北理工机械原理讲义第8章 间歇运动机构及其设计

第八章

间歇运动机构及其设计一、基本要求

（1）了解棘轮机构的工作原理、类型、特点及应用和它的设计要点。（2）理解槽轮机构的工作原理、类型、特点及应用和它的设计要点。（3）知道凸轮式间歇运动机构的类型、工作原理及特点。（4）明白不完全齿轮机构的工作原理及特点、啮合过程、及它的干涉现象。二、基本概念和基础知识

棘轮机构、槽轮机构以及凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构属间歇运动机构，它们的共同特征是原动件连续运动时，从动件做间歇的断续运动。1．棘轮机构棘轮机构是一种常见的间歇运动机构，它结构简单，制造方便，每次的送进量可在较大范围内调节，且调节简便。缺点是工作时有较大的冲击和噪声，运动精度较差。故其多用于速度较低载荷不大需单向或双向间歇送进的场合。为使棘轮机构可靠地工作，棘轮作用于棘爪上的总反作用力（包括摩擦力）对棘爪回转轴之矩应使棘爪向棘轮齿底滑动，而不致从棘轮轮齿上滑脱出来。组成及运动特点：棘轮机构由主动摇杆、棘爪、棘轮、止回棘爪和机架组成。主动摇杆的往复摆动可以变成从动棘轮的单向间歇转动。棘轮机构的分类：（1）

按结构特点棘轮机构可分为：齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。（2）

根据棘轮机构的运动情况可分为：单动式、双动式、双向式棘轮机构。棘轮机构的特点：齿式棘轮机构结构简单，加工方便，运动可靠，且棘轮的动程可以在很大范围内调节。但冲击噪音较大，运动精度较低，棘轮运动角必须是以棘轮齿数为单位的有级变化。摩擦式棘轮机构虽然传递运动平稳而无噪音，但它是借助于摩擦传递运动，难免出现打滑现象，因而运动精度也较低，且传递的转矩也受到限制。棘轮机构的应用：可用作进给机构，如牛头刨床的工作台的进给机构；用于转位或分度；用于超越运动，如自行车的飞轮；用于制动，如起重设备的制动机构；用于记数。棘轮机构的设计：首要的问题是确定棘轮的齿面偏斜角a，为了保证棘轮机构工作的可靠性，工作行程时棘轮应能顺利地滑入棘轮齿低。棘轮的齿面偏斜角为齿面和轮齿齿尖向径的夹角。应满足条件a＞j，其中j为棘爪与棘轮齿面间的摩擦角。第二个问题是棘轮的齿数及棘爪数目的确定，为了保证摆杆摆角小于齿距角时，棘爪仍能进入棘轮齿槽内，须采用多个棘爪，常用棘爪数目为1。第三个问题是棘轮的模数，齿距的确定及齿形的选择，常见的棘轮齿形为不对称梯形。受载不大时可选用三角形齿形。双向驱动的棘轮机构常用对称的梯形或矩形。最后一个问题是棘轮转角的调节，一般用改变摇杆摆角的大小来调节，有时也用棘轮罩来遮盖部分轮齿。2．槽轮机构槽轮机构由主动拨盘、从动槽轮及机架组成，可将主动拨盘的连续转动变换为槽轮的间歇转动，有外槽轮机构和内槽轮机构之分，前者槽轮与拨盘转向相反，而后者转向相同。外槽轮机构应用比较广泛。槽轮机构在运动时只有柔性冲击，没有刚性冲击，所以其可以较平稳地单向转位，且传动效率较高，但槽轮每次转角的大小不易调节。要槽轮机构能正常工作，在槽轮机构上必须配备锁止装置，当主动销脱离槽轮槽口后，锁止装置必须将槽轮锁住，防止槽轮游动；而当主动销一旦进入槽轮槽口，锁止装置又必须将槽轮立即放松。对槽轮机构的运动系数及运动特性应有明确的认识。槽轮机构可以通过改变槽口的形状来改变槽轮的运动特性。槽轮机构的运动系数t是指主动销轮转一周时，槽轮的运动时间t2与主动销轮转一周的总时间t1之比。对于外槽轮有

式中n为圆销数，z为槽数。对于n=1单销外槽轮机构，槽轮的槽数无论取多少，槽轮机构的运动系数t值总是小于0.5。若要求t＞0.5，应增加圆销数n。由于槽轮是作间歇转动的，必须有停歇时间，所以运动系数总应小于1。因此主动销轮的圆销数n与槽轮槽数的关系应为，当时，～5；当～5时，～3；当时，～2。对于内槽轮机构，由于主动销轮的圆销完成一次转动所对应的转角总大于p，所以它的内销数只有一个。它的运动系数为，为了保证槽轮有停歇时间，要求运动系数必须小于1，故槽轮槽数z≥3。槽轮机构在圆销啮入和啮出时有柔性冲击，其冲击的大小随槽数的增加而减小。3．凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构是间歇机构中运动及动力性能最好的一种机构，不但运转平稳，无噪声，且定位精度高，可用于高速载荷较大的场合，其应用范围越来越广，目前已有专门化工厂从事系列生产。学习时应注意了解这种机构的工作原理及设计方法。4．不完全齿轮机构不完全齿轮机构由于有刚性冲击，一般只用于低速轻载的场合（如计数器等中）。为了改善它的启动和停止时的性能，尤其是启动时的性能，常和瞬心线附加杆配合着一道工作，这时其可以用于速度较高，载荷较大的场合。学习时应注意这种齿轮机构与一般齿轮机构相比有什么异同。

