机械设计基础课程教案讲义间歇机构教案

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1、教学目地：1了解刺轮机构的工作原理和应用场合 2了解槽轮机构的工作原理和应用场合 3了解不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构的工作原理教学重点：1刺轮机构的工作原理、运动特点 2槽轮机构的工作原理、运动特点教学难点： 槽轮机构的运动性能第五章 间歇运动机械5.1 棘轮机构5.1.1 棘轮机构的工作原理和类型如图5-1a 所示，棘轮机构是由棘轮、棘爪及机架所组成。主动杆1空套在与棘轮3固连的从动轴上。驱动棘爪4与主动杆1用转动副A相联。当主动杆1逆时针方向转动时，驱动棘爪4便插入棘轮3的齿槽，使棘轮跟着转过某一角度。这时止回棘爪5在棘轮的齿背上滑过。当杆1顺时针方向转动时，止回棘爪5阻止棘轮发生顺时

2、针方向转动，同时棘爪4在棘轮的齿背上滑过，所以此时棘轮静止不动。这样，当杆1作连续的往复摆动时，棘轮3和从动轴便作单向的间歇转动。杆1的摆动可由凸轮机构、连杆机构或电磁装置等得到。按照结构特点，常用的棘轮机构有下列两大类:1. 轮齿式棘轮机构轮齿式棘轮机构有外啮合（图5-1a）、内啮合（图5-1b） 两种型式。当棘轮的直径为无穷大时，变为棘条（图5-1c），此时棘轮的单向转动变为棘条的单向移动。根据棘轮的运动又可分为：图53图51图52图53（1） 单向式棘轮机构可分为单动式和双动式两种，（图5-1）所示为单动式棘轮机构，它的特点是摇杆向一个方向摆动时，棘轮沿同方向转过某一角度；而摇杆反向摆动

3、时，棘轮静止不动。图5-2所示为双动式棘轮机构，当摇杆往复摆动时，都能使棘轮沿单一方向转动。单向式棘轮采用的是不对称齿形，常用的有锯齿形齿（图5-3a）、直线形三角齿 （ 图5-3b）及圆弧形三角齿（图5-3c）。 （2） 双向式棘轮机构（图5-4）它的特点是当棘爪1在图示位置时，棘轮2沿逆时针方向间歇运动；若将棘爪提起（销子拔出），并绕本身轴线转180后放下 （销子插入），则可实现棘轮沿顺时针方向间歇运动。双向式的棘轮一般采用矩形齿（图 5-3d） 。图54 图55 图56 图57轮齿式棘轮机构在回程时，棘爪在齿面上滑过，故有噪音，平稳性较差，且棘轮的步进转角又较小。如要调节棘轮的转角，可以

4、改变棘爪的摆角或改变拨过棘轮齿数的多少。如图5-5所示，在棘轮上加一遮板， 变更遮板的位置，即可使棘爪行程的一部分在遮板上滑过，不与棘轮的齿接触，从而改变棘轮转角的大小。2. 摩擦式棘轮机构图5-6所示为摩擦式棘轮机构，它的工作原理与轮齿式棘轮机构相同，只不过用偏心扇形块代替棘爪，用摩擦轮代替棘轮。当杆1逆时针方向摆动时，扇形块2楔紧摩擦轮3成为一体 ，使轮3也一同逆时针方向转动，这时止回扇形块4打滑；当杆1顺时针方向转动时，扇形块在轮3上打滑，这时止回扇形块4楔紧，以防止3倒转。这样当杆1作连续反复摆动时，轮3便得到单向的间歇运动。常用的摩擦式棘轮机构如图5-7所示，当构件1顺时针方向转动时

5、，由于摩擦力的作用使滚子2楔紧在构件1、3的狭隙处，从而带动构件3一起转动；当构件1逆时针方向转动时，滚子松开，构件3静止不动。二、棘轮机构的优、缺点和应用轮齿式棘轮机构运动可靠，从动棘轮的转角容易实现有级的调节，但在工作过程中有噪声和冲击，棘齿易磨损，在高速时尤其严重，所以常用在低速、轻载下实现间歇运动。例如在图5-8所示的牛头刨床工作台的横向进给机构中，运动由一对齿轮传到曲柄1，再经连杆2带动摇杆3作往复摆动；摇杆3上装有棘爪，（见图5-8），从而推动棘轮4作单向间歇转动；由于棘轮与螺杆固连，从而又使螺母5（工作台）作进给运动。若改变曲柄的长度，就可以改变棘爪的摆角，以调节进给量。图58图

