機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教案講義間歇機(jī)構(gòu)教案

1、遼寧信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)精品課程教學(xué)目地：1了解刺輪機(jī)構(gòu)的工作原理和應(yīng)用場(chǎng)合 2了解槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理和應(yīng)用場(chǎng)合 3了解不完全齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理教學(xué)重點(diǎn)：1刺輪機(jī)構(gòu)的工作原理、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 2槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)： 槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能第五章 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)械5.1 棘輪機(jī)構(gòu)5.1.1 棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理和類型如圖5-1a 所示，棘輪機(jī)構(gòu)是由棘輪、棘爪及機(jī)架所組成。主動(dòng)桿1空套在與棘輪3固連的從動(dòng)軸上。驅(qū)動(dòng)棘爪4與主動(dòng)桿1用轉(zhuǎn)動(dòng)副a相聯(lián)。當(dāng)主動(dòng)桿1逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪4便插入棘輪3的齒槽，使棘輪跟著轉(zhuǎn)過某一角度。這時(shí)止回棘爪5在棘輪的齒背上滑過。當(dāng)桿1順

2、時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，止回棘爪5阻止棘輪發(fā)生順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)棘爪4在棘輪的齒背上滑過，所以此時(shí)棘輪靜止不動(dòng)。這樣，當(dāng)桿1作連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪3和從動(dòng)軸便作單向的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。桿1的擺動(dòng)可由凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)或電磁裝置等得到。按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，常用的棘輪機(jī)構(gòu)有下列兩大類:1. 輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)有外嚙合（圖5-1a）、內(nèi)嚙合（圖5-1b） 兩種型式。當(dāng)棘輪的直徑為無(wú)窮大時(shí)，變?yōu)榧瑮l（圖5-1c），此時(shí)棘輪的單向轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榧瑮l的單向移動(dòng)。根據(jù)棘輪的運(yùn)動(dòng)又可分為：圖53圖51圖52圖53（1） 單向式棘輪機(jī)構(gòu)可分為單動(dòng)式和雙動(dòng)式兩種，（圖5-1）所示為單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)，它的特點(diǎn)是搖桿向一個(gè)方向擺動(dòng)時(shí)

3、，棘輪沿同方向轉(zhuǎn)過某一角度；而搖桿反向擺動(dòng)時(shí)，棘輪靜止不動(dòng)。圖5-2所示為雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，都能使棘輪沿單一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。單向式棘輪采用的是不對(duì)稱齒形，常用的有鋸齒形齒（圖5-3a）、直線形三角齒 （ 圖5-3b）及圓弧形三角齒（圖5-3c）。 （2） 雙向式棘輪機(jī)構(gòu)（圖5-4）它的特點(diǎn)是當(dāng)棘爪1在圖示位置時(shí)，棘輪2沿逆時(shí)針方向間歇運(yùn)動(dòng)；若將棘爪提起（銷子拔出），并繞本身軸線轉(zhuǎn)180后放下 （銷子插入），則可實(shí)現(xiàn)棘輪沿順時(shí)針方向間歇運(yùn)動(dòng)。雙向式的棘輪一般采用矩形齒（圖 5-3d） 。圖54 圖55 圖56 圖57輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)在回程時(shí)，棘爪在齒面上滑過，故有噪音，平穩(wěn)性較差，且棘輪

4、的步進(jìn)轉(zhuǎn)角又較小。如要調(diào)節(jié)棘輪的轉(zhuǎn)角，可以改變棘爪的擺角或改變撥過棘輪齒數(shù)的多少。如圖5-5所示，在棘輪上加一遮板， 變更遮板的位置，即可使棘爪行程的一部分在遮板上滑過，不與棘輪的齒接觸，從而改變棘輪轉(zhuǎn)角的大小。2. 摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)圖5-6所示為摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)，它的工作原理與輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)相同，只不過用偏心扇形塊代替棘爪，用摩擦輪代替棘輪。當(dāng)桿1逆時(shí)針方向擺動(dòng)時(shí)，扇形塊2楔緊摩擦輪3成為一體 ，使輪3也一同逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)止回扇形塊4打滑；當(dāng)桿1順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扇形塊在輪3上打滑，這時(shí)止回扇形塊4楔緊，以防止3倒轉(zhuǎn)。這樣當(dāng)桿1作連續(xù)反復(fù)擺動(dòng)時(shí)，輪3便得到單向的間歇運(yùn)動(dòng)。常用的摩擦式棘輪機(jī)

