第12章其它常用机构

1、第十二章第十二章 其它常用机构及其设计其它常用机构及其设计121 棘轮机构棘轮机构122 槽轮机构槽轮机构123 擒纵轮机构擒纵轮机构124 凸轮式间隙运动机构凸轮式间隙运动机构126 非圆齿轮机构非圆齿轮机构125 不完全齿机构不完全齿机构127 螺旋机构螺旋机构128 万向铰链机构万向铰链机构一、棘轮机构的组成及其工作原理一、棘轮机构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。121 棘轮机构棘轮机构工作原理：工作原理：摆杆往复摆动，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、运动可靠、

2、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。作者：潘存云教授棘轮棘轮摆杆摆杆棘爪棘爪止动爪止动爪作者：潘存云教授外缘外缘棘轮棘轮类型类型按轮齿分布：按轮齿分布： 外缘外缘、 内缘内缘、 端面端面棘轮机构。棘轮机构。二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用作者：潘存云教授端面端面作者：潘存云教授内缘内缘作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授单动式单动式按轮齿分布：按轮齿分布： 外缘、外缘、 内缘、内缘、 端面端面棘轮机构。棘轮机构。二、棘

3、轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用按工作方式：按工作方式： 单动式单动式、 双动式双动式棘轮机构。棘轮机构。双动式棘轮机构双动式棘轮机构2棘轮棘轮类型类型双动式棘轮机构双动式棘轮机构1作者：潘存云教授作者：潘存云教授按轮齿分布：按轮齿分布： 外缘、外缘、 内缘、内缘、 端面端面棘轮机构。棘轮机构。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方式：按工作方式：单动式、单动式、 双动式双动式棘轮机构。棘轮机构。单向单向、双向运动双向运动棘轮机构。棘轮机构。按棘轮转向是否可调按棘轮转向是否可调:ABB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棘轮棘轮类型类型作者：潘存云教

4、授作者：潘存云教授按轮齿分布：按轮齿分布： 外缘、外缘、 内缘、内缘、 端面端面棘轮机构。棘轮机构。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方式：按工作方式：单动式、单动式、 双动式双动式棘轮机构。棘轮机构。单向、双向运动单向、双向运动棘轮机构。棘轮机构。按棘轮转向是否可调按棘轮转向是否可调:按转角是否可调按转角是否可调: 固定转角固定转角、可调转角可调转角牛头刨床进给调整机构牛头刨床进给调整机构通过调整杆长来调摆角通过调整杆长来调摆角023451023451通过调滑动通过调滑动罩来调角度罩来调角度棘轮棘轮类型类型作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授棘

5、轮棘轮类型类型按轮齿分布：按轮齿分布： 外缘、外缘、 内缘、内缘、 端面端面棘轮机构。棘轮机构。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方式：按工作方式：单动式、单动式、 双动式双动式棘轮机构。棘轮机构。单向、双向运动单向、双向运动棘轮机构。棘轮机构。按棘轮转向是否可调按棘轮转向是否可调:按转角是否可调按转角是否可调: 固定转角固定转角、可调转角可调转角轮齿棘轮轮齿棘轮、 摩擦棘轮摩擦棘轮 演示模型按工作原理分按工作原理分 :摩擦棘轮摩擦棘轮超越离合器超越离合器1321322134作者：潘存云教授ABCD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

6、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。在各类机床中实现进给、转位、或分度。实例：实例：止动器、牛头刨床、冲床转止动器、牛头刨床、冲床转 位、超越离合器（单车飞轮）。位、超越离合器（单车飞轮）。间歇转动间歇转动作者：潘存云教授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作者：潘存云教授dao1Ao2=90LprPnF三、设计要点三、设计要点要求在工作时，棘爪在要求在工作时，棘爪在Pn和和F的作用下，能自动滑入棘的作用下，能自动滑入棘轮齿槽。轮齿槽。Pn sin F= Pn f 代入得：

7、代入得：tg f 当当 f=0.2 时，时，1130 通常取通常取20FtFr正压力正压力Pn摩擦力摩擦力F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=tg齿偏角齿偏角FcosLLpt作者：潘存云教授作者：潘存云教授棘轮几何尺寸计算公式棘轮几何尺寸计算公式模数模数m1、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棘爪工作面长度棘爪工作面长度a1 a1=(0.50.7)a

8、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=2pa1Lp6080adao1o2 齿数齿数z 1225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hh1rfr1齿槽角齿槽角h作者：潘存云教授o21 12122 槽轮机构槽轮机构（马尔它机构）（马尔它机构）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

9、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。o1工作过程：工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。接触时，槽轮静止；反

