第四章其他常用机构

第四章其他常用机构其他常用机构第一节凸轮机构第二节

棘轮机构第三节槽轮机构第四节不完全齿轮机构第五节螺旋机构

引言

在工程实践和日常生活中，除了常用平面连杆机构外，还广泛应用其他机构，如凸轮机构、棘轮机构和槽轮机构等。点击播放4-01钉鞋机右图为电影放映机的卷片机构，槽轮

上有四条径向槽，拨盘

1转一周，槽轮

转

90°，影片移动一个画面并停留一定的时间，从而满足人眼视觉“暂留现象”的要求。电影放映机卷片机构点击播放4-02引言凸轮机构的类型和应用凸轮机构是由凸轮、从动件和机架

组成的高副机构。凸轮机构运动简图点击播放4-03-1点击播放4-03-2a）平面凸轮机构b）空间凸轮机构用于内燃机配气的凸轮机构靠模加工机构凸轮机构的类型和应用点击播放4-06绕线机引线机构凸轮机构的类型和应用图4-7机床自动进给机构凸轮机构的类型和应用图4-8自动车床中的凸轮组凸轮机构的类型和应用1）按凸轮形状

分：盘形、移动、圆柱凸轮

(端面)

。2）按推杆形状分：尖顶、滚子、平底从动件。3）按推杆运动分：直动(对心、偏置)、摆动特点：尖顶－－构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子――磨损小，应用广；平底――受力好、润滑好，用于高速传动。4）按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）

几何形状封闭(凹槽、等宽、)凸轮机构的类型和应用名词术语：凸轮再继续回转，从动件又开始下一轮“升一停一降一停”的运动循环过程。一般情况下，推程是凸轮机构的工作行程。凸轮机构的工作过程基圆、推程运动角、基圆半径、推程、远停程、远停程角、回程运动角、回程、近停程角r0hB’otδsδ01δ01δ02δ02δ0δ0δ’0δ’0ωADCB近停程、从动件常用运动规律从动件的位移s随时间

t（或凸轮转角δ）的变化规律，称为从动件的运动规律。

1.等速运动规律从动件的运动速度为定值的运动规律，称为等速运动规律。以推程为例，可画出s-δ（

t）线图。图4-10等速运动规律的s-δ（

t）线图从动件常用运动规律

2.等加速等减速运动规律从动件在推程的前半段为等加速，后半段为等减速的运动规律，称为等加速等减速运动规律。通常加速度和减速度的绝对值相等，前半段、后半段的位移也相等。图4-11等加速等减速运动规律的s-δ（

t）线图从动件常用运动规律反转法原理依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：-ωω给整个凸轮机构施以-ω时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。尖顶凸轮绘制动画点击播放凸轮轮廓的设计方法12345678Ar060°90°90°120°-ωωsδ1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’

对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆r0。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。60°120°90°90°1’3’5’7’8’91113159’11’13’12’14’1876543214131211109凸轮轮廓的设计方法凸轮的结构形式及与轴的固定方式图4-14凸轮轴图4-15平键联接图4-16圆锥销联接

图4-17弹性锥套和螺母联接凸轮的结构与材料凸轮的材料应具有较高的强度和耐磨性，选材的主要依据是运动速度与承载大小。载荷不大、低速时可选用

HT250、HT300、QT800-2、QT9OO-2等作为凸轮的材料，轮廓表面需经热处理，以提高其耐磨性。

中速、中载的凸轮常用45、4OCr、20Cr、20CrMn等材料，并经表面淬火，使硬度达55～60HRC。

高速、重载凸轮可用40Cr，表面淬火至56～60HRC，或用38CrMoA1，经渗氮处理至60～67HRC。凸轮的结构与材料棘轮机构

棘轮机构由棘轮、棘爪、摇杆及机架等组成，如图4-18所示。主动件棘爪

铰接在连杆机构的摇杆上，当摇杆顺时针摆动时，棘爪推动棘轮

转过一定的角度；当摇杆逆时针摆动时，止退棘爪

阻止棘轮转动，棘爪在棘齿背上滑过，此时棘轮停歇不动。因此，在摇杆作往复摆动时，棘轮作单向时动时停的间歇运动。

有外啮合和内啮合之分。点击播放4-18图4-18外啮合棘轮机构点击播放4-19牛头刨床工作台横向进给机构是个棘轮机构，它是利用将棘爪

提起并转动

180°后放下，使棘轮作反向间歇运动来实现工作台的往复移动。图4-20牛头刨床用棘轮机构点击视频牛头刨床点击动画棘轮机构图5-24所示机构设有对称爪端的棘爪1，将其翻转至双点画线位置，也可用来实现反向的间歇运动。图4-21可换向棘轮机构棘轮机构图5-25所示机构在摇杆上安装两个棘爪，当摇杆往复摆动时，都能使棘轮转动，可提高棘轮运动的次数和缩短停歇的时间，所以又称作快动（或双动）式棘轮机构。图4-22单向快动棘动轮机构点击播放4-22棘轮机构图4-23改变曲柄长度调节棘轮转角图5-27所示机构是通过改变曲柄长度来改变摇杆摆角的大小，摇杆的摆角变化后就改变了棘轮的转角。棘轮机构棘轮机构中棘轮转角的大小可以进行有级调节。图

