棘轮机构(3) (精品)

1、12n一、棘轮机构的基本结构和工作原理棘轮机构基本结构如图7l所示，由棘轮3、棘爪2、4与主动摆杆1、机架5组成。主动摆杆1空套在与棘轮3固联的从动轴上，驱动棘爪2与主动摆杆1用转动副O1相联，止动棘爪4与机架5用转动副O2相联，弹簧6可保证棘爪与棘轮啮合。 4二、棘轮机构的类型二、棘轮机构的类型n常用棘轮机构可分为轮齿式与摩擦式两大类： n1、轮齿式棘轮机构、轮齿式棘轮机构n按啮合方式可分成外啮合、内啮合棘轮机构。(1) 单向式棘轮机构单向式棘轮机构的特点是摆杆向一个方向摆动时，棘轮沿同一方向转过某一角度；而摆杆向另一个方向摆动时，棘轮静止不动。双动式棘轮机构，摆杆的往复摆动，都能使棘轮沿单

2、一方向转动，棘轮转动方向是不可改变的。图7-3 单向式棘轮机构根据棘轮的运动又可分为两种情况：若将棘轮轮齿做成短梯形或矩形时，变动棘爪的放置位置或方向后，可改变棘轮的转动方向。棘轮在正、反两个转动方向上都可实现间歇转动。 (2)双向式棘轮机构(1) 偏心楔块式棘轮机构偏心楔块式棘轮机构的工作原理与轮齿式棘轮机构相同，只是用偏心扇形楔块代替棘爪，用摩擦轮代替棘轮。利用楔块与摩擦轮间的摩擦力与楔块偏心的几何条件来实现摩擦轮的单向间歇转动。图7-5 a 偏心楔块式棘轮机构2 2、摩擦式棘轮机构、摩擦式棘轮机构图7-6为常用的摩擦式棘轮机构，构件1逆时针转动或构件3顺时针转动时，在摩擦力作用下能使滚子

3、2楔紧在构件1、3形成的收敛狭隙处，则构件1、3成一体，一起转动；运动相反时，构件1、3成脱离状态。图7-6 滚子楔紧式棘轮机构(2) 滚子楔紧式棘轮机构9三、棘轮机构的特点和应用三、棘轮机构的特点和应用n轮齿式棘轮机构结构简单，易于制造，运动可靠，从动棘轮转角容易实现有级调整，但棘爪在齿面滑过引起噪声与冲击，在高速时尤为严重。故常于低速、轻载的场合用作间歇运动控制。 n摩擦式棘轮机构传递运动较平稳，无噪音，从动件的转角可作无级调整。但难以避免打滑现象，因而运动准确性较差，不适合用于精确传递运动的场合。 10图77所示为牛头刨床工作台横向进给机构，n当曲柄1转动时，经连杆2带动摇杆4作往复摆动

4、；摇杆4上装有图74b所示的双向棘轮机构的棘爪，棘轮3与丝杠5固连，棘爪带动棘轮作单方向间歇转动，从而使螺母6（工作台）作间歇进给运动。n若改变驱动棘爪摆角，可以调节进给量；改变驱动棘爪的位置（绕自身轴线转过180o后固定），可改变进给运动的方向。图7711图78所示的棘轮机构可以用来实现快速超越运动。n运动由蜗杆1传到蜗轮2，通过安装在蜗轮2上的棘爪3驱动与棘轮4固联的输出轴5按图示5方向慢速转动。当需要输出轴5快速转动时，可按输出轴5转动方向快速转动输出轴5上手柄，这时由于手动转速大于蜗轮转速，所以棘爪在棘轮齿背滑过，从而在蜗轮继续转动时，可用快速手动来实现输出轴超越蜗轮的运动。12四、棘

