《汽车机械基础》第18章

第18章间歇运动机构的应用1实际应用中，配气机构是依靠凸轮机构来实现气门启闭的，如图18-1（a）所示。汽车的手刹可以防止车辆停在斜坡路面时由于溜车而造成事故，手刹的工作要求稳定可靠，在实际中是依靠棘轮机构来实现的，如图18-1（b）所示。凸轮机构和棘轮机构都属于间歇运动机构。（a）配气机构

（b）手刹机构图18-1间歇式机构在汽车中的应用能够将主动件的连续运动转换为从动件周期性的运动和停歇的机构称为间歇运动机构。第18章间歇运动机构的应用18.1凸轮传动18.2棘轮传动18.3槽轮传动218.4不完全齿轮传动简介18.1凸轮传动318.1.1凸轮传动概述凸轮机构主要由凸轮、从动杆和机架组成。其中，凸轮是具有特定曲线或曲面轮廓形状的构件，通常作为主动件，与从动杆组成高副。凸轮机构主要利用连续等速转动的凸轮带动从动杆完成各种复杂规律的移动或摆动。与平面连杆机构相比，凸轮机构具有结构简单、紧凑，设计方便，工作可靠等特点；同时，只要设计出合适的凸轮轮廓形状，从动杆即可进行任意预期的间歇式运动。1．凸轮机构的组成图18-2凸轮机构的组成2．凸轮机构的类型4按照几何形状不同，凸轮可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮，如图18-3所示。（1）按凸轮形状分类（2）按从动件形状分类按照几何形状的不同，从动件可分为尖顶从动件、滚子从动件和平底从动件，如图18-4所示。（a）盘形凸轮（b）移动凸轮（c）圆柱凸轮图18-3不同形状的凸轮（a）（b）（c）图18-4不同形状的从动件3．凸轮传动的应用凸轮传动在自动化、半自动化机械中具有广泛的应用。图18-5所示为发动机配气机构。凸轮由曲轴带动做匀速转动时，推动从动件（气门杆）按预期的规律运动，从而实现气门的正确开启和关闭。5图18-5发动机配气机构18.1.2凸轮机构的工作过程图18-6（a）所示为凸轮机构的工作过程。从动件处于图中位置A时，离凸轮圆心O的距离最近，凸轮的转角为0°，该位置称为起始位置。以凸轮轮廓最小向径，即OA为半径的圆称为凸轮的基圆，其半径用rb表示。从动件从离凸轮圆心O最近位置A到最远位置之间的距离称为升程，用符号h表示。61．推程图18-6（a）所示的凸轮以等角速度按逆时针方向转动角度时，从动件按一定规律由位置A移动到位置B，这一过程称为推程。凸轮转过的角度称为推程运动角。图18-6凸轮的工作过程（a）18.1.2凸轮机构的工作过程72．远停程凸轮继续转过角度时，从动件与凸轮的BC圆弧段接触并停在离凸轮圆心O最远的位置，该过程称为远停程。凸轮转过的角度称为远休止角。3．回程凸轮继续转过角度时，由于凸轮CD段的轮廓向径逐渐变小，从动件在重力或弹簧力的作用下，以一定的规律从位置返回位置A，该过程称为回程。凸轮转过的角度称为回程运动角。18.1.2凸轮机构的工作过程84．近停程凸轮继续转过角度，在DA段从动件一直停在离凸轮轴圆心O最近的位置A，该过程称为近停程。凸轮转过的角度称为近休止角。为形象直观地表示从动件的运动过程，以从动件的位移s、速度v、加速度a等参数作为纵坐标，以凸轮转过的角度作为横坐标，即可绘制凸轮机构的运动线图。图18-6（b）所示为从动件的位移线图。图18-6凸轮的工作过程（b）18.1.3从动件的运动规律91．等速运动规律等速运动是指当凸轮匀速转动时，从动件在推程或回程的运动速度保持不变，运动曲线如图18-7所示。其中，位移线图（）为斜直线，速度线图（）为水平直线，加速度线图（）为零。根据符合等速运动规律从动件的运动线图可知，在推程的开始点和回程的结束点，从动件的速度发生突变，加速度为无穷大，由此产生的冲击力也趋于无穷大，导致凸轮机构受到强烈的冲击，称为刚性冲击。（a）（b）（c）图18-7等速运动规律2．等加速运动和等减速运动规律等加速运动和等减速运动规律是指从动件在推程过程中，前半程做等加速运动，后半程做等减速运动，且两段的加速度绝对值相等。从动件做等加速运动和等减速运动时的运动线图如图18-8所示。10（a）