三、学习重点及难点本章重点内容是：常用间歇运动机构的工作原理、运动特点和应用。难点为各间歇运动机构的设计理论和方法。

四、例题精选例题8-1

在牛头刨床的横向送进机构中,已知工作台的横向送给量s=0.1mm,送进螺杆的导程l=3mm,棘轮模数ｍ=6mm，棘轮与棘爪之间的摩擦系数f=0.15。试求：（1）棘轮齿面偏斜角a；（2）棘轮的齿数z；（3）棘轮的尺寸da

、df

、p；（4）确定棘爪的长度L。解

（1）确定棘轮轮齿面偏斜角a

为了使棘爪在推动棘轮时能始终紧压齿面滑向齿根部，要求棘轮齿面偏斜角必须大于棘轮与棘爪之间的摩擦角，即

a>j。而

j=tan-1f=tan-10.15=8.5°取

a=10°

（2）确定棘轮的齿数

z

棘轮的最小转角qmin=360°×s/l=12°所以z=360°/12°=30（3）确定da、df、pda=mz=6×30=180mmdf=da-2h=180-2×0.75×6=171mm

(h=0.75m查表得)p=pm=3.14×6=18.84mm（4）确定棘爪长度L

L=2p=2×18.84=37.68mm例题8-2

某加工线上有一工作台要求有5个转动工位。为了完成加工任务，要求每个工位停歇的时间为tt

=12s,如果设计者选用单销外槽论机构来实现工作台的转位，试求：1）槽轮机构的运动系数t；2）主动销轮的转速n1；3）槽轮的运动时间td解：（1）由于工作台需要有5个转动工位，所以选取槽轮的为槽数5，即z=5;选用单销，即n=1槽轮机构的运动系数t为主动销轮的转速n1（3）槽轮的运动时间td例题8-3

在转动轴线互相平行的两构件中，主动件做往复摆动，从动件作单向间歇转动，若要求主动件每往复一次，从动件转12°。试问(1)可采用什么机构?(2)试画出机构示意图(3)简单说明设计该机构尺寸时应注意哪几个问题

解：(1)棘轮机构

图8-1

往复摆动间歇转动机构(2)如图8-1

(3)设计时应注意两个问题(保证机构可靠工作)：①齿形要符合自动啮紧条件。②

12°应是每齿所对中心角的倍数.而主动件的摆角应为12°+2Dj。

Dj为空程角,在12°前后各加Dj角。例题8-4

某自动机床工作台要求有六工位，转台停歇时进行工艺动作，其中最长的工作时间为30s，拟采用槽轮机构实现转位工作。要求：（1）试确定槽轮机构的类型、槽数和圆销数；（2）计算槽轮机构的运动系数t；（3）计算主动销轮的转速n1解

（1）从提高生产率的角度，应选单圆销六槽的外槽轮机构。（2）槽轮机构的运动系数t为（3）由槽轮转动一周的运动时间和间歇时间之和为主动销轮运动一周的时间。可求出主动销轮的转速。得t=45s，则n1=60×1/t=4/3

r/min

五、试题自测及答案1.填空题（1）欲将一主动件匀速回转运动转变成从动件的单向间歇回转运动，采用的机构有、、

等，其中间歇时间可调的机构是

机构。（2）不完全齿轮机构在运动过程中传动比是

，而槽轮机构在运动过程中传动比则是

。（3）径向槽均布的外槽轮机构，其径向槽数最少数为

，利用槽轮上的

作为槽轮机构中的定位装置，齿式棘轮机构棘齿齿面的偏角

应

棘爪与棘齿间的摩擦角。（4）能实现间歇运动的机构有、、。（5）有一外槽轮机构，已知槽轮的槽数，转臂上装有一个圆销，则该槽轮机构的运动系数，静止系数。（6）槽轮机构是由、、

组成的。对于原动件转一周槽轮只运动一次的单销外槽轮机构来说，槽轮的槽数应不小于；机构的运动特性系数总小于。（7）棘轮的标准模数m等于棘轮的

直径与齿数之比。（8）棘轮机构在运动中传动比是

。2.选择题（1）只有一个曲柄销的外槽轮机构，槽轮运动的时间和停歇的时间之比为。(A)大于1

(B)

等于1

(C)

小于1（2）棘轮机构中采用了止回棘爪主要是为了。(A)

防止棘轮反转

(B)

对棘轮进行双向定位

(C)

保证棘轮每次转过相同的角度（3）在单向间歇运动机构中，

可以获得不同转向的间歇运动(A)

不完全齿轮机构

(B)

棘轮机构

(C)

槽轮机构（4）在单向间歇运动机构中，棘轮机构常用于

场合。(A)

低速轻载

(B)高速轻载

(C)

低速重载

（D）高速重载

3．有一外啮合槽轮机构，已知槽轮槽数，槽轮的停歇时间为1s

，槽轮的运动时间为2s。求槽轮机构的运动特性系数及所需的圆销数目。4．某单销槽轮机构，槽轮的运动时间td为1s，静止时间ts为2s，它的运动特性系数是多少？

槽数为多少？5．某牛头刨床工作台的横向进给丝杠，其导程为l=5mm，与丝杆轴联动的棘轮齿数z=40，问棘轮的最小转动角度和该刨床的最小横向进给量各为多少？

参考答案1.

填空题（1）棘轮机构；槽轮机构；不完全齿轮机构；棘轮机构（2）常