第6章 间歇运动机构

1、第6章 间歇运动机构 6-1 棘 轮 机 构6-2 槽 轮 机 构6-3 不完全齿轮机构6-4 凸轮间歇运动机构6-1 棘 轮 机 构 一、棘轮机构的工作原理 v如图6-1所示，棘轮机构主要由棘轮、棘爪和机架所组成。棘轮2固联在轴4上，其轮齿分布在轮的外缘（也可分布于内缘或端面），原动件1空套在轴4上。v当原动件1逆时针方向摆动时，与它相联的驱动棘爪3便借助弹簧或自重的作用插入棘轮的齿槽内，使棘轮随着转过一定的角度。v当原动件1顺时针方向摆动时，驱动棘爪3便在棘轮齿背上滑过。这时，簧片6迫使制动棘爪5插入棘轮的齿槽，阻止棘轮顺时针方向转动，故棘轮静止不动。当原动件连续地往复摆动时，棘轮作单向的

2、间歇运动。v改变原动件1的结构形状，可以得到如图6-2所示的双动式棘轮机构。原动件1往复摆动时都能使棘轮2沿同一方向转动。v驱动棘爪3可以制成直的（图a）或带钩头的（图b）。v当棘轮轮齿制成方形时，成为可变向棘轮机构，如图6-3a所示。其特点是当棘爪1在实线位置时，棘轮2将沿逆时针方向作间歇运动；当棘爪翻转到虚线位置时，棘轮将沿顺时针方向作间歇运动。v图6-3b所示为另一种可变向棘轮机构。该机构可实现棘轮顺时针方向和逆时针方向作间歇运动，还可使棘轮与棘爪脱开，则当棘爪往复摆动时，棘轮静止不动。v上述棘轮机构，棘轮的转角都是相邻两齿所夹中心角的倍数，也就是说，棘轮的转角是有级性改变的。如果要实现

3、无级性改变，就需要采用无棘齿的棘轮。v图64是通过棘爪1与棘轮2之间的摩擦力来传递运动的（3为制动棘爪），故又称为摩擦式棘轮机构。这种机构在传动过程中很少发生噪声，但其接触表面间容易发生滑动。 v当脚蹬踏板时，经链轮1和链条2带动内圈具有棘齿的链轮3顺时针转动，再通过棘爪4的作用，使后轮轴5顺时针转动，从而驱使自行车前进。自行车前进时，如果令踏板不动，后轮轴5便会超越链轮3而转动，让棘爪4在棘轮齿背上滑过，从而实现不蹬踏板的自由滑行。v棘轮机构除了实现间歇运动外，还能实现超越运动。如图6-5所示为自行车后轮轴上的棘轮机构。 二、棘爪工作条件v如图6-6所示，为了使棘爪受力最小，应使棘轮齿顶A和

4、棘爪的转动中心O2的连线垂直于棘轮半径O1A，即O1AO2=90。轮齿对棘爪作用的力有：正压力Fn和摩擦力Ff。当棘齿偏斜角为时，力Fn有使棘爪逆时针转动落向齿根的倾向；而磨擦力Ff阻止棘爪落向齿根。为了保证棘轮正常工作，使棘爪啮紧齿根，必须使力Fn对O2的力矩大于Ff对O2的力矩，即 Fn LsinFf Lcosv因Ff=fFn和f=tg，代入上式得 tgtg v故 （6-1）v式中为齿与爪之间的摩擦角。当摩擦系数f=0.2时，1130。为可靠起见，通常取=20。三、棘轮、棘爪的几何尺寸计算及棘轮齿形的画法v当选定齿数z和按照强度要求确定模数m之后，棘轮和棘爪的主要几何尺寸可按以下经验公式计

5、算： 顶圆直径 Dmz 齿 高 h0.75m 齿 顶 厚 a=m 齿槽夹角 =60或55 棘爪长度 L2mv由以上公式算出棘轮的主要尺寸后，可按下述方法画出齿形：如图66所示，根据D和h先画出齿顶圆和齿根圆；按照齿数等分齿顶圆，得A、C等点，并由任一等分点A作弦AB=a=m，再由B到第二等分点C作弦B C ； 然 后 自 B 、 C 点 分 别 作 角 度OBC=OCB=90得O点；以O为圆心，OB为半径画圆交齿根圆于E点，连CE得轮齿工作面，连BE得全部齿形。6-2 槽 轮 机 构 一、槽轮机构的工作原理v槽轮机构又称为马尔他机构，如图67所示。它是由具有径向槽的槽轮2、带有圆销A的拨盘1和

