机械基础 第2版 课件 第7章 间歇运动机构

第7章间歇运动机构

在机械中，特别是在各种自动和半自动机械中，常常需要把原动件的连续运动变为从动件的周期性间歇运动，实现这种间歇运动的机构称为间歇运动机构，例如机床的进给机构、分度机构、自动进料机构，老式电影机的卷片机构、计数器的进位机构等。间歇运动机构的种类很多，应用也很广泛，本章只介绍棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构。

7.1棘轮机构

如图7.1所示，棘轮机构是由棘轮3、主动棘爪2、制动棘爪4、摇杆1及机架组成。摇杆1空套在与棘轮3固联的轴上。棘爪2与摇杆1用转动副相连。当摇杆1逆时针方向转动时，棘爪2插入棘轮3的齿槽使棘轮跟着转过某一角度。这时，制动棘爪4在棘轮齿背上滑过。当摇杆1顺时针方向转动时，带着棘爪2在棘轮的齿背上滑过，同时制动棘爪4插进齿槽防止棘轮倒转，故此时棘轮静止不动。这样，当杆1在连续的往复摆动时，棘轮3便作单向的间歇转动。这种棘轮机构称为单动式棘轮机构。它的特点是主动杆向一个方向摆动时，棘轮沿同一向转某一角度;杆向摆动时，棘轮静止不动。7.1.1棘轮机构的类型常用的棘轮结构可分为齿式棘轮结构和摩擦式棘轮结构两大类。齿式棘轮结构有外齿合和内齿合两种形式，如图7.2所示为内啮合棘轮机构，它不仅能实现间歇运动，还能实现超越运动，即从动件3可超越主动件l而转动。自行车后轮轴上的棘轮结构就是应用了内齿合棘轮结构。按棘轮齿形可分为锯齿形齿和矩行齿两种。以上两种机构的棘轮均采用锯齿形齿。如图7.3所示。这种机构的棘轮采用矩形齿。棘爪会绕支点翻转，当棘爪在实线位置时，主动杆使棘轮沿逆时针方向间歇转动；而当棘爪翻转到虚线位置时，主动杆将使棘轮沿顺时针方向间歇转动。

锯齿形齿的棘轮结构一般是不可改变控制方向的，但矩形齿的棘轮机构可用于可变向的棘轮结构。上述轮齿式棘轮机构的优点是结构简单，运动可靠，转角大小可在一定范围内调节。缺点是棘轮的转角必须以相邻两齿所夹中心角为单位有级地变化，棘爪在棘轮齿顶滑行时会产生噪声，当棘爪和棘轮轮齿开始接触的瞬时产生冲击，故不适用于高速机械。

为了克服这些缺点，可采用图7.4所示的摩擦式棘轮机构。摩擦式棘轮机构的工作原理与轮齿式棘轮机构相同；所不同的是棘爪为一扇形偏心轮，棘轮为一摩擦轮；其缺点是接触面间易产生滑动，运动的可靠性低。7.1.2棘轮转角大小的调节方式棘轮转角的大小，由工作要求而定，常用的调节方法有如下两种。

(1)改变摇杆摆角大小。棘轮机构(图7.5a)可通过改变曲柄的长度来改变摇杆摆角。

(2)用覆盖罩调节转角。在(图7.5b)棘轮外面加一覆盖罩，在摇杆摆角不变的情况下通过改变覆盖罩的位置，便可使棘爪行程的一部分在其上滑过不与棘齿接触，从而改变棘轮转角的大小。7.1.3棘轮机构的特点及应用举例(1)齿式棘轮机构的特点及应用。

齿式棘轮机构结构简单，制造方便，工作可靠，但回程时棘爪在棘轮齿背上滑过有噪声。工作时有冲击，运动平稳性较差，)故适用于低速、轻载的场合。

如图7.6所示为防止逆转的棘轮机构，其用于起重机、卷扬机等机械中，可使提升的重物停止在任何位置，以防止突然断电等原因造成的事故。(2)摩擦式棘轮机构的特点及应用。

摩擦式棘轮机构中棘轮转角可作无级调节，且传动平稳，无噪走。因靠摩擦力传动，可起到过载保护作用，又因其传动精度不高，故宜用于低速、轻载的场合。

棘轮机构的单向间歇运动特性可用于送进、制动、超越和转位分度等机构中。图7.7所示为自行车后轮轴上的棘轮机构。7.1.4棘轮齿面的偏斜角如图7.8所示，当棘轮的转矩一定时，为了使棘爪施加给棘轮的推力最小，应使棘轮的齿顶A和棘爪的转动中心O2的连线垂直于棘轮半径01A，即。这时，棘轮对棘爪的作用力有正压力Fn和摩擦力Fμ。设棘轮齿面的偏斜角为φ，Fn可分解为径向力Fr=Fncosφ（通过棘爪的转动中心02)和切向力Ft=Fnsinφ。Ft有使棘爪向棘轮齿根滑落的趋势，Fμ产生摩擦力将阻止其滑落。7.1.4棘轮齿面的偏斜角为了使棘爪能顺利落入齿根，应满足7.1.5主要参数和几何尺寸计算