5、構(gòu)如圖5-7所示，當(dāng)構(gòu)件1順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦力的作用使?jié)L子2楔緊在構(gòu)件1、3的狹隙處，從而帶動(dòng)構(gòu)件3一起轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)構(gòu)件1逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾子松開，構(gòu)件3靜止不動(dòng)。二、棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)和應(yīng)用輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠，從動(dòng)棘輪的轉(zhuǎn)角容易實(shí)現(xiàn)有級(jí)的調(diào)節(jié)，但在工作過程中有噪聲和沖擊，棘齒易磨損，在高速時(shí)尤其嚴(yán)重，所以常用在低速、輕載下實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。例如在圖5-8所示的牛頭刨床工作臺(tái)的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中，運(yùn)動(dòng)由一對(duì)齒輪傳到曲柄1，再經(jīng)連桿2帶動(dòng)搖桿3作往復(fù)擺動(dòng)；搖桿3上裝有棘爪，（見圖5-8），從而推動(dòng)棘輪4作單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)；由于棘輪與螺桿固連，從而又使螺母5（工作臺(tái)）作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。若改變曲柄的長(zhǎng)度，就

6、可以改變棘爪的擺角，以調(diào)節(jié)進(jìn)給量。圖58圖59圖5-9所示為z7105鉆孔攻絲機(jī)的棘輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。蝸桿1經(jīng)蝸輪2帶動(dòng)分配軸上的定位凸輪3，使擺桿4上的定位塊離開定位盤以上的形槽，這時(shí)分度凸輪6推動(dòng)杠桿7帶動(dòng)連桿8，裝在連桿上的棘爪便推動(dòng)棘輪9順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作盤10實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)位完畢，定位凸輪3和拉簧11使定位塊再次插入定位盤的形槽中進(jìn)行定位。棘輪棘爪機(jī)構(gòu)還可以用來實(shí)現(xiàn)快速的超越運(yùn)動(dòng)。如圖5-10所示，運(yùn)動(dòng)由蝸桿1傳到蝸輪2，通過裝在蝸輪2上的棘爪3使棘輪4逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪與輸出軸5固連，由此得到軸5的慢速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)需要軸5快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，這時(shí)由于手動(dòng)速度大于由蝸輪蝸

7、桿傳動(dòng)的速度，所以棘爪在棘輪上打滑，從而在蝸桿蝸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，可用快速手動(dòng)來實(shí)現(xiàn)超越運(yùn)動(dòng)。此外，棘輪機(jī)構(gòu)還可以用來做計(jì)數(shù)器。如圖5-11所示，當(dāng)電磁鐵1的線圈通入脈沖直流信號(hào)電流時(shí)，電磁鐵吸動(dòng)銜鐵2，把棘爪3 向右拉動(dòng)，棘爪在棘輪5的齒上滑過；當(dāng)斷開信號(hào)電流時(shí)，借助彈簧4的恢復(fù)力作用，使棘爪向左推動(dòng)，這時(shí)棘輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，表示計(jì)入一個(gè)數(shù)字，重復(fù)上述動(dòng)作，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)字計(jì)入運(yùn)動(dòng)。圖510圖511在起重機(jī)、絞盤等機(jī)械裝置中，還常利用棘輪機(jī)構(gòu)使提升的重物能停止在任何位置上，以防止由于停電等原因造成事故。摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，無(wú)噪音，從動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)角可作無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，常用來做超越離合器，在各種機(jī)械

8、中實(shí)現(xiàn)進(jìn)給或傳遞運(yùn)動(dòng)。但運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性差，不宜用于運(yùn)動(dòng)精度要求高的場(chǎng)合。5.3 槽輪機(jī)構(gòu)5.3.1 槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理和類型如圖5-12所示，槽輪機(jī)構(gòu)由具有徑向槽的槽輪2和具有圓銷的構(gòu)件1以及機(jī)架所組成。當(dāng)構(gòu)件 1的圓銷g未進(jìn)入槽輪2的徑向槽時(shí)，由于槽輪2的內(nèi)凹鎖住弧s2被構(gòu)件1的外凸圓弧s1卡住，故槽輪2靜止不動(dòng)。圖5-15所示為圓銷g開始進(jìn)入槽輪徑向槽的位置，這時(shí)鎖住弧s2被松開，因而圓銷g能驅(qū)使槽輪沿與構(gòu)件1相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)圓銷g開始脫出槽輪的徑向槽時(shí)，槽輪的另一內(nèi)凹鎖住弧又被構(gòu)件1的外凸圓弧卡住，致使槽輪2又靜止不動(dòng)，直至構(gòu)件1的圓銷g再進(jìn)入槽輪2的另一徑向槽時(shí)，兩者又重復(fù)上述的運(yùn)動(dòng)循環(huán)

