机械及其设计-第10章

10.1棘轮机构10.1.1棘轮机构的工作原理及类型如图10-1a所示，棘轮机构主要由棘轮、棘爪和机架组成。棘轮2固联在传动轴4上，摇杆1空套在轴4上。当原动杆1顺时针方向摆动时，铰接于其上的驱动棘爪3便借助弹簧或自重插入棘轮的齿槽内，推动棘轮2转过一定的角度。当原动杆1逆时针转动时，驱动棘爪3在棘轮的齿背上滑过，此时制动棘爪5将阻止棘轮作逆时针反转，棘轮静止不动。所以，当原动件1作连续的往复摆动时，棘轮2只作单向的间歇运动。下一页返回10.1棘轮机构棘轮机构类型很多。按棘轮啮合方式可分为外啮合式棘轮机构和内啮合式棘轮机构；按棘轮可转动方向不同可分为单向传动棘轮机构和双向传动棘轮机构；按棘轮传动方式可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构等。图10-2为双向传动棘轮机构，棘齿为矩形。图10-3为双动式棘轮机构，即摇杆1来回摆动时都能使棘轮向同一方向转动。棘轮机构通常用来防止机构的逆转，称为棘轮停止器或制动器，如图10-5所示。这种机构常用在卷扬机、起重提升机等提升或牵引机构中。上一页下一页返回10.1棘轮机构10.1.2棘爪的工作条件棘轮机构在设计时要使棘爪顺利插入齿槽并自动压紧齿根而不滑脱。如图10-６所示，为了使棘爪受力最小，应使棘爪回转中心O1与棘轮齿顶A的连线垂直于棘轮半径O2A，即∠O1AO2=90°。当棘爪与棘轮的轮齿在A点开始接触时，棘爪受到法向反力N和摩擦力F的作用。为了保证棘爪能顺利地进入棘轮地齿根而不向外滑脱，则必须使法向反力N对棘爪轴心O1的力矩大于摩擦力F对轴心O1的力矩，即：上一页下一页返回10.1棘轮机构10.1.3棘轮棘爪的几何尺寸

如图10-7所示，棘轮机构的主要尺寸如下：

顶圆直径da=mz根圆直径df=da-2h齿距p=πm轮宽b=(1-4)m棘爪长度Lm≥3时，L=2pm＜3时，按结构确定

其余几何尺寸见机械设计手册。上一页返回10.2槽轮机构10.2.1槽轮机构工作原理及类型

槽轮机构又称为马尔他机构。如图10-8所示槽轮机构主要由拨盘、槽轮和机架组成。拨盘作匀速运动时，驱使槽轮作时转时停的间歇运动。当拨盘1的圆柱销A开始进入槽轮2的径向槽时，推动槽轮作变速回转，圆柱销从A点进入槽轮并转过角2α离开径向槽后，槽轮2的内凹圆弧表面便被拨盘1的外凸圆弧锁住，此时槽轮2静止不动。直到圆柱销进入下一个径向槽时又重复上述运动。这样，主动拨盘的连续转动就转换为从动件槽轮的间歇运动。当槽轮的停歇位置需高精度定位时，只靠锁止弧是不能满足要求的，还必须加装其他定位装置。

下一页返回10.2槽轮机构槽轮机构有两种形式：一种是外啮合槽轮机构，如图10-8a所示，其主动件与从动件转向相反；另一种是内啮合槽轮机构,如图10-8b所示，其主动件与从动件转向相同。通常外啮合槽轮机构应用最广。图10-9为六角车床的刀架转位机构，刀架上装有六把刀具。它是按照零件加工工艺要求的顺序安装的，与刀架相联的槽轮上有六个径向槽，拨盘1上有一个圆柱销A。每当拨盘转动一周，圆柱销A便进入槽轮一次，带动槽轮2转过60°角，即转过一个工位，将下一道工序所需要的工具转换到工作位置上来。上一页下一页返回10.2槽轮机构10.2.2槽轮机构的运动系数在一个运动循环中，槽轮2的运动时间t2与拨盘1的运动时间t1之比，称为槽轮机构的运动系数，用τ表示，即当拨盘作等角速度回转时，槽轮机构的运动系数也可用其转角比来表示，即要使槽轮运动，τ要大于零，所以槽数Z至少为3，一般常用4～6个槽。上一页下一页返回10.2槽轮机构当圆柱销数为K个时，因τ应小于1，即<1，由此得由上式可知，槽数Z与圆柱销数K之间有如下关系：