5、轮机构设计中的主要问题四、棘轮机构设计中的主要问题n1、棘轮齿形的选择n最常见的棘轮齿形为不对称梯形，如图7-12所示。n为了便于加工，当棘轮机构承受载荷不大时，可采用三角形棘轮轮齿（见图7-1），三角形轮齿的非工作齿面可作成直线型和圆弧形。n双向式棘轮机构，由于需双向驱动，因此常采用矩形或对称梯形作为棘轮齿形(图7-4)。 图7-12图7-1图7-4132、棘轮转角大小的调整n(1) 采用棘轮罩如图7-9所示。改变棘轮罩位置，使部分行程内棘爪沿棘轮罩表面滑过，从而实现棘轮转角大小的调整。 图7-9 14(2) 改变摆杆摆角n图7-10所示棘轮机构中，通过改变曲柄摇杆机构曲柄长度OA的方法来改

6、变摇杆摆角的大小，从而实现棘轮机构转角大小的调整。 图7-1015(3) 多爪棘轮机构图7-11要使棘轮每次转动小于一个轮齿所对的中心角时，可采用棘爪数为n的多爪棘轮机构。如图7-11所示为n=3的棘轮机构，三棘爪位置依次错开/3，当摆杆转角1在1/3 范围内变化时，三棘爪依次落入齿槽，推动棘轮转动相应角度2为2/3 范围内/3整数倍。163、棘轮机构的可靠工作条件n(1) 棘爪可靠啮合条件 图7-12中为棘轮齿工作齿面与径向线间的夹角，称齿面角，L为棘爪长，O1为棘爪轴心，O2为棘轮轴心，啮合力作用点为P（为简便起见，设P点在棘轮齿顶），当传递相同力矩时，O1位于O2P的垂线上，棘爪轴受力最

7、小。图7-12n当棘爪与棘轮开始在齿顶P啮合时，棘轮工作齿面对棘爪的总反力FR相对法向反力FN偏转一摩擦角。FN对O1点的矩使棘爪滑入棘轮齿根，而齿面摩擦力fFN有阻止棘爪滑入棘轮齿根的作用。为使棘爪顺利滑入棘轮齿根并啮紧齿根，两力对O1点的矩应满足cossinfLFLFNNtantan f故即（71）因此棘爪顺利滑入齿根的条件为：棘轮齿面角大于摩擦角。或棘轮对棘爪总反力FR的作用线必须在棘爪轴心O1和棘轮轴心O2之间穿过。当材料的摩擦系数f0.2时，摩擦角180，因此一般取20O。n(2) 偏心块楔紧条件对于图7-5b所示的偏心楔块式棘轮机构，摆杆逆时针转动时，轮3对楔块2在接触点A作用正压

8、力FN与摩擦力fFN（参见图7-13）。正压力FN有松开楔块的作用，要使楔块楔紧棘轮3，应使FN与fFN对O2的矩满足图7-5 b式中，为摩擦角；为楔块廓线升角。因此偏心块楔紧条件为：楔块廓线升角小于摩擦角。也可用摩擦轮对偏心楔块总反力FR的作用线必须通过两回转中心O1和O2的连接线段来判定。(3) 滚子楔紧条件n图7-6所示滚子楔紧式棘轮机构，滚子受力情况如图7-14所示。图中当套筒1逆时针方向转动时，在摩擦力FA作用下，滚子2有逆时针滚动的趋势，因此星轮3在接触点B对滚子有图示摩擦力FB。摩擦力FA与FB使滚子楔紧，其夹角为楔紧角，而滚子2在接触点A、B的正压力FNA和FNB欲将滚子挤向楔

9、形大端而松开。n因此滚子楔紧条件为：楔紧角小于两倍的摩擦角。但角选择过小，反向运动时滚子将不易退出楔紧状态。图7-13 sin2cos22dFddFNAAtan,ffFFNAA2代入上式，并整理得将（73）n1 1、机构的组成、机构的组成n通过，可以清楚地看到槽轮机构的基本组成。一、槽轮机构的组成及其工作原理一、槽轮机构的组成及其工作原理图7-14212 2、工作原理、工作原理n如上图所示，主动拨盘上的圆柱销进入槽轮上的径向槽以前，凸锁止弧将凹锁止弧锁住，则槽轮静止不动。圆柱销进入径向槽时，凸、凹锁止弧刚好分离，圆柱销可以驱动槽轮转动。当圆柱销脱离径向槽时，凸锁止弧又将凹锁止弧锁住，从而使槽轮