9、。 圖512這樣，當(dāng)主動(dòng)構(gòu)件1作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，槽輪2便得到單向的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。平面槽輪機(jī)構(gòu)有兩種型式:一種是外槽輪機(jī)構(gòu)，如圖5-12所示，其槽輪上徑向槽的開口是自圓心向外，主動(dòng)構(gòu)件與槽輪轉(zhuǎn)向相反；另一種是內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)，如圖5-13所示，其槽輪上徑向槽的開口是向著圓心的，主動(dòng)構(gòu)件與槽輪的轉(zhuǎn)向相同，這兩種槽輪機(jī)構(gòu)都用于傳遞平行軸的運(yùn)動(dòng)。 圖513 圖514圖5-14所示為球面槽輪機(jī)構(gòu)，它是用于傳遞兩垂直相交軸的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從動(dòng)槽輪呈半球形，主動(dòng)構(gòu)件1的軸線與銷3的軸線都通過球心o，當(dāng)主動(dòng)構(gòu)件1連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，球面槽輪2得到間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。5.3.2 槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)在圖5-12所示的外槽輪機(jī)構(gòu)中，為了使糟輪開始

10、轉(zhuǎn)動(dòng)瞬時(shí)和終止轉(zhuǎn)動(dòng)瞬時(shí)的角速度為零，以避免剛性沖擊，圓銷開始進(jìn)入徑向槽或自徑向槽脫出時(shí)，徑向槽的中心線應(yīng)切于圓銷中心運(yùn)動(dòng)的圓周，因此，設(shè)z為均勻分布的徑向槽數(shù)，則由圖5-12得槽輪2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)構(gòu)件1的轉(zhuǎn)角21為在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，槽輪2運(yùn)動(dòng)的時(shí)間td，與構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t之比稱為運(yùn)動(dòng)系數(shù)。當(dāng)構(gòu)件1等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這個(gè)時(shí)間比可以用轉(zhuǎn)角比來表示。對(duì)于只有一個(gè)圓銷的槽輪機(jī)構(gòu)，td和t各對(duì)應(yīng)于構(gòu)件1回轉(zhuǎn)21和，因此，槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)為 （5-4）由于運(yùn)動(dòng)系數(shù)必須大于零（因0表示槽輪始終不動(dòng)），所以由上式可知，徑向槽的數(shù)目z應(yīng)大于2。又由式 （5-4） 可知，這種槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)總小于0.5，也就是說，槽輪運(yùn)

11、動(dòng)的時(shí)間總小于靜止的時(shí)間。如果主動(dòng)構(gòu)件1裝上若干個(gè)圓銷，則可以得到0.5的槽輪機(jī)構(gòu)。設(shè)均勻分布的圓銷數(shù)目為k，則此時(shí)槽輪在一個(gè)循環(huán)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間比只有一個(gè)圓銷時(shí)增加k倍，因此 （5-5）由于運(yùn)動(dòng)系數(shù)應(yīng)小于1（因1表示槽輪2與構(gòu)件1一樣作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)），所以由上式得 （5-6）由式（5-6）可算出槽輪槽數(shù)確定后所允許的圓銷數(shù)。例如當(dāng)=3時(shí)，圓銷的數(shù)目可為1至5；當(dāng)z=4或5時(shí)，圓銷的數(shù)目可為1至3；又當(dāng)z6 時(shí)，圓銷的數(shù)目可為1至2。圖5-15所示為z4及k2的外槽輪機(jī)構(gòu)，它的運(yùn)動(dòng)系數(shù)0.5，即槽輪運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與靜止的時(shí)間相等。這時(shí)，除了徑向槽和圓銷都是均勻分布外，兩圓銷至軸o1的距離