Z=3K=1～5Z=4K=1～3Z≥6K=1～2上一页下一页返回10.2槽轮机构同理，可导出内槽轮机构的运动系数为：圆柱销数与槽数的关系为由以上两式可知，内槽轮机构的运动系数0.5<τ<1，因此，径向槽数Z≥3，圆柱销数K只能取1。上一页下一页返回10.2槽轮机构

10.2.3几何尺寸计算当给定槽数Z，选定槽轮机构中心距a和圆柱销半径r后，尺寸计算见表10-1。上一页返回10.3不完全齿轮机构这种机构的主动轮1为只有一个齿或n个齿的不完全齿轮，从动轮2可以是普通的完整齿轮，也可以由正常齿和带锁止弧的厚齿彼此相间组成。在不完全齿轮机构中，主动轮1连续转动，当轮齿进入啮合时，从动轮2开始转动。当轮1上的轮齿退出啮合后，由于两轮的凸凹锁止弧的定位作用，使从动轮2停止不动，因而当主动轮连续转动时，从动轮获得时转时停的间歇运动。

不完全齿轮机构的结构简单，工作可靠，很易实现一个运动周期的多次动、停时间不

等的间歇运动。缺点是有较大冲击，不宜于高速传动。

返回10.4万向铰链机构10.4.1单万向铰链机构图10-11所示为单万向铰链机构。轴I及轴II的末端各有一叉，用铰链与中间十字形构件相联，此十字形构件的中心O与两轴轴线的交点重合。两轴间的夹角为α。由图可见，当轴I转一转时，轴II也必然转一转，但是两轴的瞬时角速度比却并不恒等于1，而是随时变化的。为简单起见，现仅就其两个特殊位置加以说明。

下一页返回10.4万向铰链机构如图10-12，a所示，当主动轴I的叉面在图纸平面内时，从动轴II的叉面则垂直图面。设此时主动轴I及从动轴II的角速度分别为ω1

及ω2′。根据角速度矢量关系有：

ω2′=ω1+ω21式中ω1

、ω2′分别为轴I、II的角速度矢量，方向沿各自轴线。而ω21

为轴II对轴I的相对角速度矢量。由于轴II对轴I只能绕AA轴及BB轴相对转动，故ω21可分解成沿AA轴线及BB轴线的两个分量ω21A与ω21B

。但在图a位置时，由于ω1

、ω2′、ω21A

均在图纸平面上，仅ω21B垂直图纸平面，故知ω21B=0，ω21=ω21A

。作出其角速度矢量图（图c）。由图可得：ω2′=ω1cos/α。上一页下一页返回10.4万向铰链机构当两轴由图a位置转过90°到达图b所示位置时，设这时从动轴的角速度为ω2′。这时角速度矢量关系为ω2′=ω1+ω21

。经类似分析可知ω21=ω21B

。作角速度矢量图（图d），可得：

ω，，=ωcosα

当两轴再转过90°时，又恢复到图a所示情况。由此可知，当主动轴I以角速度ω1等速回转时，从动轴II的角速度ω2

将在下式范围内变化：

ω1cosα≤ω2

≤ω1/cosα

变化的幅度与两轴间夹角α的大小有关。正因为如此，两轴夹角不能过大，一般α≤30°。上一页下一页返回10.4万向铰链机构10.4.2双万向铰链机构

为了消除上述从动轴变速转动的缺点，常将单万向铰链机构成对使用。如图10-13所示，这便是双万向铰链机构。在双万向铰链机构中，为使主、从动轴的角速度恒相等，除要求主、从动轴1、3和中间轴2应位于同一平面内之，还必须使主、从动轴1、3的轴线与中间轴2的轴线之间的夹角相外等；而且中间轴两端的叉面应位于同一平面内。上一页返回图10-1齿式棘轮机构返回图10-2双向传动棘轮机构返回图10-3双动式棘轮机构返回图10-4摩擦式棘轮机构返回图