（b）

（c）图18-8等加速和等减速运动规律由运动线图可知，从动件在等加速运动和等减速运动过程中，O，A，B三处的速度发生有限突变，由此产生的加速度突变也是有限值，凸轮机构因此受到的冲击称为柔性冲击。18.1.4压力角对传动机构的影响凸轮机构工作时，凸轮作用于从动件上的法向力方向与从动件的运动方向之间所夹锐角称为凸轮机构在该点的压力角，用符号表示，如图18-9所示。压力角越大，垂直于从动杆的有害分力就越大，凸轮机构的传动效率就越低。当压力角达到一定值时，凸轮机构将出现自锁现象。因此，压力角是衡量凸轮机构传动性能的重要参数。11图18-9凸轮机构的压力角18.1.5凸轮及滚子的材料选择低速、中小载荷等一般场合，凸轮常采用45钢或40Cr，并进行表面淬火，表面硬度为40～50HRC。需要承受较大冲击载荷的场合，凸轮可采用15钢、20Cr或20CrMnTi，并进行渗碳淬火，表面硬度为56～62HRC。对于尺寸较大的凸轮，可采用耐磨铸铁。12滚子材料一般采用20Cr，并进行渗碳淬火，表面硬度为56～62HRC。要求不高的场合，可采用滚动轴承作为滚子。18.2棘轮传动1318.2.1棘轮机构的组成和工作原理棘轮机构主要由棘轮、主动棘爪、摇杆、制动棘爪、弹簧及机架等组成，如图18-10所示。摇杆通常空套在棘轮轴上，可绕棘轮轴线相对棘轮转动。主动棘爪与摇杆之间、制动棘爪与机架之间均用转动副连接，弹簧用来保证棘爪与棘轮啮合。棘轮机构主要将连续转动或往复运动转换成单向间歇运动。1．棘轮机构的组成1—棘轮；2—主动棘爪；3—摇杆；4—制动棘爪；5—弹簧图18-10棘轮机构的组成2．棘轮机构的工作原理图18-10所示的棘轮机构中，当摇杆逆时针摆动时，主动棘爪插入棘轮的齿槽中，并推动棘轮转过一定角度，而制动棘爪则在棘轮齿上滑过；当摇杆顺时针运动时，主动棘爪可在棘轮的齿上滑过，但制动棘爪由于插入棘轮齿槽中，将阻止棘轮顺时针转动，从而使棘轮保持静止。因此，摇杆做连续往复摆动时，棘轮将做单向间歇转动。1418.2.2棘轮机构的类型和特点151．棘轮机构的类型棘轮机构的类型很多，根据制动原理不同，棘轮机构可分为齿啮合式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。其中，齿啮合式棘轮机构根据棘爪位置的不同，又可分为外接棘轮机构、内接棘轮机构和棘条机构，如图18-11所示；摩擦式棘轮机构可分为外摩擦式棘轮机构、内摩擦式棘轮机构和滚子内接摩擦式棘轮机构，如图18-12所示。（a）外接棘轮机构（b）内接棘轮机构（c）棘条机构图18-11齿啮合式棘轮机构（a）外摩擦式棘轮机构（b）内摩擦式棘轮机构（c）滚子内接摩擦式棘轮机构图18-12摩擦式棘轮机构18.2.2棘轮机构的类型和特点161．棘轮机构的类型根据棘轮运动形式的不同，棘轮机构又可分为以下三种：①单动式棘轮机构：如图18-10所示，该棘轮机构中只有一个主动棘爪，当摇杆往复摆动一次时，棘轮只能间歇地转过一个角度。②双动式棘轮机构：如图18-13所示，该棘轮机构中装有两个主动棘爪，当摇杆往复摆动一次时，两个主动棘爪分别拨动一次棘轮，使棘轮沿同一个方向间歇地转动两次。③可变向式棘轮机构：棘轮轮齿为方形。（a）勾头形棘爪（b）直头形棘爪图18-13双动式棘轮机构（a）（b）图18-14可变向式棘轮机构2．