機(jī)械基礎(chǔ) 第2版 課件 第7章 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

第7章間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

在機(jī)械中，特別是在各種自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)械中，常常需要把原動(dòng)件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)閺膭?dòng)件的周期性間歇運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)這種間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、分度機(jī)構(gòu)、自動(dòng)進(jìn)料機(jī)構(gòu)，老式電影機(jī)的卷片機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)器的進(jìn)位機(jī)構(gòu)等。間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類很多，應(yīng)用也很廣泛，本章只介紹棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)和不完全齒輪機(jī)構(gòu)。

7.1棘輪機(jī)構(gòu)

如圖7.1所示，棘輪機(jī)構(gòu)是由棘輪3、主動(dòng)棘爪2、制動(dòng)棘爪4、搖桿1及機(jī)架組成。搖桿1空套在與棘輪3固聯(lián)的軸上。棘爪2與搖桿1用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連。當(dāng)搖桿1逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，棘爪2插入棘輪3的齒槽使棘輪跟著轉(zhuǎn)過某一角度。這時(shí)，制動(dòng)棘爪4在棘輪齒背上滑過。當(dāng)搖桿1順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶著棘爪2在棘輪的齒背上滑過，同時(shí)制動(dòng)棘爪4插進(jìn)齒槽防止棘輪倒轉(zhuǎn)，故此時(shí)棘輪靜止不動(dòng)。這樣，當(dāng)桿1在連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪3便作單向的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。這種棘輪機(jī)構(gòu)稱為單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)。它的特點(diǎn)是主動(dòng)桿向一個(gè)方向擺動(dòng)時(shí)，棘輪沿同一向轉(zhuǎn)某一角度;桿向擺動(dòng)時(shí)，棘輪靜止不動(dòng)。7.1.1棘輪機(jī)構(gòu)的類型常用的棘輪結(jié)構(gòu)可分為齒式棘輪結(jié)構(gòu)和摩擦式棘輪結(jié)構(gòu)兩大類。齒式棘輪結(jié)構(gòu)有外齒合和內(nèi)齒合兩種形式，如圖7.2所示為內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)，它不僅能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，還能實(shí)現(xiàn)超越運(yùn)動(dòng)，即從動(dòng)件3可超越主動(dòng)件l而轉(zhuǎn)動(dòng)。自行車后輪軸上的棘輪結(jié)構(gòu)就是應(yīng)用了內(nèi)齒合棘輪結(jié)構(gòu)。按棘輪齒形可分為鋸齒形齒和矩行齒兩種。以上兩種機(jī)構(gòu)的棘輪均采用鋸齒形齒。如圖7.3所示。這種機(jī)構(gòu)的棘輪采用矩形齒。棘爪會(huì)繞支點(diǎn)翻轉(zhuǎn)，當(dāng)棘爪在實(shí)線位置時(shí)，主動(dòng)桿使棘輪沿逆時(shí)針方向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)；而當(dāng)棘爪翻轉(zhuǎn)到虛線位置時(shí)，主動(dòng)桿將使棘輪沿順時(shí)針方向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。

鋸齒形齒的棘輪結(jié)構(gòu)一般是不可改變控制方向的，但矩形齒的棘輪機(jī)構(gòu)可用于可變向的棘輪結(jié)構(gòu)。上述輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動(dòng)可靠，轉(zhuǎn)角大小可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)是棘輪的轉(zhuǎn)角必須以相鄰兩齒所夾中心角為單位有級(jí)地變化，棘爪在棘輪齒頂滑行時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，當(dāng)棘爪和棘輪輪齒開始接觸的瞬時(shí)產(chǎn)生沖擊，故不適用于高速機(jī)械。

為了克服這些缺點(diǎn)，可采用圖7.4所示的摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)。摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理與輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)相同；所不同的是棘爪為一扇形偏心輪，棘輪為一摩擦輪；其缺點(diǎn)是接觸面間易產(chǎn)生滑動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的可靠性低。7.1.2棘輪轉(zhuǎn)角大小的調(diào)節(jié)方式棘輪轉(zhuǎn)角的大小，由工作要求而定，常用的調(diào)節(jié)方法有如下兩種。