6、机架组成。v拨盘1作匀速转动时，驱使槽轮2作时转时停的间歇运动。拨盘1上的圆销A尚未进入槽轮2的径向槽时，由于槽轮2的内凹锁住弧被拔盘1的外凸圆弧卡住，故槽轮2静止不动。图中所示位置是当圆销A开始进入增轮2的径向槽时的情况。v这时锁住弧被松开，因此槽轮2受圆销A驱使沿逆时针转动。当圆销A开始脱出槽轮的径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被拨盘1的外凸圆弧卡住，致使槽轮2又静止不动，直到圆销A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。为了防止槽轮在工作过程中位置发生偏移，除上述锁住弧之外也可以采用其他专门的定位装置。v槽轮机构构造简单，机械效率高，并且运动平稳，因此在自动机床转位机构、电

7、影放映机卷片机构等自动机械中得到广泛的应用。图6-8所示为电影放映机卷片机构。当槽轮2间歇运动时，胶片上的画面依次在方框中停留，通过视觉暂留而获得连续的场景。 二、槽轮机构的主要参数v槽轮机构的主要参数是槽数z和拨盘圆销数K。v如图6-7所示，为了使槽轮2在开始和终止转动时的瞬时角速度为零， 以避免圆销与槽发生撞击，圆销进入或脱出径向槽的瞬时，槽的中心线O2A应与O1A垂直。设z为均匀分布的径向槽数目，则槽轮2转过22=2/z弧度时，拨盘1的转角21将为）（2622221zv在一个运动循环内，槽轮2的运动时间tm对拨盘1的运动时间t之比值称为运动特性系数。当拨盘1等速转动时，这个时间之比可用转

8、角之比来表示。对于只有一个圆销的槽轮机构，tm和t分别对应于拨盘1转过的角度21和2。因此其运动特性系数为v为保证槽轮运动，其运动特性系数应大于零。由上式可知，此时，径向槽的数目应等于或大于3。但槽数z=3的槽轮机构，由于槽轮的角速度变化很大，圆销进出径向槽的瞬时，槽轮的角加速度也很大。会引起较大的振动和冲击，故很少应用。)36(2212122221zzzzttmv由式（6-3）可知，这种槽轮机构的运动特性系数总是小于0.5，即槽轮的运动时间总小于静止时间ts。v如果拨盘1上装有数个圆销，则可以得到0.5的槽轮机构。设均匀分布的圆销数目为K，则一个循环中，轮2的运动时间为只有一个圆销时的K倍，

9、即v运动系数还应当小于1（=1表示槽轮2与盘1一样作连续转动，不能实现间歇运动），故由上式得 )46(2)2(zzK)56(22zzKv由上式可知，当z=3时，圆销的数目可为1至5；当z=4或5时，圆销数目可为1至3；而当z6时，圆销的数目可为1或2。v槽数z9的槽轮机构比较少见，因为当中心距一定时，z越大槽轮的尺寸也越大，转动时的惯性力矩也增大。另由式（63）可知，当z9时，槽数虽增加，的变化却不大，起不到明显的作用，故z常取为48。 6-3 不完全齿轮机构 v图69所示为不完全齿轮机构。这种机构的主动轮1为只有一个齿或几个齿的不完全齿轮，从动轮2由正常齿和带锁住弧的厚齿彼此相间地组成。v当

10、主动轮1的有齿部分作用时，从动轮2就转动；当主动轮1的无齿圆弧部分作用时，从动轮停止不动，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。v不难看出，每当主动轮1连续转过一圈时，图6-9a、b所示机构的从动轮分别间歇地转过1/8圈和1/4圈。v为了防止从动轮在停歇期间游动，两轮轮缘上各装有锁住弧。v当主动轮匀速转动时，这种机构的从动轮在运动期间也保持匀速转动，但是当从动轮由停歇而突然到达某一转速，以及由某一转速突然停止时，都会像等速运动规律的凸轮机构那样产生刚性冲击。因此，它不宜用于主动轮转速很高的场合。v不完全齿轮机构常应用于计数器、电影放映机和某些具有特殊运动要求的专用机械中。v图6

11、10所示的机构，主动轴上装有两个不完全齿轮A和B，当主动轴连续回转时，从动轴能周期性地输出正转一停歇一反转运动。为了防止从动轮在停歇期间游动，应在从动轴上加设阻尼装置或定位装置。6-4 凸轮间歇运动机构v凸轮间歇运动机构通常有两种型式。v一种是图6-11所示的圆柱形凸轮间歇运动机构。凸轮1呈圆柱形，滚子3均匀分布在转盘2的端面，滚子中与转盘中心的距离等于R2。当凸轮转过角度t时，转盘以某种运动规律转过的角度2max=2/z（式中z为滚子数目）；当凸轮继续转过其余（2-t）时，转盘静止不动。当凸轮继续转动时，第二个圆销与凸轮槽相作用，进入第二个运动循环。这样，当凸轮连续转动时，转盘实现单向间歇转动。这种机构实质上是一个摆杆长度等于R2、只有推程和远休止角的摆动从动件圆柱凸轮机构。v另一种是如图612所示的蜗杆形凸轮间歇运动机构。凸轮形状如同圆弧面蜗杆一样，