6、59图5-9所示为Z7105钻孔攻丝机的棘轮转位机构。蜗杆1经蜗轮2带动分配轴上的定位凸轮3，使摆杆4上的定位块离开定位盘以上的形槽，这时分度凸轮6推动杠杆7带动连杆8，装在连杆上的棘爪便推动棘轮9顺时针方向转动，从而使工作盘10实现转位运动。转位完毕，定位凸轮3和拉簧11使定位块再次插入定位盘的形槽中进行定位。棘轮棘爪机构还可以用来实现快速的超越运动。如图5-10所示，运动由蜗杆1传到蜗轮2，通过装在蜗轮2上的棘爪3使棘轮4逆时针方向转动，棘轮与输出轴5固连，由此得到轴5的慢速转动。当需要轴5快速转动时，可逆时针转动手轮，这时由于手动速度大于由蜗轮蜗杆传动的速度，所以棘爪在棘轮上打滑，从而在

7、蜗杆蜗轮继续转动的情况下，可用快速手动来实现超越运动。此外，棘轮机构还可以用来做计数器。如图5-11所示，当电磁铁1的线圈通入脉冲直流信号电流时，电磁铁吸动衔铁2，把棘爪3 向右拉动，棘爪在棘轮5的齿上滑过；当断开信号电流时，借助弹簧4的恢复力作用，使棘爪向左推动，这时棘轮转过一个齿，表示计入一个数字，重复上述动作，便可实现数字计入运动。图510图511在起重机、绞盘等机械装置中，还常利用棘轮机构使提升的重物能停止在任何位置上，以防止由于停电等原因造成事故。摩擦式棘轮机构传递运动较平稳，无噪音，从动构件的转角可作无级调节，常用来做超越离合器，在各种机械中实现进给或传递运动。但运动准确性差，不宜

8、用于运动精度要求高的场合。5.3 槽轮机构5.3.1 槽轮机构的工作原理和类型如图5-12所示，槽轮机构由具有径向槽的槽轮2和具有圆销的构件1以及机架所组成。当构件 1的圆销G未进入槽轮2的径向槽时，由于槽轮2的内凹锁住弧S2被构件1的外凸圆弧S1卡住，故槽轮2静止不动。图5-15所示为圆销G开始进入槽轮径向槽的位置，这时锁住弧S2被松开，因而圆销G能驱使槽轮沿与构件1相反的方向转动。当圆销G开始脱出槽轮的径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被构件1的外凸圆弧卡住，致使槽轮2又静止不动，直至构件1的圆销G再进入槽轮2的另一径向槽时，两者又重复上述的运动循环。 图512这样，当主动构件1作连续转动时

9、，槽轮2便得到单向的间歇转动。平面槽轮机构有两种型式:一种是外槽轮机构，如图5-12所示，其槽轮上径向槽的开口是自圆心向外，主动构件与槽轮转向相反；另一种是内槽轮机构，如图5-13所示，其槽轮上径向槽的开口是向着圆心的，主动构件与槽轮的转向相同，这两种槽轮机构都用于传递平行轴的运动。 图513 图514图5-14所示为球面槽轮机构，它是用于传递两垂直相交轴的间歇运动机构，从动槽轮呈半球形，主动构件1的轴线与销3的轴线都通过球心O，当主动构件1连续转动时，球面槽轮2得到间歇转动。5.3.2 槽轮机构的运动系数在图5-12所示的外槽轮机构中，为了使糟轮开始转动瞬时和终止转动瞬时的角速度为零，以避免

10、刚性冲击，圆销开始进入径向槽或自径向槽脱出时，径向槽的中心线应切于圆销中心运动的圆周，因此，设z为均匀分布的径向槽数，则由图5-12得槽轮2转动时构件1的转角21为在一个运动循环内，槽轮2运动的时间td，与构件1运动的时间t之比称为运动系数。当构件1等速转动时，这个时间比可以用转角比来表示。对于只有一个圆销的槽轮机构，td和t各对应于构件1回转21和，因此，槽轮机构的运动系数为 （5-4）由于运动系数必须大于零（因0表示槽轮始终不动），所以由上式可知，径向槽的数目z应大于2。又由式 （5-4） 可知，这种槽轮机构的运动系数总小于0.5，也就是说，槽轮运动的时间总小于静止的时间。如果主动构件1装