(1)改變搖桿擺角大小。棘輪機(jī)構(gòu)(圖7.5a)可通過改變曲柄的長度來改變搖桿擺角。

(2)用覆蓋罩調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角。在(圖7.5b)棘輪外面加一覆蓋罩，在搖桿擺角不變的情況下通過改變覆蓋罩的位置，便可使棘爪行程的一部分在其上滑過不與棘齒接觸，從而改變棘輪轉(zhuǎn)角的大小。7.1.3棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用舉例(1)齒式棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用。

齒式棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，工作可靠，但回程時(shí)棘爪在棘輪齒背上滑過有噪聲。工作時(shí)有沖擊，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性較差，)故適用于低速、輕載的場合。

如圖7.6所示為防止逆轉(zhuǎn)的棘輪機(jī)構(gòu)，其用于起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等機(jī)械中，可使提升的重物停止在任何位置，以防止突然斷電等原因造成的事故。(2)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用。

摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)中棘輪轉(zhuǎn)角可作無級(jí)調(diào)節(jié)，且傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪走。因靠摩擦力傳動(dòng)，可起到過載保護(hù)作用，又因其傳動(dòng)精度不高，故宜用于低速、輕載的場合。

棘輪機(jī)構(gòu)的單向間歇運(yùn)動(dòng)特性可用于送進(jìn)、制動(dòng)、超越和轉(zhuǎn)位分度等機(jī)構(gòu)中。圖7.7所示為自行車后輪軸上的棘輪機(jī)構(gòu)。7.1.4棘輪齒面的偏斜角如圖7.8所示，當(dāng)棘輪的轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，為了使棘爪施加給棘輪的推力最小，應(yīng)使棘輪的齒頂A和棘爪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心O2的連線垂直于棘輪半徑01A，即。這時(shí)，棘輪對(duì)棘爪的作用力有正壓力Fn和摩擦力Fμ。設(shè)棘輪齒面的偏斜角為φ，F(xiàn)n可分解為徑向力Fr=Fncosφ（通過棘爪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心02)和切向力Ft=Fnsinφ。Ft有使棘爪向棘輪齒根滑落的趨勢(shì)，F(xiàn)μ產(chǎn)生摩擦力將阻止其滑落。7.1.4棘輪齒面的偏斜角為了使棘爪能順利落入齒根，應(yīng)滿足7.1.5主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算

（1）棘輪齒數(shù)

棘輪的齒數(shù)z是根據(jù)工作條件選定的。在一般棘輪機(jī)構(gòu)中z=12～60；帶棘輪的制動(dòng)器z=16～25；起重機(jī)中z=8～46；手動(dòng)千斤頂z=6～8。（2）周節(jié)和模數(shù)

棘輪齒頂圓上相鄰兩齒間的弧長稱為周節(jié)，以p示(圖7.8)。設(shè)棘輪齒頂圓直徑為da,

則即令=m，m稱為棘輪的模數(shù)，則棘輪模數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，其系列值(mm)為1，1.5,2，2.5，3，3.5，4，5，6，8，10，12，14，16，．．．（3）主要幾何尺寸棘輪齒數(shù)z和模數(shù)優(yōu)確定后，棘輪和棘爪的其它主要幾何尺寸可按以下公式計(jì)算：齒高h(yuǎn)=0.75m

齒頂厚a=m

齒槽夾角

θ=600或550(視銑刀角度而定)

棘爪長度L=2πm7.1.6棘輪輪齒的畫法如圖7.8所示，根據(jù)齒頂圓直徑尤和齒高h(yuǎn)畫出齒頂圓和齒根圓，并按照齒數(shù)等分齒頂圓，得B、C等點(diǎn)。由任一等分點(diǎn)B作弦BD=a，再連DC，作∠O′DC=∠O′CD=90°-θ，得O′點(diǎn)；以O(shè)′為圓心，O′D為半徑畫圓交齒根圓于E點(diǎn)，連接DE、CE即得棘輪齒形。7.2槽輪機(jī)構(gòu)7.2.1工作原理及應(yīng)用如圖7.9所示，槽輪機(jī)構(gòu)由帶有圓銷的撥盤1、具有徑向槽的槽輪2和機(jī)架組成。當(dāng)原動(dòng)件撥盤以等角速度連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，槽輪作反向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。在撥盤上的圓銷4未進(jìn)入槽輪的徑向槽時(shí)，槽輪由于內(nèi)凹鎖止弧e、g被撥盤的外凸圓弧卡住，所以槽輪靜止不動(dòng)。圖示為圓銷剛開始進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)的位置，這時(shí)鎖止弧被松開，槽輪開始由圓銷A驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)圓銷A脫出徑向槽時(shí)，槽輪的另一內(nèi)凹鎖止弧又被撥盤的外凸圓弧卡住，槽輪又靜止不動(dòng)。直到圓銷A再進(jìn)入槽輪的另一徑向槽時(shí)，又將重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)。槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)位迅速，效率較高，與棘輪機(jī)構(gòu)相比運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。但制造與裝配精度要求較高，且槽輪轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)。它在電影放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)、自動(dòng)機(jī)床轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)等自動(dòng)機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。7.2.2運(yùn)動(dòng)系數(shù)和主要參數(shù)槽輪機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)是槽輪槽數(shù)z和圓銷個(gè)數(shù)K。圓銷進(jìn)槽和出槽的瞬時(shí)速度方向必須沿著槽輪的徑向，如圖7.9所示。槽的中心線02A應(yīng)垂直于撥盤上的O1A，即O1A丄O2A，于是