10、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作者：潘存云教授作者：潘存云教授二、槽轮机构的类型与应用二、槽轮机构的类型与应用球面槽轮机构球面槽轮机构应用实例：应用实例： 电影放映机电影放映机、 自动摄影机、自动摄影机、六角车床转塔六角车床转塔。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槽轮槽轮机构机构类型类型轴线平行轴线平行轴线相交轴线相交放映机的反应用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o1o21 122 2设计：潘存云作者：潘存云教授六槽内槽轮六槽内槽轮拨盘拨盘六角车床转塔六角车床转塔圆销圆销

11、车螺纹车螺纹41装牙膏装牙膏筒筒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：潘存云教授1.运动系数运动系数拨盘等速回转，在一个运动循拨盘等速回转，在一个运动循环内，总的运动时间为：环内，总的运动时间为： 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：221 1222 2td2 21 1/1 1槽轮的运动时间为：槽轮的运动时间为：=21 1/221 1=2 22 2=(2(2/z)/z)= = 2(

12、z-2)/2z 2(z-2)/2z代入上式1 12 29090三、槽轮机构的运动系数及运动特性三、槽轮机构的运动系数及运动特性将将21 1代入得：代入得： k0k0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如果想得到如果想得到k0.5k0.5的槽轮机构，则可在的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个拨盘上多装几个圆销，设装有圆销，设装有n个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动轮被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的次。故运动系数是单圆柱销的n倍，即倍，即: k= n(1/2-1/z)1/2-1/z) k1 k1 槽数槽数 z3

13、 z3 得：得：n2z/2z/ (z -2)z -2)提问：why k1？ 事实上，当k=1时，槽轮机构已经不具备间歇运动特性了。k =1/2-1/z =1/2-1/z7120.361槽数槽数z圆销数圆销数n运动系数运动系数k 3 16 1/61 4 14 0.251 5 、6 13 0.31 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=3z=3z=4z=6z=4z=6运动特性分析：运动特性分析：槽轮运动的槽轮运动的maxmax、amaxmax随随槽数槽数z z的增多而减小。的增多而减小。a=1=1作者：潘存云教

14、授k k= =2 2/ / 2 21 1-60 -40 -20 0 20 40 60 -50 -30 -10 10 30 50 8642-4-6-8221cos21)(cosi2212)cos21 (sin) 1(k作者：潘存云教授54321-60 -40 -20 0 20 40 60 -50 -30 -10 10 30 50 1221i6圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，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。作者：潘存云教授1.00.750.50.250-0.25-0.5-0.75-1.0212212z=4120.80.60.40.212-135 -90 -4

15、5 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。作者：潘存云教授四、槽轮机构的几何尺寸计算四、槽轮机构的几何尺寸计算圆销半径圆销半径r 由受力大小确定由

16、受力大小确定 rR/6中心距中心距L 由安装空间确定由安装空间确定回转半径回转半径R R=Lsin=Lsin(/z)槽顶半径槽顶半径s s=Lcos=Lcos(/z)槽深槽深h hs-(L-R-r)拨盘轴径拨盘轴径d1 d12(L-s)槽轮轴径槽轮轴径d2 d22(L-R-r)参参 数数 计算公式或依据计算公式或依据槽数槽数z 由工作要求确定由工作要求确定圆销数圆销数nsd2r槽顶侧壁厚槽顶侧壁厚b b=35 mm 经验确定经验确定b锁止弧半径锁止弧半径r0 r0=R-r-bRLh12d1r0作者：潘存云教授5641213386游丝摆轮游丝摆轮45擒纵轮擒纵轮121338擒纵叉擒纵叉123 擒

17、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：擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮。擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮。工作原理：工作原理： 擒纵轮受发条力矩的驱动，游擒纵轮受发条力矩的驱动，游丝摆轮系统往复摆动，带动擒纵叉丝摆轮系统往复摆动，带动擒纵叉往复摆动，卡住或释放擒纵轮，并往复摆动，卡住或释放擒纵轮，并使它间歇转动。使它间歇转动。3356412185641213385641128作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授二、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

18、构无固有振动系统型擒纵轮轮机构31421243-计时精度高，计时精度高， 用于钟表。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。相机快门和自拍器等。564121338124 凸轮式凸轮式间歇运动机构间歇运动机构 1.工作原理及特点工作原理及特点圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇转动。转动。特点：特点：从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。

19、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。2.类型及应用类型及应用类型：类型：圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构作者：潘存云教授R2圆柱凸轮间歇运动机构圆柱凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构牙膏灌浆机牙膏灌浆机应用：应用： 适用于高速、高精度的分适用于高速、高精度的分度转位机械制瓶机、纸烟、包

20、装机、度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机等机械。等机械。作者：潘存云教授封口封口灌浆灌浆125 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工作原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运：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要求在从动轮上做出与主动轮相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的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮啮合的轮齿。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，无齿部分由锁止弧定位使从合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从动轮静止。动轮静