11、上若干个圆销，则可以得到0.5的槽轮机构。设均匀分布的圆销数目为k，则此时槽轮在一个循环中的运动时间比只有一个圆销时增加k倍，因此 （5-5）由于运动系数应小于1（因1表示槽轮2与构件1一样作连续转动，不能实现间歇运动），所以由上式得 （5-6）由式（5-6）可算出槽轮槽数确定后所允许的圆销数。例如当=3时，圆销的数目可为1至5；当z=4或5时，圆销的数目可为1至3；又当z6 时，圆销的数目可为1至2。图5-15所示为z4及k2的外槽轮机构，它的运动系数0.5，即槽轮运动的时间与静止的时间相等。这时，除了径向槽和圆销都是均匀分布外，两圆销至轴O1的距离也是相等的。 图515 图516在主动构件

12、等速转动期间，如果要使槽轮每次停歇的时间不相等，则主动构件1上的圆销应作不均匀分布；如果要使槽轮每次运动时间不相等，则应使圆销的回转半径不相等。图5-16所示为在主动构件等速转动时槽轮每次停歇和运动的时间均不相等的槽轮机构。对于图5-113所示的内槽轮机构，当槽轮2运动时，构件1所转过角度21为所以运动系数为 （5-7）由上式可知，内槽轮机构的运动系数总大于0.5。又因应小于1，所以z2，也就是说径向槽的数目最少应为3，内槽轮机构永远只可以用一个圆销 ， 因为根据则当z等于或大于3时，k总小于2。5.3.3 槽轮机构的优、缺点和应用槽轮机构结构简单，工作可靠，在进入和脱离啮合时运动较平稳，能准

13、确控制转动的角度。但槽轮的转角大小不能调节，而且在槽轮转动的始、末位置加速度变化较大，所以有冲击。槽轮机构一般应用在转速不高的间歇转动装置中。例如在电影放映机中，用槽轮间歇地移动影片；在自动机中，用以间歇地转动工作台或刀架。图5-17中的自动传送链装置。运动由主动构件1传给槽轮2，再经一对齿轮3、4使与齿轮4固连的链轮5作间歇转动，从而得到传送链6的间歇移动，传送链上装有装配夹具的安装支架7，故可满足自动线上的流水装配作业要求。在实际应用中，常常需要槽轮轴转角大于或小于，这时可在槽轮轴与输出轴之间增加一级齿轮传动，如图5-20所示。如果是减速齿轮传动，则输出轴每次转角小于；如果是增速齿轮传动，

14、则输出轴每次转角大于，改变齿轮的传动比就可以改变输出轴的转角。同时，增加一级齿轮传动还可以使槽轮转位所产生的冲击主要由中间轴吸收，使运转更为平稳。图5-145.4 不完全齿轮机构5.4.1 不完全齿轮机构的工作原理和类型不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演化而成的一种间歇运动机构。它与普通渐开线齿轮机构不同之处是轮齿不布满整个圆周，如图5-24所示。图示当主动轮1转一周时，从动轮2转六分之一周，从动轮每转停歇六次。当从动轮停歇时，主动轮1上的锁住弧s1与从动轮2上的锁住弧s2互相配合锁住，以保证从动轮停歇在预定的位置。不完全齿轮机构的类型有:外啮合（图5-18）、内啮合（图5-19）。与普通

15、渐开线齿轮一样，外啮合的不完全齿轮机构两轮转向相反；内啮合的不完全齿轮机构两轮转向相同。当轮2的直径为无穷大时，变为不完全齿轮齿条（图5-20），这时轮2的转动变为齿条的移动。 图5-18 图5-195.4.2 不完全齿轮机构的优、缺点和应用 不完全齿轮机构与槽轮机构相比，其从动轮每转一周的停歇时间、运动时间及每次转动的角度变化范围都较大，设计较灵活。 但其加工工艺较复杂，而且从动轮在运动的开始与终止时冲击较 大，故一般用于低速、轻载的场合，如在自动机和半自动机中用于工作 图5-20台的间歇转位，以及要求具有间歇运动的进给机构、计数机构等等。 图5-20所示为插秧机的秧箱移行机构。该机构由与摆杆固连的棘爪1、棘轮2、与棘轮固连的不完全齿轮3、上下齿条4（秧箱）组成。当构件1顺时针方向摆动时，2、3不动，秧箱4停歇 ，这时秧爪（图中未示出）取秧；当取秧完毕，构件1逆时针方向摆动，2与3一同逆时针方向转动，3与上齿条4啮合，使4向左移动， 即秧箱向左移动。当秧箱移到终止位置（如图示位置），轮3与下齿条4啮合，使秧箱自动换向向右移动。