又因輪槽是等分的，所以代入上式可求得

由式(7.6)可知，z≥3。槽數(shù)過少，傳動(dòng)不平穩(wěn)，一般取z=4～8。在主動(dòng)撥盤的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，從動(dòng)槽輪2的運(yùn)動(dòng)時(shí)間tm與撥盤1的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的比值τ，稱為運(yùn)動(dòng)系數(shù)。由于撥盤作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，比值τ可用撥盤轉(zhuǎn)角比表示，對(duì)于單圓銷槽輪機(jī)構(gòu)，tm和z分別對(duì)應(yīng)于撥盤轉(zhuǎn)角2φ和2π，故運(yùn)動(dòng)系數(shù)若需增大運(yùn)動(dòng)系數(shù)，則可用多個(gè)圓銷，設(shè)圓銷數(shù)為K，則根據(jù)槽輪機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可知，O<τ<1，代入上式得圓銷數(shù)K必須滿足上式要求，故z與K有如表7.1所示關(guān)系。z34~5≥6K1~51~31~2表7.1槽輪槽數(shù)z與圓銷數(shù)K的關(guān)系槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是構(gòu)造簡單，工作可靠，效率高，間歇轉(zhuǎn)位較平穩(wěn)，多用于各種自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)儀表的進(jìn)給機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。如圖所示為電影放映機(jī)的送片裝置所采用的槽輪機(jī)構(gòu)。為了適應(yīng)人眼的視覺暫留現(xiàn)象，要求影片在放映時(shí)作間歇運(yùn)動(dòng)，否則會(huì)看不清畫面。如圖所示為六角車床上的刀架轉(zhuǎn)位裝置所采用的槽輪機(jī)構(gòu)。刀架上可裝六把刀具，它是按照零件加工順序安裝的。與刀架同軸的槽輪2上有六條徑向槽，主動(dòng)件銷輪1上裝有圓銷A。銷輪1轉(zhuǎn)動(dòng)一周，圓銷A進(jìn)入槽輪一次，撥動(dòng)槽輪2轉(zhuǎn)過60°，即轉(zhuǎn)過一個(gè)工位，將下一道工序所需要的刀具轉(zhuǎn)換到工作位置。槽輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)，且在運(yùn)動(dòng)過程中的加速度變化較大，主動(dòng)桿與槽輪之間沖擊較嚴(yán)重，所以槽輪機(jī)構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高的場合。7.3不完全齒輪機(jī)構(gòu)7.3.1不完全齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由普通漸開線齒輪演變而成的一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。如圖7.12所示，將主動(dòng)輪1的輪齒切去一部分，當(dāng)主動(dòng)輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)輪2作間歇轉(zhuǎn)動(dòng)；從動(dòng)輪停歇時(shí)，齒輪1的外凸圓弧g與齒輪2內(nèi)凹圓弧廠相配，將齒輪2鎖住，使之停止在預(yù)定位置上，以保證下次嚙合。齒輪2每次轉(zhuǎn)過的角度與齒輪1的齒數(shù)有關(guān)。設(shè)齒輪2的齒數(shù)為z2，當(dāng)齒輪1的齒數(shù)為1且轉(zhuǎn)過2π角度時(shí)，齒輪2將轉(zhuǎn)過角度。不完全齒輪機(jī)構(gòu)有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，如圖7.12