（1）棘轮齿数

棘轮的齿数z是根据工作条件选定的。在一般棘轮机构中z=12～60；带棘轮的制动器z=16～25；起重机中z=8～46；手动千斤顶z=6～8。（2）周节和模数

棘轮齿顶圆上相邻两齿间的弧长称为周节，以p示(图7.8)。设棘轮齿顶圆直径为da,

则即令=m，m称为棘轮的模数，则棘轮模数已经标准化，其系列值(mm)为1，1.5,2，2.5，3，3.5，4，5，6，8，10，12，14，16，．．．（3）主要几何尺寸棘轮齿数z和模数优确定后，棘轮和棘爪的其它主要几何尺寸可按以下公式计算：齿高h=0.75m

齿顶厚a=m

齿槽夹角

θ=600或550(视铣刀角度而定)

棘爪长度L=2πm7.1.6棘轮轮齿的画法如图7.8所示，根据齿顶圆直径尤和齿高h画出齿顶圆和齿根圆，并按照齿数等分齿顶圆，得B、C等点。由任一等分点B作弦BD=a，再连DC，作∠O′DC=∠O′CD=90°-θ，得O′点；以O′为圆心，O′D为半径画圆交齿根圆于E点，连接DE、CE即得棘轮齿形。7.2槽轮机构7.2.1工作原理及应用如图7.9所示，槽轮机构由带有圆销的拨盘1、具有径向槽的槽轮2和机架组成。当原动件拨盘以等角速度连续转动时，槽轮作反向间歇转动。在拨盘上的圆销4未进入槽轮的径向槽时，槽轮由于内凹锁止弧e、g被拨盘的外凸圆弧卡住，所以槽轮静止不动。图示为圆销刚开始进入槽轮径向槽时的位置，这时锁止弧被松开，槽轮开始由圆销A驱动而转动。当圆销A脱出径向槽时，槽轮的另一内凹锁止弧又被拨盘的外凸圆弧卡住，槽轮又静止不动。直到圆销A再进入槽轮的另一径向槽时，又将重复上述运动。槽轮机构结构简单，转位迅速，效率较高，与棘轮机构相比运转平稳。但制造与装配精度要求较高，且槽轮转角大小不能调节。它在电影放映机卷片机构、自动机床转位机构等自动机械中得到广泛的应用。7.2.2运动系数和主要参数槽轮机构的主要参数是槽轮槽数z和圆销个数K。圆销进槽和出槽的瞬时速度方向必须沿着槽轮的径向，如图7.9所示。槽的中心线02A应垂直于拨盘上的O1A，即O1A丄O2A，于是

又因轮槽是等分的，所以代入上式可求得

由式(7.6)可知，z≥3。槽数过少，传动不平稳，一般取z=4～8。在主动拨盘的一个运动周期内，从动槽轮2的运动时间tm与拨盘1的运动时间t的比值τ，称为运动系数。由于拨盘作匀速转动，比值τ可用拨盘转角比表示，对于单圆销槽轮机构，tm和z分别对应于拨盘转角2φ和2π，故运动系数若需增大运动系数，则可用多个圆销，设圆销数为K，则根据槽轮机构间歇运动特点可知，O<τ<1，代入上式得圆销数K必须满足上式要求，故z与K有如表7.1所示关系。z34~5≥6K1~51~31~2表7.1槽轮槽数z与圆销数K的关系槽轮机构的特点是构造简单，工作可靠，效率高，间歇转位较平稳，多用于各种自动机床和自动仪表的进给机构和转位机构。如图所示为电影放映机的送片装置所采用的槽轮机构。为了适应人眼的视觉暂留现象，要求影片在放映时作间歇运动，否则会看不清画面。如图所示为六角车床上的刀架转位装置所采用的槽轮机构。刀架上可装六把刀具，它是按照零件加工顺序安装的。与刀架同轴的槽轮2上有六条径向槽，主动件销轮1上装有圆销A。销轮1转动一周，圆销A进入槽轮一次，拨动槽轮2转过60°，即转过一个工位，将下一道工序所需要的刀具转换到工作位置。槽轮机构的缺点是槽轮的转角大小不能调节，且在运动过程中的加速度变化较大，主动杆与槽轮之间冲击较严重，所以槽轮机构一般应用在转速不高的场合。7.3不完全齿轮机构7.3.1不完全齿轮机构的工作原理不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮演变而成的一种间歇运动机构。如图7.12所示，将主动轮1的轮齿切去一部分，当主动轮连续转动时，从动轮2作间歇转动；从动轮停歇时，齿轮1的外凸圆弧g与齿轮2内凹圆弧厂相配，将齿轮2锁住，使之停止在预定位置上，以保证下次啮合。齿轮2每次转过的角度与齿轮1的齿数有关。设齿轮2的齿数为z2，当齿轮1的齿数为1且转过2π角度时，齿轮2将转过角度。不完全齿轮机构有外啮合和内啮合两种，如图7.12