5-26所示机构是利用覆盖罩遮挡部分棘齿，实现调节棘轮转角的大小来控制棘轮的转速。图4-24用覆盖罩调节棘轮机构棘轮机构点击视频牛头刨床图4-25牛头刨床进给棘轮机构图5-28所示的牛头刨床工作台的横向进给机构，就是利用棘轮机构实现正反间歇转动的特点，然后通过丝杠、螺母带动工作台作横向间歇送进运动的。点击播放4-25棘轮机构推进和输送图4-26浇铸自动线步进装置图5-29所示为铸造车间的浇铸自动线步进装置。它也是利用棘轮机构的间歇运动特性，实现浇铸（停止）和输送（运动）两个工作要求的。这里的棘爪是利用液压缸的活塞杆来推动的。棘轮机构推进和输送制动棘轮机构图4-27所示为起重设备安全装置中的棘轮机构。起吊重物时，如果机械发生故障，重物将出现自动下落的危险，此时，棘轮

2被止回棘爪

3及时止动，以保证安全。

图4-27卷筒止回棘轮1－鼓轮2－棘轮3－止回棘爪

内啮合棘轮机构是自行车后轮上的“飞轮”机构，当脚蹬转动时，经大链轮和链条带动内齿圈具有棘齿的链轮逆时针转动，再通过棘爪的作用，使轮毂（和后车轮为一体）逆时针转动，从而驱使自行车前进。当自行车后轮的转速超过小链轮的转速（或自行车前进而脚蹬不动）时，轮毂便会超越小链轮而转动，让棘爪在棘轮齿背上滑过，从而实现了从动件相对于主动件的超越运动，这种特性称为超越。点击播放4-19图4-19内啮合棘轮机构棘轮机构超越图4-28外槽轮机构槽轮机构由带圆销的拨盘、具有径向槽的槽轮和机架组成，如图5-30所示。点击播放4-28槽轮机构图4-29内槽轮机构点击播放4-29图5-31为内槽轮机构，带圆销的拨盘在槽轮的内部，工作原理同外槽轮机构。内槽轮机构的槽轮转动方向与拨盘转向相同。槽轮机构图5-32双圆柱销外槽轮机构图5-32所示为双圆销外槽轮机构，该机构工作时，拨盘转一周，槽轮反向转动两次。槽轮机构图5-33转塔车床的刀架转位机构图5-33所示为转塔车床的刀架转位机构，刀架上装有六种刀具，槽轮上具有六条径向槽。当拨盘回转一周时，槽轮转过60°，从而将下一工序所需刀具转换到工作位置。槽轮机构不完全齿轮机构图4-33不完全齿轮机构l－主动轮2－从动轮点击播放4-33-2点击播放4-33-1螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成，能实现回转运动与直线运动变换和力传递的机构，称为螺旋机构。螺旋机构具有结构简单，工作连续、平稳，承载能力大，传动精度高，易于自锁等优点，故在机械中有着广泛的应用；其缺点是磨损大，效率低，近年来由于滚珠螺旋的应用，使磨损和效率问题得到了很大程度的改善。螺旋机构图4-34螺纹的形成图如图4-34所示，将底边长等于πd2的直角三角形绕在一直径为d2的圆柱体上，并使其底边与圆柱体重合，则其斜边ac在圆柱体表面形成空间曲线，这条曲线称为螺旋线。螺旋机构螺纹旋向的判别方法：将螺杆直竖，若螺旋线右高左低（向右上升）为右旋（图

4-34)；反之则为左旋。根据螺旋线的线数，可分为单线、双线和多线（图4-35)；图4-35螺纹的线数

a)单线b)双线c)多线螺旋机构图4-36螺纹的主要参数螺纹的主要参数大径

d、小径

dl

、中径d2、螺距P、

导程l、螺纹升角ψ、牙型角α螺旋机构常用的螺纹牙形有三角形、矩形、梯形和锯齿形等图4-37螺纹的牙型

a)三角形螺纹b)矩形螺纹c)梯形螺纹d)锯齿形螺纹螺旋机构图4-38螺旋千斤顶

1—螺母2—螺杆图4-39螺旋压力机

1—螺母2—螺杆1.单螺旋机构螺旋机构图4-40车床丝杠传动

1—螺母2—螺杆3—机架螺旋机构图4-41双螺旋机构

1、2—螺母3—螺杆2.双螺旋机构螺旋机构图4-42铣床棒料快动夹具

1、3—左、右螺母

2—棒料4—螺杆5—机架螺旋机构图4-43滚动螺旋机构的结构

1、3—内、外螺旋滚道2—钢球3.滚动螺旋实例分析图4-44钉鞋机的凸轮组件点击播放钉鞋机实例一图4-44是钉鞋机中主要组成部件—凸轮组件，从图中可看出，当钉鞋机转动手轮，使得凸轮组件转动时，实际上是四个不同的凸轮同时在转动，两个是凹槽凸轮，两个是一般常见的盘形凸轮。钉鞋机就是靠四个凸轮带动相对应的杆件运动来达到预定的运动要求，完成钉鞋机的工作。实例二、北方有一种面食叫“饸饹”，压制这种面食的专用设备叫“饸饹机”，如图4-45所示。饸饹机由齿轮齿条机构、链传动、棘轮机构等组成。工作过程是：摆动摇杆，使得摇杆上的棘爪顶住棘轮，当摇杆向下摆动时，棘爪顶住棘轮，使得棘轮顺时针转动，如图4-46所示，带动链传动机构顺时针转动。链传动机构的大链轮和齿轮齿条机构的齿轮同轴，链传动带动齿轮的转动使得齿条向下，齿条的下端有一圆形压片向下挤压，将圆筒里的面挤下，圆筒的底部装一钻有很多小孔的钢板，把面挤压成具有一定粗细的面条（即饸饹）。当摇杆向上摆动时，棘爪在棘轮上滑过，往复摆动摇杆，直到将圆筒的面向下挤压完。然后，释放棘爪，转动链传动上的手柄，把圆筒里的压片提高，再往圆筒里放进面，继续上面的动作过程，直到面食够用为止。实例分析