第9章螺旋機構、萬向聯(lián)軸器、間歇運動機構

第9章螺旋機構、萬向聯(lián)軸器、間歇運動機構簡介圖9-1a中，A為螺旋副，其導程為l；B為轉動副，C為移動副。當螺桿1轉動φ角時，螺母2的位移s為如果將圖9-1a中的轉動副B也換成螺旋副，便得到圖9-1b所示的螺旋機構?，F(xiàn)假設A、D兩段螺旋的導程分別為lA、lD，當螺桿1轉動φ角時，螺母2的位移s為Fig.9-1Screwmechanisms(螺旋機構)

1—Screw(螺桿)2—Nut(螺母)3—Frame(機架)A—Screwpair(螺旋副)

B—Turningpair(轉動副)C—Slidingpair(移動副)D—Screwpair(螺旋副)9.1螺旋機構Fig.9-2Rollerscrewmechanism(滾珠絲杠傳動機構)根據(jù)螺桿與螺母之間摩擦狀態(tài)的不同，螺旋機構可分為滑動螺旋機構和滾動螺旋機構。滑動螺旋傳動中，螺桿與螺母的螺旋面直接接觸，其摩擦狀態(tài)為滑動摩擦。滾動螺旋傳動中，螺桿與螺母的螺紋滾道間有滾動體，稱之為滾珠螺旋傳動機構。圖9-2所示滾珠絲杠傳動機構中，滾珠沿螺旋槽滾動，并借助于導向裝置將滾珠導入返回滾道，然后再進入工作滾道中，如此循環(huán)往復，使?jié)L珠形成一個閉合的循環(huán)回路。滾珠螺旋傳動機構具有傳動效率高、起動力矩小、傳動靈敏平穩(wěn)、工作壽命長等優(yōu)點。Fig.9-3Singleuniversaljoint(單萬向聯(lián)軸器)9.2萬向聯(lián)軸器1.單萬向聯(lián)軸器

單萬向聯(lián)軸器由兩個固接于軸Ⅰ和軸Ⅱ端部的叉形接頭、一個十字形構件和機架組成，如圖9-3a所示。十字形構件的中心O與兩軸軸線的交點重合，軸Ⅰ和軸Ⅱ所夾的銳角α稱為萬向聯(lián)軸器的軸角。主動軸Ⅰ每轉一周，從動軸Ⅱ也隨之轉動一周，但是兩軸的瞬時傳動比卻因位置的不同而隨時變動。圖9-3b是兩個叉面球面運動示意圖。軸Ⅰ的叉面由OD轉動φ1，到達OA。軸Ⅱ的叉面轉過φ2到達OB。軸Ⅰ及軸Ⅱ的角速度分別為ω1和ω2。2.雙萬向聯(lián)軸器在雙萬向聯(lián)軸器中，為使主、從動軸的角速度始終保持相等，應滿足如下條件：1)主、從動軸Ⅰ、Ⅱ與中間軸Ⅲ應位于同一平面內。

2)中間軸兩端的叉面應位于同一平面內。

3)主動軸與中間軸的夾角應等于從動軸與中間軸的夾角。Fig.9-4Doubleuniversaljoints(雙萬向聯(lián)軸器)9.3棘輪機構圖9-5所示的棘輪機構由主動搖桿1、棘爪2、棘輪3、止回棘爪4和機架等部分組成。彈簧5用來使止回棘爪4和棘輪3保持接觸。主動搖桿1空套在與棘輪3固連的從動軸O上，并與棘爪2用轉動副相連。當主動搖桿作逆時針方向擺動時，棘爪2便插入棘輪3的齒槽內，推動棘輪轉動一定的角度，此時止回棘爪4在棘輪的齒背上滑過。當主動搖桿順時針擺動時，止回棘爪阻止棘輪順時針方向轉動，棘爪2在棘輪的齒背上滑過，棘輪3保持靜止不動。這樣，當主動件作連續(xù)的往復擺動時，棘輪作單向的間歇轉動。Fig.9-5Ratchetmechanism(棘輪機構)

1—drivingrocker(主動搖桿)

2—drivingpawl(棘爪)3—ratchet(棘輪)

4—holdingpawl(止回棘爪)5—spring(彈簧)1.棘輪機構的類型及其應用(1)齒式棘輪機構齒式棘輪的輪齒一般采用三角形齒、梯形齒或矩形齒，分為外齒棘輪和內齒棘輪。圖9-6a為外齒棘輪機構，圖9-6b為棘條機構，圖9-6c為內齒棘輪機構。根據(jù)驅動爪的數(shù)目，棘輪機構還可分為單動式棘輪機構和雙動式棘輪機構。

