过C点进入啮合。点进入啮合。 同理，反转时末齿必须越过同理，反转时末齿必须越过D点才能点才能 进入啮合，故末齿也应该削顶，而进入啮合，故末齿也应该削顶，而 其余各齿均为正常齿高。其余各齿均为正常齿高。 ra1 C D 作者潘存云 设计：潘存云 （2）改善从动轮动力特性的措施）改善从动轮动力特性的措施 在开始和终止啮合时，由于速度在开始和终止啮合时，由于速度 有突变会产生冲击，故不适用于有突变会产生冲击，故不适用于 高速传动。高速传动。 加装加装瞬心线附加杆瞬心线附加杆可改善从动轮可改善从动轮 的动力特性。的动力特性。 瞬心线附加杆瞬心线附加杆K、L先接触，从