21、止。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。2.类型及应用类型及应用类型：类型：外啮合不完全齿轮机构、内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。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：应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。适用于一些具有

22、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：潘存云教授作者：潘存云教授铣刀铣刀不完全齿轮不完全齿轮1乒乓球拍专用靠模铣床乒乓球拍专用靠模铣床123458976球拍球拍靠模凸轮靠模凸轮不完全齿轮不完全齿轮1作者：潘存云教授瞬心线附加杆瞬心线附加杆蜂窝煤饼压制机蜂窝煤饼压制机退煤饼退煤饼填料填料填料填料锁止弧锁止弧锁止弧锁止弧使运动平稳压制压制不完全齿轮不完全齿轮作者：潘存云教授作者：潘存云教授126 非圆齿轮机构非圆齿轮机构应用实例：应用实例：滚筒式平板印刷机、压力机、机床转位机构、非滚筒式平板印刷机、

23、压力机、机床转位机构、非线性函数电位机构、流量计、书心脊背加工联动机构等。线性函数电位机构、流量计、书心脊背加工联动机构等。非圆齿轮机构是一种用于变传动比传动的齿轮机构。其节线不是非圆齿轮机构是一种用于变传动比传动的齿轮机构。其节线不是圆，常用的有椭圆形、心形和螺旋线形曲线等。圆，常用的有椭圆形、心形和螺旋线形曲线等。有专门书籍介绍2211椭圆齿轮椭圆齿轮作者：潘存云教授滚筒式平板印刷机滚筒式平板印刷机压力机压力机自动机床转位机构自动机床转位机构非圆齿轮非圆齿轮非线性函数电位机构非线性函数电位机构椭圆齿轮椭圆齿轮书心脊背加工联动机构书心脊背加工联动机构椭圆齿轮椭圆齿轮流量计流量计127 螺旋机

24、构螺旋机构组成：组成：螺杆、螺母、机架。螺杆、螺母、机架。运动特点：运动特点：一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。优点：优点：获得很大的减速比和力的增益。获得很大的减速比和力的增益。缺点：缺点：机械效率较低。机械效率较低。应用：应用：螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构 等。等。 肥皂输送机构 1. 螺旋机构及其应用螺旋机构及其应用在在v 时时,也可以螺母为作轴向移动，迫也可以螺母为作轴向移动，迫使螺杆转动。使螺杆转动。如修理摩托车用的起子作者：潘存云教授2.运动分析运动分析导程导程l螺旋转一圈螺旋转一

25、圈(2)，螺母前进的距离。，螺母前进的距离。螺旋转过任意螺旋转过任意角时，螺母的位移角时，螺母的位移s为：为： s / rr =l /r2lr r2ss=l/2螺距螺距p相邻螺纹牙齿同侧齿面之间的距离。相邻螺纹牙齿同侧齿面之间的距离。两者的关系为：两者的关系为：l = z p，z为螺纹的头数。为螺纹的头数。强调Z=1rr将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：213KK向向213213作者：潘存云教授213B作者：潘存云教授作者：潘存云教授2A3B且且: lAlB s =( lAlB)/2当差当差(lAlB)很小时，很小时，s将很小。将很小。这种螺旋

26、机构称为这种螺旋机构称为微微(差差)动螺旋动螺旋机构，用于测微计（千机构，用于测微计（千分尺）、分度机构、调节机构（分尺）、分度机构、调节机构（镗刀微调机构镗刀微调机构）中。）中。s1=lA/2螺母螺母2相对于螺杆相对于螺杆1的位移为：的位移为：s2=lB/2螺母螺母2相对于机架相对于机架3的位移为：的位移为：KK向向2A3A3 lB lA-lB lA图示螺旋机构中，螺母图示螺旋机构中，螺母A固固定，螺母定，螺母2可沿轴向移动，可沿轴向移动，当当A、B段螺纹段螺纹旋向相同旋向相同时，时，螺杆螺杆1相对于机架相对于机架3的位移为：的位移为：lAlBB作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教

27、授2A3B当当A、B段螺纹旋向相反时，段螺纹旋向相反时，螺母螺母2的位移为：的位移为： s =( lAlB)/22A32A3 lA LA+lB lBl1=1.25 mm(右右)镗刀进给量调整镗刀进给量调整微动螺旋机构微动螺旋机构FE称为称为复式螺旋复式螺旋机构，用于车辆的快机构，用于车辆的快速靠近或离开、电杆拉线机构等。速靠近或离开、电杆拉线机构等。差动螺旋应实例：差动螺旋应实例：复式螺旋机构复式螺旋机构l2=1 mm(右右)作用：作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。共轴、 有夹角应用：应用：广