Fig.9-6Toothratchetmechanisms(齒式棘輪機構)圖9-7a所示的機構為雙動式棘輪機構。主動搖桿1不是繞棘輪轉動中心O1擺動，而是繞O2軸擺動，搖桿上分別裝有兩個棘爪。當主動搖桿往復擺動一次時，兩個棘爪分別推動棘輪沿同一方向間歇轉動一次。當載荷較大，齒數(shù)較少，搖桿擺角小于齒距角時，需采用雙動式棘輪機構。圖9-7b所示雙動式棘輪機構中,棘爪拉動棘輪實現(xiàn)間歇運動。單向運動棘輪一般采用三角形齒或不對稱梯形齒。Fig.9-7Double-functionratchetmechanisms(雙動式棘輪機構)

雙向棘輪機構指棘輪能作正反兩個方向的間歇運動。圖9-8a、b所示的機構為擺動棘爪雙向棘輪機構。棘爪安放在圖9-8a位置時，將推動棘輪沿逆時針方向作單向間歇轉動；棘爪安放在圖9-8b位置時，推動棘輪沿順時針方向作單向間歇轉動。圖9-8c、d所示的機構為直動棘爪雙向棘輪機構。棘爪安放在圖9-8c位置時，推動棘輪沿逆時針方向作單向間歇轉動。棘爪向上提起，轉過180°，如圖9-8d所示位置，推動棘輪沿順時針方向作單向間歇轉動。Fig.9-8Ratchetmechanismsinwhichtherotatingdirectioncanbechanged(雙向棘輪機構)Fig.9-9Table-feedmechanismofashaper

(牛頭刨床工作臺橫向進給機構)雙向棘輪機構一般采用矩形齒或對稱梯形齒。圖9-9所示牛頭刨床工作臺的橫向進給機構中，即采用了圖9-8c、d所示的雙向式棘輪機構以及曲柄搖桿機構和齒輪機構的組合，從而實現(xiàn)了工作臺的雙向進給運動。(2)摩擦式棘輪機構摩擦式棘輪機構是依靠棘爪和棘輪之間的摩擦力實現(xiàn)間歇運動的。Fig.9-10Silentratchetmechanisms(摩擦式棘輪機構)圖9-10a所示的摩擦式棘輪機構中，依靠棘爪2和棘輪3之間的摩擦力，將主動搖桿1的往復擺動轉換成棘輪3的單向間歇轉動。它克服了齒式棘輪機構中棘爪在棘輪齒面滑行時引起的噪聲大、傳動平穩(wěn)性差以及棘輪每次轉過角度的大小不能無級調節(jié)等缺點，但其運動準確性較差。圖9-10b、c為內摩擦式棘輪機構，其中圖9-10c所示機構中的棘爪2為滾柱形。當主動星輪1逆時針方向轉動時，由于摩擦力的作用，使?jié)L柱2楔緊在主動星輪1和套筒3之間的空隙小端，從而帶動套筒3隨主動星輪1以相同的轉速回轉。當主動星輪1順時針方向轉動時，同樣由于摩擦力的作用，使?jié)L柱2滾向主動星輪1和套筒3之間的空隙大端，此時套筒3靜止不動，故該機構常用作單向離合器。此外，當主動星輪1逆時針方向轉動時，如果套筒3的逆時針轉速超過主動星輪1的轉速時，星輪1和套筒3脫開，并以各自的速度轉動，此時該機構用作超越離合器。2.棘輪機構的設計要點(1)模數(shù)、齒數(shù)的選擇同齒輪一樣，棘輪有關尺寸也是以模數(shù)為基本參數(shù)來確定的，模數(shù)的標準值可在手冊中查取。棘輪的齒數(shù)一般根據(jù)所要求的棘輪最小轉角θmin來確定，即