10、静止不动。因此，当主动拨盘作连续转动时，槽轮被驱动作单向的间歇转动。22二、槽轮机构的基本类型及其应用二、槽轮机构的基本类型及其应用n1、类型、类型n常用的槽轮机构有两种类型：一种是外啮合槽轮机构，另一种是内啮合槽轮机构。 n(1)外啮合槽轮机构：图7-14a 为外啮合槽轮机构。 n(2)内啮合槽轮机构：图7-15为内啮合槽轮机构。图7-15232 2、应用举例、应用举例n槽轮机构结构简单，容易制造。但工作时有一定程度的冲击，故一般不宜用于高速转动的场合。图7-16为槽轮机构应用于电影放映机的间歇卷片机构中。图7-16附加图a 为槽轮两次停歇时间不等的槽轮机构，附加图b 为槽轮两次停歇时间和运

11、动时间都不等的槽轮机构。除基本类型的槽轮机构外，尚有其它形式的槽轮机构，当需在两相交轴间进行间歇传动时，可采用球面槽轮机构。附加图 c 为球面槽轮机构，通过激活该图，可观察到球面槽轮机构的工作过程。 3、球面槽轮机构、球面槽轮机构附加图 c 球面槽轮机构26三、槽轮机构的运动性质n1槽轮机构运动系数n（1）外槽轮机构 如图714所示外槽轮机构，为避免槽轮2在起动和停歇时发生刚性冲击，圆柱销A进入与脱出径向槽时，槽的中心线应与圆柱销中心的运动圆周相切。n若外啮合槽轮2上均布的径向槽数为z，则槽轮转动22时，主动拨盘1的转角21为22221z称作槽轮运动角。n在槽轮的一个运动循环内（只有一个圆柱销

12、时主动拨盘回转一周），槽轮运动时间t2与拨盘1的运动时间t1之比称为运动系数。n当拨盘为等速回转时，这个时间比可以用转角比来表示。n对于只有一个圆柱销的槽轮机构，t1和t2分别对应拨盘1的转角2和槽轮2运动时对应的拨盘1转角21，因此槽轮机构运动系数为zzztt22222222112（7-4） 在一个运动循环内槽轮停歇时间t2可由值按下式计算 )1 ()1 (1121212ttttttt（7一5）要使槽轮2运动，必须使其运动时间t20，故由式(7-4)可得z2，即径向槽的数目z应大于2，这样槽轮机构的运动系数0.5，也就是说这种槽轮机构的运动时间总小于其停歇时间。若拨盘上均布k个圆柱销，当其转

13、动一周时，槽轮将被拨动k次，则运动系数较只有一个圆柱销时增加k倍，故 zzkttk2)2(12（7一6）由上式知，槽数z3时，圆柱销数目kl5；当z45时，kl3；当Z6时，A12。22zzk这样可使，O5，但只有当1时槽轮2才能出现停歇，所以结合上式得zzkttk2)2(12（7一6）（7一7）30(2) 内槽轮机构内槽轮机构n内槽轮机构的运动系数为：z22)2(222221对于图715所示内槽轮机构，圆柱销A进入与脱出径向槽时同样应与径向槽相切，因此槽轮2运动时间所对应的拨盘1转角应为zzz221212（78） 当z3时k2，说明这种槽轮机构圆柱销数量只能有1个。1)22(zzk22zzk

14、由上式知，这种槽轮机构运动系数总大于05。又因1时槽轮2才能出现停歇，所以 z2，即径向槽数目应为z3。如均布 k个圆柱销，槽轮 2运动仍应满足，即n一、不完全齿轮机构的基本型式和工作原理一、不完全齿轮机构的基本型式和工作原理n不完全齿轮机构有三种传动形式，即不完全内、外啮合齿轮传动及不完全齿轮齿条传动。331、不完全齿轮机构的从动轮在一周转动中可作多次停歇。因此，它能在较广的范围内得到应用。二、不完全齿轮机构的啮合特点二、不完全齿轮机构的啮合特点图7-232、主、从动轮进入和脱离啮合时速度有突变，冲击较大。因此，一般只适用于低速轻载的工作条件。n由于不完全齿轮的前接触段的起始点E与从动轮停歇