棘轮机构的特点齿啮合式棘轮机构具有结构简单，棘轮和棘爪制造方便，运动可靠等优点，但棘爪在棘轮轮齿表面滑过时会引起较大的噪声，且容易造成机构的磨损，故齿形棘轮机构多用于低速轻载的间歇运动场合。摩擦式棘轮机构具有噪声小、运动平稳、从动件转角无级调节等特点，但工作时容易打滑，故摩擦式棘轮机构不适用于精确传动的间歇运动场合。1718.2.3棘轮机构的应用图18-1（b）所示为应用有棘轮机构的汽车手刹手柄。拉动手柄时，手柄带动拉线使得后轮的卡钳或指定蹄片锁紧制动盘，实现刹车，而棘爪卡住棘轮使得手柄固定在相应的位置不动；需要解除制动时，先按下按钮使棘爪张开，并与棘轮脱离，即可轻易地放下手柄。18图18-15所示为汽车修理中常用的起重机防逆转棘轮机构，棘爪与棘轮的啮合能使被提升的重物停留在任意所需位置，并防止由于卷筒突然失去动力而造成的重物下落。图18-15起重机防逆转机构18.3槽轮传动1918.3.1槽轮机构的组成和工作原理槽轮机构主要由带有圆销A的主动拨盘、具有若干径向槽的槽轮和机架组成，如图18-16所示。主动拨盘在匀速转动时将带动槽轮做时转时停的间歇式旋转运动。1．槽轮机构的组成图18-16槽轮机构2．槽轮的工作原理当拨盘上的圆销A未进入径向槽时，拨盘的锁止弧与槽轮的锁止弧重合，槽轮被锁住不动；当拨盘继续转动使圆销A进入径向槽时，槽轮在圆销A的驱动下转动；拨盘继续转动，圆销A转出径向槽，锁止弧再次与槽轮的锁止弧重合，槽轮又被锁住不动。故拨盘匀速转动时，槽轮重复上述过程，做间歇转动。图18-16所示的槽轮机构中，拨盘转动一圈，槽轮转动1/4圈。2018.3.2槽轮机构的类型及应用211．槽轮机构的分类根据圆销与槽轮啮合位置的不同，槽轮机构可分为外槽轮机构和内槽轮机构两种。图18-17（a），（b）所示为外槽轮机构，拨盘与槽轮的转向相反；图18-17（c）所示为内槽轮机构，拨盘与槽轮的转向相同，内槽轮停歇的时间比较短，机构所占空间较少。拨盘上圆销的个数取决于工作要求，图18-7（b）所示的外槽轮机构中，拨盘有2个圆销，槽轮有6个径向槽，则拨盘转动一圈时，槽轮将转动1/3圈。

（a）（b）（c）图18-17槽轮机构2．槽轮机构的特点和应用槽轮机构具有结构简单、传动可靠、机械效率高等特点，但圆销与槽轮径向槽之间的配合要求较高的精度，且圆销在进入径向槽时有较大的冲击力，因此槽轮机构常用于低速、定转角的间歇运动场合。22现代化的汽车零部件生产线中，数控加工中心是必不可少的生产设备，图18-18所示为数控加工中心换刀机构的示意图，槽轮与刀架同轴，刀架上安装有4把不同的刀具。拨盘每转动一圈，槽轮转动1/4圈并带动刀具转动90°，即可实现一次换刀动作。图18-18数控加工中心换刀机构18.4不完全齿轮传动简介不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮传动机构演变而来的间歇运动机构。不完全齿轮与普通渐开线齿轮的区别在于齿轮圆周只有一部分齿，剩下部分为外凸锁止弧，如图18-19所示。其中，图18-19（a）所示为外啮合不完全齿轮机构，图18-19（b）为内啮合不完全齿轮机构。23（a）

（b）1—主动轮；2—从动轮图18-19不完全齿轮机构18.4不完全齿轮传动简介24图18-19（a）所示的不完全齿轮机构中，主动轮1