Fig.9-11Designofratchetmechanism

(棘輪機構的設計)（2）棘輪齒面偏斜角和棘爪軸心位置角的確定如圖9-11所示，棘輪工作齒面AB與徑向線O2A的夾角α稱為齒面偏斜角，棘爪軸心O1與棘齒頂點A的連線O1A與過點A的齒面法線n—n的夾角δ稱為棘爪軸心位置角。Fig.9-12Genevawheelmechanisms1(槽輪機構1)9.4槽輪機構槽輪機構是具有一種分度性質的間歇運動機構，由具有圓銷的主動銷輪1、具有若干徑向槽的從動槽輪2及機架組成，如圖9-12a所示。主動銷輪1以等角速度ω1連續(xù)轉動時，從動槽輪2便作單向間歇轉動。當主動銷輪1上的圓銷G進入槽輪2的徑向槽時，銷輪外凸的鎖止nn弧和槽輪內凹的鎖止弧mm脫開，圓銷G撥動槽輪2作順時針轉動；當圓銷G與槽輪脫開時，槽輪因其內凹的鎖止弧被銷輪外凸的鎖止弧鎖住而靜止。這樣，就把銷輪的連續(xù)回轉運動轉換為槽輪的單向間歇轉動。1.槽輪機構的類型空間槽輪機構用來傳遞相交軸的間歇運動。圖9-13a為垂直相交軸間的球面槽輪機構，槽輪呈半球形，主動銷輪1、球面槽輪3以及圓銷2的軸線都通過球心，當主動銷輪1連續(xù)轉動時，球面槽輪3作單向間歇轉動。圖9-13b為移動型槽輪機構，可實現(xiàn)圓弧齒條的間歇移動。Fig.9-13Genevawheelmechanisms2(槽輪機構2)Fig.9-14Genevawheelmechanismshavingspecialfunctions

(有特殊功能的槽輪機構)當要求銷輪在轉動一周的時間內槽輪多次停歇時間互不相等時，可以將圓銷不均勻地分布在主動銷輪的圓周上，如圖9-14a所示。為提高分度過程中的平穩(wěn)性，也可采用圖9-14b所示的曲線槽輪機構。2.槽輪機構的設計要點(1)槽輪機構的運動系數(shù)如圖9-15所示，從動槽輪2作周期性的間歇運動。

(2)槽輪機構的槽數(shù)為保證銷輪能驅動槽輪，運動系數(shù)應大于零，槽輪徑向槽的數(shù)目應大于或等于3，并且總小于0.5。

(3)尺寸設計槽輪機構的尺寸設計可參閱相關設計手冊。圖9-16為槽輪機構在蜂窩煤機中的應用實例。Fig.9-15DesignofGenevawheel(槽輪機構設計)Fig.9-16ApplicationofGenevamechanisms(槽輪機構的應用)1.圓柱凸輪間歇運動機構

9.5凸輪式間歇運動機構圖9-17所示，圓柱凸輪間歇運動機構的主動輪1是帶有曲線溝槽或凸脊的圓柱凸輪，從動輪2為帶有柱銷的圓盤。圖9-17a是帶有曲線溝槽的圓柱凸輪，圖9-17b是帶有凸脊的圓柱凸輪。當圓柱凸輪轉動時，通過其曲線溝槽或凸脊撥動柱銷，使從動圓盤作間歇運動。這種機構多用于兩交錯軸間的分度運動。Fig.9-17Cylindricalcamindexmechanisms(圓柱凸輪分度機構)

1—drivingcam(主動輪)2—drivenplate(從動輪)2.蝸桿形凸輪間歇運動機構Fig.9-18Worm-camindexmechanisms(蝸桿式凸輪分度機構)

1—drivingcam(主動輪)2—drivenplate(從動輪)如圖9-18所示，蝸桿形凸輪間歇運動機構的主動輪1為蝸桿形的凸輪，其上有一條凸脊，就像一個變螺旋角的蝸桿，從動輪2為帶有徑向均布柱銷的圓盤。當蝸桿凸輪轉動時，通過其上的凸脊推動轉盤上的柱銷，從而使從動圓盤作間歇運動。同圓柱凸輪間歇運動機構類似，蝸桿形凸輪間歇運動機構也多用于兩交錯軸間的分度運動。這種機構具有良好的動力學性能，適用于高速精密傳動，但加工制造較為困難。9.6不完全齒輪機構在不完全齒輪機構中，主動輪1連續(xù)轉動，當輪齒進入嚙合時，從動輪2開始轉動；當輪齒退出嚙合時，由于主動輪1和從動輪2上鎖止弧的密合定位作用，使得從動輪2處于停歇位置，從而實現(xiàn)了從動輪2的間歇轉動。圖9-19為外嚙合不完全齒輪機構示意圖。Fig.9-19Partialexternalgearteeth