15、的位置有关，当两轮齿顶圆的交点C在从动轮上第一个正常齿齿顶点C的右面（参见图725）3、主动轮首、末齿齿顶需要修正，以解决运动干涉。1212OCOOOC主动齿轮的齿顶被从动齿轮的齿顶挡住，不能进入啮合，发生齿顶干涉。即时n为避免干涉发生，可以将主动轮齿顶降低，使两轮齿顶圆交点正好是C点或达不到C点。图725中C点为主动轮首齿修顶后的齿顶圆与从动轮齿顶圆交点。n不完全齿轮的主动轮除首齿齿顶修正外，末齿也应修正，而其他各齿均保持标准齿高，不作修正。 373 3从动轮的运动时间和停歇时间从动轮的运动时间和停歇时间n不完全齿数z1l的主动轮等速转动时，主动轮转动=(1+2)角度，从动轮相应转过角度为。

16、从动轮的运动时间t2为： 12122tt(7-15) 从动轮的停歇时间t2为 121221tt（716） n当主动轮不完全齿数z11时，从动轮的运动时间与停歇时间只需在上述关系式加上相当于正常齿轮啮合的（z1l）个齿的啮合时间即可，其公式分别为式中z1为主动轮假想齿数，即轮齿布满节圆时的齿数。末齿修顶后，将减小2角，从而影响从动轮的运动时间与停歇时间。111212)12tzzt（111212121tzzt（717）（718）39为避免从动轮在开始运动和终止运动时的速度突变所产生的冲击，可在两轮上安装瞬心线附加杆，使从动轮的速度平稳增加和平稳地减小。三、具有瞬心线附加杆的不完全齿轮机构三、具有瞬

17、心线附加杆的不完全齿轮机构图726中K、L为首齿进入啮合前的瞬心线附加杆，接触点C为两轮相对瞬心。此时1212COCOn传动中 C点渐渐沿中心线O1O2向二齿轮啮合节点C移动，n如果开始运动时C与O1重合，2可由零逐渐增大，不发生冲击，瞬心线的形状可根据2的变化要求设计。n同样末齿脱离啮合时也可以借助另一对瞬心线附加杆使2平稳地减小至零。n加瞬心线附加杆后，2的变化情况如图724中虚线所示。n从图中看出，由于从动轮在开始运动时冲击比终止运动时的冲击大，所以经常只在从动轮开始运动的前接触段设置瞬心线附加杆。一、单万向联轴节结构与运动情况一、单万向联轴节结构与运动情况下图所示为单万向联轴节结构简图

18、，当主动轴转一周，下图所示为单万向联轴节结构简图，当主动轴转一周，从动轴也转动一周，但主动轴与从动轴的瞬时传动比不同。从动轴也转动一周，但主动轴与从动轴的瞬时传动比不同。图图7-27单万向联轴节单万向联轴节其传动比的计算公式为：其传动比的计算公式为：12213cossin1cos（719） 上式说明，主动轴1以等角速度1输入运动，从动轴3的输出角速度是变化的。两轴夹角一定，当10或180o时，分母值最小，传动比值最大，其值为 cos1max13而当1900或2700时，分母值最大，传动比值最小，其值为 cosmin13n当两轴夹角值变化时，角速度比的值也将改变，图728为不同轴夹角时，传动比i31随1变化曲线。由图可知，传动比的变化幅度随轴夹角增加而增大。为使3波动不致过大，一般情况下两轴夹角最大不超过35045。二、双万向联轴节二、双万向联轴节(DoubleUniversalJoint) 为避免从动轴产生角速度变化，可采用下图所示的双万向联轴节。 要使其传动比恒等于1，则必须满足下列两条件： 1) 1=2，即主动轴与中间轴两端的夹角必须等于从动