12、也是相等的。 圖515 圖516在主動(dòng)構(gòu)件等速轉(zhuǎn)動(dòng)期間，如果要使槽輪每次停歇的時(shí)間不相等，則主動(dòng)構(gòu)件1上的圓銷應(yīng)作不均勻分布；如果要使槽輪每次運(yùn)動(dòng)時(shí)間不相等，則應(yīng)使圓銷的回轉(zhuǎn)半徑不相等。圖5-16所示為在主動(dòng)構(gòu)件等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)槽輪每次停歇和運(yùn)動(dòng)的時(shí)間均不相等的槽輪機(jī)構(gòu)。對(duì)于圖5-113所示的內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)槽輪2運(yùn)動(dòng)時(shí)，構(gòu)件1所轉(zhuǎn)過角度21為所以運(yùn)動(dòng)系數(shù)為 （5-7）由上式可知，內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)總大于0.5。又因應(yīng)小于1，所以z2，也就是說徑向槽的數(shù)目最少應(yīng)為3，內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)永遠(yuǎn)只可以用一個(gè)圓銷 ， 因?yàn)楦鶕?jù)則當(dāng)z等于或大于3時(shí)，k總小于2。5.3.3 槽輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)和應(yīng)用槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工

13、作可靠，在進(jìn)入和脫離嚙合時(shí)運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。但槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)，而且在槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)的始、末位置加速度變化較大，所以有沖擊。槽輪機(jī)構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中。例如在電影放映機(jī)中，用槽輪間歇地移動(dòng)影片；在自動(dòng)機(jī)中，用以間歇地轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)或刀架。圖5-17中的自動(dòng)傳送鏈裝置。運(yùn)動(dòng)由主動(dòng)構(gòu)件1傳給槽輪2，再經(jīng)一對(duì)齒輪3、4使與齒輪4固連的鏈輪5作間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，從而得到傳送鏈6的間歇移動(dòng)，傳送鏈上裝有裝配夾具的安裝支架7，故可滿足自動(dòng)線上的流水裝配作業(yè)要求。在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要槽輪軸轉(zhuǎn)角大于或小于，這時(shí)可在槽輪軸與輸出軸之間增加一級(jí)齒輪傳動(dòng)，如圖5-20所示。如果是減速齒輪傳動(dòng)，

14、則輸出軸每次轉(zhuǎn)角小于；如果是增速齒輪傳動(dòng)，則輸出軸每次轉(zhuǎn)角大于，改變齒輪的傳動(dòng)比就可以改變輸出軸的轉(zhuǎn)角。同時(shí)，增加一級(jí)齒輪傳動(dòng)還可以使槽輪轉(zhuǎn)位所產(chǎn)生的沖擊主要由中間軸吸收，使運(yùn)轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)。圖5-145.4 不完全齒輪機(jī)構(gòu)5.4.1 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理和類型不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由普通漸開線齒輪機(jī)構(gòu)演化而成的一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它與普通漸開線齒輪機(jī)構(gòu)不同之處是輪齒不布滿整個(gè)圓周，如圖5-24所示。圖示當(dāng)主動(dòng)輪1轉(zhuǎn)一周時(shí)，從動(dòng)輪2轉(zhuǎn)六分之一周，從動(dòng)輪每轉(zhuǎn)停歇六次。當(dāng)從動(dòng)輪停歇時(shí)，主動(dòng)輪1上的鎖住弧s1與從動(dòng)輪2上的鎖住弧s2互相配合鎖住，以保證從動(dòng)輪停歇在預(yù)定的位置。不完全齒輪機(jī)構(gòu)的類型有:外嚙合（圖5-18）、內(nèi)嚙合（圖5-19）。與普通漸開線齒輪一樣，外嚙合的不完全齒輪機(jī)構(gòu)兩輪轉(zhuǎn)向相反；內(nèi)嚙合的不完全齒輪機(jī)構(gòu)兩輪轉(zhuǎn)向相同。當(dāng)輪2的直徑為無(wú)窮大時(shí)，變?yōu)椴煌耆X輪齒條（圖5-20），這時(shí)輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)辇X條的移動(dòng)。 圖5-18 圖5-195.4.2 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)和應(yīng)用 不完全齒輪機(jī)構(gòu)與槽輪機(jī)構(gòu)相比，其從動(dòng)輪每轉(zhuǎn)一周的停歇時(shí)間、運(yùn)動(dòng)時(shí)間及每次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化范圍都較大，設(shè)計(jì)較靈活。 但其加工工藝較復(fù)雜，而且從動(dòng)輪在運(yùn)動(dòng)的開始與終止時(shí)沖擊較 大，故一般用于低速、輕載的場(chǎng)合，如在自動(dòng)機(jī)和半自動(dòng)機(jī)中用于工